Методичні матеріали на тему: "Обмін речовин та енергії"

Лекція на тему: «Обмін речовин і енергії в організмі».

ПЛАН:

1.Обмін речовин як основа життєвих процесів. Асиміляція та дисиміляція.

2.Залежність інтенсивності обміну від різних факторів.

3. Регуляція обміну речовин.

4.Азотистий обмін.

5.Роль білків в організмі.

6.Вуглеводний обмін і його регуляція.

7.Азотисто-вуглеводний баланс у жуйних тварин.

8.Широкий мінеральний і водний обмін.

9.Загальний обмін і способи його дослідження.

10.Біостимулятори, їх значення.

11.Теплотворення і теплообмін.

12.Температура тіла домашніх тварин і птиці.

13.Фізіологічні основи із загартування.

1.Обмін речовин як основа життєвих процесів. Асиміляція та дисиміляція.

Обмін речовин та енергії – це закономірний процес перетворення поживних речовин та енергії в живих системах, спрямований на їх збереження й самовідтворення.

Обмін речовин – це цілісна, чітко відрегульована система хімічних реакцій у клітині, в організмі тварини в цілому, що склалася в результаті тривалого еволюційного розвитку.

Обмін речовин і енергії між клітиною та навколишнім середовищем складається з двох нерозривних, взаємозумовлених процесів – асиміляції (анаболізму) та дисиміляції (катаболізму).

Асиміляція (анаболізм) – процес засвоєння організмом речовин, при якому затрачується енергія.

Дисиміляція (катаболізм) – це процес розпаду складних органічних сполук, який проходить з виділенням енергії.

У процесах перетворення речовин у клітинах організму тварини беруть участь ферменти, вітаміни, кисень, вода і мінеральні сполуки.

При асиміляції, або пластичному обміні, із зовнішнього середовища в клітину надходять поживні речовини корму (їжі), які після внутрішньоклітинного травлення використовуються нею, як будівельний та енергетичний матеріал.

Надходження поживних речовин крізь клітинну мембрану здійснюється за законами осмосу і дифузії, а також шляхом ендоцитозу (піноцитозу і фагоцитозу). При піноцитозі клітина активно поглинає краплини рідини, а при фагоцитозі – тверді частинки.

Поживні речовини після надходження їх у цитоплазму клітини за допомогою ферментів лізосом перетравлюються, внаслідок чого утворюються простіші поживні речовини, які потім використовуються клітиною для синтезу власних речовин.

При дисиміляції, або енергетичному обміні, органічні речовини клітини зазнають постійного розщеплення з виділенням енергії, яка частково використовується клітиною для життєвих функцій, а частково акумулюється в АТФ та утворенням кінцевих продуктів (води, вуглекислого газу, аміаку тощо), які потім виводяться з клітини у навколишнє середовище.

2.Залежність інтенсивності обміну від різних факторів.

3. Регуляція обміну речовин.

Регуляція обміну речовин та енергії може відбуватися:

І. На рівні всього організму і систем органів.

Наприклад, фактори зовнішнього середовища через центральну нервову систему діють на об­мінні процеси в організмі. Надходження поживних речовин контролюєть­ся різними транспортними системами. До них відноситься ретинолзв’язуючий білок, що переносить вітамін А, транскортин, що транспортує стероїдні гормони, церулоплазмін, позв’язує мідь трансферин, що транспортує залізо, ліпопротеіди, що транспортують жири.

ІІ. Клітинний рівень регуляції.

Тут важлива роль належить клітинній мембрані. Продукти обміну та поживні речовини поступають в організм до клітин, діяльність яких регулюється. Наприклад, якщо не достає енергії в клітині, то ацетил КоА поступає з цитоплазми в мітохондрії, де окис­люючись, забезпечує її накопичення. І, навпаки, при надлишку енергії ацетил КоА цитоплазми йде на синтез жирних кислот, ацетонових тіл, холестерину. ІІІ. Регуляція може проходити на молекулярному рівні. Так регулюються процеси розпаду і синтезу молекул глюкози, жирних кислот, гліцерину, амінокислот.

Цей рівень контролюється діяльністю ферментів, субстратів, інгібіторами і активаторами, оптимальними умовами діяльності ферментів. Контроль над всіма процесами здійснює нервова система. Вона впли­ває на фізіологічні, психічні, метаболічні та інші процеси. Нервова система тісно пов’язана з ендокринною системою. Про це говорить той факт, що зниження діяльності однієї зразу ж підсилює діяльність другої. Регуляторний вплив нервової системи в значній мірі проявляється через гуморальні фактори, до яких відносяться гормони, що виробляються за­лозами внутрішньої секреції, тканинні гормони та простогландини.

4.Азотистий обмін.

АЗОТИСТИЙ ОБМІН — сукупність хімічних перетворень, реакцій синтезу і розпаду азотистих сполук в організмі; складова частина обміну речовин і енергії.

Поняття «А.о.» охоплює білковий обмін (сукупність хімічних перетворень в організмі білків і продуктів їх метаболізму), а також обмін пептидів, амінокислот, нуклеїнових кислот, нуклеотидів, азотистих основ, аміноцукрів, азотовмісних ліпідів, вітамінів, гормонів та інших сполук, що містять азот.

 У тварини А.о. складається з 3 основних етапів:

1) гідролітичного розпаду азотовмісних речовин у ШКТ та всмоктування утворених продуктів;

2) перетворення цих продуктів у тканинах, що сприяє утворенню білків та інших азотовмісних сполук;

 3) виділення кінцевих продуктів А.о. з організму.

Організм тварин засвоюваний азот отримує з їжею, у якій основним джерелом азотистих сполук є білки тваринного й рослинного походження. Головним чинником підтримки азотистої рівноваги — стану А.о., при якому кількість уведеного й виведеного азоту однакова, слугує адекватне надходження білка з їжею.

У дорослому організмі в нормі кількість білка, який синтезується за добу, дорівнює сумарній кількості тканинних та харчових білків, що розпадаються, тобто азотистий баланс близький до нуля.

Азотистий баланс — різниця між кількістю азоту, який потрапляє в організм з їжею, і кількістю азоту, виведеного з організму з сечею, калом, потом, — є показником інтенсивності А.о. в організмі.

 Голодування або недостатнє за вмістом азоту харчування призводять до негативного азотистого балансу, або азотистого дефіциту, під час якого кількість азоту, виведеного з організму, перевищує кількість азоту, що надходить в організм з їжею.

Позитивний азотистий баланс, коли кількість азоту, що вводиться з їжею, перевищує кількість азоту, що виводиться з організму, відзначають в період росту організму, під час процесів регенерації тканин тощо. Стан А.о. значною мірою залежить від якості харчового білка, яка, у свою чергу, визначається амінокислотним складом і насамперед наявністю незамінних амінокислот.

А.о. регулюється безпосередньо нервовою системою, а також через вплив на залози внутрішньої секреції й виділення гормонів (соматотропного гормону, інсуліну, тиреоїдних гормонів, статевих гормонів, кортикостероїдів). Основне значення регуляції А.о. полягає в пристосуванні організму до умов зовнішнього та внутрішнього середовища, які постійно змінюються.

5.Роль білків в організмі.

Білки - незамінний будівельний матеріал. Однієї з найважливіших функцій білкових молекул є пластична. Усі клітинні мембрани містять білок, роль якого тут різноманітна. Кількість білка в мембранах складає більш половини маси.

Багато білків мають скорочувальну функцію. Це насамперед білки актин і міозин, що входять у м'язові волокна вищих організмів. М'язові волокна - миофибриллы - являють собою довгі тонкі нитки, що складаються з рівнобіжних більш тонких м'язових ниток, оточених внутрішньоклітинною рідиною. У ній розчинені аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), необхідна для здійснення скорочення, глікоген - живильна речовина, неорганічні солі і багато інших речовин, зокрема кальцій.

Велика роль білків у транспорті речовин в організмі. Маючи різні функціональні групи і складну будівлю макромолекули, білки зв'язують і переносять зі струмом крові багато з'єднань. Це насамперед гемоглобін, що переносить кисень з легень до кліток. У м'язах цю функцію бере на себе ще один транспортний білок - міоглобін.

Ще одна функція білка - запасна. До запасних білок відносять ферритин - залізо, овальбумин - білок яйця, казеїн - білок молока, зеин - білок насінь кукурудзи.

Регуляторну функцію виконують білки-гормони.

Гормони - біологічно активні речовини, що впливають на обмін речовин. Багато гормонів є білками, чи поліпептидами окремими амінокислотами. Одним з найбільш відомих білків-гормонів є інсулін. Цей простий білок складається тільки з амінокислот. Функціональна роль інсуліну многопланова. Він знижує зміст цукру в крові, сприяє синтезу глікогену в печінці і м'язах, збільшує утворення жирів з вуглеводів, впливає на обмін фосфору, збагачує клітки калієм. Регуляторною функцією володіють білкові гормони гіпофіза - залози внутрішньої секреції, зв'язаної з одним з відділів головного мозку.

Інша функція білків - захисна. На її основі створена галузь науки, названа імунологією.

Останнім часом в окрему групу виділені білки з рецепторною функцією. Є рецептори звукові, смакові, світлові й ін. рецептори.

Варто згадати і про існування білкових речовин, що гальмують дію ферментів. Такі білки володіють ингибиторными функціями. При взаємодії з цими білками фермент утворить комплекс і утрачає свою активність чи цілком частково. Багато білків - інгібітори ферментів - виділені в чистому виді і добре вивчені. Їхні молекулярні маси коливаються в широких межах; часто вони відносяться до складних білок - гликопротеидам, другим компонентом яких є вуглевод.

Якщо білки класифікувати тільки по їхніх функціях, то таку систематизацію не можна було б вважати завершеної, тому що нові дослідження дають багато фактів, що дозволяють виділяти нові групи білків з новими функціями. Серед них унікальні речовини - нейропептиды (відповідальні за найважливіші життєві процеси: сну, пам'яті, болю, почуття страху, тривоги).

6.Азотисто-вуглеводний обмін.

ВУГЛЕВО́ДНИЙ О́БМІН – сукупність хімічних перетворень вуглеводів у процесі біосинтезу та проміжного обміну, з утворенням нових сполук із невуглеводних (гліконеогенез) та перетворенням простих вуглеводів у більш складні.

У рослин і деяких бактерій прості вуглеводи (моносахариди) утворюються в процесі фотосинтезу з використанням СО₂ та енергії світла. Людина і тварини отримують вуглеводи з їжею в готовому вигляді. Це переважно полісахариди (крохмаль, глікоген) та дисахариди (сахароза, лактоза). У травному тракті внаслідок дії ферментів гідролаз (амілаз та глікозидаз) складні полі- й олігосахариди розщеплюються до моносахаридів (гексоз або пентоз), які всмоктуються у кров і переносяться до клітин різних органів, де відбувається їх внутр.-клітинне перетворення.

Полісахариди розщеплюються також ферментами фосфорилазами з утворенням глюкозо-1-фосфату. Деградація гексоз (в основному глюкози) у клітинах відбувається у результаті бродіння або гліколізу, а також окисленням у пентозофосфат. та трикарбоновому циклі (Кребса, лимон. кислоти) до кінц. продуктів (СО₂ і H₂O).

Проміжні продукти їх обміну використовуються у біосинтезі жирів, амінокислот, структур. компонентів клітин тощо. Розщеплення вуглеводів забезпечує утворення макроергіч. сполук (зокрема аденозинтрифосфату), необхід. для процесів життєдіяльності живих організмів.

АЗОТИСТИЙ ОБМІН — сукупність хімічних перетворень, реакцій синтезу і розпаду азотистих сполук в організмі; складова частина обміну речовин і енергії.

7.Азотисто-вуглеводний баланс у жуйних тварин.

Білки та вуглеводи – найважливіші компоненти кормів, від яких залежить здоров’я та продуктивність тварин.

Білки беруть участь в усіх життєво важливих процесах – розмноженні, рості та розвитку. Вони служать основою імунітету, а також входять до складу ферментів та гормонів, що регулюють обмін речовин.

Вуглеводи є головним джерелом живлення та постачальником енергії в організм корів. Вони складають близько 80% органічної речовини раціону жуйних тварин.

Білок, що міститься в кормах, називається протеїн. Він складається з амінокислот, які в кормах можуть бути присутніми і в вільному стані. Особливо багаті на вільні амінокислоти зелені корми в період інтенсивного росту рослин.

Баланс азоту в рубці

Про кількісний бік синтезу і розкладання білка в організмі свідчить баланс азоту, а саме різниця між азотом, засвоєним організмом, та азотом, якого тварини позбулися у наслідок випорожнення і продукування молока чи м’яса. Щоб визначити баланс білка, отриману різницю щодо азоту множать на коефіцієнт 6,25, бо вміст азоту в білку в середньому становить 16%. Баланс азоту може бути позитивним, негативним і врівноваженим.

Позитивний баланс свідчить про перевагу синтезу білка над його розпадом (наприклад, як результат росту тварин). Негативний баланс азоту свідчить про те, що процеси розпаду переважають синтез — це може спостерігатися, наприклад, при вигодовуванні потомства чи виснажливих хворобах. Врівноважений азотистий баланс характеризує природний фізіологічний стан здорового дорослого організму, який уже перестав рости. І рівновага може не змінюватися навіть тоді, коли в раціоні збільшуватиметься чи зменшуватиметься вміст протеїну. Ця найменша кількість білка в кормі, при якій азотиста рівновага ще зберігатиметься, називається білковим мінімумом.

Під час годівлі жуйних дуже важливий баланс азоту в рубці (БАР). Цей показник визначає забезпеченість рубцевих бактерій азотом із урахуванням енергії, яка міститься у кормі. Баланс азоту в рубці може бути позитивним і негативним. Причому, якщо його менше, це означає, що мікроорганізми рубця мають достатньо енергії, за допомогою якої вони можуть утворити більше мікробного білка в тому разі, коли з кормом отримали більше протеїну. Негативне значення БАР свідчить про те, скільки азоту необхідно додати до раціону, щоб усунути його нестачу. В свою чергу, позитивний баланс азоту в рубці не завжди бажаний.

8.Широкий мінеральний і водний обмін.

Обмін води в організмі є частиною загального обміну речовин і тісно пов'язаний з обміном нуклеїнових кислот, білків, ліпідів і вуглеводів, у водному обміні беруть участь нирки, легені, шкіра і травний канал.

Вода всмоктується слизовою оболонкою харчового каналу на всій його довжині, але переважно в товстій кишці.

Важливу роль у гідратації і дегідратації тканин виконують мінеральні речовини. Іони натрію збільшують гідратацію тканин і затримують воду в організмі. Уся введена в організм вода більш-менш швидко всмоктується і надходить у кров'яне русло.

До числа незамінних речовин організму належать мінеральні солі й окремі хімічні елементи, хоча вони, як і вода, не мають поживної цінності і не є джерелами енергії. У складі живих організмів виявлено близько 70 хімічних елементів, 47 містяться в них постійно. Це так звані біогенні хімічні елементи. їх значення визначається тим, що вони входять до складу клітин органів і тканин, а також біологічно активних речовин - ферментів, гормонів, вітамінів, білків, беруть участь у реакціях обміну.

Це такі елементи, як кисень, вуглець, азот, водень, кальцій, фосфор, калій, сірка, хлор, натрій, магній, цинк, залізо, мідь, йод, марганець, вольфрам, молібден, кобальт, кремній. Роль і значення інших елементів вивчені недостатньо, хоча вони також містяться в тканинах організму.

Чотири елементи складають органічну основу живих організмів. Це кисень, вуглець, водень і азот, відсотковий вміст яких складає відповідно 62,43; 21,15; 9,86 і 3,10. Інші макро-, мікроі ультрамікроелементи прийнято вважати мінеральними.

9.Загальний обмін і способи його дослідження.

 Для вивчення обміну речовин використовують різноманітні хімічні, фізико-хімічні та фізичні методи, що дозволяють ідентифікувати певні метаболіти, оцінювати їх перетворення, біологічне значення для здійснення окремих фізіологічних функцій усього організму, спеціалізованих тканин (м’язової, нервової, сполучної тощо), окремих клітин та субклітинних структур. Сучасними методами розподілу, очищення складних біологічних сумішей та виділення з них окремих сполук є хроматографія — іонообмінна, абсорбційна, розподільна, гель-хроматографія, афінна (біоспецифічна) — та електрофорез. Із метою вивчення структури біомолекул застосовують інфрачервону та ультрафіолетову спектроскопію, спектроскопію електронного парамагнітного та ядерного магнітного резонансів, флуоресцентний та рентгеноструктурний аналіз.

10.Біостимулятори, їх значення.

БІОЛОГІ́ЧНІ СТИМУЛЯ́ТОРИ – речовини тваринного та рослинного походження або штучно синтезовані, які при введенні в організм здатні прискорювати ріст, підвищувати збудливість, активізувати функціональну спроможність і відновлювати функцію окремих органів або тканин, систем і цілого організму, знижену внаслідок перенесених захворювань чи вікових змін. Найпоширенішими Б. с. є речовини специф. дії, що тонізують серцево-судинну, нервову та м’язову системи й розумову діяльність (вітаміни, ендокринні препарати, глюкоза, ферменти, лікувал. препарати рослин. походження, цитотоксичні сироватки тощо). До найпоширеніших речовин стимуляц. дії рослин. походження відносять насамперед кофеїн, що міститься в листках чаю й насінні кави і збуджує ЦНС, завдяки чому тонізує весь організм. 

11.Теплотворення і теплообмін.

Завдяки добре розвиненому механізму терморегуляції теплокровні тварини утримують температуру тіла в оптимальних межах (37 - 40°С). За нормальних умов життєдіяльності температура тіла у сільськогосподарських тварин може коливатися в невеликому діапазоні залежно від вікових, породних і індивідуальних особливостей.

Сталість температури їх тіла забезпечується взаємним поєднанням двох процесів:

теплопродукції (хімічна регуляція)

тепловіддачі (фізична терморегуляція)

Хімічна терморегуляція здійснюється шляхом зміни рівня обміну речовин і посилення або ослаблення процесів теплоутворення під впливом температури повітря. Це такий тип терморегуляції, при якому переважає регуляція теплообміну за рахунок зміни величини теплопродукції.

В організмі тварин тепло утворюється в результаті окислювальних процесів, що протікають в кожному органі і тканинах, особливо в печінці і м'язах. Теплопродукція забезпечується за рахунок основного обміну, обміну травлення, динамічної дії корму і м'язової роботи. Отримане тепло покриває до 90% всієї потреби організму в енергії.

Величина основного обміну відносно постійна, тоді як теплопродукція при регулярні годівлі і в моменти роботи дуже мінлива і залежить від рівня годівлі, умов утримання і експлуатації.

Під фізичною терморегуляцією розуміється увесь комплекс процесів, пов'язаний з витратою організмом теплової енергії і віддачею тепла в навколишнє середовище. Це такий тип терморегуляції, при якій переважає механізм тепловіддачі. Тепловіддача у тварин здійснюється головним чином через шкіру, легені і у відносно меншій мірі - через органи травлення і з сечею.

12.Температура тіла домашніх тварин і птиці.

На відміну від людини, нормальною у тварин вважається така температура тіла:

у коней —37,5-38,5 градуса;

великої рогатої худоби — 37,5-39,5; 

овець і кіз — 38,5-41;

 свиней — 38,8-40;

собак — 37,5-39;

 лисиць — 38,7-40,7;

кроликів—38,5-39,5;

 норок— 39,5-41,1;

єнотів— 37,1-39,1;

 песців —39,4-41,1;

 верблюдів—36-38,6;

північних оленів—37,6-38,6;

птиці—40-42 градуси.

 Підвищення або зниження температури, порівняно із зазначеною, є показником хворобливого стану тварини.

13.Фізіологічні основи із загартування.

Підвищення стійкості організму до дії метеорологічних факторів: холоду, тепла, зниженого атмосферного тиску прийнято позначати терміном «загартовування організму».

З теоретичної точки зору питання про загартовування дуже складне, воно пов'язане з біологічною проблемою пристосування організму до навколишнього середовища. Вивчаючи механізм реагування на вплив довкілля: перепадів температур, сонячної радіації і т. д., насамперед необхідно відзначити, що ці фактори впливають на наш організм через центральну нервову систему, викликаючи відповідну реакцію всіх систем і органів. При цьому відбувається мобілізація захисних сил організму, відповідна координація основних функцій життєзабезпечення (дихання, кровообігу, основного обміну), перебудова процесів терморегуляції, підвищення імунних властивостей крові та ін.

Все це в сукупності забезпечує людині здатність зберігати фізичну і психічну працездатність навіть при раптовій і несприятливій зміні зовнішніх умов. Загартовування означає тренування пристосувальних можливостей організму і грунтується на тому, що при систематичному і повторному впливі на шкірні рецептори факторів зовнішнього середовища (повітря, вода, сонячна радіація) в організмі відбуваються різні зміни. Насамперед, вдосконалюються процеси терморегуляції, внаслідок чого підвищується здатність організму пристосовуватися до навколишніх умов без шкоди для здоров'я.