Физиологическая функция клеток

Физиологическая функция клеток

Клетка — это структурно-функциональная единица органа (ткани), способная самостоятельно существовать, выполнять специфическую функцию в малом объеме, расти, размножаться, активно реагировать на раздражение. Клеточная мембрана — оболочка клетки, образующая замкнутое пространство, содержащее протоплазму. Протоплазма — совокупность всех внутриклеточных элементов (гиалоплазмы, органелл и включений). Цитоплазма — это протоплазма, за исключением ядра. Гиалоплазма (цитозоль) — гомогенная внутренняя среда клетки, содержащая питательные вещества (глюкозу, аминокислоты, белки, фосфолипиды, депо гликогена) и обеспечивающая взаимодействие всех органелл клетки.

Общие функции обеспечивают жизнедеятельность самой клетки. Делятся на

  • а) синтез тканевых и клеточных структур и необходимых для жизнедеятельности соединений;
  • б) выработка энергии (происходит в результате катаболизма — процесса расщепления);
  • в) трансмембранный перенос веществ;
  • г) размножение клеток;
  • д) детоксикация продуктов метаболизма, которая реализуется с помощью следующих механизмов: детоксикация аммиака с помощью образования глутамина и мочевины; перевод токсических веществ, образовавшихся в клетке, в водорастворимые малотоксичные вещества; обезвреживание активных радикалов кислорода с помощью антиоксидантной системы;
  • е) рецепторная функция.

Специфические функции клеток: сократительная; восприятие, передача сигнала, усвоение и хранение информации; газообменная; опорная; защитная.

Функции органелл клетки. Клетка содержит в себе два вида органелл — мембранные (ядро, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, митохондрии, лизосомы) и безмембранные (рибосомы, микротрубочки, микрофиламенты, промежуточные филаменты).

Функции мембранных органелл:

Ядро — несет генетическую информацию и обеспечивает регуляцию синтеза белка в клетке.

Эндоплазматический ретикулум — является резервуаром для ионов, обеспечивает синтез и транспорт различных веществ, обеспечивает детоксикацию ядовитых веществ.

Аппарат Гольджи — обеспечивает этап формирования и созревания ферментов лизосом, белков, гликопротеидов мембраны.

Лизосомы — переваривание поступающих в клетку органических веществ (нуклеиновых кислот, гранул гликогена, компонентов самой клетки, фагоцитированных бактерий).

Пероксисомы — своими ферментами катализируют образование и разложение перекиси водорода.

Митохондрии — в них высвобождается основное количество энергии из поступающих в организм питательных веществ, участвуют в синтезе фосфолипидов и жирных кислот.

Функции безмембранных органелл:

Рибосомы — синтезируют белки.

Микротрубочки — в аксонах и дендритах нейронов они участвуют в транспорте веществ.

Микрофиламенты, промежуточные филаменты образуют цитоскелет клетки, который обеспечивает поддержание формы клетки, внутриклеточное перемещение мембранных органелл, движение мембраны клетки и самих клеток, организации митотических веретен, образование псевдоподий.

Структурно-функциональная характеристика клеточной мембраны. Клеточная мембрана представляет собой тонкую липопротеиновую пластинку, содержание липидов в которой составляет 40%, белков — 60%. На внешней поверхности мембраны имеется небольшое количество углеводов, соединенных либо с белками (гликопротеиды), либо с липидами (гликолипиды). Эти углеводы участвуют в рецепции биологически активных веществ, реакциях иммунитета.

Структурную основу клеточной мембраны — матрикса — составляет биомолекулярный слой фосфолипидов, который является барьером для заряженных частиц и молекул водорастворимых веществ. Липиды обеспечивают высокое электрическое сопротивление мембраны клетки. Молекулы фосфолипидов мембраны состоят из двух частей: одна из них несет заряд и гидрофильна, другая не несет заряда и гидрофобна. В клеточной мембране гидрофильные участки одних молекул направлены внутрь клетки, а других наружу. В толще мембраны молекулы фосфолипидов взаимодействуют с гидрофобными участками. Так образуется прочная двухслойная липидная структура. В липидном слое находится много холестерина.

В клеточной мембране имеется большое количество белков, которые разделяют на следующие классы: интегральные, структурные, ферменты, переносчики, каналообразующие белки, ионные насосы, специфические рецепторы. Один и тот же белок может быть ферментом, рецептором и насосом. Многие молекулы белков имеют гидрофобную и гидрофильную части. Гидрофобные части белков погружены в липидный слой не несущий заряда. Гидрофильные участки белков взаимодействуют с гидрофильными участками липидов, что обеспечивает прочность мембраны. Молекулы белков, встроенные в матрикс, называют интегральными. Большинство этих белков являются гликопротеидами. Они образуют ионные каналы. Белки, прикрепленные снаружи мембраны, называются поверхностными. Это как, правило, белки-ферменты.

Клеточная мембрана обладает избирательной проницаемостью. Так, любая мембрана хорошо пропускает жирорастворимые вещества. Некоторые мембраны хорошо пропускают воду. Мембрана совсем не пропускает анионы органических кислот. В мембране имеются каналы, которые избирательно пропускают ионы натрия, калия, хлора и кальция. Большинство мембран имеет отрицательный поверхностный заряд, который обеспечивается выступающей из мембраны углеводной частью фосфолипидов, гликолипидов, гликопротеидов. Мембрана обладает текучестью, то отдельные её части могут перемещаться.

Функции клеточной мембраны:

рецепторная — выполняется гликопротеидами и гликолипидами мембран — осуществляет распознавание клеток, развитие иммунитета;

барьерная или защитная — выполняется клеточными мембранами всех тканей организма;

транспортная — работает вместе с барьерной функцией — формирует состав внутриклеточной среды, наиболее благоприятный для оптимального протекания метаболических реакций. Обеспечивает: а) осмотическое давление и рН; б) поступление через жкт в кровь и лимфу веществ, необходимых для синтеза клеточных структур и выработки энергии; в) создание электрических зарядов, возникновение и распространение возбуждения; г) сократительную деятельность мышц; д) выделение продуктов обмена в окружающую среду; е) выделение гормонов, ферментов;

создание электрического заряда и возникновение потенциала действия в возбудимых тканях;

выработка биологичсеки активных веществ — тромбоксанов, лейкотриенов, протогландинов.

Первичный транспорт веществ. Первичный транспорт осуществляется вопреки концентрационному и электрическому градиентам с помощью специальных ионных насосов и микровезикулярного механизма в клетку или из клетки. Он обеспечивает перенос подавляющего большинства веществ и воды в организме, жизнедеятельность всех клеток и организма в целом.

Читайте также:  Психолог советует картинки

Транспорт с помощью насосов (помп). Насосы локализуются на клеточных мембранах или на мембранах клеточных органелл и представляют собой интегральные белки, обладающие свойствами переносчика и АТФазной активностью. Основными характеристиками насосов являются следующие:

  • а) насосы работают постоянно и обеспечивают поддержание концентрационных градиентов ионов, это обеспечивает создание электрического заряда клетки и способствует движению воды и незаряженных частиц согласно законам диффузии и осмоса, создание электрического заряда клетки. Почти все клетки заряжены внутри отрицательно по отношению к внешней среде.
  • б) принцип работы насосов одинаков: Na/K-насос (Na/K-АТФаза) является электрогенным, так как за один цикл выводится из клетки 3 иона Na + , а возвращается в клетку 2 иона К + . На один цикл работы Na/K-насоса расходуется одна молекула АТФ, причем эта энергия расходуется только на перенос иона Na + .
  • в) натрий-калиевый насос — это интегральный белок, который состоит из четырех полипептидов и имеет центры связывания с натрием и калием. Он существует в двух конформациях: Е1 и Е2. Конформация Е1 обращена внутрь клетки и имеет сродство к иону натрия. К ней присоединяется 3 иона натрия. В результате активизируется АТФаза, которая обеспечивает гидролиз АТФ и высвобождение энергии. Энергия изменяет конформацию Е1 в конформацию Е2, при этом 3 натрия оказываются снаружи клетки. Теперь конформация Е2 теряет сродство к натрию и приобретает сродство к калию. К белку-насосу присоединяется 2 калия и сразу же конформация меняется. Калий оказывается внутри клетки и отщепляется. Это один цикл работы помпы. Затем цикл повторяется. Такой вид транспорта называется антипортом. Главным активатором такого насоса являются альдостерон и тироксин, а ингибитором — строфантины и кислородное голодание.
  • г) кальциевые насосы (Са-АТФазы) работают также, только переносится только кальций и в одном направлении (из гиалоплазмы в сарко- или эндоплазматический ретикулум, а также — наружу клетки). Здесь для высвобождения энергии необходим магний.
  • д) протонный насос (Н-АТФаза) локализуется в канальцах почек, в мембране обкладочных клеток в желудке. Он постоянно работает во всех митохондриях.
  • е) насосы специфичны — это проявляется в том, что они обычно переносят какой-то определенный ион или два иона.

Микровезикулярный транспорт. С помощью этого вида транспорта переносятся крупномолекулярные белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты. Различают три вида этого транспорта: а) эндоцитоз — перенос вещества в клетку; б) экзоцитоз — это транспорт вещества из клетки; в) трансцитоз — совокупность эндоцитоза и экзоцитоза.

Фильтрация — первичный транспорт, при котором переход раствора через полупроницаемую мембрану осуществляется под действием градиента гидростатического давления между жидкостями по обе стороны этой мембраны.

Вторичный транспорт веществ. Вторичный транспорт — переход различных частиц и молекул воды за счет ранее запасенной (потенциальной) энергии, которая создается в виде электрического, концентрационного и гидростатического градиентов. Он осуществляет транспорт ионов через ионные каналы и включает следующие механизмы.

Диффузия — частицы перемещаются из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. Если частицы заряжены, то направление диффузии определяется взаимодействием концентрационного (химического) и электрического градиентов (их совокупность называют электрохимическим градиентом). Если частицы не заряжены, то направление их диффузии определяется только градиентом концентрации. Полярные молекулы диффундируют быстрее неполярных. Ионы диффундируют только через ионные каналы. Вода диффундирует через каналы, сформированными аквапорионами. Углекислый газ, кислород, недиссоциированные молекулы жирных кислот, гормоны — неполярные молекулы — диффундируют медленно.

Простая диффузия происходит либо через каналы, либо непосредственно через липидный слой. Стероидные гормоны, тироксин, мочевина, этанол, кислород, углекислый газ, лекарственные препараты, яды — могут с помощью простой диффузии попасть в клетку.

Облегченная диффузия характерна для частиц-неэлектролитов, способных образовывать комплексы с молекулами-переносчиками. Например, инсулин переносит глюкозу. Перенос осуществляется без непосредственной затраты энергии.

Натрийзависимый транспорт — вид диффузии, который осуществляется с помощью градиента концентрации ионов натрия, на создание которого затрачивается энергия. Имеется два варианта данного механизма транспорта веществ в клетку или из клетки. Первый вариант — это симпорт, направление движения транспортируемого вещества совпадает с направлением движения натрия согласно его электрохимическому градиенту. Идет без непосредственной затраты энергии. Например, перенос глюкозы в проксимальных канальцах нефрона в клетки канальца из первичной мочи. Второй вариант — антипорт. Это перемещение транспортируемых частиц направлено в противоположную по отношению к движению натрия сторону. Например, так движется кальций, ион водорода. Если транспорт двух частиц сопряжен друг с другом, то такой транспорт называется контраспортом.

Осмос — это частный случай диффузии: движение воды через полупроницаемую мембрану в область с большей концентрацией частиц, то есть с большим осмотическим давлением. Энергия в данном виде транспорта не затрачивается.

Ионные каналы. Число ионных каналов на клеточной мембране огромно: на 1 мкм2 насчитывают примерно 50 натриевых каналов, в среднем они располагаются на расстоянии 140 нм друг от друга.

Структурно-функциональная характеристика ионных каналов. Каналы имеют устье и селективный фильтр, а управляемые каналы еще и воротный механизм. Каналы заполнены жидкостью. Селективность ионных каналов определяется их размером и наличием в канале заряженных частиц. Эти частицы имеют заряд, противоположный заряду иона, который они притягивают. Через каналы могут проходить и незаряженные частицы. Ионы, проходя через канал должны освободиться от гидратной оболочки, иначе их размеры будут больше диаметра канала. Слишком маленький ион, проходя через селективный фильтр, не может отдать свою гидратную оболочку, поэтому он не может пройти через канал.

Читайте также:  Гели от варикоза на ногах список

Классификация каналов. Существуют следующие виды каналов:

Управляемые и неуправляемые — определяется наличием воротного механизма.

Электро-, хемо- и механоуправляемые каналы.

Быстрые и медленные — по скорости закрытия и открытия.

Ионоселективные — пропускающие один ион, и каналы не обладающие селективностью.

Основное свойство каналов, то, что они могут блокироваться специфическими веществами и лекарственными препаратами. Например, новокаин, атропин, тетродотоксин. Для одного и того же вида иона может быть несколько видов каналов.

Физиологические функции — это проявления жизнедеятельности, имеющие приспособительное значение. Осуществляя различные функции, организм приспособляется к внешней среде или же приспособляет среду к своим потребностям.

Всякая физиологическая функция клетки, ткани, органа или организма в целом является результатом всей истории видового и индивидуального развития живых существ — их фило- и онтогенеза. В процессе этого развития возникают определенные функции живых структур и происходит качественное и количественное их изменение. Поэтому важной задачей физиологии является изучение функциогенеза, т. е. возникновения и развития каждой отдельной функции.

Основной функцией живого организма является обмен веществ и энергии. Этот процесс состоит в совокупности химических и физических изменений, в превращениях веществ и энергии, постоянно и непрерывно происходящих в организме и во всех его структурах.

Обмен веществ, или метаболизм, является необходимым условием жизни. Он отличает живое от неживого, мир живых существ от неорганического мира. Изменения вещества и превращения энергии происходят и в неорганическом мире; однако имеется принципиальное различие этих процессов в живом организме и в неживой природе. Сущность этого различия прекрасно сформулирована Ф. Энгельсом в «Диалектике природы»: «И у неорганических тел может происходить подобный обмен веществ, который и происходит фактически повсюду, потому что повсюду происходят, хотя бы и очень медленным образом, химические действия. Но разница заключается в том, что в случае неорганических тел обмен веществ разрушает их, в случае же органических тел он является необходимым условием их существования». Жизнь возможна лишь до тех пор, пока происходит обмен веществ, который поддерживает существование живой протоплазмы и влечет за собой ее самообновление. Прекращение процессов обмена веществ имеет следствием смерть, разрушение протоплазмы и необратимое расщепление характерных для нее химических, в первую очередь белковых, соединений.

С обменом веществ связаны все остальные физиологические функции, будь то рост, развитие, размножение, питание и пищеварение, дыхание, секреция и выделение продуктов жизнедеятельности, движение и реакции на изменения внешней среды и т. п. Основу любой физиологической функции составляет определенная совокупность превращений веществ и энергии. Это равным образом относится к функциям отдельной клетки, ткани, органа или организма в целом.

При выполнении всякой функции в результате физико-химических процессов и химических превращений в клетках организма происходят структурные изменения. В одних случаях они могут быть выявлены при микроскопическом исследовании. Ценные данные при этом получают посредством цито- и гистохимических методов, сущность которых заключается в том, что посредством специальных реактивов определяют локализацию в клетках и тканях некоторых веществ и их изменения при осуществлении различных функций. В других случаях изменения клеточных структур нельзя обнаружить при помощи оптического микроскопа, так как часто они являются субмикроскопическими, т. е. находятся за пределами микроскопического видения. Установить такие изменения можно электронным микроскопом, обладающим большей разрешающей способностью и большим увеличением, чем оптический микроскоп (электронный микроскоп увеличивает изображение в 100 000—200 000 раз). Благодаря электронной микроскопии удалось установить субмикроскопические изменения, происходящие в мышечной клетке при ее сокращении, в нервном окончании при передаче нервного импульса иннервируемому органу. В результате гистохимических и электронномикроскопических исследований подтвердилось представление, что всякая физиологическая функция неотделимо связана с изменением структуры клеток. Эти изменения структуры, как правило, являются обратимыми, быстро восстанавливающимися. Лишь в отдельных случаях они могут быть необратимыми. Для примера укажем, что существуют два вида секреции, т. е. выделения клеткой различных веществ: при одном из них, несмотря на выделение из клетки определенных продуктов, ее целость сохраняется, при другом происходит разрушение части клетки или всей клетки.

Для понимания природы тех процессов, которые лежат в основе различных функций организма и его органов и клеток, важно изучение ничтожно малых изменений обмена веществ и энергии, происходящих к тому же в весьма короткие отрезки времени (в миллисекунды и даже в микросекунды). Это обусловлено тем, что с такими количественно незначительными процессами связаны многие важнейшие функции клеток. Поэтому для физиологии чрезвычайно важна разработка все более чувствительных и точных способов исследования, позволяющих определять и измерять очень небольшие и быстро происходящие физические и химические процессы. В этом отношении очень много нового для физиологии дало использование современных достижений физики, химии и техники, которые вооружили ученых новыми методами исследования. Так, повышение чувствительности электрических способов измерения температуры позволило определить теплообразование в нервном волокне при прохождении одного нервного импульса; температура при этом повышается всего на 2·10 -6° (на две миллионных доли градуса!). Это показало, что проведение нервного импульса связано с усилением, правда, незначительным, обмена веществ. Применение электронных усилителей и осциллографов сделало возможным измерение разности электрических потенциалов, равной микровольтам, в нервных волокнах и их окончаниях, а это раскрыло механизм влияния некоторых нервов на ткани организма. Новые химические методики позволили определить структуру многих химических соединений, образующихся в организме в небольших количествах и действующих на него в концентрации 1·10 -8 , что позволило глубже понять химическое взаимодействие клеток и тканей в организме.

Читайте также:  Какой холестерин является нормой

Проявляясь в химических и физических, в том числе и механических изменениях, функции организма не могут быть сведены к какому-либо одному из них, так как жизненные функции представляют собой сложную взаимосвязанную совокупность, единство всех этих процессов. Изучая любой живой объект: отдельную клетку или сложный высокоорганизованный организм, физиолог обязан синтезировать данные физических, химических и морфологических исследований, так как организм представляет собой «высшее единство, связывающее в себе в одно целое механику, физику и химию» (Ф. Энгельс).

Физиология – термин происходит от греческих слов physis– природа иlogos– учение, наука, т.е. в широком смысле физиология – это наука о природе. В более узком смысле физиология – наука о функциях организма животных и человека. Термин функция произошел от греческогоfunctio– деятельность.

Нормальная физиология рассматривается как “научная основа диагностики здоровья, прогнозирования функционального состояния и работоспособности человека”. В настоящее время известно три типа диагностических моделей: нозологическая, донозологическая диагностика и диагностика здоровья по прямым показателям. Речь идет о разных логических моделях, с помощью которых может быть описано положение человека в системе координат “здоровье — болезнь”.

В рамках третьей модели диагностики уровня здоровья по прямым пока-зателям в настоящее время широко используется определение биологического возраста методом В.П. Войтенко.

4.4Определение физиологической функции. Примеры физиологических функций клеток, тканей, органов и систем организма. Адаптация как основная функция организма.

Физиологические функции — это проявления жизнедеятельности, имеющие приспособительное значение. Осуществляя различные функции, организм приспособляется к внешней среде или же приспособляет среду к своим потребностям. Всякая физиологическая функция клетки, ткани, органа или организма в целом является результатом всей истории видового и индивидуального развития живых существ — их фило- и онтогенеза. В процессе этого развития возникают определенные функции живых структур и происходит качественное и количественное их изменение. Поэтому важной задачей физиологии является изучение функциогенеза, т. е. возникновения и развития каждой отдельной функции. Основной функцией живого организма является обмен веществ и энергии. Этот процесс состоит в совокупности химических и физических изменений, в превращениях веществ и энергии, постоянно и непрерывно происходящих в организме и во всех его структурах. Обмен веществ, или метаболизм, является необходимым условием жизни. Он отличает живое от неживого, мир живых существ от неорганического мира. Изменения вещества и превращения энергии происходят и в неорганическом мире; однако имеется принципиальное различие этих процессов в живом организме и в неживой природе. Сущность этого различия прекрасно сформулирована Ф. Энгельсом в «Диалектике природы»: «И у неорганических тел может происходить подобный обмен веществ, который и происходит фактически повсюду, потому что повсюду происходят, хотя бы и очень медленным образом, химические действия. Но разница заключается в том, что в случае неорганических тел обмен веществ разрушает их, в случае же органических тел он является необходимым условием их существования»

С обменом веществ связаны все остальные физиологические функции, будь то рост, развитие, размножение, питание и пищеварение, дыхание, секреция и выделение продуктов жизнедеятельности, движение и реакции на изменения внешней среды и т. п. Основу любой физиологической функции составляет определенная совокупность превращений веществ и энергии. Это равным образом относится к функциям отдельной клетки, ткани, органа или организма в целом.

Адаптация (от лат. adaptatio — приспособление) — все виды врожденной и приобретенной приспособительной деятельности, которые обеспечиваются на основе физиологических процессов, про исходящих на клеточном, органном, системном и организменном уровнях. Этим термином пользуются для характеристики широкого круга приспособительных процессов: от адаптивного синтеза белков в клетке и адаптации рецепторов к длительно действующему раздражителю до социальной адаптации человека и адаптации народов к определенным климатическим условиям. На уровне организма человека под адаптацией понимают его приспособление к постоянно меняющимся условиям существования.

Организм человека адаптирован к адекватным условиям среды в результате длительной эволюции и онтогенеза, создания и совершенствования в ходе их адаптивных механизмов (адаптогенез) в ответ на выраженные и достаточно длительные изменения окружающей среды. К одним факторам внешней среды организм адаптирован полностью, к другим — частично, к третьим — не может адаптироваться из-за их крайней экстремальности. В этих условиях человек погибает без специальных средств жизнеобеспечения (на пример, в космосе без скафандра вне космического корабля). К менее жестким — субэкстремальным влияниям человек может адаптироваться, однако длительное нахождение человека в субэкстремальных условиях ведет к перенапряжению адаптационных механизмов, болезням, а иногда и смерти.

Ссылка на основную публикацию
Ушиб среднего пальца на ноге
Ушиб пальца на ноге — часто встречающаяся разновидность бытовых травм. При правильном лечении все неприятные симптомы обычно проходят довольно быстро....
Урок массажа воротниковой зоны
Одно из мест на теле человека, которое не терпит длительных нагрузок и сразу же проявляется болевыми последствиями или осложнениями здоровья...
Уроки бодибилдинга для начинающих
Если вы делаете первые шаги в бодибилдинге, очень важно грамотно подобрать тренировочную программу. В противном случае вас может не только...
Ушиб сустава большого пальца ноги
Люди часто обращаются в больницу с травмами нижних конечностей. Распространенной проблемой считается ушиб большого пальца на ноге. Он вызывает серьезный...
Adblock detector