grad-green grad-gray grad-blue grad-red grad-pink grad-purple grad-yellow
Нести помощь людям

Вход на сайт

Хеморегуляция

Краткое описание: 
Сазонов В.Ф. Хеморегуляция [Электронный ресурс] // Кинезиолог, 2009-2016: [сайт]. Дата обновления: 17.02.2016. URL: http://kineziolog.su/content/khemoregulyatsiya (дата обращения: __.__.201_). _Понятие хеморегуляции является более широким, чем понятие гуморальной регуляции или эндокринной регуляции. Хеморегуляция включает в себя любые способы химического управления работой клеток, тканей и органов с помощью химических управляющих веществ (лигандов).

Определение понятия "хеморегуляция"

Давайте воспользуемся термином "хеморегуляция" для объяснения механизмов управления работой живых организмов и вообще биосистем разного уровня: от внутриклеточного до межвидового (типа экосистем).

Так, вполне очевидно, что все клетки общаются друг с другом с помощью химических сигналов. Выделяя те или иные химические управляющие вещества, клетка может «подзывать» к себе другие клетки либо «отпугивать» их, сообщать им различные сведения, а также «звать на помощь» клетки иммунной системы в случае атаки патогенов. Химическое общение между клетками играет важнейшую роль во множестве клеточных процессов.

Управляющие вещества, играющие роль "химических подсказок":

  1. Семафорины (от слова «семафор») — могут как выделяться окружающими нейрон клетками, так и находиться на их поверхности. Они в основном отталкивают, «отпугивают» аксоны, не позволяя им прорасти в неподходящие для этого области.
  2. Нетрины (от санскритского «netr» — проводник) — выделяются окружающими аксон клетками и могут как привлекать аксоны, так и отпугивать их.
  3. Слиты (см. Slit-Robo) — выделяются окрестными клетками и, связываясь с Robo-рецепторами, отпугивают аксоны.
  4. Эфрины — находятся на поверхности окружающих аксон клеток. Эти молекулы-перевертыши могут быть одновременно и лигандами, и рецепторами. Соединяясь с эфриновыми рецепторами на конусе роста, они могут как привлекать, так и отпугивать нейроны; в то же время, соединение их с этими самыми эфриновыми рецепторами может приводить и к изменениям внутри тех клеток, на поверхности которых находятся сами эфрины.
  5. Молекулы клеточной адгезии — находятся на поверхности почти всех клеток организма и связывают их друг с другом и с внеклеточным матриксом. Они важны не только для аксонального наведения, но и для множества других процессов: без них наш организм вообще распался бы на отдельные клетки.
  6. А также другие, чуть менее специализированные молекулы.

Источник: http://elementy.ru/news/432271.

Понятие хеморегуляции является более широким, чем понятие гуморальной регуляции или эндокринной регуляции, которые являются лишь её частными случаями.

Хеморегуляция - это химическое управление организмом, его частями или совокупностью организмов, которое обеспечивает согласованную работу объектов управления.

Хеморегуляция - это химический способ управления в биосистемах разного уровня организации (клетки, ткани, органы, системы органов, организм, сообщества организмов и экосистемы), в котором используются специальные химические управляющие вещества (лиганды) и молекулярные рецепторы к ним.

Если подумать, то станет понятным, что к хеморегуляции сводятся молекулярные механизмы практически любой системы регуляции в живом организме.

В конечном итоге именно хеморегуляцию используют  и эндокринная, и иммунная, и нервная системы организма, а также система внутривидового и межвидового взаимодействия особей в экосистемах.

Важно принимать во внимание, что хеморегуляция используется во "внешней регуляции", а не только во "внутренней". Так, у растений и животных хеморегуляция используется для координации взаимодействия между особями, причём не только своего вида, но и чужого.

Вот, например, вы задумывались когда-нибудь, почему люди нюхают цветы? Да потому, что цветы управляют нашим поведением с помощью своих ароматных хеморегуляторов! Радует лишь то, что мы в этом не одиноки: насекомые и прочие членистоногие тоже поддаются этой цветочной ароматной хеморегуляции!

А почему наш желудок извергает недоброкачественную пищу, поражённую грибками (плесенью) или бактериями? Думаете, это для того чтобы уберечь кишечник от повреждения бактериями или грибками? Как бы не так! Наш желудочно-кишечный тракт способен успешно переваривать и бактерии и грибки! Но эти микроорганизмы управляют нашими органами с помощью хеморегуляции, борясь за свою жизнь! Они выделяют вещества, вызывающие рвоту, мы подчиняемся их действию - и вот микроорганизмы уже на свободе, и никакое переваривание им больше не грозит!

Хеморегуляцию активно используют сообщества микроорганизмов, а также сообщества более высокоорганизованных видов животных, например, насекомых.

В частности, важными внешними хеморегуляторами являются феромоны, обеспечивающие привлечение особей противоположного пола и регулирующие половое поведение.

Экологические хеморегуляторы и хемомедиаторы, исполняющие функцию регуляции в экологических процессах, можно использовать как потенциальный инструмент для управляемого воздействия на популяции и экосистемы.

Так, основным предметом изучения биохимической экологии являются экологические взаимодействия между организмами и их системами (популяциями и сообществами), опосредованные химическими веществами, в основном теми, которые служат исключительно или, прежде всего, посредниками, передающими информацию, или регуляторами экологических процессов.

Таким образом, понятие "хеморегуляция" является важным обобщающим понятием, предназначенным для объяснения механизмов взаимного управления организмов и их частей с помощью специальных химических веществ (лигандов) и молекулярных рецепторов к ним.

Виды хеморегуляции

Эндогенная хеморегуляция - за счёт управляющих веществ внутреннего (эндогенного) поисхождения

1. Гормональная - с помощью гормонов, выделяемых в кровь эндокринными железами и клетками системы APUD.

2. Нейрохимическая - с помощью нейротрансмиттеров (медиаторов и модуляторов) и нейрогормонов.

Понятие "нейрохимическая регуляция" подчёркивает то, что кроме нервных импульсов нейроны производят также управляющие химические вещества - нейротрансмиттеры. И собственно регуляция работы клеток-мишеней производится именно с помощью этих химических веществ, а не самих по себе нервных импульсов.

Справедливость такого представления подтверждается тем, что в 60-70-х годах ХХ века с помощью гистохимических и радиоиммунологических методов было установлено, что в мозге имеются дифференцированные нейрохимические системы, для каждой из которых характерен какой-то определённый трансмиттер. Так возникли представления о "нейрохимических системах регуляции": норадренергической, дофаминергической, серотонинергической, холинергической и других.

Эргическая нейрохимическая система регуляции - это комплекс взаимосвязанных мозговых структур, функции которых определяются использованием единого общего нейротрансмиттера и молекулярных рецепторов к нему.

В одних из структур, входящих в такую эргическую систему, расположены тела нейронов, в других оканчиваются терминали их аксонов. Такие множественные нейронные окончания, выделяющие одинаковый нейротрансмиттер, образуют проекцию данной эргической системы на те или иные нервные структуры. В одних и тех же структурах мозга могут располагаться клетки и проекции нескольких различных эргических систем.

Катехоламиновая (адренергическая и дофаминергическая) регуляция работы мозга

В качестве примера нейрохимической регуляции можно привести системы катехоламиновой хеморегуляции работы мозга. Одна из особенностей катехоламиновой регуляции состоит в том, что в мозге очень мало нейронов, синтезирующих нейротрансмиттеры группы катехоламинов (дофамин, норадреналин, адреналин). Из приблизительно 50-100 млрд нервных клеток в мозге человека, вероятно, только около 0.001% нейронов, расположенных локальными группами, секретируют эти медиаторы. Однако это компенсируется тем, что окончания "катехоламиновых" нейронов очень широко распространены по нервным структурам. Поэтому немногочисленные нейроны буквально “заливают” своими катехоламиновыми медиаторами все доступные для них клетки мозга. Например, в черной субстанции мозга крысы находится всего около 10 тысяч нейронов, синтезирующих дофамин (дофаминергических нейронов). Но каждый из них образует примерно 500 тысяч синаптических бутонов в неостриатуме - структуре переднего мозга, связанной с регуляцией движений. У человека же число бутонов одного дофаминергического нейрона может достигать 5 миллионов!

 Виды нейрохимической хеморегуляции

   2.1. Ионотропная - с помощью нейромедиаторов и ионотропных рецепторов в синапсах.

  2.2. Метаботропно-синаптическая - с помощью нейромодуляторов и синаптических метаботропных рецепторов.

 2.3. Метаботропно-экстрасинаптическая - с помощью нейромодуляторов и экстрасинаптических метаботропных рецепторов.

   2.4. Нейрогормональная - с помощью нейрогормонов, выделяющихся нейронами в кровь.

   2.5. Нейроергическая - с помощью "монотрансмиттерных" ("мономедиаторных") эргических систем регуляции, использующих единый нейротрансмиттер и молекулярные рецепторы к нему.

3. Иммунная - с помощью антител (иммуноглобулинов) и гистогормонов (цитокинов и факторов роста).

4. Метаболическая - с помощью продуктов обмена.

5. Нуклеиновая - с помощью мобильных РНК (рибонуклеиновых кислот).

6. Пептидная - с помощью пептидов, производимых клетками и тканями и создающих определённый "пептидный фон" тканей.

В настоящее время складывается представление о том, что пептиды формируют глобальную систему биорегуляции и гомеостаза, — возможно, более древнюю, чем эндокринная и нервная системы.

 

Экзогенная хеморегуляция - за счёт управляющих веществ внешнего (экзогенного) происхождения

1. Межорганизменная - с помощью выделения в окружающую среду (воду или воздух) химических веществ, например, феромонов или других сигнальных веществ. Такая регуляция может быть как внутривидовой, так и межвидовой.

Очень важным явлением межорганизменной хеморегуляции следует признать "энтомофитную" регуляцию в экологических системах, когда растения регулируют пищевое поведение животных-фитофагов с помощью своих вторичных метаболитов. Это явление, рассмотренное в историческом аспекте, позволяет говорить о биохимической коэволюции растений и животных-фитофагов.

Метаболиты растений, выолняющие функции хеморегуляции в экосистеме с помощью воздействия на животных:

  1. Запрещаю­щие питание (токсины).
  2. Отпугивающие своим вкусом или запа­хом (антифиданты, репелленты, детерренты).
  3. Привлекающие (аттрактанты).
  4. Регуляторы онтогенеза и плодовитости.
  5. Репелленты овипозиции и др.

(Источник: Эколого-биохимические взаимодействия.)

Кроме того, цветки многих растений выделяют низкомолекулярные летучие соединения, привлекающие опылителей, т.е. они таким химическим путём управляют поведением насекомых. Другие соединения отпугивают травоядных насекомых или привлекают их врагов. Есть летучие вещества, которые активируют защитные реакции у инфицированных растений (Источник: Ксианг Л., Милк Дж. и др. Генетические аспекты аромата цветков растений. Биохимия, 2007, т. 72, в. 4, с. 437-446).

Или, например, личинки морской улитки аплизии в норме могут начать своё превращение во взрослые особи только под влиянием управляющего вещества, содержащегося в водоросли определённого вида (Laurencia pacifica), которой они питаются. Без такой внешней хеморегуляции метаморфоз во взрослую особь у них просто не произойдёт.

Хеморегуляция онтогенеза (т.е. индивидуального развития) растительных и животных организмов в филогенезе на всем протяжении их прогрессивного эволюционного совершенствования от зарождения жизни до современности осуществляется такими веществами, как тритерпенами, производными стерановой группы (циклоартанами). Тогда как адаптивная радиация (специализация) цветковых растений и коэволюционно связанных с ними теплокровных животных и отряда Lepidoptera из мира насекомых, а также клещей Tetranychoidea в значительно большей степени обусловлена регуляцией онтогенеза и адаптогенеза тритерпенами олеанан-лимоноидного биогенетического цикла. Таким образом, интегрированную адаптивную эволюцию в цепи прогрессивных превращений в мире растений можно представить как неальтернативный биохемогенез и биохимический полиморфизм двух групп веществ тритерпеновой природы, известных еще со времен архея: стеранов, производных циклоартана, задействованных в эволюции с самого начала вплоть до наших дней и обеспечивших в конце концов в мелу появление цветковых
растений и псевдостеранов олеанан-лимоноидного цикла, уже как результат востребованности их в биохимическом синтезе впервые лишь спустя 3 млрд лет, обеспечивших «взрыв» биоразнообразия адаптивных форм покрытосеменных (Magnoliophyta) растений практически одновременно с их возникновением и утверждение полного господства мира цветковых. Для сравнения можно отметить, что современная флора голосеменных (Pinophyta) включает в себя 2—5 классов, 9—20 порядков ~ 600 видов, тогда как современная флора покрытосеменных включает в себя 2 класса (однодольные и двудольные) и 533 семейства, 13 000 родов и ~ 250 тыс. видов (Тахтаджян, 1987; Михайлова и др., 1989). Основные последствия расцвета цветковых растений — вымирание насекомых семействами, надсемействами и целыми подотрядами и появление чешуекрылых (Родендорф, 1970, 1980; Жерихин, 1978), естественно, объяснимы
привнесением в трофические взаимодействия новых регуляторов метаболизма.
Фитозависимый метаболизм некоторых наземных животных предполагал в результате этого три варианта — вымирание, адаптацию или, наконец, появление организмов предельно тесно зависимых коэволюционными отношениями с растениями настолько, что метаболизм этих организмов оказывается сформирован цветковыми растениями в новый симбиотрофный тип единого метаболического пространства, характеризующийся переходом от коэволюции к мутуализму. При этом животные организмы становятся зеркальным метаболическим отражением или продолжением («тенью») своих хозяев — цветковых растений, следуя за их селекционно-генетическими и хемогенетическими процессами в рамках единой патосистемы как минимальной далее неделимой единицы экосистемы. Источник: Митрофанов В.И., Фадеев Ю.М., Манько А.В. и др. ИНФОРМАЦИОННЫЙ ФАКТОР ОРГАНИЗАЦИИ ПАТОСИСТЕМ И ИХ КОЭВОЛЮЦИИ НА ПРИМЕРЕ РЕГУЛЯЦИИ ОНТОГЕНЕЗА И ВОСПРОИЗВОДСТВА ACARI И INSECTA И СИНХРОНИЗАЦИИ ИХ ФИЛОГЕНЕЗА С ANGIOSPERMAE. СООБЩЕНИЕ 2. Vestnik zoologii, 41(5): 387-403, 2007.

2. Патогенная - с помощью управляющих веществ, выделяемых другими организмами, навязывающими определённые ответные реакции у своей мишени. Например, яды и токсины, антигены и патогены являются чужеродными управляющими веществами для организма.

 Паразиты широко используют подобную хеморегуляцию для управления организмом своего хозяина. В своем обзоре «Паразиты как нейробиологи эволюции» Адамо рассмотрела три стратегии, которые паразиты используют, чтобы изменить поведение организма-хозяина. В первую очередь, они атакуют иммунную систему хозяина, в результате чего у последнего проявляется «болезненное поведение» — защитная реакция этой системы, которая осуществляется путем выработки нейромодуляторов (короткоживущих сигнальных веществ локального действия, подобных дофамину и серотонину в мозге). Так иммунная система пытается воспрепятствовать разрушению организма. Этим и пользуется зомбирующий паразит, отчасти перехватывающий управление нейромодуляторами. Во-вторых, паразиты нацеленно поражают гены, ответственные за работу нервной системы. В-третьих, они одновременно способны управлять различными участками мозга. А группа экологов во главе с Франком Сезийи (Frank Cézilly) из Бургундского университета (Université de Bourgogne) показала, что паразиты также могут распоряжаться сразу несколькими поведенческими реакциями промежуточного хозяина, вынуждая того оказаться «в зубах» хозяина окончательного. Так, черви скребни, воздействуя на промежуточного хозяина — бокоплава из рода гаммарус (Gammarus), — вынуждают его одновременно не избегать света, не спасаться бегством при обнаружении запаха хищника, не заниматься поисками партнера для спаривания и т. д. Для столь сложных манипуляций хозяином, как считают экологи Кевин Лафферти (Kevin Lafferty) из Геологической службы США (US Geological Survey) и Дженни Шоу (Jenny Shaw) из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, паразиты, наряду с нервной системой хозяина, атакуют его эндокринную систему и мускулатуру. Специалист по поведению Аджай Вьяс (Ajai Vyas) из Наньянского технологического университета (Nanyang Technological University) в Сингапуре обнаружил, что между инфицированными крысами токсоплазма может передаваться половым путем, причем самок привлекают именно самцы, зараженные эти паразитом. И это не случайно: такие самцы производят больше тестостерона. (Источник: http://elementy.ru/news/431984).

3. Фармакологическая - с помощью введения в организм химических (лекарственных) веществ.

Для понимания механизмов хеморегуляции необходимо охарактеризовать как специфические лиганды, так и молекулярные рецепторы к ним, после чего следует разобраться в механизмах их взаимодействия и последующих эффектах. Пример описания одного из механизма хеморегуляции приведён нами в разделе Механизм действия метаботропных рецепторов.

© Сазонов В.Ф., 2012.  © kineziolog.bodhy.ru, 2012. © kineziolog.su, 2016.

Прикрепленный файлРазмер
SubNigra.GIF30.12 КБ
Ваша оценка: 
5
Средняя: 5 (5 проголосовавших)