Общие понятия об обмене веществ и энергии

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 14Следующая ⇒

Метаболизм – это совокупность процессов превращения веществ и энергии в живом организме и обмен организма веществами и энергией с окружающей средой, вследствие чего происходит постоянное обновление самого организма.

Организм получает энергию в виде пищевых веществ, которые в окислительных процессах катаболизма трансформируют часть этой энергии в высокоэнергетические (макроэргические) соединения (большей частью в АТФ). Последние, в свою очередь, используются организмом в восстановительных процессах анаболизма в качестве источника энергии для синтеза собственных высокомолекулярных соединений.

Образование АТФ из АДФ и фосфорильного остатка – ферментативный энергозависимый процесс, получивший название фосфорилирование АДФ. В зависимости от источника энергии и механизма образования макроэргической связи, различают два основных способа синтеза АТФ:

1) субстратное фосфорилирование – меньший по объёму, эволюционно более ранний способ, который может осуществляться в анаэробных условиях за счёт энергии других макроэргических соединений (1,3-бисфосфоглицерат, фосфоенолпируват, сукцинил-КоА, креатинфосфат);

2) окислительное фосфорилирование – процесс, сопряжённый с дыханием, осуществляется на внутренней мембране митохондрий ферментом АТФ-синтазой за счёт энергии разности электрохимических потенциалов, возникающей при раздельном переносе электронов и протонов в дыхательной цепи митохондрий от восстановительных эквивалентов (НАДН(Н⁺) или ФАДН₂ на молекулярный кислород в процессе биологического окисления (хемиосмотическая теория П. Митчелла).

Поскольку в организме человека и животных основное количество восстановительных эквивалентов образуется в результате окислительного распада углеводов, мы начинаем знакомство с обменом веществ и энергии с изучения химии углеводов и их метаболизма.

Направленность, интенсивность и согласованность протекания метаболических процессов регулируется ферментами под контролем гормональной и нервной системы при участии клеточных рецепторов и вторичных переносчиков сигнала. Нарушение регуляции приводит к патологии обменных процессов и развитию заболеваний.

Химия и обмен углеводов

К углеводам относят органические соединения, содержащие альдегидную или кетонную группу и несколько спиртовых групп. Углеводы - важнейшие химические соединения, входящие в состав живых организмов. У человека и животных они выполняют ряд основополагающих функций:

1) энергетическую (главный вид клеточного топлива);

2) структурную (обязательный компонент внутриклеточных структур);

3) защитную (входит в состав иммуноглобулинов).

Углеводы используются для синтеза нуклеиновых кислот, входят в состав многих кофакторов (НАД⁺, НАДФ⁺, ФАД и т.д.), из них могут образовываться соединения других классов, в частности липиды и некоторые аминокислоты, они являются источником разнообразных сложных органических соединений, многие из которых выполняют в живом организме важные функции (например, смешанные полимеры — гликопротеины, гликолипиды и т.д.).

Углеводы занимают важное место в питании человека и животных.

Из пищевых углеводов наибольшее значение имеют крахмал и тростниковый сахар (сахароза), которые хорошо усваиваются организмом.

По принятой классификации углеводы делят на три основные группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды — это производные многоатомных спиртов, имеющие карбонильную группу: альдегидную, либо кетонную.

Олигосахариды — углеводы, содержащие от 2 до 10 остатков моносахаридов, соединенных гликозидными связями.

Полисахариды — высокомолекулярные продукты поликонденсации моносахаридов, связанные друг с другом гликозидными связями и образующие линейные или разветвлённые цепи. Наиболее часто встречающимся моносахаридным звеном является D-глюкоза. Общая формула полисахаридов (С₆Н₁₀О₅)_n.

Углеводы пищи в пищеварительном тракте распадаются на мономеры под действием гликозидаз — ферментов амилазы, мальтазы, сахаразы, лактазы, катализирующих гидролиз гликозидных связей.

Расщепление крахмала у человека и у небольшого количества видов животных начинается в ротовой полости; в слюне действует фермент a-амилаза и в небольшом количестве мальтаза. Под влиянием этих ферментов происходит распад крахмала. Однако в ротовой полости гидролиз крахмала (или гликогена) незначительный, вследствие нахождения пищи в ней непродолжительное время.

Образовавшиеся декстрины с пищей поступают в желудок, однако желудочный сок не содержит каких-либо ферментов, которые бы участвовали в распаде углеводов.

Наиболее важная фаза распада углеводов происходит в двенадцатиперстной кишке. У моногастричных животных основное расщепление углеводов происходит в двенадцатиперстной кишке под влиянием ферментов поджелудочной железы. Расщепление же клетчатки – в толстом отделе кишечника и, в частности, в слепой кишке под влиянием микрофлоры. У жвачных животных расщепление клетчатки осуществляется в рубце при воздействии ферментов бактериальных клеток. Значительная часть моносахаридов образуется из полисахаридов микроорганизмов поступающих из сычуга.

Моносахариды, главным образом в виде глюкозы, всасываются кишечной стенкой, попадают в кровь и доставляются в печень. В клетках печени значительная часть глюкозы и других моносахаридов фосфорилируется Часть свободной глюкозы превращается в гликоген, который откладывается в гепатоцитах. Другая часть глюкозы направляется в большой круг кровообращения и разносится ко всем тканям организма. Благодаря резервированию избытка глюкозы в виде гликогена, а также при необходимости “мобилизации” ее из этого депо уровень сахара в крови постоянен, однако различен у разных видов животных, причем это не связано с их массой. У человека содержание глюкозы в крови в норме составляет 3,3–5,5 ммоль/л.

Окисление глюкозы и гликогена в тканях является основным источником энергии, необходимой для осуществления разнообразных физиологических функций организма. При достаточном снабжении тканей кислородом углеводы окисляются до углекислого газа и воды, а при недостатке кислорода, например, при усиленной работе мышц идёт анаэробный распад углеводов до лактата, называемый гликолизом.

Пути метаболизма углеводов

Вопросы для внеаудиторной теоретической работы по разделу:

1) Общие понятия об обмене веществ и энергии. Анаболизм и катаболизм - основные процессы обмена веществ. Методы изучения обмена веществ у животных. Основные принципы регуляции обмена веществ.

2) Биологическое окисление. Ферменты, участвующие в переносе электронов и протонов от субстрата на молекулярный кислород. Роль коферментов: НАД⁺, НАДФ⁺, ФАД, кофермента Q (убихинона) цитохромной системны. Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), строение, свойства и ее образование в процессах окислительного и субстратного фосфорилирования.

3) Классификация углеводов. Моносахариды.Олигосахариды. Полисахариды. Крахмал, гликоген, целлюлоза (клетчатка). Превращение углеводов кормов в желудочно-кишечном тракте сельскохозяйственных животных. Особенности пищеварения углеводов у жвачных животных. Судьба всосавшихся моносахаридов (глюкозы). Образование гликогена в печени.

4) Анаэробный распад углеводов. Гликолиз, гликогенолиз, спиртовое брожение. Глюконеогенез.

5) Аэробный путь окисления углеводов. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты. Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса). Образование АТФ. Пентозофосфатный путь окисления углеводов и его значение. Регуляция углеводного обмена. Патология углеводного обмена.

Занятие 10.

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Тактические действия в защите

История Олимпийских игр

История развития права интеллектуальной собственности