Саморегуляция жизненных функций организмов

Понятие о саморегуляции. Саморегуляция (авторегуляция)– способность живых организмов поддерживать постоянство своей структуры, химического состава и интенсивность физиологических процессов. Например хлоропласты способны к самостоятельному передвижению в клетках под влиянием света, поскольку они очень чувствительны к нему. В солнечный яркий день при большой интенсивности света хлоропласты располагаются вдоль клеточной оболочки, как бы стараясь избежать действия сильного света. В пасмурные облачные дни хлоропласты располагаются по всей поверхности цитоплазмы клетки, чтобы поглощать больше солнечных лучей (рис. ). Переход хлоропластов из одного положения в другое под влиянием света совершается благодаря клеточной регуляции.

Саморегуляция осуществляется по принципу обратной связи, подобно тому как, например, осуществляется поддержание постоянной температуры в термостате. В этом приборе существует следующая причинная зависимость терморегуляции:

Выключатель – нагрев – температура.

Путем включения и выключения можно от руки регулировать температуру. В термостате это осуществляется автоматически, через измеряющий температуру регулятор, включающий или выключающий нагрев в соответствии с показаниями. Температура влияет на выключатель через регулятор и в системе устанавливается обратная связь:

Выключатель – нагрев – температура –

регулятор

Сигналом для включения той или иной регуляционной системы может быть изменение концентрации какого-либо вещества или состояния какой-либо системы, проникновение во внутреннюю среду организма чужеродного вещества и т.д.

Регуляция процессов метаболизма. Образование и концентрация любого продукта обмена веществ в клетке определяется следующей причинной зависимостью:

ДНК – фермент – продукт.

ДНК запускает определенным образом синтез ферментов. Ферменты в свою очередь катализируют образование и превращение продукта. Образующийся продукт может оказывать влияние на цепь реакций через нуклеиновые кислоты (генная регуляция) или через ферменты (ферментная регуляция):

ДНК – фермент – продукт

ДНК – фермент – продукт[VV137] .

Ранее мы уже рассматривали регуляцию процессов транскрипции и трансляции (см. § 33 ), которая является примером саморегуляции.

Или другой пример. В результате энергопотребляющих реакций (синтез различные различных синтезы веществ, поглощение веществ из окружающей среды, рост, деление клеток и т.п.) концентрация АТФ в клетках уменьшается, а АДФ соответственно возрастает (АТФ – АДФ + Ф). Накопление АДФ активирует работу дыхательных ферментов и дыхательные процессы в целом, и таким образом, усиление генерации энергии в клетке (рис. ).

Регуляция функций у растений. Функции растительного орга­низма (рост, развитие, обмен веществ и др.) регули­руются с помощью биологически активных веществ — фитогормонов (см. § 8). В незначительных количествах они могут ускорять или замедлять различные жиз­ненные функции растений (деление клеток, про­растание семян и др.). Фитогормоны образуются определенными клетками и транспортируются к месту их действия по проводящим тканям или непо­средственно от одной клетки к другой.

Растения способны воспринимать изменения в окру­жающей среде и определенным образом реагировать на них. Такие реакции получили название тропизмов и настий.

Тропизмы (от греч. тропос - поворот, из­менение направления) — это ростовые движения ор­ганов растений в ответ на раздражитель, имеющий определенную направленность. Эти движения могут осуществляться как в сторону раздражителя, так и в противоположную. Они являются резуль­татом неравномерного деления клеток на разных сторонах этих органов в ответ на действие фитогормонов роста.

Настии (от греч. настое - уплотненный) - это движения органов растений в ответ на действие раздражителя, не имеющего определенного на­правления (например, изменение освещенности, тем­пературы). Примером настий может служить раскры­вание и закрывание венчика цветка в зависимости от освещенности, складывание листьев при изменении температуры. Настии могут быть обуслов­лены растяжением органов вследствие неравномер­ного их роста или изменением давления в определенных группах клеток в результате изменений концен­трации клеточного сока.

Регуляция жизненных функций орга­низма животных. Жизненные функции организма животных в целом, отдельных его органов и систем, согласованность их деятельности, поддержание определенного физиоло­гического состояния и гомеостаза регулируютнервная и эндокринная системы. Эти системы функционально взаимосвяза­ны между собой и влияют на деятельность друг друга.

Нервная системарегулирует жизненные функ­ции организма с помощью нервных импульсов, имеющих электрическую природу. Нервные импу­льсы передаются от рецепторов к определенным центрам нервной системы, где осуществляется их анализ и синтез, а также формируются соответству­ющие реакции. От этих центров нервные импульсы направляются к рабочим органам, изменяя опреде­ленным образом их деятельность.

Нервная система способна быстро воспринимать изменения, происходящие во внешней и внутренней среде организма, и быстро на них реагировать. Вспо­мним, что реакцию организма на раздражители вне­шней и внутренней среды, осуществляющуюся при участии нервной системы, называют рефлексом (от лат. рефлексус — повернутый назад, отраженный). Следовательно, нервной системе свойствен рефлекто­рный принцип деятельности. В основе сложной аналитико-синтетической деятельности нервных центров лежат процессы возникновения нервного во­збуждения и его торможения. Именно на этих процес­сах основывается высшая нервная деятельность человека и некоторых животных, обеспечивающая совершенное приспособление к изменениям в окружа­ющей среде.

Ведущая роль в гуморальной регуляции жизненных функций организма принадлежит системе желез внутренней секреции.Эти железы развиты у боль­шинства групп животных. Они не связаны пространст­венно, их работа согласовывается или благодаря нервной регуляции, или же гормоны, вырабатываемые одними из них, влияют на работу других. В свою очередь, гормо­ны, выделяемые железами внутренней секреции, влия­ют на деятельность нервной системы.

Особое место в регуляции функций организма жи­вотных принадлежит нейрогормонам — биологичес­ки активным веществам, вырабатываемым особыми клетками нервной ткани. Такие клетки выявлены у всех животных, имеющих нервную систему. Нейрогормоны поступают в кровь, межклеточную или спинномозговую жидкость и транспортируются ими к тем органам, работу которых они регулируют.

У позвоночных животных и человека существует тесная связь между гипоталамусом (отдел промежу­точного мозга) и гипофизом (железа внутренней секреции, связанная с промежуточным мозгом). Вместе они составляют гипоталамо-гипофизарную систему. Эта связь заключается в том, что синтезированные клетками гипоталамуса нейрогормоны поступают по кровеносным сосудам в перед­нюю долю гипофиза. Там нейрогормоны стимулируют или тормозят выработку определенных гормонов, влияющих на деятельность других желез внутрен­ней секреции. Основное биологическое значение гипоталамо-гипофизарной системы — осуществление совершенной регуляции вегетативных функций ор­ганизма и процессов размножения. Благодаря этой системе работа желез внутренней секреции может быстро изменяться под влиянием раздражителей внешней среды, которые воспринимаются органами чувств и обрабатываются в нервных центрах.

Гуморальная регуляция может осуществляться и с помощью других биологически активных веществ. Например, изменение концентрации углекислого газа в крови влияет на деятельность дыхательного центра головного мозга наземных позвоночных жи­вотных, а ионов кальция и калия — на работу сердца.

Регуляционные системы непрерывно контролируют состояние организма, автоматически поддерживая его параметры на почти постоянном уровне, даже в условиях неблагоприятных внешних воздействий. Если под воздействием какого-либо фактора состояние клетки или органа изменяется, то это удивительное свойство помогает им вернуться вновь в нормальное состояние. В качестве примера механизма работы таких регуляторных систем рассмотрим реакцию организма человека на физические нагрузки.

Реакция на физическую нагрузку.При интенсивной физической нагрузке нервная система посылает сигналы в мозговое вещество надпочечников — эндо­кринных желез, лежащих над почками[VV138] . Эти железы выделяют в кровь гормон адреналин.

Под действием адреналина из селезенки[VV139] в сосуды поступает некоторое количество депонированной в ней крови, в результате чего объем перифериче­ской крови увеличивается. Адреналин вызывает также расширение капилляров кожи, мышц и сердца, увеличивая их кровоснабжение. При физической нагруз­ке сердце должно работать более интенсивно, перекачивая больше крови; мы­шцы должны приводить в движение конечности; кожа должна выделять боль­ше пота, чтобы отвести излишек тепла, образующегося в результате интенсивной работы мышц. Адреналин вызывает также сужение кровеносных сосудов брюшной полости и почек, уменьшая их кровенаполнение. Такое перераспределение крови позволяет поддерживать кровяное давление на нор­мальном уровне (при расширенном русле крови для этого оказывается недостаточно[VV140] ).

Адреналин повышает также частоту дыхания и сокращений сердца. В ре­зультате поступление в кровь кислорода и выведение из нее углекислого газа происходит быстрее, кровь движется по сосудам также быстрее, доставляя больше кислорода интенсивно работающим мышцам и ускоряя удаление ко­нечных продуктов обмена.

При физической нагрузке мышцы выделяют больше углекислого газа, чем обычно, и это само по себе обладает регуляторным воздействием. Углекислый газ повышает кислотность крови, что влечет за собой усиление снабжения мышц кислородом и расширение кровеносных сосудов мышц, а также стимулирует нервную систему к увеличению выделения адреналина, что в свою очередь повышает частоту дыхания и пульса (рис. ).

На первый взгляд все эти приспособления к физической нагрузке должны изменять состояние организма, однако в действительности они обеспечивают сохранение того же состава внеклеточной жидкости, омывающей все клетки организма, и в особенности мозг, каким он был бы без нагрузки. Если бы не было этих приспособлений, физическая нагрузка приводила бы к повышению температуры внеклеточной жидкости, к уменьшению концентрации в ней кис­лорода и к повышению ее кислотности. При крайне тяжелой физической на­грузке все это и происходит; в мышцах накапливается кислота, вызывая судо­роги. Сами судороги также несут регуляторную функцию, пресекая возмож­ность дальнейшей физической работы и давая возможность организму вернуться в нормальное состояние.

s1. Какие регуляторные системы существуют в живом организме? 2. Как осуществляется регуляция жизненных функций в организме? 3. Что такое гомеостаз и какие механизмы его поддержания вам известны? 4. Что общего и отли­чного между нервной и гуморальной регуляцией? 5.Какая связь существует между нервной системой и системой желез внутренней секреции? 6. Какие изменения происходят в кровеносной системе организма человека при физических нагрузках? Каким образом осуществляется регуляция этих изменений? 7. Вспомните из курса биологии 9 класса, какие возможны нарушения функционирования организма человека в результате нарушения взаимосвязей между нервной системой и системой желез внутренней секреции?

§ 35. Иммунная регуляция[VV141]

Важную роль в обеспечении жизнедеятельности организма играет иммунная система. Как вы уже зна­ете, иммунитет(от лат. иммунитас – невосприимчивость) – способность организма защищать собственную целостность, его невосприимчивость к возбудителям некоторых заболеваний. В создании иммунитета принимают участие специфические и неспецифические механизмы.

Кнеспецифическим механизмам иммуните­таотносятся барьерная функция кожного эпителия и слизистых оболочек внутренних органов; бактери­цидное действие некоторых ферментов (например, некоторые ферменты слюны, слезной жидкости, гемолимфы членистоногих) и кислот (выделяемых с секретом потовых и сальных желез, желез слизистой оболочки желудка). Эту функцию выполняют также клетки разных тканей, способные обезвреживать чужеродные для данного организма частицы и мик­роорганизмы.

Специфические механизмы иммунитетаобеспечиваются иммунной системой, которая узнает и обезвреживает антигены (от греч. анти — против и генезис - происхождение) — химические вещества, вырабатываемые клетками или входящие в состав их структур, либо микроорганизмы, воспринимае­мые организмом как чужеродные и вызывающие иммунный ответ с его стороны.