Opta fiziologijaPredava: Nadeda Nedeljkovic (nnedel@bio.bg.ac.rs) Asistenti: Sanja Daci (sanjas@bio.bg.ac.rs) Danijela Laketa (danijela@bio.bg.ac.rs)Katedra za optu fiziologiju i biofizikuTelefon: 3033 356

Informacije o kursuObavezan kurs III semestraPredavanja 2 asa nedeljeno(Ponedeljak 8-10 h - MBF i EPonedeljak 14-16h - BVebeSvake druge nedelje 2 asa (u terminima prema dogovoru sa asistentima)LiteraturaOpta fiziologija (N. Nedeljkovi)Eksperimentalna fiziologija nadraljivih elija sa praktikumom (N. Nedeljkovi i autori)Prezentacije: http://files.bio.bg.ac.rs

Ocenjivanje

bodoviAktivnost na vebama10Test (2)2 x 20Ispit50 UKUPNO100

Fiziologija (gr. physis - priroda) - nauka koja ispituje funkcije ivih organizma i njegovih delova, kao i o fizike i hemijske faktore i procese koji su u osnovi tih funkcija. Mironov diskobolus (baca diska; V vek pre n.e.). HipokratGalenHermann von Helmholtz (1821-1894) Klod Bernar (1813-1878)

Opta fiziologijaBavi se izuavanjem ivotnih procesa i fenomena koji se na slian ili isti nain odigravaju kod svih organizama.

ELIJSKA TEORIJAelijatkivoorgansistem organaorganizamSVI ORGANIZMI IZGRAENI SU OD ELIJA KAO OSNOVNIH GRADIVNIH JEDINICA.

Osnovne i specijalizovane elijske funkcijeOsnovni ili fundamentalni elijski procesi procesi koji obezbeuju minimalne potrebe i odravanje integriteta elije. Specijalizovani elijski procesi - posebni procesi koji se odvijaju samo u odreenom tipu elija.Koordinirane telesne funkcije

Fundamentalni elijski procesiPreuzimanje hranljivih materija i kiseonika iz vanelijske sredine;Metaboliki procesi ekstrakcije energije iz hranljivih materija;Eliminacija CO2 i drugih proizvoda metabolizma;Sinteza proteina i komponenti koje ulaze u sastav elijske membrane i unutarelijskih struktura;Kontrola razmene materija izmeu elije i vanelijskog okruenja;Pokretanje materijala iz jednog elijskog odeljka u drugi;Osetljivost i sposobnost reakcije na promene u vanelijskoj sredini;elijska deoba, tokom koje nastaju nove elije istog tipa.

Specijalizovani elijski procesiJedan ili vie posebnih procesa koje obavlja jedan tip elije. Specijalizovani procesi nastali su tokom evolucije kao specijalizacija nekog fundamentalnog elijskog procesa.

Unutranja sredina i homeostazaClaude Bernard (1813-1878)

Ukupan efekat fundamentalnih i specijalizovanih elijskih procesa je takav da se unutar organizma kreira unutranja (interna) sredina neophodna svim elijama za normalno funkcionisanje.

Regulacija interne sredine u relativno uskim granicama ili tendencija odravanja stabilnosti stanja interne sredine, naziva se homeostaza.

Walter Cannon(1871-1945)

Unutranja sredinaUnutranju sredinu ine dva odeljka: - PLAZMA MEUELIJSKA TENOST

Sve elije organizma doprinose odranju stalnosti unutranje sredine.

Homeostatski faktoriKoncentracija hranljivih molekula u vanelijskim tenostima;pH vrednost telesnih tenosti;Koncentracija O2 i CO2;Koncentracija krajnjih proizvoda metabolizma;Koncentracija vode, soli i drugih elektrolita;Zapremina i pritisak telesnih tenostiTemperatura

Homeostatski kontrolni sistemiLokalna kontrola - homeostatski sistemi koji obezbeuju lokalnu kontrolu inherentnu radu svakog organa;Spoljna kontrola homeostatski sistemi koji funkcioniu van organa iju aktivnost reguliu nervno-endokrini sistem

Homeostatski kontrolni sistemi funkcioniu po principu povratnih spregaNegativna povratna sprega Pozitivna povratna Sprega unapred (upozoravajua sprega)

Negativna povratna sprega- kontrolni sistem se opire nastaloj promeni i homeostatski faktor se vraa na zadatu vrednost

Pozitivna povratna sprega- mala promena vrednosti nekog parametra uslovljava sve veu promenu istog parametra

elijska membrana U prirodi ne postoji ivi organizam, bez obzira koliko jednostavan, koji nije fiziki odvojen od svog okruenja. Aleksandar Oparin (Poreklo ivota)

elijska membranaLipidiBazirani na molekulu glicerola (fosfolipidi)HolesterolProteiniIntegralniPeriferniUgljeni hidratiSlobodni polisaharidiGlikoproteiniGlikolipidi

Fluidno-mozaiki model elijske membrane (Singer i Nicolson, 1972.)

Funkcije elijske membrane

Fizika barija Permeabilna barijera (membranski transport)Meuelijska athezijaKomunikacija PrepoznavanjePretvaranje energijePlatforma za kaskadne elijske procese

Funkcije elijske membraneMembranski transport

Transport kroz elijsku membranuSa stanovita utroka energije, sistemi transporta dele se na:

Pasivan (bez utroka energije) Aktivan (uz utroak energije)

Pasivan transportNeposredovani: Prosta difuzijaOsmozaPosredovani:Olakana difuzija posredovana nosaemOlakana difuzija jona kroz jonske kanale

DifuzijaFikov zakonF brzina difuzije; Dm difuzioni koeficijent; Am povrina membrane kroz koju se odvija difuzija; C koncentracija rastvorka koji difunduje u odeljcima o i i; xm debljina elijske membrane; m - koeficijent raslojavanja (predstavlja odnos rastvorljivosti rastvorka u lipidima i vodi); P koeficijent permeabilnosti membrane za dati rastvorak.Difuzija je transportni proces koji se odigrava bez utroka energije, brzinom koja zavisi od razlike koncentracija rastvorka sa dve strane elijske membrane.

Olakana difuzija posredovana nosaemDifuzija molekula kroz elijsku membranu posredovana specifinim transportnim proteinomPrimer glukoznoz transportera (GLUT)Odvija se sa kinetikom zasienja

Olakana difuzija posredovana jonskim kanalomJonski kanali membranske pore koje omoguavaju protok jona. Prema tipu signala koji ih otvara: neregulisani kanali (pore) voltano-zavisni kanali ligand-zavisni kanali kanali prolaznih receptorskih potencijala (TRP kanali)

Pasivan transportTransport vode kroz elijsku membranu - osmozaTransport vode kroz membranu odvija se i kroz specijalizovane kanale akvaporine. Osmoza zavisi od razlike osmotskih pritisaka u dva odeljka:realno = nRT C = nRTC

Regulacija zapremine vodeRegulatorno smanjenje zapremine eliminacija K+ iz elije, eliminacija prolina i taurina.Regulatorno poveanje zapremine poveanje unosa Na+, akumulacija sorbitola i inozitola.

Aktivan transportTransportni procesi koji zahtevaju utroak energijePrimarno aktivan transportSekundarno aktivan transportTransport posredovan membranskim proteinom koji neposredno koristi metaboliku energiju ATP za transport jona nasuprot gradijentu koncentracije - jonske pumpe (transportne ATPaze). Transport posredovan membranskim proteinom koji ne koristi neposredno metaboliku energiju ATP. Za transport se koristi potencijalna energija sadrana u gradijentu jona natrijuma.etiri tipa transportnih ATPaza: V (transportuju iskljuivo protone i nalaze se u unutarelijskim membranama organela) F (transportuje protone, nalazi se u membrani mitohondrija) P (transportuju druge jone, nalaze se u elijskim membranama)ATPaze ABC tipa aktivan transport holesterola, hlorida i retinalaVezani transport: simport antiport

Primarno aktivan transportNa+, K+ - pumpa

Sekundarno aktivan transportTransport nekog jona ili molekula koji je vezan sa istovremenim transportom Na+ u eliju vezani transportZavisno od smera transportnog procesa:Simport(kontransport)Antiport(izmenjiva)Ko-transport Na+ i glukoze (posredstvom SGLT proteina - sodium-dependent glucose transporter. Na+/H+-izmenjiva, Na+/Ca2+-izmenjiva

Vezikularni transportendocitozaegzocitoza

Funkcije elijske membraneMembranski potencijal

Membranski potencijal Razlika potencijala izmeu unutranje i spoljanje strane elijske membrane koja tipino iznosi oko -65 mV.Neravnomerna distribucija jona u dva elijska odeljkaSelektivna permeabilnost membrane za joneNeravnomerna distribucija jona

mmol/ljonunutarelijska koncentracijavanelijska koncentracijaK+1555Na+12145Mg2+152Ca2+0.022Cl-4110HCO3-827

Selektivna permeabilnost membrane za jone Mobilni i stacionarni joni relativna permeabilnost membrane za mobilne jone je razliita: PK > PCl > PNa Membranske poreNeregulisani jonski kanali prisutni u membranama svih elija.Proputaju samo jednu vrstu jona: K+, Na+ ili Cl- Tipina elijska membrana sadri najvie membranskih pora za K+Gramicidin A model za izuavanje membranskih poraGramicidin A je model za izuavanje membranske pore, peptid sastavljen od 15 amino kiselina, naizmenino u D- i L- konfiguraciji Funkcionalna pora sastavljena je od dva polipeptida u formi -heliksa. Promer pore 0.4 nm i duine oko 2.5 nm. Gramicidinski kanal je selektivan za katjone i gotovo nepropustljiv za Cl-. Najveu propustljivost pokazuje za H+, a zatim za NH4+ > Cs+ > Rb+ > K+ > Na+ > Li+.

Razlika potencijala koji se postie u stanju ravnotee, kada su difuziona i elektrina sila jednake i suprotnog usmerenja. Na ravnotenom potencijali neto kretanje jona iz jednog odeljka u drugi je jednako nuli. Ravnoteni potencijal

Elektrohemijska razlika potencijalauslov ravnoteeNernstova jednaina

Uticaj ravnotenih potencijala mobilnih jona na membranski potencijal

Vm = - 65 mV

EK = -75 mVENa = + 55 mVECl = -65 mV

Ravnoteni potencijal K+ u najveoj meri odreuje vrednost membranskog potencijala Goldman Hodgkin Katzova jednaina membranskog potencijala

Funkcije elijske membraneMeuelijska athezija

Vanelijski matrikselijski athezioni molekuli (CAM) Specijalizovane meuelijske veze

Komponente vanelijskog matriksaVanelijski matriks ine proteoglikani i glikozaminoglikani i fibrozne komponente fibronektin, laminin i kolagen.

elijski adhezioni molekuli (CAM)KadheriniIntegriniImunoglobulinski elijski adhezioni molekuli (IgCAM)

Funkcije elijske membrane Kretanje elija

Kretanje elijaPokretne elije se kreu privuene hemotaksinim faktorima, pomou specifinih struktura elijske membrane: pseudopodija lamelipodija filopodijaPokretne elije oslobaaju enzime koje razgrauju komponente vanelijskog matriksa: Matriksne metaloproteinaze (MMP) Metaloproteazne disintegrine (ADAM)

Funkcije elijske membraneMeuelijska komunikacija i signalizacija

Tipovi meuelijskih interakcijaDirektna meuelijska signalizacija: Pukotinasta veza kontaktno-zavisna interakcija

Signalizacija posredovana signalnim molekulimaParakrina signalizacijaAutokrina signalizacijaEndokrina signalizacija Interakcija posredovana nervnim elijama

Signalizacija posredovana signalnim molekulimaSvi tipovi meuelijskih interakcija zahtevaju prisustvo:

1. signalnog molekula (primarnog glasnika) 2. receptorskog molekula

Neki vidovi meuelijskih interakcija sadre:- adaptere - efektore - sekundane glasnike.

Signalna kaskada zapoinje vezivanjem signalnog molekula za receptorRECEPTORI:povrinski (membranski) unutarelijski a. receptori spregnuti sa G proteinom;b. receptori spregnuti sa jonskim kanalom;c. receptori spregnuti sa enzimom

a. citosolni;b. jedarni

Prema nainu prenoenja signala:Prema unutarelijskoj lokalizaciji:Signalni molekul ne moe da proe kroz elijsku membranu (neurotransmiteri, faktori rasta, proteinski hormoni)Signalni molekul moe da proe kroz elijsku membranu (steroidni i tiroidni hormoni)

Tipovi membranskih receptora

Receptori spregnuti sa jonskim kanalomAktivacija ovog receptora dovodi do otvaranja jonskog kanala koji je sastavni deo reecptorskog molekula. Otvaranje kanala dovodi do promena protoka jona kroz membranu i do promene membranskog potencijala.

Receptori spregnuti sa G proteinomTrimerni kompleks sainjen od receptora, G proteina i efektornog molekula (enzim, kanal). Rezultat vezivanja signalnog molekula za receptor jeste aktivacija G proteina, a zatim i efektornog proteina koji dovodi do nastanka sekundarnog glasnika.

Receptori spregnuti sa enzimomAktivacija ovag tipa receptora dovodi do aktivacije enzima (najee tirozin kinaze) koja je ili integralni deo samog receptora ili je poseban enzim. Aktivirana tirozin kinaza fosforilie i na taj nain aktivira ili inhibira druge proteine, dovodei do promena aktivnosti unutarelijskih signalnih puteva.

Unutarelijski receptoricitosolnijedarniNalaze se u citosolu ciljnih elija, najee u neaktivnom kompleku sa nekim drugim proteinom. Vezivanje signalnog molekula (steroidni hormoni) za receptor dovodi do nastanka aktiviranog kompleksa koji se translocira u jedro, gde se vezuje za specifine gene. Rezultat aktivacije reecptora jeste promena ekspresije gena u ciljnoj eliji.

Nalaze se u jedru ciljnih elija. Vezivanje signalnog molekula (tiroidni hormoni) za receptor dovodi do nastanka aktiviranog kompleksa koji se vezuje za specifine gene. Rezultat aktivacije reecptora jeste promena ekspresije gena u ciljnoj eliji.

Opta fiziologija - elijska membrana u mirovanju*