Реферат анаболизм и катаболизм
Обновлено: 05.07.2024
Обмен веществ состоит из двух противоположных, одновременно протекающих процессов. Первый — анаболизм — объединяет все реакции, связанные с синтезом необходимых веществ, их усвоением и использованием для роста, развития и жизнедеятельности организма. Второй — катаболизм — включает реакции, связанные с распадом веществ, их окислением и выведением из организма продуктов распада. Главным образом через реакции анаболизма протекает процесс ассимиляции (усвоения) питательных веществ, а реакции катаболизма составляют основу диссимиляции — освобождения организма от веществ, его составляющих.
Анаболизм – обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также накопление энергии. Анаболизм заключается в химической модификации и перестройке поступающих с пищей молекул в другие более сложные биологические молекулы.
Катаболизм – обеспечивает извлечение химической энергии из содержащихся в пище молекул и использование этой энергии на обеспечение необходимых функций.
Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динамического равновесия. Преобладание анаболических процессов над катаболическими приводит к росту, накоплению массы тканей, а преобладание катаболических процессов ведет к частичному разрушению тканевых структур. Состояние равновесного или неравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от возраста (в детском возрасте преобладает анаболизм, у взрослых обычно наблюдается равновесие, в старческом возрасте преобладает катаболизм), состояния здоровья, выполняемой организмом физической или психоэмоциональной нагрузки.
Возрастные особенности:
Основные этапы обмена веществ у детей с момента рождения до формирования взрослого организма имеет ряд своих особенностей. При этом меняются количественные характеристики, происходит качественная перестройка обменных процессов. У детей, в отличие от взрослых, значительная часть энергии расходуется на рост и пластические процессы, которые наиболее велики у новорожденных и детей раннего возраста.
Анаболические процессы резко активизируются у плода в последние недели беременности. Сразу после рождения происходит активная адаптация метаболизма к переходу на дыхание атмосферным кислородом. У грудного ребенка и в первые годы жизни наблюдается максимальная интенсивность обмена веществ и энергии, а затем отмечается некоторое снижение показателей основного обмена.
Основной обмен веществ у детей меняется в зависимости от возраста ребенка и типа питания. По сравнению с первыми днями жизни, к полутора годам обмен веществ увеличивается более чем вдвое.
Со второй недели жизни ребенка белковый обмен характеризуется положительным азотистым балансом и повышенной потребностью в белке. Ребенку требуется в 4-7 раз больше аминокислот, чем взрослому. У ребенка также имеется большая потребность в углеводах. За их счет главным образом покрываются калорийные потребности. Углеводный обмен тесным образом связан с белковым. Энергия реакций углеводного обмена требуется для полного использования жира. Жир составляет 1/8 части тела ребенка и является носителем энергии, способствует усвоению жирорастворимых витаминов, защищает организм от охлаждения, является структурной частью многих тканей. Отдельные ненасыщенные жирные кислоты необходимы для роста и нормальных функций кожи.
У детей имеется физиологическая тенденция к кетозу, в возникновении которого могут играть роль незначительные запасы гликогена. Содержание воды в тканях ребенка высокое и составляет у грудных детей 3/4 веса и с возрастом уменьшается.
К периоду полового созревания расход энергии на основной обмен уменьшается на 300 ккал/куб.м. При этом у мальчиков энергетические затраты на основной обмен в пересчете на один килограмм веса выше, чем у девочек. С ростом увеличиваются расходы энергии на мышечную деятельность.
Наступает новая перестройка метаболизма, происходящая под влиянием половых гормонов.
Отмечается так называемый пубертатный скачок роста, обусловленный действием половых гормонов. Гормон роста не играет существенной роли в процессе пубертатного ускорения роста, во всяком случае его концентрация в крови в этот период не повышается. Несомненное стимулирующее влияние на метаболизм в пубертатном периоде оказывает активация функций щитовидной железы. Допускают также, что в период полового созревания снижается интенсивность липолитических процессов.
Регуляция гомеостаза становится наиболее устойчивой в подростковом возрасте, поэтому тяжелых клинических синдромов, связанных с нарушением регуляции обмена, ионного состава жидкостей тела, кислотно-щелочного равновесия, в этом возрасте почти не встречается.
Жизнедеятельность организма при низких температурах требует высокого энергообеспечения. В связи с этим возрастает роль диеты, богатой жирами и белками. Энергетическая роль углеводов при этом снижена. Существенное значение в питании приобретают витамины А и Е, участвующие в жировом обмене.
Существование в экстремальных условиях Севера формирует полярный метаболический тип. Он характеризуется сложными изменениями всех видов обмена веществ. При этом ведущую роль играет переключение энергетического обмена с углеводного типа на жировой.
В высоких широтах у людей возникает дефицит водорастворимых витаминов В1, В2, В6, С, PP. Одной из его причин является недостаток микроэлементов, в частности магния, участвующего во всасывании водорастворимых витаминов. В свою очередь, дефицит микроэлементов связан с усиленным выделением мочи – так называемым холодовым диурезом, который наблюдается при адаптации к Северу. Потеря воды и микроэлементов обусловлена эндокринными сдвигами в гипоталамусе и надпочечниках. Исчезновение холодового диуреза служит одним из показателей развития адаптации к низким температурам.
Рассмотрение метаболизма как основы существования живых организмов. Понятие трансляции и транскрипции, анаболизма и катаболизма. Автотрофный и гетеротрофный типы обмена веществ. Биологическое значение процесса биосинтеза белка, фотосинтеза и хемосинтеза.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.03.2013 |
| Размер файла | 27,3 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Тема: Процесс метаболизма
1. Метаболизм - основа существования живых организмов
2. Пластический обмен - анаболизм
3. Энергетический обмен -- катаболизм
4. Автотрофный тип обмена веществ
5. Гетеротрофный тип обмена веществ
Контрольные вопросы для закрепления
1. Метаболизм - основа существования живых организмов
Метаболимзм (от греч. мефбвплЮ, "превращение, изменение"), или обмен веществ -- набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды.
Метаболизм обычно делят на две стадии -- в ходе катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых, в процессах анаболизма с затратами энергии синтезируются такие вещества, как белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты.
Совокупность реакций биологического синтеза называется пластическим обменом или анаболизмом (от греч. anabole -- подъем). Название этого вида обмена отражает его сущность: из простых веществ, поступающих в клетку извне, образуются вещества, подобные веществам клетки, т. е. происходит ассимиляция.
Все процессы метаболизма в клетке и целом организме протекают под контролем наследственного аппарата. Все они являются результатом реализации генетической информации, имеющейся в клетке.
Реализация наследственной информации -- биосинтез белков
Для того чтобы синтезировался белок, информация о последовательности аминокислот в его первичной структуре должна быть доставлена к рибосомам. Этот процесс включает два этапа транскрипцию и трансляцию.
Транскрипция (от лат. transcriptio -- переписывание) информации происходит путем синтеза на одной из цепей молекулы ДНК, на одноцепочечную молекулы РНК, последовательность нуклеотидов которой точно соответствует (комплементарности) последовательности нуклеотидов матрицы -- полинуклеотидной цепи ДНК. Существуют специальные механизмы "узнавания" начальной точки синтеза, выбора цепи ДНК, с которой считывается информация, а также механизмы завершения процесса. Так образуется информационная РНК.
Трансляция (от лат. translation -- передача) -- перевод информации, заключенной в последовательности нуклеотидов (последовательности кодонов) молекулы инк в последовательность аминокислот полипептидной цепи.
У прокариот (бактерий и синезеленых), не имеющих оформленного ядра, рибосомы могут связываться с вновь синтезированной молекулой и-РНК сразу же после ее отделения от ДНК или даже до полного завершения ее синтеза.
У эукариот и-РНК сначала должна быть доставлена через ядерную оболочку в цитоплазму. Перенос осуществляется специальными белками, которые образуют комплекс с молекулой РНК. Кроме транспорта и-РНК к рибосомам эти белки защищают и-РНК от повреждающего действия цитоплазматических ферментов. В цитоплазме на один из концов и-РНК (именно на тот, с которого начинался синтез молекулы в ядре) вступает рибосома и начинает синтез полипептида.
Рибосома перемещается по молекуле и-РНК не плавно, а прерывисто, триплет за триплетом.
По мере перемещения рибосомы по молекуле и-РНК к полипептидной цепочке одна за другой пристраиваются аминокислоты, соответствующие триплетам и-РНК, Точное соответствие аминокислоты коду триплета и-РНК обеспечивается т-РНК. Для каждой аминокислоты существует своя т-РНК, один из триплетов которой -- антикодон -- комплементарен строго определенному триплету и-РНК. Точно также каждой аминокислоте соответствует свой фермент, присоединяющий ее к т-РНК. Общий принцип передачи наследственной информации о структуре белковых молекул в процессе биосинтеза полипептидной цепи.
После завершения синтеза полипептидная цепочка отделяется от матрицы -- молекулы и-РНК, сворачивается в спираль, а затем приобретает третичную структуру, свойственную данному белку.
Молекула и-РНК может использоваться для синтеза полипептидов многократно, так же, как рибосома.
Биологический синтез небелковых молекул в клетке осуществляется в три этапа. Вначале реализуется информация о структуре специфического белка-фермента, а затем при помощи этого фермента образуется молекула определенного углевода или липида. Сходным путем образуется и другие молекулы: витамины, гормоны, и другие.
3. Энергетический обмен -- катаболизм
Процессом, противоположным синтезу, является диссимиляция -- совокупность реакций расщепления. При расщеплении высокомолекулярных соединений выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза. Поэтому диссимиляцию называют еще энергетическим обменом клетки или катаболизмом (от греч. katabole -- разрушение). Химическая энергия питательных веществ заключена в различных ковалентных связях между атомами в молекулах органических соединений. Например, при разрыве такой химической связи, как пептидная, освобождается около 12 кДж на 1 моль. В глюкозе количество потенциальной энергии, заключенной в связях между атомами С, Н и О, составляет 2800 кДж на 1 моль (т. е. на 180 г глюкозы). При расщеплении глюкозы энергия выделяется поэтапно при участии ряда ферментов согласно итоговому уравнению:
Часть энергии, освобождаемой из питательных веществ, рассеивается в форме теплоты, а часть аккумулируется, т. е. накапливается 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 мембраны, поддержание мембранного потенциала в процессе проведения нервного импульса, выделение различных секретов.
Молекула АТФ состоит из азотистого основания аденина, сахара рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.
Аденин, рибоза и первый фосфат образуют аденозинмонофосфат (АМФ).
Если к первому фосфату присоединяется второй, получается аденозиндифосфат (АДФ). Молекула с тремя остатками фосфорной кислоты (АТФ) наиболее энергоемка. Отщепление концевого фосфата АТФ сопровождается выделением 40 кДж вместо 12 кДж, выделяемых при разрыве обычных химических связей.
Этапы энергетического обмена. Энергетический обмен обычно делят на три этапа. Первый этап -- подготовительный. На этом этапе молекулы ди- и полисахаридов, жиров, белков распадаются на мелкие молекулы -- глюкозу, глицерин и жирные кислоты, аминокислоты; крупные молекулы нуклеиновых кислот -- 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. Термин "брожение" обычно применяют по отношению к процессам, протекающим в клетках микроорганизмов или растений. Образующиеся на этом этапе вещества при участии ферментов подвергаются дальнейшему расщеплению. Например, в мышцах в результате анаэробного дыхания молекула глюкозы распадается на две молекулы пировиноградной кислоты (С3Н4О8), которые затем восстанавливаются в молочную кислоту (С3Н6О3). В реакциях расщепления глюкозы участвуют фосфорная кислота и АДФ. В суммарном виде это выглядит так:
У дрожжевых грибов молекула глюкозы без участия кислорода превращается в этиловый спирт и диоксид углерода (спиртовое брожение):
У других микроорганизмов гликолиз может завершаться образованием ацетона, уксусной кислоты и т. д.
Во всех случаях распад одной молекулы глюкозы сопровождается образованием двух молекул АТФ. В ходе бескислородного расщепления глюкозы в виде химической связи в молекуле АТФ сохраняется 40% энергии, а остальная рассеивается в виде теплоты.
Третий этап энергетического обмена -- стадия аэробного дыхания, или кислородного расщепления. Реакции этой стадии энергетического обмена также катализируются ферментами. При доступе кислорода к клетке образовавшиеся во время предыдущего этапа вещества окисляются до конечных продуктов -- Н2О и СО2. Кислородное дыхание сопровождается выделением большого количества энергии и аккумуляцией ее в молекулах АТФ. Суммарное уравнение аэробного дыхания выглядит так:
Таким образом, при окислении двух молекул молочной кислоты образуются 36 молекул АТФ. Следовательно, основную роль в обеспечении клетки энергией играет аэробное дыхание.
По способу получения энергии все организмы делятся на две группы -- автотрофные и гетеротрофные.
4. Автотрофный тип обмена веществ
Автотрофы -- это организмы, осуществляющие питание (т. е. получающие энергию) за счет неорганических соединений. К ним относятся некоторые бактерии и все зеленые растения. В зависимости от того, какой источник энергии используется автотрофными организмами для синтеза органических соединений, их делят на две группы: фототрофы и хемотрофы.
Фотосинтезом называют образование органических (и неорганических) молекул из неорганических за счет использования энергии солнечного света. Этот процесс состоит из двух фаз -- световая и темновая.
В световой фазе кванты света -- фотоны -- взаимодействуют с молекулами хлорофилла, в результате чего эти молекулы на очень короткое время переходят в более богатое энергией "возбужденное" состояние. Затем избыточная энергия части возбужденных молекул преобразуется в теплоту или испускается в виде света. Другая ее часть передается ионам водорода Н + , всегда имеющимся в водном растворе вследствие диссоциации воды.
Образовавшиеся атомы водорода (Н°) непрочно соединяются с органическими молекулами -- переносчиками водорода. Ионы гидроксила ОН отдают свои электроны другим молекулам и превращаются в свободные радикалы ОН 0 . Радикалы ОН 0 взаимодействуют друг с другом, в результате чего образуются вода и молекулярный кислород:
Таким образом, источником молекулярного кислорода, образующегося в процессе фотосинтеза и выделяющегося в атмосферу, является вода, расщепляющаяся в результате фотолиза -- разложение воды под влиянием света. Кроме фотолиза воды энергия света используется в световой фазе для синтеза АТФ из АДФ и фосфата без участия кислорода.
Это очень эффективный процесс: в хлоропластах образуется в 30 раз больше АТФ, чем в митохондриях тех же растений с участием кислорода. Таким путем накапливается энергия, необходимая для процессов, происходящих в темновой фазе фотосинтеза.
В комплексе химических реакций темновой фазы, для течения которых свет не обязателен, ключевое место занимает связывание СО2. В этих реакциях участвуют молекулы АТФ, синтезированные во время световой фазы, и атомы водорода, образовавшиеся в процессе фотолиза воды и связанные с молекулами-переносчиками:
Так энергия солнечного света преобразуется в энергию химических связей сложных органических соединений.
Как уже отмечалось выше, побочным продуктом фотосинтеза зеленых растений является молекулярный кислород, выделяемый в атмосферу. Свободный кислород в атмосфере является мощным фактором преобразования веществ. Его появление послужило предпосылкой возникновения на нашей планете аэробного типа обмена веществ.
Хемосинтез был открыт видным русским микробиологом С. Н. Виноградским (1887)
К группе автотрофов - хемосинтетиков (хемотрофов) относятся нитрифицирующие бактерии. Некоторые из них используют энергию окисления аммиака в азотистую кислоту, другиё - энергию окисления азотистой кислоты в азотную. Известны хемосинтетики, извлекающие энергию из окисления двухвалентного железа в трехвалентное или из окисления сероводорода до серной кислоты. Фиксируя атмосферный азот, переводя нерастворимые минералы в форму, пригодную для усвоения растениями, хемосинтезирующие бактерии играют важную роль в круговороте веществ в природе. Автотрофами хемосинтетиками являются, так называемые "железные бактерии" и "серные бактерии". Первые из них используют энергию, выделяющуюся при окислении двухвалентного железа в трехваленое, вторые окисляют сероводород до серной кислоты.
5. Гетеротрофный тип обмена веществ
Организмы, неспособные сами синтезировать органические соединения из неорганических, нуждаются в доставке их из окружающей среды. Такие организмы называются гетеротрофами. К ним относятся большинство бактерий, грибов, и все животные.
Животные поедают других животных и растения и получают с пищей готовые углеводы, жиры, белки и нуклеиновые кислоты. В ходе жизнедеятельности происходит расщепление этих веществ. Из части освободившихся при этом молекул - глюкозы, аминокислот, нуклеотидов, синтезируются более сложные органические соединения, свойственные данному организму, - гликоген, жиры, белки, нуклеиновые кислоты.
Контрольные вопросы для закрепления
1. Что такое метаболизм
2. Что такое трансляция
3. Что такое транскрипция
4. Какое биологическое значение имеет процесс биосинтез белка
5. Что такое катаболизм
6. Как происходит процесс фотосинтез.
7. Как происходит процесс хемосинтез.
метаболизм транскрипция автотрофный биосинтез
1. Захаров В.Б., С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин. Общая биология. Базовый уровень: учеб. для 10 кл. общеобразовательных учреждений.- М.: Дрофа, 2009. -368с.
1. Каменская А. А. Биология. Общая биология. 10-11 классы : учеб. Для общеобразоват. Учреждений - 4-е изд., стереотип. - М. : Дрофа, 2008. - 367, [1] с. : ил.
2. Биология в таблицах и схемах. Сост. Онищенко А.В. - Санкт-Петербург, ООО "Виктория-плюс", 2004
Подобные документы
Типовые нарушения белкового обмена. Несоответствие поступления белка потреблению. Нарушение расщепления белка в ЖКТ и содержания белка в плазме крови. Расстройство конечных этапов катаболизма белка и метаболизма аминокислот. Нарушения липидного обмена.
презентация [201,8 K], добавлен 21.10.2014
Изучение клеточной теории строения организмов, основного способа деления клеток, обмена веществ и преобразования энергии. Анализ признаков живых организмов, автотрофного и гетеротрофного питания. Исследование неорганических и органических веществ клетки.
реферат [39,6 K], добавлен 14.05.2011
Регуляция метаболизма как управление скоростью биохимических процессов. Регуляция биосинтеза белков и особенности процесса репликации. Транскрипция генетической информации, механизм катаболитной репрессии, регуляция на этапе терминации транскрипции.
контрольная работа [816,0 K], добавлен 26.07.2009
Классификация процессов метаболизма и обмена. Виды организмов по различиям обменных процессов, методы их изучения. Метод учета веществ поступивших и выделившихся из организма на примере азотистого обмена. Основные функции и источники белков для организма.
презентация [3,8 M], добавлен 12.01.2014
Сущность стадий транскрипции, процессинга и трансляции. Взаимодействие организмов в экосистемах. Биологическое значение в жизни организмов биоритмов и биологических часов. Анализ эволюции нервной системы животных от низших до высших многоклеточных.
2
Москва 2021
Оглавление.
Введение. 3
Анаболизм и катаболизм. 4
Изменения обмена веществ с возрастом и под влиянием мышечной
деятельности. 9
Вывод. 15
Список литературы. 16
3
Введение.
Обмен веществ - это набор химических реакций, обеспечивающий жизнедеятельность и рост клетки. Обмен веществ – это то, что является основой живого организма, это обмен между химическим составом человека и окружающей среды.
В обменных процессах нашего организма участвуют все химические и природные элементы – белки, жиры и углеводы. Выполняя каждый свою роль - белки, создавая строительный материал, а жиры с углеводами, регулируя баланс энергетических затрат – четко и слаженно взаимодействуют друг с другом. К ним в помощь приходят минеральные вещества и витамины, которые улучшают клеточную среду.
Обмен веществ состоит из двух сторон:
1. диссимиляция – разложение, распад питательных веществ.
2. ассимиляция – синтез, создание и усвоение организмом новых веществ.
Эти процессы идут параллельно и всю жизнь. Различают следующие этапы:
1. Поступление питательных веществ в организм
2. Всасывание их из пищеварительного тракта
3. Перераспределение и усвоение питательных веществ (тканевый этап)
4. Выделение остатков продуктов распада, которые не могут усвоиться в организме
6 происходит уменьшение свободной энергии, т.е. той порции общей
(полезной) энергии, которая способна производить работу при постоянной температуре и постоянном давлении. Когда количество свободной энергии уменьшается, то повышается та часть общей внутренней энергии системы, которая является мерой степени случайности и неупорядоченности
(дезорганизации) и называется энтропией. Другими словами, энтропия есть мера необратимого перехода полезной энергии в неупорядоченную форму.
Таким образом, естественная тенденция любой системы направлена на повышение энтропии и уменьшение свободной энергии, которая является самой полезной термодинамической функцией. Живые организмы являются высокоупорядоченными системами. Для них характерно содержание очень большого количества информации, но они бедны энтропией.
Если Вселенная представляет собой реакционные системы, под которыми понимают совокупность веществ, благодаря которым протекают физические и химические процессы, с одной стороны, и окружающую среду, с которой реакционные системы обмениваются информацией, с другой стороны, то в соответствии со вторым законом термодинамики в ходе физических процессов или химических реакций энтропия Вселенной увеличивается. Метаболизм живых организмов не сопровождается возрастанием внутренней неупорядоченности, т. е. для живых организмов не характерны возрастные энтропии. В любых условиях все организмы, начиная от бактерий и заканчивая млекопитающими, сохраняют упорядоченный характер своего строения. Однако для самой энтропии характерно то, что она возрастает в окружающей среде, причем непрерывное возрастание энтропии в окружающей среде обеспечивается существующими в среде живыми организмами. Например, для извлечения свободной энергии анаэробные организмы используют глюкозу, которую они получают из окружающей среды и окисляют молекулярным кислородом, проникающим тоже из среды. При этом конечные продукты окислительного метаболизма
(СО2 и H2O) поступают в среду, что и сопровождается возрастанием энтропии среды, которое частично происходит из-за рассеивания тепла.
7
Возрастание энтропии в этом случае повышается, кроме того за счет возрастания количества молекул после окисления (C6H12O6 + 6O2 ®
6СО2 + 6Н2О), т. е. образование из 7 молекул 12 молекул. Как видно, молекулярная неупорядоченность ведет к энтропии.
Для живых существ первичным источником энергии является солнечная радиация, в частности видимый свет, который состоит из электромагнитных волн, встречающихся в виде дискретных единиц, называемых фотонами или квантами света. В живом мире одни живые существа способны улавливать световую энергию, другие получают энергию в результате окисления пищевых веществ.
Энергия видимого света улавливается зелеными растениями в процессе фотосинтеза, который осуществляется в хлоропластах их клеток.
Благодаря фотосинтезу живые существа создают упорядоченность из неупорядоченности, а световая энергия превращается в химическую энергию, запасаемую в углеводах, являющихся продуктами фотосинтеза.
Таким образом, фотосинтезирующие организмы извлекают свободную энергию из солнечного света. В результате этого клетки зеленых растении обладают высоким содеПолучение энергии в результате окисления неорганических веществ происходит при хемосинтезе.
Животные организмы получают энергию, уже запасенную в углеводах, через пищу. Следовательно, они способствуют увеличению энтропии среды.
В митохондриях клеток этих организмов энергия, запасенная в углеводах, переводится в форму свободной энергии, подходящей для синтеза молекул других веществ, а также для обеспечения механической, электрической и осмотической работы клеток. Освобождение энергии, запасенной в углеводах, осуществляется в результате дыхания — аэробного и анаэробного. При аэробном дыхании расщепление молекул, содержащих запасенную энергию, происходит путем гликолиза и в цикле Кребса. При анаэробном дыхании действует только гликолиз. Таким образом, жизнедеятельность клеток животных организмов обеспечивается в основном энергией, источником которой служат реакции окисления-восстановления
9 синтез происходит в цитозоле. Многие реакции метаболизма подвержены некоторой регуляции со стороны так называемого энергетического статуса клетки, показателем которого является энергетический заряд, определяемый суммой молярных фракций АТФ и АДФ. Энергетический заряд в клетке всегда постоянен. Синтез АТФ ингибируется высоким зарядом, тогда как использование АТФ стимулируется таким же зарядом.
3.Изменения обмена веществ с возрастом и под
влиянием мышечной деятельности.
Мышечная деятельностьможет вызывать в организме значительные изменения, в крайних случаях даже приводить к смерти, а может весьма слабо влиять на протекающие в нем процессы. Это зависит от интенсивности и длительности мышечной работы. Чем более интенсивна и длительна мышечная нагрузка, чем, соответственно, большие изменения она вызывает в организме.
Если нагрузка предельно интенсивна или длительна, то все структуры организма начинают работать на обеспечение такого высокого уровня жизнедеятельности. В этих условиях не остается ни одной системы, ни одного органа, которые были бы индифферентны по отношению к физической нагрузке. Одни системы увеличивают свою деятельность, обеспечивая мышечное сокращение, а другие – затормаживают, освобождая резервы организма.
Даже малоинтенсивная мышечная работа никогда не является работой только одних мышц, это деятельность всего организма.
Физиологические системы, увеличивающие свою деятельность во время мышечной работы и помогающие ее осуществлению, называют системами обеспечения мышечной деятельности. К ним относятся:
Нервная система. Она посылает исполнительные команды к мышцам и внутренним органам, получает и анализирует информацию от них и от окружающей обстановки, обеспечивает согласованное взаимодействие
10 мышц с другими органами. На деятельность нервной системы оказывает влияние система желез внутренней секреции (строго говоря, в физиологии нервную систему не относят к системам обеспечения мышечной деятельности, а считают системой управления мышечной деятельностью, но в данном случае главное – знать, что нервная система принимает непосредственное участие в мышечной работе).
Система крови, которая осуществляет перенос кислорода, гормонов и химических веществ, необходимых для обеспечения сокращающихся мышц энергией, а также вывод продуктов повышенной жизнедеятельности мышечных клеток.
Система сосудов, с помощью которой организм регулирует приток крови к работающим мышцам. Сосуды работающих мышц, а также органов, обеспечивающих мышечное сокращение, расширяются, поэтому к ним поступает больше крови. Сосуды неработающих мышц и неработающих органов сужаются, и к ним поступает существенно меньше крови. Эти изменения происходят под управляющим влиянием нервной системы и системы желез внутренней секреции. На сужение и расширение сосудов влияют также продукты обмена, образующиеся в результате мышечного сокращения.
Система сердца, которая увеличивает скорость тока крови по сосудам.
Благодаря этому кровь успевает доставить работающим мышцам больше кислорода и питательных веществ в единицу времени. Изменения в деятельности сердца регулируются нервной системой, собственными механизмами и гормонами желез внутренней секреции (системы сердца и сосудов настолько связаны между собой, что их часто объединяют в одну – сердечно-сосудистую систему).
Система дыхания, которая обеспечивает большее насыщение крови кислородом в единицу времени. Деятельность системы дыхания регулируется нервной системой, собственными механизмами и системой желез внутренней секреции.
11
Система желез внутренней секреции, которые обеспечивают гормональную поддержку выполняемой работы. Работа желез внутренней секреции регулируется собственными механизмами и нервной системой.
Гормоны – это высокоактивные биологические вещества. Без большинства из них организм человека и млекопитающего не может существовать более нескольких часов, после чего наступает смерть. Высокое содержание определенных гормонов в крови позволяет увеличить работоспособность организма в несколько раз.
Система выделения, к которой можно отнести почки, кожу и легкие.
Система выделения осуществляет удаление огромного количества продуктов распада, образующихся в результате мышечной деятельности.
Работа системы выделения регулируется собственными механизмами, гормонами желез внутренней секреции и нервной системой.
Система терморегуляции, к которой можно отнести кожу и легкие.
Система терморегуляции обеспечивает отдачу во внешнюю среду большого количества тепла, образующегося в результате сокращения мышц. Таким образом организм предохраняется от перегревания. Деятельность системы терморегуляции управляется собственными механизмами, гормонами желез внутренней секреции и нервной системой.
Деятельность других систем организма, не принимающих участия в обеспечении мышечной работы, на время ее выполнения существенно тормозится вплоть до полного прекращения. Торможению подвергается, например, деятельность пищеварительной системы, высших психических функций нервной системы, большинства органов чувств, половой системы.
Во время длительной интенсивной мышечной деятельности тормозятся процессы регенерации (образования) тканей, процессы синтеза в клетках, процессы роста в клетках и тканях и множество других процессов, не имеющих значения для мышечного сокращения. Поэтому, среди других причин, больному человеку в остром периоде заболевания рекомендуют покой. Торможение процессов роста и развития во время мышечной работы вступает в конфликт с преобладающими процессами в растущем детском
12 организме: дети не способны выполнять слишком длительную или интенсивную работу.
После прекращения мышечной работы организм должен привести деятельность систем в соответствие с состоянием покоя, восстановить запас истраченных питательных веществ, окислить и удалить накопившиеся продукты распада, затормозить деятельность ранее работающих мышечных, нервных и других клеток, запустив, таким образом, в них процессы восстановления. Одновременно организму требуется возобновить работу ранее заторможенных функций.
Таким образом, как сама мышечная деятельность, так и ее прекращение для организма является сложным процессом, затрагивающим все его структуры.
Рассмотрим далее физиологические изменения в двигательной системе.
К двигательной системе относятся скелет
(пассивная часть двигательной системы) и мышцы (активная часть двигательной системы). К скелету относятся кости и их соединения (например, суставы).
Скелет служит опорой внутренним органам, местом прикрепления мышц, защищает внутренние органы от внешних механических повреждений.
В костях скелета расположен костный мозг – оран кроветворения. В состав костей входит большое количество минеральных веществ (наиболее известные - кальций, натрий, магний, фосфор, хлор). Минеральные вещества откладываются в костях в запас при их избытке в организме и выходят из костей при их недостатке в организме. Следовательно, кости играют важную роль в одном из видов обмена веществ – минеральном обмене.
Мышцы за счет способности сокращаться приводят в движение отдельные части тела, обеспечивают поддержание заданной позы.
Мышечное сокращение сопровождается выработкой большого количества тепла, а значит, работающие мышцы участвуют в
13 теплообразовании. Хорошо развитые мышцы являются прекрасной защитой внутренних органов, сосудов и нервов.
Кости и мышцы, как по массе, так и по объему составляют значительную часть всего организма. Мышечная масса взрослого мужчины
– от 35 до 50 % (в зависимости от того, насколько развиты мышцы) от общей массы тела, женщины – примерно 32-36 %. На долю костей приходится 18 % от массы тела у мужчин и 16 % у женщин. Следовательно, изменения, происходящие в столь значительной части организма неизбежно отражаются и на всех других органах и системах. А значит, влияя на двигательную систему, можно влиять и на другие системы организма.
Мышечная деятельность есть результат сокращения мышечных клеток. Природа дала этим клеткам такую способность – уменьшаться в размерах, преодолевая при этом внешнее сопротивление. Для этого в каждой мышечной клетке существуют специальные структуры, которые называются сократительными элементами. По химической природе сократительные элементы являются белками.
Процессом сокращения не ограничиваются изменения в мышцах во время работы. Для сокращения мышцы нужна энергия, а она образуется в результате распада
АТФ
(аденозинтрифосфорной кислоты).
На восстановление АТФ необходима энергия распада других веществ.
Следовательно, во время мышечной работы увеличивается скорость и интенсивность обмена веществ в мышечных клетках (скорость и интенсивность распада и синтеза веществ).
Интенсивные процессы распада веществ в мышечных клетках во время работы сопровождаются образованием большого количества продуктов распада. Концентрация продуктов распада в клетке является одним из регуляторов интенсивности мышечного сокращения. При увеличении концентрации интенсивность сокращения снижается, а по достижении определенного уровня сокращение становится невозможным. Таким образом, клетка предохраняет себя от выполнения чрезмерной работы.
14
Сокращающиеся мышцы нуждаются в повышенном поступлении из крови кислорода и питательных веществ и удалении продуктов распада.
Питательные вещества, распадаясь, обеспечивают энергию для мышечного сокращения, а кислород участвует в этом распаде. Чтобы обеспечить повышенную доставку кислорода и питательных веществ, а также скорейшее удаление продуктов распада, в работающих мышцах увеличивается скорость тока крови, и расширяются кровеносные сосуды.
Эти изменения не исчезают сразу после прекращения мышечной работы, а сохраняются некоторое время. Поэтому за счет большего кровенаполнения после тренировки объем мышцы, если измерить его сантиметром, больше, чем перед тренировкой.
Энергия распада химических веществ используется на синтез АТФ менее чем на 50 % (только распад АТФ может дать энергию для мышечного сокращения). Основная же часть этой энергии рассеивается в виде тепла. Тепло образуется и от трения сократительных элементов мышечных клеток. Поэтому при работе температура сокращающихся мышц увеличивается. Повышение температуры может составлять до нескольких градусов в зависимости от длительности работы и ее интенсивности.
Протекающая по работающим мышцам кровь нагревается и несет это тепло в другие части тела, обеспечивая, таким образом, их согревание и относительно равномерное распределение тепла в организме.
15
Вывод.
В заключение следует отметить, что в физиологии издавна известно так называемое энергетическое правило скелетных мышц: уровень обмена веществ органов и систем организма зависит от уровня обмена веществ в скелетных мышцах. Обмен веществ определяет функциональное состояние органа. В определенных пределах, чем выше обмен веществ, тем выше функциональное состояние органа. Из чего следует, что если мышцы хорошо развиты, значит, хорошо развиты и все другие органы организма, а если мышцы развиты плохо, то соответственно плохо развиты все другие органы.
16
Список литературы.
1. Рогожин, В.В. Биохимия молока и мяса: Учебник / В.В. Рогожин.. -
СПб.: ГИОРД, 2012. - 456 c.
2. Соловей, Дж.Г. Наглядная медицинская биохимия / Дж.Г. Соловей.
- М.: Гэотар-Медиа, 2017. - 160 c.
3. Титов, В.Н. Клиническая биохимия: курс лекций: Учебное пособие
/ В.Н. Титов. - М.: Инфра-М, 2015. - 272 c.
4. Чернов, Н.Н. Биохимия: практикум / Н.Н. Чернов. - Рн/Д: Феникс,
2019. - 120 c.
5. Чернов, Н.Н. Биохимия: практикум / Н.Н. Чернов. - РнД: Феникс,
2017. - 205 c.
6. Чугунова, М.В. Биохимия сельскохоз.сырья и пищевых продуктов:
Учебное пособие / М.В. Чугунова. - Рн/Д: Феникс, 2019. - 334 c.
Обмен веществ и энергии. Питание. Анаболизм. Катаболизм.
Обмен веществ и энергии лежит в основе всех проявлений жизнедеятельности и представляет собой совокупность процессов превращения веществ и энергии в живом организме и обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой.
Для поддержания жизнедеятельности в процессе обмена веществ и энергии обеспечиваются пластические и энергетические потребности организма. Пластические потребности удовлетворяются за счет веществ, используемых для построения биологических структур, а энергетические — путем преобразования химической энергии поступающих в организм питательных веществ в энергию макроэргических (АТФ и другие молекулы) и восстановленных (НАДФ • Н — никотин-амид-адениндинуклеотидфосфат) соединений. Их энергия используется организмом для синтеза белков, нуклеиновых кислот, липидов, а также компонентов клеточных мембран и органелл клетки, для выполнения деятельности клеток, связанной с использованием химической, электрической и механической энергии.
Обмен веществ и энергии (метаболизм) в организме человека — совокупность взаимосвязанных, но разнонаправленных процессов: анаболизма (ассимиляции) и катаболизма (диссимиляции).
Анаболизм — это совокупность процессов биосинтеза органических веществ, компонентов клетки и других структур органов и тканей. Анаболизм обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также непрерывный ресинтез макроэргических соединений и их накопление.
Катаболизм — это совокупность процессов расщепления сложных молекул, компонентов клеток, органов и тканей до простых веществ (с использованием части из них в качестве предшественников биосинтеза) и до конечных продуктов метаболизма (с образованием макроэргических и восстановленных соединений).
Взаимосвязь процессов катаболизма и анаболизма основывается на единстве биохимических превращений, обеспечивающих энергией все процессы жизнедеятельности и постоянное обновление тканей организма. Сопряжение анаболических и катаболических процессов в организме могут осуществлять различные вещества, но главную роль в этом сопряжении играют АТФ, НАДФ • Н. В отличие от других посредников метаболических превращений АТФ циклически рефосфорилируется, а НАДФ • Н — восстанавливается, что обеспечивает непрерывность процессов катаболизма и анаболизма.
Обеспечение энергией процессов жизнедеятельности осуществляется за счет анаэробного (бескислородного) и аэробного (с использованием кислорода) катаболизма поступающих в организм с пищей белков, жиров и углеводов. В ходе анаэробного расщепления глюкозы (гликолиза) или ее резервного субстрата гликогена (гликогенолиза) превращение 1 моля глюкозы в 2 моля лактата приводит к образованию 2 молей АТФ. Лактат — промежуточный продукт обмена. В химических связях его молекулы аккумулировано значительное количество энергии. Энергии, образующейся в ходе анаэробного обмена, недостаточно для осуществления процессов жизнедеятельности животных организмов. За счет анаэробного гликолиза могут удовлетворяться лишь относительно кратковременные энергетические потребности клетки.
Основным источником энергии восстановления для реакции биосинтеза жирных кислот, холестерина, аминокислот, стероидных гормонов, предшественников синтеза нуклеотидов и нуклеиновых кислот является НАДФ • Н. Образование этого вещества осуществляется в цитоплазме клетки в процессе фосфоглюконатного пути катаболизма глюкозы. При таком расщеплении из 1 моля глюкозы образуется 12 молей НАДФ • Н.
Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динамического равновесия или временного превалирования одного из них. Преобладание анаболических процессов над катаболическими приводит к росту, накоплению массы тканей, а катаболических — к частичному разрушению тканевых структур, выделению энергии. Состояние равновесного или неравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от возраста. В детском возрасте преобладают процессы анаболизма, а в старческом — катаболизма. У взрослых людей эти процессы находятся в равновесии. Их соотношение зависит также от состояния здоровья, выполняемой человеком физической или психоэмоциональной деятельности.
Читайте также: