Control and coordination · ⁨Регуляция и координация⁩

В организме две системы координации. Эндокринная система переносит химические гормоны (такие как АДГ, глюкагон и инсулин) по крови. Нервная система передает быстрые электрические сигналы по нервным клеткам.

Нейрон — это нервная клетка. Существует три вида:

• чувствительный нейрон переносит импульсы от рецептора к головному или спинному мозгу.
• двигательный нейрон переносит импульсы к эффектору, такому как мышца.
• промежуточные нейроны соединяют чувствительные нейроны с двигательными.

Нейрон имеет длинное волокно (аксон), по которому проходит импульс.

Так выглядят настоящие нейроны на окрашенном срезе ткани мозга:

Клетка-чувствительный рецептор обнаруживает стимул и запускает импульс в чувствительном нейроне. Например, клетка химорецептора в вкусовой почечке обнаруживает вещества в пище, что вызывает потенциал действия в чувствительном нейроне.

Импульс — это изменение напряжения через мембрану нейрона.

• потенциал покоя — когда импульс не проходит, внутренняя среда отрицательна по сравнению с внешней. Это поддерживается насосом, перекачивающим ионы натрия наружу и ионы калия внутрь, а также тем, что мембрана более проницаема для калия.
• потенциал действия — стимул открывает натриевые каналы, ионы натрия устремляются внутрь, и внутренняя среда временно становится положительной (деполяризация). Затем открываются калиевые каналы, ионы калия выходят, и потенциал мембраны возвращается к отрицательному значению (реполяризация).
• рефрактерный период — сразу после потенциала действия натриевые каналы не могут открыться снова в течение короткого времени. Это восстанавливает потенциал покоя и устанавливает предел частоты, с которой могут передаваться импульсы.

Более быстрые импульсы: миелиновая оболочка

Некоторые нейроны обернуты жирной миелиновой оболочкой. Импульс не может穿过 оболочку, поэтому он перепрыгивает от одного промежутка к следующему. Это перепрыгивание, называемое сальтаторным проводником, делает передачу импульса значительно быстрее.

*Импульс перепрыгивает от узла к узлу — сальтаторное проведение — благодаря этому миелинизированный нейрон проводит сигнал гораздо быстрее

Синапс — это крошечный зазор между двумя нейронами. Холинергический синапс передает сигнал следующим образом:

1. импульс приходит и вызывает вход ионов кальция в первый нейрон.
2. это заставляет везикулы высвобождать нейромедиатор под названием ацетилхолин.
3. ацетилхолин диффундирует через зазор и связывается с рецепторами на следующем нейроне.
4. это запускает новый импульс в следующем нейроне.

*На синапсе ацетилхолин диффундирует через щель и связывается с рецепторами, чтобы запустить новый импульс в следующем нейроне

Нейромускулярный синapsis похож на синапс, но расположен между двигательным нейроном и мышцей.

Полосатая мышца состоит из длинных волокон. Каждое волокно разделено на повторяющиеся единицы, называемые саркомерами. Внутри находятся два вида филаментов: толстые (миозин) и тонкие (актин). Т-трубочки (T-система) переносят импульс глубоко внутрь волокна, а саркоплазматический ретикулум хранит и высвобождает ионы кальция.

Модель скользящих филаментов объясняет сокращение:

1. импульс вызывает высвобождение ионов кальция из саркоплазматического ретикулума.
2. ионы кальция связываются с тропонином, что заставляет тропомизин сместиться и обнажить места связывания на актине.
3. головки миозина прикрепляются к актину и тянут его внутрь, используя энергию АТФ.
4. тонкие филаменты скользят поверх толстых, поэтому каждый саркомер становится короче, и мышца сокращается.

Растение-ловушка мухоловка

У мухоловки на листьях-ловушках есть маленькие волоски. Когда насекомое касается этих волосков, быстро распространяется электрический сигнал, клетки быстро теряют воду и меняют форму, и ловушка захлопывается, чтобы поймать насекомое.

Ауксин и рост

Ауксин — это растительный гормон, который заставляет клетки расти длиннее (элонгационный рост). Он делает это, заставляя клетку перекачивать протоны (ионы водорода) в клеточную стенку. Это закисляет стенку, разрыхляя её, так что клетка может растянуться, когда входит вода.

Гиббереллин и прорастание

Гиббереллин контролирует прорастание семян ячменя. Он активирует гены, отвечающие за синтез амилазы, которая затем расщепляет запасной крахмал на сахара для питания растущего проростка.

Разобраный пример. Объясните, почему нервный импульс проходит через синапс только в одном направлении и почему миелинизация ускоряет его движение вдоль аксона. На синапсе везикулы с нейромедиатором находятся только в пресинаптическом нейроне, а рецепторы — только на постсинаптической мембране — поэтому медиатор может перемещаться только в одну сторону, что превращает синапс в односторонний клапан. Вдоль миелинизированного аксона миелиновая оболочка изолирует мембрану, поэтому ионы могут проходить только через узлы Ранвье; следовательно, импульс перепрыгивает от узла к узлу (сальтаторное проведение), вместо того чтобы последовательно деполяризовывать каждую часть мембраны, что намного быстрее и требует меньше АТФ. Найдите структуру, ответственную за каждый эффект: везикулы и рецепторы обеспечивают направление, изоляция и узлы обеспечивают скорость.

• Объясните потенциал покоя (Na+/K+ насос; более отрицательный внутри), а затем потенциал действия (деполяризация → реполяризация) как принцип «все или ничего».
• Соленатная проводимость (миелин, узлы Ранвье) ускоряет импульс; рефрактерный период делает его однонаправленным и дискретным.
• Опишите синапс в порядке: Ca2+ входит → слияние везикул → нейромедиатор → рецепторы → новый импульс.
• Мышечное сокращение следует модели скользящих нитей (актин, миозин, АТФ, Ca2+).