Приспособительное реагирование на изменяющиеся условия существования — одно из замечательных свойств живых организмов. В основе его лежит пластичность организма, способность к приспособительным биохимическим изменениям. Это проявляется на всех уровнях биологической организации: от одноклеточных простейших до человека, от клетки и ее субклеточных структур до целостного организма.

Биохимическая структура всякой клетки и ткани определяется информацией, заложенной в геноме клеток. Качественный состав и величина содержания структурных и ферментных белков определяются геномом, а интенсивность синтеза — условиями существования. В свою очередь состояние ферментных систем и изменения концентрации субстратов и продуктов реакций обмена веществ регулируют расходование и синтез белковых компонентов клетки. Однако в каждый данный момент возможности синтеза как белков, так и небелковых веществ реализуются не полностью. Синтез тех или иных белков может быть ограничен репрессированием определенных участков генома, но может усиливаться в результате дерепрессии или индукции, вызванной повышением функциональной активности клетки или повреждающего ее воздействия. Увеличение расщепления клеточных белков под влиянием изменения условий существования, а также концентрации продуктов обмена веществ, расходование небелковых веществ, снижение их концентрации, вызывая изменения активности ферментов, могут усиливать синтез этих веществ и повышать их концентрацию в клетке. Как видим, повреждающий фактор оказывает влияние на клеточные структуры и ферменты. Первые при этом в той или иной мере нарушаются, а вторые активируются. Под действием ферментов усиливается расходование источников энергии, а освободившиеся из клеточных структур белки в какой-то мере подвергаются расщеплению. Расщепляться при этом могут и сами ферменты. То и другое приводит к возрастанию концентрации метаболитов, которые нередко являются для генетического аппарата индукторами и дерепрессорами, т. е. способствуют отщеплению от гена репрессоров, ограничивающих синтез белков, и запускают процесс синтеза. В результате этого усиливается построение структурных и ферментных белков и восстанавливаются клеточные структуры.

Расщепление и синтез белков при действии повреждающих факторов среды. Жирные стрелки — синтез, тонкие — влияние и пути, штриховые — расщепление; остальные объяснения в тексте.

Механизм действия повреждающих факторов

Д.Н. Насонов и его сотрудники установили, что при повреждении клетки или даже при обратимом изменении ее функции и строения под влиянием повреждающего агента происходят обратимая денатурация тех или иных клеточных белков в результате нарушения в них различных связей, за исключением ковалентиых, и изменения формы молекул, а также разрыхление их. При этом химически активные группы, например карбоксилы и аминогруппы, которые находились внутри клубка белковой молекулы и были вовлечены в образование пековалентных связей, могут размаскировываться. Освободившись, эти группы увеличивают возможности новых взаимодействий как внутри самой белковой молекулы, так и с другими молекулами. Кроме того, белковые молекулы с измененными высшими структурами становятся более легкодоступными действию расщепляющих их ферментов — протспяаз. Этому способствует и происходящий сдвиг реакции внутренней среды в кислую сторону, так как большннство протеиназ имеет оптимум рН в области кислых реакций. Усиливаются расщепление гликогена с образованием в конечном итоге молочной кислоты и гидролиз фосфолипидов. Последнее наряду с изменениями состояния белков неблагоприятно отражается на проницаемости клеточных и субклеточных мембран: ока возрастает, низкомолекулярные вещества и ряд белков выходят в межклеточное пространство.

При систематическом действии альтерирующего агента, если сила его не очень велика и не вызывает необратимых изменений, постепенно повышаются устойчивость клетки к альтерирующему фактору и адаптация к нему на молекулярном и клеточном уровнях. В реализации этого приспособления главную роль шрают клеточные белки. Стойкость клетки к повреждающим агентам тем выше, чем больше ее возможности в отношении синтеза белков. Мало того, из клеток, приспособившихся к тому или иному повреждающему фактору, удалось выделить белки, более устойчивые к действию последнего. Все эти изменения белков, видимо, и лежат в основе прежде всего.

Схематическое изображение высвобождения химически активных групп при обратимой денатурации белковой молекулы и разрыве водородных, ионных и дисульфидных связей. 1-5 — внутримолекулярные связи и активные группы, страдающие при их разрушении

Тем не менее, даже на молекулярном и клеточном уровнях, характер изменений, возникающих при альтерации, зависит от природы к характера альтерирующего агента, и это является основой специфического приспособления. Различия становятся еще большими, когда мы поднимаемся от клетки к более высоким степеням организации: к ткани, органу, функциональной системе и к организму как целому. Благодаря наличию универсальных связей организм реагирует на изменения условий среды как сложноинтегрированная система, обеспечивающая наиболее эффективное уравновешивание его со средой. Поэтому при приспособлении организма к изменениям условий существования наряду с общим, неспецифическим повышением устойчивости все более проявляются черты специфического приспособления. Первые являются основой и реализуются только на молекулярном и клеточном уровнях, а вторые возникают з результате коррекций, вносимых в первые высшими ступенями организации, организмом как целым, регулируемым и координируемым нервной системой, и происходят не только на молекулярном и клеточном уровнях, но и на уровне функциональных систем и целостного организма.

Мы уже говорили о том, что действие альтерирующих факторов всегда вызывает усиление катаболических процессов, т. е. расщепление сложных химических соединений на более простые. В биохимии есть правило, установленное выдающимся советским биохимиком В. А. Энгельгардтом: всякая реакция расщепления вызывает или усиливает реакцию, производяющую ресинтез. Поэтому уже во время действия альтерирующего фактора усиливаются и биосинтетические процессы — приспособительный синтез структурных и ферментных белков и восстанавливаются запасы источников энергии, расходуемые во время действия вредных факторов окружающей среды.

Роль нервной системы в приспособительных реакциях

Как показал великий русский физиолог И.П. Павлов, первая и главная роль в уравновешивании организма с окружающей средой, т. е. приспособление к ней, принадлежит нервной системе. Все влияния внешней среды воспринимаются организмом с помощью органов чувств, а внутренней среды — рецепторами внутренних органов. Сигналы от экстеро- и интерорецепторов, являющихся как бы выдвинутыми вперед разведчиками, по чувствительным нервам передаются центральной нервной системе. Там они перерабатываются, в результате чего по эфферентным нервам следует ответ на периферию, к рабочим органам: мышцам, аппарату пищеварения, легким, сердцу, сосудам и др.