Indholdsfortegnelse
Flercellede organismer har brug for en kommunikation mellem cellerne rundt omkring i organismen.
Hvis cellerne ikke lige er naboceller, eller der ikke kan skabes fysisk kontakt mellem cellerne, så sker denne kommunikation hos os mennesker med hormoner eller ved hjælp af nervesignaler.
Et hormon produceres ét sted og transporteres med blodet rundt i kroppen, og et andet sted i kroppen videregiver hormonet et signal til en målcelle.
Hormoner produceres i endokrine celler. Hvis mange endokrine celler sidder sammen i et organ, kalder man det en endokrin kirtel.
De vigtigste endokrine kirtler ses i figuren nedenfor.
Endokrine kirtler hvor endokrine celler producerer hormoner
Nogle hormoner produceres ikke i disse endokrine kirtler, men produceres i endokrine celler. For eksempel produceres hormonet gastrin i celler i mavesækken eller sekretin i tyndtarmen, hvorefter de udskilles til blodet, så de kan nå deres målceller.
Hormonerne har forskellig kemisk opbygning, og man kan inddele hormonerne i tre typer:
Fordi hormonerne har forskellig kemisk opbygning, har de også forskellige egenskaber.
For eksempel er peptidhormonerne vandopløselige og kan derfor ikke umiddelbart passere målcellens cellemembran, men skal påvirke receptorer på målcellens overflade. Det igangsætter en lang række processer inde i cellen.
Steroidhormonerne derimod er fedtopløselige og kan nemt passere målcellens cellemembran, hvorefter de bindes til receptorer i cytoplasmaet eller i cellekerne. Det påvirker proteinsyntesen i cellen.
Nedenfor ses en liste af forskellige hormoner, hvorfra de udskilles samt hvilken effekt hormonet har i vores krop. Klik for at forstørre tabellen.
Klik for at forstørre tabellen.
Steroidhormon.
Peptidhormoner.
Hormonproduktionen i vores krop styres af vores centralnervesystem (CNS) og af blodets hormonkoncentration – en mekanisme som kaldes feedback.
Feedback mekanismen er en mekanisme, der regulerer hormonproduktionen.
Ved negativ feedback vil en forhøjet koncentration af et hormon føre til en nedsat produktion af hormonet, mens en faldende koncentration vil føre til en øget produktion af hormonet. Denne mekanisme forhindrer derved for store udsving af koncentrationen af det pågældende hormon i blodet. Negativ feedback har således en stabiliserende effekt.
Som eksempel på en regulering ved negativ feedbak er produktionen af insulin i bugspytkirtlens β-celler.
Eksempel: Insulin og negativ feedback
Når glucose koncentrationen i blodet stiger efter et måltid, så transporteres glukose ind β-cellerne ved hjælp af nogle transportproteiner, GLU2. Det medfører, at β-cellerne udskiller hormonet insulin.
Sammenhængen mellem blodets glucosekoncentration og beta-cellernes udskillelse af insulin. Klik for at forstørre.
Insulin fremmer optagelsen af glucose i muskler og fedtvæv og stimulerer opbygningen af sukkerstoffet glycogen ud fra glucose i leveren. Derved falder blodets indhold af glucose igen, hvilket får β-cellerne til at nedsætte udskillelsen af insulin.
Ved positiv feedback vil en stigende hormonkoncentration føre til en øget hormonproduktion. Positiv feedback har således en forstærkende effekt. Det kendes eksempelvis fra kvindens menstruationscyklus.
Man skelner mellem overordnede hormoner og effektor hormoner. De overordnede hormoner produceres af hypofysen og er stimulerende hormoner. Det vil sige, at de medfører, at andre hormonproducerende kirtler udskiller effektor hormoner, som så kan udføre sin effekt på målcellen.
Hypofysen består af en forlap og en baglap, som det fremgår af figuren nedenfor. Af figuren ses hvilke hormoner, der frigives fra hypofysens for- og baglap. Heraf er nogle af hormonerne overordnede, idet de styrer udskillelsen af andre hormoner.
Overordnede- og effektorhormoner
Hormonerne FSH, LH, ACTH og TSH er overordnede hormoner, som får æggestokke, testikler, binyrebark og skjoldbruskkirtel til at udskille effektor hormon.
Hormonerne ADH og Oxytocin er effektor hormoner, der udskilles fra hypofysens, men som faktisk produceres i hypothalamus og transporteres via nerveceller til hypofysens baglap.
Udskillelse af overordnede hormoner og effektor hormoner i hypofysens forlap og baglap. Klik for at forstørre.
Ikke alle hormoner dannes i endokrine kirtler. Nogle hormoner dannes i væv, for eksempel i celler i mavesækken, tyndtarmen eller i fedtceller. Leptin dannes i fedtceller. Det er et effektor hormon, som påvirker en lang række kropsfunktioner, som det ses af figuren.
Klik for at forstørre.
Som tidligere nævnt styres hormonproduktionen i vores krop af vores centralnervesystem (CNS) og af blodets hormonkoncentration – en mekanisme som kaldes feedback.
Hypothalamus er en del af hjernen, og der er en tæt kontakt mellem hypothalamus og hypofysen.
I hypothalamus findes nogle celler, som modtager nerveimpulser fra vores nervesystem, og som reagerer ved at udskille hormoner. Disse hormoner kaldes regulerende hormoner (eller releasinghormoner = RH), fordi de har en regulerende effekt på hormonproduktionene i hypofysen.
De regulerende hormoner fra hypothalamus udskilles i blodkar, der fører direkte til hypofysens forlap.
Reguleringhormoner
På figuren nedenfor ses, hvordan hypothalamus udskiller reguleringshormonet TRH, hvilket medfører, at hypofysen udskiller det overordnede hormon TSH. TSH stimulerer skjoldbruskkirtlen til at udskille effektorhormoner, som transporteres i blodet, og den forhøjede koncentration af disse hormoner i blodet medfører en negativ feedback, det vil sige et svar til hypothalamus og hypofysen om at hæmme produktionen af henholdsvis TRH og TSH.
Regulerende hormon TRH, det overordnede hormon TSH og negativ feedback
Hvis vi bliver udsat for stress, så vil det påvirke centralnervesystemet, og hypothalamus vil producere reguleringshormonet CRH. Dette hormon transporteres via blodet til hypofysens forlap, som producerer det overordnede hormon ACTH. Dette hormon transporteres via blodet og stimulerer binyrebarne til at producere effektor hormonet Cortisol. Den øgede koncentration af Cortisol i blodet vil udøve en effekt generelt på kroppens celler, men samtidig udøves en negativ feedback regulering på både hypothalamus og hypofysen, så der produceres mindre CRH og ACTH.
Negativ feedback. Klik for at forstørre.
Fælles for hormonerne er, at de optages i blodet, men hvor adrenalin har en levetid på ganske få minutter i blodet, så har steroidhormonerne en levetid på timer.
Men fælles er også, at hormonerne skal nå deres målceller, for at udøve en effekt.
Målcellen og levering af hormonbudskabet
Peptidhormoner er vandopløselige og kan ikke trænge igennem målcellens cellemembran. Derfor finder hormonet en receptor på membranens overflade. Dette resulterer i dannelsen af nogle signalmolekyler inde i cellen, som overfører signalet fra cellens overflade til det sted i cellen, hvor processer skal aktiveres.
Steroidhormonerne er fedtopløselige og kan derfor godt trænge igennem målcellens cellemembran. Receptorerne findes inde i målcellens cytoplasma eller i cellekernen. Her påvirker hormonet proteinsyntesen i målcellen, som det ses af figuren nedenfor.
Klik for at forstørre
Er hormonet eksempelvis testosteron, dannes muskelprotein.
Som man måske kan fornemme i beskrivelsen af hormoners rolle som kommunikator i vores krop, så reagerer hormonsystemet langsommere end nervesystemet.
Aktivitet: Hormoner i kroppen.
Formidlingsopgave i matrixgrupper.
Navngiv alle elever som i tabellen nedenfor.
Først arbejdes sammen i tre-personer grupper i grupperne 1,2,3,4,5,6,7,8 med følgende opgave:
Vælg en funktion i kroppen, som styres af et hormon – eventuelt fra listen her på siden.
Undersøg på nettet, hvordan hormonet virker – både hvor det produceres, hvordan det transporteres og virkningen.
Efter en fastsat tid dannes de nye otte-personers grupper A,B,C, og eleverne fremlægger nu for hinanden.
Hver gruppe kan eventuelt udvælge den bedste præsentation ud af de 8 i gruppen, og vinderne kan fremlægge for hele klassen.
Vores nervesystem gør os i stand til at reagere hurtigt på vores omgivelser, men ligesom hormonsystemet er nervesystemet et system, der gør det muligt for celler at kommunikere. Hvor hormonsystemet kommunikerer ved hjælp af kemiske påvirkninger, så kommunikerer nervesystemet ved hjælp af elektriske impulser.
Knærefleksen skyldes nerver, der reagerer på et let slag på senen under knæskallen.
Hos hvirveldyr skelner man mellem centralnervesystemet (CNS) og det perifere nervesystem (PNS).
CNS og PNS
Centralnervesystemet består af hjerne og rygmarv, og CNS modtager -> bearbejder -> reagerer på impulser fra PNS.
CNS er så vigtigt, at netop centralnerverne er indkapslet i knogle. Hjernen er indkapslet i kraniet, og rygmarven er indkapslet i ryghvirvler.
Det perifere nervesystem (PNS) består af alle de nerver, der findes udenfor centralnervesystemet. På figuren nedenfor ses, hvordan nerver udgår fra rygmarven, som altså er en del af centralnervesystemet, og som ligger “gemt” inde i ryghvirvlerne.
Figuren nedenfor viser en oversigt over de forskellige nervesystemer, og pilene angiver, hvorfra og hvortil informationer sendes.
Oversigt over nervesystemet. Klik for at forstørre.
Som det ses, kan det perifere nervesystem inddeles i:
Sensoriske nerver, er de nervecelle, der løber fra sanceceller, for eksempel i huden, til CNS.
Motoriske nerver, er de nerveceller, der løber fra CNS til vores skeletmuskler, så vi kan bevæge os.
Autonome nerver, er nerver vi ikke kan styre med vores vilje. Det autonome nervesystem kan igen opdeles mellem det sympatiske nervesystem og det parasympatiske nervesystem. Det sympatiske nervesystem virker populært sagt som “speederen” i vors krop, fordi det indstiller kroppen på at være opmærksom og i beredskab, mens at det parasympatiske nervesystem er “bremsen”, der forbereder kroppen på hvile.
Gruppering af nervesystemer.
Nervesystemet er opbygget af neuroner og gliaceller.
Neuroner er selve nervecellerne, der sender nervesignaler rundt i kroppen.
En neuron er en speciel type celle, som er så specialiseret, at den har mistet sin evne til at dele sig ved mitose.
En neuron kan danne en spændingsforskel (cellemembranpotentiale) mellem indersiden – og ydersiden af cellemembranen og ved at ændre denne spændingsforskel, kan neuronen sende elektriske signaler til den næste celle.
Neuronen består af:
Dendritter, der modtager informationer fra andre neuroner. På dendritternes cellemembran sidder receptorer, som passer til signalstoffer (transmitterstoffer), som modtages fra nabo neuroner.
Cellekrop eller soma, der indeholder cellens organeller.
Axon, der udløber fra cellekroppen, og som leder nervesignalet mod den næste neuron eller muskelcelle. Det første stykke af axonet er dér, hvor der dannes en spændingsforskel (aktionspotentiale) mellem indersiden – og ydersiden af cellemembranen.
Endeknopper er specialiserede til at sende de elektriske signaler videre til den næste neuron. Det gør endeknopper ved at udlede neurotransmittere, som er molekyler, der stimulerer den næste neuron.
Nervecellen – en neuron
Informationer i neuroner transporteres altid fra dendritter til endeknopper.
Mellemrummet mellem to neuroner kaldes for synapsekløfen.
På figuren ovenfor ses Myelinskeder, som også benævnes fedtskeder eller Schwannske celler. Det er en anden type nervecelle – en type nervecelle, der hedder en gliacelle.
Gliaceller fungerer som støtteceller for neuronerne. De holder dem adskildt og vedligholder det indre miljø.
Den schwannske celle omkranser neuroners axoner, og isolerer derved neuronerne fra hinanden, så de ikke kortslutter, men de forøger også hastigheden, hvormed signaler sendes gennem neuronens axon.
Der findes flere forskellige typer gliaceller i både CNS og PNS, som det ses i figuren nedenfor, og i antal er der 10 gange så mange gliaceller som neuroner.
Sanseceller er celler, der kan omforme en ydre påvirkning til et elektrisk signal. Der er sanseceller, der kan sanse tryk, acceleration, smage, lugte, varme/kulde, og fælles for alle dem er, at de omformer disse påvirkninger til aktionspotentialer, der sendes til CNS via neuroner.
Afværgerefleks og nervesignaler.
I figuren nedenfor ses, hvordan sanseceller, sensoriske nerver, motorisk nerver og endelig musklen spiller sammen, når sanseceller udsættes for en smertepåvirkning fra en tegnestift.
Klik for at forstørre.
Sansecellerne vil via sensoriske nerver sende elektriske signaler til CNS bestående af rygmarven. Jo større smerte des højere er frekvensen af de elektriske signaler.
I rygmarven overføres de elektriske signaler til motoriske nerver ned til musklen, resulterende i en sammentrækning af musklens, hvorved foden fjernes fra tegnestiften.
Også hjernen modtager signal gennem sensoriske nerver, så man undlader at træder på tegnestiften igen.
Nedenfor ses, hvordan en motorisk nervecelle overfører et elektrisk signal til en muskelfiber gennem det, der kaldes en motoriske endeplade.
Klik for at forstørre.
På figuren nedenfor ses en synapse, som øverst består af en neurons endeknop, et mellemrum, som kaldes den synaptiske kløft, samt den modtagende celles cellemembran.
Den modtegne celle kan være en neuron dendrit eller en muskelcelle, men overførslen af potentialer sker på næsten samme måde – nemlig ved hjælp af transmitterstoffer og receptorer.
Synapse
I nedenstående figur ses en muskelcelle, som kaldes en motorisk endeplade, der modtager et signal fra en neurons endeknop.
Jo større koncentration af transmitterstoffer fra neuronen, des kraftigere bliver den reaktion, som er resultatet af nervepåvirkningen.
Hvile:
Hvis man betragter neuronens cellemembran i hvile, så er der en vis spændingsforskel (potentiale) mellem ydersiden – og indersiden af cellen på -70mV.
I hvile kaldes denne forskel for hvilemembrampotentiale, og den skyldes en forskel i gennemtrængeligheden for Na+ og K+, men den opretholdes hele tiden af en energikrævende pumpe, der pumper Na+ ud og K+ ind. Pumpen kører hele tiden, fordi ionerne modarbejder og hele tiden vil søge at udjævne denne spændingsforskel ved diffusion.
Neuronen aktionspotentiale og Natrium-kalium-pumpen.
Klik for at forstørre.
Depolarisering:
I cellemembranen sidder specielle proteiner, som kan åbne op for transport af ioner ind og ud af cellen, som det ses for Na+ og K+ i figuren ovenfor. De kaldes ionkanaler.
Når en neuron signalerer til en anden neuron med transmitterstoffer, så påvirkes Na+ionkanalerne til at åbne sig.
Positive Na+ ioner strømmer ind i cellen, og cellemembranpotentialet depolariseres, hvilket vil sige, at cellemembranpotentialet falder fra -70mV…-45mV…-25mV og så videre, hvilket bare er selvforstærkende, og flere Na+ ioner strømmer ind i celle. Men når cellemembranpotentialet når +40m, så lukker Na+ ion kanalerne. Situationen er nu den, at der er en positiv ladning inde i cellen og en negativ ladning udenfor cellen.
Repolarisering:
Nu sker det modsatte, idet K+ ion kanaler åbner, så K+ ioner strømmer ud af cellen – det kaldes repolarisering, fordi cellemembranpotentialet igen bliver negativt.
Tilbage til hvile:
Af forskellige grunde når cellemembranpotentialet kortvarigt under hvilemembranpotentialet på -70mV, hvilket betyder, at der skal bruges en energikrævende pumpe for igen at opnå en ligevægt. Denne pumpe kaldes natrium-kalium-pumpen, og for hvert ATP-molekyle transporteres to K+ ioner ind og tre Na+ ioner ud af cellen.
Forløbet beskrevet her, kan sammenholdes med grafen for cellemembranpotentialet nedenfor.
I 1956 påviste den danske læge Jes Christian Skou, at der i krabbers nervecellers membran findes et enzym, natrium-kalium-ATPase, der virker som en ionpumpe nemlig natrium-kalium-pumpen. Pumpen er meget vigtig i mange sammenhænge, og findes i næsten alle dyreceller.
Jens Christian Skou modtog i 1997, i en alder af 79 år, nobelprisen i kemi for sin opdagelse af det første iontransporterende enzym.
Man kan dø af at spise den japanske pufferfisk, fordi gift, der findes i fiskens kønsorganer, nyrer og lever, blokerer for natriumkanalen og dermed hindrer udbredelsen af nervesignaler. Det er derfor meget vigtigt, at fisken er renset korrekt. Fisken er en delikatesse i Japan.
I det følgende beskrives centralnervesystemet bestående af hjernen og rygmarven lidt nærmere.
Nedenfor ses et tværsnit af en hjerne. Den yderste meget foldede grå del af hjernen kaldes hjernebarken, og det er her, de mest komplicerede hjernefunktioner finder sted.
I den går del ligger neuronernes cellekroppe (soma) mens neuronernes axoner ligger i den hvide del af hjernen. Den hvide farve skyldes axoners fedtskeder eller myelinskeder.
Den meget foldede hjernebark inddeles ofte i frontallappen, isselappen, nakkelappen og tindingelappen.
Nedenstående figur viser hvilke områder i hjernen, der er ansvarlige for hvilke hjernefunktioner.
Klik for at forstørre.
Hjernebarken, lillehjernen og hjernestammen.
Ser man på et andet tværsnit af hjernen, kan man inddele hjernen i:
Hjernestammen, som består af den forlængede rygmarv, hjernebroen og midthjernen.
Hjernestammen kontrollerer grad af vågenhed, kommunikation mellem krop og hjerne samt ikke mindst vigtig automatiske funktioner som åndedræt, hjerterytme o.l
Lillehjernen, der koordinerer muskelbevægelser og balance samt indlæring af bevægelser.
Mellemhjernen, der består af Thalamus og hypothalamus. Thalamus dirigerer indgående informationer over til andre områder i hjernen til behandling, og hypothalamus justerer kroppen, for at holde den optimalt tilpasset omgivelserne – kaldet homeostase.
Storhjernen, der samler og bearbejder al den information der indkommer, så det giver mening.
Klik for at forstørre
På figuren ses også hjernebjælken, som forbinder den venstre og højre hjernehalvdel.
Inddeling af hjernen.
Figuren viser hvordan kroppen opretholder en optimal temperatur, hvilket er en af hypothalamus’ funktioner.
Klik for at forstørre.
Figuren nedenfor viser et tværsnit af rygmarven, som ligger beskytte i ryghvirvler adskildt af bruskskiver eller diskis. Rygmarven udgør sammen med hjernen centralnervesystemet, CNS. Fra rygmarven udgår til hver side perifere nerver, hvoraf ses to gule nervebundter på figuren.
Rygmarven.
Rygmarven har en hvid og en grå farve. Den hvide farve skyldes fedtskeder som isolerer neuronernes axoner, men den grå farve skyldes axoner uden fedtskeder.
Klik for at forstørre.
Når vi mennesker, udenfor vores kontrol, reagerer med en afværgerefleks, så indkommer nervesignalet til rygmarven, overføres inde i rygmarven til et motorisk nervesignal, og resulterer i en afværgende muskelbevægelse. Ved at nervesignalerne ikke skal sendes helt op til hjernen, spares tid.
Rygsøjlens hvirvler er placeret oven på hinanden med skiver eller disci imellem. Den bagerste del af ryghvirvlerne danner rygmarvskanalen, der indeholder rygmarven.
Som det ses af figuren nedenfor, er en diskusprolaps er en udposning af den geleagtige diskuskerne, som bryder igennem diskusskivens bindevævsring bagud mod rygmarvskanalen.
Det kan betyde, at prolapsen trykker på rygmarven eller på nerverne, der udgår fra rygmarven mellem to ryghvirvler.
Aktivitet: Måling af reaktionstid
I skal måle reaktionstid ved hjælp af en træliste eller tommestok.
Person A holder en liste, så den hænger lodret i luften, mens person B holder hænderne på hver side af listen klar til at gribe, når A slipper.
Afmærk på listen, hvor B holder hænderne klar til at gribe.
Mål 4 gange, hvor mange centimeter listen når ned, før B griber.
Gentag forsøget med rollerne byttet om.
Når I er færdige, skal I oversætte faldstrækningerne til en reaktionstid ved at indsætte den målte strækning (cm) i formlen:
Lav en kort beskrivelse af forsøget, og noter jeres måleresultater og beregninger undervejs.
Aktivitet: Reaktionstid og indfangning af får
Prøv din reaktionstid af på et lille spil her:
