Обмен веществ и энергии. Терморегуляция
Характеристика обмена веществ и энергии
Обмен веществ и энергии – это основная функция организма. Под обменом веществ и энергии понимают совокупность процессов поступления питательных и биологически активных веществ в пищеварительный аппарат, превращения или освобождения их и всасывание продуктов превращения и освобождения веществ в кровь и лимфу, распределение, превращение и использование всосавшихся веществ в тканях органов, выделение конечных продуктов превращения и использования, вредных для организма. Выполнение любой другой функции организма связано с осуществлением обмена веществ и энергии.
Обмен веществ и энергии в организме осуществляется в три фазы: 1) поступление в организм нужных веществ, превращение и всасывание их в пищеварительном аппарате; 2) распределение, превращение и использование всосавшихся веществ; 3) выделение конечных продуктов превращения и использования веществ.
В процессе обмена веществ происходит превращение энергии. Потенциальная энергия сложных органических соединений при их расщеплении освобождается, превращаясь в механическую, электрическую и тепловую. Она используется на поддержание температуры тела, на совершение внешней работы, на процессы, связанные с ростом, развитием и жизнедеятельностью организма.
Обмен веществ представляет собой единство двух процессов: ассимиляции и диссимиляции.
Ассимиляция – совокупность процессов, обеспечивающих образование в организме свойственных ему веществ из веществ, поступивших в организм из внешней среды.
Диссимиляция – совокупность процессов ферментативного расщепления сложных веществ. Оба процесса взаимосвязаны и возможны только при наличии другого. Интенсивность одного процесса зависит от интенсивности другого.
Обмены различных веществ в организме тесно взаимосвязаны, но для облегчения понимания целесообразно рассмотреть отдельно обмен белков, жиров, углеводов, водно-солевой обмен, обмен витаминов. Каждый из них имеет свои особенности.
Обмен белков
Белки имеют особое биологическое значение, так как являются носителями жизни. Они представляют собой материал, из которого строятся все клетки, ткани и органы организма; входят в состав ферментов, гормонов и др. Белковый оптимум составляет 1 г белка на 1 кг массы тела.
Все процессы в организме связаны с синтезом белка. Главную роль в синтезе белка играют нуклеиновые кислоты ДНК и РНК. ДНК находится в ядрах клеток, а РНК – в протоплазме клеток и ее структурах. ДНК являются носителями информации о структуре белка, т.е. являются образцом, с которого снимается копия. РНК передают информацию с ДНК на рибосомы, где и происходит образование новых белковых молекул.
Белки и нуклеиновые кислоты имеют ведущее значение в обмене веществ в организме. Обмен белков, как и всякий обмен, протекает в 3 фазы:
1) расщепление белков в желудочно-кишечном тракте и всасывание продуктов расщепления;
2) превращение всосавшихся продуктов в организме и образование специфических для данного организма структур, белков, гормонов, ферментов и др.;
3) выделение из организма конечных продуктов обмена белков. Нуклеиновые кислоты входят в состав нуклеопротеидов, которые начинают превращаться в желудке под действием пепсинов с освобождением нуклеиновых кислот. Они в кишечнике под влиянием нуклеаз поджелудочного сока и фосфоэстераз кишечника гидролизуются с образованием в конечном счете мононуклеотидов, нуклеозидов, фосфорной кислоты, которые всасываются в кровь.
Мононуклеотиды в организме используются для синтеза нуклеиновых кислот; выполняют роль источников энергии, регуляторов активности химических реакций, входят в состав коферментов и др. В зависимости от типа клеток концентрация в них мононуклеотидов различна. Синтез их осуществляется наиболее активно в тканях эмбриона.
Превращение белков начинается в желудке под действием ферментов. Они расщепляются до полипептидов, пептидов и частично аминокислот. Дальнейшее расщепление белка, полипептидов и пептидов происходит в кишечнике под действием ферментов до аминокислот, которые затем всасываются в кровь.
Аминокислоты с кровью доставляются в клетки тканей и органов, и прежде всего в печень. Аминокислоты используются для синтеза белка, свойственного данному организму, его органу, ткани, белка, связанного с ростом, функцией, с самообновлением, регенерацией.
В печени синтезируются белки плазмы крови, белки печеночной ткани, которые используются на восстановление белков ткани печени, белок креатин, используемый мышцами, где он фосфорилируется до креатинфосфата, окисляющегося с образованием креатинина.
В тканях и органах организма синтезируется белок тканей, используемый на восстановление собственных белков. В печени и тканях наряду с синтезом происходит и обновление имеющегося в них белка. Считают, что половина всего азота организма обменивается на новый в течение 5…7 сут.
Одновременно в организме происходит распад белка. При этом образуются аминокислоты, которые поступают в кровь. Образовавшиеся аминокислоты, наряду с аминокислотами, поступающими из пищеварительного тракта, включаются в новые обменные реакции и используются для синтеза белка тканей.
Аминокислоты в организме не откладываются. Поэтому нормальное протекание белкового обмена характеризуется азотистым равновесием, т.е. количество азота, поступившего в организм, соответствует количеству азота, выделяемому из организма. Излишки аминокислот, поступающие с кормом, в печени могут превращаться в углеводы и жиры.
Все аминокислоты подразделяют на заменимые и незаменимые. Незаменимые аминокислоты не могут быть синтезированы в организме, а заменимые могут. Для синтеза белка необходим определенный набор заменимых и незаменимых аминокислот. В зависимости от содержания аминокислот в белках последние делят на полноценные и неполноценные.
Незаменимых аминокислот для свиньи, курицы и человека 10: дизин, триптофан, гистидин, фенилаланин, лейцин, изолейцин, метионин, валин, треонин, аргинин.
У жвачных и некоторых других видов животных есть свои особенности в обмене белка. Так, у жвачных микрофлора преджелудков способна синтезировать все незаменимые аминокислоты и, следовательно, могут обходиться кормом без незаменимых аминокислот.
Избыток аминокислот может использоваться и как источник энергии: аминокислоты дезаминируются, а затем окисляются с освобождением энергии и образованием воды и диоксида углерода.
При дезаминировании в тканях образуется аммиак, который связывается с глутаминовой кислотой, образуя глутамин. Глутамин является основной формой транспорта аммиака в печень, где он распадается на глутаминовую кислоту и аммиак.
Конечными продуктами превращения белков в организме являются аммиак, который в печени превращается в мочевину, креатинин, мочевая кислота, алантоин, диоксид углерода и вода.
У птиц мочевая кислота является основным продуктом белкового обмена, соответствуя мочевине у млекопитающих.
Азотистые соединения выводятся через почки с мочой, через кожу с потом; диоксид углерода – через легкие и кожу; вода – через почки, кожу и легкие.
В крови животных поддерживается концентрация белка на уровне 60…90 г./л, мочевины – 3,33…8,32 ммоль/л.
Обмен жиров
Жиры играют в организме роль запасного энергетического материала, а также являются пластическим материалом. Обмен жиров протекает в три фазы:
1) расщепление и всасывание жиров в желудочно-кишечном тракте;
2) превращение всосавшихся продуктов расщепления жиров в тканях и образование специфических для данного организма жиров, использование всосавшихся продуктов как пластического материала и источника энергии;
3) выделение продуктов обмена жиров из организма.
В пищеварительном аппарате под действием ферментов жир подвергается гидролизу до жирных кислот и глицерина, моноглицеридов. Продукты расщепления всасываются в энтероциты, где происходит обратный синтез триглицеридов. Затем здесь из триглицеридов и белка образуются хиломикроны – триглицериды, заключенные в оболочку из белка, фосфолипидов и эфиров Холестерина, которые поступают в лимфу. Часть свободных жирных кислот и глицерин, растворимые в воде, всасываются и в кровь. С лимфой хиломикроны, поступают в венозную кровь и транспортируются к тканям и органам. Первые органы, через которые проходят хиломикроны, – сердце, легкие, а затем уже они поступают в общий кровоток.
В легких происходят задержка части хиломикронов специальными клетками – гистиоцитами и временное депонирование. При этом жир окисляется с освобождением энергии, которая используется для процессов поддержания структурной организации легких и согревания поступающего в легкие воздуха.
Наиболее важную роль в превращении жиров крови играют печень, жировая ткань, молочные железы и желудочно-кишечный тракт.
В печени хиломикроны подвергаются гидролизу с образованием жирных кислот. Они окисляются или используются для синтеза новых триглицеридов и фосфолипидов, липопротеидов, а также частично депонируются. В таком виде жир поступает из печени в кровь и далее в жировые депо.
В жировой ткани происходит синтез и депонирование триглицеридов и жирных кислот. Перед использованием тканями и органами организма жир обязательно проходит стадию депонирования в жировых депо.
Жиры входят в состав мембраны клеток, в нервную ткань, наружные покровные ткани, витамины, ферменты, биологически активные вещества. #
Из жировых депо жир используется по мере необходимости; расщепляется до глицерина и жирных кислот, которые поступают в кровь и используются органами как энергетический и пластический материал.
Жиры – это основной источник энергии в организме. С жирами в организм поступают и так называемые незаменимые жирные кислоты: линолевая, линоленовая, арахидоновая. Примерно 20 различных жирных кислот участвуют в образовании триглицеридов животного организма. Состав их в молекулах триглицеридов меняется в зависимости от вида корма.