Клетката основна единица на живота



страница5/5
Дата17.12.2017
Размер0.71 Mb.
1   2   3   4   5

Хетеротрофните организми се "хранят" с органична материя. Материали за биосинтезите при тях са органични съединения (напр. монозахариди, аминокиселини, мастни киселини). Единственият източник на енергия при тях е енергията, получена при разграждане на органични вещества.

Не съществува рязка граница между автотрофност и хетеротрофност. Между двата типа на обмяната се срещат всички възможни преходи. Дори и най-проявените хетеротрофни организми могат да използват за синтетични цели неорганични вещества - напр. включване на СО2, амоняк и вода. Обратно, строго автотрофните микроорганизми се развиват по-добре в присъствието на определени органични вещества, наречени растежни фактори.

Освен на автотрофни и хетеротрофни обменните процеси се разделят на други две големи групи - аеробни и анаеробни. Аеробен е този тип на обмяната, при който окислителните процеси се извършват за сметка на атмосферен кислород. Аеробните организми дишат - т.е. приемат непрекъснато кислород от атмосферата. Анаеробен е този тип на обмяната, при който окислителните процеси се извършват в отсъствие на кислород. Анаеробните организми не дишат. При тях отделеният при окислителните процеси водород се фиксира върху други вещества - акцептори, които се натрупват в организма или се изнасят от него. Повечето от организмите в биосферата са аероби.

Между аеробните и анаеробните организми не съществува рязка граница. И най-проявените аероби (напр. човекът) могат да извършват обменни процеси отчасти по анаеробен път. При това едни тъкани (напр. мускулна) са "по-склонни" към анаеробен начин на обмяна от други. Нервната тъкан не може да разгражда веществата анаеробно, т.е. тя е почти абсолютно аеробна. Има много организми, които са еднакво способни да водят и аеробен, и анаеробен начин на живот.

1.6.5. Типове обмяна

На фона на единството в биохимичните обменни процеси се проявява тяхното богато разнообразие. Сборът от всички особености в обменните процеси при даден организъм или даден тип клетки от един организъм обуславя т. нар. тип на обмяната. Типът на обмяната определя функционалните и морфологични особености на една клетка или един организъм. Според типа на обмяната организмите се делят на автотрофни и хетеротрофни.

Автотрофните организми използват като източници за своите биологични синтези неорганични съединения, които получават от околната среда, т.е. те се "хранят" с неорганични вещества (напр. СО2, азот, амоняк, сероводород и др.). Енергията се доставя от външни за организма източници. По-голямата част използват светлинна енергия, която въвличат в синтезни процеси - това са т. нар.фотосинтезиращи автотрофи. Такива са всички зелени растения. Друга група са хемосинтезиращите автотрофи, които са микроорганизми. Те използват енергия, получена при окисление на нискомолекулни неорганични вещества от околната среда (сероводород, сяра, нитрити и пр.).

Хетеротрофните организми се "хранят" с органична материя. Материали за биосинтезите при тях са органични съединения (напр. монозахариди, аминокиселини, мастни киселини). Единственият източник на енергия при тях е енергията, получена при разграждане на органични вещества.

Не съществува рязка граница между автотрофност и хетеротрофност. Между двата типа на обмяната се срещат всички възможни преходи. Дори и най-проявените хетеротрофни организми могат да използват за синтетични цели неорганични вещества - напр. включване на СО2, амоняк и вода. Обратно, строго автотрофните микроорганизми се развиват по-добре в присъствието на определени органични вещества, наречени растежни фактори.

Освен на автотрофни и хетеротрофни обменните процеси се разделят на други две големи групи - аеробни и анаеробни. Аеробен е този тип на обмяната, при който окислителните процеси се извършват за сметка на атмосферен кислород. Аеробните организми дишат - т.е. приемат непрекъснато кислород от атмосферата. Анаеробен е този тип на обмяната, при който окислителните процеси се извършват в отсъствие на кислород. Анаеробните организми не дишат. При тях отделеният при окислителните процеси водород се фиксира върху други вещества - акцептори, които се натрупват в организма или се изнасят от него. Повечето от организмите в биосферата са аероби.

Между аеробните и анаеробните организми не съществува рязка граница. И най-проявените аероби (напр. човекът) могат да извършват обменни процеси отчасти по анаеробен път. При това едни тъкани (напр. мускулна) са "по-склонни" към анаеробен начин на обмяна от други. Нервната тъкан не може да разгражда веществата анаеробно, т.е. тя е почти абсолютно аеробна. Има много организми, които са еднакво способни да водят и аеробен, и анаеробен начин на живот.

1.7. Примери за значение на познанията върху клетъчната структура и функции за медицината

Познаване структурата, функциите и метаболизма на клетките в нормален здрав организъм е необходима предпоставка за разбиране отклоненията, които са в основата на много болести. Нормалният метаболизъм включва вариации и адаптации при различни условия - бременност, лактация, гладуване, усилена физическа дейност. Патологични отклонения в метаболизма може да има при хранителна недостатъчност, при недостиг на ензими и нарушена секреция на хормони също се развиват заболявания. По-долу са подбрани три примера за начално запознаване с някои болести, за да се демонстрира значението на знанията върху клетъчната структура, функции и регулационни механизми за медицината. Не всичко на този начален етап от изучаването на биохимията може да бъде разбрано, но при повторно четене тези връзки с клиниката ще бъдат полезни за начинаещия медик.



1.7. 1. Митохондрийни болести

За първи път за митохондрийни болести се заговорва през 1962 год., когато за един тридесетгодишен пациент с обща слабост, изобилно потене, поднормено тегло въпреки изобилно поемане на храна и много висок базален метаболизъм (виж т. 19.2.13) е показано, че има дефект в механизма, който контролира използването на кислород в митохондриите (виж глава "Биоенергетика"). Оттогава са открити над 150 генетични дефекти, които са причина за дефекти в ензими, РНК, компоненти на дихателните вериги и мембранни транспортни системи в митохондриите [1-3]. Засегнатите гени могат да принадлежат както на митохондрийна, така и на ядрена ДНК. Първата болест, за която е установен дефект в митохондрийна ДНК , е наследствената оптична невропатия на Leber (внезапна слепота в ранна възраст). При много от заболяванията има увреждане на скелетните мускули и централната нервна система. Причина за увреждане на митохондрийната ДНК могат да бъдат свободни радикали (супероксид и други), които се образуват в митохондриите при метаболизма на аминокиселини и мастни киселини. Днес се приема, че митохондрийни увреждания може да допринасят в известна степен за възрастови дегенеративни болести като тези на Parkinson, на Alzheimer и кардиомиопатии. (В този курс на болестта на Паркинсон е посветена симулацията на клиничния случай "Димитър").



1.7. 2. Апоптоза

Апоптозата или програмираната клетъчна смърт е процес, при който клетки, които са изпълнили своята биологична функция, умират като с това допринасят полза за целия организъм. Апоптозата е важна през развитието на зародиша и на организма през целия му живот[4 - 6]. Различна е от некротичната смърт на клетката поради увреждане от радиация, недостиг на кислород (аноксия) и др. Протича в три фази: улавяне на инициационен сигнал, активиране на каскада от реакции, включващи белтъчни фактори, активиране на специфични ензими, разграждащи белтъци (протеази).

Специфични белтъци изпълняват ролята на инициационен сигнал, наричан сигнал на смъртта. Такъв например е факторът на туморната некроза (tumor necrosis factor или TNF). Сигналите на смъртта биват разпознавани от разположените в клетъчните мембрани високо специализирани рецептори, наречени рецептори на смъртта. Специфичността на сигналите и рецепторите определя кои клетки ще претърпят апоптоза. Рецепторите на смъртта са трансмембранни белтъци с вътреклетъчен домейн (участък), наречен домейн на смъртта. При свързване на рецептора с извънклетъчния сигнал, се активира домейнът на смъртта. Той се свързва със специфични белтъци и задвижва каскада от белтък-белтъчни взаимодействия. Активират се две протеази от семейството на каспазите - каспаза 8 и каспаза 9, които след това активират други каспази, а те активират високоспецифични клетъчни белтъци, което води до разрушаване на клетката. Каскадите се регулират от про- и анти-апоптични белтъци. Нарушения в баланса между тях може да доведе до преждевременна клетъчна смърт или до неконтролирано клетъчно делене.

Нарушения в пътищата на апоптоза са в основата на автоимунни, възпалителни, злокачествени и невродегенеративни и др. заболявания. Изясняване механизмите на апоптоза може да допринесе за лечението на тези заболявания.



1.7. 3. Подагра и лизозомни ензими

Подаграта е заболяване, при което се образува пикочна киселина в излишък. Клиничните признаци включват възпаление, болка, подуване и затопляне на някои стави, най-често на палеца на крака. Пикочната киселина се образува при катаболизма на пурини и нормално се изхвърля с урината. Разтворимостта на пикочната киселина е много ниска. При понишаване на концентрацията й в кръвта, тя започва да се отлага в ставите под форма на уратни иглести кристали. Кристалите се поемат от клетките на ставата чрез фагоцитоза и се натрупват в смилателни вакуоли, които се сливат с лизозоми [7 - 8]. Кристалите увреждат вакуолите, което води до освобождаване на лизозомни хидролитични ензими в цитозола. рН в лизозомите е около 5, а в цитозола над 7. Т.е. лизозомните ензими в цитозола са при неподходящо за тях рН, но въпреки това те все пак проявяват своята хидролитна активност. Това води до смилане (разграждане) на клетъчните компоненти, освобождаване на вещества от клетката и автолиза.

(За подагра виж също т. 4.2.10.1, 4.3.8.1, 4.4.6 и 9.5.1).

1.8. Насоки за самостоятелна работа

1. Използвайки уравнението на Henderson-Haselbalch



изчислете съотношението на HPO42- / H2PO4- ( pKa = 6,7) при рН 5,7; 6,7 и 8,7.

Отговори: 1/10; 1/1; 100/1.

Решение:

pH = pKa + log ([HPO42-] / [H2PO4-])

2. В здрави хора буферните системи в кръвта поддържат рН около 7,4. Под рН 7,35 състоянието се означава като ацидоза. При рН около 7,0 последиците са сериозни, може да настъпи дори смърт. Затова при ацидоза, предизвикана от промени в метаболизма (метаболитна ацидоза) е важно в кръвта да се следи както рН, така и концентрациите на НСО3- и на СО2. Нормалните стойности за здрав човек са дадени в таблицата по-долу. рКa за [НСО3- ] / [СО2] е 6,1.

Използвайки уравнението на Henderson-Haselbalch изчислете концентрацията на кръвния бикарбонат в пациент с метаболитна ацидоза (рН = 7,1 и [CO2] = 0,8 mM.

Отговор: 8 mM

Решение:

pH = pK + log ([НСО3- ] / [СО2])




1.9. Литература

1. Chalmers, R. M. and A. H. V. Schapira (1999) Clinical, biochemical and molecular genetic features of Leber's hereditary optic neuropathy. Biochim. Biophys. Acta 1410, 147.

2. Wallace. D. C. (1997) Mitohondrial DNA in aging and disease. Sci. Am. 280, 40.

3. Wallace. D. C. (1999) Mitohondrial diseases in man and mouse. Science 283, 1482.

4. Randhawa, B. A. S. (2000) Apoptosis, Mol. pathol. 53, 55.

5. Konopleva, M., S. Zhao, Z. Xie, H. Segall, et al. (1999) Apoptosis. Molecules and mechanisms. Adv. Exp. Med. Biol. 457, 217.

6. Wei, M. C., W. Zong, E. H. Cheng, T. Lindsen et al. (2001) Proapoptoxic BAX and BAK: A requisite gateway to mitochondrial disfunction and death. Science 292, 727.



7. Weissman, G. (1974) Crystals, lysosomes and gout. Adv. Intern Med. 19, 239.

8. Burt, H. M., P. H. Kalkman and D. Mauldin (1983) Membranolytic effects of crystalline monosodium urate monohydrate. J. Rheumatol. 10, 443.
1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница