Физиология внутренней среды организма

План: 
 

1. Основные факты о строении клеточной мембраны.

2. Транспорт воды и веществ через биологические мембраны:

2.1 Характеристика пассивного транспорта:

2.1.1.Осмос;

2.1.2.Фильтрация;

2.1.3.Диффузия;

2.2 Характеристика активного транспорта:

2.2.1.Первично активный транспорт;

2.2.2.Вторичный активный транспорт; 

3.Физиология внутренней среды организма: 

3.1 Строение лимфатической системы; 

3.2 Образование лимфы;  

3.3 Состав лимфы; 

3.4 Движение лимфы; 

3.5 Функции лимфатической системы; 

3.6 Цереброспинальная жидкость. 

4. Решение ситуационных задач.

5.Список используемой литературы. 
 
 

1.Основные факты о строении клеточной мембраны. 

    К клеточным мембранам относятся  плазмолемма, кариолемма, мембраны митохондрий, ЭПС, аппарата Гольджи, лизосом, пероксисом. Общей чертой всех мембран клетки является то, что они представляют собой тонкие (6-10 нм) пласты липопротеиновой природы, (липиды в комплексе с белками). Основными химическими компонентами клеточных мембран являются липиды (40%) и белки (60%); кроме того, во многих мембранах обнаружены углеводы (5-10%). Плазматическая мембрана окружает каждую клетку,  определяет ее размер и обеспечивает  сохранение  различий  между  содержимым клетки  и  внешней  средой.  Мембрана  служит высокоизбирательным фильтром и отвечает за активный транспорт веществ,  то есть, поступление в клетку питательных веществ и вывод наружу вредных продуктов жизнедеятельности. Наконец, мембрана ответственна за восприятие внешних сигналов,  позволяет клетке реагировать на внешние изменения. Все биологические мембраны представляют собой ансамбли липидных и белковых молекул,  удерживаемых вместе с помощью нековалентных взаимодействий.

    Основу  любой молекулярной мембраны составляют  молекулы липидов, образующих бислой. К липидам относится большая группа органических веществ, обладающих плохой растворимостью в воде (гидрофобность) и хорошей растворимостью в органических растворителях и жирах (липофильность). Состав липидов в разных мембранах неодинаков. Например, плазматическая мембрана, в отличие от мембран эндоплазматической сети и митохондрий обогащена холестерином. Характерными представителями липидов, встречающихся в клеточных мембранах, являются фосфолипиды (глицерофосфатиды), сфингомиелины и из стероидных липидов – холестерин.

    Особенностью липидов является разделение их молекул на две функционально различные части: гидрофобные неполярные, не несущие зарядов («хвосты»), состоящие из жирных кислот, и гидрофильные, заряженные полярные «головки». Это определяет способность липидов самопроизвольно образовывать двухслойные (билипидные) мембранные структуры толщиной 5-7 нм.

    Первые  опыты, подтверждающие это, были проведены  в 1925 году.  Формирование  бислоя  является  особым свойством  молекул  липидов  и  реализуется даже вне  клетки. Важнейшие свойства бислоя: - способность к самосборке - текучесть - ассиметричность.

    Хотя  основные свойства биологических мембран  определяются  свойствами  липидного  бислоя, но большинство специфических  функций обеспечивается мембранными  белками. Большинство из них пронизывают бислой в виде одиночной альфа-спирали,  но есть и такие, которые пересекают его несколько раз. Многие мембранные белки состоят из двух частей – участков, богатых полярными (несущими заряд) аминокислотами: глицином, аланином, валином, лейцином. Такие белки в липидных слоях мембран располагаются так, что их неполярные концы как бы погружены в «жирную» часть мембраны, где находятся гидрофобные участки липидов. Полярная (гидрофильная) же часть этих белков взаимодействует с головками липидов и обращена в сторону водной фазы. Эти белки как бы пронизывают мембрану, их называют интегральными белками мембран. Кроме интегральных белков, существуют белки, частично встроенные в мембрану – полуинтегральные и примембранные, не встроенные в билипидный слой. По биологической роли белки мембран можно разделить на белки-ферменты, белки-переносчики, рецепторные и структурные белки. С помощью белков осуществляется транспорт через мембрану многих веществ. Многие из примембранных белков связаны нековалентными взаимодействиями с трансмембранными белками, но есть и такие, которые имеют ковалентную связь с молекулами липидов. Большинство мембранных белков, так же как и липидов, способны  свободно  перемещаться  в плоскости мембраны. Известно два вида движения белков и липидов в мембране – это так называемые латеральная диффузия и флип-флоп. Латеральная диффузия – это хаотическое тепловое перемещение молекул липидов и белков в плоскости мембраны. Флип-флоп – это диффузия молекул мембранных фосфолипидов поперек мембраны, но он происходит гораздо реже, чем латеральная диффузия. Известно, что  одна молекула липида совершает флип-флоп раз в две недели, в то время, как та же молекула диффундирует в плоскости липидного слоя  за 1 секунду на расстояние равное длине большой бактериальной клетки.

    Углеводы  мембран - это полисахаридные  и  олигосахаридные цепи,  ковалентно присоединенные к мембранным липидам  и белкам. Такие вещества называются соответственно гликолипидами и  гликопротеидами. Углеводы всегда располагаются  на той стороне мембраны,  которая не контактирует с цитозолем.  То есть, на внешних (плазматических) мембранах они присоединяются  снаружи клетки. Функция углеводов клеточной поверхности пока неизвестна,  но представляется вероятным,  что некоторые из них принимают участие в процессах межклеточного узнавания.

    Как бы ни было велико различие между мембранами по количеству и составу их липидов, белков и углеводов, мембраны обладают рядом общих свойств, определяемых их основной структурой. Все мембраны являются барьерными структурами, резко ограничивающими свободную диффузию веществ между цитоплазмой и средой, с одной стороны, и между матриксом и содержимым мембранных органелл, с другой. Особенность же специфических функциональных нагрузок каждой мембраны определяется свойствами и особенностями белковых компонентов, большая часть из которых представляет собой ферменты или ферментные системы. Большую роль в функционировании мембран играют гликолипиды и гликопротеиды надмембранного слоя.

2. Транспорт воды и веществ через биологические мембраны: 

    Так как  внутренняя  часть  липидного  слоя  гидрофобна,  он представляет собой практически непроницаемый  барьер для большинства полярных молекул.  Вследствие наличия этого  барьера, предотвращается утечка содержимого  клеток, однако из-за этого клетка была вынуждена создать специальные механизмы для транспорта растворимых в воде веществ через мембрану. Перенос малых водорастворимых  молекул  осуществляется  при помощи специальных транспортных белков. Это особые трансмембранные белки, каждый из которых отвечает  за транспорт определенных молекул или групп родственных молекул. 

    В клетках существуют также механизмы  переноса через мембрану  макромолекул  (белков) и даже крупных частиц. Процесс поглощения макромолекул клеткой называется эндоцитозом. В общих чертах механизм его протекания таков: локальные участки плазматической мембраны впячиваются и замыкаются, образуя эндоцитозный пузырек, затем поглощенная частица обычно попадает в лизосомы и подвергается деградации.

Внеклеточная  жидкость условно разделяется на два компонента: интерстициальная жидкость и циркулирующая плазма крови. Интерстициальная жидкость представляет собой часть внеклеточной жидкости, которая  расположена вне сосудистой системы и омывает клетки. Около 1/3 общей воды тела составляет внеклеточная жидкость, а остальные 2/3 – жидкость внутри клеточная.

Концентрации  электролитов и коллоидных веществ  существенно отличаются в плазме, интерстициальной и внутриклеточной  жидкостях. Наиболее выраженные различия состоят в относительно низком содержании белков-анионов в интерстициальной жидкости, в сравнении с внутриклеточной жидкостью и плазмой крови, и более высоких концентрациях натрия и хлора в интерстициальной, а калия во внутриклеточной жидкости.

Неодинаковый  состав различных жидких сред тела в значительной степени обусловлен природой разделяющих их барьеров. Клеточные мембраны отделяют внутриклеточную от внеклеточной жидкости, стенки капилляров - интерстициальную жидкость от плазмы. Перенос веществ через эти барьеры может происходить пассивно за счет диффузии. Фильтрации и осмоса, а так же посредством активного транспорта.

Пассивный перенос  веществ через клеточные мембраны не требует затраты энергии метаболизма. Активный транспорт осуществляется транспортными аденозинтрифосфатазами и происходит за счет энергии гидролиза АТФ.

2.1 характеристика пассивного транспорта

Пассивный транспорт – это перенос веществ по градиенту концентрации, без затрат энергии.

    2.1.1.Осмос – преимущественное движение молекул воды через полупроницаемые мембраны (непроницаемые для растворенного вещества и проницаемые для воды) из мест с меньшей концентрацией растворенного вещества в места с большей концентрацией. Осмос – по сути дела, простая диффузия воды из мест с ее большей концентрацией, в места с меньшей концентрацией воды. Осмос играет большую роль во многих биологических явлениях. Явление осмоса обусловливает гемолиз эритроцитов в гипотонических растворах.

    Осмотическим  давлением называется то наименьшее давление, которое необходимо приложить  к раствору для того, чтобы предотвратить перетекание растворителя через мембрану в раствор с большей концентрацией вещества.

    Молекулы  растворителя приводятся в движение силой, возникающей вследствие разности химических потенциалов. При растворении  вещества, химический потенциал растворителя уменьшается. Молекулы растворителя, перемещаясь из раствора с меньшей в раствор с большей концентрацией, движутся в термодинамическом смысле «вниз», «по градиенту».

    Объем клеток в значительной степени регулируется количеством содержащейся в них воды. Клетка никогда не находится в состоянии полного равновесия с окружающей средой. Непрерывное движение молекул и ионов через плазматическую мембрану изменяет концентрацию веществ в клетке и осмотическое давление ее содержимого. Если клетка секретирует какое-либо вещество, то для поддержания неизменной величины осмотического давления она должна, либо выделять соответствующее количество воды, либо поглощать эквивалентное количество иного вещества. Кроме того в клетке постоянно накапливаются метаболиты, что нарушает осмотическое равновесие.

    Для решения «осмотической проблемы» клетки используют два способа: они откачивают в интерстиций компоненты своего содержимого или поступающую в них воду. В большинстве случаев клетки используют первую возможность-откачку веществ, чаще ионов, используя для этого натриевый насос.

    Большую роль в регуляции водного баланса  между клеткой и окружающей средой играет эластичность плазматической мембраны, создающей гидростатическое давление, препятствующее поступлению воды в клетку. При наличии разности гидростатических давлений в двух областях среды вода может фильтроваться через поры барьера, разделяющего эти области.

       2.1.2.Фильтрацией называется движение раствора через поры в мембране под действием градиента давления. Она играет важную роль  в  процессах  переноса воды через стенки кровеносных сосудов.

 Фильтрация осуществляется через мембранные поры и зависит от разности давлений снаружи и внутри клетки и проницаемости мембраны для жидкости и низкомолекулярных веществ. Диаметр пор чрезвычайно мал, поэтому фильтруются только низкомолекулярные вещества (например, мочевина), вода и некоторые ионы. Этот процесс становится возможным, если раствор в клетке находится под давлением, которое выше осмотического. Так, например, сердце нагнетает кровь в сосуды под определенным давлением. В тончайших капиллярах это давление возрастает и становится достаточным, чтобы заставить воду и растворенные в крови вещества выйти из капилляров в межклеточное пространство. Образуется так называемая тканевая жидкость, она играет большую роль в доставке питательных веществ в клетки и удалении из них конечных продуктов обмена веществ. После выполнения своих функций тканевая жидкость в виде лимфы возвращается в кровяное русло по лимфатическим сосудам. Фильтрация играет важную роль и в функционировании почек. В капиллярах почек кровь находится под большим давлением, что вызывает фильтрацию воды и растворенных в ней веществ из кровеносных сосудов в тончайшие почечные канальцы. Затем часть воды и необходимые организму вещества снова всасываются и поступают в общий кровоток, а оставшаяся часть образует мочу и выводится из организма.