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

§ 4. Подразливість у тварин

Поміркуйте

  • Які переваги ссавцям надає наявність на аксонах деяких їхніх нейронів мієлінової оболонки під час проведення ними нервових імпульсів?

Згадайте

  • Нейрон
  • Нервовий імпульс
  • Збудження
  • Збудливі тканини

Подразливість у тварин

Подразливість у тварин відбувається на основі внутрішньоклітинної та міжклітинної регуляції. Подразники можуть діяти як на рецептори на поверхні клітин, так і на внутрішньоклітинні структури (мембрани клітин, мітохондрії) або процеси (транскрипцію, трансляцію тощо).

Тварини мають специфічні сенсорні системи, до складу яких входять різноманітні органи чуття. У них є багато типів рецепторів, які різняться між собою за характером подразнень, що сприймаються (фоторецептори, хеморецептори, механорецептори тощо).

Більша частина подразників у тварин викликає зміну електричного потенціалу на клітинній мембрані, що запускає певний механізм їхньої відповіді. Прийняття сигналів від подразників та відповіді на них у тварин забезпечують спеціальні збудливі тканини.

Збудливі тканини

До збудливих тканин у тварин відносять нервову, м'язову та секреторну (залозистий епітелій деяких залоз) (мал. 4.1). Клітини цих тканин здатні збуджуватися, тобто певним чином реагувати на дію подразника — у них виникає процес збудження. Збудження може виникати тільки за умови певної сили дії подразника. Сила дії подразника, яка може викликати цей процес, визначає поріг збудження. На процес збудження впливають також швидкість виникнення подразнення та його тривалість.

Характерною особливістю нервової тканини є здатність до проведення збудження і його передачі на інші збудливі тканини.

Мал. 4.1. Збудливі тканини організму людини

Так, сигнали від головного мозку передаються за допомогою клітини нервової тканини до м'язів, викликаючи відповідну реакцію.

Мембранний потенціал

У всіх незбуджених клітинах збудливих тканин тварин існує різниця потенціалів між внутрішньою і зовнішньою боками мембрани. Цю різницю називають мембранним потенціалом спокою. Він виникає на поверхні будь-яких клітин, як тих, що входять до складу збудливих тканин, так і тих, що належать до незбудливих.

Під час формування мембранного потенціалу спокою внутрішньоклітинний бік мембрани заряджається більш негативно, ніж зовнішній. Значення різниці потенціалів у більшості випадків перебуває в межах від -200 до -50 мВ. Мембранний потенціал потрібен для здійснення процесу збудження у збудливих тканинах. Крім того, він відіграє важливу роль у деяких процесах транспорту речовин крізь клітинну мембрану.

Утворення мембранного потенціалу спокою в клітинах можливе завдяки тому, що клітинна мембрана є напівпроникною (крізь неї можуть проникати не всі йони) і концентрація певних йонів по різні боки мембрани є різною (мал. 4.2).

Різниця в концентрації йонів створюється завдяки роботі спеціальних транспортних білків мембрани (так званих йонних насосів). Витрачаючи енергію АТФ, вони переміщують одні йони назовні клітини, а інші — всередину. Найбільшу роль у формуванні мембранногопотенціалу спокою відіграють йони Калію, Натрію і Хлору.

Мал. 4.2. Утворення мембранного потенціалу

Потенціал дії

Мембранний потенціал спокою формується у клітинах, які не перебувають у стані збудження. Під час збудження клітин у них виникає потенціал дії. Потенціалом дії називають короткочасні амплітудні зміни мембранного потенціалу спокою, які виникають у процесі збудження клітини.

Потенціал дії є електричним розрядом, який складає основу нервових імпульсів. У результаті виникнення потенціалу дії невелика ділянка зовнішнього боку мембрани тимчасово стає негативно зарядженою відносно сусідніх ділянок. Отже, і внутрішній бік мембрани змінює свій заряд на протилежний (у цьому випадку він стає позитивним) щодо своїх сусідніх ділянок.

Виникнення потенціалу дії пов'язано з різким збільшенням проникності мембрани для йонів Натрію і Калію і розвитку деполяризації мембрани. Йони Натрію починають дуже швидко надходити в клітину, а йони Калію — виходити з неї. Наслідком цього і є зміна полярності ділянки мембрани на протилежну.

Потенціал дії виникає тільки за умови перевищення певного рівня швидкості процесу деполяризації. Цей рівень є різним для різних клітин. Якщо рівень сигналу, який викликає цей процес, є нижчим за цей певний рівень, то потенціал дії не виникає, а якщо є вищим, то потенціал дії виникне обов'язково. Такий принцип роботи називають принципом «усе або нічого».

Мал. 4.3. Синапс нервової клітини

Зміна полярності мембрани триває дуже короткий час. Потім відбувається процес реполяризації, і мембранний потенціал спокою відновлюється. На певний час після завершення реполяризації ділянка мембрани клітини втрачає можливість відповідати на дію подразника. Цей проміжок часу називається рефрактерним періодом.

Після свого виникнення потенціал дії переміщується поверхнею клітини на нові ділянки мембрани, які зазнають деполяризації. Саме в такій формі нервові імпульси передаються по аксонах нервових клітин.

Для передачі потенціалу дії між різними клітинами у збудливих тканинах тварин використовуються спеціальні структури — синапси.

Синапси бувають двох типів — електричні й хімічні. В електричних синапсах мембрани сусідніх клітин розташовані дуже близько одна до одної і потенціал дії просто переміщується з однієї на іншу так, як переміщується між сусідніми ділянками мембрани однієї клітини. У хімічних синапсах потенціал дії викликає викид спеціальних речовин — нейромедіаторів — у широку синаптичну щілину (мал. 4.3).

Ключова ідея

Сприйняття подразнень та відповідь на них у тварин забезпечують збудливі тканини. Для клітин цих тканин є властивою наявність мембранного потенціалу спокою. Під впливом подразнень на поверхні клітинної мембрани тварин виникає потенціал дії, який може поширюватися по мембрані й передаватися на інші клітини.

Запитання та завдання

1. Чому секреторні тканини тварин також відносять до групи збудливих тканин? 2. Чому після проходження потенціалу дії для ділянки мембрани потрібен рефрактерний період?