вторник, 31 януари 2012 г.

Приказка за клетката, ДНК, РНК и разни други съмнителни клетъчни агенти

...



снимка на човешки градове от космоса






От космоса е трудно да се види как е организиран човешкият живот.

Едва когато приближим поглед започваме да различаваме структурата на отделните общности.

Още по-отблизо виждаме, че тези общности градове и села са със строга организация и инфраструктура и притежават общи черти. Както и, че са много динамични. Съществува постоянно движение на хора и на материали. Гледката отгоре обаче, не ни разкрива цялата структура на населените места. Трябва да слезем в самото населено място, сред хората и институциите, за да видим какво се случва. Трупане на богатство, обмяна на информация - политическа, културна и индивидуална, както и дейности задоволяващи човешките потребности.

Макар че скокът от работещ град в живата клетка изглежда голям, дейностите приемани за даденост в града имат свое съответствие в клетката.

И границите на града, и електроцентралите, и фабриките, и заводите за рециклиране и транспортните мрежи.

Дейностите във всяка клетка могат да се онагледят с основните структури и дейности в човешкия град.

Въпреки разнообразието от човешки общности от малки селца до огромни мегаполюсни градове, всички те имат голям брой общи черти.




нервна клетка




Въпреки богатото разнообразие на живата природа, всички живи същества са изградени от едни и същи частици - малки микроскопични единици наречени клетки. Човешкото тяло е саморегулираща се отворена система от клетки и за това болестта често, е явление засягащо цялото тяло. С „микро” поглед причината за болестта се вижда и в нарушената функция на отделните клетки.
(За това за диагностика се взема кръвна проба.)

Ключът за всеки биологичен проблем може да се открие и в клетката и в причиненото на по-високо ниво разстройство на системата, която „разболялите” се клетки съставляват.

Основните функции и организация на животинските клетки са съотносими и към растителните клетки, и към човешките.

Както различните дейности в един град протичат в различни сгради и места, така и клетката има собствени специализирани зони.

Както ние не искаме ресторанта да е в една сграда с помийната яма, така и в клетката различните функции са обособени в различните отделения и всички отделения съжителстват щастливо в рамките на външната мембрана.

Всички градове имат външна граница. През средновековието тя би била здрава крепостна стена, днес, официалните граници на града са видими единствено от „вишките” на контролните органи, табелите или околовръстното шосе.
Границата определя какво има вътре и извън града. Железопътни линии, пътища, проходи, позволяват движение навътре и извън града.

В клетките могат да се открият същите аналози.





клетки



Те имат плазмена мембрана, която определя края на клетката.
Тази мембрана съдържа протеинови канали, които позволяват приемането на важни вещества вътре и извън клетката.

Мембраната е изградена не от тухли и хоросан, а от молекули, които се наричат липиди. Липиди образуват тънка и гъвкава, но здрава обвивка.

Клетъчната мембрана не бива да допуска някои вещества да преминават през нея. Не е нужно вируси, токсини и чужди молекули да попадат в клетката.
Необработени хранителни вещества и сигнални молекули влизат, а отпадни продукти и преработени вещества напускат клетката. Освен това липидните мембрани образуват отделенията в клетката.

Едно от най-важните от тях е ядрото.

Градският еквивалент на ядрото е например сградата на някой важен градски „архив”.

Ядрото съхранява цялата информация, която се съдържа в ДНК. ДНК никога не напуска ядрото. Информацията от ДНК се изнася от ядрото, само чрез копиране.(виж по-долу)

Ядрото е заобиколено от мембрана. Тази мембрана съдържа специални пори (врати), които могат да се оприличат на „летящи врати”, които контролират ДВИЖЕНИЕТО на веществата вътре и извън него по строго специфичен начин и строг режим на охранявана пропускливост.








модел на клетката -
(забележете, видът на модела колко не прилича на сниманите клетки.
ето добър начин да ви илюстрирам разликата между модел и първообраз.)




В ядрото, както и в архива се съхранява огромно количество ИНФОРМАЦИЯ.
Но не е позволено тя да бъде изнасяна навън, освен по строго определен начин. Тук има "засилена охрана", за да пази, един от най-ценните активи – ИНФОРМАЦИЯТА от ДНК.

Могат да се изнасят само копия на ДНК информацията и то под строг контрол. Както от много ценна библиотека не можем да изнасяме оригиналните книги, а само можем да ги копираме. Копията на тази информация се изнасят във външния свят, където биват използвани.

Дешифрирането на тази информация е едно от най-великите научни постижения на XXв.

ДНК често е сравнявана със сценарий на живота.
Аз лично смятам, че аналогията на ДНК със „строителни (градоустройствени) планове”, за много по подходяща. Скоро ще разберете основанията ми.

ДНК предоставя информацията и казва на клетката какво да прави.
И до голяма степен е уникална. В смисъл, че бактериалната клетка не е човешка клетка. Всеки от нас съдържа милиярди клетки. Всяка една от тези клетки съдържа пълно идентично копие на човешкия геном, който се съхранява под формата на ДНК, но и всяка една е специфично различна.

Количество информация в ДНК, се равнява на хиляди томове съхранявани в една градска библиотека. За да се използва информацията от ядрото обаче, тя трябва да се копира.
Вътре в ядрото ДНК молекулата наподобява колие от две преплетени нишки, които съдържат информацията изграждаща генетичният код. ДНК в една единствена човешка клетка е невъобразимо дълга. Ако бъде разплетена и съотнесена към дебелината на въже за простир, би се простряла върху централната част на Африка. Поразително е как ДНК молекулите са събрани в единици наречени хромозоми.

Още по-смайващо е, че успешно се правят ДНК копия.





модел на RNA




Като погледнеш двойната спирала виждаш как се е копирал сценарият - планът.
За това съществуват строги правила. Начинът на копиране наподобява начина на копиране на скулптура. Разполага със шаблон и неговата форма. След като се изработи шаблон може да се правят копия. Наличието на две нишки е много полезно, защото ако едната нишка бъде прекъсната, другата поддържа конструкцията. С две нишки е по-стабилно.
От тези стабилни схеми подобни на шаблони се правят къси копия на една от двете ДНК нишки в ядрото известни като РНК.

Копията представляват ПОДРОБНИ СЪОБЩЕНИЯ, които се транспортират извън ядрото в клетката.
Всяко едно СЪОБЩЕНИЕ съдържа информация за производството на ПРОТЕИН. ПРОТЕИНИТЕ изграждат клетката.

Щом ДНК осигурява „схема” – „строителен план” за образуването на клетки, то ПРОТЕИНИТЕ са средството, с чиято помощ СЕ ИЗПЪЛНЯВА "СТРОИТЕЛСТВОТО".





модел на DNA




Клетката „взема” протеини с определена проста форма. Способна е да събере тези по-малки частици – протеини, подобно на малки тухлички или кубчета – „Лего”, за да изгради структурите си в цитоскелета.
Тези протеини – „кубчета” притежават полезното свойство ПОЛЯРНОСТ.
Горната и долната им страна са РАЗЛИЧНИ.
Долната част на един се прикрепя към горната част на друг протеин. Така образуват висока купчина като всички сочат в една посока, подобно на блокчетата от ЛЕГО, с помощта на които могат да се строят различни форми и от прости структури да правиш многосъставни сложни „постройки” .
Както всеки протеин има долна и горна част, така и образуваната структура има горна и долна част.

За да образуват по-сложна структура са нужни различни видове елементи, също като частите на ЛЕГО-то, и кръгли, и шпиловидни…
Но красивият и сложен резултат се основава на ПРОСТИ ПРИНЦИПИ.
Тези единици, могат да се съединят и да образуват големи структури простиращи се из цялата клетка.

Удивителното в този вид организация - изграждането на сложни структури от прости елементи, е, че ако сглобим същите прости елементи в различна последователност ще се получи съвсем различен вид структура.
Друго предимство на този вид молекулна организация е, че освен, че могат да създават разнообразни структури, клетките могат много бързо да ПРОМЕНЯТ ФОРМАТА СИ.




клетки - снимка





Протеините не са само МАТЕРИЯТА („ТУХЛИЧКИТЕ” - структурите), която изграждат.
В много отношения те са И нейните ОБИТАТЕЛИ.

Както населението на един град се придвижва по пътища и по релси и т.н. , така и в клетката има сложна система от ДИНАМИЧНИ НАПРАВЛЕНИЯ, която се нарича цитоскелет.
Както в града, така и в клетката се извършват различни движения. Протеините се движат самостоятелно както хора по улиците. Някои са целенасочени, докато други обикалят сякаш безцелно.

За транспортирането на голям брой протеини, както и за транспортирането на голям брой хора, най-е подходящо да бъдат натоварени в едно превозно средство. Така и някои групи протеини се опаковат заедно в „мехур” или в друга голяма структура и се „превозват” като едно цяло, така както хората се предвижват в автобуси, вагони, трамваи, тролеи, самолети и т.н.









Има най-различни средства за предвижване, с които много хора се транспортират заедно. Тролеят се движи, защото по улиците има прекаран кабел. Трамваят, по същият начин – сграбчил кабела, посредством релсите…

Така и в клетката отделни молекули могат да играят ролята на малки двигатели, които изтласкват себе си и други молекули из клетката.

За разлика от градовете, в един организъм, понякога се налага цели клетки да се предвижват, както сперматозоидите напр.






модел на сперматозоид



Клетките не са просто част от многоклетъчно животно, а в определени случаи трябва да могат да се предвижват, за да търсят храна, а живеещите във водата да плуват.

Клетките използват разнообразни стратегии за плуване.





чехълче - снимка



Една от най-ефективните, може да се оприличи на гребането с гребла на лодка. „Чехълчето” напр. движи „греблата” си по асиметричен начин, за да се предвижва напред.
Друга стратегия наподобява витлото на водно колело.
Ако въртим във вода спираловиден предмет, това би било достатъчно, за да се придвижим напред.




Древният град Кицуватна, който е бил център на държава, съществувала паралелно с хетската цивилизация и тясно свързана с хетите
(няма никаква връзка с поста, но ми хареса снимката)




И клетките и градовете си имат история.

Много от нас сме виждали, как при построяването на метрото напр., се разкриват под „съвременна” магистрала разкопки от „римски град”, под който, вероятно, времето е „скрило” затрупана друга история, която не виждаме.

Както археолозите откриват древни „градски” „структури” под повърхността на нашите сложни динамични градове, така, в живите клетки, клетъчните биолозите откриват произхода на някои техни компоненти. В това отношение клетъчните биолози са археолози, които „ровят” вътре в съвременните клетки, за да разкрият произхода на живота.

Така биолозите считат, че митохондрият е древна бактерия произвеждаща енергия, погълната от клетката.










Градът, който никога не спи поглъща… харчи енергия с обезпокоителни темпове.
Методите за доставяне на газ и електричество, безспорно водят до много загуба на енергия.
Опитваме се да подобрим източниците на енергия, но още сме далече от ефективността, с която работят клетките.

Все пак съществува един нов и странен вид електростанция, аналогична на процеса в клетката - „Електроцентрала на биомаса”. Цялата енергия тук идва от слънцето. Тя се събира чрез фотосинтеза в използваема биомаса. Някога са използвали изкопаеми горива, но днес можем да горим сламата, в която са събрани слънчевите лъчи. "Сламената централа" работи като превръща горивото в топлина, тя пък се превръща в електричество, което на свой ред се разпределя.

Митохондриите са ЦЕНТРАЛИТЕ в клетката.






модел на митохондрий




Те създават химична енергия за дейността на клетката. Това става чрез изгаряне най-често на захари. Енергията се прехвърля в молекули на име АТФ, еквивалент на презареждащи се батерии.

Разрезът на митохондрий показва, че той има нагъната мембрана, съдържаща безбройни молекулярни „турбини”.
Докато „машините” се въртят, изразходените органични батерии минават през „турбината” и се презареждат.
След това, презаредените АТФ са отново на разположение на клетката.

Днес напредъка в 3Д технологиите, променя виждането ни за митохондрия.

Оказва се, че митохондрият въобще не е със строежа, който са си представяли учените.

Електронните микроскопи карат учените да променят разбиранията си или представите си за функциите на митохондриите.

Образите от електронните микроскопи са поначало неясни. Компютърните модели обаче разкриват структурата им.

Дизайнът на митохондрият е много важен. Той трябва да позволи поемането на материала за максимално отделяне на енергия в случая АТФ.

Учените също така разкриват тайните на малките „фабрики” в клетките – рибозомите.




модел на рибозома




Синхротронът в в Бъркли, САЩ – Калифорния, е колкото две футболни игрища.
Синхротронът позволява да се изучават малки кристали на структури като рибозомите – фабриките на клетката.

Този модел е използван за реконструкция на рибозома в 3 измерения и резолюция в ядрен мащаб.

Какво е установено към момента.
Ние не знаем какво ЗНАЧАТ ГЕНИТЕ НИ, докато ТЕ НЕ СЕ „ПРЕВЕДАТ” В ПРОТЕИНИ, а тази работа я върши РИБОЗОМАТА.

РИБОЗОМАТА ИЗРАЗЯВА ГЕНЕТИЧНАТА ИНФОРМАЦИЯ В БИОЛОГИЧНА ФОРМА.



модел на рибозоми




В центъра Утсуърд, в Оубъни, един от най-мощните електронни микроскопи на света се използва за изучаване на рибозомите.

РИБОЗОМАТА е нещо като ПРЕВОДАЧНА МАШИНА.
Тя превежда всичко, което й падне, включително и генетична информация за бактерии и вируси.

Рибозомите се състоят от рибозомна РНК и белтъци. В тях се осъществява процесът на транслация – превеждане на генетичната информация от полинуклеотидния код на нуклеиновите киселини в аминокиселинния код на белтъците.

Рибозомата ПРЕХВЪРЛЯ ГЕНЕТИЧНАТА ИНФОРМАЦИЯ В ПРОТЕИНИ.

Самата генетична информация идва от ДНК.
Но после, парче по парче части от ДНК се ТРАНСКРИБИРАТ в „ПОСЛАНИЯ” на РНК или мРНК. Копирането на генетична информация от ДНК (чрез транскрипция и превеждането и в белтъци, чрез транслация) е една от главните функции на РНК.
Тъй като РНК изпълнява много функции в организма тя се дели на няколко вида в зависимост от предназначението си:
- рибозомна (рРНК),
- транспортна (тРНК) и
- информационна или матрична (иРНК или мРНК) РНК.


РНК прави така, че да имаме съвсем същата информация като на ДНК, но разликата е че, тРНК може да се движи свободно. Тя се движи и си намира рибозома, която прочита и превежда ДНК – кода в серия от аминокиселини. След това те се подреждат заедно в дълга верига, която се сплита и извива, образувайки протеин.

Можем да си представим робозомата като производствена лента в завод.
Тя прави модел според инструкциите.
През цялата еволюция рибозомата е останала практически непроменена.
В ранните дни на изучаването й, представата на учените е била повърхностна. За да създаде „нов модел” една компания не разрушава завода, а използва същите машини като им предоставя нови програми за изработване на „новите модели”. Така както в завод се предоставя нова информация на роботите, за да създадат „нов модел”, така и рибозомата предоставя нова информация и ето че се появява нов модел. Така можем да приемем рибозомата.

Когато учените започват изследвания свързани с рибозомата, оприличават себе си на пещерни хора, които сякаш са излезли от пещерата и са открили ферари.
Подкарали са колата и са се отдали на удоволствието от откритието си. После са започнали да развиват теории за строежа и функциите на ферарито. Теории за волана, газта, спирачките, за съединителя и скоростния лост… Станало им обаче любопитно и решават да отворят капака на двигателя. Там обаче виждат нещо много по-сложно отколкото всички са си представяли.

Така са се чувствали учените, когато за пръв път видели как рибозомата функционира. Гледали сърцето на звяра. Повечето неща били нови, вълнуващи и мистериозни.
Пред същите неща се изправят сега гледайки към бъдещето и се опитват да разберат какъв е механизмът на рибозомата.

Гюнтер Блобел установява, че новите протеини се разпределят на различни места в клетката. Но си задава и въпроса, как въобще знаят за къде са предвидени?
Той обяснява наблщдаваните процеси така:

Прилича на пускането на писмо. Коя съобщителна мрежа може да ви свърже с цялата страна, с цял един регион, с отделен град, с жилищен блок, с конкретния адрес и номер на апартамент .
Оказва се, че също като писмата, протеините имат вграден „пощенски код”. Той определя къде ще отидат 10 милярда отделни протеина във всяка клетка – 10 милярда различни вида и всеки стига на точното място в точното време.

Идеята, че всеки протеин има пощенски код, някога била отхвърлена като измислица.

Гюнтер Блобел обаче доказал, че е точно така. Той също открил как и защо се използват пощенските кодове в клетката. 1999 г. получава нобелова награда за физиология или медицина за откритието, че новосинтезираните белтъци притежават СИГНАЛ, определящ мястото им в клетката.

ТОЙ УСТАНОВАВЯ, ЧЕ „ПОЩЕНСКИЯТ КОД” НЕ Е ДОСТАТЪЧЕН. НУЖЕН Е ЦЯЛ МЕХАНИЗЪМ… ЦЯЛА ОРГАНИЗАЦИЯ ЗА ПРОЧИТАНЕ НА КОДА.

Голяма част от клетъчната дейност е предназначена за доставянето на протеина на точният адрес, заради ограниченият му живот. Ако схемата не работи, протеинът също не работи. Това води до много различни болести.

Всяка минута се извършват 1 милион транспортирания на молекули между ядрото и цитоплазмата.

За влизане и излизане са нужни пощенски кодове.
Механизмите разчитат кодовете за влизане в ядрото.

Откриват нещо като метро в ядрото. Сравняват го с метро, защото в ядрото е "пренаселено", самото ядро е голямо, в него се осъществява интензивно движение.
Молекулярният диалог между ядрото и цитоплазнамата е много важен.
НУЖДАТА НА РАЗЛИЧНИТЕ ЧАСТИ НА КЛЕТКАТА ДА ОБЩУВАТ Е ОСНОВНА.

В еукариотните клетки, които са животински, цитоплазмата е запълнена от много динамични структури. Те формират цитоскелета.





цитоскелет




Той се състои от актинови и междинни влакна и микротубули. Те могат да се приемат като пътеки, пътища, релси, магистрали в клетката. Те позволяват движение и стабилност в животинската клетка.
Разпределителният център на микротубулите е центрозомата . Смята се, че ядрото е сърцето на клетката, но истинското й сърце е центрозомата.

Тя е като сърцето на града. Много молекули се срещат в центрозомата, за да „НАУЧАТ НОВИНИТЕ” и отново се пръскат из клетката. Това е нещо като място за срещи. Молекулите се срещат и решават дали да изменят поведението си. После излизат и казват на останалите какво се случва.

Когато видите всички микротобули в центрозомата ги оприличавате на нещо. Потоците микротубули приличат на пътища и магистрали. Това е добра аналогия, защото много молекули се качват на магистралата и се предвижват като чрез транспортна мрежа. Подвеждащото в тази аналогия, е че всъщност тази мрежа от микротобули е много динамична за разлика от тази в човешките градове, защото микротобулите растат и се смаляват… променят формата си В ОТГОВОР НА УСЕЩАНЕТО СИ ЗА СРЕДАТА.

Ако клетката иска да се придвижи, микротубулите усещат и се прегрупират, за да насочат трафика.

Аналогията с града е добра, но трябва да помним, че пътищата в клетката, са много по-гъвкави и удобни, защото могат да се „разглабят” и „построяват” отново много, много бързо. Отделните микротобули съществуват по-малко от 30 сек. Те могат да се изменят много бързо, за коренно различен период от градските магистрали. Това е много важно за клетката.









Всяка дейност в града, както и в клетката води до отпадъци и неща, от които трябва да се отървем. Този отпадъчен материал трябва да отиде на някъде за да бъде обработен.
Да вземем напр. отпадъчните води.
Те се изпращат за преработка и после се връщат обратно в града като чиста и безвредна вода.

Клетката също отпраща отпадъците за обработка в специални участъци наречени лизозоми, които съдържат ензими.

Всичко, чийто срок е минал се раздробява и ползва наново.

Нпр. една голяма лизозома може да съдържа митохондрий и още нещо. Те ще бъдат разглобени. Клетките са сложни и ефективни рециклиращи машини. Когато стара трошка приключи живота си отива в автогробище. Ако един протеин вече не е нужен, той се разпада на аминокиселините, които го изграждат. С тях се изграждат нови рибозоми, а после нови протеини.
Както ние постъпваме с колите си напр. Когато ги разглобят различните им части се сортират и по възможност се използват наново.

Без ефективно рециклиране клетката бързо би се напълнила с боклуци.

За съжаление ние още не можем да организираме човешката си дейност по толкова съвършен начин, както природата го прави.
Човечеството трупа купчини вредни за него и природата боклуци, които не може да рециклира.



...
следва продължение: "Приказка за "РНК - и", "Клетъчно делене, Тим Хънт и откритието му на циклините"

Айде, четете, че да давам нататък :))))))

...

понеделник, 30 януари 2012 г.

Човешкото тяло - отворена саморегулираща се СИСТЕМА, представляваща най-висшето равнище на биологична ОРГАНИЗАЦИЯ от клетки.


...

ОСНОВИ В БИОЛОГИЯТА




...






Въпреки, че всички изглеждаме различни, ние сме еднакви по устройството и функционирането на телата си.
Извън аномалиите, външно, единствените постоянни анатомични разлики помежду ни, са между мъжете и жените.

Милиардите клетки в тялото ни са групирани в тъкани.
Всяка тъкан се състои от подобни видове клетки.
Един или повече видове тъкани изграждат и функционират заедно в един орган.
( като белите дробове напр.)



Всички СИСТЕМИ заедно, образуват тялото.

Всяко човешко тяло е изградено от 12 основни СИСТЕМИ от клетки :

- костна;
- мускулна;
- сърдечно-съдова;
- дихателна
- храносмилателна
- отделителна
- полова
- сетивна
- външна покривна,
- лимфна,
- ендокринна;
- нервна




Тези системи си ВЗАИМОДЕЙСТВАТ, за да изграждат отворената саморегулираща се (над)система – ЧОВЕКЪТ,
който е И координиран, активен и интелигентен животински вид.


Всяка (под)система в човешкото тяло спомага за нормалното му функциониране.

Всички системи заедно се КОНТРОЛИРАТ от ендокринната и от нервната системи, като еволюционно по-старата е ендокринната.(ще има специален пост по въпроса)

Посредством взаимодействието между системите, ние се движим, говорим, възприемаме света, докато процесите в тялото ни протичат несъзнателно.

Човешкият организъм е отворена саморегулираща се система – представляваща най-висшето равнище на биологична ОРГАНИЗАЦИЯ от клетки.













Клетката е най-малката структурна единица на организма.



Всеки организъм започва живота си от една клетка, която най-често е оплодена, нарича се зигота. Тя се дели многократно и от нея се развива многоклетъчен организъм.

Всяка клетка се диференцира и специализира и впоследствие възникват различните видове клетки.

Те се групират по устройство и функция образувайки тъкани.
Формата и големината на клетката не са случайни, те се определят от ФУНКЦИИТЕ, които ще изпълняват за системата.

Съществуването на отворената система - жив организъм, е невъзможно, без постоянната обмяна на вещества и енергия с обкръжаващата среда.

Всяка отворена система променя своята маса и енергия.
(Всяка ли и в какви граници? Могат ли именно по този признак да се разграничат видовете отворени системи и кои фактори определят границите? Пак зачеквам старият въпрос, който мира не ми дава - каква е качествената разлика между така наречените отворени и затворени системи, при положение, че "затворена система" е идеално понятие, какво СИСТЕМНО понятие отграничава органичните системи от неорганичните, а и смесените от трета страна, защото изясняването и дефинирането на тези системни разграничения пречат на обединението на микро и макро системите в общата система Вселена, която е единна, независимо, че нашата наука още не може да я обедини в единни понятия и картина/

Живите системи, са характерни със своята изключително сложна и многокомпонентна организация, способността си към самовъзпроизвеждане, растеж, развитие, адаптация, висок коефициент на полезно действие, ефективно използване на веществата и енергията, подържане на постоянството на вътрешната среда и на системната организация, стремеж към изолиране от вредното въздействие на факторите на средата, сложни форми на регулация на физиологичните процеси и други.

Съществуването на живите организми и функцията на клетките, тъканите и системите е невъзможно без непрекъснат обмен на вещества, енергия и информация.

Балансът на веществата и енергията всъщност представлява СЪИЗМЕРНОСТ между ВХОДА и ИЗХОДА, които разкриват същността на метаболитните процеси в организма.

Метаболизмът (обмяна на веществата) е съвкупност от БИОХИМИЧНИ РЕАКЦИИ, които протичат в КЛЕТКИТЕ на организмите, за да ги поддържат живи.

Тези процеси позволяват на организмите да нарастват и да се възпроизвеждат, да обновяват своите структури и да отговарят на промени в заобикалящата ги среда.



Метаболитните процеси се поделят на две категории:

- катаболизъм - разграждане (окисление) на органична материя, с цел добив на енергия чрез процеса клетъчно дишане,

- и анаболизъм - синтез на собствени за организма компоненти като протеини и нуклеинови киселини за сметка на енергията, освободена при катаболизма.



Химичните реакции на метаболизма са организирани в МЕТАБОЛИТНИ ПЪТИЩА, в които определено химично вещество се ТРАНСФОРМИРА, чрез поредица от стъпки, във всяка от които участва ЕНЗИМ, в НОВО ВЕЩЕСТВО.


Ензимите играят ключова роля в метаболизма, тъй като позволяват протичането на желани реакции, изискващи енергия, които не биха протекли самостоятелно. Това става, като паралелно с тях протичат реакции, освобождаващи енергия.
Тъй като ензимите действат като катализатори, те дават възможност реакциите да протичат бързо и ефективно.


Ензимите също така позволяват регулирането на метаболитните пътища в зависимост от промени в клетъчната обръжаваща среда или от сигнали, подадени от други клетки.







Забележителна характеристика на метаболизма е ПОДОБИЕТО на основните метаболитни пътища и компоненти, дори при напълно различаващи се организми.


Например, групата на карбоксилните киселини, добре известни като междинно звено в цикъла на Кребс, ПРИСЪСТВАТ ПРИ ВСИЧКИ ОРГАНИЗМИ —
ОТ едноклетъчните бактерии Escherichia coli
ДО едри животни като слоновете.

Тези сходства в метаболизма вероятно се дължат на високата ефективност на тези пътища и на тяхната ранна поява в хода на еволюцията.

Обмяната на веществата (метаболизмът) е баланс между процесите на разграждане (катаболизъм) и биосинтеза (анаболизъм), БАЛАНС на веществата и енергията .

Единството на катаболните и анаболните процеси се осъществява чрез амфиболните (двусмислени) пътища, които СВЪРЗВАТ тези два процеса в мястото на КРЪСТОВИЩАТА на МЕЖДИННАТА обмяна. Такива кръстовища са цикълът на Кребс, окислителното фосфорилиране и др.

Единството на метаболизма се подчертава от използването на енергията и веществата, образувани в катаболния процес от анаболни процеси.
Така например, нито един анаболен процес не може да протече в отсъствието на катаболната АТФ.

Междинната обмяна е обмяната на веществата в клетката и се нарича клетъчен метаболизъм с усвояване на веществата и енергията и получаване на крайни продукти на обмяната.

Енергийните промени при метаболизма, съпроводени с приемане, отделяне или превръщане на енергията от една форма в друга, се обозначават като обмяна на енергия.

Превръщането на външните вещества, в присъщи за организма, се нарича АСИМИЛАЦИЯ.

Това се осъществява от специфични метаболитни пътища, включващи катаболитни и анаболитни процеси.
Превръщането на свойствените за организма вещества в крайни продукти на обмяната се нарича ДИСИМИЛАЦИЯ.

Асимилацията и дисимилацията са ДВЕТЕ СТРАНИ НА МЕТАБОЛИЗМА, чрез които се осигурява непрекъснатата подмяна на веществата в организма, без да се променя неговия състав и индивидуалност.

Вторичният метаболизъм представлява метаболитни пътища за получаване на крайни продукти на обмяната чрез сложни синтетични процеси. Такива са восъците, етеричните масла, феромоните, пигменти, алкалоиди, отрови и др.

Крайните продукти на обмяната са тези продукти на метаболизма и които повече не се включват в обменните процеси.

Обмяната на веществата се осъществява в 3 последователни и взаимосвързани фази (етапа).

Първият етап включва разграждането на биологичните макромолекули до съставящите ги градивни мономери, като това се реализира при храносмилането.

Във вторият етап нискомулекулните съединения навлизат в цитоплазмата на клетките и се подлагат на по-нататъшни окислителни или синтетични процеси.

Третият етап се осъществява в митохондриите в аеробни условия с отделяне на цялата потенциална енергия, която се трансформира и акумулира в енергия на химичните връзки (и най-вече под формата на АТФ) или се разсейва като топлина.
(този етап включва Цикъла на Кребс, дихателната верига и окислителното фосфорилиране.)


БИОЕНЕРГЕТИКАТА е клон от науката, която изучава енергийната страна на биологичната обмяна – преобразуване и използване на енергията в живите организми.


Под енергия се разбира способността на СИСТЕМАТА да извършва работа. При всяка РАБОТЕЩА СИСТЕМА се разграничават ДВЕ термодинамични величини:
-свободна енергия
- и ентропия.

Свободната енергия, е тази част от енергията, която се използва за извършване на работа.

Ентропията, е мярка за част от енергията на системата, която не може да извършва работа и се разсейва под формата на топлина.

Живите организми се характеризират с ниска ентропия и висока степен на ПОДРЕДЕНОСТ (организираност) на системата.

Това се постига чрез взаимосвързани ендотермични и екзотермични процеси и сложни биохимични реакции, контролиращи обмяната на веществата и висок коефициент на полезно действие.

Превръщането на една форма на енергията в друга е съпроводено с топлинни загуби.

Живите организми приемат енергия в ДВЕ ОСНОВНИ ФОРМИ.

Независимо от огромните видови различия в структурата и функциите, организмите приемат енергия от околната среда в две основни форми.

Едни - автотрофните (фотосинтезиращите) организми, приемат енергия под формата на светлина.
Други - хетеротрофните организми, използват енергията на химичните връзки на готови органични съединения, които те приемат от околната среда като храна.









Постъпилата в клетката енергия се използва само след преобразуване и натрупване в удобна форма.

Много клетъчни процеси протичат с поглъщане на енергия, т.е. те са енергозависими. Те не могат да използват направо освобождаващата се енергия от разнообразните хранителни вещества, тъй като нейният вид не е подходящ и тя не е количествено дозирана. За да може енергията да бъде използвана, необходимо е тя да бъде предварително преобразувана (трансформирана) и натрупана в една-единствена форма, удобна за всички клетъчни процеси във всички видове клетки (с малки изключения) енергията се преобразува и натрупва в молекулите на специално съединение-енергоносител, чиито молекули я акумулират - аденозинтрифосфат (АТФ).
АТФ е универсалният енергоносител във всички клетки.



Живите организми са в непрекъснато взаимодействие с околната среда.
Една от проявите на това взаимодействие е приемането от средата на вещества и съдържащата се в тях енергия. Клетките използват получените вещества след преработка за изграждане на собствените структури.
Енергията, освобождаваща се при тази преработка, е необходима за осъществяване на клетъчните функции.


Клетката получава от средата вещества(храна) и енергия и отделя в нея крайните продукти на метаболизма си.
Взаимодействието на клетката със средата се означава като външна обмяна на веществата.



Тук завършва общото за всички живи организми и започват разликите между тях.

Особеностите в метаболизма на всеки организъм определят неговия тип обмяна.










Когато един организъм може да изгради органичните си съединения изцяло от неорганични, той се означава като автотрофен. (фотосинтезиращите организми)
За тези организми източникът на енергия е външен - главно слънчевата светлина
( фотоатротофите напр.
- зелените растения, някои микроорганизми).

Някои микроорганизми използват енергията, която се отделя при окисляване на неорганични съединения (сероводород, сяра и др.).
Те се наричат хемосинтезиращи автотрофи.


Когато за синтетичните процеси организмът се нуждае освен от известно количество НЕОРГАНИЧНИ съединения още и от ОРГАНИЧНИ, той се нарича хетеротрофен (хищниците напр.)

Хетеротрофните организми (между които е и човекът)
осъществяват синтетичните си процеси за сметка на енергията, отделена при разграждането на собствени органични вещества и на органични вещества, приети с храната (всички животни).

Тези организми НЕ могат да използват ВЪНШНИ източници на енергия.

ЕДИНСТВЕНИТЕ източници на ЕНЕРГИЯ за хетеротрофните организми е енергията на КОВАЛЕНТНИТЕ химични ВРЪЗКИ, като част от тази енергия се преобразува и акумулира в изотермни и изобарни условия в енергия на макроергичните връзки и най-вече под формата на основния енергоприносител – АТФ.







Следователно по отношение на синтетичните (анаболитните) процеси съществуват два основни типа обмяна:
- автотрофен
- и хетеротрофен.


Разликата се определя от източника на енергия, който двата типа организми използват.

За живите организми като цяло първоизточник на енергия е слънцето.

Като използват светлинната енергия АВТОТРОФНИТЕ организми синтезират ОРГАНИЧНИ вещества от НЕОРГАНИЧНИ съединения на биогенните елементи (С, N.О и Н)

По отношение на особеностите в процесите на разграждане (катаболитните) има също два основни типа обмяна: аеробен и анаеробен.

Организмите, които разграждат веществата в присъствие на КИСЛОРОД, се означават като аеробни (такива са повечето организми, населяващи Земята).

Тези, които разграждат веществата в ОТСЪСТВИЕ НА КИСЛОРОД са анаеробни (много бактерии, например причинителя на тетануса).

Метаболитната карта ни помага да разберем РЕГУЛАТОРНИТЕ ПРОЦЕСИ. Така както уличното движение в големия град не може да функционира без местно и централно регулиране, така и метаболизмът е немислим без РЕГУЛАТОРНИ МЕХАНИЗМИ.

Представете си какво би станало при катастрофа или задръстване на някое централно кръстовище. Бедата би била толкова по-голяма, колкото регулацията на движението е по-несъвършена.









В това отношение клетката е ненадмината.


Нейната системна организация разполага и с йерархично взаимодействащи си информационни системи, които координират и регулират регулационните процеси в подсистемите и между елементите им на всички системни нива.

Тя е модел, от който човек може да копира начини на регулация.
За тези ИС – като ДНК, РНК, системи тепърва ще говоря



Ако клетката не съумее да осигури чрез регулацията на метаболизма своето съществуване, пред нея има три възможности:

- да оцелее, като в нея НАСТЪПЯТ ПРОМЕНИ, които тя ще ПРЕДАВА И ПО НАСЛЕДСТВО (чрез специфичните ИС - като ДНК напр.)

- да продължи да съществува, но с някои нарушения

- или да загине.




Регулаторните механизми на клетката до голяма степен създават възможността тя да се приспособява към изменящата се среда.
Така се осигурява относителното й постоянство и оцеляване.



...

следва продължение: "Приказка за клетката, ДНК и РНК"


...

вторник, 10 януари 2012 г.

Класификация на биологичните науки

...

ОБЩИ БИОЛОГИЧНИ НАУКИ



Изучават от определена гледна точка структури и свойства, които са характерни за голям брой разнообразни организми.

Биофизика - изучава физическите закономерности в живите организми, на ниво атом, молекула и клетка.

Биохимия - изучава химичните закономерности в живите организми на молекулно ниво — структурата и функцията на белтъците, въглехидратите, липидите, нуклеиновите киселини и редица други биомолекули, както и принципите на които се гради клетъчния метаболизъм и регулация. Обектите са предмет на изучаване и от други биологични дисциплини, като например генетика и молекулярна биология, но подходите се различават фундаментално.

Молекулярна биология - изучава на молекулно ниво структурните и функционалните закономерности в живите организми, на които се подчинява реализирането на генетичната информация - репликацията и поправката на генетичния материал, неговата транскрипция и експресия. Част от обекта на науката се покрива с този на биохимията, биофизиката и генетиката, но се различава фундаментално в подхода.

Морфология - изучава строежа на биологичните системи, на ниво клетка (цитоморфология), тъкан (хистоморфология) и организъм (ембриоморфология и анатомия). Част от предмета на морфологията се покрива с този на цитологията, хистологията и ембриологията. Разликата е в обхвата. Изброените три науки, освен структурата, изучават още функцията, произхода, развитието, интегрирането и други. Морфологията се концентрира само върху строежа. Единственото пълно съвпадение е на ниво организъм - с анатомията.

Цитология - изучава състава, строежа и функциите на клетките; нарича се още "клетъчна биология".

Хистология - изучава състава, строежа и функциите на тъканите.

Ембриология - изучава строежа, функциите и развитието на организмите, до достигането на стадий на самостоятелен живот; нарушенията в нормалното ембрионално развитие се изучават от науката за уродствата - тератологията.

Анатомия - изучава строежа на телата на организмите.

Физиология - изучава функциите на живите организми.

Генетика - изучава наследствеността и изменчивостта на организмите.

Онтология - изучава индивидуалното развитие на организмите, от оплождането до смъртта; нарича се още "онтогения".

Геронтология - изучава строежа, функциите и стареенето на организмите, от затихването на половите функции до смъртта.

Филогения - изучава еволюционното развитие на организмите.

Таксономия - изучава класификацията на организмите; нарича се още "систематика".

Палеонтология - изучава организмите, които са живели и изчезнали в отминалите епохи.

Екология - изучава взаимоотношенията на организмите със заобикалящата ги среда и с другите организми.

Биогеография - изучава разпространението на организмите по планетата.

Астробиология - изучава възможностите за възникване и развитие на живот извън планетата Земя. Нарича се още "екзобиология".

Патология - изучава нарушенията в строежа, функцията, развитието и адаптирането на организмите. Повечето подобни нарушения се считат за болести.

Танатология - изучава причините и механизмите за затихване на живота и за настъпване на смъртта.





Частни (специални) биологични науки:
Изучават състава, строежа, функциите, развитието и особеностите на конкретна, обособена група от организми.

Микробиология - изучава микроорганизмите.

Протозоология - изучава първаците.

Микология - изучава гъбите.

Ботаника - изучава растенията.

Малакология - изучава мекотелите.

Ихтиология - изучава рибите.

Амфибиология - изучава земноводните.

Херпетология - изучава влечугите.

Ентомология - изучава насекомите.

Орнитология - изучава птиците.

Териология - изучава бозайниците.

Зоология - изучава животните.

Етология - изучава поведението на животните.

Антропология - изучава човека.

Психология - изучава поведението на човека.



Приложни биологични науки:

Изучават структурата и функциите на различните организми, във връзка с тяхното значение за живота на човека.

Агрономия - изучава отглеждането на растения в полза на човека.

Фитопатология - изучава болестите по полезните за човека растения.

Животновъдство - изучава отглеждането на животни в полза на човека.

Ветеринарна медицина - изучава болестите по полезните за човека животни.

Медицина - изучава причините, възникването, развитието, лечението и предотвратяването на болестите при хората.

Бионика - изучава приложението на биологичните принципи на структурна и функционална организация, в техническите системи, създадени от човека.

Биотехнология - изучава използването на живи организми за осъществяване на технологични процеси, като: обеззаразяване на отпадни води, производство на лекарства, пречистване на руда и много други.

Генно инженерство - разработва методи за прехвърляне на наследствена информация (гени) от едни организми в други, с цел приемниците да получат нови, полезни свойства.



...