podstawy biologicznych mechanizmów zachowania

Podstawy Biologicznych mechanizmów zachowania

Ćw I

Biologia w psychologii

Piotr ŁaszczycaKFZiE, WBiOŚ

Homo psychologicus czy psychol?

Po co psychologowi nauki o biologicznychmechanizmach zachowania?

Dobre pytanie i nie zawsze prawdziwe odpowiedzi.…….

Bez wiedzy na temat biologicznych mechanizmów moŜna być:bardzo sprawnym czarownikiem, szamanem, demagogiem, politykiem lub oszustem.

Wiedza i inteligencja są całkowicie zbyteczne do Ŝycia….

Owsiki mają się świetnie od milionów lat.

Homo psychologicus czy psychol?

Co to jest człowiek? KaŜdy widzi…

lub przeczyta dalej…

Co to jest fizjologia?Nauka o czynnościach organizmów Ŝywych, np. człowieka

Dość trudna

Na czym polegająBIOLOGICZNE PODSTAWY ZACHOWANIA!

Na ograniczeniu fantazji i ZWIĘKSZENIU SKUTECZNOŚCI

Podstawy metodologiiZasady poznawania świata i człowieka – czyli epistemologia albo

teoria poznania

• NAUKA- zbiór spostrzeŜeń i twierdzeń wywiedzionych na podstawie doświadczeń, obserwacji i wcześniejszych załoŜeń, opisujących rzeczywistość i pozwalających na przewidywanie nowych obserwacji - zbiór metod uzyskiwania wyników i tworzenia twierdzeń, - takŜe: system organizacji badań

• NAUKI:FORMALNE

(dedukcyjno-analityczne) - matematyka, logika, filozofia? EMPIRYCZNE

(indukcyjno-syntetyczne) - biologia, chemia, fizyka ...HUMANISTYCZNE

(idiograficzne) - psychologia, literatura ... SYNTETYCZNE

- cybernetyka, filozofia?


teoria poznania

1. Nie da się bez ontologii

2. Zasady demarkacji nauki i nienauki, np. wiary

Czy wolno straszyć piekłem na obrazku albo w muzeumkreacjonizmu?

3. Czy szukanie śladu ręki Pana Boga na Ziemi ma sens?

(Kłopoty z ewolucjonizmem i z etyką)

Piekło. Autor: bluteuffel (??), http://static.playmobile.pl/blog/

Podstawy metodologii

Zasady poznawania świata i człowieka – czyli epistemologia albo teoria poznania

Jak to robią w Ameryce

University of California, Berkeley

Przypadkowe obserwacje

Zaspokajanie ciekawości

PytanieObserwowanie

Szukanie w literaturze

Wymianawiedzy

Inspirowanie

Gromadzenie danych

Interpretowanie danych

Sprawdzaniehipotez

Korzyści praktycznei inne skutki

Społeczne przyjęciei inne jego skutki

Poszukiwania i odkrycia

Podstawy metodologii

Zasady poznawania świata i człowieka – czyli epistemologia albo teoria poznania

Jak to robią w Ameryce

University of California, Berkeley

Jak bardzo naukowa jest informacja?

Czy odnosi się do świata przyrodniczego?

Czy ma na celu objaśnienie świata przyrodniczego?

Czy zakłada moŜliwość sprawdzania załoŜeń?

Czy opiera się na udokumentowanych faktach?

Czy angaŜuje społeczność naukową?

Czy prowadzi do dalszych badań?

Czy korzysta z „zachowań naukowych”?

Podstawy metodologiiZasady poznawania świata i człowieka – czyli epistemologia

albo teoria poznania

Teorie poszerzania wiedzy- zasady rozumowania

• transdukcyjne - przez analogię

• dedukcyjne - od zasady ogólnej do szczegółu

• indukcyjne - od obserwacji do zasady ogólnej

• abdukcyjne - odkrywcze (C.S.Peirce) - wywiedzione z reguł teoretycznych oraz hipotezy stworzonej uprzednio na podstawie obserwacji (ciąg: obserwacje � dane � hipoteza - reguła - prawo � wniosek szczegółowy)

Podstawy metodologiiZasady poznawania świata i człowieka – czyli epistemologia albo teoria poznania

ZASADY TWORZENIA WYPOWIEDZI I TWIERDZEŃ NAUKOWYCH W NAUKACH EMPIRYCZNYCH

KANONY INDUKCJI MILLA:Np. twierdzenie („prawo”): „Tlen w powietrzu jest niezbędny do Ŝycia wszystkich saków”

- kanon jedynej zgodności Np.: „Usunięcie dowolnego składnika powietrza z wyjątkiem tlenu, pozwala nadal Ŝyć w nim ssakom”- kanon jedynej róŜnicyNp.: „Jedynie usunięcie tlenu z powietrza, powoduje, Ŝe ssaki nie są w stanie nim Ŝyć”- kanon towarzyszących zmian Np.: „Stopniowe zmniejszanie lub zwiększanie zawartości tlenu w powietrzu powoduje skrócenie czasu Ŝycia ssaków”

ZASADA FALSYFIKACJI (DEDUKCJONIZM) POPPERA Np. „Tlen w powietrzu jest niezbędny do Ŝycia wszystkich ssaków”- nie moŜe być prawdą twierdzenie, dla którego moŜna wymyślićszczególny przypadek zaprzeczający temu twierdzeniu, który dasię wykazać doświadczalnie

Np. „Tlen w powietrzu jest NIE niezbędny do Ŝycia jakiegoś ssaka”„Sprawdzić: czy jakikolwiek ssak jest w stanie przeŜyć w nieobecności tlenu?


teoria poznania

• GŁÓWNE KONTROWERSJE TEORIOPOZNAWCZE W NAUKACH BIOLOGICZNYCH

IDEALIZM ⇔⇔⇔⇔ MATERIALIZM

WITALIZM ⇔⇔⇔⇔ MECHANICYZM

KREACJONIZM ⇔⇔⇔⇔ EWOLUCJONIZM

FINALIZM (TELEOLOGIZM) ⇔⇔⇔⇔ KAZUALIZM

HOLIZM (SYNTETYZM) ⇔⇔⇔⇔ REDUKCJONIZM

• takŜe: Preformizm, Katastrofizm, Spirytualizm, Behawioryzm ... etc

Podstawy metodologiiNAUKI BIOLOGICZNE I ICH SYSTEMATYKA.

• tort Oduma - klasyfikacja dwukierunkowa: 1. wg obiektu badań ; 2. wg poziomu/metody badań

EkologiaFizjologiaAnatomiaHistologiaCytologiaEmbriologiaBiochemiaGenetykaCytologiaBiofizyka

ZWIERZĄTJamochłonów; Robaków; Stawonogów ...

Kregowców ...Ssaków ... Człowieka

ROŚLINOkrytonasiennychNagonasiennych

Sosny

PaprotnikówMszaków

GRZYBÓW ...

PIERWOTNIAKÓW ... BEZJĄDROWYCH ...

Podstawy metodologiiNAUKI NEUROBEHAWIORALNE - NEUROSCIENCE

• DYSCYPLINY BIOLOGICZNO-MEDYCZNE

ZAJMUJĄCE SIĘ BADANIEM ZACHOWANIA CZŁOWIEKA I

ZWIERZĄT

• Neuroanatomia Neurofizjologia Neurochemia

• Elektrofizjologia Psychofizjologia Psychofarmakologia

• Zoopsychologia Etologia Socjobiologia

• Genetyka zachowania Neurologia, Psychiatria

Homo psychologicus

Człowiek jako istota Ŝywa - Cechy wyróŜniające istoty Ŝywe:

1. Materialne podłoŜe struktury i funkcji 2. Organizacja - uporządkowanie - struktura - indywidualność

- hierarchia integronów3. Metabolizm: katabolizm, anabolizm, asymilacja, dysymilacja, wymiana,

przepływ, entropia 4. Pobudliwość - reaktywność:

aktywna zmiana stanu organizmu (reakcja) w odpowiedzi na zmianęstanu środowiska (bodziec) przeciwdziałająca nieodwracalnym zmianom stanu

5. Adaptatywność: Homeostaza (względna niezmienność stanu - odwracalność zmian - w wyniku równowagi przepływów) Stres (nadmiarowa, stereotypowa, nieadekwatna reakcja na bodźce),

6. Rozwój (ontogeneza) 7. RozmnaŜanie 8. Dziedziczenie 9. Ewolucja i zmienność

Homo psychologicusCzłowiek wśród innych organizmów - Cechy charakterystyczne dla: • Jądrowych (Eucaryota), Zwierząt (Animalia), Tkankowych (Histozoa), Dwubocznych (Bilateralia), Strunowców (Chordata), Kręgowców (Vertebrata), Ssaków (Mammalia), Naczelnych (Primates)

• Cechy zwierząt wyŜszych: tkanki, symetria dwuboczna, cefalizacja, metameria,

• Cechy ssakówbudowa serca i łuku aorty, płuca pecherzykowate, przepona, stałocieplność, macica, sutki, sierść, gruczoły skórne, rozbudowane kresomózgowie,

• Cechy naczelnych: stopochodność, rotacja przedramienia, przeciwstawny kciuk, paznokcie, sutki takŜe na piersi, wzór zębowy: ICPM - mleczne i stałe, szczęki skrócone, oczodoły frontalnie,

• Cechy małp:pojedyncza macica, łoŜysko krwiokosmówkowe, menstruacja, 1 para sutek piersiowych, tylko paznokcie, kły przed zgryzem, ICPM - 2123

• Cechy człekokształtnych : linie papilarne, redukcja ogona, C-kształtny kręgosłup, redukcja kręgów do Th-L = 16-18, wzrost do S = 4-5, wypukła klatka, mostek jednoczęściowy

Homo psychologicusCzłowiek - jego odrębność:

Cechy banalne:

dwunoŜność, pionizacja, prosty staw kolana,

S-kształtny kręgosłup, dwustronna dźwignia czaszki,

wypiętrzona czaszka, skrócona szczęka, bródka,

kły w linii zgryzu, zęby bez przerw,

płaska twarz, małe łuki brwi, długi nos i przegroda,

wolna ręka,

manipulacja,

cerebryzacja - kora rozbudowana,

Homo psychologicusCzłowiek - jego odrębność:

Cechy niebanalne – rodzą róŜne, często przykre konsekwencje:

- długi rozwój osobniczy

- długa opieka nad potomstwem

- pedogeneza - neotenia = dojrzałość płciowa przed dojrzałością społeczną

- seks oderwany od rozrodu - przyczyna konkurencji i postępu

- cywilizacja i kultura materialna = cywilizacja materialna oparta na pracy

- niegenetyczny przekaz kultury i mowy = warunek przeŜycia i pracy

- mowa jako szczególny system komunikacyjny i narzędzie pracy: • członowana = artykułowana • symboliczna = umowna • oderwana od tu i teraz • nieemocjonalna• produktywna • składniowa = syntaktyczna)

Homo psychologicus

Poziomy integracji biologicznej - Integrony:

•••• molekularny,

•••• subkomórkowy,

•••• komórkowy,

•••• tkankowy,

•••• narządowy,

•••• układowy,

•••• organizmalny,

•••• populacyjny,

•••• biocenotyczny,

•••• biogeocenotyczny,

•••• kosmiczny?

Materialne podłoŜe Ŝycia

Zacznijmy od początku - Materialne podłoŜe Ŝycia

Poziom Molekularny• trzeba się składać z jakichś związków chemicznych,

a one mają pewne własności, które decydują o czynnościach organizmu.

Pierwiastki (trzeba o tym mówić w związku z fizjologią Ŝywienia):• MAKROELEMENTY ( > 0.1% sw.m.)

w tym: „CHONSP” - strukturalne

oraz

Na, K, Cl, Ca – równowaga jonowa płynów ustrojowych i komórek

• MEZOELEMENTY (Fe, Mg)np. w Hb krwinek i licznych enzymach…

• MIKROELEMENTY - regulacyjno-katalityczne: - przykłady:

Zn-insulina, J-tyronina, ... Cu, Co, Mn, F i inne - m.in. w enzymach…


Materialne podłoŜe Ŝycia - Krok dalej

Związki chemiczne (trzeba o tym mówić, np. w związku z toksykologią):

• nieorganiczne,

- woda i jej niezwykle waŜne dla Ŝycia własności - polarny - dipolowy charakter cząsteczki wody, stąd oddziaływania wzajemne cząsteczek wody…

(polarność, ciepło właściwe, ciepło parowania i zamarzania, anomalna rozszerzalność, hydroliza, odczyn, kohezja ...)

- kwasy, sole, tlenki ... etc.

• organiczne- szereg pochodnych od H-(CH2)n-H

np. CH4 , C2H5OH , (NH2)2CO …

Materialne podłoŜe ŜyciaZwiązki Organiczne Proste:

- węglowodory np. metan = CH4

- alkohole (polihydroksy-, amino-) np. etanol = C2H5OH i gliceryna = C3H5(OH)3

- aldehydy, ketony np. aldehyd mrówkowy = HCHO oraz aceton = CH3COCH3

- kwasy (keto- i hydroksy- kwasy oraz kw. tłuszczowe) np. cytrynowy, masłowy ...

- izoprenoidy np. karotenoidy, w tym czerwony barwnik marchewki…

- steroidy np. cholesterol, testosteron, estradiol, ..

- aminy np. adrenalina, serotonina ...

- zw. heterocykliczne np. zasady azotowe (A,G,C,T,U) i hem, np. hemoglobiny ...

- cukry (szereg genetyczny cukrów) w tym: triozy - C3 - (aldehyd glicerynowy), pentozy - C5 - (ryboza, dezoksyryboza), heksozy - C6 - (glukoza, fruktoza,...) ...

- aminokwasy (20 z pośród 100 znanych rodzajów) w tym: Gli, Ala, Wal, Met, Cys, Arg, Liz, GluA, AspA, Fen, Tyr, Try, Ser, ...

Materialne podłoŜe ŜyciaZwiązki Organiczne ZłoŜone: • nukleotydy, • porfiryny, • witaminy, • tłuszczowce, • cukrowce, • białka, • kwasy nukleinowe

najwaŜniejsze ugrupowania funkcyjne: hydroksylowe -OH, karbonylowe =CO, karboksylowe -COOH, aminowe -NH2, tiolowe -SH, ...

najwaŜniejsze wiązania: bezwodnikowe - estrowe, glikozydowe, peptydowe, ...

najwaŜniejsze cechy fizykochemiczne związków: hydro-, lipo- ... fobowość, -filowość, polarność, apolarność, rozmiar cząsteczki (masa molowa wyraŜana w kD)


Rzadstruktury

Celuloza Bialko DNA RNA

Sekwencja 1 14000 razy Glk

300 z 20 AK 3.5 mld par z 4 N

70 -10000 z 4 N

Konformacja

czyli kształt

cząsteczki

2 harmonijka helisa /dywan

dwie nici jedna nic

3 helisa splatek = wezel

helisa klucz/nic

4 wlókno agregat nukleosom

5 agregat kompleks w komórce

superhelisa4-5

6 siec chromatyda

7 chromosom

Rzędowość struktury biopolikondensatów (skrobia, celuloza, białka, DNA, RNA)

Materialne podłoŜe ŜyciaRzędowość struktury białek – tak sobie to moŜna wyobrazić

Struktury 2 rzędu – alfa i beta

Struktura 3 rzędu

Struktura 3 rzędu Struktura 4 rzędu Struktura 4 rzędu - model


Szczególne związki budujące organizm:

• hormony:

aminokwasowe np. adrenalina, 3J-tyrozyna, białkowe np. Insulina, Glukagon, Hormon wzrostu ..., steroidowe np. andro-, estro-, gesta- geny, aldo-, kortyko- steron)

• witaminy i koenzymy(budowa na planie budowy nukleotydów):

CoA: A-Ryb-P-P-PaA-β-Ala-NH-C2H4-SH gdzie: PaA = pantacyna

NAD: A-Ryb-P-P-Ryb-PPgdzie: PP = niacyna

FAD: A-Ryb-P-P-RybOH-B2gdzie: B2 = ryboflawina

CoCo: A-dez-O-Ryb-P-B12gdzie: B12 = kobalamina


śycie jest formą istnienia białka … (F.Engels)

Białkowe Narzędzia śycia - klasyfikacja białek na typy czynnościowe(białka spełniają róŜne funkcje spośród poniŜszych kategorii):

• budulcowe (keratyna, kolagen ...)

• enzymatyczne (pepsyna, cytochromy ...)

• hormonalne i neuroprzekaŜnikowe(insulina, hormon wzrostu, endorfiny, ...)

• receptorowe błonowe(receptor androgenów, receptory opiatowe /morfiny/ ...)

• antygenowe(antygeny A, B, Rh ...)

• przeciwciała(aglutyniny, lizyny ...)

• transportowe, w tym: kanały błonowe (kanał sodowy, ... ); pompy błonowe (pompa sodowo-potasowa, ...;), nośniki błonowe ...


Enzymy – prosty przykład dalszej komplikacji

Enzym czyli biologiczny, białkowy katalizator przyśpieszający reakcje chemiczne tysiące razy, niezbędny do METABOLIZMU

Główne klasy enzymów (wg IUPAC 1960)

• Oksydoreduktazy w tym: dehydrogenazy (np. bursztynianowa), katalaza …

• Transferazy w tym: AlAT i AspAT (oznaczane w krwi)AChE (cholinoestraza), kinazy (CPK - kreatyniny)

• Hydrolazy w tym: ATP-azy (np. mięśniowa i Na,K-ATP-aza)i enzymy trawienne, jak pepsyna, amylaza …

• Liazy (w tym syntazy) w tym: syntaza cytrynianowa, dekarboksylazy

• Izomerazy

• Ligazy (syntetazy) w tym: syntetaza AcCoA


I co z tego? Po co to komu?

Centralny Dogmat Biologii Molekularnej • Reakcje chemiczne, biochemiczne i procesy fizjologiczne w

komórkach polegają na wzajemnym oddziaływaniu cząsteczek chemicznych mających dopasowane do siebie kształty oraz uzupełniające własności fizyczne

• Kształt współoddziałujących cząsteczek musi sobie wzajemnie odpowiadać.Zasada: klucz - zamek Zasada dopasowywania wzajemnego „ręki i rękawiczki”

• Dogmat dotyczy interakcji: * enzymu z substratem, * hormonu lub mediatora z receptorem (białkiem) błonowym, * antygenu z przeciwciałem (immunoglobuliną), * białka transportowego (kanału, pompy) z przenoszoną substancją* trucizny z wraŜliwymi strukturami (enzymy, receptory, kanały)

Zatem jest to podstawa fizjologii, farmakologii i TOKSYKOLOGII

Metabolizmśeby pracować trzeba wydatkować energię.

Metabolizm = Katabolizm (Dysymilacja) + Anabolizm (Asymilacja)(wyzwala energię) (magazynuje energię w ciele)

Metabolizm = reakcje (bio)chemiczne katalizowane przez enzymy

Powtórka z chemii• Reakcje chemiczne - równowaga reakcji

• Reguła przekory wg Le Chateliera i Brauna (układ w równowadze przeciwdziała zaburzeniu składu lub warunków fizycznych)

• Kataliza – katalizatory (w tym enzymy – patrz wcześniej)

• Próg energetyczny reakcji ( „enzymy obniŜają” )

• Kataliza enzymatyczna (specyficzność wzgl. substratu i reakcji, optimum temperatury)

MetabolizmUniwersalny nośnik energii metabolicznej

ATP czyli trudne słowo … i trudne procesy

• ATP - 12-16 kcal/mol (7 kcal/mol wiązania estrowego - 3-8 x więcej niŜ w innych wiązaniach)

Trzy sposoby odzyskania energii z ATP (zawsze hydroliza ATP-azą)

• ATP → AMP + Pi + Pi + 12-16 kcal/mol

• ATP → ADP + Pi + 7 kcal/mol

• ATP → AMP + PPi + 7 kcal/mol

Dwa sposoby „ładowania” energią ATP

• P-Cr + ADP → Cr + ATP

• Glukoza → 680 -738 kcal brutto → 40% w ATP = 266 kcal

Metabolizm

Uniwersalny nośnik energii metabolicznej

ATP czyli trudne słowo … i trudne procesy

1 mol ATP ~ 550 g ATP

1 mol ATP ~ 7 kcal (29 kJ)

U człowieka średnia przemiana (SDPM) na dobę:

SDPM = ~2 000 kcal/d = ~120 mol ATP/d (bo 40%)= ~60 kg ATP/d

Metabolizm - oddychanieOddychanie czyli przykład na proces kataboliczny

Oddychanie czyli kilka sposobów na „ładowanie energii” do ATP

Oddychanie, tak jak się je rozumie w przedszkolu

• glukoza + tlen � dwutlenek węgla + woda + energia (w ATP)

• C6H12O6 + 6 O2 � 6 CO2 + 6 H2O + 680-738 kcal brutto/mol

lub 266 kcal netto/mol

czyli 38 mol ATP/mol

Oddychanie (komórkowe), tak naprawdę,cztery kolejne procesy biochemiczne wewnątrz komórki:1. glikoliza 2. cykl kwasów trojkarboksylowych3. transport elektronów w łańcuchu oddechowym 4. fosforylacja oksydatywna

Metabolizm - oddychanieOddychanie komórkowe po kolei – miejsce akcji

Komórka Mitochondrium

Łańcuch oddechowy

śródło: Wikipedia / Ściaga

Metabolizm - oddychanieOddychanie komórkowe po kolei

1. Glikoliza - układ zasilania w paliwo suroweczyli przekształcenie glukozy w kwas pirogronowy z niewielkim zyskiem ATP:

2 × [NAD+ →→→→ NADH+H+] Glc →→→→ Fru-1,6-dwu P →→→→ 2 ald. P-glic. →→→→ 2 kw. 1,3-dwu P-glic. →→→→ 2 kw. pirogr. 2 ATP →→→→ 2 ADP 2 × [2 ADP →→→→ 2 ATP]

2. Oddychanie beztlenowe (fermentacja) – rozwiązanie awaryjneczyli sposób na zagospodarowanie trującego pirogronianu (jak się nie da go zagospodarować inaczej) z wytworzeniem mniej trującego mleczanu:

2 × [NAD+ →→→→ NADH+H+] 2 × [NADH+H+ →→→→ NAD+] Glc →→→→ 2 ald. P-glic. →→→→ 2 kw. 1,3-dwu P-glic. →→→→ 2 kw. pirogr. →→→→ 2 kw. mlekowy 2 ATP →→→→ 2 ADP 2 × [2 ADP →→→→ 2 ATP]

Metabolizm - oddychanieOddychanie komórkowe po kolei

3. CTK - Cykl Kwasów Trójkarboksylowych - mechanizm uzyskania paliwa wodorowego, z którego dopiero później będzie poŜytek:

CH3COCOOH + CoA-SH + 4 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O + „C4” →→→→

→→→→ CoA-SH + 3 CO2 + 4 (NADH + H+) + FADH2 + GTP + „C4”

Bilans wodorów w cyklu kwasów trójkarboksylowych:

• Przychód [H]: 4 z pirogronianu + 2 z GTP i Pi + 4 z 2 H2O = 10 [H]

• Rozchód [H]: 8 w 4 [NADH+H+] + 2 w FADH2 = 10 [H] (i to jest zysk do wykorzystania w kolejnym etapie)

4. Łańcuch Przenośników Elektronów i Fosforylacja Oksydatywna- system kontrolowanego spalania wodoru w tlenie i przechwycenia energii:

SubH2 →→→→ NAD+ →→→→ FAD →→→→ CoQ →→→→ 2 ×××× {cyt b →→→→ cyt c →→→→ cyt a} →→→→ 1/2 O2

2 H+ + 2 e- + 1/2 O2 + 3 ADP + 3 Pi →→→→ H2O + 3 ATP

Metabolizm - oddychanie

Oddychanie mitochondrialne:

Bilans energetyczny oddychania mitochondrialnego z glikolizą: • Aktywacja: – 2 ATP/Glc• Glikoliza: + 4 ATP/Glc + 2 (NADH+H+)/Glc• CKT: + 2 GTP/Glc + [8 (NADH + H+) + 2 FADH2] /Glc• Fosforylacja: 2 × 3 ATP/(NADH+H+) + 8 × 3 ATP/(NADH+H+) + 2 × 2 ATP/FADH2

= (34 + 4) ATP = 38 ATP • Razem: (34 + 2 + 4 - 2) ATP = 38 ATP

( – 2 ATP - transport w mitochondrium) 266 kcal/mol Glk, 40% brutto

Beta Oksydacja Wolnych Kwasów Tłuszczowych:

CH(2n+ 1)-CH2CH2COOH + 2 HS-CoA + ATP + FAD + NAD+ + H2O →→→→

→→→→ CH(2n+1)-CO-S-CoA + CH3CO-S-CoA + ADP + Pi + FADH2 + NADH + H+

Bilans wodoru w beta-oksydacji: • Przychód: 2 od węgli alfa i beta, 1 z -COOH i 2 z 2 HS-CoA, 2 z H2O, • Rozchód: 2 w FADH2, 2 w NADH+H

+ , 1 w CH3CO-S-CoA, 2 w ADP i Pi

MetabolizmAnabolizm czyli na co przeznaczyć uzyskaną energię

Przykłady Reakcji Anabolicznych: • Glukoneogeneza:

mleczan →→→→ glukoza →→→→ glikogen • Lipogeneza:

aminokwasy/cukrowce →→→→ ketokwasy →→→→ tłuszcze• Sterydogeneza, synteza porfiryn i prostaglandyn:

aminokwasy + (cukrowce/tłuszczowce) →→→→→→→→ porfiryny, steroidy, prostaglandyny

• Synteza zasad azotowych: aminokwasy + akt.octan →→→→ puryny, pirymidyny

• Synteza mocznika: 2 NH3 + CO2 →→→→ (NH2)2CO

• Synteza białka: osobna dłuŜsza opowieść .................

Zasady ogólne procesów biosyntetycznych: • synteza związków wielkocząsteczkowych w komórce ze zw. drobnocząsteczkowych, • substraty - nieliczne związki podstawowe, • szlaki syntez róŜne od szlaków rozpadu, (przedziałowość) • synteza na koszt ATP, • produkty syntez specyficzne gatunkowo i osobniczo

Metabolizm

Na co przeznaczyć energię uzyskaną w procesach katabolicznych?

Oprócz anabolizmu

– na ADAPTACJĘ

Pobudliwość i adaptacjaPobudliwość• zdolność do czynnej (tzn. z wydatkowaniem energii) zmiany stanu organizmu

(reakcji) w odpowiedzi na zmianę fizycznych oddziaływań środowiska na organizm (bodziec).

• wyrazem pobudliwości jest zawsze zmiana przebiegu przemiany materii w komórkach organizmu, nawet wtedy gdy nie ma zewnętrznych tego objawów, np. przy zaniechaniu reakcji, przy uczeniu się ...

• pobudliwość polega na kaskadowym wzmocnieniu słabego bodźca i przetworzeniu go na reakcję z duŜym (a co najmniej większym) wydatkiem energii

Bodziec • wyłącznie zmiana energii oddziaływań fizycznych na organizm • bodziec progowy (wykrywany z prawdopodobieństwem 1/2),

bodziec nadprogowy, bodziec maksymalny ... itd

Reakcja • skutek przetworzenia bodźca według „zapisanego” w układzie nerwowym

algorytmu (programu) przetwarzania, moŜe polegać wyłącznie na zmianie procesów chemicznych lub na wynikającym z tych zmian wydzielaniu pewnych substancji, zmianie kształtu, ruchu w środowisku...

• reakcje są kontrolowane na drodze nerwowej lub hormonalnej (wydzielanie hormonów jest kontrolowane przez układ nerwowy)

Pobudliwość i adaptacja

Pobudliwość jest niezbędna do Przystosowania się do środowiska

- ADAPTACJI

Wskutek ADAPTACJI organizm utrzymuje niezmienność swojego stanu (względną) i równowagę przepływów materii i energii

do i od swojego wnętrza- HOMEOSTAZĘ

Pobudliwość i adaptacjaPojęcie bodźca progowego:

• wykrywany z prawdopodobieństwem 1/2 (P = 0,5)

• scharakteryzowany przez iloczyn mocy fizycznej i czasu działania (energię)

E = M × t• naleŜy do rodziny bodźców progowych danego rodzaju

(nie jeden, lecz nieskończenie wiele)

• graficznie interpretowany jako punkt na hiperboli między osiami: moc - czas działania

Czas działania

Moc

Bodźce nadprogoweP > 0,5

Bodźce podprogoweP < 0,5

Bodźce progoweP = 0,5

M

t

Pobudliwość i adaptacjaZasada Logarytmicznego PrzełoŜenia Bodziec - Reakcja

Wszechobecne Prawo Webera-Fechnera

S = k × log Ix/I0

lub inaczej ułamek Webera

∆I / I0 = k

Działa we wszystkich przypadkach: - rozpoznawania głośności dźwięku, intensywności światła, rozróŜniania cięŜarów ... - reakcji na leki i trucizny ... ... lecz jest tylko jednym z moŜliwych ujęć matematycznych ...

Wariacje na temat - prawo Stevensa

Ψ = k × (Φ - Φ0 )n

Przykład: skala decybelowa ...

I / I0

S


Homeostaza (C.Bernard, W.Cannon) • względna stałość własności organizmu (układu) dzięki równowaŜeniu się

przepływów materii, energii i informacji do i od organizmu (układu)

• odwracalne, ograniczone wahania stanu wokół poziomu optymalnego (tzw. punktu nastawienia -set point)

• punkt nastawienia homeostazy moŜe się zmieniać w trakcie rozwoju -przypadek homeostazy płynnej rozwojowo czyli homeorezy

Przykłady: stała masa ciała, stała temperatura ciała, stałe ciśnienie tętnicze, stała zawartość tlenu lub cukru we krwi ... ,

równowaga pobierania i utraty wody, soli, węgla ...


Zasady utrzymania Homeostazy

• reakcje kontrolowane w pętlach sprzęŜeń zwrotnych (spręŜenia zwrotne ujemne – najczęściej)

• współdziałanie procesów przeciwstawnych

• oddzielenie (kompartmentyzacja czyli przedziałowość)procesów o przeciwstawnym charakterze

• oscylacje wokół stanu równowagi - punktu nastawienia (set point)

B R


Adaptacja Fizjologia, neurofizjologia i psychologia opisują róŜne aspekty procesów Adaptacji

Adaptacja - zespół procesów, w wyniku których, w miarę trwania naraŜenia (ekspozycji) na czynnik środowiska (bodziec), skutki działania tego bodźca maleją lub nie osiągająprzewidywanych wartości, a organizm (układ) naraŜony na bodziec przeciwdziała tym skutkom i zachowuje stałośćswojego stanu (homeostazę)

Adaptacja zachodzi dzięki procesom regulacji nerwowej (takŜe zachowaniu się) oraz regulacji hormonalnej.


Adaptacja

Względem danego bodźca organizm moŜe wykazywać:

• Tolerancję- nieograniczony czas naraŜenia, bodziec optymalny, często korzystny

• Oporność (nie „odporność”, tylko „oporność”)- ograniczony czas naraŜenia, bodziec uciąŜliwy

• Brak oporności (podatność)- nieodwracalna zmiana stanu, bodziec szkodliwy


Zasada Tolerancji Shelforda (ZTS)i prawo minimum Liebiga

Dla kaŜdego rodzaju bodźca działającego na układ (organizm)istnieje zakres jego intensywności, w którym funkcje układu (funkcje Ŝyciowe organizmu) przebiegają najsprawniej (tj. najmniejszym kosztem energetycznym, behawioralnym etc.)i w którym sprawność układu (organizmu) wyraŜona zdolnościądo przeŜycia, pracy, rozrodu itp. jest najwyŜsza.

Bodźce silniejsze lub słabsze ograniczają sprawność organizmu

• ilustracją Zasady Tolerancji Shelforda jest wykres Hessa

• prawo minimum Liebiga opisuje „lewą połowę” ZTS


Zasada Tolerancji Shelforda (ZTS)- wykres Hessa

Przykład: - zbyt niska lub zbyt wysoka temperatura- nadmiar lub niedomiar poŜywienia - nadmiar lub niedomiar wybranego składnika poŜywienia, - nadmiar lub brak wody, - nadmiar lub niedobór ruchu , wysiłku , wypoczynku (!)

... tlenu,

... informacji,

... kontaktów socjalnych, … pieniędzy (!),... troski rodzicielskiej ...

Moc bodźca

Sprawność

OptimumTolerancja

PejusOporność

PejusOporność

PessimumBrak

oporności

PessimumBrak

oporności


Reakcja stresowa – tzw. „Stres” (H. Selye) - szczególny rodzaj reakcji adaptacyjnej -

- reakcji stresowej - w odpowiedzi na bodziec stresowy = stresor:

• niespecyficzna względem bodźca i sposobu reakcji (podobne objawy niezaleŜnie od przyczyny)

• uogólniona(obejmuje róŜne - wszystkie istotne - funkcje organizmu)

• stereotypowa(zawsze o tym samym przebiegu, tych samych elementach, podobnej sile)

• nieadekwatna do działającego bodźca (nie zapewnia przeciwdziałania i zachowania homeostazy)

Synonimy dla terminu „Reakcja stresowa”: Ogólna reakcja adaptacyjna,

Reakcja alarmowa

Reakcja ogólnego wzbudzenia

Reakcja „walcz albo uciekaj” (Fight or fly reaction)

Pobudliwość i adaptacjaReakcja stresowa – „Stres” (H. Selye)

wg H. Selye moŜna wyróŜnić:

• Eustres- reakcji stresowej towarzyszy reakcja adekwatna do bodźca lub co najmniej umoŜliwiająca odzyskanie zaburzonej homeostazy - ma wartość przystosowawczą

• Dysstres- przeciwieństwo eustresu, brak wartości przystosowawczej

Fazy reakcji stresowej:• F. Alarmowa

- przygotowawcza, wstępna, niskiej oporności

• F. Oporności- przystosowania - przejściowej adaptacji

• F. Podatności- wyczerpania

Czas działania stresora

Sprawność

F.AlarmowaF.Adaptacji

F.Podatności


Stres ostry i stres przewlekły – objawyw Spitzer. Jak uczy się mózg. za Sapolsky (1992)

STRES OSTRY STRES PRZEWLEKŁY

Mobilizacja energii Miopatia, zmęczenie, cukrzyca

PodwyŜszone ciśnienie sercowo-naczyniowe

Nadciśnienie tętnicze

Wzrost zdolności poznawczych Obumieranie neuronów

Zahamowane trawienie Wrzody Ŝołądka i dwunastnicy

Zahamowany wzrost Psychogenna karłowatość, osteoporoza

Zahamowane procesy reprodukcyjne Zanik miesiączki, impotencja, utrata popędu

Zahamowany układ odpornościowy PodwyŜszone ryzyko zachorowań

Pobudliwość i adaptacjaAdaptacja = Regulacja czynności fizjologicznych

Regulacja Nerwowa - temat rzeka ...

w uproszczonym ujęciu - na zasadzie czynności odruchowych • Odruchy bezwarunkowe (wrodzone) • Odruchy warunkowe (nabyte = wyuczone = warunkowane)• Czynności instynktowne (bardziej złoŜone niŜ odruchy)• Czynności dowolne (zintelektualizowane)

Łuk odruchowy(złoŜony z)

receptor – droga aferentna – ośrodek odruchu – droga eferentna – efektor

Przebieg czynności odruchowej(sprzęŜenie zwrotne, zazwyczaj ujemne, S - R)

Bodziec �� Reakcja �� Wzmocnienie = Bodziec �� Reakcja …

S

R

Re

Mięsień

Receptor

Pobudliwość i adaptacjaAdaptacja = Regulacja czynności fizjologicznych

Regulacja Hormonalna - tylko co najwaŜniejsze

Hormony • gruczołowe (np. insulina, hormon wzrostu, testosteron, ... itd.) • tkankowe (np. serotonina, bradykinina, histamina, prostaglandyny, ... itd.)

Hormony • aminokwasowe (np. adrenalina, tyroksyna)• białkowe i peptydowe (np. hormon wzrostu, insulina, parathormon, …)• steroidowe (np. kortyzol, testosteron, estradiol, progesteron, aldosteron)

Hormony: • podwzgórza:

liberyny – RH (np. kortykoliberyna = CRH), statyny - IH (np. somatostatyna = SIH)• przysadki (tropiny = hormony tropowe):

GH, TSH, ACTH, FSH, LH, PRL, LPF, MSH, ADH = VA, OT

• obwodowe zaleŜne od przysadki:kortyzol, testosteron, estradiol, progesteron, tyroksyna,

• obwodowe niezaleŜne od przysadki:melatonina, PTH, kalcytonina, aldosteron, glukagon, insulina, adrenalina, noradrenalina

Pobudliwość i adaptacjaHormony regulują czynności komórek

oddziałują na procesy metaboliczne oraz na syntezę białek a przez to uruchomienie nowych procesów metabolicznych

Mechanizmy regulacji hormonalnej• wzmocnienie kaskadowe bodźca • sprzęŜenie zwrotne ujemne - pętla krótka, pętla długa • uruchamianie wykonawczych mechanizmy komórkowych

Mechanizm działania hormonów • białkowych i aminokwasowych

– oddziaływanie na juŜ istniejące białka komórkowe lub syntezę nowych białek– zawsze poprzez tzw. drugie przekaźniki (czynniki wewnątrzkomórkowe)np.: c-AMP, c-GMP, IP3, DAG, Ca2+, arachidonian, NO

• steroidowych – oddziaływanie na ekspresję genów w jadrze komórki i przez to produkcję nowych białek,

Białkowy receptor błonowy lub cytoplazmatyczny uruchamia kaskadę enzymatycznego wzmocnienia (z udziałem kinaz białkowych fosforylujących białka), której końcowym efektem jest zmiana aktywności metabolicznej w komórkach: włączenie / wyłączenie enzymu, transkrypcja i translacja nowego białka i dalsze konsekwencje zmienionej aktywności, np. zjawiska pamięci, skurcz mięśnia, pojawienie się nowej cechy osobniczej w rozwoju (np. zarostu)

Adaptacja - Regulacja hormonalna

Podwzgórze

Przysadka

Gruczoł

Tropina

Hormon obwodowy

Liberyna

SprzęŜenia zwrotne w regulacji hormonalnej


Bodziec

Podwzgórze

Przysadka

Gruczoł

Tropina

Liberyna

Hormon obwodowy

Bodziec

Bodziec

Wzmocnienie kaskadowe w regulacji hormonalnej


Mechanizm działania na czynności komórekhormonów

aminokwasowych/peptydowych i steroidowych .

Ciąg reakcjimetabolicznych

Synteza białka

Receptor

Receptor Hormon

Hormon Hormonna transporterze

Drugi przekaźnik

Kinaza

EnzymlubKanał

DNA(geny)w jądrze

podstawy biologicznych mechanizmów zachowania

Documents