Fiziologija ivotinja

FIZIOLOGIJAphysis (priroda) i logos (nauka)Bioloka disciplina koja prouava funkcije ivih organizama kao i fizike i hemijske procese koji lee u osnovi tih funkcija. ZADATAK: utvrivanje zakonitosti po kojima se ivotni procesi odvijaju, da ih opie i objasni, kao i da utvrivaje regulacionih mehanizama ivotnih procesa PREDMET izuavanja: svi nivoi organizacije ivih sistema (elije, organi, organski sistemi) kao i organizam u celini

Discipline fiziologijefiziologija ivotinja i fiziologija biljakaFIZIOLOGIJA IVOTINJAopta i sistemska fiziologija (osnovni principi po kojima razliiti ivotinjski organizmi funkcioniu)uporedna fiziologija (slinosti i razlike izmeu vrsta)ekoloka fiziologija (interakcije organizama sa sredinom)evoluciona fiziologija (promene pojedinih fiziolokih osobina kroz vreme i nastanah novih pod uticajem prirodne selekcije)fiziologija ovekapatoloka fiziologija (funkcionalni poremeaji u ljudskom organizmu)

Veza fiziologije sa drugim naukamaAnatomijada bi se prouili ivotni procesi, neophodno je poznavanje grae elija, organa, organizma. Fizika i hemijaivotni procesi koji se odigravaju u eliji i organizmu odigravaju se po zakonima fizike i hemijenpr. disanje, razmena gasova, delovanje enzima, procesi u nervnim i miinim elijamaU sistemu biolokih disciplina fiziologija je posebno povezana sa biohemijom i biofizikom.

Znaaj fiziologijefundamentalni (teorijski) znaajuoavanje slinosti i razlika izmeu vrstapraktini znaajprimena eksperimentalnih nalaza sa ivotinja na oveka

Nivoi organizacije ivih sistema

biosferabiomekosistembiocenozapopulacija

ORGANIZAMSISTEM ORGANAORGANSKI APARATORGANTKIVOELIJA

organele biomolekuli

elijaosnovna jedinica grae i funkcije svakog organizmaTkivoVii nivo organizacije. elije se integriu u tkivo.Tkivo je grupa elija istog oblika, grae, funkcije i embrionalnog porekla.OrganU sastav jednog organa ulazi vie vrsta tkiva. Svaki organ vri odreenu funkciju npr. plua -razmenu gasova; bubrezi-izluivanje; srce-cirkulaciju krvi.Organski aparatine organi koji su funkcionalno i anatomski povezani. Svaki organ u okviru aparata vri odreenu funkciju koja je podreena organskom aparatu. ulo vida (oko) i ulo sluha i ravnotee (uho).Organski sistemOrgani su funkcionalno i anatomski povezani (npr. sistem organa za varenje, disanje, krvotok). Organski sistem mogu graditi organi meu kojima postoji samo funkcionalna veza. Npr. endokrini sistem. Endokrine lezde su u organizmu prostorno jako udaljene, povezuju se putem krvi koja prenosi hormone.OrganizamNajvii nivo organizacije ive materije. Strukturna i funkcionalna celina. Ostvaren je visok stepen integracije svih podreenih delova.npr. poremeaj u radu jednog organa moe se odraziti i na rad drugih organa a to se moe odraziti na nivou organizma kao celine.

Integracija Visok stepen integracije delova na nivou organa, kao i njihovo koordinirano delovanje obezbeuju dva sistema u organizmu: endokrini i nervni sistem.

(, ) () : (, , , ) : , . (, , )

Hemijski sastav elije

E E

, , , , , , , , , , , , , Na+, K+, Mg+, Ca++Cl-, SO4--, PO4--

Molekulska formula:Strukturna formula:Modeli molekula:Voda

, ()-,

( ) C, H, O (10) , , , , ( , ) C, H, O (10) , , , , ( ) C, H, O, N, S (20), , C, H, O, P (5)DNA, RNA

- - - -

()

-R (, , ) (-COOH)A (-NH2)

N- -

PRIMARNA STRUKTURASEKUNDARNA STRUKTURATERCIJARNA STRUKTURADva ili vie polipeptidna lancaKVATERNERNA STRUKTURAUvijeni lanac- paralelne ploe- heliks- nepravilno klupelinearna sekvenca amino kiselina

( !!!) ,

. (: : )

Komplementarno sparivanje baznih parovaAadeninCcitozinT timinGguanin

RNK 1 : (: ; : ) .

3 : (iRNK, mRNK - messenger) (rRNK) (tRNK)

, , . ,

Transport kroz elijsku membranuMaterije se kroz elijsku membranu mogu prenositi:pasivnim transportom difuzijomnasumino kretanje estica koje je uslovljeno njihovom kinetikom energijom, a kretanje se odvija u pravcu koncentracijskog gradijenta.aktivnim transportomAktivni transport se odvija nasuprot koncentracijskog gradijenta, tako da je za ovaj transport potrebna hemijska energija i nosai.

Pasivni transport - difuzijaDifuzija kroz elijsku membranu se moe odvijati:rastvaranjem u lipidimakroz pore membrane

Difuzija rastvaranjem u lipidimase kroz kroz membranu prenose CO2, O2, masne kiseline i alkoholi.Kada ove materije dou u dodir sa lipidnim dvoslojem membrane, odmah se rastvaraju, a zatim difunduju kroz lipidni dvosloj. faktor koji odreuje brzinu difuzije kroz lipidni dvosloj membrane je rastvorljivost materije u lipidima. npr. O2 se lako rastvara u lipidima i on zato kroz lipidni dvosloj membrane prolazi nekoliko puta bre nego kroz vodu.

Difuzija kroz pore membranedifunduju molekuli iji je promer manji od promera pora i joni: molekuli H2O, uree i razni joniPore membrane predstavljaju pukotine u membrani koje su oiviene proteinima. One su put za kretanje materija rastvorljivih u vodi. Proteini pore su pozitivno naelektrisani

Faktori koji odreuju brzinu difuzije su veliina i naelektrisanje esticekako su molekuli vode manji od molekula uree, oni bre difunduju. Katjoni tee prolaze zbog svog pozitivnog naelektrisanja koje se odbija sa pozitivnim naelektrisanjem proteina pore. Katjoni sa manje pozitivnog naelektrisanja lake prolaze (Na+ i K+ lake prolaze od Mg2+ i Ca2+, a oni bre od feri jona: Fe3+). Anjoni bre prolaze od katjona jer ih privlai pozitivno naelektrisanje proteina pore.

Olakana difuzijaOvim procesom kroz membranu prolaze neki eeri, pre svega glukoza i neke materije se slabo rastvaraju u lipidima. Da bi se materija kroz membranu prenosila na taj nain, mora postojati koncentracijski gradijent i nosa u membrani za tu materiju.

Olakana difuzija glukozeglukoza se na spoljnoj strani membrane vee za molekul nosaa i nastaje spoj nosa-glukoza. Ovaj spoj je rastvorljiv u lipidima i taj kompleks difunduje kroz lipidni dvosloj: nosa rotira od spoljanje ka unutranjoj strani membrane, gde e glukozu otpustiti u eliju, a zatim e se vratiti na spoljanju stranu membrane da bi vezao novi molekul glukoze i preneo ga u eliju. Uloga nosaa je da glukozu uini rastvornom u lipidima, bez ega se ona ne bi mogla preneti kroz membranu.

Faktori od kojih zavisi dinamika olakane difuzije:Koliina materije koja se prenosi olakanom difuzijom zavisi od koncentracijskog gradijenta za tu materiju i koliine raspoloivog nosaa. hormon insulin prenos glukoze ubrzava 7-10 puta, mada se ne zna kako insulin deluje: da li ubrzava vezivanje nosaa i glukoze ili poveava koliinu nosaa u membrani.

veliina jona (stepen hidratacije)Npr. hidrirani jon Na+ je za 30% vei od hidriranog jona K+, pa zato oko 100 puta tee difunduje. manjak Ca u vanelijskoj tenosti poveava propustljivost pora. hormon ADH (antidiuretini hormon) poveava promer pora.

Aktivni transportAktivni transport je transport kroz elijsku membranu nasuprot koncentracijskog gradijenta zahteva energiju. Kroz elijsku membranu aktivnim transportom se ubacuju Na, K, Ca, Fe, H, a kroz neke membrane se mogu prenositi eeri i aminokiseline.

Opti mehanizam aktivnog transporta:neka materija T iz vanelijske tenosti treba da se ubaci u eliju, koncentracija T u eliji mnogo je vea nego u vanelijskoj tenosti, Materija T se na spoljanjoj strani membrane vezuje za nosa Nnastaje kompleks NT zatim se na unutranjoj strani membrane materija otpusti u elijunosa se vrati ka spoljanjoj strani membrane.

Zavisnost aktivnog transporta od energijeOvom transportnom sistemu treba dodati energiju, jer se vri nasuprot koncentracijskog gradijenta. Bez obzira na nain korienja energije, ona se transportnom sistemu mora dodati na unutranjoj strani membrane, jer se tu nalazi ATP koji daje energiju za transport. Da bi ATP dao energiju, mora postojati enzim ATPaza koji razgrauje ATP. Nosai membrane su u isto vreme i enzimi koji razgrauju ATP. Nosai su ili proteini membrane ili lipoproteini. Protein uvek sadri receptorsko mesto za materiju koja se prenosi aktivnim transportom

Aktivni transport Na+ i K+pumpa za Na+ i K+Na+ je ekstracelularni jon i njegova koncentracija u vanelijskoj tenosti je jako visoka. Na+ se aktivnim transportom stalno izbacuje u vanelijsku tenost. K+ je intracelularni jon i njegova koncentracija u eliji je mnogo vea nego u vanelijskoj tenosti. K+ se stalno iz vanelijske tenosti ubacuje u eliju.

Mehanizam Na+ / K+ pumpe: na unutranjoj strani membrane se Na+ vezuje za nosa Y i nastaje kompleks Na+ Y. Nosa Y ima tri domena i tri mesta za vezivanje Na+kompleks Na+ Y se okree ka spoljanjoj strani membrane gde se Na+ otputa u vanelijsku tenost,nosa Y delimino menja svoju konformaciju i postaje nosa X. X na spoljanjoj strani membrane vee K+, nastaje kompleks K+X koji se kree ka unutranjoj strani membrane. ATP daje energiju za otputanje K+ u eliju, pri emu e enzim ATP-aza izgraivati ATP, a za ovaj proces neophodni su i joni Mg2+. ovaj transportni sistem prenosi 3 jona Na prenese se 1 jon K. Nosa je lipoprotein koji igra ulogu ATP-aze

Mehanizam prenosa Na i K vaan je u mnogim elijama i funkcionalnim sistemimaorganizma. Poseban znaaj ima u nervnim i miinim elijama u prenosu nervnog impulsa. U drugim elijama aktivni transport Na i K spreava bubrenje elije jer se zajedno sa Na iz elije izbacuje i voda. Aktivni transport Na i K oznaen je kao K-Na pumpa.

Aktivni transport glukozeKroz neke membrane aktivnim transportom se prenosi i glukoza: kroz epitel tankog creva i epitel bubrenih tubula. Iz lumena creva, glukoza se aktivnim transportom prebacuje u krv, gde je njena koncentracija mnogo vea. Zbog takvog aktivnog transporta, glukoza se ne izbacuje fecesom i mokraom.

KOTRANSPORTaktivni transport glukoze kroz neke membrane, on zavisi od akivnog transporta Na (Na/K- pumpe) jer taj proces daje energiju za aktivni transport glukoze. Smatra se da nosa koji aktivno prenosi Na ima jo jedno receptorsko mesto za glukozu. Nosa nee prenositi glukozu ako se za njega ne vee Na.

Aktivni transport aminokiselina Aminokiseline se takoe aktivnim transportom prenose kroz neke organe, epitel creva i bubrenih tubula. Aktivni transport aminokiselina takoe zavisi od aktivnog transporta Na (tj. od energije tog sistema). Zavisi i od nekih hormona kao to su: hormon rasta, insulin, glikokortikoidi (oni ubrzavaju aktivni transport aminokiselina u eliji).

EndocitozaTo je oblik ulaska velikih molekula i krupnih estica u eliju. Postoje 2 oblika endocitoze:pinocitozafagocitoza

Pinocitoza To je mehanizam kojim elija iz vanelijske tenosti uzima krupne molekule, uglavnom proteine. Molekuli proteina koji su u vanelijskoj tenosti se apsorbuju na membranu, zatim se membrana na tom delu gde su se apsorbovali proteini ugiba i taj ugnuti deo membrane se odvaja u vidu pinocitoznog mehuria. Pinocitozni mehuri se zatim spaja sa lizozomom. Lizozom sadri enzime koji razgrauju proteine do aminokiselina; zatim aminokiseline preu u citoplazmu gde se dalje koriste.

Fagocitoza To je mehanizam kojim elija iz vanelijske tenosti uzima krupne estice: bakterije drugih elija ili estice oteenog tkiva. Mehanizam fagocitoze je slian mehanizmu pinocitoze. estice koje se fagocitozom uzimaju apsorbuju se na povrini membrane, koja se tu ugiba i ugnuti deo se odvaja u vidu fagocitoznog mehuria. Fagocitozni mehuri se spaja sa lizozomom koji sadri enzim za razgradnju estica fagocitoznog mehuria

EgzocitozaTo je proces suprotan endocitozi. Karakteristian je za sekretorne elije koje izluuju odreene materije: elije endokrinih i egzokrinih lezda. Egzocitoza ukljuuje granulirani endoplazmatini retikulum (GER) i goldi-aparat. Ribozomi GER-a sintetiu proteine koji trebaju da budu sekretovani (izlueni) iz elije. Ti proteini onda dospevaju u kanalie endoplazmatinog retikuluma i putem njih do goldi-aparata. U goldi-aparatu se ti proteini okrue membranom i u vidu sekretorne granule se odvoje od goldi-aparata. Sekretorna granula citoplazmom putuje do elijske membrane, gde se membrana granule spaja sa elijskom membranom, a proteini se izlue u vanelijsku tenost.

ukupna aktivnost sistema organa dovodi do efekta kreiranja unutranje sredine unutar organizma koja je neophodna za normalno funkcionisanje svih elijastalan sastav vanelijske tenosti i plazmestalna telesna temperaturaUnutranja sredina

Homeostazaregulacija unutranje sredine u relativno uskim granicamanastojanje odranja stabilnosti stanja unutranje sredineHOMEOSTAZA odrava relativnu nezavisnost organizma od spoljanje sredine i uslov je njegovog opstanka

Bioloki kontrolni sisteminervni sistemendokrini sistemprincip samoregulacije i povratne sprege

Povratne spregeivi sistemi funkcioniu i odravaju se na principu povratne sprege koja moe biti negativna i pozitivna. Povratne sprege u biolokim sistemima: proizvod procesa regulie sam proces

NEGATIVNA POVRATNA SPREGA usporava ili zaustavlja procese proces termoregulacije

POZITIVNA POVRATNA SPREGA ubrzava ili aktivira proceseako poveano B poveava A

Negativna povratna sprega

Putem negativne povratne sprege regulie se funkcija endokrinog sistema. Hormoni koje lue endokrine lezde deluju na ciljne elije ili tkiva. Ciljne elije i tkiva poseduju sopstvene autoregulativne mehanizme koji funkcioniu u okviru hormona, samo u tom sluaju brzina i koliina odgovora je mala. Ako se kao ciljne elije uzmu elije titne lezde, onda funkcija elija titne lezde zavisi od koliine jodida u plazmi, tj. kad ima jodida, mogu se sintetisati hormoni titne lezde. Meutim, sinteza hormona titne lezde u odsustvu tireostimulirajueg hormona hormona TSH je nedovoljna. Za normalnu funkciju titne lezde i zadovoljenje potreba organizma neophodna je kontrola aktivnosti ove lezde preko hipofize i njenog hormona TSH.

U organizmu kimenjaka sistemhipotalamus-hipofiza ima centralno mesto u regulaciji funkcije vie endokrinih lezda. Mnoga endokrina tkiva hijerarhijski su podreena sistemu hipotalamus - hipofiza. Sistem hipotalamus - hipofiza - endokrina lezda funkcionie na sistemu negativne povratne sprege. Hipotalamus-hipofiza-titna lezda

U hipotalamusu je centar za termoregulaciju. Ako je u organizmu nizak nivo temperature, u hipotalamusu dolazi do sinteze faktora oslobaanja tireotrofina (TRF) koji se preko krvotoka hipotalamus-hipofiza prenosi u prednji reanj hipofize (adenohipofizu) iz koje se oslobaa tireostimulirajui hormon (TSH). TRF direktno deluje na elije adenohipofize i poveava sekreciju TSH. TSH putem krvi dolazi do titne lezde i iz elija titne lezde oslobaa hormone: T4 (tiroksin) i T3 (3 jod tironin). Naime, hormoni T3 i T4 u titnoj lezdi su u kompleksu sa proteinima tireoglobulinima i TSH aktivira enzim proteazu koji e osloboditi T3 i T4 iz kompleksa sa tireoglobulinima. Meutim, TSH utie i na prebacivanje jodida iz plazme u titnu lezdu, to za posledicu ima poveanu sintezu T3 i T4. Kada se T3 i T4 oslobode u cirkulaciju, oni deluju na eliju tako to poveavaju nivo oksidacionih procesa. Usled intenzivnog oksidacionog procesa, nivo temperature u organizmu raste. to registruje centar za termoregulaciju u hipotalamusu. To za posledicu ima smanjeno oslobaanje TRF, TSH, T3, T4, tj. nivo oksidacionih procesa se ponovo vraa na normalu.

Mnoge lezde funkcioniu na principu negativne povratne sprege, pri emu je iskljuen uticaj sistema hipotalamus-hipofiza. Hormoni endokrinih lezda mogu delovati na ciljnu eliju i dovesti do oslobaanja supstance koja e sad mehanizmom povratne sprege smanjiti oslobaanje tog hormona. Ovako funkcioniu paratitne lezde i pankreas. Paratitne lezde lue parathormon. On utie na promet Ca u organizmu tako to stimulira reapsorpciju Ca iz creva i oslobaa Ca iz kostiju. To za posledicu ima poveanje nivoa Ca u plazmi. Pad koncentracije Ca u plazmi je stimulus paratitnim lezdama da lue parathormon, koji sada iz kostiju oslobaa Ca i poveava njegovu reapsorpciju iz creva. Usled toga nivo Ca u plazmi raste, to je sada inhibitorni uticaj na paratitne lezde i luenje parathormona. Pankreas lui hormon insulin koji utie na nivo glukoze u krvi tako to prebacuje glukozu iz krvi u elije. Stimulus pankreasu da lui insulin je poveani nivo glukoze u krvi. Insulin onda prebacuje glukozu iz krvi u elije, to za posledicu ima pad koncentracije glukoze u krvi. To je inhibicija za pankreas i luenje insulina.

Pozitivna povratna spregaKoagulacija krviNa proces koagulacije (zgruavanja) krvi deluje vie od 30 materija. One se dele na:materije koje taj proces pospeuju - faktori prokoagulacijematerije koje taj proces koe - faktori antikoagulacijeDa li e se krv zgruati ili ne, zavisi od ravnotee ova 2 faktora. Normalno u cirkulaciji preovlauju faktori antikoagulacije, tako da krv ne grua. Meutim, kod povrede tkiva krvnih ila preovlauju faktori prokoagulacije i nastaje krvni ugruak (koagulum) koji zatvara povreen krvni sud.

Koagulacija se odvija u 3 faze:usled povreda krvnih ilanastaje materija aktivator protrombinaaktivator protrombina e protein plazme protrombin prevoditi u trombin koji je protolitiki enzimnastali trombin fibrinogen plazme se prevodi u fibrin koji je u vidu niti. Fibrinske niti obrazuju mreu u koju se zapletu eritrociti, trombociti i plazma i tako nastaje krvni ugruak.

I fazaMehanizam formiranja aktivatora protrombina moe se ukljuiti pri povredi tkiva ili pri povredi krvnih ila ili krvi. Postoje dva osnovna mehanizma ili puta formiranja aktivatora protrombina:spoljanji mehanizam ili put unutranji mehanizam ili putSpoljanji mehanizam formiranja aktivatora protrombina javlja se prilikom povrede tkiva van krvnih ila. Kada krv doe u dodir s povreenim tkivom povreeno tkivo oslobaa dva vana faktora koagulacije:tkivni faktortkivni fosfolipidi

Tkivni faktor reaguje sa 7. faktorom koagulacije u prisustvu tkivnih fosfolipida i prevodi faktor 10 u aktivni faktor 10. Aktivni faktor 10 reaguje sa 5. faktorom koagulacije u prisustvu tkivnih fosfolipida i tako nastaje aktivator protrombina.Unutranji mehanizam formiranja aktivatora protrombina otpoinje povredom same krvi i nastavlja se jednom serijom kaskadnih reakcija. Prilikom povrede krvi izmene dva vana faktora koagulacije i to su: faktor12 i trombociti, tj.kod povrede krvnog suda faktor 12 dolazi u dodir s kolagenom koji se oslobaa iz povreenog krvnog suda i taj kolagen ga prevodi u aktivni faktor 12. Trombociti kada dou u dodir s kolagenom, iz njih e se osloboditi fosfolipidi trombocita. Aktivni faktor 12 delovae na faktor 11 koagulacije i prevee ga u aktivni faktor 11. Aktivni faktor 11 delovae na faktor 9 koagulacije i prevee ga u aktivni faktor 9. Aktivni faktor 9 u prisustvu 8. faktora koagulacije i fosfolipida trombocita delovae na faktor 10 koagulacije i prevesti ga u aktivni faktor 10. Aktivni faktor 10 reaguje sa faktorom 5 koagulacije i sa fosfolipidima trombocita i tako nastaje aktivator protrombina.

II faza Poto nastane aktivator protrombina kao posledica prekida krvnih ila ili usled povrede krvi i trombocita, on e prevoditi protrombin u protolitiki enzim trombin. Protrombin je protein plazme, i on se najveim delom sintetie u jetri,a troi se u procesu koagulacije. Za sintetisanje aktivatora protrombina potreban je vitamin K. to je povreda vea nastaje vie aktivatora protrombina, to je vie aktivatora protrombina vie e se protrombina prevoditi u trombin

III fazanastali trombin e fibrinogen plazme prevoditi u fibrin. Fibrinogen je protein plazme i najvei deo fibrinogena sintetie se u jetri. Trombin na fibrinogen deluje tako to od njega otkine dva polipeptida pri emu nastane fibrinski monomer. Fibrinski monomeri se automatski polimerizuju pri emu nastaju duge niti fibrina koji e formirati fibrinsku mreu u koju se upliu trombociti, eritrociti i plazma i tako nastaje krvni ugruak koji zatvara povreeni krvni sud i krvarenje se spreava. Kada ugruak pone da se formira proces se za nekoliko minuta proiri na okolnu krv. Nastali ugruak stimulira sve procese koji vode dalje koagulaciji. Poto proces koagulacije tee po principu pozitivne povratne sprege to bi znailo da kad koagulacija otpone mogla bi da zahvati itavu krv. Meutim, to se ne dogaa zato to se koagulacija odvija samo u krvi koja miruje. Kada ugruak doe u dodir sa krvlju koja tee odreenom brzinom koagulacija se prekida zato to krv koja tee odnosi faktore koagulacije i ne moe da se obezbedi granina koncentracija tih faktora za proces koagulacije i ona se prekida