Презентация по биологии на тему "обмен веществ и энергии в клетке". Презентация на тему "обмен веществ в организме" Презентация обмен веществ как единая система процессов

20.10.2022Рубрика: Справочник

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Обмен веществ. Нормы и режим питания. Выполнила: учитель Биологии Исмаилова В.В.

Обмен веществ (метаболизм)- совокупность химических реакций в живых организмах, обеспечивающих их рост, развитие, процессы жизнедеятельности.

Метаболизм (Обмен веществ и энергии) Пластический обмен (ассимиляция)- синтез органических веществ (углеводы, жиры, белки), с затратой энергии. Энергетический обмен (диссимиляция)- распад органических веществ, с освобождением энергии. Конечными продуктами распада являются углерод, вода, и АТФ.

Обмен веществ Процесс проходит в 3 фазы: Подготовительная фаза Основная фаза Заключительная фаза

Подготовительная фаза Пластический обмен Энергетический обмен Синтез промежуточных веществ из низкомолекулярных веществ(органические кислоты) Распад сложных энергетических веществ на простые под действием пищеварительных ферментов. Белки аминокислоты Жиры глицерин и жирные кислоты Крахмал глюкоза

Основная фаза Пластический обмен Энергетический обмен Синтез «строительных блоков» из промежуточных соединений (аминокислот,жирных кислот, моносахариды) Расщеплению подвергается глюкоза. Глюкоза ПВК + Е

Заключительная фаза Пластический обмен Энергетический обмен Синтез из «строительных блоков» белков, нуклеиновых кислот, жиров. Расщеплению подвергается ПВК ПВК углекислый газ + водород

Обмен белков 1) Под действием ферментов пищеварительного тракта (пепсина, трипсина) белки расщепляются до аминокислот. 2) Аминокислоты поступают в печень,где избыточные аминокислоты теряют свой азот и превращаются в жиры и углеводы. 3) В клетках из аминокислот строятся белки тела.

Незаменимые аминокислоты Валин (мясо, грибы, молочные и зерновые продукты) Изолейцин (куриное мясо, печень, яйца, рыба) Лейцин (мясо, рыба, орехи) Лизин(рыба, яйца, мясо, фасоль) Метионин (молоко, фасоль, рыба, бобы)

6) Треонин (молочные продукты, яйца,орехи) 7) Триптофан (бананы, финики, курица, молочные продукты) 8) Фенилаланин (говядина,рыба,яйца,молоко) 9) Аргинин (семена тыквы, говядина, свинина, кунжут) 10) Гистидин (говядина, курица, чечевица, лосось)

Функции белков: Структурно- пластическая Опорная Каталитическая Защитная Транспортная Энергетическая Антитоксическая

Обмен жиров Под действием желчи и липазы жиры распадаются на жирные кислоты и глицерин. Поступает в жировые депо и клетки через лимфатическую систему. Используются как запасное вещество и строительный материал.

Функции жиров Структурно- пластическая Регуляторная Теплоизоляционная Энергетическая

Обмен углеводов Под действием ферментов амилазы, мальтазы, птиалина происходит распад углеводов до глюкозы и простых углеводов. Продукты распада поступают в печень, через кровеносные сосуды. В печени излишки превращаются в гликоген, а остальное распределяется между клетками тела.

Функции углеводов Структурно-пластическая Защитная Энергетическая

Водно-солевой обмен Ни вода, ни минеральные соли не являются источниками энергии, но они необходимы для осуществления важнейших функций организма.

Вода необходима для нормально течения многих физиологических процессов: является растворителем, принимает участие в образовании структуры органических молекул, выполняет транспортные функции, участвует в регуляции температуры, участвует в реакциях гидролиза различных веществ. Минеральные вещества обуславливают осмотическое давление, участвуют в проведении нервного возбуждения, в мышечных сокращениях, свертывании крови.

Элементы минеральных солей Макроэлементы Кальций Са Калий К Натрий Na Фосфор Р Хлор Cl Микроэлементы Железо Fe Кобальт Cо Цинк Zn Фтор F Йод J

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ
Лекция для студентов 2 курса
Ст. преподаватель Медведева Г.А.

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Общая характеристика обмена
веществ. Пластическая и энергетическая
роль питательных веществ.
2. Обмен белков. Азотистый баланс, его
виды.
3. Обмен жиров.
4. Обмен углеводов.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ – совокупность
изменений, которые претерпевают
вещества с момента их поступления в
пищеварительный тракт,
до образования конечных продуктов
распада.

Этапы обмена веществ:

1. Поступление веществ в организм
(питание и дыхание);
2. Метаболизм (анаболизм – ферментативный синтез, катаболизм – ферментативное
расщепление питательных веществ);
3. Выведение конечных продуктов
распада.

Закон сохранения энергии

ПРИ ВСЕХ ЯВЛЕНИЯХ ПРИРОДЫ
ИЗМЕНЯЕТСЯ ТОЛЬКО
ФОРМА ВЕЩЕСТВА,
КОЛИЧЕСТВО ЖЕ ЕГО ОСТАЁТСЯ
ПОСТОЯННЫМ.

Метаболизм – совокупность физических, химических и физиологических процессов, обеспечивающих получение и доставку к клеткам энергии из э

Метаболизм – совокупность
физических, химических и
физиологических процессов,
обеспечивающих получение и
доставку к клеткам энергии из экзо- и
эндогенных источников, обеспечение
пластических потребностей с целью
обновления структур и выведения из
организма продуктов обмена.

Промежуточный обмен веществ – совокупность химических превращений питательных веществ с момента поступления их в кровь до начала выделе

Промежуточный обмен веществ
– совокупность химических
превращений питательных
веществ с момента поступления их
в кровь до начала выделения
конечных продуктов
жизнедеятельности из организма.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

Анаболизм / пластический обмен –
ферментативный синтез из простых
органических молекул сложных
клеточных компонентов.
Протекает с поглощением энергии.
Катаболизм / энергетический обмен –
ферментативное расщепление крупных
органических молекул на более простые.
Протекает с выделением энергии.

ОБМЕН БЕЛКОВ

Функции белков:

Пластическая / структурная
Энергетическая (1 г белка – 17,6 кДж
энергии)
Каталитическая / ферментативная
Регуляторная (белки-гормоны)
Защитная (иммуноглобулины, гемостаз)
Транспортная (ионный канал, гемоглобин,
альбумины)
Двигательная / сократительная (актин,
миозин)
Рецепторная (родопсин)
Буферная
Реологическая (вязкость крови)
Сигнальная

Превращение белков в организме

1 – путь – белки пищи используются для
синтеза специфических белков и других
веществ
2 –путь – эндогенный гидролиз белков,
который направлен на обновление белков
ткани

Типы белкового синтеза

Синтез роста, связанный с развитием организма
Стабилизирующий синтез, определяю-
Регенерационный синтез, проявляющийся
«Функциональный синтез» - образование
в целом. Он заканчивается, приблизительно, к 25-ти
годам, то есть к моменту прекращения физиологического роста.
щий репарацию белков, утраченных в процессе диссимиляции и лежащих в основе их самообновления на
протяжении жизни.
в период восстановления после белкового истощения,
кровопотерь и т.д.
белков, выполняющих специфические функции:
ферментов, гормонов, иммуноглобулинов и т.д.

Пути использования аминокислот после их всасывания (участие
в синтезе компонентов некоторых видов обмена веществ)
ВСАСЫВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ В КИШЕЧНИКЕ
участие в синтезе следующих компонентов обмена веществ
обмен
белков
и пуринов:
- белки
- пептиды
-др. аминокислоты
-пурины и
пиримидины
- мочевина
углеводный
обмен:
-глюкоза
обмен
липидов:
- -кетокислоты
обмен
порфиринов
- гем
-Hb
- цитохромы
синтез
ферментов
и коферментов:
никотинамид
- НАД
прочее:
- холин
- креатин
- катехоламины
- тироксин
-биогенные
амины
-меланины
- аммиак

Период полураспада белков 80 суток

Мышечных белков – 180 суток
Белков плазмы – 10 суток
Белков – гормонов – неск. минут

БЕЛКИ – биологические полимеры, состоящие из аминокислот

ЗАМЕНИМЫЕ
Аланин
Цистеин
Тирозин
Пролин
Серин
Глицин
Глутамин
Глутаминовая кислота
Аспарагин
Аспарагиновая кислота
Аргинин (у взрослых)
Гистидин (у взрослых)
НЕЗАМЕНИМЫЕ
Лейцин
Изолейцин
Валин
Метионин
Лизин
Треонин
Фенилаланин
Триптофан
Аргинин (у детей)
Гистидин (у детей)

Суточная потребность в белках

80 – 100 г
(физиологический оптимум –
1 г на 1 кг массы тела)
При физической нагрузке –
до 150 г

Азотистый баланс – разность между количеством азота поступившего с пищей и выделенного с продуктами метаболизма.

16 г азота – 100 г белка
1 г азота – 6,25 г белка
Азотистое равновесие – количество
Положительный азотистый баланс –
Отрицательный азотистый баланс –
поступившего азота = количеству выделенного азота.
количество поступившего азота больше выделенного.
количество выделенного азота больше поступившего.

Азотистый баланс

Азот пищи
(приход N)
=
Азот мочи
+Азот пота
(расход N)
Азотистый коэффициент
6,25
Положительный
азотистый баланс
Отрицательный
азотистый баланс

Коэффициент изнашивания Рубнера

-минимальное количество белка,
постоянно распадающегося в
организме.
0,028 – 0,065 г азота
на 1 кг массы тела

Регуляция белкового обмена

Синтез белка
контролируют:
Соматотропин
Инсулин
Андрогены
Тиреоидные
гормоны (недостаток)
Глюкокортикоиды (в
печени)
Распад белка
контролируют:
Адреналин
Тиреоидные
гормоны (избыток)
Глюкокортикоиды
(в тканях)

ОБМЕН ЖИРОВ

Функции липидов:

Пластическая / структурная (компонент
биомембран)
Энергетическая (1 г липидов – 38,9 кДж)
Источник эндогенной воды (100 г жиров – 107 г
воды)
Запасающая
Терморегуляторная (теплоизоляция)
Регуляторная (стероидные гормоны)
Механическая (прослойки между органами,
аммортизация)
Транспортная (транспорт жирорастворимых
витаминов)
Изолирующая (миелиновые оболочки нервных
волокон)
Адаптация к стрессу

МЕТАБОЛИЗМ
ЛИПИДОВ

Высшие жирные кислоты

Насыщенные
(не содержат двойных
связей
Пальмитиновая
Стеариновая
Ненасыщенные
(содержат двойные
связи)
Входят в состав
твёрдых жиров
Олеиновая
Линолевая
Линоленовая
Арахидоновая
Входят в состав жидких
жиров / масел

Роль жирных ненасыщенных кислот:

Регулируют рост и развитие
организма;
Активируют ферменты;
Влияют на деятельность сердечнососудистой и нервной систем;
Регулируют синтез простагландинов
и половых гормонов;
Участвуют в формировании мембран
клеток головного мозга.

Общий пул холестерола:

Экзогенный холестерол (400 мг/сут)
Эндогенный холестерол (1000 мг/сут)

Формирование атеросклеротической бляшки

Суточная потребность в жирах

70 – 125 г
70% животного: 30% растительного
(физиологический оптимум –
1 – 5 г на 1 кг массы тела)
Суммарное количество жиров в
организме – 10-20 %,
предельно допустимая граница - 25%

Должная масса тела и ожирение

Избыток массы тела, по сравнению с должным, для
данного пола, роста и возраста на 20 % и более
считается ожирением.
Должную массу тела можно рассчитать
по следующей формуле:
должная масса тела = рост (в см) – 100 + по 2 кг
за каждые 10 лет после 20 лет
У женщин должная масса тела может быть на 5
кг больше расчётной по приведенной выше
формуле.

Причина и условия развития алиментарного ожирения

ПЕРЕЕДАНИЕ
наследственные факторы
центральные
нейрогенные
механизмы
нарушения
эндокринной
регуляции
гипо
Алиментарное
метаболичес
кие особенности
ожирение
динамия
психологичес
кие и социальные влияния
гиперплазия
жировой
ткани

Алиментарное ожирение как фактор риска различных заболеваний

АЛИМЕНТАРНОЕ
гипертоничес
кая
болезнь
атеросклероз
ишемическая
болезнь сердца
хроническая
сердечная
недостаточность
ОЖИРЕНИЕ
заболевания
пищеварительного тракта
болезни опорнодвигательного
аппарата
сахарный
диабет
инсульт

Нервная регуляция обмена жиров

Гипоталамус:
Повреждение
потеря аппетита,
исхудание;
Повреждение
вентромедиального
ядра – повышение
аппетита, ожирение.
латерального ядра -
ВНС
Симпатическая
НС – тормозит
синтез
триглициридов,
усиливает их
распад;
Парасимпатичес
кая НС –
способствует
отложению жира.

Гуморальная регуляция обмена жиров

Тормозят
Усиливают мобилизацию
жиров:
Соматотропный гормон;
Пролактин;
АКТГ;
Тироксин;
Инсулин;
Адреналин,
норадреналин.
мобилизацию
жиров:
АКТГ;
Глюкокортикоиды.

ОБМЕН
УГЛЕВОДОВ

Функции углеводов:

Пластическая / структурная
(компонент
нуклеотидов, биомембран, хрящевой и соединительной тканей)
Энергетическая (1 г углеводов –
17,6 кДж)
Запасающая (гликоген)
Защитная (слизь бронхов, ЖКТ)

Основные пути метаболизма глюкозы в организме

ГЛЮКОЗА
отложение в
организме в
форме
гликогена
аэробное окисление через цикл
Кребса и в меньшей степени через пентозный
цикл до СО2
превращение в
свободные жирные
кислоты и отложение
в форме триацилглицеринов
гликолиз с
образованием
пирувата
и лактата
освобождение из
клетки в форме
свободной глюкозы

Метаболизм глюкозы в организме

гликогенсинтетаза
гликоген
гексокиназа
глюкоза
фосфорилаза
глюкокиназа
Г-6-Ф
пируват
АцКоА
цикл Кребса
СО2

Суточная потребность в углеводах

500 г
(физиологический оптимум –
5 – 7 г на 1 кг массы тела)
минимальная граница – 100–150 г

Регуляция обмена углеводов определяется поддержанием уровня глюкозы в крови (3,3 – 5,55 ммоль/л)

Нервная регуляция:
Гипоталамус
Продолговатый мозг
(дно IV желудочка)
КБП
Увеличивают
содержание
глюкозы в крови
Гуморальная регуляция:
а) снижение уровня
глюкозы в крови:
инсулин
б) увеличение уровня
глюкозы в крови:
Глюкагон
Адреналин
Глюкокортикоиды
Соматотропный гормон
Тироксин,
трийодтиронин

Интеграция белкового, липидного и углеводного обменов

жирные кислоты
углеводы
аминокислоты
Ацетил-КоА
цитрат
СО2
малонил-КоА
О2
окисление через цикл
трикарбоновых кислот
синтез жирных
кислот
ацил-ацетил-КоА
оксиметил-глутарил-А
образование
кетоновых
тел
синтез
холестерина Обмен веществ и
энергии

Обмен веществ и энергии - Метаболизм

Обмен веществ и энергии
Метаболизм
совокупность процессов
превращения веществ и
энергии в живом организме и
обмен веществами и
энергией между организмом
и окружающей средой.

Метаболизм –
это совокупность взаимосвязанных, но
разнонаправленных процессов,
анаболизма (ассимиляции) и
катаболизма (диссимиляции).
Анаболизм это совокупность процессов
Анаболизм
биосинтеза органических веществ, компонентов
клетки и других структур органов и тканей.
Катаболизм это совокупность процессов
Катаболизм
расщепления сложных молекул, компонентов
клеток, органов и тканей до простых веществ и
до конечных продуктов метаболизма (с
образованием макроэргических и
восстановленных соединений).

В процессе метаболизма обеспечиваются
пластические и энергетические потребности
организма.
Пластические потребности – построение
Пластические потребности
биологических структур организма.
Энергетические потребности
Энергетические потребности
преобразование химической энергии
питательных веществ в энергию
макроэргических (АТФ и другие молекулы) и
восстановленных (НАДФ Н никотинамид
адениндинуклеотидфосфат) соединений.

Взаимосвязь процессов катаболизма и анаболизма

Взаимосвязь процессов
катаболизма и анаболизма

Главную роль в
сопряжении
анаболических
и
катаболических
процессов в
организме
играют:
АТФ,
НАДФ Н.

Катаболизм анаэробноый и аэробный

Катаболизм
анаэробноый и аэробный
Обеспечение энергией
процессов
жизнедеятельности
осуществляется за счет
анаэробного
(бескислородного) и
аэробного (с
использованием
кислорода) катаболизма
поступающих в организм с
пищей белков, жиров и
углеводов.
Процессы анаболизма и
катаболизма находятся в
организме в состоянии
динамического
равновесия или временного
превалирования одного из
них.

Теплота первичная и вторичная

Теплота первичная и
вторичная
1. Часть энергии в процессе катаболизма
используется для синтеза АТФ, другая часть этой
энергии превращается в теплоту (первичную).
2. Аккумулированная в АТФ энергия в
последующем используется для осуществления в
организме работы и в конечном итоге тоже
превращается в теплоту (вторичную).
Количество синтезированных молей АТФ на
моль окисленного субстрата зависит от его
вида (белка, жира, углевода) и от величины
коэффициента фосфорилирования.

Коэффициент фосфорилирования (Р/О) -

Коэффициент фосфорилирования
(Р/О)
количество синтезированных молекул
АТФ в расчете на один атом кислорода.
Какая часть энергии будет использована на
синтез АТФ зависит от величины Р/О и
эффективности сопряжения в
митохондриях процессов дыхания и
фосфорилирования.
Разобщение дыхания и фосфорилирования
ведет к уменьшению коэффициента Р/О,
превращению в первичную теплоту
большей части энергии химических связей
окисляемого вещества.

Пути метаболизма питательных веществ

Пути метаболизма
питательных веществ

Белки и их роль в организме

Белки и их роль в организме
Животные существа могут усваивать азот
только в составе аминокислот,
поступающих в организм с белками пищи.
Незаменимые аминокислоты. Десять
аминокислот из 20 (валин, лейцин,
изолейцин, лизин, метионин, триптофан,
треонин, фенилаланин, аргинин и
гистидин) в случае их недостаточного
поступления с пищей не могут быть
синтезированы в организме.
Заменимые аминокислоты в случае
недостаточного поступления их с пищей
могут синтезироваться в организме.
Полноценные и не полноценные белки.

Белки и их роль в организме

Белки и их роль в организме
У здорового взрослого человека количество
распавшегося за сутки белка равно
количеству вновь синтезированного.
Скорость распада и обновления белков
организма различна.
Полупериод распада
гормонов пептидной природы составляет минуты
или часы, белков плазмы крови и печени -около
10 сут, белков мышц -около 180 сут.
Белки, использующиеся в организме в первую
очередь в качестве пластических веществ, в
процессе их разрушения освобождают
энергию для синтеза в клетках АТФ и
образования тепла.

Коэффициент изнашивания по Рубнеру

Коэффициент изнашивания по
Рубнеру
О суммарном количестве белка, подвергшегося
распаду за сутки, судят по количеству азота,
выводимого из организма человека.
В белке содержится около 16 % азота (т. е. в 100 г
В белке содержится около 16 % азота
белка - 16 г азота).
Выделение организмом 1 г азота соответствует
распаду 6,25 г белка.
За сутки из организма взрослого человека
выделяется около 3,7 г азота.
Масса белка, подвергшегося за сутки полному
разрушению, составляет 3,7 х 6,25 = 23 г, или
23 г
0,028-0,075 г азота на 1 кг массы тела в сутки.

Азотистый баланс

Азотистый баланс
Если количество азота, поступающего в организм
с пищей, равно количеству азота, выводимого из
организма, принято считать, что организм
находится в состоянии азотистого
равновесия.
Когда в организм поступает азота больше, чем
его выделяется, говорят о положительном
азотистом балансе (задержке, ретенции
азота).
Когда количество выводимого из организма азота
превышает его поступление в организм, говорят
об отрицательном азотистом балансе.

Липиды и их роль в организме

Липиды и их роль в организме
Липиды организма человека:
триглицериды, фосфолипиды, стерины.
Липиды играют в организме
энергетическую и пластическую роль.
В удовлетворении энергетических потребностей организма
В удовлетворении энергетических потребностей
основную роль играют нейтральные молекулы жира
(триглицериды).
Пластическая функция липидов в организме осуществляется,
Пластическая функция липидов
главным образом, за счет фосфолипидов, холестерина, жирных
кислот.
По сравнению с молекулами углеводов и белков молекула
липидов является более энергоемкими.
За счет окисления жиров обеспечивается около 50 % потребности
в энергии взрослого организма.
Жиры являются источником образования эндогенной воды.
При окислении 100 г нейтрального жира в организме образуется
около 107 г воды.

Углеводы и их роль в организме

Углеводы и их роль в
организме
Организм человека получает углеводы в виде растительного
полисахарида крахмала и в виде животного полисахарида
гликогена.
В желудочнокишечном тракте осуществляется их расщепление до
уровня моносахаридов (глюкозы, фруктозы, лактозы, галактозы).
Моносахариды всасываются в кровь и через воротную вену
поступают в печеночные клетки.
В печеночных клетках фруктоза и галактоза превращается в
глюкозу.
Концентрация глюкозы в крови поддерживается на уровне 0,8
-1,0 г/л.
При избыточном поступлении в печень глюкозы она превращается
в гликоген.
По мере снижения концентрации глюкозы в крови происходит
расщепление гликогена.
Глюкоза выполняет в организме
энергетические и пластические функции.
Глюкоза необходима для синтеза частей молекул
нуклеотидов и нуклеиновых кислот, некоторых
аминокислот, синтеза и окисления липидов,
полисахаридов.

Минеральные вещества и их роль в организме

Минеральные вещества и их
роль в организме
Минеральные вещества: Натрий, Кальций, Калий,
Минеральные вещества:
Хлор, Фосфор, Железо, Йод, Медь, Фтор, Магний,
Сера, Цинк, Кобальт.
Из них к группе микроэлементов относятся: йод,
Из них к группе микроэлементов относятся:
железо, медь, марганец, цинк, фтор, хром,
кобальт.
Функции минеральных веществ:
являются кофакторами ферментативных реакций,
создают необходимый уровень осмотического давления,
обеспечивают кислотноосновное равновесие,
участвуют в процессах свертывания крови,
создают мембранный потенциал и потенциал действия
возбудимых клеток.

Витамины и их роль в организме

Витамины и их роль в
организме
Витамины - группы разнородных по химической природе
веществ, не синтезируемых или синтезируемых в
недостаточных количествах в организме, но необходимых
для нормального осуществления обмена веществ, роста,
развития организма и поддержания здоровья.
Витамины не являются непосредственными источниками энергии
и не выполняют пластических функций.
Витамины являются составными компонентами ферментных
систем и играют роль катализаторов в обменных процессах.
Основными источниками водорастворимых витаминов
являются пищевые продукты растительного происхождения и в
меньшей мере животного происхождения.
Основными источниками жирорастворимых витаминов
являются продукты животного происхождения.
Для удовлетворения потребностей организма в витаминах
имеет значение нормальное осуществление процессов
пищеварения и всасывания веществ в желудочно
кишечном тракте.

Уравнение энергетического баланса

Уравнение энергетического
баланса
Е = А + Н + S
Е - общее количество энергии, получаемой
организмом с пищей;
А - внешняя (полезная) работа;
Н - теплоотдача;
S - запасенная энергия.

Физическая калориметрия («бомба») Бертло

Физическая калориметрия
(«бомба») Бертло
1- проба пищи;
2 - камера,
3 - заполненная
кислородом;
запал;
4 - вода;
5 - мешалка;
6 - термометр.
Е = А + Н + S

Е = А + Н + S

Биокалориметр Этуотера - Бенедикта Е = А + Н + S

Биокалориметр
Этуотера - Бенедикта
Е = А + Н + S

затрат организма

Способы оценки энергетических
затрат организма

Калорический эквивалент кислорода (КЭ02)

Калорический эквивалент
кислорода (КЭ02)
Основным источником энергии для
осуществления в организме процессов
жизнедеятельности является биологическое
окисление питательных веществ. На это
окисление расходуется кислород. Следовательно,
измерив количество потребленного организмом
кислорода можно судить о величине
энергозатрат организма за время измерения.
Между количеством потребленного за единицу
времени организмом кислорода и количеством
образовавшегося в нем за это же время тепла
существует связь, выражающаяся через
калорический эквивалент кислорода (КЭ02).
КЭ02 количество тепла, образующегося в
организме при потреблении им 1 л
кислорода.

Способы оценки энергетических
затрат организма
Прямая калориметрия основана на измерении
количества тепла, непосредственно рассеянного
организмом в теплоизолированной камере.
Непрямая калориметрия основана на
измерении количества потребленного организмом
кислорода и последующем расчете энергозатрат с
использованием данных о величинах
дыхательного коэффициента (ДК) и КЭ02.
Дыхательный коэффициент отношение
объема выделенного углекислого газа к
объему поглощенного кислорода.
ДК = Vco2/Vo2

Основной обмен -

Основной обмен
минимальный уровень энергозатрат,
необходимых для поддержания
жизнедеятельности организма в условиях
относительно полного физического,
эмоционального и психического покоя.
Энергозатраты организма возрастают при физической
и умственной работе, психоэмоциональном
напряжении, после приема пищи, при понижении
температуры среды.
Для взрослого мужчины массой 70 кг величина
энергозатрат составляет около 1700 ккал/сут (7117
кДж), для женщин - около 1500 ккал/сут.
Расчет должного основного обмена у человека по
таблицам Гарриса и Бенедикта (с учетом пола, массы
тела, роста и возраста).

Основной обмен

Основной обмен
определяют методами прямой или непрямой
калориметрии.
Нормальные величины основного обмена у
взрослого человека можно рассчитать по
формуле Дрейера:
Н = W/K А,
где W -масса тела (г), А -возраст, К-константа
(0,1015 для мужчин и 0,1129 - для женщин).
Величина основного обмена зависит от соотношения в
организме процессов анаболизма и катаболизма.
Для каждой возрастной группы людей установлены и
приняты в качестве стандартов величины основного обмена.
Интенсивность основного обмена в различных органах и
тканях неодинакова. По мере уменьшения энергозатрат в
покое их можно расположить в таком порядке: внутренние
органы-мышцы-жировая ткань.

Регуляция обмена веществ и энергии

Регуляция обмена веществ и
энергии
Цель:
обеспечение потребностей организма в
энергии и в разнообразных веществах в
соответствии с уровнем функциональной
активности.

Является мультипараметрической, т.е.
включающей в себя регулирующие системы
(центры) множества функций организма
(дыхания, кровообращения, выделения,
теплообмена и др.).

Центр регуляции обмена веществ и энергии

Центр регуляции обмена
веществ и энергии
Роль центра регуляции обмена веществ и
энергии играют ядра гипоталамуса.
В гипоталамусе имеются полисенсорные
нейроны, реагирующие на изменения
нейроны
концентрации глюкозы, водородных ионов,
температуры тела, осмотического давления, т. е.
важнейших гомеостатических констант
внутренней среды организма.
В ядрах гипоталамуса осуществляется анализ
состояния внутренней среды и
формируются управляющие сигналы,
формируются управляющие сигналы
которые посредством эфферентных систем
приспосабливают ход метаболизма к
потребностям организма.

Эфферентные звенья регуляции обмена веществ

Эфферентные звенья
регуляции обмена веществ
симпатический и парасимпатический
отделы вегетативной нервной системы.
эндокринная система. Гормоны
.
гипоталамуса, гипофиза и других эндокринных
желез оказывают прямое влияние на рост,
размножение, дифференцировку, развитие и
другие функции клеток.
Важнейшим эффектором, через который
оказывается регулирующее воздействие на
обмен веществ и энергии, являются
клетки органов и тканей.

У пойкилотермных или холоднокровных
животных, температура тела переменна и
мало отличается от температуры окружающей
среды.
Гетеротермные организмы при
благоприятных условиях существования
обладают способностью к изотермии, а при
внезапном понижении температуры внешней
среды, недостатке пищи и воды становятся
холоднокровными.
Гомойотермные или теплокровные
организмы поддерживают темпиратуру тела
на относительно постоянном уровне
независимо от колебаний температуры
окружающей среды.

Основная функция системы терморегуляции

Основная функция системы
терморегуляции
поддержание оптимальной для
метаболизма организма температуры
тела.
Включает в себя:
1. температурные рецепторы, реагирующие на
изменение температуры внешней и внутренней
среды;
2. центр терморегуляции, расположенный в
гипоталамусе;
3. эффекторное (исполнительное) звено
терморегуляции.

Температура различных областей тела человека

Температура различных
областей тела человека
при низкой (А) и
высокой (Б)
внешней
температуре.
Темнокрасное поле -
область «ядра»,
«оболочка»
окрашена цветами
убывающей
интенсивности по
мере снижения
температуры

Перераспределение части кровотока из ядра тела
в его оболочку для увеличения теплоотдачи
А - низкая теплоотдача; Б - высокая.

Эндогенная терморегуляция

Теплопродукция

Суммарная теплопродукция состоит из
первичной и вторичной теплоты.
Уровень теплообразования в организме
зависит от величины основного обмена.
Вклад в общую теплопродукцию организма
отдельных органов и тканей неравнозначен.
Термогенез:
Сократительный – за счет сокращения
мышц.
Несократительный – за счет ускорения
метаболизма бурого жира.

Основные эффекторные
механизмы включающиеся при
повышении температуры:
1.Массивная вазодилатация в коже
(вазомоторный ответ);
2.Потообразование;
3.Подавление всех механизмов
теплообразования.

Теплоотдача

1.
2.
3.
4.
излучение,
теплопроведение,
конвекция,
испарение.
Тепловое излучение – 60%
Испарение (дыхание
и потоотделение) – 22%
Конвекция – 15%

Виды теплоотдачи

Центр терморегуляции

Центр терморегуляции
расположен в медиальной преоптической области
переднего отдела гипоталамуса и в заднем отделе
гипоталамуса.
1)
2)
3)
4)
Группы нервных клеток:
термочувствительные нейроны преоптической области;
клетки, «задающие» уровень поддерживаемой в организме
температуры тела в переднем гипоталамусе;
интернейроны гипоталамуса;
эффекторные нейроны в заднем гипоталамусе.
Система терморегуляции не имеет собственных
специфических эффекторных органов, она
использует эффекторные пути других
физиологических систем
(сердечнососудистой, дыхательной, скелетной
мускулатуры, выделительной и др.).

Процесс обмена веществ

Это комплекс химических реакций живых организмов, протекающих в определенном порядке.

Обмен веществ – постоянный процесс живой клетки.

Выдающийся русский физиолог И.М.Сеченов писал: «Организм не может существовать без окружающей среды, дающей ему энергию».

Катаболизм (реакция расщепления) - это процесс расщепления органических веществ, богатых энергией.

Анаболизм (реакция синтеза) – это синтез различных макромолекул, с использованием энергии простых веществ, образованных при реакции катаболизма, а именно аминокислот, моносахаридов, жирных кислот, азотистых оснований и АТФ с НАДФ∙Н

Схема обмена веществ в клетке

Макромолекулы клетки: белки, полисахариды, липиды, нуклеиновые кислоты

Питательные вещества – источники энергии: углеводы, жиры, белки

Химическая энергия: АТФ, НАДФ

Анаболизм

Катаболизм

Новые молекулы: аминокислоты, сахар, жирные кислоты, азотистые основания

Энергетически бедные вещества распада: CO 2 , H 2 O, NH 2

Энергетический обмен клетки, или дыхание организма.

Синтез АТФ. Дыхание и горение .

При соединении веществ с кислородом идет процесс окисления , при расщеплении – процесс восстановления . Такие реакции живых организмов называют биологическим окислением.

АТФ. Дыхание и горение.

Если горение органических веществ при участии кислорода происходит в природе, то процесс дыхания живых организмов осуществляется в митохондриях . Энергия процесса горения выделяется в виде тепла . Энергия, образованная при дыхании, используется на поддержание жизнедеятельности и сохранение активности организма.

Дыхание можно описать так:

C 6 H 12 O 6 +6O 2 → 6CO 2 +6H 2 O+2881 кДж/моль

Процесс гликолиза

Процесс расщепления глюкозы с помощью ферментов, сопровождающейся выделением части накопленной в молекуле глюкозы энергии, называется гликолизом.

Процесс расщепления глюкозы делится на три этапа:

Гликолиз
Преобразование лимонной кислоты
Цепь переноса электронов

Гликолиз, состоит из трех этапов: подготовительного, бескислородного, кислородного.

Подготовительный этап гликолиза

Здесь органические вещества, богатые энергией, под воздействием специальных ферментов расщепляются до простых веществ. Например, происходит расщепление полисахаридов до моносахаридов, жиров – до жирных кислот и глицерина, нуклеиновых кислот –до нуклеотидов, белков –до аминокислот.

Бескислородный этап гликолиза .

Состоит из 13 последовательных реакций, протекающих под воздействием ферментов. Исходный продукт реакции – 1моль C6H12O6 (глюкоза), в итоге реакции образуются 2 моля C 3 H 6 O 3 (молочной кислоты) и 2 моля АТФ. В данной реакции кислород вообще не участвует, поэтому этот этап и называется бескислородным . Обратите внимание на уравнение реакции:

C6H12O6+2H3PO4+2 АДФ → 2C3H6O3+2 АТФ +2H2O

В результате реакции образуется 200 кДж энергии, из них 40%, или 80кДж, запасается в двух молекулах АТФ, 120 кДж энергии, или 60%, сохраняется в клетке.

Кислородный этап гликолиза

Данная реакция от бескислородного расщепления отличается участием кислорода и полным расщеплением глюкозы с образованием конечных продуктов CO2 и H2O . В качестве начального продукта реакции участвуют 2 моля C3H6O3 (молочная кислота); в итоге синтезируются 36 молей АТФ.

2C3H6O3+6O2+36H3PO4+36 АДФ → 6CO2+36 АТФ +42H2O

Значит, основной источник энергии образуется в процессе кислородного этапа гликолиза (2600кДж)

Из 2600 кДж энергии, полученной в результате аэробного процесса гликолиза, на химические связи АТФ используется 1440 кДЖ, или 54%.

Суммарное уравнение реакции бескислородного и кислородного расщепления глюкозы выглядит так:

C6H12O6+6O2+38H3PO4+38 АДФ → 6CO3+38 АТФ +44H2O

Образованная в процессе бескислородного и кислородного расщепления энергия 80 кДж+1440кДж=1520кДж, или55%, сохраняется в виде потенциальной энергии, используется на жизненные процессы клетки, а 45% используется в виде энергии тепла.

Энергия выделяется в процессе горения и дыхания. Реакция сгорания протекает в природе, а реакция дыхания – в митохондриях клетки.
Энергия, используемая на жизненные процессы клетки, запасается в виде АТФ.
Молекула АТФ синтезируется при кислородном и бескислородном расщеплении глюкозы.
Энергия, образованная в процессе гликолиза, сохраняется на 55% в виде потенциальной энергии, а 45% переходит в энергию тепла.

Фотосинтез

Фотосинтез протекает в хлоропластах растений. В них содержится пигмент хлорофилл , придающий зеленый цвет растениям. Пигмент хлорофилл, поглощая синие и красные лучи, отражается зеленым цветом и придает соответствующую окраску растениям.

Фотосинтез имеет две фазы – световую и темновую . В световой фазе с помощью энергии солнечного света протекают реакции со ложным механизмом. К ним относятся: синтез АТФ, образование НАДФ∙Н, фотолиз воды

Фотосинтез играет важную роль в превращении энергии солнца в виде АТФ в энергию химических связей, что можно увидеть на схеме:

Фотосинтез

Энергия солнца АТФ Органическое вещество

Рост, развитие, движение и т.д.

В процессе фотосинтеза растения сохраняют энергию солнца в виде органических соединений, при дыхании молекулы питательных веществ расщепляются, высвобождая энергию. Эти явления дают энергию, необходимую для синтеза АТФ.

Темновая фаза фотосинтеза

В темновой фазе фотосинтеза большое значение имеет СО2 (оксид углерода). Моносахариды, дисахариды и полисахариды синтезируются с использованием энергии АТФ, НАДФ∙Н. Поскольку при синтезе данных органических веществ световая энергия не используется данных органических веществ световая энергия не используется, этот процесс называется темновой фазой фотосинтеза.

В темновой фазе в качестве начального продукта реакции участвует пятиуглеродный углевод (С 5). Образование трехуглеродного соединения (С 3) называют С 3 – циклом, или циклом Кальвина .

За открытие данного цикла американский биохимик М.Кальвин был удостоен Нобелевской премии.

В биосинтезе белка – сложном, многоступенчатом процессе – участвуют ДНК, иРНК, тРНК, рибосомы, АТФ и разнообразные ферменты.

Система записи генетической информации в ДНК (иРНК) в виде определенной последовательности нуклеотидов называется генетическим кодом

Транскрипция (буквально «переписывание») протекает как реакция матричного синтеза. На цепи ДНК, как на матрице, по принципу комплементарности синтезируется цепь иРНК, которая по своей нуклеотидной последовательности точно копирует (комплементарна) последовательность нуклеотидов матрицы – полинуклеотидной цепи ДНК, причем тимину в ДНК соответствует урацил в РНК.

ТРАНСЛЯЦИЯ

Следующий этап в биосинтезе белка – трансляция (лат. «передача») – это перевод последовательности нуклеотидов в молекуле иРНК в последовательность аминокислот в полипептидной цепочке.

Сохранение постоянства внутреннего состояния.
Одно из важнейших свойств организма.
Обмен веществ и энергии осуществляется на всех уровнях организма.

Комсомольский-на –Амуре филиал ГБОУ ХГМК

Обмен веществ и энергии

Метаболизм

Подготовила: Кокшарова Н.У.

Стадии метаболизма:

Подготовительная стадия: переваривание пищи и доставка питательных веществ и кислорода к клеткам
Обмен веществ и энергии в клетках
Заключительная стадия: удаление продуктов распада

Подготовительная стадия (пищеварительный тракт)

Сложные углеводы (крахмал, целлюлоза) простые углеводы (глюкоза, фруктоза)

Жиры глицерин и жирные кислоты

Белки аминокислоты

Метаболизм в клетках

Энергетический

обмен

(катаболизм,

диссимиляция)

Пластический

обмен

(анаболизм,

ассимиляция)

распад, расщепление

органических веществ

синтез органических

Пластический обмен (анаболизм, ассимиляция)

Поступившие в клетку аминокислоты, простые углеводы, глицерин и жирные кислоты «строят» новые молекулы белков, углеводов и жиров, свойственные данному организму

Они идут на строительство утраченных частей клеток, создание новых клеток

За счёт пластического обмена происходит рост, деление, развитие клеток и всего организма

Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм)

Часть поступивших в клетку органических веществ окисляется кислородом до конечных продуктов распада – СО 2 и Н 2 О, аммиак NH 3 , мочевина
При этом выделяется энергия!
1 г углеводов – 17,17 кДж
1 г жиров – 38,92 кДж
1г белков – 17,17 кДж

Заключительная стадия обмена:

Конечные продукты обмена - углекислый газ СО 2 , аммиак NH 3 , вода Н 2 О, мочевина - попадают в кровь и выводятся из организма лёгкими и почками

Время задержки дыхания после спокойного выдоха –
Время задержки дыхания после 20 приседаний –
Время задержки дыхания после двухминутного отдыха -

Функциональная проба с максимальной задержкой дыхания

Задержка дыхания (с)

Здоровые

тренированные

приседаний

Здоровые нетренированные

С отклонениями в здоровье

После отдыха

от первой фазы

первой фазы

от первой фазы

30% и менее

от первой фазы

от первой

Витамины (vita - жизнь)

Биологически активные вещества, синтезирующиеся в организме или поступающие с пищей, которые в малых количествах необходимы для нормального обмена веществ и жизнедеятельности организма