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"


...