Введение в физиологию с основами анатомии.ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ. презентация

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.

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.

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.

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)

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.

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.

1. Электрохимический градиент для ионов 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

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