В последнее десятилетие 20 века сформированы новые представления о нейротрансмиттерных веществах - ацетилхолине и биогенных аминах, как всеобщих агентах раздражимости, свойственных любой живой клетке. Исторически функции нейротрансмиттеров рассматривались только у животных, обладающих нервной системой. Их первоначальная роль связывалась с передачей нервного импульса. Оказалось, однако, что нейротрансмиттеры - ацетилхолин, дофамин, норадреналин, адреналин, серотонин, гистамин - найдены и у растений, грибов, микроорганизмов, что позволяет говорить об их универсальности в живом мире. Их функции для организмов, не обладающих нервной системой, позволяют рассматривать эти соединения и под другим названием – как биомедиаторы и регуляторы в ненервной системе. Множественность функциональных характеристик веществ, первоначально названных нейротрансмиттерами, заставляет по-иному взглянуть на их роль в эволюции. Токсины, опасные для нервной системы животных, оказались столь же опасны и для растительных организмов. Присутствие таких соединений у растений открывает новые возможности в фитофармакологии, когда можно направленно применять растительные экстракты и препараты из них.
В середине XIX века известный физиолог животных Клод Бернар, рассматривая явление раздражимости, как одно из главных свойств всего живого, предположил существование общих механизмов восприятия и быстрой реакции организма на внешние воздействия. В своей книге “Жизненные явления общие животным и растениям” он писал: “Способность, составляющая существенное условие всех явлений жизни у растений, как и животного, существует в самой простейшей степени. Эта способность есть раздражимость”. Основанием для такого заключения послужили опыты по влиянию анестетиков на быстрое закрывание листьев мимозы при механическом раздражении. Он установил, что у растений наблюдается такая же блокада анестетиками проведения импульса возбуждения, как и у животных. Однако молекулярный механизм раздражимости, включающий восприятие внешнего стимула, передачу информации о нем и ответные реакции начали изучаться лишь в XX столетии. Индийский естествоиспытатель и врач Яхавендра Бос в 1926 году высказал гипотезу о существовании аналога нервной системы и у растений. Выяснилось, что в основе проведения импульса возбуждения у животных и растений лежат электрические явления в виде изменений электрического потенциала.
Практические потребности медицины, связанные с необходимостью поиска обезболивающих и успокаивающих лекарственных средств, стимулировали дальнейшие научные исследования. Это привело к открытию механизма химической передачи возбуждения от клетки к клетке с помощью низкомолекулярных посредников - медиаторов: холинового эфира — ацетилхолина, биогенных аминов — дофамина, норадреналина, адреналина, серотонина, гистамина и др. соединений. В нервной клетке эти соединения содержатся в специальных секреторных пузырьках и освобождаются при возбуждении в очень узкое пространство (1 нм) между контактирующими клетками – синаптическую щель. Свободный медиатор связывается с белками-рецепторами соседней клетки, в результате чего открываются ионные каналы в плазматической мембране, и ионы устремляются по градиенту концентрации, возникает изменение электрического потенциала клетки. При этом химическая информация преобразуется в электрическую. Взаимодействие медиатора с рецептором может реализоваться и по другому механизму — через включение систем внутриклеточных вторичных посредников, которые регулируют активность ферментов в клетке.
Помимо специализированной медиаторной функции в организмах, обладающих нервной системой, ацетилхолину и биогенным аминам свойственна и другая роль. Присутствие в растениях классических нейромедиаторов синаптической передачи возбуждения - ацетилхолина, катехоламинов, серотонина и гистамина, их заметная физиологическая активность, обнаружение компонентов холинэргической и адренэргической систем регуляции в растительных клетках, делает вполне реальной идею об универсальных принципах сигнализации и передачи информации в виде электрического и химического сигналов у всех живых организмов. Различия отмечаются, в основном, в частных механизмах межклеточной сигнализации у многоклеточных животных и растений, обусловленных специализацией, структурной организацией, особенностями энергетического и метаболического обмена.
. На уровне клетки (как у одноклеточных, так и у многоклеточных организмов, не имеющих синаптических контактов) присутствие ацетилхолина и биогенных аминов может объясняться их двойной ролью: как регуляторов внутриклеточного метаболитического обмена и как локальных внутриклеточных медиаторов, взаимодействующих с органеллами в ответ на внешний сигнал, полученный плазмалеммой из окружающей среды.
Фармакологические эффекты нейротрансмиттеров весьма многообразны.Ацетилхолин (0.05-0.15 г в день) уменьшает артериальное давление, действуя как вазодилатор, замедляя сердечный ритм, и индуцирует стеноз зрачков, увеличивают сокращение гладкой мускулатуры внутренних органов, и увеличивает секрецию sudoriferous, слезных и бронхиальных желез. В отличие от ацетилхолина, катехоламины (25-100 мг в день) стимулируют, главным образом альфа- и бета-рецепторы, увеличивают кровяное давление. Дофамин и норадренилин используются при шоковых состояниях и острой сердечной недостаточности, тогда как адреналин прекращает останавливает приступы бронхиальной астмы и развитие других острых аллергических реакций, при глаукоме и как сосудосуживающий и противовоспалительный агент в практике отоларингологии и офтальмологии. Серотонин ( 5-10 мг в день) действует на кровеносные сосуды, полезен против синдромов геморрагии , поскольку увеличивает капиллярную стабильность и уменьшает кровотечение при малокровии, а также действует как гормон. Гистамин известен как компонент лекарств против полиартрита и ревматизма и в малых дозах (~10-7M) предотвращает предотвратить острые аллергические реакции. Он возбуждает секрецию поджелудочной железы и вызывает спастическое сужение поверхностной мускулатуры. Обогащенные нейротрансмиттерами растения имеют большие перспективы для использования в фармакологической практике. Например, листья и стебли крапивы обогащены ацетилхолином, серотонином и гистамином, там же найдены и норадреналин и адреналин. Очень много дофамина и серотонина в кожуре банана и др. растений.
Другой важный аспект проблемы - чувствительность растений к тем же токсинам и ядам, что и животные. Обработка многими инсектицидами приводит к повреждению и даже гибели растений. Не забывайте, что нейротрансмиттерные системы (в основном белковые)одни и те же, для всех организмов! Посмотрите на листья мимозы! Любое прикосновение - и они сворачиваются. Происходит такое с участием норадреналина. Сейчас многие полагают, что растения не чувствуют, но это , теперь мы знаем, не так.
Литература.
Рощина В.В., Нейротрансмиттеры в растениях // Наука в России, 2004, № 1, с.19-21
Рощина В.В. (2010) Нейротрансмиттеры -биомедиаторы и регуляторы растений.
2005-2010 ФГУ ГНИИ ИТТ "Информика" б Учебное пособие2005-2010 Федеральное агентство по образованию Информационная система "Единое окно доступа к образовательным ресурсам"
http://window.edu.ru/window_catalog/pdf2txt?p_id=42266
http://window.edu.ru/window/library?p_rid=68504
Рощина В.В. Биомедиаторы в растениях. Ацетилхолин и биогенные амины. Пущино: Биологический Центр АН СССР. 1991. 192 с.
Roshchina V.V. Neurotransmitters in plant life. Enfield, Plymouth: Science Publ., 2001. 283 p
Roshchina V.V. (2010) Chapter 2. Evolutionary сonsiderations of neurotransmitters in Microbial, Plant and Animal Cells. In: Microbial Endocrinology. Interkingdom Signaling in Infectious Disease and Health. (Lyte, M. and Freestone P. P.E. (Eds.) pp. 17-52. New York, Berlin: Springer-Verlag.
Roshchina ,V.V., (2015-2016) New Tendency and Perspectives in Evolutionary Considerations of Neurotransmitters in Microbial, Plant, and Animal Cells. In: Advances in Experimental Medicine and Biology, Vol.874,Microbial Endocrynology,Second Edition, Lyte M, Ed. Springer< New York, p.27-77
Neurotransmitters in Plants.Perspectives and Applications. Eds/ A. Ramakrishna and VV. Roshchina,Boca Raton, CRC Press. 2019. 424 pp.
Рощина В.В., Мухин Е.Н. (1986) Ацетилхолин в жизнедеятельности растений // Успехи современной биологии Т.101. № 2. С. 265-274.
Рощина В.В. (1991) Нейротрансмиттеры катехоламины и серотонин в растениях. // Успехи современной биологии Т.111. № 4. С. 631-645.
Рощина В.В. Функции нейромедиаторных веществ у растений//Российский физиологический журнал им. И.М.Сеченова. 2000. Т.86, №10б С.1300-1307