Биорегуляция

Определение понятия

Биорегуляция – это скромное название частного случая управления. Управление - это более широкое понятие. Его изучает кибернетика. Управление в живых системах чаще называют биорегуляцией, потому что управляемые подсистемы обладают некоторой самостоятельностью. Самостоятельность позволяет биологическим подсистемам применять в своей деятельности самоуправление, поэтому они нуждаются не в тотальном управлении, а лишь в регуляции своего самоуправления со стороны вышестоящих центров.

В принципе, регуляция - это поддержание оптимального рабочего состояния системы и приведение её к этому состоянию в случаях отклонения. Это совпадает с понятием "поддержание гомеостаза". Также регуляция - это подчинение деятельности подсистемы более крупной системе, в которую она входит или с которой должна действовать согласованно.

Биорегуляция - это частный вид управления в живых системах, обеспечивающий согласованную деятельность отдельных самоуправляемых частей биосистемы, её развитие, восстановление равновесия (т.е. гомеостаза) в случае его нарушения, а также взаимодействие биосистемы с другими системами (внешней средой). © 2013-2024 Сазонов В.Ф.  © 2013-2024 kineziolog.su

Таким образом, биорегуляция осуществляется по нескольким направлениям и опирается на существующее в подсистемах самоуправление.

Направления биорегуляции

1. Согласование работы отдельных частей биосистемы в единое целое.

2. Развитие системы в более сложную и эффективную.

3. .Восстановление равновесия (гомеостаза) при его нарушении.

4. Взаимодействие с другими системами (внешней средой).

Система биорегуляции построена по иерархическому принципу соподчинения низших центров высшим.

Уровни биорегуляции

Биорегуляцию можно рассматривать на иерархически соподничнённых уровнях.

1. Молекулярный

На молекулярном уровне объектом для управляющего воздействия является единичная молекула или некое подмножество молекул.

Важнейшая физическая задача, решаемая пока лишь с помощью теоретических моделей, - выяснение общих основ молекулярной регуляции, приводящей к специализированному синтезу белков. С этим связаны и математические модели онтогенетического развития - дифференцировки клеток, морфогенеза и канцерогенеза (Волькенштейн М.В. Физика и биология. М.: Наука, 1980. 152 с., С. 74.).

Биорегуляция на молекулярном уровне осуществляется в виде хеморегуляции. Можно выделить два подуровня на этом уровне.
   1.1. Внутримолекулярный
На внутримолекулярном уровне биорегуляция проявляется в виде управляющего воздействия определённых частей мовлекулы на другие свои части. Некоторые участки молекулы при этом обладают свойствами активных центров, влияющих на структуру и поведение данной молекулы или её отдельных частей. Получается, что на внутримолекулярном уровне сама молекула регулирует своё состояние. Одним из примеров может служить управляющее воздействие определённых участков ДНК на другие свои участки. К внутримолекулярным регуляторам можно отнести молекулярные указатели - особые участки крупных живых биомолекул, запускающие или прерывающие биохимические процессы.
Другой вариант - изменение внутренней структуры биомолекул для изменения их свойств. Важно, что подобная внутримолекулярная регуляция может быть обратимой, как например, в случае фосфорилирования белков протеинкиназами.
    1.2. Межмолекулярный
На межмолекулярном уровне биорегуляция структуры, свойств и состояния биомолекул производится с помощью межмолекулярных взаимодействий.

Итак, на молекулярном уровне биорегуляция проявляется в виде управляющего воздействия одних молекул на другие молекулы или одних частей молекулы на другие свои части.

2. Клеточный

Внутриклеточный

К внутриклеточным системам регуляции относятся метаболическая, генетическая и мембранная. Все эти системы тесно связаны между собой. Например, свойства мембран зависят от генной активности, а дифференциальная активность самих генов находится под контролем мембран. Больше того, в основе всех форм внутриклеточной регуляции лежит единый первичный принцип, который можно назвать рецепторно-конформационным. Во всех случаях регуляции белковая молекула - будь то фермент, рецептор или регуляторный белок - "узнает" специфический для нее фактор и, взаимодействуя с ним, изменяет свою конфигурацию (конформацию). В мультикомпонентных комплексах ферментов, генов и мембран конформационные изменения молекул рецепторов кооперативно передаются на весь комплекс, влияя на его функциональную активность.

Метаболическая система регуляции основана на изменении функциональной активности ферментов. На неё влияют следующие факторы: ионная сила, рН, температура, давление и др. В этой неспецифической регуляции особую роль играют ионы Н⁺. Большинство ферментов имеют четко выраженный максимум активности в том или другом диапазоне рН. Изостерическая регуляция активности ферментов осуществляется на уровне их каталитических центров. Реакционная способность и направленность работы каталитического центра фермента зависят в том числе и от количества субстрата (закон действия масс). Интенсивность работы фермента определяется также наличием кофакторов: коэнзимов для двухкомпонентных ферментов (например, никотинамидадениндинуклеотида для алкогольдегидрогеназы), специфически действующих ионов двухвалентных металлов (Mg²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺), а также ингибиторов. Активность тех или других ферментов может быть связана с конкуренцией за общие субстраты и коферменты, что является одним из способов взаимодействия различных метаболических циклов.

Аллостерические ферменты включают в себя каталитическую и регуляторную субъединицы (рис. 1). В качестве эффекторов могут выступать определенные метаболиты, гормоны или даже молекулы субстрата. В результате присоединения положительно или отрицательно действующего эффектора к аллостерическому центру происходит изменение всей структуры фермента (конформация), что приводит соответственно к активации или торможению функциональной активности каталитического центра. Примером аллостерической регуляции может служить регуляция активности фосфофруктокиназы - ключевого фермента гликолиза (анаэробной фазы биологического окисления глюкозы). Этот фермент осуществляет перенос фосфатной группы от АТФ на фруктозо-6-фосфат. Он аллостерически ингибируется фосфоенолпируватом, АТФ, лимонной кислотой. Когда концентрация этих соединений достигает высокого уровня (клетка богата энергией), окисление глюкозы через гликолиз тормозится. Наоборот, при недостатке энергии в клетке накапливается ортофосфат, который является аллостерическим активатором фосфофруктокиназы. В результате скорость гликолиза и синтеза АТФ возрастает.

Модификация структуры ферментов - еще один эффективный способ регуляции их активности. У многих ферментов активация или инактивация зависит от их фосфорилирования с участием протеинкиназ или дефосфорилирования под действием протеинфосфатаз.

Потенциально активные ферменты могут не функционировать из-за их компартментации (то есть расположения в специальных "отсеках" клетки), например в лизосомах, причем освобождению лизосомных гидролаз способствуют кислые значения рН, свободнорадикальное окисление мембранных липидов и некоторые жирорастворимые витамины и стероиды. Инактивация ферментов может происходить благодаря их связыванию со специфическими ингибиторами белковой природы, а также путем их тотального разрушения протеиназами (https://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/392.html).

Мембранная регуляция осуществляется благодаря изменениям в мембранном транспорте, связыванию или освобождению ферментов и регуляторных белков и путем изменения активности мембранных ферментов [5]. Все функции мембран - барьерная, транспортная, осмотическая, энергетическая, рецепторно-регуляторная и др. - одновременно являются и различными сторонами механизма регуляции внутриклеточного обмена веществ. Причем особое значение во всех этих механизмах имеет система мембранных хемо-, фото- и механорецепторов, позволяющих клетке оценивать качественные и количественные изменения во внешней и внутренней среде и в соответствии с этим изменять функциональную активность клетки.

Межклеточный

На межклеточном уровне объектом управляющего воздействия является клетка. Клетки регулируют состояние и деятельность друг друга.

3. Органный

На органном уровне объектом управления является отдельный орган. Так, например, можно говорить о биорегуляции на уровне сердца, почек, лёгких и т.д. Регуляцию деятельности различных органов можно рассматривать по-отдельности.

4. Системный

На системном уровне объектом регуляции является множество разнородных объектов. Но более важно то, что сам субъект регуляции представляет собой целую систему, состоящую из множества элементов. Таковы нервная, эндокринная и иммунная системы.

Показатели биорегуляции

Для самого организма показателями, которые используются для биорегуляции, служат гомеостатические константы. Они же могут использоваться как показатели биорегуляции и в медицине.

Вариабельность ритма сердца (ВРС) - это физиологический феномен, характеризующий систему нейрогуморальной регуляции в целом. Этот показатель легко можно использовать в медицине. При этом система кровообращения расценивается как чувствительный индикатор адаптационных реакций всей системы биорегуляции, а ВРС хорошо отражает степень напряжения регуляторных систем, обусловленную активацией в первую очередь системы гипофиз-надпочечники и реакцией симпатоадреналовой системы, возникающей в ответ на любое стрессорное воздействие.

Видео: Биорегуляция в действии

Смотрите также: Механизмы гомеостаза

Общая нейроиммуноэндокринная регуляция организма Перейти

Источники: