Загальна характеристика обміну речовин. Енергетичний обмін та його етапи. Синтез АТФ.
Лекція
Тема: ОБМІН РЕЧОВИН І ЕНЕРГІЇ В ОРГАНІЗМІ ЛЮДИНИ.
Ключові слова:травлення, секреторна функція, ферменти, залози, травний канал, ковтання, зубна формула, дентин, печінка, жовч, перистальтичні рухи, підшлункова залоза, пепсин.
Література
1. Коляденко Г.І. Анатомія людини. – К. Либідь 2001.
2. Леонтьева Н.Н. Маринова К.В. Анатомия и физиология детского организма. – М . Просвещение, 1986.
3. Маруненко І.М., Неведомська Є. О., Бобрицька В.І. Анатомія і вікова фізіологія з основами шкільної гігієни. – К. Професіонал, 2004.
План:
1.Обмін білків, вуглеводів і жирів в організмі людини.
і людини.
Функції білків: 1) структурна - білки входять до складу всіх органів, вони становлять 18-21% сірої речовини, 40-50% сухої маси організму, 20% складу скелетних м’язів; 2) каталітична - всі ферменти біологічні каталізатори; 3) гормональна - значна кількість гормонів є білки; 4) транспортна - поживні речовини переносяться з током крові сполуками білкової природи (гемоглобін); 5) захисна - антитіла, які інактивують* антигени мають білкову природу (аглютиніни, аглютиногени), білок фібрин забезпечує гемостаз; 6) механічна - скорочення і розслаблення скелетних м’язів, роботу внутрішніх органів забезпечують білки актин, міозин та інші; 7) енергетична - при окисленні 1 г білка виділяється 5,3 ккал (17,7 кДж).
Основним структурним компонентом білка є амінокислоти. Вони поділяються на незамінні (в організмі не синтезуються), напівзамінні (частково синтезуються) і замінні (синтезуються в організмі). Білки їжі, які мають у своєму складі всі незамінні амінокислоти, називаються повноцінними (бобові рослини).
Перетворення білків в організмі відбувається в два етапи: 1) гідроліз білків до амінокислот у травному каналі; 2) перетворення в організмі амінокислот на специфічні білки. Кінцевими продуктами розщеплення білків є аміак, сечовина, сечова кислота, креатин і деякі інші речовини.
Про білковий обмін можна судити по кількості азоту, який надходить і виводиться з організму (азотистий обмін). Це пов’язане з тим, що азот в організмі не окислюється і надходить в основному з білковою їжею. Розрізняють: 1) позитивний азотистий баланс - більше азоту надходить до організму, ніж виводиться (притаманний організму, який росте, або спортсменам у підготовчому періоді); 2) азотиста рівновага (дорослі люди); 3) негативний азотистий баланс (захворювання, голодування).
Щодня, навіть коли білки не надходять з їжею, в організмі руйнується ≈ 331 мг білка на 1 кг маси тіла. Цю величину називають «коефіцієнтом зношування». Кількість азоту в їжі, яка необхідна для покриття цього коефіцієнту, називається «білковим мінімумом» (23-25г). Азотисту рівновагу підтримує 45 г білка щоденно - це фізіологічний мінімум білка. Для нормального функціонування організму необхідний білковий оптимум (1,5-2 г/кг,у дітей 4-5 г/кг маси тіла).
Білковий обмін регулюється: 1) нервовою системою - при подразненні деяких ядер гіпоталамусу значно збільшується виділення азоту з сечею; 2) гуморальними факторами - соматотропний і гормони щитоподібної залози стимулюють синтез білка, а глюкокортикоїди посилюють розпад білків.
Функції вуглеводів: 1) енергетична - при окисленні 1г вуглеводів вивільнюється 4,1ккал, при цьому використовується мінімальна кількість О2, тому вуглеводи є основним джерелом енергії в організмі; 2) структурна - вуглеводи та їхні похідні є обов’язковими компонентами мембранних систем та внутрішньоклітинних включень; 3) захисна - вуглеводи приймають участь у знешкодженні токсичних продуктів обміну та хімічних речовин, у підтриманні гомеостазу.
Перетворення вуглеводів. У травному каналі вуглеводи внаслідок гідролізу утворюють три моносахариди - глюкоза, галактоза і фруктоза. Вони всмоктуються в кров і використовуються для енергетичних потреб клітини. Надмірна кількість глюкози в крові (4-7 ммоль/л) називається гіперглікемією, більше 8-10 ммоль/л -глюкозурією, а менше 3 ммоль/л - гіпоглікемією. Якщо в організмі спостерігається нестача глюкози, вона синтезується з амінокислот та жиру.
У зв’язку з тим, що глюкоза є основним джерелом енергії для всіх клітин (особливо мозкової тканини), в організмі утворилися досить складні механізми регуляції її сталого рівня. Суть нервового механізму полягає в тому, що в довгастому мозку і гіпоталамусі є центри при подразненні яких спостерігається посилений вихід вуглеводів з печінки. Вуглеводний обмін регулюється також гуморальними факторами: гормони адреналін, глюкагон, тироксин, альдостерон,глюкокортикостерон посилюють концентрацію цукру в крові. Протилежну функцію виконує інсулін.
Функції ліпідів: 1) енергетична - при окисленні вивільняється 9,3 ккал (39,0 кДж) - це більше, ніж при розщепленні білків і вуглеводів, але при цьому використовується багато О2, що є негативним фактором при фізичній роботі; 2) структурна -завдяки ліпопротеїдам і глікопротеїдам, які входять до складу мембран, до клітин надходять жиророзчинні вітаміни та інші речовини; 3) захисна - запаси ліпідів під шкірою, в сальнику, печінці, нирках, м’язах тощо захищають органи від пошкоджень; 4) термоізоляційна - ліпіди захищають організм від надмірних тепловитрат; 5) обмінна - з жирами в організм надходять жиророзчинні вітаміни (А,Д,Е,К).
Регуляція ліпогенезу. Симпатична частина автономної нервової системи посилює розщеплення жирів, що може призвести до виснаження організму, пАНС - навпаки. Впливають на обмін жирів гормони гіпофізу, щитоподібної, підшлункової, статевих залоз.
Загальна характеристика обміну речовин. Енергетичний обмін та його етапи. Синтез АТФ.
Живі організми існують тому, що постійно:
а) в них надходять поживні речовини із навколишнього середовища;
б) ці речовини перетворюються в організмі;
в) виводяться з організму продукти життєдіяльності.
Сукупність всіх цих процесів називається обмін речовин (метаболізм).
1. Процеси поглинання із довкілля, засвоєння і накопичення хімічних речовин, які необхідні для утворення сполук, необхідних організму, називаються асиміляцією (біосинтезом).
У кожній живій клітині здійснюється величезна кількість хімічних реакцій. Всі вони відбуваються організовано і упорядковано. Кожна реакція відбувається у конкретно визначеному місці і за участю ферментів – каталізаторів, які розміщені на мембранах мітохондрій та ЕПС.
2. Розрізняють 2 типи реакцій у клітині:
І-ший тип – реакції синтезу білків, жирів, вуглеводів, нуклеїнових кислот, тобто асиміляція.
ІІ-ий тип: - реакція розщеплення складних органічних речовин до менш складних сполук (СО2 і Н2О), які супроводжуються виділенням енергії – дисиміляція.
3. Сукупність реакцій біосинтезу називають пластичним обміном.
4. Сукупність реакцій розщеплення, що забезпечують клітину енергією, називають енергетичним обміном.
5. енергетичний та пластичний обміни тісно пов’язані між собою та зовнішнім середовищем і в єдності становлять обмін речовин і енергії в кожній клітині і в організмі в цілому.
Процеси асиміляції не завжди врівноважені з процесами дисиміляції. Так, в організмах, що розвиваються, переважає асиміляція (накопичуються речовини і росте організм).
При інтенсивній фізичній роботі, нестачі поживних речовин та старінні переважають процеси дисиміляції.
Для живих організмів Землі основним джерелом енергії є сонячне світло.
6. Організми, здатні утворювати органічні сполуки з неорганічних називаються автотрофами.
7. Організми, що використовують для утворення органічних сполук з неорганічних енергію світла називають фототрофами (зелені рослини, ціанобактерії).
8. Організми, що використовують для утворення органічних речовин із неорганічних енергію хімічних реакцій називають хемотрофами. (сіркобактерії, залізобактерії).
9. Організми, що використовують для утворення своїх органічних речовин органічні речовини, утворені іншими організмами (живі організми, їх рештки, продукти життєдіяльності), які вони одержують з їжею, називають гетеротрофами.
10. Енергетичний обмін організмів здійснюється у три послідовних етапи:
а) підготовчий.
б) безкисневий (анаеробне дихання)
в) кисневий (аеробне дихання).
| № п/п | Етапи | Місце дії | Процеси енергетичного обміну | Звільнення і використання енергії |
| 1. | Підготовчий етап | у цитоплазмі клітин усіх організмів (у шлунково-кишковому тракті) | Крупні молекули б, ж. при участі ферментів розпадаються на дрібні молекули (мономери) білки ® до амінокислот, жири ® гліцерину і жири кислот, вуглеводи ® моносахарид??? н.кислоти ® до нуклеотидів ® до вільних азотистих основ, пентоз і фосфорної кислоти. | Енергія розсіюється у вигляді теплоти. |
| 2. | Безкисневий (анаеробний) гліколіз етап неповне розщеплення | в клітинах | Амінокислоти, глюкоза та інші речовини, що утворюються на підготовчому етапі, розщеплюються далі. | Розпад однієї молекули глюкози дає енергію, що забезпечує синтез 2х молекул АТФ (виділяється 200 КДж енергії). |
| 3. | Кисневий (аеробний) етап | мітохондріамні мембрани. | Дві молекули молочної кислоти розщеплюються за участю АДФ і фосфорної кислоти. | Енергія від розпаду 2х молекул молочної кислоти використовується для синтезу 36 молекул АТФ |
11. Найважливішим на безкисневому етапі енергетичного обміну є розщеплення в клітинах молекулглюкози шляхом гліколізу на дві молекули піровиноградної (С3Н4О3) або молочної кислоти (С3Н6О3) у м’язових клітинах:
С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 ®2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О
У процесі розпаду глюкози беруть участь 13 різних ферментів, фосфорна кислота і АДФ.
Під чол гліколізу виділяється » 200 кДж енергії . 84 кДж використовується на синтез 2х молекул АТФ, а решта (116 кДж) використовується у вигляді теплоти.
Значення гліколізу: організм дістає енергію в умовах дефіциту кисню.
Спиртове бродіння – це один тип перетворення глюкози, коли вона розпадається на 2 молекули етилового спирту
(С2Н5ОН) та 2 молекули вуглекислого газу (СО2)
С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ = 2СО2 + 2С2Н5ОН + 2АТФ + 2Н2О
Молочнокисле (молочне) бродіння – вид безкисневого бродіння.
12. Після завершення гліколізу настає друга стадія – кисневе розщеплення.
13. Процес кисневого розщеплення описується рівнянням:
2С3Н6О3 + 6О2 + 36АДФ + 36Н3РО4 ® 36АТФ + 6СО2 + 42Н2О
Це ® дихання
При цьому виділяється енергія (2600 кДж) частина якої розсіюється у вигляді тепла (45%), 55% перетворюється в енергію хімічних зв’язків АТФ (1440 кДж).
14. Сумарне рівняння повного розщепленняглюкози записується так:
Це ® процес дихання.
Процеси надходження в організм із зовнішнього середовища кисню, використання його клітинами і тканинами для окислення органічних речовин і виділення з організму вуглекислого газу називається диханням.
Порівняння вивільненої енергії та кінцевих продуктів при спиртовому бродінні і диханні.
| Бродіння | Дихання | ||
| Глюкоза | Глюкоза | ||
| ¯ | ¯ | ||
| Піровиноградна кислота | Піровиноградна кислота | ||
| ¯ | ¯ | О2 | |
| СО2 | СО2 | ||
| ¯ | ¯ | ||
| спирт | Н2О | ||
| ¯ | ¯ | ||
| 2АТФ | 38АТФ |
Висновки:
1. Для синтезу АТФ у процесі гліколізу не потрібні мембрани. Він відбувається і в пробірці, якщо є всі ферменти і субстрати.
2. Для кисневого процесу потрібні мітохондріальні мембрани.
3. Розщеплення 1 молекули глюкози до оксиду вуглецю і води забезпечує синтез 38 молекул АТФ.
(у безкисневій стадії утворюються 2 молекули АТФ, а у кисневій – 36 молекул АТФ).
4. Коли недостача кисню, або пошкодження мітохондри, то клітина, щоб дістати необхідну для життя кількість АТФ використовує безкисневий процес. Для цього їй потрібно в 20 разів більше глюкози, ніж у нормі.
Процес виділення з організму продуктів обміну називають екскреція. Кінцевими продуктами розщеплення вуглеводів і жирів є СО2 і Н2О, які виводяться з організму.
ІІ. Закріплення знань.
ІІІ. Домашнє завдання.
Схема процесів перетворення речовин і енергії.
Енергетичні потреби організму
15. Організм витрачає енергію у 2х напрямках:
І – на забезпечення процесів життєдільності в умовах фізіологічного спокою;
ІІ – на виконання різних видів фізичної роботи.
16. Для підтримання життєдіяльності організму необхідна значна кількість енергії. Для людини віком 20 років і вагою 70 кг необхідно 1700 ккал (7140 кДж) на добу. (при фізіологічному спокої) На виконання фізичної роботи ще додатково витрачає людина 4200-5040 кДж енергії на добу.
Таблиця
Добові витрати енергії у людей різних процесі
| Характер діяльності | Загальні витрати за добу в кДж |
| Розумова праця Легка фізична праця Праця середньої важкості Важка фізична праця | 13 474 15 050 17 270 19 940 |