Механизми и системи за регулация и адаптация на организмите Печат
Сряда, 21 Декември 2011 15:02

Механизми и системи за регулация и адаптация  на организмите.

Организмите са в постоянна връзка със средата, в която жи­веят. Независимо от разнообразните външни въздействия тех­ните жизнени функции се осъществяват съгласувано и устой­чиво благодарение на възникналите в хода на еволюцията ме­ханизми и системи на регулация. В организмите се извършва саморегулация на жизнените функции. Това означава, че вся­ка промяна във вътрешната среда задейства механизми, които възстановяват хомеостазата. Системите на регулация осигу­ряват адаптация на организмите към разнообразните условия за живот.

3.1.Основни принципи на регулация.

Организмите са в непрекъс­нато взаимодействие с околната среда. Те са отворени системи — приемат от средата необхо­димите за живота им химични вещества и енергия и изхвърлят отпадайте продукти от обмяна­та на веществата. Заедно с това организмите отговарят на раз­лични въздействия на средата с изменения в своето състояние или на жизнените си прояви. Под действието на естествения отбор в тях са се изработили регулаторни механизми, които осигуряват приспособяването им към променящите се факто­ри на средата.

Под регулация се разбира такова въздействие върху жизнените процеси, което осигурява стабилното им протичане въпреки влияни­ето на различни фактори.

Всички части на организма са анатомично и функционално свързани помежду си и образу­ват единно цяло. Единството на организма е в тясна зависимост от системите за регулация. В хода на еволюцията те са се ус­ложнявали и усъвършенствали.

За функционирането на една регулаторна система е необхо­димо тя да може да възприема информация за промените в да­ден процес, да я преработва и да поражда корекция на тези промени.

Регулиращата система се състои от три части — ре­цептор, нервен център и изпълнителен орган. Тази система осъществява сво­ите въздействия чрез реф­лекси. Рефлексите са в ос­новата на регулацията.

(Припомнете си рефлекс и рефлексна дъга).

Преобладаващата част от ре­гулиращите системи функци­онират на принципа на обрат­ната връзка. Всяко отклонение в процесите в организма пораж­да корекция. Едновременно с това регулиращата система непрекъснато „се съобразява" с извършената до момента от нея корекция. Благодарение на ре­цептори в изпълнителния орган до нервния център непрекъсна­то достига обратна информация за точността, с която се извър­шва корекцията.

Регулацията се осъществява на различни равнища: клетъчно, надклетъчно и организмово.

Клетъчно равнище на регу­лация. Осъществява се чрез ге­нетични, ензимни и мембранно-йонни механизми.

Генетичните меха­низми на регулация се осъ­ществяват при процесите на ре­ализация на генетичната инфор­мация и главно при транскрип­цията. Генната активност се ре­гулира по два начина: чрез индукция и чрез репресия.

Чрез индукция се регулира ак­тивността на гените, които кодират ензими, участващи в катаболитните процеси в клетката. Активност­та на такъв ген зависи от вещество­то, което е субстрат на ензимното действие (фиг. 3.1.). Генът функци­онира само ако това вещество при­съства в клетката. Тогава съответ­ният ензим се синтезира и вещест­вото се разгражда. Изчерпването на субстрата е сигнал за изключва­не на гена и синтезирането на ензи­ма се прекратява. Чрез репресия се регулира активността на гените, които кодират ензими, участващи в анаболитните процеси. Генът нор­мално функционира в клетката, ко­дираният от него ензим се синтези­ра и води до получаването на съот­ветен продукт на ензимното дейст­вие. Повишеното количество на продукта е сигнал за изключването на гена. Той се включва отново, ко­гато количеството на продукта на­малее.

И двата типа на регулация са на принципа на обратната връз­ка: при регулацията чрез индукция синтезирането на ензим се прекратява с изчерпването на субстрата на ензимното дейст­вие; при регулацията чрез реп­ресия синтезирането на ензим се прекратява, когато продук­тът на ензимното действие е в излишно количество.

Благодарение на регулаци­ята на генната активност в клетката се синтезират ен­зими само когато са й не­обходими.

Ензимната активност се регулира чрез различни ме­ханизми: синтезиране на ензи­ма в неактивна форма (проензим), фосфорилиране на ензи­ма, инхибиране на ензима по типа на обратната връзка, ко­оперативен ефект на взаимо­действие и алостерична регула­ция. (Припомнете си Кинетика на ензимната реакция). Посоче­ните механизми се допълват взаимно и създават условия за съгласувано протичане на об­менните процеси в клетката.

Регулацията може да се осъ­ществи и с участието на м е м-бранно-йонни механизми. (Припомнете си Транспорт през клетъчната мембрана.) Ак­тивният транспорт на глюкозата в клетката например се осъщес­твява с участието на молекула-преносител, активността на ко­ято зависи от концентрацията на натриевите катиони. По този начин разликите в концентра­цията на натриевите катиони от двете страни на мембраната ре­гулират активния транспорт на глюкозата в клетката.

Надклетъчно равнище на регулация при растенията. Осъществява се чрез трофична, електро-физиологична и хормо­нална регулация.

Трофичната регула­ция е свързана с минералното хранене и транспорта на асимилатите. Ускоряването на расте­жа например стимулира по-интензивното приемане на вода и минерални соли от корените на растението. При увеличаване интензивността на фотосинте­зата нараства оттокът на асимилати от листата в другите веге­тативни органи.

Електро-физиоло­гична регулация. Меж­ду различните части на расте­нието съществуват разлики в мембранните потенциали. Ско­ростта на придвижване на по­тенциала на действие е средно 0,05 ст/s. При насекомоядниге растения този потенциал дости­га 25 ст/s. Бързото повишава­не на водното съдържание в почвата — при поливане нап­ример, индуцира потенциал на действие, който се придвижва до листата и предизвиква усил­ване на газовата обмяна, синте­зирането и транспорта на асимилатите.

Хормоналната регу­лация има важно значение за растежа и развитието на расте­нията. Фитбхормоните са 5 гру­пи:

1. Ауксини — стимулират де­ленето, увеличаването на раз­мерите и диференцирането на клетките.

2. Гиберелини — ускоряват растежа и стимулират цъфтежа на растенията.

3. Цитокинини — регулират деленето на клетките и забавят стареенето.

4. Абсцисинова киселина — подготвя състоянието на покой на растенията.

5. Етилен — ускорява узряването на плодовете.

На организмово равнище всички системи на надклетъчна регулация — трофична, елект­ро-физиологична и хормонал­на, са взаимносвързани. Ауксините например предизвикват промяна в мембранните потен­циали и това оказва влияние върху транспорта на вещества­та. Всяка от тези системи въз­действа върху клетките, като повлиява клетъчните механиз­ми на регулация — генетични, ензимни и мембранно-йонни. По този начин в растенията функционира единна йерархич­на система на регулация, осигу­ряваща единството на всичките им части.

Регулация при животните

Хормонална регулация. Хор­моните се синтезират в жлезите с вътрешна секреция, откъдето постъпват в кръвта и се разна­сят до всички клетки. (Припом­нете си Ендокринна система.) Всеки хормон оказва въздейст­вие само върху клетки, които притежават специализирани ре­цептори за взаимодействие с него. Рецепторите са разполо­жени в клетъчната мембрана или в цитоплазмата. Клетките, притежаващи рецептори за да­ден хормон, се наричат прицел­ни за неговото действие.

Функционално активен в клетката е всъщност комп­лексът хормон + рецеп­тор.

Механизмът на действие на хормоните е различен. Едни от тях оказват влияние върху генната активност. Такова е действието на половите хормо­ни: хормон-рецепторният комп­лекс влиза в ядрото и активира гените, обуславящи формира­нето на половите белези. По-голямата част от хормоните ак­тивират определени клетъчни ензимни системи, които участ­ват в обменните процеси. Тире-оидните хормони например ак­тивират окислителното фосфорилиране в митохондрите, по­вишават кислородната консума­ция и продукцията на топлина в клетките (фиг. 3.2.).

Нервна регулация. Нервна­та регулация се осъществява от нервната система. Чрез нея се постига бързо и адекватно приспособяване на организми­те към промените във външна­та и вътрешната среда. Тези промени се възприемат от ре­цепторите като дразнения. Под тяхно въздействие в ре­цепторите възниква възбужда­не, което под формата на нер­вен импулс се предава в съот­ветен център в централната нервна система. Там получена­та информация се преработва, след което до изпълнителните органи се предават „нарежда­ния" за една или друга ответна реакция. Когато изпълнител­ният орган е жлеза с вътрешна секреция, нервната система оказва влияние върху продук­цията на съответния хормони. Хормоните обикновено са звена в изпълнителната част на ре­гулаторния механизъм, но ня­кои от тях от своя страна оказ­ват влияние върху централната нервна система. Така се осъ­ществява нервно-еидокринната система на регулация, чрез която се постига оптимално приспособяване на организми­те към промените в средата на живот