Fizyolojiye Giriş ve Homeostazis

Dr. Fulya Tuzcu

Ege Üniversitesi Tıp Fakültesi

Fizyoloji Anabilim Dalı

Fizyoloji

• Yaşamın başlangıcını, gelişimini ve devamını sağlayan fiziksel ve kimyasal etkenleri araştıran bilim dalıdır.

• Fizyoloji, canlıyı ve canlılık özelliklerini inceler.

Fizyoloji

• Fizyoloji yaşamın mantığını araştıran bir bilim dalıdır.

• Yaşamın başlangıcı, gelişimi ve ilerlemesini sağlayan tüm etkenleri moleküler düzeyden hücre, doku, organ, sistem ve organizma düzeylerine kadar fiziksel ve kimyasal özellikleri ile tanımlar

Fizyoloji

• Fizyoloji, en basit ve geniş anlatımla yaşayan organizmaların nasıl çalıştığını inceler → nasıl canlılığımızı koruruz?

• Küçük bir molekülün hücre işlevlerindeki (fonksiyon) rolü → bir hücrenin işlevleri → bir organın işlevleri → bir sistemin işlevleri

Fizyolojinin bölümleri

• Hücre fizyolojisi

• Viral fizyoloji

• Bakteriyel fizyoloji

• Bitki fizyolojisi

• Hayvan fizyolojisi

• İnsan fizyolojisi

İnsan Fizyolojisi

• İnsan vücudunun canlılığını sağlayan özellikleri ve mekanizmaları araştıran bilim dalıdır.

• Fizyoloji bilim dalının kurucusu Claude Bernard’dır.– İlk olarak çok hücreli canlılarda hücrelerin yaşamını sürdürmesi

için yaşadıkları ortamdan bahsetmiş ve buraya iç ortam adını vermiştir.

HÜCRELER – DOKULAR – ORGANLAR – SİSTEMLER

• HÜCRELER– Organizmaların en küçük yapısal birimi “hücrelerdir”.– Tüm hücreler bir takım ortak özelliklere sahiptir.– Hücreler içinde bulundukları organ sisteminin

fonksiyonlarına yönelik farklı özelliklere de sahiptir.

• DOKULAR– Diğer doku hücrelerinden farklılaşmış, benzer hücrelerin

oluşturduğu yapılara “doku” adı verilir– Vücutta 4 temel doku tipi bulunur:

• Kas dokusu• Sinir dokusu• Epitel dokusu• Bağ dokusu

HÜCRELER – DOKULAR – ORGANLAR – SİSTEMLER

• ORGANLAR– Dokuların değişik oranlarda katılımı ile oluşan, belirli

bir işleve(lere) yönelik organizma birimleridir

– Bir organ genellikle dört tip dokuyu beraber içerir

• ORGAN SİSTEMLERİ– Vücutta ortak bir işlevi yerine getirmek amacıyla

birden çok organın beraber koordinasyon içinde çalıştığı yapılanma.

• Örnek: böbrekler, üreterler ve mesane birlikte boşaltım sistemini oluşturur.

Sistem Organ ve Dokular İşlev

Dolaşım sistemi Kalp, kan damarları,

lenfatik sistem

Kanı vücutta tüm dokulara

ulaştırmak

Solunum sistemi Burun, farinks, larinks,

trakea, bronşlar,

akciğerler

O2 ve CO2 değişimini

sağlamak, vücudun pH

dengesini sağlamak

Sindirim sistemi Ağız, farinks, özofagus,

mide, barsaklar, tükrük

bezleri, pankreas,

karaciğer, safra kesesi

Besin maddeleri, tuz ve

suyun vücuda alınmasını

ve besinlerin sindirilmesini

sağlamak

Üriner (boşaltım) sistem Böbrekler, üreterler, mesane, üretra

Su, tuz ve organik atıkların

kontrollü atılması ile

vücudun sıvı dengesini

kontrol etmek

Kas-iskelet sistemi İskelet kasları, kemikler,

kıkırdak, bağlar,

tendonlar, eklemler

Vücut hareketlerini

sağlamak, kan hücrelerini

üretmek

İmmün sistem Beyaz kan hücreleri, lenf

bezleri ve damarları, dalak,

timus

Vücudu yabancı ve tehlikeli etkenlere karşı korumak

Sinir sistemi Beyin, omurilik, periferik

sinirler, gangliyonlar, özel

duyu organları

Vücudun neredeyse tüm aktivitesini düzenlemek, bilinç, duyguların oluşumu, bellek, öğrenme, duyuların oluşumu gibi işlevleri sağlamak.

Endokrin sistem Hormon salgılayan tüm bezler: Pankreas, testisler, overler, hipotalamus, böbrekler, hipofiz, tiroid, paratiroid, böbrek üstü, vb.

Vücudun pek çok aktivitesini düzenlemek ve kontrol etmek.

Üreme sistemi Erkek: testisler, penis, diğer bezlerDişi: Overler, uterus, vagina, meme bezleri

Erkekte sperm, dişide yumurta üretmek, embriyo gelişimi için uygun ortamı sağlamak.

Vücudu örten sistem Deri Vücudu yaralanmaya ve dış etkenlere karşı korumak, sıvı kaybını engellemek.

Homeostazis• Walter Canon homeostasis kavramını ortaya atmıştır.

• Canlılığın sürdürülebilmesi için organizmanın iç ortamının optimal (uygun) ve stabil (sabit) koşullarda tutulması

• Homeostazın gerçekleşmesi için pek çok organ ve sistemin birlikte çalışması gereklidir: “İç ortamın aktif düzenlenmesi”

• Bu düzenlenme bozulursa homeostazis ortadan kalkar ve hastalık durumu ortaya çıkar

Vücuttaki sıvı bölükleri

• İntrasellüler sıvı

• Ekstrasellüler sıvı

– Hücreler arası sıvı

– Plazma

Vücuttaki tüm sistemler(organ ve dokular) homeostasisi korumak üzere görev alırlar.– Dolaşım sistemi

– Solunum sistemi

– Boşaltım sistemi

– Sindirim sistemi

– Hareket sistemi

– Endokrin sistem

– Sinir sistemi

– Üreme sistemi

Homeostazis

• Kanda, hücre dışı sıvıda ve hücre içindeki sıvılarda su, O2, CO2, pH (H+), elektrolit (iyon), glukoz vs düzeyleri ayrıca vücut ısısı, kan basıncı gibi iç ortama ait tüm parametreler belirli (normal) sınırlar içinde korunmaya çalışılır

• Bu parametrelerin herhangi biri normal sınırların dışına doğru kaymaya başladığında homeostatik mekanizmalar harekete geçer

• Parametre normalin üzerine çıkma eğilimine girince: parametrenin alımını/artışını sağlayan süreçler baskılanırken kaybını/azalışını sağlayacak süreçler harekete geçer

• Parametre normalin altına inme eğilimine girince: parametrenin kaybını/azalışını sağlayan süreçler baskılanırken alımını/artışını sağlayan süreçler harekete geçer

Sinir Sistemi (Otonom Kısım) ve Endokrin Sistem

• Homeostazisin KONTROLÜ, sinir sistemi ve endokrin sistem (hormonlarımız) sayesinde korunur

• Bu iki sistem sayesinde:

– Diğer sistemlere ait organ ve bezlerin çalışması düzenlenir

– Davranışlarımız şekillenir. Motive (güdülenmiş) davranış oluşur.

• Örnek: Vücutta ısı, su veya şeker azaldığında → üşüme, susuzluk, açlık hissi ortaya çıkar → beyin vücuttaki ısı, su ve besin miktarını artıracak yönde “motive” davranışların ortaya çıkmasını sağlar! → barınak, giyecek, su veya yiyecek ararız

• Motive Davranış = belirli bir hedefe ulaşmak amacıyla sergilenen davranış (aç kalınca yemek yemek, susuz kalınca su içmek vs)

Homeostazis ile ilgili kavramlarAyar noktası kavramı:

– Vücutta bir çok parametrenin değerleri belirli bir aralık içinde tutulmaya çalışılır. Buna ayar noktası denir

Geri besleme kavramı (negatif veya pozitif):

– Örnek: Bir evin ısıtma sistemi ayar noktası ve negatif geri besleme anlayışına uygun çalışır. Isıtma sistemi 18 - 22°C arasına ayarlanır. Evin iç ısısı 18°C altına düşünce kalorifer sistemi çalışır ve evi ısıtır, 22°C üzerine çıkınca kapanır. Çalışma sisteminin kendi kendini kapatışına negatif geri besleme adı verilir

Vücuttaki homeostatik mekanizmalara örnekler:Yüksek rakımda kan oksijen düzeyinin düzenlenmesiAçlık/tokluk durumunda kan şekerinin düzenlenmesi

HÜCRE FİZYOLOJİSİ

• Hücre: Tüm canlıların en küçük yapısal ve fonksiyonel ünitesi.

• İnsan vücudunda trilyonlarca hücre bulunur.

• Fare, insan veya filin hücreleri yaklaşık aynı büyüklükte.

• Vücudun büyüklüğü hücre sayısıyla ilişkili.

• Ortalama 10-20 m çapında [1 m = 0,001 mm (1000 m = 1 mm)]

SİTOPLAZMA

• Hücre = hücre membranı + sitoplazma

• Sitoplazma = tüm organeller + sitozol (sıvı kısım)

• Sitoplazma kimyasal olarak 6 farklı maddeden oluşur:

– Su (%75 - 80)

– Elektrolitler (iyonlar)

– Proteinler

– Lipidler (fosfolipidler ve kolesterol)

– Karbonhidratlar

– Nükleik asitler

HÜCRE ORGANELLERİ• Hücre içinde bir membranla çevrili olan ve kendine ait bir

işleve sahip özelleşmiş yapılar.– Nukleus

– Endoplazmik retikulum

– Golgi cisimciği

– Mitokondri

– Lizozomlar

– Peroksizomlar

• Hücre içinde bir membranla çevrili olmayan ancakkendine ait bir işleve sahip özelleşmiş yapılar da vardır:– Hücre İskeleti Flamanları, Sentrozom, Ribozom

• Hücre membranı da organel olarak kabul edilmektedir.

NUKLEUS (ÇEKİRDEK)

• Tüm ökaryot hücrelerde bulunur

• Genetik bilgiyi (DNA: deoksiribonükleik asit) içerir

• Etrafı çift tabakalı bir membran (zarf) ile çevrilidir

• Membran üzerinde porlar bulunur, proteinler ve RNA’ larsitoplazma-çekirdek arasında geçiş yaparken porları kullanırlar

DNA-KROMATİN-KROMOZOM

KROMOZOMLAR

Somatik hücrelerin çekirdekleri 23 çiftkromozom taşır

Kromozom: bir DNA molekülü; ~1.5 cm

46 kromozomu oluşturan DNA uç ucaeklenirse: ~ 2 metre (6 μm’lik nukleusiçine sığıyor!)

Nukleusun temel görevleri:

1. Hücre çoğalması sırasında DNA kendisini kopyalar(replikasyon). DNA’lardan biri eski hücrede kalırken diğerioluşan yeni hücreye geçer; böylece genetik bilgiyi yenioluşan hücrelere iletir

2. DNA’nın taşıdığı şifreye uygun olarak mRNA’lar sentezlenir(transkripsiyon). mRNA’lar nükleer membran üzerindekiporlardan geçerek sitoplazmaya geçerler. Bu mRNA’larınüzerindeki şifre kullanılarak ribozomlarda protein sentezi(translasyon) gerçekleşir. Proteinler hücrenin tümişlevlerini düzenler

NUKLEOLUS

• Nukleus içinde yer alan bir organel

• Etrafında bir membran yok

• Görevi: DNA’dan ribozomal RNA (rRNA) transkripsiyonu gerçekleşir verRNA’lardan ribozom alt birimleri sentezlenir

• Ribozom alt birimleri nukleus membranı üzerindeki porlardansitoplazmaya geçer. Burada alt birimler bir araya gelerek matürribozomu oluşturur

ENDOPLAZMİK RETİKULUM

• Çift tabakalı bir membranla çevrilidir.

• İki tipi vardır:

1. Granüler (ribozomlu) endoplazmik retikulum: Endoplazmikretikulumun yüzeyinde ribozom bulunan bölgeleri.

• Protein sentezi (translasyon) → Golgi cisimciği

ENDOPLAZMİK RETİKULUM

2. Agranüler (düz) endoplazmik retikulum: Endoplazmikretikulumun yüzeyinde ribozom bulunmayan bölgeleri

• Lipid (örn. trigliserid, fosfolipid) ve steroid maddeleri[kolesterol, kortizol, aldosteron, progesteron, östrojenikhormonlar, androjenik hormonlar] sentezler

• Ca+2 depolar

GOLGİ CİSİMCİĞİ

• Çift tabakalı bir membranla çevrilidir

• Endoplazmik retikulumda sentezlenen proteinleri ve lipidleri işler vekullanıma hazır hale getirir

• İşlenen proteinler vezikül adı verilen kesecikler içinde depolanır

MİTOKONDRİ

• Çift tabakalı bir membranla çevrilidir.

• Hücrenin enerji (ATP) üretim merkezidir.

• Oksidatif fosforilasyon adı verilen bir süreç sonunda ATP üretilir.

• Oksidatif fosforilasyon sırasında O2 tüketilir ve CO2 ortaya çıkar.

LİZOZOMLAR • Çift tabakalı bir membranlaçevrilidir

• Hücrenin sindirim sistemigibi görev yapar

• Hücrenin içinde oluşankalıntı maddeleri ve artıkfonksiyon göremeyecekduruma gelen hücreorganellerini parçalar

• Lizozomun içindeki sıvı çokasidiktir; çeşitli hidrolitik(sindirim) enzimleri içerir:Nükleaz, glikozidaz, proteaz,lipaz vs.

PEROKSİZOMLAR

• Bulunduğu hücre tipine göre değişiklik gösteren farklı metaboliksüreçlerde görevlidir– Örn: safra asid sentezi, yağ asidi β-oksidasyonu, nitrojenli atıkların parçalanması vs.

– Çok miktarda farklı enzim içerir

• Peroksizom içindeki reaksiyonlardan bol miktarda “hidrojenperoksid” ortaya çıkar– Hidrojen peroksid peroksizom içinde bazı zehirli (toksik) maddeleri yok etmekte

kullanılır ancak fazlası hücre için zararlıdır

HÜCRE İSKELETİ FİLAMANLARI

• Hücre iskeletini oluştururlar: mikrotübüller (tübülin),mikrofilamanlar (aktin), miyozin proteinleri vs.

HÜCRE İSKELETİ FİLAMANLARI1. Hücreye şekil veriri; şeklini korumasını

sağlar

2. Ayrıca, hücrenin hareket etmesini sağlar

– Her hücre az da olsa şeklini değiştirebilirveya hareket edebilir.

– Ameboid hareket: (pseudopod)lökositler

– Fagositoz: lökositler (nötrofil, makrofaj)

– Flagella hareketi: spermlerde.

– Silier yapıların hareketi: bazı epitelhücrelerinde (solunum, organlarının içyüzeyinde)

– Mikrovillus hareketi: bazı epitelhücrelerinde (sindirim organlarının içyüzeyinde)

– İskelet kasının kasılması

3. Organeller ve proteinler hücre iskeletifilamanlarına tutunarak hücre içinde biryerden diğerine hareket eder

SENTROZOM• Mikrotübül olarak adlandırılan

hücre iskeleti proteinlerinin yapımından sorumlu

• Hücre bölünmesi sırasında oluşan iğcik liflerinin (mikrotübül) oluşumundan ve kromozomların yeni oluşan iki hücreye eşit dağılımından sorumlu

HÜCRE MEMBRANI(PLAZMA MEMBRANI)

• Çift tabakalıdır

• Lipid ve protein moleküllerinden oluşur– membran ağırlığının %50’si

lipid, %50’si protein; her 50 lipid molekülüne karşılık 1 protein molekülü var

• Lipidler: sayıca en çok fosfolipid; daha az miktarda kolesterol

• Amfipatik yapılılar

• Membranın Temel Görevleri:

1. Hücreye madde giriş-çıkışını düzenler; hücre içi ve dışındamaddelerin farklı miktarlarda kalmasını sağlar, Bariyer göreviyapar.

2. Hücre yüzeyine ulaşan kimyasal habercileri tanır; bu habercilerinhücre aktivitesinde oluşturacağı değişiklikleri başlatır (Reseptörişlevi)

3. Maddeleri geçirme (difüzyon) ve taşıma (transport) işlevi: lipid çifttabakadan ve protein yapılı kanallar ve taşıyıcılar ile.

4. Hücre-hücre ve hücre-ekstrasellüler matriks bağlanması

Membran Proteinleri

MEMBRAN PROTEİNLERİNİN TEMEL GÖREVLERİ:

1. Membranın yapısına katkıda bulunmak.

2. Hücre içi ve dışı arasında maddelerin geçişini düzenlemek (iyon kanalları ve taşıyıcılar).

3. Hücrenin dışında bulunan kimyasal habercilerin (örn: hormonlar, nörotransmitterler vs) hücre üzerinde bağlanabileceği “reseptör (almaç)” yapılarını oluşturmak.

RESEPTÖRLER

• Kimyasal haberci, hücre üzerindeki reseptörlere bağlanıncareseptör hücre içinde bazı moleküler süreçleri tetikler. Bumoleküler süreçler sonucunda o hücrenin bir işlevgerçekleştirmesi veya bir işlevini sonlandırması sağlanır.

Örnekler:

• İnsülin hormonu yağ, kalp kası ve iskelet kası hücrelerininmembranı üzerindeki reseptörlerine bağlandıktan sonra buhücrelerin içine glikoz taşınması artar. Sonuç: kanda glikoz azalır.

• Sinir hücresinden salgılanan asetilkolin, çizgili iskelet kasınınmembranı üzerindeki reseptörlerine bağlandıktan sonrakasılmayı başlatır.

HÜCRELERDE RESEPTÖRLERİN YERLEŞİMİ

Reseptörler:

1. Çoğunlukla hücre membranı üzerinde yerleşir.

2. Bazen hücre içinde (sitoplazma veya nukleus içinde) yerleşir.Örn: steroid hormonlar (östrojen, progesteron, testosteron,kortizol, aldosteron) ve tiroid hormonunun reseptörleri

Hücreler Arası Haberleşme

PARAKRİN İLETİŞİM

• Haberci sentezlendiği hücreden hücre dışına (ekstrasellüler sıvıya)salınır; haberci ekstrasellüler sıvıyı “difüzyon” ile geçerek “komşuhücrelere” ulaşır

• Bu kimyasalların etki alanları kısa mesafelidir, “lokaldir”

• Örn: CO (karbonmonoksit), NO (nitrik oksit), prostaglandinler,prostasiklinler, lökotrienler, tromboksanlar, büyüme faktörleri,pıhtılaşma faktörleri, histamin vs.

OTOKRİN İLETİŞİM

• Bir hücreden ekstrasellüler sıvıya salgılanan birinci haberci kendisinisalgılayan hücre üzerinde etki gösterir ve onun aktivitesini düzenler.Örn: insülinin pankreas B adacık hücrelerine etkisi.

• Etki lokaldir.

HÜCRE TEMASINA BAĞIMLI İLETİŞİM(Juxtakrin iletişim)

• Bu iletişim tipinde kimyasal haberci ekstrasellüler sıvıya salgılanmakyerine sentezlendiği hücrenin membranına bağlı kalır. Başka birhücrenin membranında bulunan reseptör bu haberciye bağlanır.

• Özellikle “ canlıların rahim içi gelişim süreçleri ” sırasında ve“bağışıklık” süreçlerinde önem taşıyan iletişim türüdür.

“GEVŞEK BAĞLANTILAR” İLE İLETİŞİM

• Bazı hücrelerin membranları üzerinde bulunan gevşek bağlantı adıverilen kanallar iki komşu hücrenin sitoplazmasını birbirine bağlayarakdirekt iletişim kurmalarını sağlar

• Kimyasal habercinin hücre dışına salgılanmasına gerek yok.

• Gevşek bağlantılardan pek çok madde geçebilir: iyonlar,monosakkaridler, nükleotidler, vitaminler

• Geçiş yapan bu maddeler iki hücre içinde aynı süreçlerin (metabolikveya elektriksel) eş-zamanlı olarak tetiklenmesini sağlar

NÖRAL (SİNAPTİK) İLETİŞİM

• Kimyasal haberci; nörondan salgılanan “nörotransmitterlerdir”

• Örn: asetilkolin, noradrenalin, dopamin, serotonin, GABA, glisin, glutamat vs

• Nörotransmitter “sinaptik aralığa” salınır → sinaptik aralıkta difüze olur→ postsinaptik nöron membranında reseptöre bağlanır → postsinaptiknöron membranında elektrik potansiyel değişiklikleri gelişir →postsinaptik hücre içinde bazı moleküler olaylar tetiklenir →postsinaptik hücrenin aksonundan nörotransmitter salgılanır veya salgıdurdurulur. Kısaca sinir hücreleri arası haber iletimi sağlanır veya durur.

• Nöronlar başka nöronlarla “sinaptik” bağlantı kurabildikleri gibi kashücreleri ve bez hücreleri ile de bağlantı kurabilirler.

ENDOKRİN İLETİŞİM

• Kimyasal haberci “hormondur”.

• Örn: insülin, glukagon, kortizol, aldosteron, tiroksin, östradiol vs

• “Endokrin bez (iç salgı bezi) hücreleri” hormonu “kana” salgılar.

• Hormon kan yoluyla hedef hücrelerine ulaşır.

• Hedef hücreler endokrin bezden farklı uzaklıklarda olabilir.

NÖROENDOKRİN İLETİŞİM

• Özel bir iletişim tipi. Sadece hipotalamus (sinir sisteminin dokusu) ilehipofiz (endokrin sistemin dokusu) arasında gerçekleşir.

• Santral sinir sistemine ait bir bölge olan hipotalamustaki “nöronların”bir kısmı nörotransmitter yerine “nörohormon (nöropeptid)” sentezler.

• Nörohormonlar hipotalamusile hipofiz (ön) arasındabulunan özel bir kandolaşımına salgılanır → önhipofize ulaşır →nörohormonlar ön hipofizhormonlarının yapımını vesalgılanmasını düzenler.

• Hipotalamusun bazınöroendokrin hücrelerininaksonları hipofize (arka) dekuzanır.

• Nörohormon aksonlarınucundan arka hipofizdekidamarlara (tüm vücududolaşan kan var) →nörohormon tüm vücudadağılır.