Введение в физиологию с основами анатомии. ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ. - Проф. Потехина Ю.П.
- Лекция №1
- Фармацевтический факультет
- 2013
Физиология как научная дисциплина - Физиология (греч. physis – природа, logos - учение) – наука, изучающая процессы жизнедеятельности и механизмы их регулирования в различных биологических системах: клетки – ткани – органы – системы органов – организм.
- Гален (131-200 гг. н.э.) Физиология - основа медицины.
- Уильям Гарвей (1578 – 1657). Книга «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животного».
- Альбрехт Галлер (1708 – 1777) 8-томное сочинение «Элементы физиологии человеческого тела».
- И.М. Сеченов (1829-1905) в 60-е годы 19 века открыл кафедру физиологии в Медико-хирургической академии С.-Пб.
- Предметом изучения физиологии являются функции живого организма, их связь между собой, регуляция и приспособление к внешней среде, происхождение и становление функций в процессе эволюции и индивидуального развития особи.
Основные понятия физиологии - Задача физиологии - глубокое познание функций и процессов организма, а также их регуляции, которое даст возможность, если потребуется, активно и направленно воздействовать на них.
- Физиологическая функция (functio - деятельность) – специфическая деятельность системы или органа, имеющая приспособительное значение и направленная на достижение полезного для организма результата.
- Физиологический процесс – последовательность явлений в развитии какого-либо действия или совокупность последовательных действий, направленных на достижение определенного результата.
Морфология как научная дисциплина - Анато́мия (от греч. ἀνα- — вновь, сверху и τέμνω — «режу», «рублю», «рассекаю») — наука, изучающая строение тела организмов и их частей на уровне выше клеточного. Анатомия как наука (собственно предмет анатомии) изучает не только внешнее строение организма в целом, но и внутреннюю форму и структуру органов, входящих в его состав. Современная анатомия с помощью микроскопии срезов анатомических препаратов смогла раздвинуть горизонты познания и выделить ещё один аспект морфологической науки — микроскопическую анатомию.
- В свою очередь микроскопическая анатомия тесно связана с наукой о тканях (гистологией от греч. hystós — ткань), изучающей закономерности развития и строения тканей, а также с наукой о клетке (цитологией от греч. cýtos — клетка), которая исследует закономерности развития, строения и деятельности отдельных клеток, из которых построены ткани и органы исследуемого макроорганизма.
- Взятые вместе анатомия, гистология, цитология и эмбриология (от греч. émbryon — зародыш) в совокупности представляют общую науку о форме, развитии и строении организма — морфологию (от греч. morphé — форма).
Органы тела человека объединяются в системы органов. - Система органов – совокупность органов, связанных общими функциями.
- Костная система: твёрдая опора мягких тканей.
- Мышечная система: перемещение тела и его частей в пространстве.
- Нервная система: получение, обработка и хранение информации, формирование рефлекторных реакций и поведения.
- Сердечно-сосудистая система: циркуляция крови в организме.
- Дыхательная система: обеспечение организма кислородом.
- Пищеварительная система: обеспечение организма питательными веществами.
- Выделительная система: удаление продуктов обмена веществ из организма.
- Репродуктивная система: обеспечение репродукции.
- Эндокринная система: регуляция процессов в организме посредством гормонов.
- Иммунная система: защита от болезнетворных агентов.
- Покровная система (кожа, волосы и ногти): защита от факторов внешней среды.
Ткани, их строение и функции - Ткани — это совокупность клеток и неклеточных структур (неклеточных веществ), сходных по происхождению, строению и выполняемым функциям. Выделяют четыре основные группы тканей: эпителиальные, мышечные, соединительные и нервную.
- Эпителиальные ткани являются пограничными, так как покрывают организм снаружи и выстилают изнутри полые органы и стенки полостей тела. Особый вид эпителиальной ткани —железистый эпителий — образует большинство желез (щитовидную, потовые, печень и др.), клетки которых вырабатывают тот или иной секрет.
- Мышечные ткани обусловливают все виды двигательных процессов внутри организма, а также перемещение организма и его частей в пространстве. Различают три вида мышечной ткани: поперечнополосатую, гладкую и сердечную.
- Соединительные ткани (ткани внутренней среды) объединяют группы тканей мезодермального происхождения, очень различных по строению и выполняемым функциям. Виды соединительной ткани: костная, хрящевая, подкожная жировая клетчатка, связки, сухожилия, кровь, лимфа и др.
- Нервная ткань, из которой построены головной и спинной мозг, нервные узлы и сплетения, периферические нервы.
Кле́тка — элементарная единица строения и жизнедеятельности всех организмов (кроме вирусов, о которых нередко говорят как о неклеточных формах жизни), обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. Строение мембраны - Жидкостно-мозаичная модель – белки погружены в фосфолипидный бислой.
- Липидный бислой –
- Фосфолипиды:
- фосфатидилхолин (лецитин),
- фосфатидилэтаноламин,
- фосфатидилсерин,
- фосфатидилинозит
- Кардиолипин;
- Сфингомиелин;
- Холестерол;
- Гликолипиды.
- Белки -
- Интегральные (каналы, переносчики, насосы, рецепторы)
- Периферические (цитоскелет, гликокаликс)
Функции клеточной мембраны - Формирование клеточных структур, где мембрана выступает в качестве барьера между- вне и внутриклеточным содержимым, а также между отдельными структурами клетки,
- Поддержание внутриклеточного гомеостаза (постоянства внутренней среды),
- Участие в процессе формирования возбуждения и его проведения,
- Фото-, механо- и хеморецепция,
- Всасывание,
- Секреция,
- Осуществление газообмена и тканевого дыхания,
- Накопление и трансформация энергии и т.д.
Виды транспорта веществ через мембрану - 1. Диффузия:
- Простая;
- Облегченная.
- 2. Осмос.
- 3. Активный транспорт:
- Первично-активный транспорт;
- Вторично-активный транспорт.
- 4. Везикулярный транспорт
Диффузия - Простая - пассивный процесс движения частиц в растворе по их концентрационному градиенту из области высокой концентрации в область низкой концентрации.
- Проницаемость через мембрану зависит от свойств мембраны и самих растворенных веществ:
- - Липидрастворимые вещества диффундируют легко через липидный бислой (этанол, кислород, углекислый газ);
- - Водорастворимые вещества диффундируют через водные каналы, формируемые специальными трансмембранными белками транслоказами (ионы с гидратной оболочкой). Проницаемость пропорциональна их молекулярному размеру, форме, заряду.
- Облегченная – пассивный перенос веществ с помощью специальных белков-переносчиков по концентрационному градиенту (например, белок-переносчик инсулинзависимая пермиаза для глюкозы).
- Перенос осуществляется за счет спонтанной конформации переносчика при связывании с веществом. Подчиняется кинетике Михаэлиса-Ментена (насыщение переносчика веществом ограничивает диффузию).
- Одноворотные, двуворотные
Осмос - Осмос – пассивное движение воды через полупроницаемую мембрану по градиенту осмотического давления.
- Сила, которая определяет движение растворителя, называется осмотическим давлением.
- Осмотическое давление обусловлено количеством растворенных в воде частиц.
- Движение воды осуществляется из области с низкой концентрацией частиц в область с высокой концентрацией частиц.
- Часть осмотического давления, которую создают белки, называют онкотическим давлением.
- В плазме крови осмотическое давление – 5600 мм рт.ст.,
- онкотическое – 25-30 мм рт.ст
Активный транспорт - Первично активный - транспорт против градиента концентрации, обеспечивается наличием специальных белковых комплексов, именуемых насосами или помпами, и использованием энергии АТФ (транспортные АТФазы).
- Функция – поддержание постоянства ионного состава.
- Na, K – АТФаза; К, Н – АТФаза; Са – АТФаза и др.
- Вторично активный - обеспечивает транспорт веществ белками-переносчиками (углеводов и аминокислот, кальция) против концентрационного градиента за счет энергии транспорта Na+ по концентрационному градиенту.
- Поддержание концентрационного градиента для Na+ обеспечивается Na, K – АТФазой.
- Вторично-активный транспорт может быть однонаправленным (симпорт), либо разнонаправленным (антипорт).
Везикулярный транспорт - Эндоцитоз – энергозависимый процесс поступления частиц в клетку, связанный с участием сократительных белков цитоскелета, кальция для образования везикул:
- Пиноцитоз – служит для поглощения небольших капелек растворенных веществ, белков, холестерола из ЛНП.
- Фагоцитоз – служит для поглощения крупных частиц (бактерии, клетки, частицы разрушенной ткани).
- Эндоцитоз может быть активирован после взаимодействия лиганда с рецептором. Например, холестерин и железо поступают в клетку путем опосредованного рецептором эндоцитоза.
- Экзоцитоз – энергозависимый процесс выделения веществ из клетки. Например, синтез и выделение гормонов, нейротрансмиттеров, пищеварительных ферментов.
Раздражимость – способность живой материи активно отвечать на воздействие внешней и внутренней среды изменением обменных процессов. - Раздражимость – способность живой материи активно отвечать на воздействие внешней и внутренней среды изменением обменных процессов.
- Раздражитель – это изменение внешней или внутренней среды организма, воспринимаемое клетками и вызывающее ответную реакцию.
- Возбудимость - способность ткани отвечать на раздражение быстрой деполяризацией мембраны, т.е. генерацией потенциала действия (ПД).
- Возбудимостью обладают нервная, мышечная и железистая ткани.
- Возбуждение – процесс, характеризующийся изменением обмена клетки в ответ на раздражение в виде временной быстрой деполяризации мембраны, т.е. генерации ПД.
- Ответные реакции биосистемы:
- нервной клетки - проведение нервного импульса,
- мышечной клетки – сокращение,
- секреторной – синтез и выделение биологически активного вещества.
История учения о биотоках - Луиджи Гальвани (1737-1798)
- Алессандро Вольта (1745-1827)
- Вольтов столб, состоящий из металлических дисков, разделенных кружками мокрой ткани.
Э. Дюбуа-Реймон: - Э. Дюбуа-Реймон:
- Поврежденный участок мембраны – заряжен «-», а неповрежденный – «+».
- Мембранно–ионная теория (Ходжкин, Хаксли, Катц (1949-1952). Нобелевская премия в 1963 году.
- Мембранный потенциал покоя (МПП) - разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны.
- Суть теории – мембранный потенциал покоя возникает благодаря направленному движению заряженных частиц.
- В основном это диффузия ионов К+ через мембрану клетки из внутриклеточной среды во внеклеточную.
- При создании мембранного потенциала покоя важную роль играют процессы простой диффузии через белковые каналы в мембране и первично активного транспорта.
- Л.Гальвани: Ток покоя - ток между поврежденным и неповрежденным участками мембраны.
Методы регистрации МПП - Обнаружить МПП можно с помощью второго опыта Гальвани (ток покоя).
- Для измерения потенциала покоя используют микроэлектродную технику (“patch- clamp”).
Мембранный потенциал покоя - При создании мембранного потенциала покоя важную роль
- играют процессы простой диффузии через белковые каналы в
- мембране и первично активного транспорта.
- Поддержание трансмембранного потенциала (МПП)
- предопределено:
- • 1. Электрохимическим градиентом для K+, Na+, Cl-;
- • 2. Избирательно высокой проницаемостью мембраны
- для К+;
- • 3. Наличием активного транспорта (Nа+,К+- насоса) в
- мембране.
- Градиент составляют два компонента:
- - электрический (статический - в результате того, что мембрана
- непроницаема для анионов клетки - глутамата, аспартата,
- органических фосфатов, белков, на внутренней поверхности
- мембраны образуется избыток отрицательно заряженных
- частиц, а на наружной – избыток положительно заряженных
- частиц);
- - химический градиент концентрации ионов по обе стороны
- мембраны (концентрация внутри К+ клетки больше, чем вне, а
- для ионов Na+ наоборот).
2. Высокая избирательная проницаемость мембраны для ионов К+, Na+, Cl- - В изолированном гигантском аксоне кальмара проницаемость для ионов составляет:
- K+ - Na+ - Cl-
- 1 : 0,04 : 0,45
- Селективность каналов обусловлена тем, что каждый канал имеет:
- • устье,
- • селективный фильтр,
- • воротной механизм (gate).
- Проводимость одиночного открытого канала стабильна.
- Суммарная проницаемость мембраны определяется соотношением открытых и закрытых каналов.
3. Наличие активного транспорта (Nа+,К+- насоса) в мембране - Внеклеточное пространство
- Внутриклеточное пространство
Потенциал действия – это быстрое колебание МПП, возникающее при возбуждении. - 1. Фаза быстрой деполяризации
- 2. Фаза реполяризации
- 3. Фаза следовой деполяризации или отрицательный следовой потенциал
- 4. Фаза следовой гиперполяризации или положительный следовой потенциал
Достарыңызбен бөлісу: |
