Гомеостаз. Его закономерности в живых организмах. Генетические, клеточные и системные основы гомеостатических реакций.

Гомеостазом - называется свойство живых существ поддерживать постоянство своей внутренней среды, несмотря на изменчивость факторов окружающей среды. Несмотря на значительные колебания среды, живой организм сохраняет себя как отдельную биологическую единицу, которая отличается постоянством морфологии, физико-химическим составом клеток, тканевой жидкости, крови и т.д. Выделяют различные виды гомеостаза:

Генетический гомеостаз обусловлен геномным уровнем организации наследственного материала. Молекула ДНК определяет генетическую стабильность клеток и организмов на протяжении всей жизни. Она хранит, реплицирует наследственную информацию и участвует в ее реализации в процессе транскрипции в реакциях матричного синтеза. ДНК состоит из 2-х полинуклеотидных цепей и отличается устойчивостью к внешним воздействиям. В процессе репликации и транскрипции, а также под действием эндогенных и экзогенных химических соединений и физических факторов могут происходить ошибки, нарушения структуры молекулы ДНК. В клетках под действием системы репарирующих ферментов (ДНК-полимеразы, редактирующей эндонуклеазы) происходит исправление ошибок репликации. Механизм репарации основан на наличии 2-х цепей, искажение последовательности нуклеотидов одной из них обнаруживается специфическими ферментами, затем соответствующий участок удаляется и заменяется новым, синтезированным на второй комплементарной цепи. Если количество повреждений остается высоким, в клетке блокируются процессы репликации, клетка не делится, т. е. не передает, возникшие изменения потомству. Т.о., набор ферментов репарации осуществляет осмотр ДНК, удаляя поврежденные участки, способствует поддержанию стабильности наследственного материала.

Важным механизмом сохранения генетического гомеостаза является диплоидность соматических клеток у эукариот. Двойная генетическая программа подавляет фенотипическое проявление большинства рецессивных мутаций. В стабилизации генотипа важное значение имеют разные виды взаимодействия генов. Фактором защиты является триплетность генетического кода, что допускает минимальное число замен внутри триплета, ведущих к искажению информации, 64% замен 3-го нуклеотида не дает изменений смыслового значения. Явление экстракопирования генов, кодирующих жизненно важные макромолекулы, наличие десятков и сотен идентичных копий-генов рРНК, тРНК, гистоновых белков, мутационные изменения которых не ведут к катастрофическим последствиям, также является фактором защиты. Эти механизмы способствуют сохранению генетической стабильности, определяют высокую эволюционную пластичность популяций и адаптации к меняющимся факторам среды.

Структурный гомеостаз - это постоянство морфологической организации на всех уровнях различных биологических систем. Таким образом, целесообразно выделить гомеостаз клетки, ткани, органа, системы органов, организма. Клетка - это элементарная единица, которой свойственна саморегуляция. Важное значение имеют мембранные структуры, через которые осуществляется рецепция, транспорт. Особенностью регуляции структурного гомеостаза является положительная обратная связь, когда гомеостаз нижележащих структур является основой их жизнедеятельности и обеспечивает морфологическое постоянство вышестоящих структур. Универсальным механизмом регуляции является физиологическая и репаративная регенерация.

Иммунные механизмы гомеостаза обеспечивают сохранение биологической индивидуальности, когда организм распознает «свое» и «чужое» и обеспечивает защиту от чужеродного агента. Иммунитет понимается как способ защиты организма от чужеродных агентов, несущих в себе признаки генетически чужеродной информации. Чужеродную генетическую информацию чаще всего несут вещества - антигены-белки, мукополисахариды, нуклеиновые кислоты. В эволюции организмов постепенно сформировалось две формы иммунитета клеточный и гуморальный. У земноводных впервые произошло разделение лимфоцитов на клетки, ответственные за клеточные и гуморальные иммунные реакции, которые в дальнейшем совершенствовались. У человека и млекопитающих иммунная система, представленная лимфоидной тканью, имеет центральное (красный костный мозг и вилочковая железа) и периферическое (селезенка, лимфатические узлы) звено. Защитная реакция осуществляется лимфоцитами двух типов, образующимися в указанных органах. Т-лимфоциты, обеспечивают клеточный иммунитет, уничтожая чужеродные клетки и соматические клетки собственного организма, подвергшиеся мутациям. Различают три вида Т-лимфоцитов: киллеры, хелперы, супрессоры. Они определяют трансплантационный, противоопухолевый, противовирусный иммунитет. В-клетки участвуют в гуморальном иммунитете, выделяя антитела - иммуноглобулины, которые обладают специфической активностью против антигенов, оказывают агглютинирующее или лизирующее действие. Примерами нарушений иммунного гомеостаза служат аутоиммунные болезни (множественный склероз).

Системный гомеостаз - гомеостаз жидкой части внутренней среды организма определяет постоянство состава крови, лимфы, тканевой жидкости, осмотического давления, общей концентрации электролитов и концентрации отдельных ионов, содержания в крови питательных веществ и т.д. Эти показатели даже при значительных изменениях условий внешней среды удерживаются на определенном уровне.

Чувствительность тканей к изменениям внутренней среды организма различна. Так, нервная система особенно чувствительна к снижению содержания кислорода. Млекопитающие животные не переносят колебаний концентрации ионов Са2+, превышающие 30%. К этой форме гомеостаза применим кибернетический принцип регуляции, когда в системе имеется блок управления и рабочая часть, отвечающая на регулирующее воздействие управляющего блока. Регуляция осуществляется по принципу отрицательной обратной связи, путем тесного взаимодействия нервных и гуморальных механизмов.

Основу гомеостаза составляют механизмы, которые сложились в процессе эволюции и поэтому закреплены генетически. Контролируют гомеостаз две системы – нервная и эндокринная. Относительно быстрые изменения состояния организма обеспечиваются нервной системой. Гормональное влияние распространяется на клетки и органы медленнее, но и сохраняется обычно более длительное время.