- •Медицине нельзя научить, медицине можно только научиться. М.Я. Мудров Для нас нет и не может быть иного закона, кроме: от изучения человека – к пользе человеку. Р. Лериш
- •Введение в физиологию.
- •Общая функциональная характеристика организма
- •Самостоятельная работа студентов во внеаудиторное время
- •Общая характеристика нормальной физиологии
- •Основные исторические этапы развития физиологии.
- •Физиология как научная основа здорового образа жизни, оценки здоровья и работоспособности человека.
- •Методологические принципы в физиологии
- •Физиологическая функция
- •Норма и параметры функции.
- •Клетка и ее функции
- •Основные структурно-функциональные компоненты клетки.
- •Транспортная функция клеточной мембраны.
- •Функция размножения клеток.
- •Функция гибели клетки.
- •Физиологическая характеристика тканей
- •Общая характеристика органов
- •Общая характеристика организма
- •Профильные материалы
- •Для студентов всех факультетов
- •Средства для самоподготовки студентов
Биосинтетическая функция клетки. Эта функция осуществляется взаимосвязанным комплексом органелл: рибосом, ЭПС и комплексом Гольджи. Синтез и модификация белков рассмотрены выше (1.4, п. 2). Синтез гликогена и липидов (в том числе фосфолипидов и холестерола) происходит в гладкой ЭПС и завершается в комплексе Гольджи. При этом гликоген остается внутриклеточно, а липиды и холестерол используются преимущественно в клеточных мембранах или в составе липопротеидов секретируются из клетки. (Часть стероидных гормонов синтезируется в митохондриях надпочечников.)
Функция внутриклеточного переваривания (питательная, защитная, обновление клеточных структур) обеспечивается лизосомами. Объектом переваривания служат как продукты межклеточной среды, так и собственные элементы клетки. (Недавно обнаружена новая структура, предназначенная для протеолиза аномальных внутриклеточных белков: мутантных, поврежденных токсинами, окислительным стрессом, структура которых не может быть восстановлена специальными белками – шаперонами. Этот протеолиз осуществляется в специальных надмолекулярных комплексах – протеасомах, которые обнаружены в перинуклеарном пространстве и в ядре всех клеток).
Детоксикационная функция клетки. Это функция обезвреживания токсических продуктов, попавших из внешней среды (ксенобиотики) и образованных в организме. Важнейшей детоксицирующей системой является ферментный комплекс в гладкой ЭПС, содержащий цитохром Р-450, который внедряет один из атомов молекулы кислорода в токсические вещества, делая их водорастворимыми и, как правило, малотоксичными. Другая ферментная система ЭПС путем конъюгации (соединения) с глюкуроновой и серной кислотами превращают активные и токсичные вещества (например, билирубин) в водорастворимые и малотоксичные, выделяющиеся с желчью и мочой. Антиоксидантная система, включающая в себя ферменты (супероксиддисмутазу, каталазу, глутатионпероксидазу и др.). и метаболиты (витамины С, Е, А, серусодержащие аминокислоты и др.), обезвреживают активные радикалы кислорода – супероксидный анион, пероксид водорода, гидроксильный анион, синглетный кислород. К специализированным системам детоксикации относятся обезвреживание аммиака путем образования глутамина и мочевины, дейодирование тироидных гормонов и др.
Специализированные функции клетки являются следствием ее дифференцировки (например, сокращение миоцита, генерация нервного импульса в нейроне, синтез иммуноглобулинов в плазматических клетках). Они изучаются в различных разделах курса физиологии.
Функция размножения клеток.
Клеточный цикл соматических клеток состоит из интерфазы и митоза.
Интерфаза имеет последовательные периоды: G1 (Go), S и G2.
Период G1 (от нескольких часов до суток, следует за митозом) – в эту фазу клетка синтезирует белки, РНК, ферменты синтеза предшественников ДНК.
Период Go – клетка может выйти из цикла, длительно быть неактивной (например, клетки иммунной памяти), или функционировать как дифференцированная клетка в обычных условиях (например, гепатоцит), или достигать необратимой дифференцировки (например, нейроны, кардиомиоциты).
Период S (синтетический период, обычно 8 – 12 часов) – происходит синтез и копирование ДНК с постепенным удвоением ее количества (процесс репликации), удваивается и число хромосом, увеличивается синтез рРНК и белка, разделяются центриоли.
Период G2 (премитотический период, 2 – 4 часа) – увеличивается синтез иРНК и белка (особенно тубулинов для митотического веретена), накапливается АТФ для обеспечения митоза.
Митоз имеет следующие основные фазы: профазу, метафазу, анафазу, телофазу, в результате которых образуются две дочерние клетки, идентичные материнской.
(В движение клетки по митотическому циклу важную роль играют белки циклины, уровень которых изменяется в течение цикла. Они регулируют активность ферментов – циклинзависимых киназ. Киназы, в свою очередь, активируют ферменты синтеза ДНК, белков и аккумуляции энергии. Если клетка не готова к переходу в следующий период или фазу, цикл останавливается в сверочных точках, главные из которых действуют в зоне перехода фазы G1 в S и G2 в митоз. Остановка цикла происходит за счет действия синтезируемых белков – р16, , р27 и др. Дефекты в контроле клеточного цикла могут играть важную роль в канцерогенезе.)
Половые клетки на заключительном этапе развития имеют два деления мейоза. При первом делении, как и при митозе, образуются две дочерние клетки с диплоидным набором хромосом. Отличием мейоза является то, что в его процессе происходит конъюгация гомологичных хромосом с интенсивным обменом генетического материала между ними (кроссинговер), затем две хроматиды хромосомы не расходятся в дочерние клетки, а остаются в одной клетке. В результате дочерние клетки имеют геном, отличный от генома исходной клетки. В ней представлены гены, полученные от обоих родителей. Во время второго деления мейоза из одной клетки возникают две клетки с гаплоидным набором хромосом. Это необходимо для того, чтобы при оплодотворении возникла зигота с диплоидным набором хромосом. В результате мейоза из одной клетки с диплоидным набором хромосом образуется четыре клетки с гаплоидным набором.
Функция гибели клетки.
Концепция апоптоза. Апоптоз – это активный, генетически запрограммированный процесс гибели клетки.
Пусковыми факторами апоптоза могут быть как физиологические (критические периоды развития, старость, стрессы, низкокалорийная диета и др.), так и патологические состояния (гипоксия, интоксикации, особенно этанолом, дизрегуляторные процессы и др.). Они приводят к нарушению рецепторного аппарата клетки, накоплению активных форм (свободных радикалов) кислорода, продуктов перекисного окисления липидов и др. Пусковые факторы используют несколько путей активации апоптоза. Один из них реализуется через экспрессию гена р53, продукт которого белок р53 является фактором транскрипции многих генов. (Ген р53 запускает апоптоз, если путем остановки клеточного цикла и активации ферментов репарации ДНК, не может восстановить ее нормальную структуру.) В случае запуска апоптоза происходит транскрипция генов (bax, bak, bad), приводящая к образованию белков-стимуляторов апоптоза. Через ряд промежуточных реакций они активируют ферменты (эндонуклеазы, сериновые и цистеиновые протеазы), вызывающие повреждение ядра, плазмолеммы, цитоплазмы и распад клетки на отдельные фрагменты с их последующим фагоцитозом. Противодействуют апоптозу «гены-спасители» (bcl-2, bcl-х), кодирующие белки-ингибиторы апоптоза.
Значение апоптоза заключается в регуляции гисто- и органогенеза во внутриутробном развитии, инволюции зрелых органов и тканей, регуляции популяции клеток, уничтожении старых и генетически измененных клеток в зрелых тканях и др. Уменьшение способности к апоптозу ниже физиологического уровня – путь к аутоиммунным заболеваниям и злокачественной трансформации клеток. Усиленный или, напротив, ослабленный апоптоз в жизненно важных органах (мозг, сердце и др.) в настоящее время рассматривается как один из механизмов феноптоза – запрограммированной смерти организма [130].
Концепция антиген-маркера стареющих клеток. В клеточной мембране стареющих клеток (эритроцитах, лейкоцитах, тромбоцитах, клетках кожи, легких и др.) экспрессируется скрытый поверхностными гликопротеидами белок полосы III. Аутоантитела к этому маркёру старения служат мостиком, через который старая клетка присоединяется к фагоциту, далее она уничтожается с помощью цитолитического комплекса системы комплемента и путем аутофагоцитоза.