Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 11 клас. Задорожний - Нова програма

§ 23. Саморегуляція на тканинному рівні

Поміркуйте

  • За яких умов клітини, що входять до складу тканин, можуть виконувати свої функції?

Згадайте

  • Тканини
  • Клітинні мембрани
  • Гормони
  • Нейромедіатори
  • Передача нервового імпульсу

Міжклітинна сигналізація

Існування складних багатоклітинних організмів можливе завдяки координації біохімічних процесів, що відбуваються в їхніх клітинах. Така координація ґрунтується на міжклітинній комунікації й передачі сигналу всередину окремих клітин.

Спеціалізовані клітинні структури, що скріплюють клітини між собою і забезпечують міжклітинну комунікацію, називають міжклітинними контактами.

Сигналізація між тваринними клітинами може бути контактною (за безпосереднього контакту) і дистантною (на відстані). Контактна сигналізація відбувається через щілинні контакти (мал. 23.1), які сполучають цитоплазму двох клітин, що взаємодіють та уможливлюють обмін малими молекулами. Дистантна сигналізація відбувається за допомогою молекул, що секретуються.

Контактна сигналізація через щілинні контакти

Щілинний контакт — спосіб сполучення клітин у тканині за допомогою білкових каналів (мал. 23.1). Через ці канали від клітини до клітини можуть передаватися електричні сигнали (за допомогою неорганічних йонів) і малі молекули, такі як моносахариди, амінокислоти,нуклеотиди, вітаміни й молекули вторинних посередників.

Щілинні контакти наявні в більшості тваринних клітин. Вони забезпечують поширення електричного збудження, передаючи йони між клітинами. Таким чином щілинні контакти сполучають клітини серцевого м'яза, синхронізуючи їхні скорочення, а також клітини гладеньких м'язів кишечника, забезпечуючи ритмічну перистальтику. У нервовій системі щілинні контакти формують електричні синапси, через які нервовий імпульс поширюється значно швидше, ніж через хімічні синапси. Такі структури дуже корисні, коли важлива швидкість (наприклад, у рефлекторних дугах, відповідальних за втечу).

Мал. 23.1. Щілинні контакти

За участі щілинних контактів вирівнюється концентрація сигнальних молекул і поживних речовин. Це необхідно, скажімо, для нормального функціонування печінки й дозрівання фолікулів у яєчнику. Також щілинні контакти потрібні для нормального розвитку зародка: вони підтримують диференціацію окремих груп клітин, передаючи сигнальні молекули.

Дистантна сигналізація за допомогою молекул, що секретуються

Під час дистантної регуляції клітини-регулятори виділяють хімічні речовини, які є сигналами для клітин-мішеней, розташованих на деякій відстані.

Існують три типи хімічної сигналізації:

  • ендокринна — сигналізація за допомогою хімічних речовин (гормонів), які діють на віддалені клітини;
  • паракринна — виділення клітиною хімічних речовин, які діють лише на клітини з найближчого оточення;
  • аутокринна — виділення клітиною речовин, які діють на неї саму.

Існують такі міжклітинні сигнальні речовини:

  • гормони — речовини, що виділяються ендокринними клітинами й транспортуються рідинами організму до клітин-мішеней, розташованих на відстані від місця секреції;
  • гістогормони — біологічно активні речовини, які виділяються клітинами в міжклітинний простір і впливають лише на сусідні клітини;
  • нейромедіатори — з'єднання, що передають сигнал у синапсах нервових клітин і діють тільки на постсинаптичну клітину.

Паракринна і аутокринна сигналізація

Особливістю паракринної і аутокринної регуляції є місцева дія. Гістогормони не надходять у кровотік, а діють на клітину, що їх продукує, та на її найближче оточення, поширюючись по міжклітинній рідині за рахунок дифузії. До гістогормонів належать кініни, простагландини, гістамін, серотонін, тканинні фактори росту.

Цитокіни — невеликі пептиди, які стимулюють або пригнічують функції інших клітин (зокрема, ріст), беруть участь у диференціюванні клітин, розпочинають апоптоз. Наприклад, лімфокіни — це цитокіни, які виділяються лімфоцитами, інтерлейкіни — цитокіни, відповідальні за міжклітинні взаємодії між лейкоцитами.

Фактори росту — білкові молекули, що регулюють поділ, диференціювання і рухливість клітин. Наприклад, фактори росту епітеліальної, кісткової, нервової тканин.

Простагландини за хімічною природою є жирними кислотами. Вони спричинюють скорочення гладких м'язів, активують діяльність нервової системи, мають антизапальну дію, збільшують проникність кровоносних судин, знижують рівень зсідання крові.

Гістамін бере участь у регуляції різних процесів в організмі, є нейромедіатором і одним з активаторів алергічних реакцій.

Мал. 23.2. Синаптичний контакт

Синаптична сигналізація

Нервові клітини передають інформацію на великі відстані за допомогою електричних імпульсів. У нервових закінченнях ці імпульси перетворюються на хімічні сигнали. Це відбувається у спеціалізованих контактах — синапсах. Із нервового закінчення з пресинаптичної клітини вивільняються сигнальні молекули — нейромедіатори. Ці молекули вловлюються рецепторами постсинаптичної мембрани наступного нейрона й стимулюють утворення електричного сигналу (мал. 23.2). Якщо нейромедіатор не досяг мети, він вилучається зі щілини ферментами або повертається назад у нервове закінчення. Тому вплив сигналу є досить точним.

До нейромедіаторів ЦНС належать, наприклад, адреналін, серотонін, дофамін. Адреналін є збуджуючим нейромедіатором. Дофамін є частиною «системи заохочення» і виділяється у відповідь на правильну поведінку. Він викликає відчуття задоволення, чим впливає на процеси мотивування і навчання. Серотонін часто називають гормоном щастя; зниження рівня серотоніну є одним з факторів виникнення депресії. Ацетилхолін здійснює передачу сигналу з нервів на м'язи.

Ключова ідея

Міжклітинна сигналізація здійснюється дистантно, з виділенням хімічних речовин, і за безпосередньої взаємодії клітин через щілинні контакти.

Запитання та завдання

1. Навіщо клітини тканин контактують одна з одною? 2. Порівняйте ефективність щілинних і синаптичних контактів для нервової тканини. 3. Зважаючи на функції щілинних контактів, зробіть припущення, які порушення можуть виникнути в разі спадкового дефекту цих структур.