Biofizica

Curs 2 Biofizica celulara

Biofizica celulara

introducere• Potrivit unui studiu al cercetătorilor ruşi de la

Institutul de Biofizică Celulară, publicat în PNAS, aceştia au reuşit să crească plante dintr-un fruct îngropat în permafrostul siberian de către veveriţe, în urmă cu 30.000 de ani.

• Fructul a fost descoperit pe malurile râului Kolmya, din Siberia, de către echipe de cercetători care căutau oase de mamut. Acolo, profesorul David Gilichinsky a găsit 70 de cuiburi de hibernare ale veveriţelor, la adâncimi de 20-40 metri faţă de suprafaţa actuală.

• Veveriţele ascunseseră fructele în cea mai rece parte a cuibului, care în prezent prezintă toate semnele unui îngheţ continuu.

introducere

• Echipa de savanţi a Institutului de Biofizică Celulară a crescut din acest fruct plante din specia Silene stenophylla, aceasta devenind cea mai „bătrână” plantă adusă la viaţă. Până acum, acest titlu era deţinut de un palmier crescut în Masada, Israel, din seminţe vechi de 2.000 de ani.

Silene stenophylla

Notiuni de biofizica celulara• Membrane biologice• Membranele biologice se definesc ca fiind ansambluri compuse

din proteine si lipide care formeaza structuri continue bidimensionale, cu proprietati caracteristice de permeabilitate selectiva, prin care se realizeaza compartimentarea materiei vii.

• I. Structura si proprietati• Functiile pe care le îndeplineste membrana sunt urmatoarele:• ·      delimiteaza celula (organitele celulare) de mediul exterior;• ·      prezinta permeabilitate specifica pentru ioni si unele

macromolecule;• ·      constituie locul unor reactii enzimatice.

Membrana celulara

compozitie• II. Compozitia biochimica a membranelor

biologice• Toate membranele biologice au în

principiu o structura comuna.• Principalele componente ale membranelor

biologice sunt: • proteinele (60-80 %)• lipidele (40-20 %) (resturile glucidice sunt

întotdeauna atasate proteinelor sau lipidelor)• alte componente minore (ioni, apa,

transportori) (insuficient studiate cantitativ).

Membranele celulare

• compozitie

• I. Lipidele asigura functia de bariera a membranelor. Principalele clase de lipide întâlnite în membranele celulare sunt:

• A.           fosfolipidele (55 % din lipidele membranare);

• B.            glicolipidele;• C.            colesterolul.• Ele au în structura lor o grupare polara si

una nepolara.

lipidele

• Compozitia lipidica a membranelor celulare variaza de la un tip de membrana la altul, chiar în aceeasi celula, de la o specie la alta, si de la o celula la alta când este vorba de acelasi tip de membrana.

proteinele• II. Proteinele confera functionalitatea membranei. • ·      Ele intervin în transportul activ, îndeplinesc functii enzimatice

sau de receptori. • ·      Dimensiunile lor sunt mai mari decât ale lipidelor.• Exista 2 categorii de proteine: proteine periferice si proteine

integrate. • 1.Proteine periferice • Ele sunt extrinseci si pot fi extrase usor prin tratare cu solutii diluate

de saruri; sunt atasate la exteriorul bi-stratului lipidic, interactionând în principal cu gruparile polare ale lipidelor sau cu proteinele intrinseci (integrale) prin forte electrostatice.

• 2. Proteine integrate • Aceste proteine sunt integrate si nu pot fi extrase decât dupa

distrugerea structurii membranei cu detergenti; acestea sunt molecule amfifile mici ce formeaza micele în apa.

proteinele

Biomecanica • Biomecanica este ştiinţa care studiază mişcările fiinţelor

vii, ţinând seama de caracteristicile lor mecanice. Ea poate fi considerată o mecanică aplicată la statica şi dinamica vieţuitoarelor în general şi a omului în special. Are un domeniu de cercetare apropiat de al anatomiei, fiziologiei şi mecanicii.

• La acestea se mai poate adăuga biochimia, care furnizează date asupra metabolismului, legate de procesul de mişcare, de efortul fizic în procesul de recuperare.Biomecanica studiază modul cum iau naştere forţele musculare, analizându-le din punct de vedere mecanic, cum intră în relaţie cu forţele exterioare care acţionează asupra corpului. Pornind de la aceste relaţii de interdependenţă, biomecanica exerciţiilor fizice stabileşte eficienţa lor mecanică şi indică metodele practice pentru creşterea randamentului în funcţie de scopul antrenamentului fizic.

Biomecanica • Biomecanica exerciţiului fizic terapeutic studiază atât

mişcările active, cât şi poziţiile corpului, condiţionate de organele de sprijin şi de mişcare ale corpului.Conţinutul biomecanicii poate fi împărţit în:A) biomecanica generală, care studiază legile obiective, generale ale mişcărilor;B) biomecanica specială, care studiază particularităţile mişcărilor din diferite domenii ale activităţii motrice.

• Biomecanica mai contribuie, prin însuşirea noţiunilor de spaţiu, timp, mişcare, a celor cu privire la proprietăţi şi forme fundamentale ale existenţei materiei, a noţiunilor despre interdependenţa între forţele care concură la efectuarea mişcărilor, la o justă înţelegere a fenomenelor vieţii.

Miscarea • Mişcarea, ca şi materia, este veşnică. • Nu poate fi creată şi nu poate fi distrusă. • Descartes exprima astfel acest adevăr:

"cantitatea de mişcare existentă în lume este totdeauna aceeaşi". Izvorul mişcării se află în materia însăşi, impulsul interior al oricări mişcări constituindu-l contradicţiile, lupta contrariilor.

• Mişcarea este absolută, iar repausul o măsură, o expresie a mişcării, opusul mişcării. Repausul este relativ şi are sens numai în raport cu forma individuală de mişcare.Mişcarea în sens filozofic, nu reprezintă o simplă deplasare în spaţiu a obiectelor materiale, ci, orice schimbare, orice transformare, observată în natură şi societate.

miscarea• Există o scară largă a posibilităţilor de mişcare: -Mişcarea microparticulelor materiei

(automişcarea) - deplasările protonilor, electronilor, cu alte cuvinte a particulelor elementare.- Mişcarea mecanică- deplasarea corpurilor în spaţiu - este forma cea mai veche de mişcare cunoscută şi se referă la mişcarea corpurilor inerte.- Mişcarea fizică - mişcarea moleculară sub formă de căldură, lumină, electricitate- Mişcarea chimică - combinarea şi dezagregarea atomilor.- Mişcarea biologică - viaţa celulei şi a organismelor vii, metabolismele, locomoţia lor.- Mişcarea socială - viaţa socială

• Mişcarea biologică (viaţa şi locomoţia organismelor vii) este o formă superioară de mişcare, care dispune de calităţi şi mecanisme speciale, ce nu pot fi explicate numai prin aplicarea legilor mişcărilor mecanice, fizice sau chimice, considerate forme inferioare.

• Formele inferioare sunt, în acest caz numai auxiliare şi nu pot epuiza esenţa formei superioare a mişcării biologice.

• Ex: natura biocurenţilor nervoşi şi musculari nu este identică naturii curenţilor electrici.

• Segmentele osoase nu acţionează ca nişte simple pârghii şi forţa lor de acţiune nu se poate determina matematic, apelând la formulele clasice de determinare a funcţiilor mecanice ale pârghiilor, deoarece intervin o serie de factori, care nu pot fi încadraţi (componenta articulară, momentul muşchiului, intervenţia scripetelor de flexie, existenţa muşchilor poliarticulari).

• Corpul omenesc ca un tot unitarOrganismul uman, în mişcare, trebuie privit ca un întreg, nu ca o manifestare izolată a unor mecanisme ale anumitor aparate şi sisteme care ar acţiona complet independent. În acelaşi timp, studiul analitic al factorilor morfo-funcţionali, care stau la baza exerciţiilor fizice nu este semnificativ, decât dacă este urmat de reintegrarea acestor factori şi a caracteristicilor în "totul" organismului. Pe lângă această integrare, este necesară şi stabilirea relaţiilor obiective dintre organismul ca întreg şi mediul în care se mişcă.

Contractia musculara • Forța contracției. Fibra musculară se supune legii "totul

sau nimic", dar muşchiul "in situ" are contracţie gradată. Gradarea se realizeză prin creşterea numărului unităţilor motorii activate, în funcţie de intensitatea şi frecvenţa stimulilor. Forţa de contracţie este maximă când intră în activitate toate fibrele muşchiului respectiv.

• Muşchii netezi se contractă mai lent, deoarece lipseşte sistemul transversal de tuburi, iar reticulul sarcoplasmic este slab dezvoltat. Ionii de Ca, necesari cuplării proteinelor contractile, pătrund din mediul extracelular prin sarcolemă în urma depolarizării şi sunt expulzaţi după refacerea potenţialului de substanţe energetice, deci prezintă o dependenţă mi mare faţă de degradările aerobe.

• Muşchii netezi, neavând inserţie pe oase, au o libertate de contracţie şi extensie mai mare, putând fi supuşi unor deformări mult mai importante.

• Contractia musculara

• Contracția musculară• Contracţia izometrică modifică tensiunea

muşchiului, dar lungimea rămâne constantă.

• Caracterizează musculatura posturală. • Nu produce lucru mecanic, ci căldură.

• Contractie izometrica

Contractia izotonica

• Contracţia izotonică este aceea în care tensiunea rămâne constantă, dar variază lungime.

• Este caracteristică majorităţii muşchilor scheletici.

• Realizează lucru mecanic şi produce mişcare.

• Izotonic

Miscarea obisnuita • În activitatea obişnuită, muşchiul trece prin faze

de contracţie izometrică şi izotonică, iniţierea oricărei contracţii fiind, de obicei, izometrică.

• Oboseala musculară. Se manifestă prin diminuarea capacităţii de travaliu muscular. Se datorează scăderii randamentului energetic, acumulării de acid lactic, lipsei de O2, epuizării substanţelor macroergice şi a mediatorilor chimici la nivelul plăcilor motorii.

Caldura • Manifestările termice ale contracţiei. Energia

chimica eliberată în timpul contracţiei este convertită circa 30% în lucru mecanic şi circa 70% în energie calorică.

• Muşchii sunt principalii generatori de căldură, atât prin tonusul muscular, cât şi prin contracţii mici şi fracvente numite frisoane, declanşate în mod reflex la expunerea la frig.

• Deosebim o căldură de repaus, componentă a termogenezei, degajată tot timpul de muşchi, şi o căldură de activitate, eliberată în timpul contracţiei.

Tonusul muscular • Tonusul muscular este starea de

contracţie permanentă, dar parţială, a musculaturii. În fiecare moment, un mic număr de fibre musculare din totalul fibrelor unui muşchi se află în contracţie şi determină o stare de uşoară tensiune a musculaturii, caracteristică pentru stare de veghe.

• Tonusul muscular

Tonusul muscular

• Prin contracţia succesivă a unor grupe de fibre se asigură permanenţa tonusului muscular, cu rol esenţial în menţinerea posturii normale, în mimică, în termoreglare etc.

• Tonusul muscular, fenomen de natură reflexă, este menţinut de impulsuri provenite de la SNC prin nervii motori, pe baza informaţiilor primite de la proprioceptori.

• Asigurarea poziţiei normale a corpului se realizează prin contracţii tonice posturale. Tonusul postural este un proces reflex complex, controlat de SNC şi relizat prin acţiunea unor grupe musculare tensoare şi extensoare, agoniste şi antagoniste, cu participare unor pârghii osteoarticulare.

Locomotia si ortostatismul

• Locomoţia şi orostatismul sunt rezultatul activităţii fiziologice conjugate a componentelor biomecanice pasive (sistemul osteoarticular) şi active (sistemul mucular), a receptorilor, nervilor şi centrilor nervoşi.

• Arcul reflex

• Realizarea actului locomotor presupune succesiunea unor evenimente informaţionale şi efectoare: mesaj senzitiv, mesaj motor reflex sau voluntar, contracţie musculară şi mobilizarea componentelor osteoarticulare. Grupele de muşchi argonişti şi antagonişti acţionează într-o anumită succesiune şi sincronizare, realizată reflex sau voluntar, cu menţinerea proiecţiei centrului de greutate în poligonul de sprijin al corpului.

Calatorului ii sta bine cu drumul !

• mersul

La revedere!