Клітинний механізм регуляції

  Одиницею життя є клітина. Саме в ній відбувається обмін речовин, який забезпечує певну упорядкованість її структур і функцій. Ця упорядкованість безперервно змінюється відповідно до змін параметрів навколишнього середовища. Отже, і обмін речовин, і фізіологічні функції носять пристосувальний характер. Ці пристосувальні зміни відбуваються завдяки власним клітинним механізмам регуляції життєдіяльності, їхня діяльність полягає в тому, що вони: сприймають всі зміни навколишнього середовища, здійснюють якісну і кількісну оцінку їх, тобто переводять подразнення в інформацію, перекладають інформацію на «мову» обміну речовин, організують специфічну фізіологічну функцію, здійснюють пластичне й енергетичне забезпечення функції.

Кожна з особливостей діяльності клітинного механізму регуляції має свої структурні особливості, які зараз інтенсивно вивчаються. Дещо вже остаточно з'ясовано, але багато і невідомого. Так, виявлено, що сприймання змін навколишнього середовища (рідинного для клітин) відбувається мембранними рецепторами білкової природи. Білки-рецептори «вмонтовані» у цитоплазматичну мембрану і виступають над її поверхнею. Завдяки стереохімічній будові вони здатні з'єднуватись з молекулою хімічної речовини, яка з'явилась у навколоклітинній рідині за умови, що ця молекула за своєю формою буде відповідати формі активного центру білка-рецептора. Ці стереохімічні співвідношення нагадують співвідношення між замком і ключем. Хімічна речовина, яка з'явилась у міжклітинній рідині, несе для клітини певну інформацію. Тому її назвали інформоном. Як тільки інформон з'єднується з білком-рецептором (БР) і утворюється комплекс білок — інформон (БРІ), він вже має сигнальне значення для клітини, тобто подразнення-інформон перетворюється на інформацію. На мембрані клітини надзвичайно багато БР, кожен має свою специфічну стереохімічну структуру. Хімічні речовини, які з'являються у навколоклітинній рідині, впливають на клітину тоді, коли на її цитоплазматичній мембрані є відповідний БР. Якщо його немає, то на таку хімічну речовину клітина не реагує.

Після появи на цитоплазматичній мембрані інформації, тобто утворення комплексу БРІ, запускається відповідний ланцюг хімічних процесів, який примушує кожну клітину виконувати притаманну їй функцію. Встановлено, що у багатьох процесах посередником між БРІ і специфічною реакцією є циклічний монофосфат (цАМФ). Внаслідок появи інформації у цитоплазматичній мембрані у клітині відбувається зміна активності вже існуючих ферментів, а при відсутності — створення їх заново.

Саме зміни активності ферментів або навіть їхнього складу змінюють обмін речовин і функції клітин. Отже, у клітині, після того як вона одержала інформацію, відбуваються три взаємопов'язані процеси: 1) виконання специфічної функції, 2) пластичне і 3) енергетичне забезпечення цієї функції.

 Пластичне забезпечення функцій клітини полягає у самовідновленні її структур і ферментів, які постійно руйнуються як внаслідок діяльності клітини (будь-яка активність — це катаболічний процес), так і мимовільно. У зв'язку з тим що в обох випадках вирішальну роль відіграють білки (як структурні, так і ферментні), то йдеться про їхній безперервний біологічний синтез, який спрямовується генетичним апаратом клітини за схемою: ДНК—РНК— білок. Цей механізм працює так.

На ДНК (гігантській молекулі, в якій зберігається інформація про структуру всіх білків клітини) за допомогою інформона включається у роботу саме той ген, чия діяльність необхідна для синтезу білків, яких не вистачає на даний момент клітині. Між цитоплазматичною мембраною і структурами клітини, в яких відбувається біосинтез, існує прямий зв'язок. Деполяризація мембрани внаслідок її подразнення є сигналом для генетичного апарату клітини, який здійснює пластичне забезпечення її функції.

Енергетичне забезпечення функцій клітини. Поява інформації у клітині активує ферментні системи, які розщеплюють багаті на енергію речовини і звільняють енергію, необхідну для здійснення будь-якого процесу. Підтримання збудливості, збудження, прояв специфічної діяльності, біосинтез нових молекул відбуваються завдяки енергії, яка виділяється при розщепленні хімічних сполук. Але клітина може використати енергію тільки у певній (найменшій) порції, тобто певним чином квантовану. Таким квантом енергії, який використовує клітина для будь-яких потреб, є енергія, акумульована у молекулі аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ). АТФ — це сполука, яка є головним і універсальним джерелом енергії для клітин.

За хімічною структурою АТФ є нуклеотидом, у якому азотиста основа (аденін) і пентоза (рибоза) з'єднані з трьома залишками фосфорної кислоти. Зв'язки двох останніх залишків фосфорної кислоти нестійкі, вони легко розриваються під впливом певних ферментів. При цьому звільняється енергія (А—Р~Р~Р). При відщепленні від АТФ одного залишку фосфорної кислоти утворюється речовина аденозиндифосфат (А—Р~Р+Р), а при відщепленні двох залишків — аденозинмонофосфат (А—Р). Запаси АТФ у клітині незначні, але вони швидко відновлюються завдяки безперервному ресинтезу її з АДФ і АМФ, тобто фосфорилюванню їх. Спочатку ресинтез проходить за рахунок креатинфосфату і безкисневого розщеплення глюкози (гліколіз) до стадії молочної кислоти (гліколітичне фосфорилювання). Потім — за рахунок енергії розщеплення молекул вуглеводів, жирів і білків за участю кисню (кисневе фосфорилювання). Ці процеси каталізуються певними ферментами, в яких аденозинмонофосфат (АМФ) виконує функцію переносника енергії від речовин, багатих на неї (вуглеводів, жирів, білків), до споживачів. Якщо руйнується молекула АМФ і утворюються кінцеві продукти дисиміляції — NH₃ та інозинова кислота, клітина втрачає змогу використовувати багаті на енергію сполуки. У цьому випадку, маючи значний жировий запас, вона гине від виснаження. Треба мати на увазі, що клітини не можуть передавати АТФ одна одній. Тому клітина, яка не брала активної участі у функціональній діяльності тканини і залишилась із значним запасом АТФ, не може «поділитись» джерелом квантової енергії з тією, що виснажила свої запаси.

Гуморальна регуляція

Хімічні речовини, що утворюються в клітинах, надходять у судинне русло і з кров'ю розносяться до клітин різних органів і тканин, виконуючи функцію інформонів. Вони здійснюють рідинну, або гуморальну, регуляцію. Такі хімічні речовини діють на клітини однієї і тієї ж тканини і на весь організм. Деяким з них притаманна висока фізіологічна активність. їх називають біологічно-активними речовинами (БАР). У дуже малих концентраціях вони здатні викликати значні зміни функцій окремих органів і організму в цілому.

Гуморальна регуляція, на відміну від нервової, не має певного «адресата». Хімічна речовина, що надійшла до кровоносної системи, діє водночас на всі клітини організму. Але чутливим до неї будуть тільки ті, в яких є відповідний рецептор. Крім того, гуморальна регуляція характеризується повільністю дії і тривалістю впливу.

В основі нервової регуляції лежить принцип рефлексу.