Вопрос №38. Медленный биологический ответ

Чувствительность (раздражимость) – способность живого существа воспринимать внутренние и внешние сигналы и адекватно реагировать на них. Все варианты поведения являются результатом биологических ответов. Все сигналы принято условно подразделять на химические и физические.

Химические сигналы – молекулы, ионы, изменение их концентрации. В ходе взаимодействия с химическим сигналом рецептор образует с ним комплекс, а потом рецептор меняет свою конформацию, следовательно, и функцию. Рецептор – чувствительная молекула.

Физический сигнал – уровень температуры, свет, звук, механическое давление и др. Рецептор взаимодействует не со светом, а с квантом света. Рецептор не может образовать с ним комплекса, но он поглощает энергию, которую пускает на конформацию.

Существует множество способов активации (инактивации) белков. Однако чаще всего этот процесс связан с фосфорилированием белков, т. е. присоединением фосфатной группы. Фосфорилирование приводит к изменению конфигурации белка, т. е. изменению функции. Это происходит за счет того, что фосфатная группа легко диссоциирует и приобретает сильный отрицательный заряд. Фосфорилирование белков – очень сложный процесс, он не может идти самопроизвольно. Специальные ферменты, обеспечивающие фосфорилирование белков, называются протеинкиназами.

Формирование медленного биологического ответа, за минуты. При формировании био. ответа различают 3 этапа: восприятие сигнала рецептором → трансдукция сигнала → ответ. Трансдукция может происходить медленно и быстро, значит, существуют медленные и быстрые био. ответы. Здесь рассмотрим медленные ответы. Итак, рассмотрим каждый этап. На первом этапе происходит восприятие сигнала рецептором. При хим. сигнале рецептор вступает во взаимод. с ионом/молекулой/частицей, в результате изменяет свою конформацию; при физ. сигнале рецептор поглощает всю энергию, в рез-те тоже изменяет свою конф-цию. Очень важно, что каждый рецептор строго специфичен. После восприятия сигнала его нужно преобразовать и передать на соответствующие структуры. Очевидно, что в трансдукции сигнала принимают участие белки. Значит, они не должны функционировать, пока нет сигнала, это возможно в 2 случаях:

1 - первоначально белки отсутствуют, а затем синтезируются.

2 - изначально белки присутствуют, но они не активны.

Очевидно, что синтез белка идет медленнее, чем активация, следовательно, для медленных био. ответов, характерен 1 случай. Здесь наблюдается определенный каскад, как и при диф-ой экспрессии генов, только в данном случае каскад запускает с момента изменения конформации рецептора. Схема данного каскада:

Данная схема реализуется за более длительный период времени (минута, час, день, неделя и т.д.) и характерна для гуморальной регуляции.

Сигнал	Взаимодействие сигнала с рецептором	Рецептор меняет конформацию и превращается в ТФ1 *	Запуск транскрипции гена, кодирующего ТФn-1	Запуск биосинтеза ТФn-1
Биологический ответ	Запуск биосинтеза белка Х	Запуск транскрипции гена, кодирующего белок Х	Запуск биосинтеза ТФn	Запуск транскрипции гена, кодирующего ТФn

E.coli Средняя скорость транскрипции ≈ 45-50 нуклеотидов/с

Скорость работы рибосом ≈ 15 аминокислот/с

Время на один белок ≈ 20с

* -и то, и другое происходит в простейшем случае, но чаще всего между рецептором и ТФ есть система посредников.

Рецептор на клеточной мембране, ТФ – в ядре. У животных (человека) рецепторы стероидных гормонов сами становятся ТФ и уходят в ядро. Первая схема идет быстрее, т. к. в клетке уже все есть, нужно лишь отфосфорилировать некую молекулу. Медленные биологические ответы реализуются в течение часов, дней, недель. Быстрые в течение секунд, долей секунд. У растений, грибов и бактерий преобладают медленные биологические ответы. У животных – быстрые. В основе этого разделения лежит наличие или отсутствие клеточной стенки. В значительной степени наличие быстрого/медленного биологического ответа определяется экологическим поведением: пережидание/уход. Нервная система по своей сути предназначена для чрезвычайно быстрой реализации биологических ответов. Гормональная система работает по принципу медленных ответов. Их совокупность образует нейро-эндокринную систему. Медленные биологические ответы у человека.

Например, гормональная регуляция. У всех животных, имеющих нервную систему молекулярная регуляция одинаковая. Существует множество ситуаций, когда в формирование биологического ответа участвуют элементы быстрых и медленных биологических ответов. Нейро-эндокринная система обеспечивает реализацию биологических ответов: выработка молока у женщин не сразу после оплодотворения. Функции нервной системы: реакция на внешние сигналы – связь с окружающей средой, реакция на внутренние сигналы – координация органов. Каждый Оз подвергается воздействиям окр. ср. Все возд-ия м. разделить на витальные, т.е влияющие на жизнеспособность Оз, и сигнальные, т.е. информирующие об изменениях окр ср. Различают 2 типа сигналов: химические (м-лы, ионы) и физические (t, p, свет). Очевидно, что на сигналы необходимо адекватно реагировать, при этом на каждый сигнал Оз вырабатывает опр-ый био. ответ. С современной т. з. любое поведение Оз м. представить в виде суммы опр-ых био. ответов.