Обмін речовин та енергії План 1 Загальна

Обмін речовин та енергії

План: 1. Загальна характеристика обміну речовин та енергіі; 2. Біологічне окислення, тканинне дихання, окислювальне фосфорилування; 3. Макроергічні сполуки.

1. Загальна характеристика обміну речовин та енергіі. Обмін речовин - метаболізм складається з 2 протилежних процессів: Асіміляція Ø Дисиміляція Ø складає диелектричну єдність цих протилежностей.

Асиміляція (анаболізм) - Це поглинання, накопичення і перетворення органічних речовин навколишнього середовища в речовини власного тіла. - При асиміляціі завжди енергія поглинається.

Дисиміляція (катаболізм) - Це частина обміну речовин, яка супроводжується руйнуванням компонентів живого тіла і виділенням кінцевих продуктів з організму. При дисиміляціі енергія виділяється. Метаболізм = анаболізм+ катаболізм

Метаболізм включає 3 етапи: 1) Травлення – це процес механічної та хімічної обробки складових частин їжі в органах травлення та всмоктування. 2) Проміжний обмін включає процеси розпаду і синтезу речовин тканани організму. 3) Виділення кінцевих продуктів розпаду (через повітря, з потом, сечовиною)

В процесі обміну утворюються проміжні речовини, які мають назву метаболіти: амінокислоти, жирні кислоти, вітаміни, прості сахара, пуринові та пірімідінові кислоти.

Обмін речовин пов’язаний з обміном енергіі. Співвідношення кількості між енергією, потрапившою з поживними речовинами корму, та кількістю енергіі, яка віддається у середовищє називається єнергетичним балансом організму( КПД). КПД- це реакція обміну речовин та енергіі, вимірюється кількістю енергіі, яка перетворюється у роботу.

Енергетика обміну речовин базується на 3 принципах, які відмінюють її від неживої природи: 1. Перетворення хімічної енергіі в роботу і інші види енергіі відбувається без попереднього перетворення в теплову енергію 2. Визволення енергіі відбувається поступово, маленькими порціями до тих пір, поки всі атоми вуглецю і водню не перетворяться у продукти окислення( Н 2 О і СО 2).

3. Потенційна хімічна енергія, яка визволяється високомолекулярними сполуками(ВМС) може накопичуватися у вигляді хімічного акумулятора, який називається макроергічними сполуками (АТФ) Загальний- вуглевод, білок, ліпіди і інші речовини.

Основний обмін речовин- це загальний обмін, мінімальний за інтенсивністю і необхідний для підтримки життя абсолютного спокою. Це величина строго постійна і індивідуальна, вона залежить від росту, статі, віку тварини, від ваги тіла.

Енергічний обмін вивчає: Визначення дихального та окисно- відновного коефіцієнту; ü Визначення змісту макроергічних сполук; ü Визначення активності окисно-відновних елементів. Дихальний коефіцієнт показує молярне відношення виділеного СО 2 до поглинаючого О 2. Встановлено, що при обміні вуглеводів КО=1, ліпідів КО=0, 7, білків КО= 0, 8. ü

2. Біологічне окислення, тканинне дихання, окислювальне фосфорилювання Біологічне окислення- це сукупність окислювальновідновних процессів, які протикають в біологічних об'єктах під впливом ферментів.

Особливості біоокислення: v Протікає при певній температурі; v При біоокисленні необхідна вода; v Стадійність процессів; v Утворення макроергіічних сполук.

Сучасна теорія тканинного дихання Тканинне дихання є основною частиною біологічного окислення і являє собою сукупність окислювально- відновних реакцій, пов'язаних з використанням хімічної енергіі, виділенням хімічної енергіі та виділенням СО 2 і Н 2 О.

Окислююча речовина- вважається речовиною, яка в прроцесі хімічноїреакціі втрачає протони і електрони, та приєднує кисань. Відновна речовина- вважається речовиною, яка втрачає кисень та приєднує протони та нейтрони.

Біологічне окислення відбувається анаеробним і аеробним шляхами. Перенесення водню і електронів відбувається за допомогою спеціальних ферментів у дихальному ланцюгу. Процес тканинного диханя здійснюється у мітохондріях, в яких сконцетровані окиснювально- відновних реакцій. ферменти

Тканинне дихання в ланцюгу здійснюється поетапно ü Під впливом ферментів дегідрогеназ від супстрату віднімається водень і електрони приєднюють Н; к коферментам(НАД і НАДФ) Н, субстрат- НАД+ НАД*Н+Н-Н 2. ü Від НАД і НАДФ Нг і електрони передаються на флавінові ферменти(ФМН і ФАД) фламінамід.

ü Кофермент Ко. А (убіхінон) окислює флавінові ферменти, а сам відновлюється по карбонільним групам, протони виділяються у навколишнє серидовищє, а електрони поступають в цитохромну систему. ü Цитохромна система приймає участь тільки в передачі електронів, вона включає цитохроми В С Х А А.

Цитохромоксидаза До складу цитохромів входять Fe 2+ і Fe 3+, відбувається окислення Fe 2+ Fe 3+, або відновлюється Fe 3+ Fe 2+. Електрони передаються О 2, активується, взаємодіє з протонами, які знаходяться в навколишньому середовищі і утворюють воду. В дихальному ланцюгу існує електронний каскад , причому кількість енергіі неоднакова. Цей каскад характеризується окисно- відновним потенціаломредокс потенціалом. Звичайно його значення складає 0, 6 і поступово у дихальному ланцюгу відбувається його збільшення.

Загальна схема дихального ланцюга Субстрат і ФАД) Аз) і далі дегідрогеназа(НАД-НАДФ) ФФ(ФМН коензим Ко. А О 2. цитохроми (В Сі А

Окислювальне фосфорилування поєднано з тканинним диханням і являє процес створення АТФ і АДФ і неорганічні фосфати за рахунок енергіі дихального ланцюга. При окиснювальному фосфорилуванні відбувається макроергічний зв’язок , який позначається хвилястою лінією.

АТФ у дихальному ланцюгу утворюється При переносі електронів відновленого НАД до ФФ. ü Молекула АТФ синтезується при передачі електронів від цитохрома. В до СО 2. ü Молекула АТФ синтезується при передачі електронів від цитохромоксидази до кисню. ü Існує декілька теорій окисного фосфорилування.

Теорія Ліпмана (хімічна теорія). Передача сопряжіння біологічного окислення і фосфорилювання забеспечується спеціальними переносниками( НАД, О, Е, К, карнизином). У різноманітних частинок дихального ланцюга функционують різні переносники.

Хеміосмотична теорія Мітчела Сопряжіння біологічного окислення і фосфорилювання відбувається на зовнішній мембрані мітохондрій. При цьому хімічна енергія переходить в енергію електрохімічних потенціалів. Коефіцієнт окислювального фосфорилювання визначається Р/0 і показує, яка кількість молей неорганічного фосфатапереходить у органічну форму у розрахунку на кожний атом, поглинаючого киснем, коефіцієнт дихального ланцюгу, коефіцієнт дихального ланцюга Р/0=3. існує тканинне дихання, в якому немає сопряжіння з окиснювальним фосфорилуванням. Таке дихання називається вільним.

Функціонуючий дихальний ланцюг виділяє теплову енергію, яка витрачається на підтримання температури тіла і забезпечення нормального протікання реакцій обміну. Організм приймає участь у регулюванні сопряжіння вільного тканинного дихання і окислювального фосфорилювання. При зниженні температури, дихання тканини, яке є сопряжене з окиснювальним фосфорилуванням, пригнічується, а вільне дихання підвищується при нормалізаціі зовнішньої температури, відбувається зворотнє явище. Гормон інсулін сприяє процесам сопряжіння, а гормон тироксин рослаблює це сопряжіння. Таким чином при різноманітних фізичних і патологічних станах може переключатись направленість обміну речовин або в сторону виникнення макроергів, або в сторону виникнення тепла необхідногодля підтримання температури тіла на певному рівні.

Сумарне рівняння створення АТФ дихального ланцюгу НАД++Н++3 АДФ+3 ФК+1/2 О 2 НАД++АТФ+Н+

3. Макроергічні сполуки - це багаті енергією сполуки, які мають макроергічний зв’язок. Звичайно ці сполуки мають макроергічну группу.

Залежно від величини енергії що акумульована у зв`язках, макроергічні сполуки поділяють на низькоенергетичні (2 -3 к. Кал/зв. ) та високоенергетичні (10 -16 к. Кал /зв. ) макроерги. До низькоенергетичних макроергів відносять прості ефіри спиртів та фосфорної кислоти, фосфогліцеринова кислота, складні моно- та дифосфорні ефіри глюкози, рибози, фруктози. До високоенергетичних макроергів відносять пірофосфат, креатинфосфат, ацетилфосфат, 1, 3 -дифос -фогліцеринову кислоту, 2 -фосфоенолпіровиноградну кислоту. Ці фактори дають змогу системі АТФ-АДФ бути основними енергетичними субстратами клітини.

Особливе місце серед макроергів клітини належить системі АТФ-АДФ, що складається з аденіну, рибози, та трьох чи двох залишків фосфорної кислоти відповідно. Молекула АТФ містить два макроергічні зв`язки, молекула АДФ один. При розриві одного макроергічного зв`язку виділяється 6 -8 к. Кал. енергії. Центральне місце системи АТФ-АДФ серед макроергів клітини забезпечується слідуючими факторами: проміжними значеннями енергії макроергічного зв`яз-ку, великою мобільністю та високою концентрацією у клітині.

АТФ забезпечує енергією практично всі процеси життєдіяльності в організмі: