2 курс / Нормальная физиология / Физиология возбудимых тканей 1

У

Синаптический тип контакта характерен для нервных клеток (мозг —

межнейронные синапсы), для нервных окончаний с эффекторной клеткой

(нервно-мышечные, нервно-эпителиальные синапсы и др.).

М

Г

м

о

Г

й

и

Рисунок 1.3 — Строен е синапса

р

1.1. Сигнальная трансдукция

Обмен информаци нными сигналами,

как правило, обеспечивается

т

соответствующими механизмами их восприятия и специфическими меха-

низмами ответа на

, к рые тносятся к фундаментальным функциям

них

живых систем. Сложнаяоцепь событий — определенные пути передачи

з

сигнала, иначе называют сигнальной трансдукцией.

У многоклеточных организмов выделяют два уровня восприятия и пе-

этом

редачи сигнал в.

Во-первых, это уровень целого организма, который получает ин-

формацию из кружающей среды с помощью органов чувств: глаз, ушей и

е

т. д. В

случае говорят о сенсорной рецепции, которая обеспечивает

вос риятия волновой энергии (света, звука,

тепла), а в случае обоняния и

Р

У

информационного характера (например, гормоны, нейромедиаторы) из

внутренней среды организма.

Клетки «разговаривают» между собой в основном на языке химиче-

М

ских сигналов, которые представлены разнообразными первичными мес-

сенджерами. Передачу сигналов от клетки к клетке осуществляют сиг-

Г

клетки

вуют на соседние

(нап имер, цитокины, факторы роста — это сиг-

нальные молекулы белк в йприроды, которые выделяются неспециализи-

клетками

рованными

организма, они регулируют рост, дифференцировку,

пролиферацию соседн х кле ок, действуют пара- и аутокринно).

Сигнальные молекулы являются лигандами для рецепторов клеток-

Лигандами могут быть как неполярные, так и полярные вещества. Не-

з(гидр фобные-жирорастворимые) вещества, например, стеро-

идные г рм ны, проникают в клетку, проходя через липидный бислой.

Полярныео(гидрофильные) сигнальные молекулы в клетку не проникают, а

связываются специфическими рецепторами клеточных мембран. К поляр-

полярные

ным сигнальным молекулам относят белковые гормоны (например, глюка-

гон, инсулин, паратгормон).

е

Информация, переносимая сигнальной молекулой во время ее взаимо-

действия с рецептором может трансформироваться в конкретный физиоло-

Ргический ответ. Лиганды могут оказывать различное действие на ткани

мишени: метаболическое (изменение активности и количества ферментов,

действию того или другого гормона).

У

Восприятие клетками внешних сигналов в основном происходит бла-

годаря взаимодействию этих факторов с определенными рецепторами

1.2. Рецепция

М

Г

Рецепцией называют процесс восприятия и трансформации (преобра-

зования) механической,

термической, электромагнитной и химической

сигналом

энергии в нервный сигнал или сложную последовательность мембранных и

цитоплазматических процессов. Функцию рецепции выполняют специальные

по

чувствительные образования, условно разделяемые

особенностям их ор-

ганизации, характеру и механизмам взаимодействия с

на две боль-

Г

шие группы — клеточные (молекулярные) и сенс рные рецепторы.

Рецепторы

Развитие рецепторной теории началось в XIX в., когда Пауль Эрлих

выдвинул концепцию о лекарстве как «волшебной пуле», направленной на

«поражаемый рецептор».

С позиции современной молекулярной биологии рецепторы — это

р

генетически детерминированные макромолекулярныей

сенсоры (простые

белки глико- и липопротеины), локал зованные в специализированных об-

о

разованиях клетки (плазматическаяимембрана, цитозоль, ядро).

Количество рецепт р в в клетках-мишенях насчитываются тысячами

и десятками тысяч, их

личество не остается постоянным: рецепторы

или

инактивируются

разрушаются в процессе их функционирования, реак-

тивируются пос оянно син езируются в клетках-мишенях.

Как мембранныетак,

и внутриклеточные молекулярные рецепторы

о

имеют активные центры связывания, обеспечивающие их специфическое

взаим действие с лигандом. После связывания с лигандом рецептор пере-

п

дает сигналзна исполнительные системы: открывает или закрывает ион-

ные каналы, активирует специфические ферменты или действует сам в

схему

кач стве ионофора. Все виды информационных межклеточных взаимо-

д йствий реализуются в рамках концепции «сигнал–ответ».

Р

Информационные межклеточные взаимодействия укладываются в

У

имеют общий план строения: они содержат участок, расположенный вне

клетки, внутримембранный участок и внутриклеточный участок, погру-

женный в цитоплазму.

М

Существуют три основных типа рецепторов, интегрированных во

внешнюю клеточную мембрану (поверхностные рецепторы):

1) рецепторы — ионные каналы;

Г

2) каталитические рецепторы, ассоциированные с ферментатив-

ной активностью;

3) рецепторы, сопряженные с G-белками.

лиганд — регулируемый транспорт ионов; рецепторам

Вторые и третьи относят к метаботропным

.

В связи с этим выделяют три основных

еханиз а рецептор-

зависимой трансмембранной передачи сигнала:

м

й

лиганд — регулируемые рецепторы — ферменты;

лиганд — регулируемая активация цепочкиГрецептор — G-белок.

и

 Рецепторы, ассоциированные с онными каналами (ионотроп-

ные рецепторы) — представляют собой трансмембранные канальные бел-

р

ки, открытие-закрытие кото ых конт ол руется присоединением соответ-

ствующего вещества (лиганд-уп авляемые ионные каналы). При этом пе-

редача сигнала происх дит п с едством изменения ионной проводимости

т

мембраны (рисунок 1.4). К естественным лигандам относятся многие ней-

ромедиаторы: норадреналин, ацетилхолин, ГАМК, глицина и др.

и

 Взаимодейс в е медиатора с ионотропным рецептором активирует

з

ионоселективные каналы постсинаптической мембраны (N-холорецептор).

Ионные рецепторы опосредуют быстрые ионные синаптические ответы

о

длительн стью несколько миллисекунд. Следует отметить, что данный тип

р в наиб лее задействован в механизмах синаптической передачи в

рецепт

нервно-мышечных синапсах и вегетативных ганглиях.

е

Р

кул, таких как серотонин, ацетилхолин, пептиды и т. п., приводит к запус-

и

ку целого каскада биохимических превращений, вызывающих ответную

реакцию клетки.

р

В зависимости от типа катал т

активности внутреннего доме-

на рецептора выделяют несколько классов 1-TMS-рецепторов: рецептор-

о

ные тирозинкиназы; рецепт ы, ассоциированные с тирозинкиназами; ре-

т

цепторные тирозинф сф тазы, ецепторные серинтреонинкиназы; рецеп-

торные гуанилатциклазы.



механизмов

Знание

реагирования

клеток на стимуляцию 1-TMS–

регуляции клеточного ц кла, дифференцировки клеток, физиологической

го

гибели и регенерац клеток.

Рецепт ры, сопряженные с G-белками (метаботропные) —

п

7-TMS-рецептзры, которые посредством G-белков индуцируют активацию

вторичн

п средника (мессенджера), а гормон в этой цепи является пер-

е

осредником (мессенджером). Взаимодействие медиатора с метабо-

вичным

Напомним, чтоG-белок представляет собой олигомер, состоящий из

У

3 субъединиц — ά, β, γ. В неактивном состоянии G-белок (ά — субъедини-

ца), обычно связан с молекулой ГДФ. При взаимодействии с активирован-

ным рецепторным белком, конфигурация G-белка (β и γсубъединицы) ме-

М

няется таким образом, что на место ГДФ становится ГТФ (рисунок 1.5).

Именно комплекс ГТФ + G-белок способен быть активаторомГследующего

компонента системы — фермента, образующего вт ричный посредник.

Известны следующие лиганды, связанные с G-белк

мембранных

м

рецепторов: ангиотензин II, АТФ, ацетилхолин (мускариновые рецепто-

о

ры), нейромедин В, гастрин-РГ, брадикинин, вазопрессин, глюкагон, веще-

ство Р, гистамин, глутамат, люлиберин, не ропептид Y, норадреналин,

ПТГ, серотонин, ТТГ, фактор

Г

холецистокинин,

тромбоцитов,

эндотелин, метионин-энкефалин др.

й

активации

р

о

т

и

з

о

Рисунок 1.5 — Особенности передачи возбуждения в метаботропных синапсах

п

Система сигнальной трансдукции, опосредованная мембранными

ерецепторами, включает следующие события:

взаимодействие рецептора с сигнальной молекулой (первичным по-

Рсредником);

М

Первичный посредник

Г

У

Аденилатциклаза Гуанилатциклаза

Фосфолипаза С

↓

↓

↓

АТФ

ГТФ

Фосфатидолинозитол-4,5- дифосфат

↓

↓

↓

↓

м

цАМФ цГМФ Диацилглицерол

Инозитолтрифосфат

белков

↓

↓

↓

↓

Са2+

Са2+

Са2+

Са2+

Эффекты:

1) фосфорилирование белков, конформация

и ответ клетки;

2) связь ионов Са2+ с белками.

й

Вторые посредники, как правило мелкиеГподвижные внутриклеточ-

ные сигнальные молекулы, они передают сигнал от мембранных рецепто-

ров на эффекторы (исполнительные молекулы), что сопровождается даль-

нейшим усилением ответа клетки на гнал. Любой из образующихся по-

о

действие

средников может опосредовать

различных гормонов либо один

гормон может изменять метаб лизм клетки через несколько вторых по-

т

средников. Ко вторым (внурриклеточным) посредникам относятся цикли-

ческие нуклеотиды (цАМФ и цГМФ), ИТФ, диацилглицерол, Са2+, а также

АКТГ, АДГ, ТТГ, МСГ, ФСГ, лютропин, паратгормон, опиоиды, глюкагон,

з

кортиколюбер н, кальц тонин, соматостатин.

1. Цикл ческ е нуклеотиды (цАМФ, цГМФ).

о

зольного ИТФ и мембранного диацилглицерола.

У

3. Ионы Са2+— распространенный второй посредник, регулирующий

множество процессов. Функционирование ионов Са2+ в качестве вторых

посредников возможно лишь при поддержании нормальной (Са2+) в цито-

М

золе в крайне низких пределах (< 100 нмоль/л), что поддерживается Са2+—

АТФазами плазмолеммы и внутриклеточных депо кальция (н-р: ЭПС). Ре-

2+

Г

цепторы ионов Са2+ — Са2+-связывающие белки (например, тропонин С,

кальмодулин и др.).

тормозить

облегчать или дублировать друг друга.

Вторые посредники могут активировать или

реакции кле-

ток на различные сигналы, поступающие к гормональным рецепторам.

2+

о

Одновременно присутствующие в клетке Са и цАМФ огут быть

антагонистами,

равноправными партнерами, включаться п следовательно,

Г

Влияние цАМФ на внутриклеточный обмен Са2+ зависит от вида кле-

снижению содержания Са2+

в ц топлазменейронах, так как цГМФ активирует Са2+-

ток: в кардиомиоцитах, гепатоцитах,

цитоплазматический Са

под влиянием цАМФ возрастает, тогда как в тромбоцитах, неисчерченных

и

мышечных клетках цАМФ снижается.

Действие цГМФ является однонаправленным и всегда приводит к

ляет собой разновидн

рецепторов,

лигандами которых являются сиг-

АТФазу.

о

II. ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ. Данная группа представ-

мин D3.

сть

нальные молекулы гидр ф бн й природы. Это стероидные гормоны, гор-

ми

моны щитов дной железы (

иреоидные или производные тирозина), вита-

Стероидные гормоны и производные тирозина взаимодействуют с

цитоплазмат ческ

рецепторами, после чего проникают в ядро клетки.

В цит пла ме г рмоны связываются с цитозольным рецептором, это необ-

п

ходимо длязп ступления гормона в ядро, где он образует гормон-

тивный к мплекс с ядерным рецептором. Комплекс гормон-рецептор

реце

в этомослучае является вторичным посредником. Ряд эффектов стероидов

осущ ствляется вне ядра, на посттранскрипционном уровне в результате

взаимодействия с рецепторами рибосом, с плазматическими мембранами

компонентов цитоскелета, играет важную роль в формировании клеточно-

го ответа на действие различных факторов роста (эпидермального, тром-

боцитарного), инсулина и т. п.

Р

Переход стероидов в ядро вызывает структурную перестройку хрома-

сов, поскольку связан с изменением экспрессии генов. Ответы клеток-

мишеней выполняются на разных уровнях реализации генетической ин-

формации (например, транскрипция, посттрансляционная модификация) и

крайне разнообразны (изменения режима функционирования клетки, сти-

У

муляция или подавление активности ферментов, перепрограммирование

синтеза белков и т. д.).

Рецепция

тироидных

гормонов. Рецепторы

тироидных гормонов

М

представлены несколькими независимыми пулами ядерных цитоплазма-

тических, митохондриальных рецепторных белков и, возГожно, белков

плазматических мембран. Действие тироидных г р

н в существляется

также после комплексирования их с рецепторами клет чн й мембраны, где

м

они непосредственно влияют на активность нек т рых л кализованных в

ней ферментов, стимулируют транспорт глюкозыои аминокислот через

мембрану. Гормон-рецепторные комплексы, образованные на поверхности

Г

клетки, попадают в цитоплазму, где комплексируются с белками и обра-

зуют внутриклеточный фонд (пул) т ро дных гормонов.

Внутриклеточное действие т

дных гормонов во многом определя-

й

ется взаимодействием Т3 с

ецепто

митохондрий и повышением ак-

тивности ферментов-регулят в углеводного обмена.

ами

Тироидные горм ны (Т3) связываются с рецепторами, локализован-

ными в ядерном хрома ине.роДальнейшие этапы действия тироидных гор-

монов (транскрипция ДНК в мРНК, трансляция мРНК и посттрансляцион-

ные изменен я)

о

с действием стероидных гормонов, они стимулиру-

ют синтез белка во твсех клетках организма.

Поскольку эффекты стероидных и тироидных гормонов связаны с ин-

дукцией синтесхожиа РНК и белка, их эффекты развиваются медленно, и они

участвуют в д лгосрочных видах модуляции метаболизма.

з

П др

механизмы рецепции гормонов рассматриваются в разделе

«Эндокринная система».

бно

Количество известных сигнальных путей в живой клетке исчисляется

сотнямип. При этом следует учитывать, что каждый такой вертикальный

путь (от первичного сигнала до внутриклеточной мишени) вовлекает весь-

е

ма длинную цепочку белковых компонентов; различные вертикальные пу-

ти могут так или иначе взаимодействовать между собой; сходные системы

Рпередачи сигналов могут варьировать в зависимости от типа клетки, орга-

У

тор представляет собой нервную клетку или комплекс нервной и эпители-

альной клетки, специально приспособленный для восприятия определен-

ного типа раздражителей.

М

По расположению сенсорные рецепторы подразделяют на:

экстерорецепторы — воспринимают раздражители из внешней

Г

среды организма. К ним относятся слуховые, зрительные, обонятельные,

вкусовые, осязательные рецепторы;

м2

интерорецепторы — воспринимают раздражение из внутренней

среды организма. Это висцерорецепторы (сигнализирующие о состоянии

о

внутренних органов), вестибуло- и проприорецепторы (рецепторы опорно-

двигательного аппарата), рецепторы сосудов и ЦНС. Если одна и та же

Г

разновидность рецепторов (например, хеморецепт ры к СО ) локализова-

ны как в ЦНС (продолговатый мозг), так и в других местах (сосуды), то та-

й

кие рецепторы подразделяются на центральные и периферические.

стоянии от источника раздражен я (зр тельные, слуховые, обонятельные);

р

контактные — возбуждаются

непосредственном соприкосно-

вении с ним. Благодаря большому х

азнообразию человек способен вос-

о