Download
1 / 198
2.01k likes | 2.29k Views
Physiology. פיזיולוגיה: המדע שעוסק בתפקוד האורגניזם, והחלקים שלו. חקר תפקוד הגוף החי. זה המדע שעוזר לנו להבין איך הגוף מתפקד, מתא לרקמה, מרקמה לאיבר, ומאיבר למערכת. זה המדע שעוזר לנו להבין איך האורגניזם מבצע משימה ספציפית החיונית לחיים. הדגש במקצוע הזה הוא על המנגנון.
E N D
Physiology • פיזיולוגיה: המדע שעוסק בתפקוד האורגניזם, והחלקים שלו. חקר תפקוד הגוף החי. • זה המדע שעוזר לנו להבין איך הגוף מתפקד, מתא לרקמה, מרקמה לאיבר, ומאיבר למערכת. • זה המדע שעוזר לנו להבין איך האורגניזם מבצע משימה ספציפית החיונית לחיים. • הדגש במקצוע הזה הוא על המנגנון. • הדגש על שאלות שמתחילות במילה: איך?
נושאי הקורס • התא: מבנה ותפקוד. • מחזור התא וחלוקת תאים: מיטוזה ומיוזה. • מערכות טרנספורט. • מערכת העצבים: חלוקה וארגון, נוירונים, פוטנציאל פעולה, נוירוטרנסמיטרים. • מערכת העצבים המרכזית. • מערכת העצבים הפריפרית. • המערכת האנדוקרינית. • פיזיולוגיה של הכליה. • הפעילות החשמלית בלב, ותפוקת הלב.
התא • בתוך הגוף שלנו ישנם כמאה טריליון (1014) של תאים. • כל הפעילויות שלנו, מריצה ועד לחשיבה, הן תוצאה של פעילות משולבת ומתואמת של מיליונים, ואפילו ביליונים של תאים. • בכל היצורים החיים התא היא היחידה הביולוגית הקטנה ביותר שיש לה מאפייני חיים. • כמו שאטומים הם אבני הבניין של מולקולות, התאים הם אבני הבניין של הגוף.
התא • תכונות התא: • התא מסוגל להתקיים בעצמו או שיש לו את הפוטנציאל לכך. • לתא יש מבנה מאורגן והוא מקיים פעילות מטבולית. • התא חש שינויים בסביבה, ומגיב עליהם. • מולקולות ה DNA בגרעין של התא מקנות לו את היכולת להתרבות.
תיאורית התא • בשנת 1830 שני מדענים גרמניים (Matthias Schleiden ו Theodor Schwann) הכניסו את אחת התיאוריות החשובות בביולוגיה:תיאורית התא. תיאורית התא (The cell theory): • כל היצורים בנויים מתא אחד או יותר. • התא היא היחידה הבסיסית של החיים. • תאים חדשים נוצרים רק מתאים קיימים.
Typical cell • האם ישנו בגוף שלנו תא טיפוסי? • אין תא שמכיל את כל המרכיבים שנמצאים בסוגים שונים של תאים. • אין תא מייצג לכל התאים בגוף. • לכן נדבר על תא טיפוסי (typical cell) שמיוצר לצורכי לימוד. • תא זה מכיל את רוב התכונות האופייניות של הרבה תאים שונים. • מבחינה מעשית אין typical cell בתוך הגוף.
הקשר בין המבנה לתפקוד • התאים שונים מאוד בגודלם, בצורתם, ובפעילות שלהם. • קוטר התא נע בין m 7.5 (כדוריות דם אדומות), עד m 150 (תא המין הנקבי, הביצית).ׁ • ישנה התאמה בין הגודל, הצורה, לבין התפקיד של סוגי התאים השונים. • למה הכוונה? • לתא יש גודל או צורה ספציפית על מנת שיבצע פעילות ספציפית.
הקשר בין המבנה לתפקוד • לתא עצב למשל, יש שלוחה דמוית חוט, שנקראת אקסון. • שלוחה זו יכולה להגיע לאורך מעל למטר. • תא זה הוא אידיאלי להעברת גירוי או דחף (impulse) עצבי. • לשרירים מבנה שמאפשר להם להתכווץ. • תאי דם אדומים מכילים המוגלובין, שקושר חמצן ומשחרר אותו לרקמות. • למרות השוני הגדול מבחינת המבנה האנטומי והתפקודי, קיים הרבה דמיון בין סוגי התאים השונים.
מרכיבי התא: מבט כללי • יש לכל התאים -בראשית חייהם- את שלושת המרכיבים הבאים: • 1) ממברנת התא: ממברנה חיצונית ששומרת על התא כיחידה נבדלת, המופרדת מהסביבה החוץ תאית. • ממברנה זו מאפשרת לתהליכים מטבוליים להתרחש בצורה מאורגנת ומבוקרת. • הממברנה לא מבודדת את התא מהסביבה החוץ תאית. • הרבה חומרים חוצים את הממברנה (לפי התכונות שלהם) בצורה מתמדת.
מרכיבי התא : מבט כללי • 2) ציטופלסמה (Cytoplasm: חומר התא): כל מה שנמצא בפנים התא (תחום בתוך ממברנת התא), חוץ מאזור הDNA . • זהו חומר נוזלי -דמוי ג'ל- שבו נמצאים חלקיקים וסיבים, ולעיתים שלוחות ממברנליות. • הציטופלסמה מורכבת מהרבה אברונים (Organelles) הנמצאים בנוזל מימי בתוך התא שנקרא ציטוזול, או הנוזל התוך תאי. • 3) אזור המכיל DNA: זה הגרעין שאינו חלק מהציטופלסמה.
תא איקריוטי לעומת תא פרוקריוטי • התאים בגוף שלנו הם איקריוטים: תא איקריוטי הוא תא בעל גרעין אמיתי המכיל DNA. • בתא איקריוטי הגרעין מוקף בממברנות. • לכן הגרעין הוא המייחד את התאים האיקריוטים. • לעומת זאת בתאים פרוקריוטים (טרום גרעין) אין גרעין התחום בממברנה. • ז"א אין בתאים פרוקריוטים ממברנה המפרידה את ה DNA מהציטופלסמה המקיפה אותו.
תא איקריוטי לעומת תא פרוקריוטי • הDNA בתאים פרוקריוטים לא נמצא בגרעין. • אלא באזור בעל צורה לא מוגדרת בציטופלסמה, שנקרא לפעמים nucleoid: דמוי גרעין. • חיידקים הם תאים פרוקריוטים. • שאר התאים ביצורים האחרים מאמבות, אפרסק, פטריות, ופיל הם איקריוטים. • מדוע?
מרכיב התא • החלקים השונים בתוך התא, מבנה ותפקיד: • הממברנה. • הציטופלסמה והאורגנלות שלה. • הגרעין.
ממברנת התא • ממברנת התא: המבנה העיקרי של הממברנה הוא שכבה כפולה ודקה של מולקולות שנקראות פוספוליפידים, וחלבונים בתוך הפוספוליפידים. • שכבה כפולה זו היא גבול רצוף המונע מעבר חופשי של חומרים המסיסים במים אל תוך התא, ומהתא החוצה. • איך נקרא חומר המתמוסס טוב במים? • איך נקרא חומר המתמוסס טוב בשומן?
ממברנת התא • הרכב הפוספוליפידים: ראש הידרופילי (אוהב מים) שהוא הקצה שמכיל פוספט, ושני זנבות הידרופוביים (מיוונית: הידרו= מים, פובי= מפחד), שהוא הקצה שמכיל שתי חומצות שומן. • למה החלק שמכיל שתי חומצות שומן נחשב להידרופובי? • מולקולות הפוספולפידים (phospholipids, בקיצור PL) שנמצאות במים מגיבות עם מים, וזו עם זו. • כתוצאה מכך הPL מתארגנים בשכבות כפולות bilayers)), כאשר הם נמצאים בסביבה מימית.
ממברנת התא • זה מאפשר לראשים ההידרופיליים לבוא במגע עם מים בנוזל החוץ תאי והנוזל התוך תאי, ולזנבות ההידרופוביים להתרחק ממים. • בגלל שהסביבה הפנימית היא סביבה מימית, ה bilayers של הPL נראות איפה שמולקולות ה PL מפוזרות בין מולקולות המים. • כולסטרול הוא סוג נוסף של לפיד, מתערבב בין מולקולות ה PL ליצירת תערובת של לפידים, הנשארת מספיק נוזלית על מנת לתפקד בטמפרטורת הגוף. • בלי כולסטרול ממברנת התא הייתה נשברת בקלות.
ממברנת התא • בגלל שרוב שכבת ה PL היא הידרופובית, ממברנות התאים אינן מאפשרות למולקולות הידרופיליות לעבור דרכן בקלות. • תכונה זו של הממברנה היא אידיאלית. • מדוע? • היות ורוב המולקולות בגוף מתמוססות במים, הממברנה מונעת מהם להיכנס בחופשיות. • מה טוב בממברנה שתאפשר לכל דבר לעבור דרכה?
ממברנת התא • למה המבנה הזה של הממברנות הוא חשוב? • זה מאפשר לממברנה לשמור על תוכן התא (נוזל תוך תאי), בהרכב שונה מהנוזל החוץ תאי. • התא לא יכול לשרוד אם ההבדל הזה יתבטל. • איזה יון למשל נמצא בריכוז גבוה בתוך התא יחסית לחוץ התא? • איזה יון למשל נמצא בריכוז גבוה מחוץ לתא יחסית לתוך התא?
ממברנת התא • האם המשמעות היא שחומר הידרופילי לא נכנס לתוך התא? • מה לגבי חומרים כגון גלוקוז, ויונים כגון נתרן ואשלגן? • גלוקוז הוא חומר הידרופילי החשוב להפקת אנרגיה. • יונים כגון נתרן ואשלגן חשובים ליצירת הגירוי העצבי. • חומרים אלה -ורבים אחרים- גם כן נכנסים דרך הממברנה. • אבל בשביל זה הם צריכים להשתמש בנשאים ותעלות שנמצאים בממברנה.
דגם הפסיפס הנוזלי של הממברנה:Fluid Mosaic Model • על פי דגם זה ממברנות בנויות ממגוון מולקולות: פוספוליפידים, גליקוליפידים, כולסטרול וחלבונים. • תכונות הנוזל של הממברנה הדן-שכבתית מקורן בתנועה המתמדת של הלפידים, והאינטראקציה ביניהן. • בהיותה עשויה מתערובת של לפידים וחלבונים, דומה הממברנה לפסיפס. • החלבונים מבצעים את רוב תפקידי הממברנה.
דגם הפסיפס הנוזלי: סיכום • 1) ממברנות התאים מורכבות בעיקרן מלפידים (רובם PL), ומחלבונים. • 2) מולקולות הלפידים מסודרות בשכבה כפולה: הראשים ההידרופיליים מרכיבים את שני פניה החיצוניים של הממברנה, אלה השרויים בנוזל. • 3) שכבה כפולה של לפידים מקנה לממברנות התא מבנה מסודר, ומהווה מחסום הידרופובי בין שתי תמיסות. • 4) חלבונים המשובצים בשכבה הכפולה, או שנמצאים על פני השכבה הכפולה, מבצעים את רוב תפקידי הממברנה.
החלבונים הממברנליים • בממברנת התא משובצים חלבונים שמבצעים את רוב תפקידיה. • החלבונים מהווים 55% ממשקל הממברנה. • ישנם חלבונים אינטגרלים (Integral proteins) שהם חלק מההרכב של הממברנה. . רוב החלבונים האלה עובר את הממברנה פעם אחת או יותר, לכן הם חלבונים טרנסממברנליים (Transmembrane proteins). . וישנם חלבונים היקפיים (Peripheral proteins) הקשורים לחלק הפנימי או החיצוני של הממברנה, ואפשר להפריד אותם בקלות מהממברנה.
תפקיד החלבונים הממברנליים 1) תעלות (Channels): סוג של חלבוני העברה, transport proteins, שמאפשרים מעבר של חומרים הידרופיליים. • התעלות יוצרות pores (נקבים גליליים) והן עוברות לכל הרוחב של שכבת ה PL, לכן חלבונים אלה הם טרנסממברנליים. • התעלות מאפשרות למומסים קטנים לעבור את הממברנה. • יונים למשל אינם מתמוססים בלפידים, לכן הם לא יכולים לעבור את השכבה הכפולה של הפוספולפידים בחופשיות. • הם יכולים לעבור את הממברנה ע"י תעלות.
תפקיד החלבונים הממברנליים • מעבר היונים דרך תעלות מעורב בהרבה מנגנונים פיזיולוגיים. • בממברנה ישנן תעלות נתרן , אשלגן, סידן, כלוריד וכו. • כל תעלה מאפשרת ליון ספציפי לעבור דרכה. • ישנם שני סוגים עיקריים של תעלות יוניות: • מעט מהתעלות תמיד פתוחות, ומאפשרות מעבר יונים כל הזמן. תעלות אלה נקראות Leak channels. • לאחרות ישנם Gates (שערים) שנפתחים ונסגרים באופן מבוקר בתגובה לגירויים שונים.
תפקיד החלבונים הממברנליים • 2) נשאים (Carriers): הם סוג נוסף של חלבוני טרנספורט. • נשאים קושרים מומסים ומעבירים אותם דרך ממברנת התא. • נשאים מעבירים מומסים בצורה פסיבית או אקטיבית. • למה הכוונה? • למשל, כמעט בכל תא ישנם נשאים שמעבירים גלוקוז מהנוזל החוץ תאי, לתוך התא, מבלי להשקיע אנרגיה. • נשא אחר, שנקרא משאבת הנתרן-אשלגן, מוציא נתרן מהתא ומכניס אשלגן לתוך התא תוך כדי השקעת אנרגיה בצורה של ATP.
תפקיד החלבונים הממברנליים • 3) רצפטורים: חלבונים ממברנליים שמגיבים לחומר ספציפי שנקרא ligand. • קישור ליגנד לרצפטור שלו גורמת לשינוי בפעילות של התא. • למשל קישור ההורמון אינסולין לרצפטור הממברנלי שלו הוא צעד מפתח שגורם להגברת הכניסה של גלוקוז לתוך התאים. • מהי ההשלכה למחסור באינסולין? • מה יקרה אם ההורמון מופרש בצורה תקינה, אבל הרצפטור לא מגיב בצורה תקינה?
תפקיד החלבונים הממברנליים • דוגמה נוספת היא נוראדרנלין ואדרנלין שנקשרים לרצפטור 1 אדרנרגי בלב. • כתוצאה מכך חלה עלייה בקצב הלב, ובעוצמת הכיווץ של שריר הלב. • קיים הבדל בסוג הרצפטורים ובמספרם בממברנות של תאים שונים . • לכן הרגישות של התאים להורמונים, או לשליחים עצביים היא שונה. • רצפטורים מהווים אתר מטרה עיקרי לתרופות.
תפקיד החלבונים הממברנליים 4)חלבוני היכרות Recognition proteins . . אלה הם גליקופרוטאינים שמהווים סימני הכרה, או סימני זיהוי. . תאים במערכת האימונית יכולים לזהות תאים אחרים אם הם נורמאליים או לא, על בסיס נוכחות Recognition proteins . . דרך חלבונים אלה למשל, לויקוציטים מאבחנים בין תאים נורמאליים השייכים לגוף, לבין תאים או מרכיבים זרים כמו תא סרטני או חיידק. • מצד שני סימני הזיהוי האלה מונעים מאיתנו מלקבל דם או רקמה מתורם שאין להם אותם markers.
תפקיד החלבונים הממברנליים • 5)חלבוני היצמדות Adhesion proteins. • אלה הם גליקופרוטאינים העוזרים לתאים השייכים לאותה רקמה להיות מחוברים וצמודים זה לזה. • בזמן היווצרות הרקמה חלבוני ההיצמדות קושרים תאים שכנים זה לזה. • 6) אנזימים: אנזימים ממברנליים יכולים להיות היקפיים, או אינטגרליים. • אנזימים אלה אחראים על שפעול ריאקציות בנוזל החוץ תאי או בציטוזול. זה תלוי במיקום החלבון, והאתר הפעיל שלו.
מרכיב התא • החלקים השונים בתוך התא, מבנה ותפקיד: • הממברנה. • הציטופלסמה והאורגנלות שלה. • הגרעין.
האברונים בתוך התא • הציטופלסמה והאברונים שלה: • אברון או אורגנלה (organelle) זהו שקיק או מדור בתוך התא שמבצע תפקיד מטבולי מסוים. • הציטופלסמה היא החומר הפנימי דמויי ג'ל המכיל הרבה אברונים זעירים. • הציטופלסמה מורכבת מנוזל מימי (ציטוזול), בנוסף למאות או אפילו אלפי אברונים שהופכים את הציטופלסמה לצורת הג'ל שלה. • אברונים כגון: ריבוזומים, רשת אנדופלסמית, מערך ע"ש גולג'י, מיטוכונדריה, והגרעין שאינו חלק מהציטופלסמה.
