Управляющие вещества - КАК ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ ЦЕЛОСТНОСТЬ ОРГАНИЗМА - ТЕЛО ЧЕЛОВЕКА КАК САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ ОРГАНИЗМ

Постановка проблемы урока

Факт 1. Нервы - “провода”: они идут от одной точки к другой.

Факт 2. Химические сигналы распространяются медленно, но могут осуществлять рассылку сигнала, адресованного многим органам.

• Сравните два факта? Чему будет посвящён параграф?

Предложите свой вариант основного вопроса и сравните с формулировкой авторов (с. 332).

Повторение необходимых знаний

• Как нервный сигнал достигает адресата? (§ 15)

• Почему химические сигналы действуют медленно? (§ 15)

• Что такое эндокринная система и какова её роль? (§ 2)

Решение проблемы

Клеткам многоклеточного организма для согласования процессов деления, координации функций и организации в ткани необходимо обмениваться информацией друг с другом. На самых ранних этапах развития зародыша, задолго до формирования нервной системы, средством “общения” между клетками служат специальные сигнальные вещества. Наряду с нервной системой они управляют нашим организмом и дальше в течение всей жизни. Транспортным средством для этих веществ является внутренняя среда организма — кровь, лимфа и межклеточная жидкость. Эту систему управления организмом называют гуморальной регуляцией. Изучение физиологического действия сигнальных веществ привело к пониманию многих механизмов формирования организма человека, перемен, происходящих с ним во время роста и полового созревания, его устойчивости к воздействиям окружающей среды.

Биологически активные вещества в нервной системе, межклеточной жидкости, крови и лимфе

• Как распространяются биологически активные вещества? Как они взаимодействуют с синапсами?

Действие сигнальных веществ основано на их способности изменять характер обмена веществ в клетках органов, чувствительных к этому веществу (органов - мишеней). Они могут увеличивать или угнетать активность ферментов, менять проницаемость мембран и многими другими способами влиять на обмен веществ конкретной клетки. Поэтому сигнальные вещества называют биологически активными веществами.

В нашем организме действует большое количество различных биологически активных веществ. Например, нейромедиаторы, использующиеся в синапсах нервных клеток. Расстояние между мембранами клеток в синапсе составляет миллионные доли миллиметра, сигнал адресован очень точно и передаётся за тысячные доли секунды.

Другие клетки, вырабатывающие биологически активные вещества, не образуют специальных структур, похожих на синапс. Но они расположены так близко к клеткам - мишеням, что передача сигнального вещества происходит с помощью диффузии, минуя течение крови или лимфы.

20.1. Схема разных типов химической сигнализации

• Каким образом обеспечивается адресная направленность в разных типах химической сигнализации?

И, наконец, существует третий тип клеточной химической сигнализации. В этом случае биологически активные вещества разносятся кровью и действуют на клетки - мишени, которые могут находиться в самых отдалённых частях организма. Такие вещества называются гормонами, а сигнализация в отличие от других случаев гуморальной регуляции - эндокринная. Скорость передачи сигнала в этом случае значительно ниже, чем в двух предыдущих, но он, как правило, адресован многим клеткам - мишеням, расположенным далеко от клеток, секретирующих биологически активные вещества.

Гормоны регулируют процессы обмена веществ в клетках органов или систем органов, поэтому они влияют на рост и развитие организма в целом.

Биологически активные вещества действуют на клетки - мишени

• Почему биологически активные вещества действуют не на все клетки?

Химический сигнал адресован многим, но не всем клеткам организма, а только строго определённым. Как их найти, если гормоны транспортируются кровью, а клетки расположены далеко?

Дело в том, что клетка - мишень реагирует на сигнальное химическое вещество только в том случае, если на её мембране есть специальные белки - рецепторы, которые “узнают” молекулу и “считывают” информацию, закодированную в ней (рис. 20.2). Таким образом, принцип действия биологически активных веществ напоминает радиосвязь, когда посылаемый в эфир сигнал адресуется “всем, всем, всем”. Но этот сигнал доходит до адресата только при наличии у него приёмника, точно настроенного на волну данной станции. Подобно этому в организме сигнальное вещество хоть и достигает с током крови всех органов и тканей, но действует только на те клетки, у которых есть специальные рецепторы, узнающие именно эту молекулу.

На мембране каждого типа клеток организма располагается характерный, свойственный ему набор белков - рецепторов. Можно сказать, что это программа ответов клеток на сигнальные вещества. Количество рецепторов каждого типа может меняться в зависимости от физиологического состояния организма, а вместе с количеством меняется и чувствительность клетки к определённому сигнальному веществу.

20.2. Схема действия химического сигнала

Одинаковые сигнальные молекулы на разные клетки могут оказывать различное действие. Например, медиатор ацетилхолин силу сокращения скелетной мускулатуры увеличивает, а сердечной мышцы - уменьшает. Дело в том, что рецепторы ацетилхолина волокон скелетной и сердечной мышц отличаются друг от друга.

20.3. Действие одинаковых сигнальных молекул на разные клетки

• Почему одни и те же молекулы оказывают неодинаковое действие на клетки разных тканей?

Один в поле не воин

• Объясните, какой смысл в названии этой рубрики. Что и как регулируют гормоны?

Гормоны действуют на организм по- разному. Некоторые из них обеспечивают нормальное развитие организма, определённую последовательность запуска программ развития тканей, органов и систем. Действие таких гормонов, как правило, ограничено каким - то возрастным периодом жизни человека. Например, действие гормона роста в период развития организма.

Другие гормоны отвечают за способность отдельных органов и их систем увеличивать или уменьшать свою активность в ответ на изменения внешней и внутренней среды, обеспечивая постоянство последней. Действие этих гормонов быстро и кратковременно. Например, при повышении уровня глюкозы в крови гормон инсулин в считанные секунды заставляет клетки печени и мышц поглощать её — и концентрация глюкозы в крови падает.

Гормоны третьей группы сами не оказывают влияния на клетки организма, но создают условия для действия других гормонов.

Разные гормоны находятся в сложном взаимодействии друг с другом, и, как правило, действие каждого из них зависит от присутствия какого- то одного или нескольких других.

Железы внешней и внутренней секреции

• Что продуцируют гормоны?

Клетки, вырабатывающие и выделяющие биологически активные вещества, обычно собраны в специальные органы — железы. В нашем организме существует две системы желёз. Железы одной из этих систем имеют протоки, через которые биологически активные вещества

выделяются во внешнюю среду. Их называют железами внешней секреции, или экзокринными железами. Это слёзные, слюнные, потовые железы, печень.

Гормоны выделяются клетками непосредственно во внутреннюю среду — межклеточную жидкость, а затем с помощью диффузии проникают в капилляры и разносятся кровью по организму. В связи с этим скопления клеток, вырабатывающих гормоны, не имеют специальных протоков для их выведения и называются железами внутренней секреции, или эндокринными (рис. 20.4). К ним относятся: гипоталамус, гипофиз, надпочечники, щитовидная, паращитовидные.

20.4. Железы внутренней секреции

• Почему в отличие от этих желёз печень относят к железам внешней секреции, ведь она не выделяет вещества на поверхность тела?

Некоторые железы выполняют как внешнесекреторную, так и внутрисекреторную функцию. Их называют железами смешанной секреции. Примером может служить поджелудочная железа. Часть её клеток вырабатывает ферменты, поступающие по протокам в пищеварительный тракт, в то время как другая выделяет гормоны, поступающие в кровь.

Каждая эндокринная железа вырабатывает несколько гормонов, часто совершенно различных по своему действию. Однако одни и те же гормоны могут вырабатываться разными железами.

Скорость распространения гормонов определяется скоростью диффузии и кровотока, поэтому она невысока. Обычно требуется несколько минут, чтобы гормон достиг своей мишени.

В межклеточной жидкости и крови концентрация гормонов резко падает, однако они способны действовать в чрезвычайно низких концентрациях. Например, 1 г гормона инсулина достаточно, чтобы понизить уровень сахара в крови 125 тыс. кроликов. С одной стороны, повышение концентрации гормона приводит к усилению его действия, поэтому важно, чтобы он не накапливался в организме. Некоторые из гормонов выводятся из организма с мочой, другие претерпевают химические изменения и теряют свои свойства. С другой стороны, для поддержания роста, жизнедеятельности и развития организма требуется определённый уровень гормонов в крови, а значит, необходимо постоянное их выделение соответствующей железой. В здоровом организме существует равновесие между активностью эндокринных желёз и ответом клеток - мишеней. Иногда необходимое организму равновесие нарушается, и возникает избыток или недостаток того или иного гормона. Чем меньше гормона в крови, тем интенсивнее вырабатывают его клетки железы, и наоборот.

20.5. Строение молекулы инсулина

Если по какой - то причине гормоны производятся железой в избытке, говорят о её гиперфункции, а когда в недостатке — о гипофункции. При значительных отклонениях выработки того или иного гормона возникают эндокринные заболевания.

Итак, гормоны — это биологически активные вещества, которые вырабатываются в организме специализированными клетками или железа -

ми, транспортируются током крови к различным органам и регулируют их работу.

Формулирование вывода

Биологически активные вещества обеспечивают все функции управления в организме на малых расстояниях (между соседними клетками и даже внутри клеток). В многоклеточном организме химические сигналы - гормоны вырабатываются железами внутренней секреции и распространяются на большие расстояния с помощью крови и лимфы. Гормоны управляют разнообразными функциями организма и адресованы, как правило, нескольким органам - мишеням.

Биологически активные вещества, гормоны, железы внутренней и внешней секреции

Применение знаний

1. Что такое биологически активные вещества?

2. Какие биологически активные вещества называются гормонами?

3. Что такое железы внутренней секреции?

4. В чём преимущества и недостатки передачи химических сигналов по сравнению с нервными?

5. Подумайте, как можно афористически назвать этот параграф.

6. Какие биологически активные вещества действуют в клетке?

7. Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них.