Wymiana informacji

Wymiana informacji między wnętrzem komórki a środowiskiem zewnątrzkomórkowym może odbywać się poprzez wymianę substancji chemicznych za pośrednictwem jednego z opisanych wyżej mechaniz­mów. Informacja może być również przez błonę komórkową przetwa­rzana. Sygnał chemiczny docierający do zewnętrznej powierzch­ni błony komórkowej może być zamieniony na inny sygnał chemiczny, wytwarzany po wewnętrznej stronie błony — zwany przekaźni­kiem II rzędu. Sygnały chemiczne lub inne mogą być także przetwo­rzone na sygnały elektryczne, tj. prądy czynnościowe.

W organizmie człowieka nośnikami informacji, odgrywają­cymi podstawową rolę w koordynacji czynności narządów, są hormony i impulsy nerwowe.

Hormony docierając z krwią do wszystkich tkanek mogą przedo­stawać się do wnętrza komórki lub być wiązane przez receptory błony komórkowej. Do pierwszej grupy należą hormony steroidowe oraz hormony tarczycy, do drugiej — aminy katecholowe (adrenalina, noradrenalina) i większość hormonów peptydowych (np. insulina, glukagon, adrenokortykotropina, hormon wzrostu). Receptory są to cząsteczki białek (lub kompleksy białko- wo-lipidowe albo białkowo-cukrowe) zawarte w błonie komórkowej, które swoiście łączą się z różnymi hormonami. Kompleksy hor­monu z receptorem aktywują enzymy katalizujące wytwarzanie lub uwalnianie przekaźnika II rzędu wewnątrz komórki. Dopiero pod wpływem tego przekaźnika dochodzi do zmian w przemianie materii, stanowiących biologiczny efekt działania hormonu. Przekaźnikiem II rzędu dla wielu hormonów jest cykliczny kwas adenozynomonofosforowy (adenylowy), zwany też cyklicznym adenozynomonofosforanem (cAMP), powstający z rozpadu kwasu adenozynotrójfosforanowego (ATP), bogatego w energię, pod wpływem cyklazy adenylowej — enzy­mu występującego w błonie komórkowej.

Impulsy nerwowe są to sygnały elektryczne wytwa­rzane w komórkach nerwowych i przewodzone przez włókna nerwowe. Różnego rodzaju bodźce, np. chemiczne, mechaniczne, świetlne, ciepl­ne, mogą powodować wytwarzanie impulsów lub modyfikować częstot­liwość ich wysyłania. Impulsy nerwowe są więc nośnikami in­formacji o zmianach w środowisku zewnętrznym lub wewnętrznym organizmu albo o stanie samych komórek. Przekazywanie tych infor­macji innym komórkom nerwowym lub komórkom innych tkanek za­chodzi za pośrednictwem substancji chemicznych wydzielanych przez zakończenia włókien nerwowych – synapsy. Substancje te, zwane przekaźnikami lub mediatorami, są — podobnie jak hormo­ny – wiązane przez swoiste receptory błonowe komórki, do której przekazywana jest informacja. Z kolei w tej komórce dochodzi do pow­stawania sygnału elektrycznego, który inicjuje specyficzną odpowiedź, np. skurcz włókna mięśniowego, wydzielanie różnych substancji przez komórki gruczołowe czy też powstanie nowego impulsu w komórce nerwowej.

Zdolność wytwarzania sygnałów elektrycznych w komórkach okreś­lana jest mianem pobudliwości. Właściwość ta jest związana z elektryczną polaryzacją błony komórkowej, czyli z utrzymywa­niem się w niepobudzonej komórce różnicy potencjałów pomiędzy do­datnio naładowaną powierzchnią komórki (jej otoczeniem) i jej uje­mnie naładowanym wnętrzem. Różnica ta, zwana spoczynkowym potencjałem błonowym, wynosi od kilkudziesięciu do 100 mV.

Potencjał spoczynkowy spowodowany jest niedoborem jo­nów dodatnich (kationów) w stosunku do ujemnych (anionów) we wnę­trzu komórki. Stan ten utrzymuje się w nie pobudzonej komórce, po­nieważ nośniki ładunków elektrycznych — jony — nie mogą swobod­nie przenikać przez błonę komórkową. Ujemnie naładowane aniony organiczne, występujące wewnątrz komórki, są zatrzymywane przez błonę komórkową z powodu dużych rozmiarów cząsteczek. Kationy so­dowe (Na+), występujące w wysokim stężeniu w płynie pozakomórkowym, nie mogą przenikać swobodnie do wnętrza komórki, ponieważ przepuszczalność błony komórkowej dla tych jonów jest mała, a po­nadto są one czynnie z komórki usuwane przez układ nośników błono­wych zwany pompą sodowo-potasową. Ten sam układ trans­portuje czynnie jony potasowe (K + ) do komórki. Jony potasowe nie mogą jednak zrównoważyć ujemnego ładunku anionów wewnątrzko­mórkowych, ponieważ na 3 jony sodowe usunięte z komórki wprowa­dzane są do niej tylko 2 jony potasowe. Ponadto błona komórkowa dobrze przewodzi jony potasowe, a stężenie ich jest mniejsze na ze­wnątrz komórki niż w jej wnętrzu. Siły dyfuzji zależne od różnicy (gra­dientu) stężeń powodują więc ucieczkę jonów potasowych z komórki dopóty, dopóki przyciąganie elektrostatyczne anionów nie zrównoważy tych sił. Ostatecznie, w jednostce czasu taka sama ilość kationów wchodzi do komórki i opuszcza ją. Przez błonę komórkową niepobudzonej komórki nie płynie prąd elektryczny mimo różnicy potencjałów.

Z chwilą pobudzenia komórki zwiększa się przepuszczalność błony komórkowej dla jonów sodowych. Powoduje to natychmiastowy prze­pływ tych jonów do wnętrza komórki (tzw. prąd sodowy), depolaryzujący błonę komórkową. Powierzchnia części komórki, w której doszło do opisanych zmian, staje się elektroujemna w stosunku do wnętrza — powstaje potencjał czynnościowy. Czas trwania tego potencjału nie przekracza w większości komórek kilku milisekund. Swobodny przepływ na zewnątrz jonów potasowych oraz usuwanie z ko­mórki jonów sodowych powodują repolaryzację błony komórkowej, czyli jej powrót do stanu spoczynkowej polaryzacji.

Both comments and pings are currently closed.

Comments are closed.