Функции белка в организме. Регуляторная функция биологических мембран

Взаимосвязан­ная и нормальная жизнедеятельность всех составных час­тей организма человека возможна только при условии сохранения относительного физико-химического постоян­ства его внутренней среды, которая включает три компо­нента: кровь, лимфу и межтканевую жидкость, непосред­ственно омывающую клетки.

Сохранение относительного физико-химического по­стоянства внутренней среды организма называют гомеостазом . Важную роль в сохранении этого постоянства иг­рает гуморальная и нервная регуляция функций.

Гуморальная , или жидкостная (от лат. humor - жид­кость), регуляция функций появилась еще на первых эта­пах эволюции животных организмов. Она была связана со способностью клеток изменять интенсивность процес­сов жизнедеятельности в зависимости от изменения физико-химических параметров среды. Например, изменяя в крови и межтканевой жидкости концентрацию ионов водо­рода или солей различных металлов можно стимулиро­вать или тормозить процессы жизнедеятельности в клет­ках и тканях.

Гуморальная регуляция осуществляется с помощью веществ, которые поступают в кровь и лимфу, а оттуда разносятся по всему организму. К этим веществам относятся:

1) гормоны, выделяемые железами внутренней секреции, способные активировать или тормозить функциональную деятельность органов и систем;

2) физиологически активные вещества (метаболиты), появляющиеся в результате обмена веществ (промежуточные продукты);

3) медиаторы – продукты, возникающие в процессе возбуждения в нервных окончаниях, осуществляют передачу нервного импульса с одних нервных клеток на другие, а также на клетки периферических органов.

Все процессы в тканях, органах и в организме в целом регулируются с помощью химических веществ. Многие из них способны оказывать воздействие в очень малых дозах, поэтому их называют биологически активными веществами.

В организме есть специальные органы, вырабатывающие эти вещества – это железы (рис. 2.2).

К железам внутренней секреции относятся: гипофиз, надпочечники, щитовидная, поджелудочная железы, паращитовидная, половые и т.д.

Смешанные железы одновременно выполняют внешнесекреторную и внутрисекреторную функции. К ним относятся поджелудочная и половые железы.

Гормоны (от греч. hormao – побуждаю, привожу в действие) – биологически активные вещества, выделяемые железами внутренней секреции.

Свойства гормонов:

1. Орган, на который действуют гормоны, может быть расположен далеко от желез.

2. Гормоны действуют только на живые клетки.

3. Действие гормонов строго специфично: некоторые действуют лишь на определенные органы-мишени, другие влияют на строго определенный тип обменных процессов.

4. Обладают высокой биологической активностью и оказывают действие в очень малых концентрациях.

Функции гормонов:

1. обеспечивают рост и развитие организма;

2. обеспечивают адаптацию организма к постоянно меняющимся условиям окружающей среды;

3. обеспечивают гомеостаз;

4. контролируют процессы обмена веществ;

5. определяют наступление полового созревания;

6. участвуют в молекулярных механизмах передачи наследственной информации и в определении периодичности некоторых функциональных процессов организма – биологических ритмов (это доказано в последние годы).

На разных ступенях эволюционного развития доля участия химической регуляции не одинакова: чем сложнее организм, тем меньше роль принадлежит в нем химической регуляции и больше нервной. У человека гуморальная регуляция не существует независимо от нервной.

Нервная регуляция осуществляется с помощью рефлекторных актов, возникающих при раздражении рецепторов химическими веществами (гистамином, ацетилхолином и т. д.).

Учение о ведущей роли нервной системы в обеспечении целостности организма разработал И.П. Павлов: физиологические процессы в целостном организме возникают соответственно тем влияниям, которые передаются из ЦНС. Благодаря тому, что все органы и ткани пронизаны нервными окончаниями, связь в организме осуществляется согласованно, соответственно действию раздражителей и сравнительно быстро. Передача нервных импульсов (электрических сигналов) осуществляется рефлекторно.

Рефлекс – ответная реакция организма на раздражение рецепторов, осуществляющаяся при участии НС.

Значение рефлекса: с их помощью устанавливается взаимодействие различных систем целостного организма и его адаптация к постоянно меняющимся условиям среды.

В биологическом отношении рефлекс – приспособительная реакция.

Путь, по которому проходят импульсы, вызывающие появление рефлекса, называется рефлекторной дугой (рис. 2.2).

Звенья рефлекторной дуги:

1) чувствительные нервные окончания (рецепторы), воспринимающие раздражение и преобразующие его в нервный импульс;

2) центростремительные (чувствительные, афферентные) нервы, передающие возбуждение от рецептора в ЦНС;

3) нервный центр – возбуждение переключается с чувствительных нейронов на двигательные;

4) центробежные (двигательные, эфферентные) нервы, по которым импульсы проводятся к периферическому органу;

5) рабочий орган (эффектор), выполняющий ответную реакцию.

Однако рефлекторная дуга отражает только ответную реакцию организма. В действительности на этом рефлекторный акт не заканчивается. Он переходит в оценку нервной системой тех результатов, которые были получены. Если бы от каждого этапа проводимых действий не поступало бы информации о том, как выполняется действие и соответствует ли оно исходному замыслу, то согласованной деятельности в организме получить было бы нельзя. Например, человек должен взять карандаш. Если основываться на представлении о рефлекторной дуге, то рефлекторное действие закончится взятием предмета. Но ведь человек может случайно взять не карандаш, а ручку. В этом случае он исправит свою ошибку и возьмет карандаш. Значит вновь будут возникать эфферентные раздражители, которые должны опять поступать в ЦНС.

В соответствии с этим представлением рефлекторная реакция имеет не дугообразный, а кольцевой путь , поэтому следующими звеньями будут:

6) обратная афферентация (передача импульсов от исполнительного органа);

7) новая мозговая работа, уточняющая приказы исполнительным органам.

Таким образом, осуществляется принцип обратной связи.

Вся деятельность человека осуществляется рефлекторно. По принципу рефлекса осуществляется: отделение слюны в ответ на раздражение вкусовых рецепторов, мигание – при раздражении рецепторов в роговице глаза и т.д. Эти реакции являются врожденными, передающимися по наследству, называются безусловными. Другую группу составляют рефлексы, возникающие в определенных условиях в процессе индивидуального развития организма – это приобретенные или условные рефлексы.

Итак, между мозгом и всеми органами существует двусторонняя связь: от органов к мозгу и от мозга к органам. Благодаря этой связи мозг обеспечивает соответствие работы органов потребностям организма.

В организме гуморальная и нервная регуляция функций тесно связаны, и целесообразнее говорить о единой нервно-гуморальной регуляции организма, которая обеспечивает важную особенность организма – способность к саморегуляции жизнедеятельности, т. е. при любом отклонении от нормального состава внутренней среды организма включаются нервные и гуморальные процессы, возвращающие его к исходному уровню. Именно эта способность обеспечивает поддержание в организме гомеостаза. Например, регуляция темпе­ратуры тела человека. Температура тела может отклоняться от нормального уровня (36,5 °С) в результате различных воздействий: патологических процессов, холо­да, физической работы и т. д. Изменение температуры те­ла, например ее увеличение, регистрируется специальными нервными приспособлениями в животных организмах — рецепторами. От рецепторов «сообщение» об увеличении температуры тела поступает в централь­ные отделы нервной системы — главный регулирующий орган.

Moзг принимает «решение» и «выдает» соответ­ствующие «распоряжения», деятельность организма изме­няется: обмен веществ в клетках снижается и уменьшается производство энергии, т. е. теплопродукция уменьшается. Одновременно в организме увеличивается теплоотдача: кровеносные сосуды кожи расширяются, и увеличивается потоотделение, в результате тело отдает больше тепла в окружающую среду. Принятые «меры» не толь­ко возвращают температуру тела к своему нормальному уровню, но и приводят к ее снижению. Снижение темпера­туры тела регистрируется рецепторами, и происходят об­ратные изменения. В итоге температура нашего тела ко­леблется в незначительных пределах и является величи­ной относительно постоянной. Стабилизация температуры осуществляется благодаря динамическому равновесию двух противоположных процессов, вызывающих ее сниже­ние или увеличение.

Нервная система – совокупность специальных структур, объединяющая и координирующая деятельность всех органов и систем организма в постоянном взаимодействии с внешней средой.

Значение нервной системы:

1) обеспечивает согласованную работу всех органов и систем организма. Например, сокращение скелетных мышц, регуляция тонуса сосудов, сердечных сокращений;

2) обеспечивает единство организма. При изменении деятельности одного органа, изменяется деятельность других;

3) осуществляет ориентацию организма во внешней среде и приспособительные реакции на ее изменения;

4) обеспечивает связь организма со средой;

5) составляет материальную основу психической деятельности: речь, мышление, социальное поведение.

И.П. Павлов говорил, что нервная система – распорядитель и распределитель всех функций в организме.

Классификация отделов нервной системы:

По функциям:

1. соматическая – осуществляет связь организма с внешней средой: воспринимает раздражения, регулирует сокращения поперечно-полосатой мускулатуры и т. д. Она подчинена воле человека;

2. вегетативная – регулирует обмен веществ и деятельность внутренних органов, обеспечивает согласованность функционирования сердечно-сосудистой, пищеварительной и других систем, трофическую иннервацию скелетных мышц. Она не подчинена воле человека.

Вегетативная нервная система (ВНС) делится на 2 отдела:

2.1. симпатическая нервная система – включается во время интенсивной работы, требующей затраты энергии;

2.2. парасимпатическая нервная система – способствует восстановлению запасов энергии во время сна и отдыха.

ВНС осуществляет 2 влияния:

1. функциональное – влияние, изменяющее деятельность тканей и органов (например, усиление или ослабление перистальтики кишечника);

2. трофическое – изменение обмена веществ в органах и тканях, процессов питания.

Регулирующее влияние на ВНС оказывает кора больших полушарий через нижележащие отделы головного мозга, в частности через продолговатый мозг и гипоталамус.

Оба отдела ВНС действуют совместно, взаимно дополняют друг друга под контролем коры больших полушарий, этим обеспечивается согласованная деятельность органов и систем.

Действие отделов вегетативной нервной системы

Нервы - скопления отростков нервных клеток вне ЦНС, заключенные в общую соединительно-тканную оболочку и проводящие нервные импульсы:

а) чувствительные – образованы дендритами чувствительных нейронов;

б) двигательные – аксонами двигательных нейронов;

в) смешанные нервы – аксонами и дендритами;

г) нервные узлы – скопления тел нейронов вне ЦНС.

Возбуждение передается с помощью нервных импульсов. Нервный импульс – электрический сигнал, распространяющийся по клеточным мембранам.

Нервная система состоит из :

1. нейронов (нервных клеток) – структурная и функциональная единица нервной ткани. Функции: восприятие, проведение, обработка информации;

2. нейроглии (опорных, Шванновских клеток). Функции: опора, защита, питание нейронов.

Рис. 2.4. Схема строения нервной клетки

Нейрон имеет тело и отростки.

Отростки:

Дендриты – чувствительные отростки; их количество может составлять от 1 до 1000.

Аксон – двигательный отросток, всегда один, длина до 1 м.

Отростки нейронов, покрытые оболочками – нервное волокно . Нервные волокна, соединяясь, формируют нервные пучки , которые образуют нервы . Тела нервных клеток, лежащие за пределами ЦНС, образуют нервные узлы (ганглии) .

Классификации нейронов:

В зависимости от функций:

1. чувствительные – к ним поступает возбуждение от рецепторов, и они передают его в ЦНС;

2. двигательные – передают возбуждение от чувствительной клетки на рабочий орган;

3. вставочные (ассоциативные) – соединяют чувствительные и двигательные нейроны.

В зависимости от числа отростков (рис. 2.5):

1. мультиполярные имеют много дендритов;

2. биполярные – один дендрит, один аксон;

3. униполярные (псевдоуниполярные) – один отросток.

Рис. 2.5. Типы нейронов по строению

Нейроны обладают способностью к передаче возбуждения благодаря синапсам.

Синапс (от греч synapsis – соединение, связь) – структура, обеспечивающая морфофункциональную связь аксонного окончания одного нейрона с другим нейроном или телом нервной клетки.

Классификация синапсов:

По локализации:

1. аксосоматические – между телом нервной клетки и аксоном;

2. аксодендритические – между аксоном одной нервной клетки и дендритом другой;

3. аксоаксональные – между аксонами нервных клеток.

По структуре:

1. межнейронные;

2. рецепторно-нейронные;

3. нейроэффекторные (например, нервно-мышечный синапс).

По механизму передачи:

1. химические – посредством медиаторов;

2. электрические – посредством электрического импульса;

3. смешанные.

По знаку действия:

1. возбуждающие;

2. тормозные.

Синапс состоит из пресинаптической, постсинаптической мембран и синаптической щели (рис. 2.6).

Мозг состоит из серого и белого вещества:

Серое вещество – скопление тел нейронов. В спинном мозге расположено в центре, в головном – распределено на поверхности.

Белое вещество – состоит из нервных волокон, покрытых оболочками.

Головной и спинной мозг покрыт тремя оболочками :

1. твердой – наружной, соединительно-тканной, выстилающей внутреннюю полость черепа и позвоночного канала;

2. паутинной – распределена под твердой – тонкая оболочка с небольшим количеством нервов и сосудов;

3. сосудистой – сращена с мозгом, содержит много кровеносных сосудов. Между паутинной и сосудистой оболочками образуются полости, заполненные жидкостью.

Функции оболочек мозга:

1. служат для защиты нервной ткани от механических повреждений;

2. являются барьером, препятствующим проникновению микробов и различных веществ в мозг;

3. содержит кровеносные сосуды, участвующие в секреции спинномозговой жидкости.

Спинной мозг находится в позвоночном канале и представляет собой тяж длиной 45 см, диаметром 1 см, который вверху переходит в продолговатый мозг, а внизу заканчивается на уровне двойного поясничного позвонка.

Имеет два утолщения: шейное и поясничное – от них отходят нервы к конечностям. Двумя бороздами спинной мозг делится на правую и левую половины.

Серое вещество распределяется в центре вокруг спинномозгового канала и на поперечном разрезе имеет вид крыльев бабочки (рис. 2.7). Части этой «бабочки» называются рогами . Выделяют передние, боковые и задние рога. Белое вещество окружает серое.

От спинного мозга отходит тридцать одна пара спинно-мозговых нервов. Каждый нерв начинается двумя корешками – передними и задними:

- задние корешки – чувствительные, состоят из отростков центростремительных нейронов. Их тела распределены в спинномозговых узлах;

- передние корешки – двигательные, состоят из отростков центробежных нейронов. Тела распределены в передних рогах.

На выходе из спинного мозга передние и задние корешки сливаются и образуют смешанный спинномозговой нерв. По кол-ву спинномозговых нервов спинной мозг делят на тридцать один сегмент.

Функции спинного мозга:

1. Рефлекторная – принимает участие в двигательных реакциях (сгибание, разгибание и т.д.). Каждый рефлекс осуществляется при участии строго определенного участка ЦНС – нервного центра.

Нервный центр – совокупность нервных клеток, расположенных в одном из отделов мозга и контролирующих деятельность какого-либо органа или системы. Состоит из вставочных нейронов. В него поступают нервные импульсы от рецепторов и формируются импульсы, передающиеся на исполнительный орган.

Например, центр коленного рефлекса (безусловный рефлекс) – в поясничном отделе спинного мозга (вызывается поколачиванием по расположенному под кожей сухожилию четырехглавой мышцы), центр мочеиспускания – в крестцовом, центр расширения зрачка – в верхнегрудном сегменте спинного мозга.

2. Проводниковая – белое вещество, образует проводящие пути, по которым передаются нервные импульсы в двух направлениях:

По восходящим путям – от рецепторов кожи, мышц, внутренних органов в головной мозг;

По нисходящим – из головного мозга в спинной, а затем на периферию – к органам.

Рис. 2.7. Строение сегмента спинного мозга

Деятельность спинного мозга находится под контролем головного мозга.

Головной мозг располагается в мозговом отделе черепа. Его вес 1300 — 1500 г (до 2000 г).

В головном мозге различают шесть отделов (рис. 2.8): продолговатый мозг, мост, мозжечок, средний, промежуточный мозг и кора больших полушарий (КБП).

Головной мозг делится на стволовую часть (продолговатый, средний, промежуточный мозг) и полушария (рис. 2.8).

В мозге — четыре сообщающихся между собой полости – мозговые желудочки , заполненные жидкостью. Первый и второй желудочки – в больших полушариях, третий – в промежуточном, четвертый — в заднем мозге.

От головного мозга отходят двенадцать пар черепно-мозговых нервов.

По функциям нервы делятся:

1. чувствительные (обонятельный, зрительный, слуховой);

2. двигательные (блоковый, отводящий, подъязычный);

3. смешанные (тройничный, блуждающий).

СТВОЛ МОЗГА

Продолговатый мозг является продолжением спинного мозга, сохраняет его строение и форму; состоит из белого вещества, в котором располагаются скопления серого вещества – ядра. От ядер берут начало черепно-мозговые нервы с IX по XII пары (IX – языкоглоточный; X — блуждающий; XI — добавочный, XII — подъязычный). Эти нервы иннервируют мышцы языка (XII), сердца, желудок, дыхательные органы (X), мышцы шеи (XI). Здесь находятся центры жевания, сосания, глотания, слюноотделения, кашля, чихания, рвоты.

Вследствие повреждения продолговатого мозга может наступить смерть в результате прекращения дыхания и деятельности сердца.

Например, дыхательный центр – образован несколькими группами клеток, расположенными в разных отделах продолговатого мозга. В дыхательном центре вентрально лежит центр вдоха, дорсально – центр выдоха. Импульсы из дыхательного центра поступают в спинной мозг, иннервирующий диафрагму и межреберную мускулатуру.

Функции продолговатого мозга:

1. проводниковая – связь спинного и вышележащих отделов головного мозга (передача импульсов);

2. регуляторная – регуляция дыхания, сердечно-сосудистой системы, деятельности сердца, пищеварения;

3. рефлекторная – рефлексы (сосания, дыхания, моргания, кашель и т.д.).

Варолиев мост – небольшая часть мозга между продолговатым и средним мозгом. Состоит из множества волокон, образующих проводящие пути. В веществе моста находятся ядра V-VIII пары ЧМН (V — тройничный нерв, VI — отводящий, VII — лицевой, VIII — слуховой).

Функции варолиева моста:

1. проводниковая – содержит восходящие и нисходящие нервные пути и нервные волокна, соединяющие полушария мозжечка между собой и с корой больших полушарий;

2. рефлекторная – отвечает на вестибулярные и шейные рефлексы, регулирующие тонус мышц, в том числе мимических, орган слуха.

Мозжечок – находится позади продолговатого мозга. Серое вещество расположено на поверхности и образует кору мозжечка. Белое вещество – в глубине. В толще белого вещества имеются ядра серого. Мозжечок состоит из двух полушарий, соединенных червем.

Функции мозжечка:

1. координация движений, поддержание тонуса мышц, равновесия. При поражении его изменяется походка, снижается тонус мышц;

2. участвует в регуляции вегетативной функции (состава крови, желудочно-кишечного тракта).

Средний мозг расположен впереди варолиева моста. Состоит из четверохолмия и ножек мозга. В центре его расположен узкий канал – водопровод мозга . Он окружен серым веществом. В четверохолмии расположены первичные (подкорковые) зрительные слуховые центры. В ножках мозга - ядра III (глазодвигательного) и IV (блокового) нервов. В среднем мозге находится черная субстанция (регулирует глотание и жевание), красное ядро (регулирует тонус скелетных мышц).

Функции среднего мозга:

1. проводниковая;

2. рефлекторная:

Ориентировочные рефлексы на зрительные и слуховые раздражители, которые проявляются в повороте головы и туловища;

Регуляция мышечного тонуса и позы тела.

ПОДКОРКА

Промежуточный мозг расположен впереди среднего мозга. Состоит из нескольких отделов:

1. Зрительные бугры (таламус) с ядрами II пары зрительных нервов.

Функции зрительных бугров:

Сбор и оценка всей поступающей информации от органов чувств;

Выделение и передача в кору мозга наиболее важной информации;

Регуляция эмоционального поведения.

2. Подбугорная область (гипоталамус)

Функции подбугорной области:

Высший подкорковый центр ВНС и всех жизненно важных функций;

Обеспечение постоянства внутренней среды и обменных процессов в организме;

Регуляция мотивационного поведения и защитные реакции (жажда, голод, насыщение, страх, ярость, удовольствие, неудовольствие);

Участие в смене сна и бодрствования.

Кора больших полушарий — наиболее развитый отдел головного мозга. Состоит из двух полушарий, которые соединены мозолистым телом (образовано белым веществом). В каждом полушарии различают: кору, обонятельный мозг, подкорковые ядра.

У человека наиболее развита кора – филогенетически наиболее молодое образование мозга, толщина которой 2-4 мм. Кора состоит из большого кол-ва клеток (до 15 млрд.), расположенных послойно. Слои:

1. молекулярный – беден нервными клетками. Много отростков нейронов нижележащих слоев;

2. наружный зернистый – из большого количества пирамидных, треугольных и зернистых клеток;

3. пирамидный – самый широкий, образован нейронами пирамидной формы;

4. внутренний зернистый – образован мелкими звездчатыми нейронами;

5. внутренний пирамидный – залегают очень крупные пирамидные клетки;

6. полиморфный – состоит из клеток разной формы.

Нервные клетки, образующие кору больших полушарий, связаны между собой с помощью нервных волокон. Различают волокна двух типов:

Горизонтальные – соединяют участки коры;

Вертикальные – соединяют кору и подкорку.

Кора покрыта многочисленными бороздами , которые образуют извилины – складки коры, ограниченные бороздами.

За счет борозд и извилин площадь поверхности коры составляет около 220 тыс. мм 2 . У трехмесячного зародыша поверхность полушарий гладкая, но кора растет быстрее, чем черепная коробка, поэтому кора образует складки.

Борозды делят поверхность полушарий на доли: лобную, теменную, височную, затылочную. Особенно развиты лобные доли. Их масса составляет 50 % массы головного мозга.

Самые глубокие борозды:

- центральная – отделяет лобные доли от теменных;

- боковые – отделяют височные доли от остальных;

- теменно-затылочные – отделяют теменную долю от затылочной.

Кпереди от центральной борозды располагаются передняя центральная извилина, позади нее – заднецентральная.

Возбуждение от разных рецепторов поступает в разные участки коры, а оттуда передается к определенному органу. Эти участки называются зонами .

В коре выделяют несколько зон:

- слуховую – в височной доле, воспринимает, анализирует импульсы от слухового рецептора;

- зрительную – в затылочной области, воспринимает зрительные сигналы, формирует зрительные образы;

- общечувствительную – в теменной доле, болевая, температурная, тактильная чувствительность;

- двигательную – в лобной доле: центры сокращений рук, ног, шеи, туловища, языка и т. д. (переднецентральная извилина).

В этих зонах происходит анализ и синтез сигналов, поступающих из внешней и внутренней среды организма.

Функция коры — образование временных связей организма с постоянно меняющимися условиями внешней среды, определяет интеллект человека.

Таким образом, кора больших полушарий – высший отдел ЦНС. Она отвечает за восприятие информации, управляет движениями, с ней связана речь, мышление.

Итак, органы и ткани объединены регулирующими системами органов: нервной и эндокринной системами, которые осуществляют взаимосвязь и согласованную работу всех систем органов. Поэтому организм функционирует как единое целое.

Защитная функция

В крови и других жидкостях содержатся белки, которые могут убивать или помогать обезвреживать микробов. В состав плазмы крови входят антитела - белки, каждый из которых узнает определенный вид микроорганизмов или иных чужеродных агентов, - а также защитные белки системы комплемента. Существует несколько классов антител (эти белки еще называют иммуноглобулинами), самый распространенный из них - иммуноглобулин G. В слюне и в слезах содержится белок лизоцим - фермент, расщепляющий муреин и разрушающий клеточные стенки бактерий. При заражении вирусом клетки животных выделяют белок интерферон, препятствующий размножению вируса и образованию новых вирусных частиц.

Защитную функцию для микроорганизмов выполняют и такие неприятные для нас белки, как микробные токсины - холерный токсин, токсин ботулизма, дифтерийный токсин и т. п. Повреждая клетки нашего организма, они защищают микробов от нас.

Рецепторная функция

Белки служат для восприятия и передачи сигналов. В физиологии есть понятие клетки-рецептора, т.е. клетки, которая воспринимает определенный сигнал (например, в сетчатке глаза находятся клетки-зрительные рецепторы). Но в клетках-рецепторах эту работу осуществляют белки-рецепторы. Так, белок родопсин, содержащийся в сетчатке глаза, улавливает кванты света, после чего в клетках сетчатки начинается каскад событий, который приводит к возникновению нервного импульса и передаче сигнала в мозг.

Белки-рецепторы есть не только в клетках-рецепторах, но и в других клетках. Очень важную роль в организме играют гормоны - вещества, выделяемые одними клетками и регулирующие функцию других клеток. Гормоны связываются со специальными белками - рецепторами гормонов на поверхности или внутри клеток-мишеней.

Регуляторная функция

Многие (хотя и далеко не все) гормоны являются белками - например, все гормоны гипофиза и гипоталамуса, инсулин и др. Еще одним примером белков, выполняющих эту функцию, могут служить внутриклеточные белки, регулирующие работу генов.

Многие белки могут выполнять несколько функций.

Макромолекулы белков состоят из б-аминокислот. Если в состав полисахаридов обычно входит одна и та же «единица» (иногда две), повторяющаяся много раз, то белки синтезируются из 20 разных аминокислот. После того, как молекула белка собрана, некоторые аминокислотные остатки в составе белка могут подвергаться химическим изменениям, так что в «зрелых» белках можно обнаружить более 30 различных аминокислотных остатков. Такое разнообразие мономеров обеспечивает и многообразие биологических функций, выполняемых белками.

б-аминокислоты имеют следующее строение:

здесь R - различные группы атомов (радикалы) у разных аминокислот. Ближайший к карбоксильной группе атом углерода обозначается греческой буквой б, именно с этим атомом соединена аминогруппа в молекулах б-аминокислот.

В нейтральной среде аминогруппа проявляет слабые основные свойства и присоединяет ион Н+, а карбоксильная - слабо кислотные и диссоциирует с освобождением этого иона, так что хотя в целом суммарный заряд молекулы не изменится, она будет одновременно нести положительно и отрицательно заряженную группу.

В зависимости от природы радикала R различают гидрофобные (неполярные), гидрофильные (полярные), кислые и щелочные аминокислоты.

У кислых аминокислот имеется вторая карбоксильная группа. Она немного сильнее карбоксильной группы уксусной кислоты: у аспарагиновой кислоты половина карбоксилов диссоциирована при рН 3,86, у глютаминовой - при рН 4,25, а у уксусной - лишь при 4,8. Среди щелочных аминокислот самой сильной является аргинин: половина его боковых радикалов сохраняет положительный заряд при рН 11,5. У лизина боковой радикал является типичным первичным амином, он остается наполовину ионизированным при рН 9,4. Самая слабая из щелочных аминокислот - гистидин, его имидазольное кольцо наполовину протонировано при рН 6.

Среди гидрофильных (полярных) также имеются две аминокислоты, способные ионизироваться при физиологических рН - цистеин, у которого SH-группа может отдавать ион Н+ подобно сероводороду, и тирозин, у которого есть слабокислая фенольная группировка. Однако эта способность выражена у них очень слабо: при рН 7 цистеин ионизирован на 8 %, а тирозин - на 0,01 %.

Для обнаружения б-аминокислот обычно используют нингидриновую реакцию: при взаимодействии аминокислоты с нингидрином образуется ярко окрашенный синий продукт. Кроме того, отдельные аминокислоты дают свои специфические качественные реакции. Так, ароматические аминокислоты дают желтое окрашивание с азотной кислотой (в ходе реакции происходит нитрование ароматического кольца). При подщелачивании среды окраска изменяется на оранжевую (подобное изменение окраски происходит и у индикаторов, например, метилоранжа). Эта реакция под названием ксантопротеиновой используется также для детекции белка, поскольку в большинстве белков есть ароматические аминокислоты; желатин не дает этой реакции, поскольку почти не содержит ни тирозина, ни фенилаланина, ни триптофана. При нагревании с плюмбитом натрия Na2PbO2 цистеин образует черный осадок сульфида свинца PbS.

Растения и многие микробы могут синтезировать аминокислоты из простых неорганических веществ. Животные могут синтезировать лишь некоторые аминокислоты, другие же должны получать с пищей. Такие аминокислоты называются незаменимыми. Для человека незаменимыми являются фенилаланин, триптофан, треонин, метионин, лизин, лейцин, изолейцин, гистидин, валин и аргинин. К сожалению, злаковые культуры содержат очень мало лизина и триптофана, зато эти аминокислоты в существенно большем количестве содержатся в бобовых культурах. Не случайно традиционные диеты земледельческих народов обычно содержат как злаки, так и бобовые: пшеница (или рожь) и горох, рис и соя, кукуруза и бобы являются классическими примерами такого сочетания у народов разных континентов.

б-Атом углерода у всех 20 аминокислот находится в состоянии sp3-гибридизации. Все его 4 связи расположены под углом около 109°, так что формулу аминокислоты можно вписать в тетраэдр.

Легко убедиться, что могут существовать два вида аминокислот, которые являются зеркальными отображениями друг друга. Как бы мы ни перемещали и ни поворачивали их в пространстве, совместить их невозможно - они различаются как правая и левая рука.

Такой вид изомерии называется оптической изомерией. Он возможен только в том случае, если у центрального атома углерода (он называется асимметрическим центром) со всех 4 сторон находятся разные группы (поэтому глицин не имеет оптических изомеров, а остальные 19 аминокислот имеют). Из двух разных изомерных форм аминокислот ту, что на рис. 1 расположена справа, называют D-формой, а слева - L-формой.

Основные физические и химические свойства D- и L-изомеров аминокислот одинаковы, однако различаются оптические свойства: их растворы вращают плоскость поляризации света в противоположные стороны. Различна и скорость их реакций с другими оптически активными соединениями.

Интересно, что в состав белков всех живых организмов от вирусов до человека входят только L-аминокислоты. D-формы встречаются в некоторых антибиотиках, синтезируемых грибами и бактериями. Белки могут образовывать упорядоченную структуру лишь в том случае, если в их состав будут входить только изомеры аминокислот одного типа.

Регуляторная функция белков

Протеинкиназы регулируют активность других белков путем фосфолирования - присоединения остатков фосфорной кислоты к остаткам аминокислот, имеющих гидроксильные группы . При фосфорилировании обычно изменяется функционирование данного белка, например, ферментативная активность, а также положение белка в клетке.

Существуют также протеинфосфатазы - белки, которые отщепляют фосфатные группы. Протеинкиназы и протеинфосфатазы регулируют обмен веществ, а также передачу сигналов внутри клетки. Фосфорилирование и дефосфорилирования белков - один из главным механизмов регуляции большинства внутриклеточных процессов.

См. также

• Избранную статью белки и особенно раздел Функции белков в организме

Ссылки

• Контроль транскрипции
• Белки против РНК - кто первым придумал сплайсинг?
• Протеинкиназы
• Трансляция и её регуляция

Литература

• Д.Тейлор, Н.Грин, У.Стаут. Биология (в 3-х томах).

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Регуляторная функция белков" в других словарях:

У этого термина существуют и другие значения, см. Белки (значения). Белки (протеины, полипептиды) высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью альфа аминокислот. В живых организмах… … Википедия

Кристаллы различных белков, выращенные на космической станции «Мир» и во время полётов шаттлов НАСА. Высокоочищенные белки при низкой температуре образуют кристаллы, которые используют для получения модели данного белка. Белки (протеины,… … Википедия

- (транскрипционные факторы) белки, контролирующие процесс синтеза мРНК на матрице ДНК (транскрипцию) путём связывания со специфичными участками ДНК. Транскрипционные факторы выполняют свою функцию либо самостоятельно, либо в комплексе… … Википедия

Факторы транскрипции (транскрипционные факторы) белки, контролирующие перенос информации с молекулы ДНК в структуру мРНК (транскрипцию) путем связывания со специфичными участками ДНК. Транскрипционные факторы выполняют свою функцию… … Википедия

Клеточная сигнализация, передача сигнала в клетке, Cell signaling Cell signaling (передача сигнала в клетке) это часть сложной системы коммуникации, которая управляет основными клеточными процессами и координирует действия клетки. Возможность… … Википедия

I (sanguis) жидкая ткань, осуществляющая в организме транспорт химических веществ (в т.ч. кислорода), благодаря которому происходит интеграция биохимических процессов, протекающих в различных клетках и межклеточных пространствах, в единую систему … Медицинская энциклопедия

Группа функционально связанных между собой Генов, детерминирующих синтез белков ферментов, относящихся к последовательным этапам какого либо биохимического процесса. Концепция О. как часть теории генетической организации и регуляции… … Большая советская энциклопедия

- (лат. membrana кожица, оболочка, перепонка), структуры, ограничивающие клетки (клеточные, или плазматические, мембраны) и внутриклеточные органоиды (мембраны митохондрий, хлоропластов, лизосом, эндоплазматич. ретикулума и др.). Содержат в своём… … Биологический энциклопедический словарь

Гомеозисные гены детерминируют процессы роста и дифференцировки. Гомеозисные гены кодируют транскрипционные факторы, контролирующие программы формирования органов и тканей. Мутации в гомеозисных генах могут вызвать превращение одной части… … Википедия

Постоянно открывают все новые и новые регуляторные белки, в настоящее время известна, вероятно, только малая их часть.

Существует несколько разновидностей белков, выполняющих регуляторную функцию:

• белки - рецепторы , воспринимающие сигнал
• сигнальные белки - гормоны и другие вещества, осуществляющие межклеточную сигнализацию (многие, хотя и далеко не все, из них является белками или пептидами)
• регуляторные белки, которые регулируют многие процессы внутри клеток.

Белки, участвующие в межклеточной сигнализации

Протеинкиназы регулируют активность других белков путем фосфолирования - присоединения остатков фосфорной кислоты к остаткам аминокислот, имеющих гидроксильные группы . При фосфорилировании обычно изменяется функционирование данного белка, например, ферментативная активность, а также положение белка в клетке.

Существуют также протеинфосфатазы - белки,которые отщепляют фосфатные группы. Протеинкиназы и протеинфосфатазы регулируют обмен веществ, а также передачу сигналов внутри клетки. Фосфорилирование и дефосфорилирования белков - один из главным механизмов регуляции большинства внутриклеточных процессов.

Регуляторные функции

Регуляторные функции психики направлены на координацию внутренних психических процессов, на управление взаимодействием с предметами внешнего мира, на налаживание отношений с окружающими человека людьми.

Координация внутренних психических процессов осуществляется на основе безусловных рефлексов, механизм которых врожден и, следовательно, обусловлен биогенетически. Он проявляется в паттернах инстинктивных реакций. Например, моргание, сужение или расширение зрачков, непроизвольное отдергивание руки и т.п.

Управление взаимодействием с предметами внешнего мира человек происходит по закономерностям динамики условных рефлексов и ориентировочно-исследовательской деятельности в пространстве своего бытия. Например, по запаху пищи вы определяете полезность или вредность для употребления, по сигналу светофора останавливаетесь или переходите улицу.

Налаживание отношений с окружающими людьми происходит по законам психологической, социально-психологической и социальной деятельности. Например, мы выбираем партнера для совместной деятельности, который подходит нам по конкретным качествам своей личности.

Во всех случаях регуляторные функции проявляются в направленных на какой-либо объект телесных движениях, которые трансформируются в предметные действия, поступки и поведение человека.

Регуляторные функции психики в человеческих отношениях проявляются через поступки человека, которые всегда содержат нравственный компонент социального поведения. Механизмы такого поведения заключены в особых правилах и символике общественной жизни (ритуалах, обычаях, традициях, законах).

Регуляция предметных действий и поступков требует от человека значительного волевого напряжения. Поэтому воля становится базисным процессом регуляторных функций психики. В волевых качествах происходит ассимиляция регуляторных функций психики. Воля является стержневым компонентом структурной организации личности. Например, с ее ослаблением (абулией) связан распад личности, что отмечается в клинической практике психических расстройств.

Имлицитные функции психики производны от нервной деятельности мозга. Поэтому они внутренне присуще организму человека и проистекают из морфологических особенностей мозга и закономерностей высшей нервной деятельности, которую мозг осуществляет. Эта зависимость психической деятельности от деятельности мозга выражена формулой «психика есть функция мозга».

Эксплицитные функции психики

психика человек имплицитный эксплицитный

Человек благодаря сознанию способен к произвольным действиям, поступкам и к инициативной деятельности, которые вытекают из его субъектной активности. Следовательно, он сам по своему усмотрению использует свой психический потенциал в процессах взаимодействия с внешним миром. В результате человек сам преобразует свой внутренний психический резерв через процессы внешнего взаимодействия. Это приводит к новым формам отношений с окружающей его действительностью, в которых имплицитные функции трансформируются в ряд внешних (эксплицитных) функций психики: коммуникативные, информационные, когнитивные, эмотивные, конативные, креативные. В них и раскрывается психический потенциал человека как субъекта предметно-практической и общественно-трудовой деятельности.

В этой деятельности человек не только преобразует среду своего обитания, но вместе с тем и свою собственную психологию. В этом смысле можно сказать, что психика не только функция мозга, но и результат внешней субъектной активности, которую человек проявляет по своей воле. Это означает зависимость индивидуального психического развития от самого человека, от того, насколько успешно он реализует в своей жизни потенциал эксплицитных психических функций.

Все шесть эксплицитных функций психики в процессах взаимодействия человека с окружающим миром (вещами и людьми) трансформируются в психологические, социально-психологические, социальные явления индивидуальной, групповой и общественной психологии, которая ассимилируется в личностной организации человека в виде ролей и психологических качеств.