Поміркуйте

Чи існують неживі системи, які б реагували на зовнішні впливи?

Згадайте

• Властивості живого

• Будову клітинної мембрани

• Механізм дії гормонів

Подразливість як реакція на подразнення

Однією з базових властивостей живих організмів є подразливість. Подразливістю називають здатність організмів переходити в діяльний стан зі стану фізіологічного спокою у відповідь на дію певних факторів (подразників). Сам процес дії подразника на організм називають подразненням.

Здатність відповідати на вплив факторів властива не лише живим організмам. Так, рН буферних розчинів у відповідь на додавання невеликих кількостей кислот або лугів відновлюється самостійно. Але для живих організмів здатність до подразливості є обов’язковою для виживання. Без цієї властивості організми не спроможні підтримувати свій гомеостаз. Подразливість має місце на всіх рівнях організації живого.

Види подразників

Подразники, які здатні діяти на живі організми, можна розділити на такі групи: за природою, за силою та за біологічним значенням.

За природою подразники поділяють на фізичні, хімічні та змішані. Фізичні подразники діють на організми за допомогою фізичних факторів і, відповідно, бувають механічними, тепловими, світловими та електричними. Та-

кими подразниками, наприклад, є тиск води на мешканців водойм, світло сонця, низька чи висока температура середовища тощо.

Деякі речовини — кислоти, луги, гормони, вітаміни, продукти обміну речовин тощо — є хімічними подразниками для живих організмів. Ці речовини перебувають в організмах у вигляді молекул або окремих йонів і діють на клітинному рівні.

А змішані подразники здійснюють на організми комбінований вплив, який складається і з фізичних, і з хімічних компонентів. До таких подразників належать, скажімо, осмотичний тиск і рН середовища.

За силою подразники бувають порогови-ми, підпороговими і надпороговими. Порогові подразники мають силу, мінімально необхідну для виникнення відповідної реакції організму. У підпорогових подразників сила впливу на організм менша за порогову і не може викликати реакцію організму. У над-порогових така сила, відповідно, є більшою за порогову. Для різних організмів величина порогового показника може бути різною. Так, сова здатна бачити предмети за умови рівня освітлення, що набагато менший, ніж той, за якого ці ж предмети буде бачити людина.

За біологічним значенням подразники поділяють на адекватні й неадекватні. Адекватними є подразники, для сприйняття яких в організмі пристосовані певні збудливі структури. Наприклад, рецептори сітківки сприймають світло. А неадекватними є подразники, до дії яких відповідні структури організму не пристосовані. Ті ж рецептори сітківки не призначені для сприйняття механічних подразнень. Але в разі натискання на них можуть виробляти сигнали і передавати їх у мозок.

Подразливість на клітинному рівні. Клітинні рецептори

На рівні клітин подразливість здійснюється за допомогою спеціальних молекуляр

них структур і різноманітних біохімічних механізмів. Основою для сприйняття дії подразників є клітинні рецептори.

Рецептори клітин є білковими молекулами, які розташовані на мембрані або всередині клітини і здатні реагувати шляхом зміни своєї конформації на дію певного фізичного фактора (світла, тепла тощо) або молекули певної речовини. Внутрішньоклітинні рецептори можуть розміщуватися на поверхні клітинних органел або в цитоплазмі клітини.

Молекули певних речовин, що спроможні оборотно зв’язуватися з рецепторами некова-лентними зв’язками, називають лігандами. Після зміни своєї конформації рецептори активізують ланцюжок сигналів, і запускається механізм відповіді клітини на подразнення (мал. 1.1).

Для взаємодії з лігандами рецептори мають специфічні ділянки (сайти зв’язування), до яких ліганди приєднуються. Крім сайтів зв’язування, рецептори можуть мати й інші ділянки, до яких здатні приєднуватися речовини-модулятори. Ці речовини посилюють або послаблюють реакцію рецептора на дію ліганда. Така будова рецепторних молекул дозволяє ефективно регулювати їхню роботу.

Трансмембранна передача сигналу

За механізмом дії найбільше рецепторів:

1) змінюють потенціал мембран;

2) запускають каскад метаболічних реакцій та ін.

Рецепторами, що змінюють потенціал мембран, є йонні канали. Через приєднання до них лігандів проникність каналу для йонів змінюється, як і, відповідно, мембранний потенціал. Такі рецептори забезпечують зв’язок між нейронами та клітинами, які отримують сигнали від нейронів.

Ключова ідея

Подразливість — це властивість живих організмів реагувати на дію певних факторів — подразників. Подразники можуть бути фізичними, хімічними або змішаними. На рівні клітини подразнення сприймають спеціальні молекулярні структури — рецептори. Найбільш поширеними рецепторами є такі, що змінюють потенціал мембран і запускають каскад метаболічних реакцій.

Рецептори, що запускають каскад метаболічних реакцій, після взаємодії з лігандами змінюють метаболічні процеси в клітині, стимулюючи дію вторинних посередників (невеликих сигнальних молекул). А вже ці посередники впливають на білки, що прямо задіяні в певних метаболічних процесах.

Рецептори, які запускають каскад метаболічних реакцій, поділяються на дві великі групи. Перша з них — це рецептори, що пов’язані з G-білками. Ці рецептори складаються із семи доменів, а їхній кінчик, який розташований у цитоплазмі, зв’язується зі спеціальним G-білком. G-білок має специфічну ферментну активність і може запускати каскад реакцій вторинних посередників для передачі сигналу. Такими рецепторами, наприклад, є рецептори, які взаємодіють із вазопресином.

Друга група — це рецептори, пов’язані безпосередньо з ферментами. Такі рецептори складаються з одного домену, внутрішньоклітинна частина якого сама діє на певний фермент без участі посередників. Така дія також запускає каскад реакцій вторинних посередників. До рецепторів цього типу належать рецептори, які взаємодіють з інсуліном.

Запитання та завдання

1. У випадку цукрового діабету другого типу підшлункова залоза продовжує виробляти достатню кількість інсуліну. Але цукровий діабет продовжує розвиватися. Відомо, що ця проблема пов'язана з клітинними інсуліновими рецепторами. Запропонуйте можливий механізм цього явища та обґрунтуйте свою точку зору. 2. Які клітинні рецептори еволюційно могли виникнути першими? Поясніть свою думку.

Це матеріал з підручника Біологія і екологія 11 клас Задорожний (профільний рівень)