Восприятие метаболической потребности функциональными системами

Информация о потребности воспринимается многочисленными рецепторами клеточных мембран, а также специализированными рецепторами нервной ткани.
Каждая метаболическая потребность характеризуется поступлением в жидкие среды организма: межтканевую жидкость, лимфатическое и кровеносное русло специальных информационных молекул. В качестве таких информационных молекул выступают олигопептиды, иммунные белковые комплексы, жирные кислоты, простагландины и другие вещества.

Рис. 9. Интерференционный характер передачи информации о результате деятельности функциональной системы на основе двоичного кода. Объяснения в тексте. Слева - отклонение результата деятельности функциональной системы от оптимального для метаболизма уровня. Справа - возвращение результата к оптимальному для метаболизма уровню благодаря саморегуляторной деятельности функциональной системы.

Информационные молекулы взаимодействуют с молекулярными рецепторами - белковыми молекулами мембран, гликокаликсом, гликопротеидами мембранных ворсинок или со сложными клеточными образованиями - интерорецепторами чувствительных аксонов, расположенными в тканях внутренних органов и сосудистой стенки, такими, например как каротидное тельце, а также с различными нервными окончаниями - колбы Краузе, тельца Фатер-Пачини и др.
Взаимодействие информационных молекул с мембранными рецепторами клеток тканей порождает в них каскадные цитоплазматические процессы. От мембранных рецепторов информация о потребности распространяется к ядру клеток через молекулярные посредники: аденилатциклазу, цАМФ, цГМФ, оксид азота, фосфоинозитиды, кальциевый и другие механизмы. Через активацию соответствующих протеинкиназ осуществляется фосфорилирование внутриклеточных белковых молекул, которые оказывают непосредственное действие на геном клетки. Под влиянием происходящих в клетках молекулярных изменений, обусловленных метаболической потребностью, усиливается экспрессия ранних генов c-fos, c-jun и др. В результате образуются белковые молекулы, стимулирующие экспрессию поздних генов (Анохин К. В., 1996). Последние, в свою очередь, экспрессируют эффекторные информационные молекулы, влияющие снова на рецепторные образования мембран клеток. Устанавливается, таким образом, циклическое взаимодействие информационных процессов в клетках, происходящее до тех пор, пока не будет удовлетворена соответствующая потребность. Ритм указанного процесса, по-видимому, определяется интенсивностью метаболической потребности.
Следует подчеркнуть, что, хотя молекулярные процессы от рецепторов мембран до генома клеток включают каскадную смену различных субстратных и каталитических гетерогенных метаболических реакций, информация о потребности на уровне всех этих молекулярных процессов, тем не менее, сохраняется неизменной.
В качестве еще одного примера рассмотрим информационные процессы, протекающие в клетках организма при сдвиге реакции в кислую сторону (Самойлов В. О., 1993). Информация о потребности избирательно воспринимается многочисленными рецепторными органами - гломусными клетками, обнаруженными во всех органах. Эти рецепторные образования, содержащие карбоангидразу, воспринимают кислотность, щелочность и осмотическое давление в клетках. При повышении кислотности внутренней среды буферные системы крови нейтрализуют водородные ионы с образованием СО2. Под влиянием карбоангидразы в клетках рецепторов происходит гидратация и образуется угольная кислота, диссоциирующая на ионы. Водородные ионы проникают в гломусные клетки, усиливая в них биологические процессы окисления. Под влиянием метаболических сдвигов происходит мобилизация ионов кальция из клеточных депо. Избыток ионов кальция в рецепторах клеток изменяет проницаемость их плазматических мембран. Алкалоиды в силу липофильности легко проникают через плазмолемму гломусных клеток и ингибируют в ее цитоплазме фосфодиэстеразу - один из ключевых ферментов цАМФ. Вследствие этого в клетках нарастает содержание цАМФ, усиливается гликолиз, липолиз и другие метаболические процессы, также ведущие к накоплению ионов кальция. Одновременно под влиянием цАМФ изменяется проницаемость мембран рецепторов к ионам натрия, что также приводит к деполяризации мембраны клетки, а также за счет каскадных метаболических процессов, распространяющихся к геному клеток, экспрессируются специальные информационные молекулы.

У. Р. Эйди (Adey W. R., 1992) считает, что одним из факторов возбуждения молекулярных рецепторов мембран клеток являются слабые электромагнитные поля, которые, распространяясь по межклеточным пространствам, действуют на отрицательно заряженные гликопротеиновые нити гликокаликса мембран клеток. А. А. Подколзин и В. И. Донцов (1994) полагают, что слабые магнитные поля имеют информационный характер воздействия на организм по типу резонанса - усиления определенных параметров живой ткани. На резонирующие «окна» по отношению к действию переменных электромагнитных полей на проницаемость мембран нервных клеток к ионам кальция указывает и Эйди (Adey W. R., 1996).
Доказано, что температура и гидратация являются ведущими факторами, изменяющими состояние липидов мембран клеток. Изменение состояния липидов в мембране, в свою очередь, оказывает информационное влияние на процессы транскрипции генома клетки, что, в свою очередь, по принципу отрицательной обратной связи снова влияет на состояние мембраны и ее рецепторов (Vigh L. et al., 1993).
Транскрипция гена у дрожжей определяется в культуре тканей уровнем ненасыщенных жирных кислот (Bossie М. А., Martin G. F., 1989; Maresca В., Cassins A. R., 1993), а у лейкоцитов - арахидоновой кислоты (Tebby P. W., Buttke T. M., 1992).
В результате появления специальных гуморальных посредников - информационных молекул - и их действия на нервные окончания происходит качественно новый процесс: переход информации о физикохимических свойствах потребности в возбуждение нервной ткани. Несмотря на то, что физико-химические свойства потребности преобразуются в рецепторах в специфические физиологические процессы их возбуждения, при этом не происходит потери информационной значимости потребности, хотя форма ее носителя качественно изменяется.
В результате этих реакций в рецепторах нервных окончаний возникает информационный процесс передачи возбуждения в центральную нервную систему.