علم الأحياء - البناء والهدم

مقدمة في علم الفيزيولوجيا

• علم الفيزيولوجيا هو فرع من علوم الحياة، يشمل علم التشريح، علم الأنسجة، علم الخلية، وغيرها.
• يدرس علم الفيزيولوجيا الوظائف الحيوية للكائن الحي، بما في ذلك وظائف الأعضاء، الأنسجة، والخلايا.
• علم الفيزيولوجيا علم قديم رافق تطور الحضارة الإنسانية، وخاصة في مجال الطب والتشريح.
• بعض العلماء العرب المشهورين في علم الفيزيولوجيا هم: ابن النفيس (مكتشف الدورة الدموية)، والرازي (الاهتمام بدور البيئة في الصحة).
• للحضارة اليونانية والرومانية دور في المنهج التجريبي، والتي أضاف لها العرب الكثير، ثم انتقلت إلى الأندلس لتصبح معروفة باسم الطريقة العلمية.

مبادئ علم الفيزيولوجيا

• تبادل المواد مع المحيط: يحدث تبادل بين الكائن الحي ومحيطه لضمان الحياة، وذلك من خلال أعضاء مثل الرئتين، الكليتين، القناة الهضمية، والجلد.
  • تتميز هذه الأعضاء بسعة سطحية كبيرة واتصالها بالأوعية الدموية الشعرية.
  • مثال: يقدر السطح الفعال للأمعاء الدقيقة بحوالي 10 أمتار مربعة، والرئة 55 مترا مربعا، والكلية 6 أمتار مربعة.

التمثيل الغذائي (الاستقلاب)

• يستمد الكائن الحي الطاقة من الغذاء عن طريق سلسلة من التفاعلات الكيميائية.
• يتم تحرير الطاقة من تحطيم الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات بسيطة ثم أكسدتها عن طريق التنفس.
• المعادلة الكيميائية: C₆H₁₂O₆ + O₂ > طاقة + CO₂ + H₂O
• عملية تحويل الجزيئات المعقدة إلى بسيطة هي عملية التقويض (الهدم) catabolism .
• عملية بناء مواد معقدة من مواد بسيطة هي عملية البناء (التركيب) anabolism.
• المحصلة النهائية (التفاعلات الكيميائية) هي التمثيل الغذائي (الاستقلاب) metabolism.

التنسيق الداخلي

• ضروري للكائنات الحية لتنسيق البيئة الداخلية مع البيئة الخارجية.
• يعتمد التنسيق على حجم الكائن الحي.
  • الكائنات البسيطة تتبادل مباشرة مع المحيط عن طريق غشاء الخلية.
  • الكائنات المعقدة كالأنعام لديها أجهزة نقل متخصصة و غدد صماء وأعضاء حس خاصة لدعم الاتصال مع المحيط.
• أمثلة: وجود جهاز الدوران (يجلب الغذاء والأكسجين ويزيل الفضلات) وجهاز الغدد الصماء (يفرز الهرمونات).
• تتميز الهرمونات بعملها التنسيقي البطيء.

التنسيق الخارجي

• يؤثر تغير البيئة الخارجية على سلوك الكائن الحي.
• الجهاز العصبي وأعضاء الحس تساعد على استشعار البيئة.
• عملية نقل الاحوافز عبر المستقبلات، الجهاز العصبي المركزي , ثم إلى أعضاء الاستجابة (الغدد والعضلات).
• نوعان من الاستجابة: استجابة بسيطة (منعكسات) و استجابة معقدة (تتطلب تدخل الدماغ).

الاتزان (الهُومِيُوستاسِيس)

• يحافظ على استقرار البيئة الداخلية للكائن الحي.
• يتميز باستقرار العديد من المعايير: درجة الحرارة ، الـpH ، السوائل الجسمية، نسبة الغلوكوز، تركيز الأيونات.
• أي اختلاف في المعايير يؤدي إلى حالة مرضية.
• تُعالج التغيرات بواسطة آلية التغذية الاسترجاعيةfeedback mechanism.
• نوعان من التغذية الاسترجاعية:
  • تغذية استرجاعية موجبة (positive feedback)
  • تغذية استرجاعية سالبة (negative feedback)

تبادل المواد بين الخلية ومحيطها

• يدخل الماء، الغذاء والأكسجين، ويخرج الفضلات.
• الغشاء الخلوي يحدد كيفية تبادل المواد.
• يتكون الغشاء الخلوي من طبقة ثنائية من الفوسفوليبيدات، كولسترول، وبروتينات.
• عمليات النقل عبر الغشاء الخلوي:
  • النقل السلبي (بدون طاقة).
  • النقل الفعال (مع طاقة).

عمليات النقل السلبي

• الانتشار (diffusion): حركة الجزيئات من منطقة تركيز مرتفع إلى منخفض.
  • يتأثر معدل الانتشار بدرجة الحرارة، حجم الجزيئات، قابلية الذوبان في الدهون، الشحنة.
• التناضح (osmosis): حركة الماء عبر غشاء نصف نافذ من منطقة تركيز منخفض إلى مرتفع.
• الترشيح (filtration): حركة السوائل عبر غشاء تحت ضغط.

عمليات النقل الفعال

• بعض الجزيئات الكبيرة والايونات تحتاج إلى طاقة (ATP).
• الادخال الخلوي (endocytosis):
  • البلعمة (phagocytosis): التهام الجزيئات الصلبة
  • الشرب الخلوي (pinocytosis): التهام السوائل.
• الطرح الخلوي (exocytosis): طرح الفضلات.