Принципы биорегуляцииКраткое описание: Сазонов В.Ф. Принципы биорегуляции [Электронный ресурс] // Кинезиолог, 2009-2022 [сайт]. Дата обновления: 30.07.2022. URL: https://kineziolog.su/content/printsipy-bioregulyatsii (дата обращения: __.__.20__).
________________________ Общие принципы биорегуляции можно выделить на основе анализа и обобщения конкретных способов управления работой биосистем. Основные принципы биорегуляции
Порог – это граница перехода количественных изменений в качественные. Пороговый принцип означает, что количественные изменения переходят в качественные только после достижения определенного порога, определённого уровня. Это один из важнейших и универсальных принципов работы любых биосистем. Обычно порогом является или определённая пороговая концентрация вещества, или пороговый электрический потенциал. Пример порогового принципа в работе нейронов Нейроны проводят по своим отросткам возбуждение в виде нервного импульса, но передается возбуждение на другой нейрон через синапс уже в виде локального потенциала, а не в виде нервного импульса. И только при достижении порога в виде критического уровня деполяризации локальный потенциал превращается в потенциал действия и рождается нервный импульс. Нервный импульс – это движущаяся волна возбуждения, включающая в себя 3 процесса:
Потенциал действия - более узкое понятие, он является электрической составляющей нервного импульса. Локальный потенциал должен достичь определенного порога, чтобы превратиться в нервный импульс.
Повышая или понижая концентрацию какого-либо вещества, клетка включает его в свои биохимические реакции или исключает из них. Приведём следующий пример регуляции процессов с помощью увеличения и уменьшения концентрации веществ. Натрий-калиевый насос изменяет концентрацию ионов, находящихся по разные стороны клеточной мембраны. Он повышает концентрацию ионов калия внутри клетки и уменьшает её снаружи, а с ионами натрия всё проделывает наоборот. За счёт этого ионный насос создаёт сразу два "химических потенциала": для Na+ и для K+, только их векторы направлены навстречу друг другу. Концентрация Na+ превышена снаружи, поэтому вектор его химического потенциала направлен внутрь клетки, а концентрация K+ превышена внутри клетки, поэтому вектор его химического потенциала направлен наружу. В случае открытия в мембране специальных отверстий (ионных каналов), через которые могут перемещаться эти ионы, ионы натрия начнут входить в клетку, а ионы калия - выходить из клетки. Таким образом, концентрация и деконцентрация этих вещест задаёт направление для их перемещения и создаёт условия для протекания электрических процессов, вызванных этими перемещениями (т.е. ионных токов). Проявление принципа концентрации на уровне биосферы Жизнь начинается с бактерий. Они широко и равномерно распределены по местам своего обитания, но есть места их скопления с повышенной концентрацией и, наоборот, места с пониженной концентрацией. В процессе расселения бактерий создаются зоны и очаги с их разной концентрацией. Растения резко повышают концентрацию живого вещества и за счёт этого круговорот веществ в природе идет более активно и концентрированно. Животные продолжают процесс повышения концентрации живых и биогенных веществ. Перепад концентрации биогенных веществ за счё этого возрастает. Интенсивность круговорота веществ увеличивается. В подобных случаях изменения концентрации живого вещества также управляют направлением и интенсивностью перемещения веществ.
Каскад – это последовательная многоэтапная разветвлённая цепочка реакций с нарастанием числа участников (т.е. веществ) на каждом этапе. 1. Первый этап. Сначала на первом этапе (1) в реакцию вовлечено мало субстрата (S1) и мало катализатора, т.е. фермента (F1) => в результате на этом этапе образуется мало продукта реакции (Р1). 2. Второй этап. Очень важное значение имеет то, что в каскадных реакциях продукт первого этапа P1 является в то же самое время ферментом для второго этапа, т.е. на втором этапе его уже можно обозначить как F2. Он действует на новый субстрат S2 => и в результате на втором этапе становится уже больше продукта P2 по сравнению с продуктом Р1 на первом этапе. 3. Третий этап. На третьем этапе продукт предыдущего этапа P2 начинает играть роль фермента F3. Увеличившееся количество катализатора-фермента F3 действует на большее количество S3 => в результате вырабатывается очень много P3, который входит в четвёртый этап каскада уже как фермент F4 и т.д. В итоге через несколько этапов получается очень большое количество нужного конечного продукта P.
Отклонение параметра запускает реакции, противодействующие этому отклонению и возвращающие параметр к исходному значению. Для устранения сильных отклонений включаются дополнительные противодействующие реакции – это происходит при выходе параметра за новые пределы (в этом здесь проявляется пороговый принцип).
Обратная связь (ОС) - это влияние объекта управления (ОУ) на субъект управления (СУ) или же влияние результатов деятельности объекта (ОУ) на состояние субъекта управления (СУ). Общий результат обратной связи – отладка системы для достижения оптимального результата. Существует 2 варианта ОС: положительная обратная связь и отрицательная обратная связь.
Результат: быстрое нарастание силы реакции или процесса и вовлечение в процесс всех доступных ресурсов. Процесс заканчивается только после исчерпания всех ресурсов или в результате внешнего гасящего воздействия.
Принцип отрицательной обратной связи является одним из самых важных принципов регуляции и управления в биосистемах. Управляемый объект оказывает тормозящее явление на управляющий центр. В ответ на это уменьшается возбуждение от управляющего центра. Соответственно управляемый объект снижает своё тормозящее влияние на управляющий центр. В целом такая система поддерживает равновесный процесс. Возможны 2 результата: 1. Поддерживается постоянный уровень деятельности системы. 2. Возникают колебательные процессы вокруг определенного среднего уровня. В целом отрицательные обратные связи способствуют отладке работы системы.
В живых системах всегда используется несколько параллельных путей регуляции. Если нарушается один, то работают другие, этим обеспечивается надёжная работа биологических систем. 8. Иерархическое построение - соподчинение систем разного уровня. © 2012-2022 Сазонов В.Ф. © 2012-2022 kineziolog.su Ваша оценка: |