Prof. Vladimír Šimek Doc. Martin Vácha • Anatomie a morfologie • Fyziologie • Ekologie • Etologie • Genetika • Taxonomie • Vývojová biologie atd. BiologieBiologie žživoivoččichichůů Z čeho studovat? Chodit na přednášky? 4. Které hormony mohou ovlivňovat energetický metabolizmus. Jmenujte hlavní z nich, zmiňte místo sekrece a způsob působení. Příklad správné odpovědi na plný počet bodů: A) Trijodtyronin a Tyroxin ze štítné žlázy zvyšují oxidační děje v mitochodriích a tak i metabolizmus, proteosyntézu, zrání, růst. B) Somatotropin (růstový h.) z adenohypofýzy zvyšuje využívání lipidů a růst. C) Somatostatin z D buněk pankreasu snižuje využívání živin (tlumí sekreci inzulínu a glukagonu, resorpci ve střevě). D) Katecholaminy ze dřeně nadledvin mobilizují energetické rezervy, zvyšují svalový výkon. Podobně E) kortizol z kůry nadledvin. Test ke zkoušce Přehled kapitol: 1. Postavení fyziologie mezi ostatními vědami 2. Fyziologické principy 3. Homeostáza, adaptace a regulace 4. Obecná neurofyziologie 5. Přeměna látek a energií – metabolizmus 6. Teplota – její vliv a udržování 7. Problém velikosti a proporcí těla 8. Fyziologie pohybu 9. Funkce tělních tekutin 10. Imunitní systém 11. Cirkulace 12. Fyziologie dýchacího systému 13. Fyziologie trávení a vstřebávání 14. Exkrece a osmoregulace 15. Hormonální řízení 16. Nervová soustava 17. Speciální fyziologie smyslů 18. Biorytmy BiologieBiologie žživoivoččichichůů Definice živého: odvodíme nejlépe z funkcí dynamických procesů, které neživá příroda nemá Definice živého: odvodíme nejlépe z funkcí dynamických procesů, které neživá příroda nemá: Udržování organizovanosti a integrity, rozmnožování. Využívání látek a energie z okolí. Je to fyziologie, která studuje funkce organizmů, tedy projevy života. FyziologieFyziologie žživoivoččichichůů -- kontextkontext BI O C H E MI E Srovnávací přístup – vidí vývojové a environmentální souvislosti Na biologické vlastnosti se lze dívat ze dvou hledisek: • mechanistické vysvětlení – jak to funguje (proximátní, tradiční fyziologický přístup) • evoluční vysvětlení – jak se to vyvinulo, teleologické hledání „smyslu“ Např. svalový třes Na biologické vlastnosti se lze dívat ze dvou hledisek: mechanistické vysvětlení – jak to funguje (proximátní, tradiční fyziologický přístup) evoluční vysvětlení – jak se to vyvinulo, teleologické hledání „smyslu“ Např. svalový třes Protože znaky pravděpodobně vznikají selekcí, mluví se o nich jako o adaptacích – ty pomáhají zvýšit životaschopnost. Evoluční pohled nabízí teleologická vysvětlení – hledání „logiky“ věcí. Odpověď na otázku proč? Vždy ale mají nějakou minulost, která je limituje. Není vždy nejlogičtější. Páteř – suboptimální design. Živé organismus má svou historii: je výsledkem milionů let evoluce díky variabilitě a přírodní selekci. v mořive sladké vodě Prostředí určuje funkce Morfologie a funkce Morfologie a funkce Chování jako adaptace Chování jako adaptace Různá řešení téhož problému Velikost určuje stavbu těla a funkce Poměr Povrch/Objem a maximalizace povrchu Velikost limituje funkce Tělesné proporce a nelineární – allometrické vztahy. Velký živočich nemůže být zvětšeninou malého. izometrické trojúhelníky Čím větší tím úspornější Nejtěžší se dostanou nejdál Těžkého plavce stojí rychlost méně Udržení organizovanosti navzdory chaosu -základní vlastnost živých organizmů. Udržení stálosti vnitřního prostředí. Homeostáza, adaptace, regulace Optimum a jeho hranice Mnohobuněčnost – živočich si nese „pramoře“ s sebou - možnost života v dalších volných nikách, větší nezávislost. – nutnost vzniku infrastruktury organizmu - nutnost údržby vnitřního prostředí Vznik orgánových soustav u mnohobuněčných - péče o stálost vnitřního prostředí Kontaktní rozhraní musí mít velkou plochu ledvinný tubulus kapiláry plíce střevo Různé adaptační strategie na změnu životních podmínek a) Uteč – „Vyhýbači“ b) Akceptuj - Konforméři c) Vyreguluj - Regulátoři Volba strategie souvisí s tělní stavbou a velikostí těla. „Konformeři“ a regulátoři. „Konformeři“ a regulátoři. Celková životní strategie zahrnuje mnoho faktorů – Neexistuje jediné univerzální, ideální řešení R- stratég: vyšší důraz na rozmnožování a mobilitu potomstva, přičemž kvalita a konkurenceschopnost je odsunuta do pozadí K-stratég je organismus, který ve své životní strategii uplatňuje vyšší důraz na kvalitu a konkurenceschopnost potomstva (semen nebo mláďat), přičemž jeho kvantita a mobilita je odsunuta do pozadí. Genová terapie Transgenní organismus Regulace Řídící a obslužné systémy Regulace Kompromis mezi rychlostí a přesností Negativní zpětná vazba jako základní nástroj udržení homeostázy Negativní zpětná vazba jako základní nástroj udržení homeostázy Přesnost regulace: •ON-OFF •Proporcionální •Anticipační Živý organismus je výsledkem: konkrétního vývoje v konkrétním prostředí Určité velikosti těla Určité životní strategie např. chování, počtu potomků … Shrnutí Živé organismy pracují na své „údržbě“. Koncept homeostázy umožňuje pochopit smysl práce orgánových soustav mnohobuněčných. Shrnutí Negativní zpětná vazba je základním typem homeostatické regulace Shrnutí Udržení organizovanosti navzdory chaosu - základní vlastnost živých organizmů Bariéra a brány Bílkoviny – flexibilní molekuly: -přenašeči signálů a látek -generátory pohybu -regulační enzymatická aktivita -jedinečnost vazby Překlápění alosterické struktury po aktivaci, vazbě ligandu. Video Aktivní transport Sekundární aktivní transport Cytóza Jednobuněčný Mnohobuněčný Spolupráce – buněčná spojení Nabitá membrána - Klidový potenciál Gibbs Donnanova rovnováha K+: Na+: INTRA EXTRA Na/K pumpa Na/K pumpa Vápník – extracelulární iont, nositel signálů Vápník – extracelulární iont, nositel signálů Bílkoviny: •Transport na membránách •Pohyb •Enzymatická katalýza •Informační molekuly •Imunita Cytoskelet Cytoskelet Cytoskelet Život v buňce – Animace komentovaná Život v buňce - Animace PPřřenos informacenos informacíí MezibunMezibuněčěčnnáá komunikace akomunikace a signsignáálovlováá transdukcetransdukce MezibunMezibuněčěčnnáá komunikace akomunikace a signsignáálovlováá transdukcetransdukce Obecná chemorecepční schopnost buněk Komunikace ve společenství buněk, rozeznání poškozené nebo cizí buňky Signály: diferencuj, proliferuj, syntetizuj, zemři… Porozumění = klíč k podstatě MezibunMezibuněčěčnnáá komunikace akomunikace a signsignáálovlováá transdukcetransdukce Obecná chemorecepční schopnost buněk Komunikace ve společenství buněk, rozeznání poškozené nebo cizí buňky Signály: diferencuj, proliferuj, syntetizuj, zemři… Porozumění = klíč k podstatě Ovariální teratom MezibunMezibuněčěčnnáá komunikace akomunikace a signsignáálovlováá transdukcetransdukce Obecná chemorecepční schopnost buněk Komunikace ve společenství buněk, rozeznání poškozené nebo cizí buňky Signály: diferencuj, proliferuj, syntetizuj, zemři… Porozumění = klíč k podstatě Regenerativní medicína a onkologie Na jednu stranu chceme aby už nerostly (novotvary)na druhou aby zase rostly (náhrady) M1 Snímek 87 M1 Na jednu stranu cheme aby už nerostly (novotvary)na druhou aby zase rostly (náhrady) MV; 13.10.2009 • Eikosanoidy – (prostaglandiny) • Plyny – (NO, CO) • Puriny – ATP, cAMP • Aminy – od tyrozinu (adrenalin, par. histamin) • Peptidy a proteiny – mnoho hormonů neurohormonů • Steroidy – hormony a feromony • Retinoidy – od vit A Chemická struktura Způsob předání signálu – jeden klíč a různé dveře Způsob předání signálu – mezi buňkami Způsob předání signálu – mezi buňkami Způsob předání signálu – přes membránu Způsob předání signálu – přes membránu Způsob předání signálu – přes membránu Univerzální mechanismy signalizace Proteinkinázy Zesílení Život v buňce – Animace komentovaná Život v buňce - Animace MezibunMezibuněčěčnnáá komunikace akomunikace a signsignáálovlováá transdukcetransdukce Obecná chemorecepční schopnost buněk Komunikace ve společenství buněk Signály: diferencuj, proliferuj, syntetizuj, zemři… Porozumění = klíč k podstatě Nabitá membrána - Klidový potenciál ObecnObecnáá neurofyziologieneurofyziologie Základní stavební a funkční plán nervové soustavy. Neuron a jeho součásti Spolupráce s gliovými buňkami. Koncentrace hlavních iontů na membráně v klidu. Rozdílné postavení Na a K iontů AkAkččnníí potencipotenciááll http://www.hhmi.org/biointeractive/vlabs/neu rophysiology/index.html Jak se dnes měří a jak vypadá? Spolupráce kanálů při vzniku AP AP kanály Šíření podél membrány. Šíření AP1 Šíření AP2 Synapse Intracelulární předání signálu jde vyzkoušenou cestou G proteinové signalizace Receptor je součástí kanálu – ionotropní signalizace nebo spojen s kanálem kaskádou signálů – metabotropní signalizace Látková signalizace1 Látková signalizace2 Látková signalizace3 Látková signalizace na synapsi Mediátory - neurotransmittery Vzácně i elektrická synapse. Jak spolu neurony komunikují. Dva druhy kanálů – dva druhy kódování Smysl: Sčítání a analýza signálů Plasticita NS Dva druhy kódování informace Dálkové šíření – digitálně Zpracování - analogově Smysl: Zpracování - analogově Časová sumace Časová sumace Prostorová sumace Smysl: Zpracování - analogově Některé synapse inhibiční Některé excitační Facilitace Inhibice Neuronální signalizace Divergence, konvergence Synapse vytvářejí dynamickou síť spojů, základem reflexů. Monosynaptické x Polysynaptické Nepodmíněné x Podmíněné Synaptická plasticita základem paměti. Přestavba dentritických trnů Obecná fyziologie smyslů Co se děje ne membránách. Transdukce Transformace Svět smyslů – úloha mozku. Paralelní dráhy specializované na určitou vlastnost (kvalitu). V rámci dráhy ještě specializace na konkrétní hodnotu. Receptorová buňka převádí energii podnětu na změnu iontové propustnosti. Vlastnosti membrány jsou klíčem pro transdukci. Intenzita podnětu a intenzita odpovědi. Trvání podnětu a trvání odpovědi. Laterální inhibice: vyšší rozlišovací schopnost zesílení kontrastů