Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Обмен веществ и энергии.
Терморегуляция.
Как бы ни были разнообразны проявления жизни, они непрерывно связаны с превращением энергии. Энергообмен – особенность присущая каждой живой клетке. Богатые энергией питательные вещества усваиваются и химически преобразуются, а конечные продукты обмена веществ, с более низким содержанием веществ выделяются из клетки. Согласно первому закону термодинамики: Энергия не исчезает и не возникает вновь. А переходит из формы в форму. Организмы должны получать энергию в доступной для них форме и возвращать в среду энергию, в форме менее пригодной для дальнейшего использования организмом.
Клод Бернар установил, что живой организм и среда образуют единую систему, т.е. между ними происходит непрерывный обмен вещества и энергией. Нормальная жизнедеятельность требует затраты энергии. Использование химической энергии в организме – Энергообмен – Показатель общего состояния физиологической активности организма. В обмене веществ или метаболизме и энергии различают два направленных процесса: Анаболизм и Катаболизм.
Анаболизм – совокупность процессов синтеза в тканевых и клеточных структурах, а также в необходимых для жизнедеятельности органических структурах.
Эти процессы синтеза связаны с потреблением свободной энергии, поставляющиеся в форме энергии фосфатных связей в основном АТФ.
Катаболизм – совокупность процессов распада тканевых и клеточных структур, а также сложных органических соединений, таких как белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты и использование образовавшихся простых веществ в пластическом и энергетическом жизнеобеспечении. Катаболизм сопровождается выделением свободной энергии.
При расщеплении крупных органических молекул освобождаемая энергия запасается в форме энергии фосфатных связей – АТФ. При расщеплении АТФ энергия превращается в другие формы энергии.
Анаболизм и катаболизм – сущность метаболизма в живых клетках – основу обмена веществ целого организма. Метаболические процессы, отвечающие за синтез и связаны с потребление энергии – Анаболические процессы. Процессы, сопровождающие распад и .. энергии – Катаболические (по аналогии)
Ту часть катаболизма, которая заключается в синтезе нуклеиновых кислот, ферментов, жиров, образования клеточных структур – Пластические процессы.
Процессы обмена, которые обеспечивают снабжение клетки энергией для выполнения всех актов жизнедеятельности – Энергетические процессы.
В целом обмен веществ и энергии – две стороны единого неразрывного процесса, на котором и основана жизнь человека и животных.
Основой поддержания жизни, поступления необходимых веществ в организм является – Питание – Процесс усвоения организмом веществ, необходимых для построения и обновления тканей его тела и покрытия энергозатрат.
Использование продуктов для организма возможно только после гидролиза и превращения их в простые продукты, лишенные видовой специфичности, в конечном итоге в состав пищи человека и животных входят органические вещества, подавляющая часть которых относится к белкам, жирам и углеводам. Продукты – аминокислоты, жирные кислоты, глицерин и моносахара используются уже на пластические процессы и жизнеобеспечение организма. В процессах энергообмена аминокислоты, жирные и моносахара взаимосвязаны общими путями превращения. Как энергоносители пищевые вещества могут взаимозаменяться с их энергоценностью – Правило изодинамии.
Энерго- калорическую ценность оценивают по количеству тепловой энергии образующейся при сгорании 1г вещества – Физиологическая теплота сгорания – Ккал или Дж.
Расчеты показали, что энергоценность жиров – 9.3 Ккал / 1г – в два раза выше, чем белков и углеводов – 4.1 Ккал / 1г.
Белки и углеводы имеют одинаковую энергоценность и могут заменятся 1:1 в весовом соотношении. Для поддержания гомеостаза организма, общие затраты энергии должны покрываться … Несущими в себе эквивалентный запас энергии. Если количество поступающей пищи для покрытия энерготрат недостаточно, то оно компенсируется засчет внутренних резервов – главным образом жира. Если же масса поступающей пищи превышает расход, то идёт процесс запасания жира независимо от состава пищи.
Однако, следует помнить, что эти три источника энергии являются и пластическим материалом живого организма. Длительное исключение одного из трех питательных компонентов пищи и замена энергетическим эквивалентом, например 1г белка = 1г углевода, вовсе не означает, что в реальной жизни можно это опускать, потому что белки, их структурные элементы – аминокислорты являются кирпичами, которыми организм строит собственные белки и углеводы тут не смогут ликвидировать разницу аминокислот. Энергозаменяемость не означает что продукты могут исключатсья и переходить можно на один како то вид лишь бы получать энергию.
В связи с этим питание должно быть рациональным Под рациональным питанием подразумевается количественное и качественное питание. Его основа – сбалансированность – Оптимальное соотношение компонентов пищи.
Насчитывается около 60 пищевых веществ, требующих сбалансированности. Рациональное питание обеспечивает оптимальное поступление пластических, энергетических и регуляторных веществ, сопобствующих нормальной жизни организма. Однообразное питание вызывает нарушение обмена веществ. Для человека и многих млекопитающих сбалансированное питание должно выключать белки жиры углеводы в соотношении 1:1:4 соответственно. Это дает нормирование суточной калорийности суточного рациона засчет белков, причем белки животного происхождения должны составлять не менее 50% , доля жиров – 30% суточной калорийности, и из этих 30% - 75-80% жира должны составлять животные жиры. Энергетическая доля углеводов должна составлять около 55%. Так что получается, что рациональное питание, если его придерживаться, оно напрочь отвергает современные тенденции.
Белки пищи. Особое значение в сбалансированном питании имеют белки. Состоят из аминокислот, аминокислоты – источник синтеза ферментов, гормонов белковой природы и также источником энергии. Все многообразие белковых структур построено из неповторимых комбинаций (20 основных аминокислот) – часть их синтезируется самим организмом , другая же не может синтезироваться, но должна обязательно поступать с пищей. Это незаменимые аминокислоты. В организме постоянно происходит распад и обновление белковых структур, среднее время распада белков тела: условная единица и резко различается у разных видов животных. Период полураспада бенлка тела человека – 80 суток, а тела крысы – 17 суток. Многие белковые структуры даже у одного вида обновляются с разной скоростью. Мышечные – наиболее медленные у челвоека – 180 сут. , у крысы – 30 сут. Белки плазмы крови – период полураспада – 10 сут. И живут всего несколько минут. У человека за сутки деградации и синтезу подвергаются около 400гр белков, примерно две трети образовавшихся в результате деградации аминокислот используются на новый синтез белков но треть безвозвратно окисляется в пищевых цепях и долждна пополнятся экзогенными аминокислотами из пищи.
ЗА сутки в организм взрослого человека должно поступать с пищей около 80-100гр белка. Белковые оптимум : 1гр на 1 кг массы тела. Причем 30г белка – животнго происхождения. Животный белок почти полностью способен превратится в белковые структуры организма. В то время как синтез животного белка из растительного менее эффективно идет из-за диспропорции незаменимых аминокислот между этими белками. Взрослый человек, подвергающийся средней физической нагрузке должен получать 100-120гр белка, а при тяжелой до 150 гр белка. О количестве белка, подвергшегося в организме разрушению судят по количеству азоты выводиму из организма в виде мочи и с потом. Расчеты эти делаются на том основании что азот входит почти исключительно в соства белковых аминокислот, состояние при котором количество поступившего с пищей азоты = количеству выведенного = азотистое равновесие. При его расчетах исходят из того что 1г азота = 6.25гр белка. Состояние при котором количество введеного с пищей азота меньше выведенного количества – Отрицательный азотистый балланас, это значит что деградация белка доминирет над его синтезом и имеет место белковое голодание.
Белковое голодание некоторые время компенсируется внутренними ресурсами организма за счет распада менее важных структур: мышечной массы в первую очередь. И возникает расстройство физиологических систем. Отрицательный азотистый балланс отмечается также когда в организм не поступает отдельные незаменимые аминокислоты. Распад белков в организме происходящий при отсутствии белк4ов пищи и достаточном введении всех остальных элементво: углеводы, иры витамины мин соли отражает те миниимальные траты которые связаны с основным процессом жизнедеятельностию.
Коэффициенты изнашивания – 0.028 для взрослого гр азота на 1кг массы тела в сутки. Эта потеря белка у взрослого человека массой 70кг – составляет 23гр белка в истом виде в сутки. Дл поддержания азотистого равновесия требуется как минимум 30-45 гр животного белка в сутки – физиологический минимум белка. Когда поступление азоты превышает его поступление – положительный азотистый балланс и синтез белка преобладает над распадом. Устойчивый положительный азотистый балланас наблюдается при увеличении массы тела при увеличении роста в процесс онтогенеза. Во время беременности. После выздоровления от тяжелых заболеваний При усиленных спортивныз тренировках, сопровождающихся увеличением мышечной массы. В этих условиях происходит задержка азота в организме или эриктенция азота.
Белки в организме не депонируются – не откладыаются в запас, а расходуются на пластические и энергонуждны организма. Помимо пластической роли в организме белкам ещё присуща масса других функций.
Регуляция обмена белков: нейро эндокринная регуляция обмена белков осуществляется группой гормонов – соматотропный гормон гпофиза стимулирует увеличение массы всех органов и тканей, особенно хорошо он работает в детстве. У взрослого человека он обеспечивает процесс синтеза белка засчет повышения проницаемости клеток для аминокислот. Гормоны щитовидной железы – тироксин и трийодтеранин в определнныхконцетрациях способствуют также увеличению органов (? Наврятли….)
Гормоны коры надпочечников – глюкокортекоиды (стрессорный гормон) усиливаются распад белков в тканях особенно в мышечной и лимфоидной, в печени они наоборот стимулирют синтез белка.
Обмен жиров или липидов.
Играют важную роль в жизни организма: Фосфолипиды – основной компонент клеточных мембран или являются источником синтеза стероидных гормонов. Велика энергетическая роль жиров: 1г жира – в два раза больше энергии чем окисление одного грама белка или одного грама углеводов. Жиры животных являются триглицеридами – алеиновойстеориновой кислот. Большая часть – в жировой ткани. Меньшая – входит в состав клеточных структур. Особенно много запасного жира откладывается в подкожной клетчатке.
Вокруг почек, в околопочечной клетчатке , а также печени и мышцах. Общее количество жира у человека колеблется в широких пределах – в среднем 10-20% от массы тела. В случае паталогического ожирения этот прцоент возрастает до 50%. Мобилизация жиров из жирового депо на энергонужды заключается в гидролизе триглицеридов и образовании свободных жирных кислот и глицерина. Свободные кислоыт используются в обмене путем бета-окисления. Окисление жирных кислот в два раза эффективныее. В среднем взрослому необходимо 70-80г жиров в сутки. Значение жиров важно тем, что некоторые витамины поступают в растворенном в жирах состоянии : жирорастворимые витамины (А, Е , К Д – витамины)
Биологическая ценность жиров определяется ещё тем, что некоторые ненасыщенные жирные кислоты леноленовая и ещё какая то вяляютсянезаменимыми и не могут образовываться в организме из других жирных кислот. Эти полиненасыщенны жирные кислоты условно объединены в группу – Витамин Ф. Незаменимые жирные кислоты активируют действие каротина , предшественников витамина А, Б1 и С, когда количество ненасыщенных жирных кислот падает ниже прцоента, то снижается жластичностькрвоеносныхсосудо увеличивается их проницаемость, развивается атеросклероз, тромбы в сердце, поражается кожа, нарушается половая функция.
Регуляция обмена жиров.
Проессжироообразования, его отложение м обилизация регулируются нервной и энжокринной системой и тесно связаны с углеводным обменом, так повышение в крови концетрации глюкозы уменьшает распад триглицеридов. Понижение концетрации глюкозы приводит к противоположному эффекту. Взаимодействие направленое не обеспечение энергопотребностей организма. Выраженным жиромобилизующим действием обладают гормоны мозгового слоя напдпочечников, адреналин и норадреналин.
Тормозящее влияние оказывает инсулин – гормон поджелудочной. Кроме того со стороны НС симпатические влияния тормозят синтез триглицеридов и усиливают их распад, а парасимапатические влияния способвтуют отложению жира.
Нервные влияния на жировой обмен контролируются гипоталамусом.
Обмен углеводов.
До 60% энергообмена в организме зависит от превращений углеводов. А если взять мозговую ткань, то её энергообмен исключительно обеспечивается глюкозой. Пластическая роль углеводов – входят в состав сложных клеточных структур, таких как гликопептиды, гликолипиды, гликополисахариды, в отношении пластчиеской функции значительно уступают белкам. Углеводы представляют собой важный источник энергии, хотя непосредственным донором в процессе жизнедеятельности является АТФ, его ресинтез в значительной степени является резльтатом расщепления углеводов.
Обеспечивая организм энергией, ускоряют прцоесс расщепления жиров. В организме углеводы деонируются в виде гликогенов, главным образом в печени, отчасти в мышцах. Запасы гликогена в среднем у челвоека составляют около 400гр. НО эти малые запасы углеводов, по сравнению с жировыми депо, легко мобилизуются на срочные энергонужды организма. Минимальные потребности в гулеводах у человека составляют 100-120гр в сутки, эта величина взависимости от энергопотребнстей может существенно колебатся.
Уровень глюкозы в крови человека: от 80 до 120 мг/%. От 4.4 до 6 (6.5) ммолей. Уровень глюкозы является твердой гомеостатической константной. Особенон чувствительны к опонижению сахара (гипогликемии) – ЦНС, при снижении сахара до 50-40 мг/% , наступают судороги, бред, потеря сознания, а также вегаттивные реакции, усиленное потоотделение и другие малоприятные вещи и процессы. Введение в кровь глюкозы или прием сахара резко устраняют расстройство, прием большого количества сахара приводит к развитию гипергликемии и выделением поджелудочной железой инсулина.
В организме процессы обмена белков жиров и углеводов взаимосвязанаы и могут взаимопревращаться с определнных пределах. В процессе промедуточного обмена образуются многие ключевые соединения – являющиеся ключевыми веществами и обеспечивают взаимосвязь между углеводами жирами и белками. Основной такой продукт – ацетил КоА.
Конечные продукты обмена веществ – немногие простые соединения , азот – моча и аммиак, водород – с водой.
Регуляция обмена углеводов осуществляется благодаря тому, что уровень глюкозы воспринимается глюкорецепторамисосредточенными в основном в печени, в сосудах, а также в гипоталамусе. Отсюда регулирующее влияние реализуется как нервами та ки гуморальным путем, включая эндокринные железы. Инсулин в орагнизме – единственный гормон, понижающий уровень глюкозы. Поэтому при уменьшении секреции гормона возникает сахарное мочеизнурение и возникает диабет.
Увеличение уровня сахара в крови, возникает при действии нескольких гормонов: глюкогон, продуциремый клетками отсровкой ткани поджелудочной, адреналин – гормно мозгового слоя надпочечников, глюкортикоиды, соматотропный гормон гипофиза, триоксин и трийодтиранин – гормоны щитовидки – Все это контринсулярные гормоны.
Помимо белков жиров и угелводов живому организму треутеся ещё вода и минеральные вещества, которые также должны опступать с пищей. Вода – около 60% веса тела. У новорожденного до 75% Она находится как составня часть во всех тканях и клетках и подавляющая часть боихимическихреакиях протекает при непосредственом участии воды, непрерывно поступление воды в организм – одно из условий поддержания жизнедеятельности: транспорт многих необохдимыхсусбстратов в организме. Внутриклеточная вода – в осставе протоплазмы клеток и составляет 70% от общшего количества воды ав организме. Внеклеточная вода – в составе тканевой или межклеточной жидкости около 21%. Состав плазмы крови – 9%. Вода поступает в организм в двух видах, в свободном и связанном в соствае пищевых продуктов. Взрослый человек потребялет в сутки около 2.5л воды. В организме образуется около 300мл метаболической воды, как одного из конечных продуктов энергообмена. Вода необходима не только для поддержания изосомтического состояние жидких сред организма, но и для выделения шлаков из организма в частности с мочей, потом. Человек в сутки теряет около 1.5л воды в виде мочи и около 0.9л путем испарения через легкие и кожу.
Около 0.1л – с калом. Поступление воды определяетяс её потребностью и чувством жажды. При избытке воды в организме наступает состояние водного отравления. При недостатке воды нарушается метаболизм. Потеря воды на 10% приводит ксостоянии дегидратации или обезвоживанию организма, при потере 20% наступает смерть. Недостаток аводы приводит к потере её клетками организма , вследствие перемещения её из клеток в межклеточное пространство, а затем в сосудистое русло.
Вместе с водой в организм поступают и минеральные вещества или соли, потребляемая пища должна содержать около 4% минеральных соединений, или больше 16% то это сопровожлдается задержкой роста и развития.
Водный и минеральный обмен тесно связаны. В составе ткани тела – много разных минеральных соелй. Организм прежде всего нуждается в кислороде, углероде, водороде и азоте – их доля – 96% массы тела млекопитающих. Остальные 4% - 7 макроэлементов: кальций, фосформ, натрий , калий, сера, хлор и магний – они необходимы для формирования скелета (Ка, МГ, Ф). Они влияют на физико-имическое состояние белкво, нормальное функционирование возбудимых структур, мышечное сокращение. Аккумулирование энергии – энергия фосфорных связей.
Возбудимость клеток тканей зависит от соотношений между концетрацией ионов натрия, калия и хлора. Для осуществления мышечного сокращения – ионы кальция и магния. Минсоединения принимают важное участие в буферных системах крови: сера – в составе аминокислот.
Помим макроэлементов, также нужны микроэлементы – менее 0.1% от массы тела. Среди них важное значение имеет – Железо, кобольт, медь, цинк, хром, молибден, фтор., йод, никель, ванадий, и бля вся табилца Менделеева-мужика водки!
Большинство перечисленных микроэлементов просто необходимы для нормального функционирования метабоилзма и при нехватке чего – то нарушается какой – то процесс, ибо все в организме взаимосвязано, поступают они и с пищей, и с питьей воды, всасываются в тонком кишечнике.
Группа веществ, которая в микродозах должна поступать в организм, но без них организм не может нормально функционировать – Витамины.
Витамины – в начале 20 века было установлено, что одних только белков, жиров углеводо и макрожлементовнедостаочно для нормальной жизнедеятельности, необходимы ещё также пищевые добавки, которые не синтезируются организмом или недостаточно и названы – витамины. Не обладают общностью химической природы и неимеют существенного пластичекого и энергетического занчения для организма, но выполняют катализирующую роль, чаще всего являясь компонентом ферментных систем.
Источник витаминов – пищевые продукты, растительного и животного приосхождения, в них они находятся либо в активной, либо в неактивной форме, в виде про-витаминов. Некоторые витамины синтезируются микрофлорой кишечника. Полное отсуствтие какого либо витамина – Авитаминоз. В менее выраженной форме , это состояние гиповитаминоз. Авитоаминозы и гиповитаминозы могут возникать не толькол при отсусствии витаминов в пище, нарушении их всасывания, заболеваниях ЖКТ. Состояние гиповитаминоза может возникнуть и при обычном поступлении витаминов с пищей, но с возросшим их поступлений, в связи с соятонием, например, при беременности, интенсивном росте. А также, может возникать при подавлении антибиотиками микрофлоры кишечника – состояние гиповитаминоза.
Витамины делястя на водо- и жирорастворимые
Водорорастворимые: Б, С . Жирорастворимые: А, Е, К , Д.
Источником жирорастворимых витаминов являются жиросодержащие продукты – печен, как депо витаминов, масла и листья овощей.
Водорастворимые витамины содержатся в продуктах питания в основном растительного происхождения и в меньше йстепенив продуктах животного происхождения, в которыз содержится никотиновая кислота и цианкобаломин. Одни витамиы устойчивы к разрушении, другие легко разрушаются при хранении и переработке.
Для ряда витаминов (С) – должны быть свежие носители питания. Суточная потребность большинства витаминов – 2 – 25 мг. Некоторые, как оскорбиновая кислота, могут достигать потребности до 100 мг, а фолиевая , до 200 мкгр. Цианкобаломин до 2 мкгр в сутки. Недостаточность суточной дозы одного или группы витаминов приводит к нарушению обмена веществ и разного рода заболевания, а при полном длительно отсуствии просто к гибели организма. Нарушении функции организма при авитаминозе связаны с множественностью точек приложения витаминов в регуляторных прцоессах, витамины участвуют в регуляции промежуточного обмена: дыхания (Б, никотиновая кислота) Необходимы для нуклеиновых кислот: фолиевая, цианобаломин. В регуляции обмена кальция и фосфора, во многих окислительно-восстановительных реакциях. (аскорбинка, холиферол, гемопоэзе и синтезе факторов свертывания, филохеноны) И в последнее время установлено, что жирорастворимые витамины участвуют в стабилизации биомембран и защищают их от окислительного разрушения и выполняют антиоксидантную функцию. Кроме того, участвуют в синтезе жирных кислот ,гормонов стероидов, пантотеновая кислота.
Накопление энергии, которая высвободается при разрыве химической связи в основном аккумулируется, хотя она не единственный в организме источник фосфорных связей, именно атф отдает и запасает. Все процессы, генерирующие и запасающие энергию, генерирующие потребление кислорода – Аэробные. Генерация же энергии без участия кислорода без участия кислорода , как при гликолизе – Анаэробные процессы или анаэробным обменом.
АТФ удобна не только тем, что она запасает энергию в своих связях но ещё и доставляет её. Диффундирует в тех метсах, где она необходима и отдает при разрыве связей. Традиционная единица измерения энергии применяемая в биологии – Каллория – количество энергии необходимой для нагревания 1гр воды на градус.
При изучении энергетических процессов в организхме животных и человека используют Ккал.
По международной системе едини измерения – Дж. А единица измерения мощности – Ватт. При совершении какой – либо внешней работы , часть вырабатываемой клеткой энергии всегда выделяется в виде теплоты – Второй закон термодинамики. Следовательно коэффициент полезного действия активной клетки может быть представлен той частью, вырабатываемой энергии, которая затрачивается на внешюю работу и всегда является величинйо менее 100%.
Около половины всей химической энергии обмена теряется в виде тепла, в процессе образования молекул АТФ, т.е. КПД менее 50%. Мышечное же сокращение, ещё менее эффективно в энергетическом отношении процесс, около 80% энергии используемое при мышечном сокращении теряется в виде тепла и только 20% энергии превращается в механическую работу – непосредственно в сокращение мышц. Количество жнергии выделяемой при сгорании какого либо соединения не зависит от числа промежуточных этапов его распада. Так, например один моль глюкозы дает 686 Ккал. Независимо от того сгорел ли он сразу в пробирке или окислился в организме в ходе катаболических процессов. Углеводы в среднем дают 4,1 Ккал на грамм. Самый высокоэнергетический продукт – жиры, 9.3 Ккал /гр, поэтому запасание жира – самый экономичный способ длительного хранения энергии в организме, т.к. единица запасенной энергии оказывается в меньшем объеме вещества. Белки окислюятся в организме не полностью, аминогурппыотщипляются от молекул белка, при сжигании в калориметрической помпе и дают несколько больше энергии. При этом выделяется 5.4 Ккал / гр, в организме же, выделяется всего лишь 4.1 Ккал / гр. Это связано с неполным сгоранием то бишьрасщиплением белков в организме. Аминогруппы выделяются в составе мочевины, аммиака и с ними уходжит часть энергии, определяют интенсивность метаболизма, экспериментально, как прямым, так и косвенным путем. Прямая калориметрия основана, на непосредственном учете в биокалориметрах тепла, выделяемом в организме. Он представляет собой герментезированную и хорошо теплоизолированную камеру, туда помещается человек при строгих условиях ( состояние покоя, голый!!!!, лежа, но не в состоянии сна). Внутри камеры – трубки, по коотрым протекает вода и человек, внутри камеры, теплом нагревает воду и измеряется соотвественно температура на выходе и расчет ведется прямым путем. Также есть косвенный путь по соотношению выделяемого в процессе метаболизма углекислого газа и вдыхаемого кислорода – Расчет дыхательного коэффициента. Он различен пр окислении белков жиров и угелводов, при окислении глюкозы , он равен единице. Дыхательныйкоэф жиров 0.7, белков 0.81.