Влияние 1-ных мессенджеров на клеточный обмен

Мессенджеры (messenger – связной, посыльный вестник, сигнализатор) – это вещества, которые являются посредниками передачи сигналов (то есть информации) из вне в клетку. Под их действием происходит целый комплекс метаболических изменений в организме, который может быть как весьма обширным, так и относиться, в основном, к одному метаболическому пути (изменяться может направление метаболического пути, его интенсивность).

На клеточные процессы мессенджеры всегда действуют непосредственно. Но в одних случаях, они сами проникают в клетку через соответствующие канальные белки или при нарушении проницаемости или целостности биомембран. Такие вещества, или часто неорганические ионы, можно именовать «первичными мессенджерами». К ним относятся: ионы Ca²⁺, Na⁺, K⁺, Cl^-, гормоны щитовидной железы, стероидные гормоны, глюко-, минералокортикоиды и другие. Однако это название практически не используется в учебной литературе. В других случая, мессенджеры образуются внутри клетки вследствие активизации гормонально-рецепторных комплексов или других более сложных механизмов, которые реализуются через биомембраны. То есть гормон, гуморальный фактор и др. активируют мембранную ферментную систему через действие на рецептор, обуславливая синтез мессенджера в клетке из обычного интермедиата в клетке. Такие вещества называют «вторичными мессенджерами» и это понятие очень широко распространено в учебной литературе. К вторичным мессенджерам можно отнести: цАМФ, цГМФ, инозитолтрифосфат, диацилглицерол, монооксид азота и т.д.

Имеются такие вещества, которые можно отнести сразу к 1-ным и 2-ным мессенджерам, например ионы Ca²⁺. В мышечной ткани, в кардиомиоцитах они могут входить в клетку во время деполяризации мембраны и попадать в цитозоль из саркоплазматического ретикулума, а могут непосредственно из межклеточного пространства.

Перед там как мы перейдем к рассмотрению примеров действия первичных мессенджеров, напомню некоторые особенности клеток и иерархических систем управления в организме. Любые клетки и ткани подвержены внешнему воздействию. Их можно разделить на возбудимые и проводимые. Возбуждение в ответ на внешний раздражитель может протекать в любой клетке, так как в ней заложены специализированные системы и механизм их функционирования. Проводимость характерна только для специализированных клеток нашего организма и заключается в возможности проведения деполяризации от места приложенного раздражения по всей мембране. К проводимым относят: мышечную и нервную ткани, железистые клетке и другие.

В организме можно выделить следующие системы регуляции от более значимой к менее по влиянию на обменные процессы в организме:

1. Нервная система – регуляция посредством нервных импульсов и нейромедиаторов.

2. Эндокринная – система через гормоны, распространяющиеся дистантно по крови и реагирующие только на те клетки и ткани, которые имеют соответствующие рецепторы.

3. Паракринная и аутокринная – влияет с помощью гормоноподобных веществ (гуморальных факторов) через межклеточное пространство. В случае первой – одна клетка на недалеко отстоящую другую клетку. Аутокринная – клетка регулирует свою собственную активность.

4. Иммунная – через советующие вещества (цитокины, антитела) на соответствующие клетки или получают сигналы от других клеток.

I. Общие представления о механизме передачи нервного импульса.

Такой процесс как проводимость, о котором упоминалось выше, заключается в распространении нервного импульса, который реализуется вследствие деполяризации мембраны, например аксонального выроста (см. слайды 1-3) или мембраны мышечных волокон. Главную роль в поддержании потенциала покоя мембран и создании потенциала действия играют ионы Na⁺ и K⁺. Концентрация этих ионов внутри нервного волокна и за его пределами сильно отличается (см. рис. 1). Как видно внутри клетки высокая концентрация ионов калия, а за пределами клетки высокая концентрация ионов натрия. Такое неравноценное количество ионов калия и натрия создается за счет работы Na⁺, K⁺-АТФ-азы (слайд 4 и 5). Так как ионы калия стремятся покинуть клетку, а ионы натрия войти в клетку по градиенту концентрации, но ионы калия перемещаются гораздо быстрее ионов хлора, то помимо концентрационного градиента возникает электрохимический, так как имеется в приповерхностном мембранном слое разная зарядность на внешней и внутренней стороне мембраны, как показано на рисунке 2.

Из описанного выше следует, что если микроэлектроды разместить как показано на рисунке 3, то можно измерить разность потенциалов – потенциал покоя, который как правило для нервного волокна млекопитающего близок к -80 mV.

Общее задание для всех – составить обзорный конспект фрагмента лекции «Механизм распространения нервного импульса. Механизм действия Na⁺, K⁺-АТФ-азы» согласно представленному Приложению 1. Можно использовать слайды 4-12 презентации. Что необходимо отобразить:

1. Определение потенциала покоя и потенциала действия.

2. Понятия деполяризация, реполяризация, гиперполяризация.

3. Описание фаз потенциала действия и потенциала покоя.

4. Роль натриевого канала, его функционирование.

5. Механизм распространения сигнала по миелинизированным и немиелинизированным волокнам. Скорость распространения сигнала по ним.

6. Роль Na⁺, K⁺-АТФ-азы в создании потенциала покоя. Механизм действия данного насоса.