Российский университет дружбы народов экологический факультет

Вид материала

Содержание

Обмен веществ и основы биоэнергетики.
Этапы энергетического обмена
Энергетика метаболизма и движения.
Обмен белков.
Обмен углеводов.
Обмен жиров.
Водный обмен.
Энергетическая оценка продуктов питания
Эволюция водно-солевого обмена и экол.физиология почки.
Механизмы адаптации и поддержания осмотического и ионного гомеостаза.
Структурные основы эволюции почки позвоночных.
Роль почек

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Обмен веществ и основы биоэнергетики.

Энергия необходима для поддержания целостности клеточной структуры, её функциональных способностей и обеспечения специфических форм клеточной активности. Основой существования живых организмов является метаболизм ( обмен веществ и энергии) – совокупность химических превращений в живых организмах, обеспечивающих их рост, жизнедеятельность, воспроизведение и обмен с окружающей средой.. Совокупность реакций биосинтеза называется пластическим обменом, или ассимиляцией. Процесс, противоположный биосинтезу называется диссимиляцией или совокупностью реакций расщепления. При расщеплении высокомолекулярных соединений выделяется энергия, необходимая для реакций биологического синтеза. Биологический синтез (ассимиляция) отличается видовой и индивидуальной специфичностью. Обменные процессы обеспечивают постоянство внутренней среды организма ( гомеостаз ) в непрерывно меняющихся условиях внешней среды существования. Поддержанию гомеостаза подчинены и процессы синтеза — пластический обмен, и процессы распада, в результате которых высвобождается энергия, аккумулируемая в макроэргах (связях АТФ). Синтезированные вещества используются в процессе роста для построения клеток и их органоидов и для замены израсходованных или разрушенных молекул. Все реакции синтеза идут с поглощением энергии. Все процессы метаболизма в клетке и целом организме происходят под контролем наследственного аппарата, т.е. являются результатом реализации наследственной информации, имеющейся в клетке Процессом, противоположным синтезу, является распад — диссимиляция — совокупность реакций расщепления. При расщеплении высокомолекулярных соединений выделяется энергия, необходимая для биосинтеза. Поэтому диссимиляцию называют ещё энергетическим обменом клетки Часть энергии, освобождаемой из питательных веществ рассеивается в виде теплоты, а часть аккумулируется в богатых энергией фосфатных связях АТФ. Именно АТФ обеспечивает энергией все виды клеточных функций: биосинтез, механическую работу (деление клетки, сокращение мышц), активный перенос веществ через мембрану, выделение различных секретов и т.д.

Этапы энергетического обмена. Обычно выделяют три этапа: первый этап — подготовительный. На этом этапе молекулы ди- и полисажаридов, жиров, белков распадаются на мелкие молекулы: глюкозу, глицерин и жирные кислоты, аминокислоты, нуклеиновые кислоты на нуклеотиды. На этом этапе выделяется небольшое количество энергии, которая рассеивается в виде теплоты. Второй этап — бескислородный или неполный. Он называется также анаэробным дыханием (гликолизом) или брожением. Третий этап энергетического обмена — стадия аэробного дыхания, или кислородного расщепления. Эти реакции также катализируются ферментами. Образовавшиеся во время предыдущего этапа вещества окисляются до конечных продуктов: Н₂О и CO₂. Кислородное дыхание сопровождается выделением большого количества энергии и аккумулируется в АТФ. При окислении двух молекул молочной кислоты образуется 26 молекул АТФ. Основную роль в обеспечении клеток энергией играет аэробное дыхание (окисление). Обмен жиров и углеводов служит главным образом для энергетического обеспечения физиологических функций (функциональный метаболизм).

Энергетика метаболизма и движения. Общее количество энергии, необходимое организму в единицу времени для поддержания своего существования, возрастает с увеличением веса тела. Поскольку у мелких животных отношение поверхность тела к объёму довольно велико, они обычно характеризуются значительно более высокой интенсивностью обмена и соответственно более высокими потребностями в энергии на единицу массы тела, чем крупные животные. Животные, поддерживающие внутреннюю температуру тела на относительно постоянном уровне, называются гомойотермными. Животные, у которых внутренняя температура тела варьирует в зависимости от температуры окружающей среды — пойкилотермными. Эти два термина не следует путать со способами получения энергии. Любой организм, производящий большую часть собственного тепла в результате происходящего в его теле окислительного метаболизма называют эндотермным. Все растения и подавляющее число животных относятся к эктотермным организмам, а настоящие эндотермные организмы это только птицы и млекопитающие, но даже среди них многие в определённый период являются эктотермными. Существуют также пойкилотермные животные (крупные пресмыкающиеся и некоторые быстро плавающие рыбы), которые временами, по крайней мере частично становятся эндотермными. Некоторые эктотермные животные (многие ящерицы и летающие насекомые умеренной зоны), находясь в активном состоянии, довольно эффективно регулируют температуру тела при помощи поведенческих реакций. Таким образом, некоторые эктотермные организмы иногда могут быть гомойтермными. Поскольку для поддержания постоянной температуры тела требуется энергия, эндотермные животные характеризуются более высокой интенсивностью обмена и большими потребностями в энергии, чем эктотермные животные того же веса. Метаболическая стоимость движения зависит как от его способа, так и от размера тела. Цена перемещения единицы веса тела на некоторое стандартное расстояние для крупных животных в действительности меньше, чем для мелких. Подобные “физиологические правила” могут накладывать определённые физиологические ограничения на возможные экологические адаптации. Основной обмен — то минимальное количество энергии, которое человек расходует в состоянии полного покоя: при полном физическом и психическом покое, в положении лёжа, в утренние часы, натощак при температуре комфорта (20С). Основной обмен зависит от пола, возраста, массы и роста. Обмен веществ в деятельном состоянии называется рабочим обменом. Для нормального развития организм должен получать оптимальное количество полноценных белков, жиров и углеводов, минеральных солей и витаминов. для организма важна не только калорическая ценность пищи, так как питание только определёнными инградиентами может привести к нарушению обмена веществ, нарушению пластического обмена, сдвигу азотистого равновесия.

Особенности обмена белков, углеводов, жиров, минеральных

веществ и воды.

ОБМЕН БЕЛКОВ.

Всего в состав клеток живого организма входит 20 аминокислот. Аминокислоты делятся на незаменимые и заменимые. По содержанию аминокислот определяется ценность белков пиши. Полноценные белки содержат все незаменимые аминокислоты, а неполноценные белки не содержат некоторые незаменимые аминокислоты. Основным источником полноценных белков являются животные белки. Растительные белки за некоторым исключением являются неполноценными белками. В здоровом организме взрослого человека количество распавшихся белков равно количеству синтезированного белка. Баланс белка определяется разностью между количеством белка, поступившего с пищей и количеством белка, подвергшегося разрушению за это время. Количество белка в пище можно определить по количеству азота в моче. Разность азота в этих двух составляющих определяет количество белка утилизированного в организме. У здорового человека среднего возраста количество введённого азота равно количеству выведённого, это называется азотистым равновесием. При голодании и при тяжёлых болезнях идёт процесс распада собственных белков и количество выведенного азота при этом больше, чем введённого — отрицательный азотистый баланс. В некоторых случаях (при беременности, у детей, при восстановлении после тяжёлой болезни) количество выведенного азота меньше, чем поступившего с пищей — положительный азотистый баланс. Считается, что норма потребления для взрослого человека составляет 80-110 г Поступивший лишний белок идёт на энергетические затраты организма. При этом белок может трансформироваться в углеводы и другие соединения.

Азот выделяется организмом не в свободном состоянии, а в виде соединений с водородом (NH₃). Это соединение ядовито для организма и аммиак в печени обезвреживается, превращаясь в мочевину, которая выводится с мочой.

ОБМЕН УГЛЕВОДОВ.

Углеводы являются в организме главным источником энергии. Углеводы всасываются в кровь в основном в виде глюкозы. В клетках глюкоза расщепляется с помощью ферментов до CO₂ и H₂O, при этом высвобождается энергия для реакций синтеза или, например, мышечной работы.

Излишки глюкозы превращаются в печени и мышцах в гликоген и депонируются там. Этот процесс регулируется гормоном поджелудочной железы — инсулином. При нарушении секреторной деятельности поджелудочной железы развивается тяжёлое заболевание — сахарный диабет. При этом глюкоза не переводится в гликоген и количество её в крови достигает 200-400 мг%. Это состояние называется ГИПЕРГЛИКЕМИЕЙ и приводит к тому, что почки начинают выделять сахар с мочой. Клетки головного мозга, в отличие от других клеток организма, не могут депонировать глюкозу. Если в крови уровень глюкозы падает ниже 60-70мг%, то почти прекращается переход глюкозы из крови в нервные клетки. При таком низком содержании сахара в крови — ГИПОГЛИКЕМИИ — развиваются судороги, потеря сознания (гипогликемический шок) и смерть. В организме поддерживается оптимальный уровень глюкозы в крови (80-120мг%).

ОБМЕН ЖИРОВ.

Жиры — важный источник энергии в организме. Жиры являются составной частью клеток, мембран. Излишки жиров могут депонироваться.. В желудочно-кишечном тракте жир распадается на глицерин и жирные кислоты, которые всасываются в тонком кишечнике.. В организме жиры могут синтезироваться также из белков и углеводов.

ВОДНЫЙ ОБМЕН.

Внутреннюю среду организма создают кровь (плазма), тканевая жидкость, лимфа. Основной их частью являются белки, минеральные соли и вода. Без воды не могут протекать обменные процессы, вода является хорошим растворителем. Вода участвует в транспорте некоторых газов, входит в состав пищеварительных соков. Вода участвует в удалении продуктов обмена. Вода участвует в процессах терморегуляции. Без воды человек может прожить не более 7-10 дней, а без пищи 30-40 дней. Организм взрослого человека нуждается в 2500 мл воды в сутки: в виде питья 1100 мл, в пище 1100 мл. Отношение общего количества потребляемой жидкости к общему количеству выделяемой называется водным балансом. ВИТАМИНЫ: Для нормального протекания физиологических процессов в организме необходимы дополнительные вещества, которые присутствуют в минимальных количествах — витаминов, выполняющих роль регуляторов обменных процессов. Роль витаминов сходна с ролью ферментов и гормонов. Витамины могут входить в состав различных ферментов. При недостатке витаминов в организме развиваются авитаминозы. Открыто более 20 веществ, которые относят к витаминам. Витамины делят на две большие группы в соответствии с их растворимостью в воде и жирах: водорастворимые и жирорастворимые. К жирорастворимым относят витамины А, Д, Е, К и другие. К водорастворимым — витамины группы В, С, РР и другие.

.

Сбалансированный рацион. Четыре основных физиологических принципа составления пищевых рационов: 1. Калорийность суточного рациона не должна превышать энергетические затраты; 2. содержание белков, жиров, углеводов должно быть равным минимальным потребностям; 3. содержание солей, витаминов не менее минимальной потребности; 4. содержание витаминов, солей и микроэлементов должно быть ниже токсического уровня. Ожирение как фактор риска: связанный с уменьшением продолжительности жизни. Если масса тела больше теоретической на 20%, то говорят об избыточном весе, более чем на 20% говорит о признаках ожирения. Идеальный вес сочетается с наибольшей продолжительностью жизни. Индекс Брока: из роста в см следует вычесть 100. Это даёт завышенные значения веса, поэтому следует вычесть ещё 10%. Индекс Кетеле: ИМТ=вес тела в кг/рост тела в см². ИМТ, превышающий 2.4 сочетается с повышенной заболеваемостью ишемической болезнью сердца.

Энергетическая оценка продуктов питания. Питательные вещества служат источником энергии для организма. При расщеплении каждого грамма вещества высвобождается определенное количество энергии, которое называют физиологической теплотой сгорания или энергетической ценностью . Физиологическая теплота сгорания жиров вдвое выше, чем белков и углеводов.. Зная содержание белков жиров и углеводов в пищевых продуктах можно подсчитать их калорийность. По правилу изодинамии Рубнера питательные вещества можно взаимозаменять, учитывая их калорическую ценность. С энергетической точки зрения 1 г углевода изодинамичен или эквивалентен 1 г белка или 0.44 г жира. Отсюда следует, что человек, суточный рацион которого равен 3000 ккал может полностью удовлетворить энергетические нужды организма, потребляя 732 г углеводов. Но для организма важна не только калорическая ценность пищи, но и сбалансированное поступление разных веществ, поскольку они выполняют не только энергетическую, но и пластическую функцию, т.е. используются для синтеза компонентов структур. Соотношение в пищевом рационе белков, жиров и углеводов должно быть 1:1,2:4,6 по массе этих веществ. Питание только определёнными инградиентами может привести к нарушению обмена веществ.

Конец формы

Эволюция водно-солевого обмена и экол.физиология почки.

Водно-солевой обмен — совокупность процессов поступления воды и электролитов в организм, распределения его во внутренней среде и выделение из организма. Водный баланс организма — поддержание равенства объёмов поступившей и выделившейся из организма воды за сутки. Эволюция систем, регулирующих постоянство солевого состава и объема жидкости. Роль воды: обеспечивает связь внутренней и внешней среды, транспорт веществ между клетками и органами, основная среда развёртывания метаболических процессов. Избыток воды — гипергидратация, недостаток воды — дегидратация. Принципы обеспечения водно-солевого гомеостаза у многоклеточных организмов. Эволюция поддержания осмотического гомеостаза.. Возникновение специализированных органов солевой и осмотической регуляции

По характеру осморегуляции все животные могут быть разделены на две группы: гомойо- и пойкилоосмотические. Механизмы адаптации и поддержания осмотического и ионного гомеостаза. У разных видов животных способность концентрировать мочу неодинакова. Это зависит от доступности воды в их среде обитания и особенностей поведения, от состава пищи. Для пойкилоосмотических животных адаптация к пониженной солёности происходит двумя путями: либо изоляция от внешней среды, либо появление органических ионов — аминокислот, участвующих в поддержании стабильности объёма клеток. Эффективность осморегуляции у птиц достигается благодаря урикотелии (конечным продуктом азотистого обмена у них является мочевая кислота) и наличие специальных солевых желёз, для выделения одновалентных ионов. Почки у птиц выполняют роль органа адаптации к избыткам воды.

Млекопитающие. Особенность ионной и осмотической регуляции состоит в том, что главным эффекторным органом являются почки. Основные процессы с помощью которых почки поддерживают гомеостаз жидкостей организма являются: 1. Фильтрация: приток крови к почке составляет 1200мл/мин, или 20% сердечного выброса фильтруется через клубочки. 2. Реабсорбция: обеспечивает обратное всасывание профильтрованных в клубочках растворенных веществ и воды. 3. Секреция: процесс, при котором вещества в различных отделах канальцев поступают из внеклеточного пространства в мочу. В процессе эволюции происходило совершенствование механизмов водно-солевого гомеостаза.

Структурные основы эволюции почки позвоночных. Почка позвоночных построена по единому принципу: структуры, приспособленные для процесса ультрафильтрации, соединены с системой канальцев, обеспечивающих реабсорбцию большинства компонентов профильтровавшейся жидкости и секрецию ряда веществ в мочу. Почка работает как фильтрационно-реабсорбционный механизм. Почки – парные органы расположенные в области позвоночника ниже диафрагмы .Структурные элементы почки: вещество почки делится на два основных отдела: наружный (корковое вещество) и внутренний (мозговое вещество). Оба этих отдела характеризуются упорядоченным расположением кровеносных сосудов и мочевыводящих структур. Структурно-функциональной единицей почки служит нефрон. Существует два типа нефронов: кортикальные (поверхностные) их – 90% и юкстамедуллярные( глубокие) – 10%, расположенные в месте перехода коркового вещества в мозговое В почке весом 150 гр. содержится 1-1.2 млн. нефронов. Строение нефрона: нефрон состоит из клубочка и почечного канальца. В пределах коркового вещества несколько почечных канальцев открываются в собирательную трубочку. Эти трубочки не только собирают мочу, но и участвуют в формировании её окончательного состава. Почечный клубочек образован пучком капилляров (сосудистый клубочек или мальпигиево тельце — 50 капиллярных петель), состоящим из системы разветвлений приносящих сосудов, затем собирающихся в систему выносящих сосудов. К капиллярам примыкает двуслойная боуменова капсула. Между двумя слоями капсулы находится пространство, сообщающееся с отходящим от капсулы канальцем. Все клубочки расположены в корковом веществе и состоят из корковых клубочков, расположенных в наружных корковых слоях, и юкстамедуллярных клубочков, находящихся в глубине почки. Почечные канальцы начинаются с извитых участков, переходящих в короткие прямые канальцы, расположенные в мозговом слое. Начальный отдел канальца, имеющий извитую форму называется извитым канальцем I порядка. Этот каналец переходит в мозговой слой и там образует петлю Генле. Затем, возвращаясь в корковый слой, каналец вновь извивается и эта часть называется извитым канальцем II порядка, который через систему собирательных трубочек соединяется с почечной лоханкой. Петля Генле имеет изгиб в виде шпильки для волос. Проксимальные и дистальные извитые канальцы всегда расположены в пределах коркового вещества почек. Дистальные извитые канальцы контактируют с выносящими артериолами тех же клубочков этих нефронов и это место называют юкстагломерулярный комплекс. В корковом веществе дистальный извитой каналец открывается в собирательную трубочку. Они открываются в области сосочков чашечек почечных лоханок.

Роль почек: почки очищают плазму крови от конечных продуктов обмена (мочевина, мочевая кислота, креатинин), которые могут вызвать отравление. В состав мочи могут входить также вещества, необходимые для жизнедеятельности организма, например, ионы Na, Ca, К, неорганический фосфат, вода. Объем выделения таких веществ должен способствовать поддержанию постоянства их состава в плазме крови и межклеточной жидкости, независимо от вариабельности их поступления в организм.. Почки участвуют в регуляции водного, солевого (электролитного) и кислотно-щелочного равновесия в организме и поддерживают постоянство ионного состава, осмотического давления и рН внутренней среды. Механизм образование мочи: первичная моча ,ее состав, чрезканальцевый транспот. . Содержание вещества в конечной моче.. Пассивный перенос осуществляется по принципу облегченной диффузии. Активный чрезканальцевый перенос не зависит от концентрационного градиента, идет в одном направлении и требует затраты энергии. Активный транспорт служит для реабсорбции натрия. калия и глюкозы В сутки человек выделяет 1,5л мочи, при этом первичной мочи отфильтровывается 100 л и из нее должно реабсорбироваться в кровь 98,5 л . Регуляция деятельности почек. К почкам подходят волокна симпатической и парасимпатической нервной системы. В регуляции деятельности почек принимают участие высшие отделы ЦНС, кора больших полушарий. Гипофиз продуцирует гормоны, ускоряющие и замедляющие процессы диуреза). Гормон задней доли гипофиза (нейрогипофиза) - антидиуретический гормон (АДГ) замедляет процессы мочеотделения, при его отсутствии человек может выделить за сутки до 25 л мочи. Отсутствие АДГ приводит к развитию несахарного диабета..Альдостерон - гормон надпочечников участвует в поддержании баланса электролитов.

Нарушение работы почек. Почечная недостаточность развивается при сокращении числа функционирующих клубочков более чем на 30%. Повышение уровня небелкового азота в плазме крови называют азотемией, а общее нарушение экскреторной функции почек — уремией. Лекарственные средства, усиливающие образование мочи называются диуретиками.

Blog