11000 (646825), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Регуляция обмена веществ на уровне целостного организма не только повышает адаптационные возможности клеток организма, но и влияет на собственный метаболизм каждой клетки. Если на первых этапах метаболический аппарат клетки работает в соответствии с генетической программой, то по мере усложнения связей клетки со всем организмом все большее значение приобретают факторы нейрогуморального характера. Для сохранения жизнедеятельности организма особое значение имеет поддержание стабильного химического состава крови как ткани, объединяющей всю внутреннюю среду организма в единое целое.

Это обеспечивается согласованной работой органов непосредственно регулирующих синтез и поступление в кровь ряда веществ, а с другой – выведение ее конечных продуктов обмена. Подобный механизм регуляции клеточного обмена по типу обратной связи с включением ЦНС, эфферентных нервов, гуморальных звеньев и органов-регуляторов внутренней среды, по-видимому, лежит в основе регуляторных отношений в целостном организме.

Таким образом, организм человека бесконечно более сложен чем простой конгломерат или совокупность различного типа клеток.

Клетки, дифференцированные для осуществления специфических, биохимических и физиологических функций, взаимодействуют друг с другом, образуя ткани, которые, в свою очередь, структурно организованы в виде органов. Такая организация обеспечивает рациональное разделение функциональной активности, но требует участия контролирующих и согласующих работу различных органов и тканей, с тем, чтобы она гармонично соответствовала потребностям организма.

Эту интегрирующую роль играют 3 важнейшие системы:

Нервная система – является центром обработки информации и принятия решений, воспринимающей импульсы (недостаточность кислорода, голод, жажда, боль), а также передающий соответствующие команды другим органам.

Эндокринная система – фабрика и хранилище химических передатчиков (посредников) оказывающих разнообразные воздействия на рост, размножение и развитие, а также на другие важнейшие функции организма (поддержание в крови постоянства концентрации глюкозы, липидов, кальция, обеспечение оптимального соотношения синтеза и распада компонентов тканей).

Сосудистая система – которая служит для переноса всех химических соединений в организме.

В норме все эти 3 системы взаимодействуют бесперебойно.

Воздействие гормонов эндокринной системы осуществляется через ток крови и в зависимости от концентрации их регулирует секрецию этих гормонов по принципу отрицательной обратной связи. Взаимосвязь между превращениями углеводов, жиров и белков в процессе обмена веществ осуществляется следующим образом:

Углеводы, белки и липиды могут образовываться в результате процессов, имеющих сходное энергетическое обеспечение, из общих предшественников и промежуточных продуктов, общих конечных путей окисления углерода и водорода. При биосинтезе разнообразных органических соединений или макромолекул в качестве источников энергии используются либо АТФ, либо НАДН или НАДФН, поставляющие восстановительную энергию. Если в клетке осуществляется синтез определенного класса соединений, это должно происходить за счет катаболизма другого вещества. Например, когда от печени требуется увеличение синтеза глюкозы, она не может одновременно синтезировать белки и жиры, наоборот возникает необходимость осуществить гидролиз части имеющихся белков и жиров для обеспечения синтеза НАДН и АТФ для нужд глюконеогенеза. Общие предшественники и промежуточные продукты обмена являются предпосылкой возникновения еще одного уровня взаимосвязей метаболических путей. Общий фонд углеводов влияет на процессы синтеза липидов и белков. Наиболее важным общим промежуточным продуктом обмена веществ, представляющим решающее связующее звено, является ацетил КоА. Общим конечным путем для всех систем метаболизма являются цикл лимонной кислоты и реакции дыхательной цепи. Эти протекающие в митохондриях процессы используются для координации целого ряда метаболических реакций на различных уровнях. Цикл лимонной кислоты является в клетке главным источником двуокиси углерода для реакций карбоксилирования, с которых начинается синтез жирных кислот и глюконеогенез. Та же двуокись углерода поставляет углерод для мочевины и некоторых звеньев пуриновых и пиримидиновых колец.

Взаимосвязь между процессами углеводного и азотистого обмена также достигаются посредством промежуточных продуктов цикла лимонной кислоты. Существует несколько путей, по которым промежуточные продукты цикла лимонной кислоты включаются в процесс липогенеза. Расщепление цитрата приводит к образованию ацетил КоА, играющего роль предшественника в биосинтезе жирных кислот.

Изоцитрат и малат обеспечивают образование НАДФ, который расходуется в последующих восстановительных этапах синтеза жиров.

Роль ключевого фактора, определяющего превращение НАДН играет состояние адениннуклеотидов. Высокое содержание АДФ и низкое АТФ свидетельствует о малом запасе энергии. При этом НАДН вовлекается в реакции дыхательной цепи, усиливая сопряженные с запасанием энергии процессы окислительного фосфорилирования. Обратное явление наблюдается при низком содержании АДФ и высоком АТФ. Ограничивая работу системы переноса электронов, они способствуют использованию НАДН в других восстановительных реакциях, таких как синтез глутамата и глюконеогенез. В некоторых случаях биохимические процессы в клетках узкоспециализированы и функции клеток весьма ограничены, в других случаях клетки обладают способностью осуществлять самые разнообразные ферментативные превращения.

По многообразию и приспособляемости ни один другой орган не может сравниться с печенью, в которой происходят сложные взаимосвязанные процессы обмена веществ, воздействующие на весь организм. Печень как железа наделена и экзокринными и эндокринными функциями. Продуктом внешней секреции является желчь, выделяемая в желудочнокишечный тракт. Продуктами внутренней секреции печени являются не гормоны, а метаболиты, которые разносятся током крови и используются другими клетками, изменяя их функции. Это: глюкоза, которая используется для гликолиза, триацилглицериды – для липогенеза. Кетоновые тела – используются в мышечной и нервной тканях как источники энергии. Печень ответственна за синтез альбумина, сывороточных липопротеидов и факторов свертывания крови. Процессы обмена жиров в печени и жировой клетчатке неразрывно связаны между собой. Существует взаимосвязь между процессами обмена веществ в мышечной и печеночной тканях на нескольких уровнях. Процесс глюконеогенеза осуществляется как в печени, так и в почках и они взаимосвязаны. Наконец, тесно связаны между собой и процессы обмена в тканях мозга и печени, прежде всего из-за того, что нервная ткань целиком зависит от бесперебойной доставки глюкозы, которая обеспечивается печенью.

Таким образом здоровый организм находится в равновесии с окружающей средой.

Транспортные системы в организме человека.

Метаболические процессы, протекающие во всех клетках тела, требуют непрерывного притока питательных веществ и кислорода и непрерывного удаления продуктов обмена. У некоторых видов животных транспортная система, кроме того, служит для переноса гормонов из эндокринных желез в те органы, на которые они воздействуют, а также участвует в регуляции температуры тела.

У человека система кровообращения слагается из кровеносных сосудов, наполняющей их крови и сердца, приводящего кровь в движение. Кровь состоит из жидкой плазмы и взвешенных в ней кровяных клеток. В большинстве случаев переносимый кровью кислород не просто растворен в плазме, а соединен с тем или иным гемопротеидом, это гемоглобин, находящийся в эритроцитах. Система кровеносных сосудов у человека состоит из артерий, вен и капилляров.

Артерии и вены – это крупные сосуды, которые отличаются друг от друга направлением тока крови и строением стенок. Артерии несут кровь от сердца к тканям, а вены возвращают ее от тканей к сердцу. Капилляры –микроскопические сосуды, которые находятся в тканях и соединяют артерии с венами. Тонкие стенки капилляров состоят из одного слоя клеток эндотелия, через который различные вещества могут переходить из крови в ткани и обратно. Кровь не вступает в прямое соприкосновение с клетками организма, они омываются тканевой жидкостью. Для того чтобы достигнуть клеток, вещества должны перейти из крови через стенку капилляра и через пространство, заполненное тканевой жидкостью. Стенка капилляра имеет крупные поры, чем плазматическая мембрана клеток, через них легко диффундирует глюкоза, аминокислоты и мочевина, а также ионы натрия, хлора и др.

Помимо кровеносной системы имеется еще одна группа сосудов, образующих лимфатическую систему. Лимфатические сосуды образуют вспомогательную систему для возврата жидкости из тканевых пространств в систему кровообращения. Лимфатические капилляры весьма проницаемы и через стенку вместе с тканевой жидкостью внутрь легко проникают белковые молекулы и другие крупные частицы.

Переносимые кровью вещества, могут быть просто растворены в плазме, связаны с каким-либо из белков плазмы или же присоединены к гемоглобину, находящемуся в эритроцитах.

Небольшое количество кислорода и углекислоты растворены в плазме. Неорганические ионы (хлор, бикарбонат, фосфат) и катионы ( натрий, калий, магний, кальций) переносятся в плазме в растворе. Глюкоза, аминокислоты и органические кислоты (молочная, лимонная) находятся в растворе, так же как и разнообразные отходы метаболизма (мочевина, мочевая кислота, аммиак, креатинин) и очень малые количества витаминов. Многие вещества, переносимые плазмой, соединены с белками. Свободные жирные кислоты переносятся кровью в виде комплексов с сывороточным альбумином. Триглицериды совершают свой путь из кишечника в печень и жировую ткань в форме хиломикронов – капелек жира, стабилизированных тонкой оболочкой из белков, фосфолипидов и холестерина. Гормоны передней и задней долей гипофиза переносятся плазмой крови в растворенном состоянии. Тироксин связан либо со специфическим белком тиреоглобулином, либо с альбумином. Инсулин, находящийся в плазме связан с глобулинами. Кортизол – с транскортином. Кислород и углекислый газ переносит гемоглобин.

Исключительно большое значение имеет способность клеток поглощать питательные вещества и выделять различные соединения.

Термин “мембрана” используется вот уже более ста лет для обозначения клеточной границы, служащей, с одной стороны, барьером между содержимым клетки и внешней средой, а с другой – полупроницаемой перегородкой через которую проходить молекулы воды некоторые из растворенных в ней веществ.

Мембраны более чем на 95% состоят из липидов и белков. Фермент натрий-калий-АТФ-аза связан с плазматической мембраной. Она обнаружена в клетках всех органов животных (нет в эритроцитах). Кальциевая АТФ-аза имеется в кишечнике и мышцах. Ионы железа переносит внутрь клетки микобактин, где эти ионы при участии НАДН восстанавливаются до двухвалентного железа. Ионофоры – это ряд соединений, которые сами могут и не участвовать в транспорте, но делают мембрану проницаемой для ионов. Ионофоры подразделяют на пептиды, депсипептиды, макротетралиды. Пиноцитоз – морфологически это перемещение пузырьков – капелек жидкости, окруженных липидами, либо из цитоплазмы наружу (экзоцитоз), либо из среды в клетку (эндоцитоз).

Небольшие нейтральные молекулы могут проникать через мембраны просто за счет обычной диффузии. Скорость диффузии вещества определяется его растворимостью в мембране, коэффициентом диффузии в мембране и разностью концентрации вещества снаружи и внутри клетки. Эту разность называют градиентом концентрации.

При транспорте заряженных частиц существенное влияние на процесс диффузии оказывает также разность электрических потенциалов, возникающих в результате накопления в клетке избытка отрицательно заряженных ионов.

Путем обычной диффузии в клетки проникают вода, двуокись углерода, кислород и молекулы анестезирующих веществ. Значительно более широко распространен процесс облегченной диффузии. Подобно обычной диффузии, облегченная диффузия зависит от градиента концентрации. Для облегченной диффузии характерен эффект насыщения, который заключается в том, что по мере увеличения концентрации диффундирующего вещества скорость потока вещества через мембрану стремится к некоторому максимуму. Очевидно, при облегченной диффузии, вещество соединяется с подвижным переносчиком (чаще всего белком). Переносчик далее диффундирует на короткое расстояние к противоположной стороне мембраны, где освобождается от связанной с ним молекулы или иона.

Наибольший интерес представляет активный транспорт, при котором вещество переносится через мембрану против градиента концентрации, т.е. из области с более низкой концентрацией в область с более высокой концентрацией. Этот процесс сопровождается увеличением свободной энергии и это обстоятельство делает необходимым сопряжение активного транспорта с какой-нибудь самопроизвольно протекающей экзергонической реакцией.

Такое сопряжение может осуществляться по меньшей мере двумя путями.

При первичном активном транспорте имеет место непосредственное сопряжение с реакциями типа гидролиза АТФ и “накачивания” растворенного вещества через мембрану, тогда как при вторичном активном транспорте используется энергия электрохимического градиента, возникающего для другого растворенного вещества. Во втором случае одно растворенное вещество “накачивается” против градиента концентрации, а затем второе переносится через мембрану в результате обмена с первым.

Еще одна разновидность активного транспорта известна под названием групповая транслокация. В этом процессе транспортируемое вещество сначала подвергается ковалентной модификации и образующийся при этом продукт проникает в клетку. Процессы транспорта , будь то облегченный или активный транспорт, представляется весьма сложными и протекают с участием нескольких мембранных белков. Иногда для описания транспортной системы используют термин пермеаза. В последнее время достигнуты значительные успехи в выделении связывающих белков, которые принято считать компонентами пермеазных систем.

Большая часть выделенных белков принадлежит к системам активного транспорта и их функция в процессах переноса до сих пор окончательно не установлена.

Рассмотрим более подробно активный перенос через мембраны. В клеточных мембранах имеются системы переноса, способные ускорять прохождение биологически важных растворенных веществ. Такие системы обладают субстратной специфичностью и способностью насыщаться субстратом. Они подвержены конкурентному и неконкурентному ингибированию. Вероятно, субстрат образует со специфической молекулой переносчиком в мембране комплекс, аналогичный фермент-субстратному комплексу. Системы пассивного переноса перемещают определенные растворенные вещества в направлении градиента концентрации, они не требуют затраты метаболической энергии. Другие мембранные системы переноса ускоряют обменную диффузию или эквивалентный обмен растворенных молекул через мембрану. Системы активного переноса ускоряют перемещение специфических растворенных веществ против градиента концентрации, они зависят от АТФ или других носителей метаболической энергии. Одной из самых распространенных систем активного переноса у высших организмов является натрий-калий-АТФаза, которая выводит ионы натрия из клетки и обеспечивает сопряженное накопление ионов калия в клетке. Это АТФ-азная система, локализованная в клеточной мембране, действует на внутриклеточный магний АТФ и стимулируется ионами натрия изнутри и калия снаружи. В эритроцитах при гидролизе одной молекулы АТФ до АДФ и фосфата выводится 3 иона калия. Процесс протекает в 2 стадии. Для осуществления необходимы ионы натрия, ингибируется он ионами кальция.

Характеристики

Список файлов реферата