Embed Size (px)
Citation preview
Fiziologija životinjaUvod
Regulatorni mehanizmiMetabolizam
EnzimiĆelijska membrana i membranski
potencijal
FIZIOLOGIJA• physis (priroda) i logos (nauka)• Biološka disciplina koja proučava funkcije
živih organizama kao i fizičke i hemijske procese koji leže u osnovi tih funkcija.
• ZADATAK: utvrđivanje zakonitosti po kojima se životni procesi odvijaju, da ih opiše i objasni, kao i da utvrđivaje regulacionih mehanizama životnih procesa
• PREDMET izučavanja: svi nivoi organizacije živih sistema (ćelije, organi, organski sistemi) kao i organizam u celini
Discipline fiziologije• fiziologija životinja i fiziologija biljaka• FIZIOLOGIJA ŽIVOTINJA
– opšta i sistemska fiziologija (osnovni principi po kojima različiti životinjski organizmi funkcionišu)
– uporedna fiziologija (sličnosti i razlike između vrsta)– ekološka fiziologija (interakcije organizama sa
sredinom)– evoluciona fiziologija (promene pojedinih fizioloških
osobina kroz vreme i nastanah novih pod uticajem prirodne selekcije)
– fiziologija čoveka• patološka fiziologija (funkcionalni poremećaji u ljudskom
organizmu)
Veza fiziologije sa drugim naukama
• Anatomija– da bi se proučili životni procesi, neophodno je
poznavanje građe ćelija, organa, organizma. • Fizika i hemija
– životni procesi koji se odigravaju u ćeliji i organizmu odigravaju se po zakonima fizike i hemije• npr. disanje, razmena gasova, delovanje enzima,
procesi u nervnim i mišićnim ćelijama• U sistemu bioloških disciplina fiziologija je
posebno povezana sa biohemijom i biofizikom.
Značaj fiziologije• fundamentalni (teorijski) značaj
– uočavanje sličnosti i razlika između vrsta• praktični značaj
– primena eksperimentalnih nalaza sa životinja na čoveka
Biološke adaptacije• Adaptacija – nepovratno - genetička osnova – kroz više
generacija (adaptivne osobine su one koje doprinose preživljavanju, ostavljanju potomstva, produžetku vrste)
• Aklimatizacija – fiziološke reakcije - povratne – prilagođavanje jedinki uslovima sredine kojima su duže izložene – povećanje intenziteta disanja ili povećana proizvodnja eritrocita
usled boravka na visokim nadmorskim visinama usled nedostatka kiseonika)
• Aklimacija- u laboratoriji• Trenutno prilagođavanje – promene u funkcijama pojedinih
organskih sistema usled promenjenog ponašanja, većeg fizičkog napora, gladovanja, stresnih situacija (povećan br. otkucaja srca, ubrzano disanje, povećano izbacivanje mokraće)
Regulatori i konformisti• Problem stalnih promena mikrostaništa se rešava
1. Izbegavanjem (migracije, dnevne-noćne životinje)2. Prilagođavanjem (konformisti i regulatori)
– Gušteri – sklanjaju se od visoke temperature– Morske zvezde (osmokonformisti, volumenokonformisti)– Neki crvi (oksikonformisti)– Pustinjski skočimiš
• problem: visoka temperatura i nedostatak vode• kombinacija adaptacija (migracija, noćni život, koncentrovana
mokraća, suv izmet)– Kamile
• problem: visoka temperatura i nedostatak vode• Povećavaju telesnu temperaturu, rezistencija na povećanu konc. uree
– Sisari (termoregulatori, osmoregulatori, oksiregulatori)
biosferabiom
ekosistembiocenozapopulacija
ORGANIZAMSISTEM ORGANA
ORGANSKI APARATORGANTKIVOĆELIJA
organele biomolekuli
Nivoi organizacije živih sistema
Ćelijaosnovna jedinica građe i funkcije svakog organizma
TkivoViši nivo organizacije. Ćelije se integrišu u tkivo.
Tkivo je grupa ćelija istog oblika, građe, funkcije i embrionalnog porekla.
OrganU sastav jednog organa ulazi više vrsta tkiva.
Svaki organ vrši određenu funkciju npr. pluća -razmenu gasova; bubrezi-izlučivanje; srce-cirkulaciju krvi.
Organski aparatČine organi koji su funkcionalno i anatomski povezani.
Svaki organ u okviru aparata vrši određenu funkciju koja je podređena organskom aparatu.
Čulo vida (oko) i čulo sluha i ravnoteže (uho).
Organski sistemOrgani su funkcionalno i anatomski povezani (npr. sistem organa za varenje,
disanje, krvotok). Organski sistem mogu graditi organi među kojima postoji samo funkcionalna veza.
Npr. endokrini sistem. Endokrine žlezde su u organizmu prostorno jako udaljene, povezuju se putem krvi koja prenosi hormone.
OrganizamNajviši nivo organizacije žive materije. Strukturna i funkcionalna celina.
Ostvaren je visok stepen integracije svih podređenih delova.npr. poremećaj u radu jednog organa može se odraziti i na rad
drugih organa a to se može odraziti na nivou organizma kao celine.
Integracija • Visok stepen integracije
delova na nivou organa, kao i njihovo koordinirano delovanje na nivou organizma obezbeđuju dva sistema u organizmu: endokrini i nervni sistem.
Integracija ćelijskih funkcija uspostavlja se zahvaljujući međusobnoj ćelijskoj komunikaciji i interakciji
Osnovni tipovi međućelijskih interakcija1.Neposredna međućelijska
komunikacija koja se ostvaruje između susednih ćelija.
2.Lokalna signalizacija - lokalno otpuštanje signalnih molekula koji difunduju do susednih ćelija
3.Nervne ćelije omogućavaju direktnu komunikaciju kako sa bliskim, tako i sa udaljenim ćelijama u organizmu.
4.Endokrina signalizacija- ostvaruje se posredstvom hormona
.
Molekulski mehanizmi međućelijskih interakcija
• Svi tipovi međućelijskih interakcija zahtevaju prisustvo: – signalnog molekula (primarnog glasnika) – receptorskog molekula
RECEPTORI:
površinski (membranski)
unutarćelijski
Signalni molekul ne može da prođe kroz ćelijsku membranu (neurotransmiteri, faktori rasta, proteinski hormoni)
Signalni molekul može da prođe kroz ćelijsku membranu (steroidni i tiroidni hormoni)
Interna sredina i homeostaza
Klod Bernar (1813-1878)
• Regulacija interne sredine u relativno uskim granicama ili težnja za održavanjem stabilnosti stanja interne sredine, naziva se HOMEOSTAZA.
Homeostaza održava relativnu nezavisnost organizma od spoljašnje sredine i uslov je njegovog opstanka
- Ćelijska homeostaza- Telesna homeostaza- Imunološka homeostaza- Hemostaza
Biološki kontrolni sistemi• Koordinirano odigravanje opštih i specijalizovanih
ćelijskih funkcija, funkcija tkiva, organa i sistema organa, odnosno, odigravanje koordiniranih telesnih procesa odvija se zahvaljujući postojanju preciznih bioloških kontrolnih sistema.
• Biološki kontrolni sistemi postoje na svim nivoima organizacije, od ćelijskog nivoa do nivoa organizma.
Biološki kontrolni sistemi funkcionišu na principu povratne sprege.
Negativna povratna sprega Pozitivna povratna sprega
Primer: Regulacija lučenja hormona
(hipotalamus-hipofiza-žlezda)
Primer: Kaskadni proces koagulacije
krvi
Hladnoća
Prednji režanj hipofize
hipotalamus
Štitna žlezda
Negativna povratna sprega
Tireotropin
Tireotropni oslobađajući faktor
Tiroksin
*da biste uočili efekte na slajdu preuzmite prezentaciju http://www.youtube.com/watch?v=inVZoI1AkC8
Hemijski sastav ćelije
NEORGANSKE MATERIJE• VODA• MAKROELEMENTI (98%)
– kiseonik, vodonik, ugljenik, azot, fosfor,
• MIKROELEMENTI (1-2%)–Sumpor, kalijum, natrijum, hlor, magnezjum, gvožđe
• КАТЈОНИ–Na+, K+, Mg+, Ca++
• АНЈОНИ–Cl-, SO4--, PO4--
• ELEMENTI U TRAGOVIMA (0,01%)–jod, bakar, mangan, kobalt, cink
Uloge i značaj vodeOna je univerzalni rastvarač
U vodi se rastvara najveći broj materija. Materije rastvorljive u vodi nazivaju se hidrofilne (vole vodu), a one koje se ne rastvaraju su hidrofobne (boje se vode).
Idealni metabolički medijum
Metabolizam je ukupan promet materije i energije . Sve hemijske reakcije u organizmu se odvijaju u uskom rasponu pH, između 6 i 8 (izuzetak je varenje u želucu čoveka i životinja, koje se odvija pri pH oko 2). Čista voda ima pH=7 (neutralna je).
Transportna uloga vode
Lako prenošenje materija koje se u njoj rastvaraju (aminokiseline, šećeri, proteini) kroz samu ćeliju i iz jedne ćelije u drugu.
Voda ima ulogu i u termoregulaciji (održavanju stalne telesne temperature kod ptica i sisara).
Znojenjem se snižava telesna temperatura. Oko 1,5 l vode za 24 časa čovek izgubi preko znoja. Kao bezbojna tečnost, voda propušta vidljivi deo Sunčevog spektra, a apsorbuje deo infracrvenog zračenja, pa je stoga dobar toplotni izolator.
Voda učestvuje u osmoregulaciji (održavanje stalnog osmotskog pritiska)
Kada u ćelijama čoveka, a pre svega u krvi, dođe do gubitka vode povećava se osmotski pritisak (pritisak soli rastvorenih u vodi), jer se povećala koncentracija soli. Krv zgusnuta za 1%, koja kroz kapilare pritiče u mozak, izvodi iz ravnoteže nervne ćelije centra u hipotalamusu. Sledi nekoliko nervnih reakcija i onda osetimo žeđ
ČETIRI GLAVNA TIPA MAKROMOLEKULA KOJI SE NALAZE U ĆELIJI
MAKROMOLEKUL
ELEMENTI MONOMERI
(Gradivni blokovi) POLIMER PRIMER ULOGA
Ugljeni hidrati
C, H, O Prosti šećeri (10)
polisaharid skrob, glikogen, celuloza, hitin
Depoi energije, strukturna (ćelijski
zidovi, egzoskelet)
Lipidi C, H, O Masne kiseline (10) i glicerol
lipid masti, ulja, steroidi, fosfolipidi
Depoi energije, strukturna (ćelijska
membrana)
Proteini C, H, O, N, S
Amino kiseline (20)
polipeptidi Keratin, pepsin, insulin
Strukturna Enzimi Hormoni Antitela
Nukleinske kiseline
C, H, O, P Nukleotidi (5) polinukleotid
DNA, RNA Informaciona
UGLJENI HIDRATIMONOSAHARIDI
• TRIOZE• PENTOZE
– riboza– dezoksiriboza
• HEKSOZE– GLUKOZA– FRUKTOZA– galaktoza
DISAHARIDI• MALTOZA• SAHAROZA• laktoza
POLISAHARIDI• STRUKTURNI
– CELULOZA - biljke– HITIN - životinje
• REZERVNI– SKROB - biljke – GLIKOGEN - životinje
MASTI (LIPIDI)
• Terpeni – biološki pigmenti• Prostaglandini – ćelijski glasnici
TRIGLICERIDI STEROIDIFOSFOLIPIDI
gradivni
energetski
Gradivni (ćel. membrana)Regulatorni (steroidni hormoni)
PROTEINI• STRUKTURNI
– KERATIN• ENZIMI
– AMILAZA• HORMONI
– INSULIN• ANTITELA
– IMUNOGLOBULINI
Општа структура амино киселина
-R остатак има различиту структуру и особине (растворљивост, наелектрисање, елементарни састав)
Карбоксилна група (-COOH)Aмино група (-NH2)
Aminokiseline sa nepolarnom (hidrofobnom) bočnom grupom
Aminokiseline sa nenaelektrisanom (polarnom) bočnom grupom
Aminokiseline sa (-) naelektrisanom (kiselom) bočnom grupom
Aminokiseline sa (+) naelektrisanom (baznom) bočnom grupom
IZDVAJAJU SE I:Aromatične aminokiseline: Trp, Phe, TyrAminokiseline sa sumporom: Met, Cys
Пептидна веза
N- терминус С- терминус
PRIMARNA STRUKTURA
SEKUNDARNA STRUKTURA
TERCIJARNA STRUKTURA
Dva ili više polipeptidna lanca
KVATERNERNA STRUKTURA
Uvijeni lanac
- β paralelne ploče
- α heliks
- nepravilno klupče
linearna sekvenca amino kiselina Peptidne veze
vodonične veze (C=O---H-N)
vodonične veze Jonske vezeDisulfitne vezeVan der Valsove sile i Hidrofobne interakcije
NUKLEINSKE KISELINE
Građa DNK• Molekul DNK se sastoji iz dva komplementarna
lanca nukleotida, odnosno od dva polinukleotidna lanca koji se spiralno uvijaju i povezani su vodoničnim vezama.
• Svaki nukleotid sastoji se iz tri molekula – pentoza desoksiriboza– azotna baza (purinske: adenin i guanin i
pirimidinske: citozin i timin)– fosforna kiselina ili fosfatna grupa
• Nukleotidi su povezani fosfodiestarskim vezama
NUKLEOTIDDezoksiribonukleotid
fosfat timin
dezoksiriboza
Komplementarno sparivanje baznih parova
Aadenin
Ccitozin
T timin
Gguanin
Vodonične veze
Fosfodiestarske veze
Dva lanca su antiparalelna
Građa RNK
• RNK gradi 1 polinukleotidni lanac • Nukleotid RNK se sastoji od:
– pentoze riboze– azotne baze (purinske: adenin i guanin; pirimidinske: citozin i
uracil)– fosfatne grupe.
• Postoje 3 tipa RNK:– informaciona RNK (iRNK, mRNK -
messenger)– ribozomalna RNK (rRNK)– transportna RNK (tRNK)
Razlike molekula RNK i DNK
RNK• molekul je
jednolančan, • sadrži šećer
ribozu u nukleotidima
• umesto timina, sadrži uracil.
DNK• molekul je
dvolančan, • sadrži šećer
dezoksiribozu u nukleotidima
Uloga ćelijskih organela
Granularni endoplazmatični retikulum
Glatki endoplazmatični retikulum
Jedro
Ribozomi
Goldžijev aparat
Plazma membrana
Mitohondrija
Citoskelet
MikrotubuleIntermedijarni filamentiMikrofilamenti
Citoskelet
Bič
Lizozom
Centriola
Peroksizom
Animalna ćelija
ĆELIJSKE ORGANELE-UNUTRAŠNJE MEMBRANE
1.ORGANELE KOJE UČESTVUJU U PROCESIMA SINTEZE – RIBOZOMI (nisu organele jer nemaju membranu), – ENDOPLAZMATIČNI RETIKULUM,– GOLDŽIJEV KOMPLEKS
2. ORGANELE U KOJIMA SE SINTETIŠE ATP: – MITOHONDRIJE
3. ORGANELE U KOJIMA SE SKLADIŠTE HIDROLITIČKI ENZIMI – LIZOZOMI I – PEROKSIZOMI
– ĆELIJSKI SKELET (CITOSKELET)
– CENTROZOM – CENTRIOLE
Kompartmani ćelije:– JEDRO (NUCLEUS)
– ĆELIJSKA MEMBRANA (PLAZMA MEMBRANA)
Metabolizam
• Pod pojmom metabolizam se podrazumeva celokupan promet materije i energije u organizmu.
• Obuhvata sve reakcije koje se dešavaju u organizmu
da omogući formiranje i degradaciju biomolekula potrebnih za specijalne funkcije pojedinih ćelija
da oslobodi hemijsku energiju iz redukovanih jedinjenja
da konverguje nutrijente iz spoljašnje sredine u gradivne blokove ili druge prekursore za biosintezu
da povezuje gradivne blokove u makromolekule
BIOLOŠKI ZNAČAJ METABOLIZMA
1
2
3
4
METABOLIZAM = + ANABOLIZAM KATABOLIZAM AMFIBOLIZAM
KATABOLIZAM
ANABOLIZAM
CIKLUS ENERGIJE PREKO ATP-a Redukovana
jedinjenja
Pi
ATP ADP
TRANSPORT
MEHANIČKI RAD
KATABOLIZAM
BIOSINTETSKI RAD
O2 CO2
H2O ATP nastaje kao glavni energetski proizvod procesa razgradnje sastojaka hrane procesom oksidacije.
oko 1/3 ATP-a troši se za reakcije anabolizma
kretanje, mišićne kontrakcije
transport materija kroz membranu ćelije
dobijeni ATP se koristi za vršenje svih oblika rada u ćeliji
deo energije koji se otpušta u ovim procesima se sačuva u vidu ATP-a, a ostatak se gubi u vidu toplote
REDUKTIVNE BIOSINTETSKE
REAKCIJE
NADP+
Redukovana jedinjenja
Oksidovana jedinjenja
KATABOLIZAM
NADPH + H +
DIREKTNI PRENOS ENERGIJE PREKO CIKLUSA NADP /NADPH +
Oksidovana jedinjenja
Redukovana jedinjenja
ATP
• ATP (adenozin-trifosfat) je glavni nosilac energije u ćeliji• Nastaje u sledećim procesima:
– Fotosintetičkoj fosforilaciji (biljke, hloroplasti)– Oksidativnoj fosforilaciji (svi organizmi, mitohondrije)– Fosforilaciji na nivou supstrata
• Fosfatna grupa koja se oslobodila iz ATP-a ili ADP-a, je bogata energijom i vezujući se za neko jedinjenje ona i njega obogaćuje energijom (proces se naziva fosorilacija).
ENZIMOLOGIJA
Enzimi • Enzimi su katalizatori biološkog porekla
–po hemijskoj prirodi su proteini–u ćeliji obezbeđuju tok i odigravanje
hemijskih reakcija
• Hemijske reakcije u organizmu su inače moguće tj. mogu se odigravati bez enzima– bez enzima bi one bile spore – proizvodi tih reakcija bi se javljali u smanjenoj
koncentraciji• Enzimi su jako efikasni katalizatori, u jedinici
vremena izmene velike količine supstrata
malo istorije...• Enzimski procesi u organizmu su poznati od
davnina (npr. sirenje sira, kišeljenje testa, prevođenje šire u vino).
• Naziv ‘enzim’ dao je Kun 1878.godine od reči en - u i zyme - kvasac, jer je pravilno uočio da u kvascu postoji supstanca koja katalizuje reakciju vrenja.
• Naučno proučavanje enzima je počelo u XIX veku kada su stvoreni temelji enzimologije tj nauke o enzimima.
• Prvi enzim je izolovao Samner 1926.g. i to je ureaza u kristalnom obliku - po hemijskoj prirodi je protein. Posle su izolovani i drugi enzimi proteinske prirode.
Nomenklatura- ili kako dati naziv enzimu-
• trivijalni nazivi: ptijalin, pepsin, tripsin, himotripsin. • sistemski nazivi: enzimu se daje naziv po imenu
supstrata na koji deluje, doda se samo sufiks AZA. – ureaza koja deluje na ureu, – amilaza deluje na amilum (skrob), – arginaza deluje na arginin (aminokiselina).
• najnovije preporuke: enzimu se daje naziv tako da se vidi na koji supstrat deluje i koji tip reakcije katalizuje. Npr. protein hidraza (vrši hidrolizu proteina)
Enzimi su svrstani u 6 grupa na osnovu hemijskih reakcija
1. Enzimi oksidoreduktaze (katalizuju oksidoredukciju između dva supstrata)
2. Hidrolaze (katalizuju hidrolizu peptidnih, estarskih, etarskih i glukoznih veza; tu spadaju proteaze i lipaze).
3. Transferaze (katalizuju prenos ili transfer funkcionalnih grupa; to su npr. aminotransferaze i fosfotransferaze)
4. Liaze (uklanjaju određenu grupu iz supstrata pri čemu supstratu ostaje dvoguba veza)
5. Izomeraze (katalizuju unutarmolekulsko preuređenje supstrata, npr. međusobno prevođenje optičkih i geometrijskih izomera - cis i trans oblik)
6. Ligaze ili sintetaze (katalizuju vezivanje dva supstrata uz utrošak ATP-a)
Hemijska priroda enzima• Svi enzimi su proteini ali se na osnovu
složenosti građe dele na:1.Protein enzime koji se sastoje samo od
amino kiselina2.Protein enzime sa metalnim kofaktorom, u
čiji sastav ulazi metalni jon i ako se on ukloni enzim gubi aktivnost.
3.Složene enzime - jedan složeni enzim se sastoji iz apoenzima (protein) i koenzima (neproteinski deo) i naziva se još i holoenzim.
još o složenim enzimima• APOENZIM i KOENZIM su reverzibilno vezani i čine
HOLOENZIM• ako se apoenzim i koenzim odvoje, holoenzim gubi aktivnost. • Apoenzim određuje na koji će supstrat holoenzim delovati i tip
hemijske reakcije koji će katalizovati. • Koenzimi se javljaju kao prenosioci atoma i atomskih grupa koje
se uklanjaju sa supstrata ili se dobijaju (npr. holoenzimi su dehidrogenaze a njihovi koenzimi su NAD i FAD).
KoenzimApoenzim
Holoenzim
Specifičnost enzima• Enzimi su specifični što znači da deluju na tačno
određene supstrate u tačno određenim reakcijama• Specifičnost vezivanja supstrata zavisi od
precizno definisanog uređenja atoma u aktivnom mestu (pukotina u proteinu sa određenim bočnim grupama AK koje učestvuju u katalizi)
• Specifičnost može biti:1. Apsolutna (samo na jedno jedinjenje): npr ureaza na ureu,
arginaza na arginin2. Široka (na grupu jedinjenja slične strukture): npr. lipaze
hidrolizuju estarsku vezu u lipidima između svih alkohola i masnih kiselina, a najefikasniji su ako se radi o estrima glicerola i masne kiseline.
model “ključ-brava”
• enzim ima premodifikovano aktivno mesto (mesto vezivanja za supstrat) koje tačno odgovara strukturi supstrata
model “indukovanog uklapanja”
• enzim nema premodifikovano mesto vezivanja za supstrat
• tek u prisustvu supstrata dolazi do uklapanjahttp://www.youtube.com/watch?v=E2UNc5zBejc
• Enzimi ne VRŠE reakcije, oni ih UBRZAVAJU
• E + S ES P + Etumačenje formule:1. ENZIM se vezuje za SUPSTRAT
(jedinjenje/a koja reaguju) 2. enzim i supstrat stupaju u prelazni
kompleks ili tranziciono stanje (odigrava se reakcija)
3. rezultat reakcije je PRODUKT, a ENZIM izlazi NEIZMENJEN!!!!!
MEHANIZAM ENZIMSKE REAKCIJE:
( ••••••• ) - enzimom katalizovana reakcija.
G - slobodna energija S - polazni supstrat P - produkt reakcije
G - slobodna energija aktivacije( ) - nekatalizovana reakcija;
Shematski dijagram efekta enzima na hemijsku reakciju
G
Tok reakcije
S
P
ES
#G#G
TRANZICIONO STANJE
Enzimi smanjuju energiju aktivacije!
Brzina enzimske reakcije• Hemijske reakcije u ćeliji moraju se odigravati velikom
brzinom kako bi se proizvodi tih reakcija javljali u dovoljnoj koncentraciji da bi se zadovoljile potrebe organizma.
• Brzina enzimskih reakcija = promena koncentracije supstrata u jedinici vremena ili promena koncentracije proizvoda reakcije u jedinici vremena.
• Brzina enzimskih reakcija zavisi od:1. koncentracije enzima2.koncentracije supstrata3. temperature4.pH sredine.
1. Uticaj koncentracije enzima• Enzimi su veoma
efikasni katalizatori• male količine enzima
tranformišu velike količine supstrata u jedinici vremena (npr. 1g labfermenta može da zgruša 5 000l mleka, 1g ureaze može da razgradi 10000g uree).
• Što je koncentracija enzima veća – veća je i brzina enzimske reakcije
2. uticaj koncentracije supstrata
• Brzina enzimskih reakcija zavisi od koncentracije kompleksa enzim-supstrat
• jedno vreme sa koncentracijom supstrata raste brzina
• Kada koncentracija supstrata prevaziđe koncentraciju enzima, svi molekuli enzima su u kompleksu sa supstratom i zato povećanje koncentracije supstrata ne povećava brzinu.
3. uticaj temperature • Za sve enzime postoji
optimalna temperatura na kojoj enzim transformiše najveću količinu supstrata i ta temperatura je 37C. – Ako se temperatura smanji
ispod optimalne, brzina se smanji.
– Ako se temperatura poveća iznad optimalne, brzina se takođe smanjuje.
– Na temperaturi od 42 C prestaje enzimska aktivnost jer se enzimi denaturišu toplotom.
4. uticaj pH• Dok je optimalna
temperatura istovetna za sve enzime, optimalni pH je različit za razne enzime.
• Npr. enzim amilaza koji deluje u ustima ima optimalni pH 7 (neutralna sredina)
• pepsin u želudcu pH 1,5 do 2,5 (kisela sredina)
• tripsin i himotripsin u tankom crevu pH oko 11 (jako bazna sredina)
Inhibitori enzima• To su mnoge supstance koje ometaju ili potpuno koče aktivnost enzima i
na taj način sprečavaju odvijanje nekih hemijskih reakcija u organizmu. 1. Jedni se mogu vezivati za enzim na istom mestu za koje se vezuje i
supstrat, i tako sprečavaju vezivanje supstrata i enzima, te koče enzimsku reakciju.
2. Drugi se ne moraju vezivati za isto mesto već za neko drugo mesto, ali kada se inhibitor veže za enzim , on toliko izmeni
Inhibitori su otrovi za živa bića, npr. enzimi koji u sebi sadrže Fe mogu se inhibirati cijanidima, Co - fluoridima, oksalatima, živom i arsenom.
Ćelijska membrana
Ćelijska membrana
• Ćelijska membrana izgrađena je od lipida i proteina, kojima su pridruženi polisaharidi.
• Lipidi i proteini su međusobno u takvom odnosu da grade tzv. tečni mozaik • Neki proteini su potpuno uronjeni u dvosloj lipida i izviruju i na spoljašnjoj i na
unutrašnjoj strani membrane (transmembranski), dok se drugi nalaze ili na spoljašnjoj ili na unutrašnjoj strani membrane (periferni).
• polisaharidi se vezuju za lipide i proteine ali samo na spoljašnjoj strani ćelijske membrane.
Lipidi membrane• Lipidi u membrani eukariotskih
ćelija mogu biti: – fosfolipidi, – glikolipidi i – holesterol.
• Lipidi membrane su polarizovani (razlikuju se dva kraja – pola)– jedan kraj je hidrofilan i naziva
se glava, – a drugi je hidrofoban i nazvan je
rep. • Zahvaljujući tome oni
formiraju dva sloja u membrani tako što se repovi grupišu u sredini, a glave se okreću prema spolja .
fosfolipidi
Proteini membrane• Proteini membrane imaju brojne uloge:
– Transportnu: nosači, jonske pumpe, jonski kanali– Enzimsku – Prenos signala: receptori -za njih se vezuju hormoni ili
neurotransmiteri– Međućelijsko povezivanje: obrazovanje međućelijskih
veza – Ćelijsko prepoznavanje: glikoproteini, tzv. markeri
• Prema mestu koje zauzimaju u membrani proteini se mogu podeliti na: – periferne koji se nalaze sa obe strane membrane
(citoplazmatične i spoljašnje strane);– integralne (nazivaju se još i transmembranski proteini)
koji se delimično ili potpuno prostiru kroz membranu;
Transport kroz ćelijsku membranu
• Materije se kroz ćelijsku membranu mogu prenositi:
1. pasivnim transportom – nasumično kretanje čestica koje je uslovljeno
njihovom kinetičkom energijom, – kretanje se odvija u pravcu koncentracijskog
gradijenta.2. aktivnim transportom
– Aktivni transport se odvija nasuprot koncentracijskog gradijenta, tako da je za ovaj transport potrebna hemijska energija i nosači.
Prosta difuzijaRASTVARANJEM U LIPIDIMA• Tako prolaze CO2, O2, masne kiseline i
alkoholi.• Kada ove materije dođu u dodir sa
lipidnim dvoslojem membrane, odmah se rastvaraju, a zatim difunduju kroz lipidni dvosloj.
Olakšana difuzijaPREKO NOSAČA• Proteini koji vezuju
specifične molekule (šećere, amino-kiseline)
• Mehanizam prenosa zasniva se na promeni konformacije i afiniteta (spolja vezuju, promenom oblika gube afinitet i otpuštaju)
KROZ PORE MEMBRANE (pasivne kanale)difunduju molekuli H2O, uree i razni joniPore membrane predstavljajupukotine u membrani koje su oivičene proteinima. One su put za kretanje materija rastvorljivih u vodi.
Olakšana difuzija
KROZ JONSKE KANALE
VOLTAŽNO-ZAVISNI • Otvorenost zavisi od
naelektrisanja membrane
LIGAND (HEMIJSKI) – ZAVISNI
• Otvorenost se reguliše nekim hemijskim molekulom (npr. neuro-transmiterom)
• Faktori koji određuju brzinu difuzije su veličina i naelektrisanje čestice– molekuli vode su manji od molekula uree, oni
brže difunduju. – Katjoni teže prolaze zbog svog pozitivnog
naelektrisanja koje se odbija sa pozitivnim naelektrisanjem proteina pore.
– Katjoni sa manje pozitivnog naelektrisanja lakše prolaze (Na+ i K+ lakše prolaze od Mg2+ i Ca2+, a oni brže od feri jona: Fe3+).
– Anjoni brže prolaze od katjona jer ih privlači pozitivno naelektrisanje proteina pore.
• Faktori od kojih zavisi dinamika olakšane difuzije:1. Količina materije koja se prenosi olakšanom
difuzijom zavisi od koncentracijskog gradijenta za tu materiju i količine raspoloživog nosača. – hormon insulin prenos glukoze ubrzava 7-10 puta, mada
se ne zna kako insulin deluje: da li ubrzava vezivanje nosača i glukoze ili povećava količinu nosača u membrani.
2. veličina jona (stepen hidratacije)• Npr. hidrirani jon Na+ je za 30% veći od hidriranog
jona K+, pa zato oko 100 puta teže difunduje. 3. manjak Ca u vanćelijskoj tečnosti povećava
propustljivost pora. 4. hormon ADH (antidiuretični hormon)
povećava promer pora.
Aktivni transport• Aktivni transport je transport
kroz ćelijsku membranu nasuprot koncentracijskog gradijenta – zahteva energiju– nosači membrane su u isto
vreme i enzimi koji razgrađuju ATP
• Kroz ćelijsku membranu se aktivnim transportom razmenjuju:– Na, K, Ca, Fe, H, – neki šećeri i aminokiseline.
Aktivni transport Na+ i K+
“pumpa za Na+ i K+”• Na+ je ekstracelularni jon i njegova
koncentracija u vanćelijskoj tečnosti je jako visoka. – Na+ se aktivnim transportom stalno izbacuje u
vanćelijsku tečnost. • K+ je intracelularni jon i njegova
koncentracija u ćeliji je mnogo veća nego u vanćelijskoj tečnosti. – K+ se stalno iz vanćelijske tečnosti ubacuje u
ćeliju.
http://www.youtube.com/watch?v=MRKgbwl8vCY
Mehanizam Na+ / K+ pumpe: 1. na unutrašnjoj strani membrane se Na+ vezuje za nosač Y
i nastaje kompleks Na+ Y. 2. Nosač Y ima tri domena i tri mesta za vezivanje Na+
3. kompleks Na+ Y se okreće ka spoljašnjoj strani membrane gde se Na+ otpušta u vanćelijsku tečnost,
4. nosač Y delimično menja svoju konformaciju i postaje nosač X.
5. X na spoljašnjoj strani membrane veže K+, nastaje kompleks K+X koji se kreće ka unutrašnjoj strani membrane.
6. ATP daje energiju za otpuštanje K+ u ćeliju, pri čemu će enzim ATP-aza izgrađivati ATP, a za ovaj proces neophodni su i joni Mg2+.
• Za 3 jona Na prenese se 2 jona K. • Nosač je lipoprotein koji igra ulogu ATP-aze
• Mehanizam prenosa Na i K važan je u mnogim ćelijama i funkcionalnim sistemima organizma.
• Poseban značaj ima u nervnim i mišićnim ćelijama u prenosu nervnog impulsa.
• U drugim ćelijama aktivni transport Na i K sprečava bubrenje ćelije jer se zajedno sa Na iz ćelije izbacuje i voda.
• Aktivni transport Na i K označen je kao K-Na pumpa.
Aktivni transport glukoze• Kroz neke membrane aktivnim transportom
se prenosi i glukoza: kroz epitel tankog creva i epitel bubrežnih tubula.
• Iz lumena creva, glukoza se aktivnim transportom prebacuje u krv, gde je njena koncentracija mnogo veća.
• Zbog takvog aktivnog transporta, glukoza se ne izbacuje fecesom i mokraćom.
KOTRANSPORT• aktivni 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 nosač koji aktivno prenosi Na ima još jedno receptorsko mesto za glukozu. Nosač neće prenositi glukozu ako se za njega ne veže Na.
Aktivni transport aminokiselina
• Aminokiseline se takođe aktivnim transportom prenose kroz neke organe, epitel creva i bubrežnih tubula.
• Aktivni transport aminokiselina takođe zavisi od aktivnog transporta Na (tj. od energije tog sistema).
• Zavisi i od nekih hormona kao što su: hormon rasta, insulin, glikokortikoidi (oni ubrzavaju aktivni transport aminokiselina u ćeliji).
Endocitoza• To je oblik ulaska velikih molekula i krupnih čestica u ćeliju. • Postoje 2 oblika endocitoze:1. pinocitoza2. fagocitoza • Pinocitoza• ćelija iz vanćelijske tečnosti uzima krupne
molekule, uglavnom proteine. • Molekuli proteina koji su u vanćelijskoj tečnosti se
adsorbuju na membranu, zatim se membrana na tom delu gde su se adsorbovali proteini ugiba i taj ugnuti deo membrane se odvaja u vidu pinocitoznog mehurića.
• Pinocitozni mehurić se zatim spaja sa lizozomom.• Lizozom sadrži enzime koji razgrađuju proteine
do aminokiselina; zatim aminokiseline pređu u citoplazmu gde se dalje koriste.
• Fagocitoza• To je mehanizam kojim ćelija iz vanćelijske
tečnosti uzima krupne čestice: bakterije drugih ćelija ili čestice oštećenog tkiva.
• Mehanizam fagocitoze je sličan mehanizmu pinocitoze.
• Čestice koje se fagocitozom uzimaju apsorbuju se na površini membrane, koja se tu ugiba i ugnuti deo se odvaja u vidu fagocitoznog mehurića.
• Fagocitozni mehurić se spaja sa lizozomom koji sadrži enzim za razgradnju čestica fagocitoznog mehurića
Egzocitoza• To je proces suprotan endocitozi. • Karakterističan je za sekretorne ćelije
koje izlučuju određene materije: ćelije endokrinih i egzokrinih žlezda.
• Egzocitoza uključuje granulirani endoplazmatični retikulum (GER) i goldži-aparat.
• Ribozomi GER-a sintetišu proteine koji trebaju da budu sekretovani (izlučeni) iz ćelije.
• Ti proteini onda dospevaju u kanaliće endoplazmatičnog retikuluma i putem njih do goldži-aparata.
• U goldži-aparatu se ti proteini okruže membranom i u vidu sekretorne granule se odvoje od goldži-aparata.
• Sekretorna granula citoplazmom putuje do ćelijske membrane, gde se membrana granule spaja sa ćelijskom membranom, a proteini se izluče u vanćelijsku tečnost.
Membranski potencijal• Membranski potencijal postoji na ćelijskoj membrani
gotovo svih ćelija. • Razlika potencijala između unutrašnje i spoljašnje strane ćelijske
membrane koja tipično iznosi oko -65 mV.• Nastaje usled
– različite koncenracije jona sa obe strane ćelijske membrane, kao i – različite propustljivosti ove membrane za jone.
• Membranski potencijal je bitan za nastanak i prenošenje nervnih impulsa, kao i za membranski transport.
mmol/ljon unutarćelijska
koncentracijavanćelijska
koncentracijaK+ 155 5Na+ 12 145Mg2+ 15 2Ca2+ 0.02 2Cl- 4 110HCO3
- 8 27
Neravnomerna distribucija jona
Koncentracja jona kalijuma je intracelularno veoma visoka, dok je ekstracelularno niska. Usled toga se javlja veliki KONCENTRACIONI GRADIJENT i joni kalijuma prirodno teže da difunduju iz unutražnjosti ćelije u spoljašnju sredinu.
Natrijum je glavni jon ekstracelularne sredine, dok ga intracelularno ima samo u niskoj koncentraciji. Joni natrijuma prirodano teže da difunduju u unutrašnjost ćelija
Membrana je u mirovanju oko 100 puta propustljivija za kalijum nego za natrijum.Uzrok- veći broj pasivnih jonskih kanala za K+ nego za Na+
Različita propustljivost membrane za jone Na+ i K +
Neravnomerna distribucija jona Na+ i K +
Joni kalijuma napuštaju ćeliju i odlaze u spoljašnju sredinu noseći sa sobom pozitivno naelektrisanje
Unutrašnjost ćelije postaje negativnija od spoljašnjosti i javlja se ELEKTRIČNI GRADIJENT.
K+ će izlaziti iz ćelije sve dok se ne izjednače koncentracioni i električni gradijent (ravnotežni potencijal za kalijum koji iznosi -75mV)
Joni natrijuma difunduju u unutrašnjost ćelije noseći sa sobom pozitivno naelektrisanje
Koncentracioni i električni gradijent za Na+ imaju isti pravac i smer
Ulazak Na+ smanjuje razliku potencijala na -65mV i to je MEMBRANSKI POTENCIJAL ćelije u mirovanju
Da se ne bi desilo da joni potpuno zamene mesta i da se izgube gradijenti koncentracije, pa samim tim i membranski potencijal, Na+/K+ pumpa stalno radi i ODRŽAVA membranski potencijal
Visoka Na+Visoka Cl-
Konc. grad za K+
Konc. grad za Na+
K+ izlazi iz ćelije, Na+ ulazi- membranski potencijal se razvija
Električni gradijent se suprotstavlja izlaženju K+
Visoka Na+Visoka A-
Nema membranskog potencijala
Unutrašnjost ćelije postaje negativnija
Konc. grad za K+
Električni grad za K+
Konc. grad za Na+
Električni grad za Na+
Izlazak K+ se usporava, a ulazak Na+ se ubrzava i u jednom trenutku DOLAZI DO RAVNOTEŽE tj. uspostavlja se MEMBRANSKI POTENCIJAL
Na+ /K+ pumpa ne dozvoljava da Na+ i K+ zamene mesta tj. održava gradijente
https://www.youtube.com/watch?v=i0XZJ3XDNV8
• Važno je uočiti da se razlika u naelektrisanju javlja samo neposredno UZ MEMBRANU
Nervno vlakno
Literatura • Radomir Konjević, Gordana Cvijić, Jelena
Đorđević, Nadežda Nedeljković – Biologija za III razred prirodno-matematičkog smera, ZUNS, Beograd, 2003
• Topisirović, Lj., Fira, Đ., Lozo, J.-Dinamička biohemija, Univerzitet u Beogradu, Biološki fakultet, 2000.
• Gajton A., Hol Dž.- Medicinska fiziologija, 11. izdanje
