Podstawy Biologicznych mechanizmów zachowania Ćw I

Transkrypt

1 Podstawy Biologicznych mechanizmów zachowania Ćw I Biologia w psychologii Piotr Łaszczyca KFZiE, WBiOŚ Homo psychologicus czy psychol? Po co psychologowi nauki o biologicznych mechanizmach zachowania? Dobre pytanie i nie zawsze prawdziwe odpowiedzi.. Bez wiedzy na temat biologicznych mechanizmów moŝna być: bardzo sprawnym czarownikiem, szamanem, demagogiem, politykiem lub oszustem. Wiedza i inteligencja są całkowicie zbyteczne do Ŝycia. Owsiki mają się świetnie od milionów lat.

2 Homo psychologicus czy psychol? Co to jest człowiek? KaŜdy widzi lub przeczyta dalej Co to jest fizjologia? Nauka o czynnościach organizmów Ŝywych, np. człowieka Dość trudna Na czym polegają BIOLOGICZNE PODSTAWY ZACHOWANIA! Na ograniczeniu fantazji i ZWIĘKSZENIU SKUTECZNOŚCI Podstawy metodologii Zasady poznawania świata i człowieka czyli epistemologia albo teoria poznania NAUKA - zbiór spostrzeŝeń i twierdzeń wywiedzionych na podstawie doświadczeń, obserwacji i wcześniejszych załoŝeń, opisujących rzeczywistość i pozwalających na przewidywanie nowych obserwacji - zbiór metod uzyskiwania wyników i tworzenia twierdzeń, - takŝe: system organizacji badań NAUKI: FORMALNE (dedukcyjno-analityczne) - matematyka, logika, filozofia? EMPIRYCZNE (indukcyjno-syntetyczne) - biologia, chemia, fizyka... HUMANISTYCZNE (idiograficzne) - psychologia, literatura... SYNTETYCZNE - cybernetyka, filozofia?

3 Podstawy metodologii Zasady poznawania świata i człowieka czyli epistemologia albo teoria poznania 1. Nie da się bez ontologii 2. Zasady demarkacji nauki i nienauki, np. wiary Czy wolno straszyć piekłem na obrazku albo w muzeum kreacjonizmu? Piekło. Autor: bluteuffel (??), 3. Czy szukanie śladu ręki Pana Boga na Ziemi ma sens? (Kłopoty z ewolucjonizmem i z etyką) Podstawy metodologii Zaspokajanie ciekawości Poszukiwania i odkrycia Obserwowanie Pytanie Przypadkowe obserwacje Wymiana wiedzy Zasady poznawania świata i człowieka czyli epistemologia albo teoria poznania Inspirowanie Szukanie w literaturze Gromadzenie danych Jak to robią w Ameryce Interpretowanie danych Sprawdzanie hipotez Korzyści praktyczne i inne skutki Społeczne przyjęcie i inne jego skutki University of California, Berkeley

4 Podstawy metodologii Zasady poznawania świata i człowieka czyli epistemologia albo teoria poznania Jak to robią w Ameryce Jak bardzo naukowa jest informacja? Czy odnosi się do świata przyrodniczego? Czy ma na celu objaśnienie świata przyrodniczego? Czy zakłada moŝliwość sprawdzania załoŝeń? Czy opiera się na udokumentowanych faktach? Czy angaŝuje społeczność naukową? Czy prowadzi do dalszych badań? Czy korzysta z zachowań naukowych? University of California, Berkeley Podstawy metodologii Zasady poznawania świata i człowieka czyli epistemologia albo teoria poznania Teorie poszerzania wiedzy - zasady rozumowania transdukcyjne - przez analogię dedukcyjne - od zasady ogólnej do szczegółu indukcyjne - od obserwacji do zasady ogólnej abdukcyjne - odkrywcze (C.S.Peirce) - wywiedzione z reguł teoretycznych oraz hipotezy stworzonej uprzednio na podstawie obserwacji (ciąg: obserwacje dane hipoteza - reguła - prawo wniosek szczegółowy)

5 Podstawy metodologii Zasady poznawania świata i człowieka czyli epistemologia albo teoria poznania ZASADY TWORZENIA WYPOWIEDZI I TWIERDZEŃ NAUKOWYCH W NAUKACH EMPIRYCZNYCH KANONY INDUKCJI MILLA: Np. twierdzenie ( prawo ): Tlen w powietrzu jest niezbędny do Ŝycia wszystkich saków - kanon jedynej zgodności Np.: Usunięcie dowolnego składnika powietrza z wyjątkiem tlenu, pozwala nadal Ŝyć w nim ssakom - kanon jedynej róŝnicy Np.: Jedynie usunięcie tlenu z powietrza, powoduje, Ŝe ssaki nie są w stanie nim Ŝyć - kanon towarzyszących zmian Np.: Stopniowe zmniejszanie lub zwiększanie zawartości tlenu w powietrzu powoduje skrócenie czasu Ŝycia ssaków ZASADA FALSYFIKACJI (DEDUKCJONIZM) POPPERA Np. Tlen w powietrzu jest niezbędny do Ŝycia wszystkich ssaków - nie moŝe być prawdą twierdzenie, dla którego moŝna wymyślić szczególny przypadek zaprzeczający temu twierdzeniu, który da się wykazać doświadczalnie Np. Tlen w powietrzu jest NIE niezbędny do Ŝycia jakiegoś ssaka Sprawdzić: czy jakikolwiek ssak jest w stanie przeŝyć w nieobecności tlenu? Podstawy metodologii Zasady poznawania świata i człowieka czyli epistemologia albo teoria poznania GŁÓWNE KONTROWERSJE TEORIOPOZNAWCZE W NAUKACH BIOLOGICZNYCH IDEALIZM MATERIALIZM WITALIZM MECHANICYZM KREACJONIZM EWOLUCJONIZM FINALIZM (TELEOLOGIZM) KAZUALIZM HOLIZM (SYNTETYZM) REDUKCJONIZM takŝe: Preformizm, Katastrofizm, Spirytualizm, Behawioryzm... etc

6 Podstawy metodologii NAUKI BIOLOGICZNE I ICH SYSTEMATYKA. tort Oduma - klasyfikacja dwukierunkowa: 1. wg obiektu badań ; 2. wg poziomu/metody badań ROŚLIN Okrytonasiennych Nagonasiennych Sosny Paprotników Mszaków GRZYBÓW... ZWIERZĄT Jamochłonów; Robaków; Stawonogów... Kregowców... Ssaków... Człowieka PIERWOTNIAKÓW... BEZJĄDROWYCH... Ekologia Fizjologia Anatomia Histologia Cytologia Embriologia Biochemia Genetyka Cytologia Biofizyka Podstawy metodologii NAUKI NEUROBEHAWIORALNE - NEUROSCIENCE DYSCYPLINY BIOLOGICZNO-MEDYCZNE ZAJMUJĄCE SIĘ BADANIEM ZACHOWANIA CZŁOWIEKA I ZWIERZĄT Neuroanatomia Neurofizjologia Neurochemia Elektrofizjologia Psychofizjologia Psychofarmakologia Zoopsychologia Etologia Socjobiologia Genetyka zachowania Neurologia, Psychiatria

7 Homo psychologicus Człowiek jako istota Ŝywa - Cechy wyróŝniające istoty Ŝywe: 1. Materialne podłoŝe struktury i funkcji 2. Organizacja - uporządkowanie - struktura - indywidualność - hierarchia integronów 3. Metabolizm: katabolizm, anabolizm, asymilacja, dysymilacja, wymiana, przepływ, entropia 4. Pobudliwość - reaktywność: aktywna zmiana stanu organizmu (reakcja) w odpowiedzi na zmianę stanu środowiska (bodziec) przeciwdziałająca nieodwracalnym zmianom stanu 5. Adaptatywność: Homeostaza (względna niezmienność stanu - odwracalność zmian - w wyniku równowagi przepływów) Stres (nadmiarowa, stereotypowa, nieadekwatna reakcja na bodźce), 6. Rozwój (ontogeneza) 7. RozmnaŜanie 8. Dziedziczenie 9. Ewolucja i zmienność Homo psychologicus Człowiek wśród innych organizmów - Cechy charakterystyczne dla: Jądrowych (Eucaryota), Zwierząt (Animalia), Tkankowych (Histozoa), Dwubocznych (Bilateralia), Strunowców (Chordata), Kręgowców (Vertebrata), Ssaków (Mammalia), Naczelnych (Primates) Cechy zwierząt wyŝszych: tkanki, symetria dwuboczna, cefalizacja, metameria, Cechy ssaków budowa serca i łuku aorty, płuca pecherzykowate, przepona, stałocieplność, macica, sutki, sierść, gruczoły skórne, rozbudowane kresomózgowie, Cechy naczelnych: stopochodność, rotacja przedramienia, przeciwstawny kciuk, paznokcie, sutki takŝe na piersi, wzór zębowy: ICPM - mleczne i stałe, szczęki skrócone, oczodoły frontalnie, Cechy małp: pojedyncza macica, łoŝysko krwiokosmówkowe, menstruacja, 1 para sutek piersiowych, tylko paznokcie, kły przed zgryzem, ICPM Cechy człekokształtnych : linie papilarne, redukcja ogona, C-kształtny kręgosłup, redukcja kręgów do Th-L = 16-18, wzrost do S = 4-5, wypukła klatka, mostek jednoczęściowy

8 Homo psychologicus Człowiek - jego odrębność: Cechy banalne: dwunoŝność, pionizacja, prosty staw kolana, S-kształtny kręgosłup, dwustronna dźwignia czaszki, wypiętrzona czaszka, skrócona szczęka, bródka, kły w linii zgryzu, zęby bez przerw, płaska twarz, małe łuki brwi, długi nos i przegroda, wolna ręka, manipulacja, cerebryzacja - kora rozbudowana, Homo psychologicus Człowiek - jego odrębność: Cechy niebanalne rodzą róŝne, często przykre konsekwencje: - długi rozwój osobniczy - długa opieka nad potomstwem - pedogeneza - neotenia = dojrzałość płciowa przed dojrzałością społeczną - seks oderwany od rozrodu - przyczyna konkurencji i postępu - cywilizacja i kultura materialna = cywilizacja materialna oparta na pracy - niegenetyczny przekaz kultury i mowy = warunek przeŝycia i pracy - mowa jako szczególny system komunikacyjny i narzędzie pracy: członowana = artykułowana symboliczna = umowna oderwana od tu i teraz nieemocjonalna produktywna składniowa = syntaktyczna)

9 Homo psychologicus Poziomy integracji biologicznej - Integrony: molekularny, subkomórkowy, komórkowy, tkankowy, narządowy, układowy, organizmalny, populacyjny, biocenotyczny, biogeocenotyczny, kosmiczny? Materialne podłoŝe Ŝycia Zacznijmy od początku - Materialne podłoŝe Ŝycia Poziom Molekularny trzeba się składać z jakichś związków chemicznych, a one mają pewne własności, które decydują o czynnościach organizmu. Pierwiastki (trzeba o tym mówić w związku z fizjologią Ŝywienia): MAKROELEMENTY ( > 0.1% sw.m.) w tym: CHONSP - strukturalne oraz Na, K, Cl, Ca równowaga jonowa płynów ustrojowych i komórek MEZOELEMENTY (Fe, Mg) np. w Hb krwinek i licznych enzymach MIKROELEMENTY - regulacyjno-katalityczne: - przykłady: Zn-insulina, J-tyronina,... Cu, Co, Mn, F i inne - m.in. w enzymach

10 Materialne podłoŝe Ŝycia Materialne podłoŝe Ŝycia - Krok dalej Związki chemiczne (trzeba o tym mówić, np. w związku z toksykologią): nieorganiczne, - woda i jej niezwykle waŝne dla Ŝycia własności - polarny - dipolowy charakter cząsteczki wody, stąd oddziaływania wzajemne cząsteczek wody (polarność, ciepło właściwe, ciepło parowania i zamarzania, anomalna rozszerzalność, hydroliza, odczyn, kohezja...) - kwasy, sole, tlenki... etc. organiczne - szereg pochodnych od H-(CH 2 ) n -H np. CH 4, C 2 H 5 OH, (NH 2 ) 2 CO Związki Organiczne Proste: Materialne podłoŝe Ŝycia - węglowodory np. metan = CH 4 - alkohole (polihydroksy-, amino-) np. etanol = C 2 H 5 OH i gliceryna = C 3 H 5 (OH) 3 - aldehydy, ketony np. aldehyd mrówkowy = HCHO oraz aceton = CH 3 COCH 3 - kwasy (keto- i hydroksy- kwasy oraz kw. tłuszczowe) np. cytrynowy, masłowy... - izoprenoidy np. karotenoidy, w tym czerwony barwnik marchewki - steroidy np. cholesterol, testosteron, estradiol,.. - aminy np. adrenalina, serotonina... - zw. heterocykliczne np. zasady azotowe (A,G,C,T,U) i hem, np. hemoglobiny... - cukry (szereg genetyczny cukrów) w tym: triozy - C 3 - (aldehyd glicerynowy), pentozy - C 5 - (ryboza, dezoksyryboza), heksozy - C 6 - (glukoza, fruktoza,...)... - aminokwasy (20 z pośród 100 znanych rodzajów) w tym: Gli, Ala, Wal, Met, Cys, Arg, Liz, GluA, AspA, Fen, Tyr, Try, Ser,...

11 Materialne podłoŝe Ŝycia Związki Organiczne ZłoŜone: nukleotydy, porfiryny, witaminy, tłuszczowce, cukrowce, białka, kwasy nukleinowe najwaŝniejsze ugrupowania funkcyjne: hydroksylowe -OH, karbonylowe =CO, karboksylowe -COOH, aminowe -NH 2, tiolowe -SH,... najwaŝniejsze wiązania: bezwodnikowe - estrowe, glikozydowe, peptydowe,... najwaŝniejsze cechy fizykochemiczne związków: hydro-, lipo-... fobowość, -filowość, polarność, apolarność, rozmiar cząsteczki (masa molowa wyraŝana w kd) Materialne podłoŝe Ŝycia Rzędowość struktury biopolikondensatów (skrobia, celuloza, białka, DNA, RNA) Rzad struktury Sekwencja razy Glk Konformacja czyli kształt cząsteczki Celuloza Bialko DNA RNA 2 harmonijka helisa / dywan 3 helisa splatek = wezel 300 z 20 AK 3.5 mld par z 4 N dwie nici helisa 4 wlókno agregat nukleosom 5 agregat kompleks w komórce superhelisa siec chromatyda 7 chromosom z 4 N jedna nic klucz/nic

12 Materialne podłoŝe Ŝycia Rzędowość struktury białek tak sobie to moŝna wyobrazić Struktura 3 rzędu Struktury 2 rzędu alfa i beta Struktura 3 rzędu Struktura 4 rzędu Struktura 4 rzędu - model Materialne podłoŝe Ŝycia Szczególne związki budujące organizm: hormony: aminokwasowe np. adrenalina, 3J-tyrozyna, białkowe np. Insulina, Glukagon, Hormon wzrostu..., steroidowe np. andro-, estro-, gesta- geny, aldo-, kortyko- steron) witaminy i koenzymy (budowa na planie budowy nukleotydów): CoA: A-Ryb-P-P-PaA-β-Ala-NH-C 2 H 4 -SH gdzie: PaA = pantacyna NAD: A-Ryb-P-P-Ryb-PP gdzie: PP = niacyna FAD: A-Ryb-P-P-RybOH-B 2 gdzie: B 2 = ryboflawina CoCo: A-dez-O-Ryb-P-B 12 gdzie: B 12 = kobalamina

13 Materialne podłoŝe Ŝycia śycie jest formą istnienia białka (F.Engels) Białkowe Narzędzia śycia - klasyfikacja białek na typy czynnościowe (białka spełniają róŝne funkcje spośród poniŝszych kategorii): budulcowe (keratyna, kolagen...) enzymatyczne (pepsyna, cytochromy...) hormonalne i neuroprzekaŝnikowe (insulina, hormon wzrostu, endorfiny,...) receptorowe błonowe (receptor androgenów, receptory opiatowe /morfiny/...) antygenowe (antygeny A, B, Rh...) przeciwciała (aglutyniny, lizyny...) transportowe, w tym: kanały błonowe (kanał sodowy,... ); pompy błonowe (pompa sodowo-potasowa,...;), nośniki błonowe... Materialne podłoŝe Ŝycia Enzymy prosty przykład dalszej komplikacji Enzym czyli biologiczny, białkowy katalizator przyśpieszający reakcje chemiczne tysiące razy, niezbędny do METABOLIZMU Główne klasy enzymów (wg IUPAC 1960) Oksydoreduktazy w tym: dehydrogenazy (np. bursztynianowa), katalaza Transferazy w tym: AlAT i AspAT (oznaczane w krwi) AChE (cholinoestraza), kinazy (CPK - kreatyniny) Hydrolazy w tym: ATP-azy (np. mięśniowa i Na,K-ATP-aza) i enzymy trawienne, jak pepsyna, amylaza Liazy (w tym syntazy) w tym: syntaza cytrynianowa, dekarboksylazy Izomerazy Ligazy (syntetazy) w tym: syntetaza AcCoA

14 Materialne podłoŝe Ŝycia I co z tego? Po co to komu? Centralny Dogmat Biologii Molekularnej Reakcje chemiczne, biochemiczne i procesy fizjologiczne w komórkach polegają na wzajemnym oddziaływaniu cząsteczek chemicznych mających dopasowane do siebie kształty oraz uzupełniające własności fizyczne Kształt współoddziałujących cząsteczek musi sobie wzajemnie odpowiadać. Zasada: klucz - zamek Zasada dopasowywania wzajemnego ręki i rękawiczki Dogmat dotyczy interakcji: * enzymu z substratem, * hormonu lub mediatora z receptorem (białkiem) błonowym, * antygenu z przeciwciałem (immunoglobuliną), * białka transportowego (kanału, pompy) z przenoszoną substancją * trucizny z wraŝliwymi strukturami (enzymy, receptory, kanały) Zatem jest to podstawa fizjologii, farmakologii i TOKSYKOLOGII Metabolizm śeby pracować trzeba wydatkować energię. Metabolizm = Katabolizm (Dysymilacja) + Anabolizm (Asymilacja) (wyzwala energię) (magazynuje energię w ciele) Metabolizm = reakcje (bio)chemiczne katalizowane przez enzymy Powtórka z chemii Reakcje chemiczne - równowaga reakcji Reguła przekory wg Le Chateliera i Brauna (układ w równowadze przeciwdziała zaburzeniu składu lub warunków fizycznych) Kataliza katalizatory (w tym enzymy patrz wcześniej) Próg energetyczny reakcji ( enzymy obniŝają ) Kataliza enzymatyczna (specyficzność wzgl. substratu i reakcji, optimum temperatury)

15 Metabolizm Uniwersalny nośnik energii metabolicznej ATP czyli trudne słowo i trudne procesy ATP kcal/mol (7 kcal/mol wiązania estrowego x więcej niŝ w innych wiązaniach) Trzy sposoby odzyskania energii z ATP (zawsze hydroliza ATP-azą) ATP AMP + P i + P i kcal/mol ATP ADP + P i + 7 kcal/mol ATP AMP + PP i + 7 kcal/mol Dwa sposoby ładowania energią ATP P-Cr + ADP Cr + ATP Glukoza kcal brutto 40% w ATP = 266 kcal Metabolizm Uniwersalny nośnik energii metabolicznej ATP czyli trudne słowo i trudne procesy 1 mol ATP ~ 550 g ATP 1 mol ATP ~ 7 kcal (29 kj) U człowieka średnia przemiana (SDPM) na dobę: SDPM = ~2 000 kcal/d = ~120 mol ATP/d (bo 40%) = ~60 kg ATP/d

16 Metabolizm - oddychanie Oddychanie czyli przykład na proces kataboliczny Oddychanie czyli kilka sposobów na ładowanie energii do ATP Oddychanie, tak jak się je rozumie w przedszkolu glukoza + tlen dwutlenek węgla + woda + energia (w ATP) C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O kcal brutto/mol lub 266 kcal netto/mol czyli 38 mol ATP/mol Oddychanie (komórkowe), tak naprawdę, cztery kolejne procesy biochemiczne wewnątrz komórki: 1. glikoliza 2. cykl kwasów trojkarboksylowych 3. transport elektronów w łańcuchu oddechowym 4. fosforylacja oksydatywna Metabolizm - oddychanie Oddychanie komórkowe po kolei miejsce akcji Komórka Mitochondrium Łańcuch oddechowy śródło: Wikipedia / Ściaga

17 Metabolizm - oddychanie Oddychanie komórkowe po kolei 1. Glikoliza - układ zasilania w paliwo surowe czyli przekształcenie glukozy w kwas pirogronowy z niewielkim zyskiem ATP: 2 [NAD + NADH+H + ] Glc Fru-1,6-dwu P 2 ald. P-glic. 2 kw. 1,3-dwu P-glic. 2 kw. pirogr. 2 ATP 2 ADP 2 [2 ADP 2 ATP] 2. Oddychanie beztlenowe (fermentacja) rozwiązanie awaryjne czyli sposób na zagospodarowanie trującego pirogronianu (jak się nie da go zagospodarować inaczej) z wytworzeniem mniej trującego mleczanu: 2 [NAD + NADH+H + ] 2 [NADH+H + NAD + ] Glc 2 ald. P-glic. 2 kw. 1,3-dwu P-glic. 2 kw. pirogr. 2 kw. mlekowy 2 ATP 2 ADP 2 [2 ADP 2 ATP] Metabolizm - oddychanie Oddychanie komórkowe po kolei 3. CTK - Cykl Kwasów Trójkarboksylowych - mechanizm uzyskania paliwa wodorowego, z którego dopiero później będzie poŝytek: CH 3 COCOOH + CoA-SH + 4 NAD+ + FAD + GDP + P i + 2 H 2 O + C 4 CoA-SH + 3 CO (NADH + H + ) + FADH 2 + GTP + C 4 Bilans wodorów w cyklu kwasów trójkarboksylowych: Przychód [H]: 4 z pirogronianu + 2 z GTP i P i + 4 z 2 H 2 O = 10 [H] Rozchód [H]: 8 w 4 [NADH+H + ] + 2 w FADH 2 = 10 [H] (i to jest zysk do wykorzystania w kolejnym etapie) 4. Łańcuch Przenośników Elektronów i Fosforylacja Oksydatywna - system kontrolowanego spalania wodoru w tlenie i przechwycenia energii: SubH 2 NAD + FAD CoQ 2 {cyt b cyt c cyt a} 1/2 O 2 2 H e - + 1/2 O ADP + 3 P i H 2 O + 3 ATP

18 Metabolizm - oddychanie Oddychanie mitochondrialne: Bilans energetyczny oddychania mitochondrialnego z glikolizą: Aktywacja: 2 ATP/Glc Glikoliza: + 4 ATP/Glc + 2 (NADH+H + )/Glc CKT: + 2 GTP/Glc + [8 (NADH + H + ) + 2 FADH 2 ] /Glc Fosforylacja: 2 3 ATP/(NADH+H + ) ATP/(NADH+H + ) ATP/FADH 2 = (34 + 4) ATP = 38 ATP Razem: ( ) ATP = 38 ATP ( 2 ATP - transport w mitochondrium) 266 kcal/mol Glk, 40% brutto Beta Oksydacja Wolnych Kwasów Tłuszczowych: CH (2n+ 1) -CH 2 CH 2 COOH + 2 HS-CoA + ATP + FAD + NAD + + H 2 O CH (2n+1) -CO-S-CoA + CH 3 CO-S-CoA + ADP + P i + FADH 2 + NADH + H + Bilans wodoru w beta-oksydacji: Przychód: 2 od węgli alfa i beta, 1 z -COOH i 2 z 2 HS-CoA, 2 z H 2 O, Rozchód: 2 w FADH 2, 2 w NADH+H +, 1 w CH 3 CO-S-CoA, 2 w ADP i P i Metabolizm Anabolizm czyli na co przeznaczyć uzyskaną energię Przykłady Reakcji Anabolicznych: Glukoneogeneza: mleczan glukoza glikogen Lipogeneza: aminokwasy/cukrowce ketokwasy tłuszcze Sterydogeneza, synteza porfiryn i prostaglandyn: aminokwasy + (cukrowce/tłuszczowce) porfiryny, steroidy, prostaglandyny Synteza zasad azotowych: aminokwasy + akt.octan puryny, pirymidyny Synteza mocznika: 2 NH 3 + CO 2 (NH 2 ) 2 CO Synteza białka: osobna dłuŝsza opowieść... Zasady ogólne procesów biosyntetycznych: synteza związków wielkocząsteczkowych w komórce ze zw. drobnocząsteczkowych, substraty - nieliczne związki podstawowe, szlaki syntez róŝne od szlaków rozpadu, (przedziałowość) synteza na koszt ATP, produkty syntez specyficzne gatunkowo i osobniczo

19 Metabolizm Na co przeznaczyć energię uzyskaną w procesach katabolicznych? Oprócz anabolizmu na ADAPTACJĘ Pobudliwość i adaptacja Pobudliwość zdolność do czynnej (tzn. z wydatkowaniem energii) zmiany stanu organizmu (reakcji) w odpowiedzi na zmianę fizycznych oddziaływań środowiska na organizm (bodziec). wyrazem pobudliwości jest zawsze zmiana przebiegu przemiany materii w komórkach organizmu, nawet wtedy gdy nie ma zewnętrznych tego objawów, np. przy zaniechaniu reakcji, przy uczeniu się... pobudliwość polega na kaskadowym wzmocnieniu słabego bodźca i przetworzeniu go na reakcję z duŝym (a co najmniej większym) wydatkiem energii Bodziec wyłącznie zmiana energii oddziaływań fizycznych na organizm bodziec progowy (wykrywany z prawdopodobieństwem 1/2), bodziec nadprogowy, bodziec maksymalny... itd Reakcja skutek przetworzenia bodźca według zapisanego w układzie nerwowym algorytmu (programu) przetwarzania, moŝe polegać wyłącznie na zmianie procesów chemicznych lub na wynikającym z tych zmian wydzielaniu pewnych substancji, zmianie kształtu, ruchu w środowisku... reakcje są kontrolowane na drodze nerwowej lub hormonalnej (wydzielanie hormonów jest kontrolowane przez układ nerwowy)

20 Pobudliwość i adaptacja Pobudliwość jest niezbędna do Przystosowania się do środowiska - ADAPTACJI Wskutek ADAPTACJI organizm utrzymuje niezmienność swojego stanu (względną) i równowagę przepływów materii i energii do i od swojego wnętrza - HOMEOSTAZĘ Pobudliwość i adaptacja Pojęcie bodźca progowego: wykrywany z prawdopodobieństwem 1/2 (P = 0,5) scharakteryzowany przez iloczyn mocy fizycznej i czasu działania (energię) E = M t naleŝy do rodziny bodźców progowych danego rodzaju (nie jeden, lecz nieskończenie wiele) graficznie interpretowany jako punkt na hiperboli między osiami: moc - czas działania Moc Bodźce nadprogowe P > 0,5 M Bodźce podprogowe P < 0,5 t Bodźce progowe P = 0,5 Czas działania

21 Pobudliwość i adaptacja Zasada Logarytmicznego PrzełoŜenia Bodziec - Reakcja Wszechobecne Prawo Webera-Fechnera S = k log I x /I 0 S lub inaczej ułamek Webera I / I 0 = k Działa we wszystkich przypadkach: - rozpoznawania głośności dźwięku, intensywności światła, rozróŝniania cięŝarów... - reakcji na leki i trucizny lecz jest tylko jednym z moŝliwych ujęć matematycznych... I / I 0 Wariacje na temat - prawo Stevensa Ψ = k (Φ - Φ 0 ) n Przykład: skala decybelowa... Pobudliwość i adaptacja Homeostaza (C.Bernard, W.Cannon) względna stałość własności organizmu (układu) dzięki równowaŝeniu się przepływów materii, energii i informacji do i od organizmu (układu) odwracalne, ograniczone wahania stanu wokół poziomu optymalnego (tzw. punktu nastawienia -set point) punkt nastawienia homeostazy moŝe się zmieniać w trakcie rozwoju - przypadek homeostazy płynnej rozwojowo czyli homeorezy Przykłady: stała masa ciała, stała temperatura ciała, stałe ciśnienie tętnicze, stała zawartość tlenu lub cukru we krwi..., równowaga pobierania i utraty wody, soli, węgla...

22 Pobudliwość i adaptacja Zasady utrzymania Homeostazy B R reakcje kontrolowane w pętlach sprzęŝeń zwrotnych (spręŝenia zwrotne ujemne najczęściej) współdziałanie procesów przeciwstawnych oddzielenie (kompartmentyzacja czyli przedziałowość) procesów o przeciwstawnym charakterze oscylacje wokół stanu równowagi - punktu nastawienia (set point) Pobudliwość i adaptacja Adaptacja Fizjologia, neurofizjologia i psychologia opisują róŝne aspekty procesów Adaptacji Adaptacja - zespół procesów, w wyniku których, w miarę trwania naraŝenia (ekspozycji) na czynnik środowiska (bodziec), skutki działania tego bodźca maleją lub nie osiągają przewidywanych wartości, a organizm (układ) naraŝony na bodziec przeciwdziała tym skutkom i zachowuje stałość swojego stanu (homeostazę) Adaptacja zachodzi dzięki procesom regulacji nerwowej (takŝe zachowaniu się) oraz regulacji hormonalnej.

23 Adaptacja Pobudliwość i adaptacja Względem danego bodźca organizm moŝe wykazywać: Tolerancję - nieograniczony czas naraŝenia, bodziec optymalny, często korzystny Oporność (nie odporność, tylko oporność ) - ograniczony czas naraŝenia, bodziec uciąŝliwy Brak oporności (podatność) - nieodwracalna zmiana stanu, bodziec szkodliwy Pobudliwość i adaptacja Zasada Tolerancji Shelforda (ZTS) i prawo minimum Liebiga Dla kaŝdego rodzaju bodźca działającego na układ (organizm) istnieje zakres jego intensywności, w którym funkcje układu (funkcje Ŝyciowe organizmu) przebiegają najsprawniej (tj. najmniejszym kosztem energetycznym, behawioralnym etc.) i w którym sprawność układu (organizmu) wyraŝona zdolnością do przeŝycia, pracy, rozrodu itp. jest najwyŝsza. Bodźce silniejsze lub słabsze ograniczają sprawność organizmu ilustracją Zasady Tolerancji Shelforda jest wykres Hessa prawo minimum Liebiga opisuje lewą połowę ZTS

24 Pobudliwość i adaptacja Zasada Tolerancji Shelforda (ZTS) - wykres Hessa Sprawność Pessimum Brak oporności Pejus Oporność Optimum Tolerancja Pejus Oporność Pessimum Brak oporności Przykład: - zbyt niska lub zbyt wysoka temperatura - nadmiar lub niedomiar poŝywienia - nadmiar lub niedomiar wybranego składnika poŝywienia, - nadmiar lub brak wody, - nadmiar lub niedobór ruchu, wysiłku, wypoczynku (!)... tlenu,... informacji,... kontaktów socjalnych, pieniędzy (!),... troski rodzicielskiej... Moc bodźca Pobudliwość i adaptacja Reakcja stresowa tzw. Stres (H. Selye) - szczególny rodzaj reakcji adaptacyjnej - - reakcji stresowej - w odpowiedzi na bodziec stresowy = stresor: niespecyficzna względem bodźca i sposobu reakcji (podobne objawy niezaleŝnie od przyczyny) uogólniona (obejmuje róŝne - wszystkie istotne - funkcje organizmu) stereotypowa (zawsze o tym samym przebiegu, tych samych elementach, podobnej sile) nieadekwatna do działającego bodźca (nie zapewnia przeciwdziałania i zachowania homeostazy) Synonimy dla terminu Reakcja stresowa : Ogólna reakcja adaptacyjna, Reakcja alarmowa Reakcja ogólnego wzbudzenia Reakcja walcz albo uciekaj (Fight or fly reaction)

25 Pobudliwość i adaptacja Reakcja stresowa Stres (H. Selye) wg H. Selye moŝna wyróŝnić: Eustres - reakcji stresowej towarzyszy reakcja adekwatna do bodźca lub co najmniej umoŝliwiająca odzyskanie zaburzonej homeostazy - ma wartość przystosowawczą Dysstres - przeciwieństwo eustresu, brak wartości przystosowawczej Fazy reakcji stresowej: F. Alarmowa - przygotowawcza, wstępna, niskiej oporności F. Oporności - przystosowania - przejściowej adaptacji F. Podatności - wyczerpania Sprawność F.Alarmowa F.Adaptacji F.Podatności Czas działania stresora Pobudliwość i adaptacja Stres ostry i stres przewlekły objawy w Spitzer. Jak uczy się mózg. za Sapolsky (1992) STRES OSTRY Mobilizacja energii PodwyŜszone ciśnienie sercowonaczyniowe Wzrost zdolności poznawczych Zahamowane trawienie Zahamowany wzrost Zahamowane procesy reprodukcyjne Zahamowany układ odpornościowy STRES PRZEWLEKŁY Miopatia, zmęczenie, cukrzyca Nadciśnienie tętnicze Obumieranie neuronów Wrzody Ŝołądka i dwunastnicy Psychogenna karłowatość, osteoporoza Zanik miesiączki, impotencja, utrata popędu PodwyŜszone ryzyko zachorowań

26 Pobudliwość i adaptacja Adaptacja = Regulacja czynności fizjologicznych Regulacja Nerwowa - temat rzeka... w uproszczonym ujęciu - na zasadzie czynności odruchowych Odruchy bezwarunkowe (wrodzone) Odruchy warunkowe (nabyte = wyuczone = warunkowane) Czynności instynktowne (bardziej złoŝone niŝ odruchy) Czynności dowolne (zintelektualizowane) Receptor Łuk odruchowy (złoŝony z) receptor droga aferentna ośrodek odruchu droga eferentna efektor Mięsień Przebieg czynności odruchowej (sprzęŝenie zwrotne, zazwyczaj ujemne, S - R) Bodziec Reakcja Wzmocnienie = Bodziec Reakcja S Re R Pobudliwość i adaptacja Adaptacja = Regulacja czynności fizjologicznych Regulacja Hormonalna - tylko co najwaŝniejsze Hormony gruczołowe tkankowe (np. insulina, hormon wzrostu, testosteron,... itd.) (np. serotonina, bradykinina, histamina, prostaglandyny,... itd.) Hormony aminokwasowe (np. adrenalina, tyroksyna) białkowe i peptydowe (np. hormon wzrostu, insulina, parathormon, ) steroidowe (np. kortyzol, testosteron, estradiol, progesteron, aldosteron) Hormony: podwzgórza: liberyny RH (np. kortykoliberyna = CRH), statyny - IH (np. somatostatyna = SIH) przysadki (tropiny = hormony tropowe): GH, TSH, ACTH, FSH, LH, PRL, LPF, MSH, ADH = VA, OT obwodowe zaleŝne od przysadki: kortyzol, testosteron, estradiol, progesteron, tyroksyna, obwodowe niezaleŝne od przysadki: melatonina, PTH, kalcytonina, aldosteron, glukagon, insulina, adrenalina, noradrenalina

27 Pobudliwość i adaptacja Hormony regulują czynności komórek oddziałują na procesy metaboliczne oraz na syntezę białek a przez to uruchomienie nowych procesów metabolicznych Mechanizmy regulacji hormonalnej wzmocnienie kaskadowe bodźca sprzęŝenie zwrotne ujemne - pętla krótka, pętla długa uruchamianie wykonawczych mechanizmy komórkowych Mechanizm działania hormonów białkowych i aminokwasowych oddziaływanie na juŝ istniejące białka komórkowe lub syntezę nowych białek zawsze poprzez tzw. drugie przekaźniki (czynniki wewnątrzkomórkowe) np.: c-amp, c-gmp, IP 3, DAG, Ca 2+, arachidonian, NO steroidowych oddziaływanie na ekspresję genów w jadrze komórki i przez to produkcję nowych białek, Białkowy receptor błonowy lub cytoplazmatyczny uruchamia kaskadę enzymatycznego wzmocnienia (z udziałem kinaz białkowych fosforylujących białka), której końcowym efektem jest zmiana aktywności metabolicznej w komórkach: włączenie / wyłączenie enzymu, transkrypcja i translacja nowego białka i dalsze konsekwencje zmienionej aktywności, np. zjawiska pamięci, skurcz mięśnia, pojawienie się nowej cechy osobniczej w rozwoju (np. zarostu) Adaptacja - Regulacja hormonalna SprzęŜenia zwrotne w regulacji hormonalnej Liberyna Podwzgórze Przysadka Tropina Gruczoł Hormon obwodowy

28 Adaptacja - Regulacja hormonalna Wzmocnienie kaskadowe w regulacji hormonalnej Bodziec Bodziec Bodziec Liberyna Podwzgórze Przysadka Tropina Gruczoł Hormon obwodowy Adaptacja - Regulacja hormonalna Mechanizm działania na czynności komórek hormonów aminokwasowych/peptydowych i steroidowych. Hormon Hormon na transporterze Receptor Hormon Drugi przekaźnik Ciąg reakcji metabolicznych Kinaza Enzym lub Kanał Receptor Synteza białka DNA (geny) w jądrze