Молекулярные основы чувствительности

Чувствительность (раздражимость) – способность живого существа воспринимать внутренние и внешние сигналы и адекватно реагировать на них.

Все варианты поведения являются результатом биологических ответов. Все сигналы принято условно подразделять на химические и физические.

• Химические сигналы– молекулы, ионы, изменение их концентрации. В ходе взаимодействия с химическим сигналом рецептор образует с ним комплекс, а потом рецептор меняет свою конформацию, следовательно, и функцию. Рецептор – чувствительная молекула.

• Физический сигнал– уровень температуры, свет, звук, механическое давление и др. Рецептор взаимодействует не со светом, а с квантом света. Рецептор не может образовать с ним комплекса, но он поглощает энергию, которую пускает на конформацию.

Существует множество способов активации (инактивации) белков. Однако чаще всего этот процесс связан с фосфорилированием белков, т. е. присоединением фосфатной группы. Фосфорилирование приводит к изменению конфигурации белка, т. е. изменению функции. Это происходит за счет того, что фосфатная группа легко диссоциирует и приобретает сильный отрицательный заряд. Фосфорилирование белков – очень сложный процесс, он не может идти самопроизвольно. Специальные ферменты, обеспечивающие фосфорилирование белков, называются протеинкиназами.

Формирование быстрого биологического ответа, идет за доли секунды.

Сигнал	Взаимодействие сигнала с рецептором	Рецептор меняет конфигурацию и превращается в ПК1*	Фосфорилирование ПКn-1	Активация ПКn-1
Биологический ответ	Активация белка Х	Фосфорилирование белка Х	Активация ПКn	Фосфорилирование ПКn

Формирование медленного биологического ответа, за минуты.

Сигнал	Взаимодействие сигнала с рецептором	Рецептор меняет конформацию и превращается в ТФ1*	Запуск транскрипции гена, кодирующего ТФn	Запуск биосинтеза ТФn
	Биологический ответ	Запуск биосинтеза белка Х	Запуск транскрипции гена, кодирующего белок Х	…

E.coliСредняя скорость транскрипции ≈ 45-50 нуклеотидов/с

Скорость работы рибосом ≈ 15 аминокислот/с

Время на один белок ≈ 20с

* - и то, и другое происходит в простейшем случае, но чаще всего между рецептором и ТФ есть система посредников.

Рецептор на клеточной мембране, ТФ – в ядре. У животных (человека) рецепторы стероидных гормонов сами становятся ТФ и уходят в ядро.

Первая схема идет быстрее, т. к. в клетке уже все есть, нужно лишь отфосфорилировать некую молекулу. Медленные биологические ответы реализуются в течение часов, дней, недель. Быстрые в течение секунд, долей секунд.

У растений, грибов и бактерий преобладают медленные биологические ответы. У животных – быстрые. В основе этого разделения лежит наличие или отсутствие клеточной стенки. В значительной степени наличие быстрого/медленного биологического ответа определяется экологическим поведением: пережидание/уход. Нервная система по своей сути предназначена для чрезвычайно быстрой реализации биологических ответов. Гормональная система работает по принципу медленных ответов. Их совокупность образует нейро-эндокринную систему.

Медленные биологические ответы у человека.

Например, гормональная регуляция. У всех животных, имеющих нервную систему молекулярная регуляция одинаковая. Существует множество ситуаций, когда в формирование биологического ответа участвуют элементы быстрых и медленных биологических ответов. Нейро-эндокринная система обеспечивает реализацию биологических ответов: выработка молока у женщин не сразу после оплодотворения. Функции нервной системы: реакция на внешние сигналы – связь с окружающей средой, реакция на внутренние сигналы – координация органов.