обмен веществ. Обмен веществ. Обмен веществ в организме человека. Ассимиляция и диссимиляция, анаболизм и катаболизм. Изменения обмена веществ с возрастом и под влиянием мышечной деятельности
 Скачать 192.84 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО СПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВПО «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ, СПОРТА, МОЛОДЕЖИ И ТУРИЗМА (ГЦЛИФК)» РЕФЕРАТ На тему: «Обмен веществ в организме человека. Ассимиляция и диссимиляция, анаболизм и катаболизм. Изменения обмена веществ с возрастом и под влиянием мышечной деятельности. Выполнил студент : Ведеров И.Д. 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 4 Процессы обмена веществ идут в организме быстро и интенсивно, хотя в организме нет высокого давления и температуры. Эта быстрота обеспечивается участием ферментов и других веществ 2.Анаболизм и катаболизм Основными метаболическими процессами являются анаболизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция). Анаболизм, или ассимиляция (от лат. assimilatio — уподобление), представляет собой эндотермический процесс уподобления поступающих в клетку веществ веществам самой клетки. Она является «созидательным» метаболизмом. Важнейшим моментом ассимиляции является синтез белков и нуклеиновых кислот. Частным случаем анаболизма является фотосинтез, который представляет собой биологический процесс, при котором органическое вещество синтезируется из воды, двуокиси углерода и неорганических солей под влиянием лучистой энергии Солнца. Фотосинтез в зеленых растениях является автотрофным типом обмена. Катаболизм, или диссимиляция (от лат. dissimilis — расподобление), является экзотермическим процессом, при котором происходит распад веществ с освобождением энергии. Этот распад происходит в результате переваривания и дыхания. Переваривание представляет собой процесс распада крупных молекул на более мелкие молекулы, тогда как дыхание является процессом окислительного катаболизма простых Сахаров, глицерина, жирных кислот и дезаминированных аминокислот, в результате которого происходит освобождение жизненно необходимой химической энергии. Эта энергия используется для пополнения запасов аденозинтри- фосфата (АТФ), который является непосредственным донором (источником) 5 клеточной энергии, универсальной энергетической «валютой» в биологических системах. Пополнение запасов АТФ обеспечивается реакцией фосфата (Ф) с аденозиндифосфатом (АДФ), а именно: АДФ + Ф + энергия ® АТФ Когда АТФ разлагается на АДФ и фосфат, энергия клетки освобождается и используется для работы в клетке. АТФ представляет собой нуклеотид, состоящий из остатков аденина, рибозы и трифосфата (трифосфатных групп), тогда как аденозиндифосфат (АДФ) имеет лишь две фосфатные группы. Богатство АТФ энергией определяется тем, что его трифосфатный компонент содержит две фос-фоангидридные связи. Энергия АТФ превышает энергию АДФ на 7000 ккал/моль. Этой энергией обеспечиваются все биосинтетические реакции в клетке в результате гидролиза АТФ до АДФ и неорганического фосфата. Итак, цикл АТФ-АДФ является основным механизмом обмена энергии в живых системах. К живым системам применимы два закона термодинамики. В соответствии с первым законом термодинамики (законом сохранения энергии) энергия на протяжении химических и физических процессов не создается, не исчезает, а просто переходит из одной формы в другую, пригодную в той или иной мере для выполнения работы, т. е. использование энергии для выполнения какой-либо работы или переход энергии из одной формы в другую не сопровождается изменением (уменьшением или увеличением) общего количества энергии. Имея в виду глобальные категории, можно сказать, что вопреки любым физическим или химическим изменениям во Вселенной, количество энергии в ней останется неизменным. В соответствии со вторым законом термодинамики физические и химические процессы протекают в направлении необратимого перехода полезной энергии в хаотическую, неупорядоченную форму и установления равновесия между упорядоченным состоянием и хаотическим, неупорядоченным. По мере приближения к установлению равновесия между упорядоченностью и неупорядоченностью и к остановке процесса 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 8 «топлива» (глюкозы и жирных кислот), в процессе которых происходит перенос электронов от одного соединения (окисление) к другому (восстановление). С окислительно-восстановительными реакциями сопряжено фосфорилирование. Эти реакции протекают как при фотосинтезе, так и дыхании. Организм — открытая саморегулирующая система, она поддерживает и реплицирует себя посредством использования энергии, заключенной в пище, либо генерируемой Солнцем. Непрерывно поглощая энергию и вещества, жизнь не «стремится» к равновесию между упорядоченностью и неупорядоченностью, между высокой молекулярной оранизацией и дезорганизацией. Напротив, для живых существ характерна упорядоченность как в их структуре и функциях, так и в превращении и использовании энергии. Таким образом, сохраняя внутреннюю упорядоченность, но получая свободную энергию с солнечным светом или пищей, живые оранизмы возвращают в среду эквивалентное количество энергии, но в менее полезной форме, в основном в виде тепла, которое, рассеиваясь, уходит во Вселенную. Процессы обмена веществ и энергии подвержены регуляции, причем существует множество регулирующих механизмов. Главнейшим механизмом регуляции метаболизма является контроль количества ферментов. К числу регулирующих механизмов относят также контроль скорости расщепления субстрата ферментами, а также контроль каталитической активности ферментов. Метаболизм подвержен так называемому обратному аллостерическому контролю, заключающемуся в том, что во многих биосинтетических путях первая реакция может быть ингибирована (подавлена) конечным продуктом. Можно сказать, что такое ингибирование происходит по принципу обратной связи. В регуляции обмена веществ и энергии имеет значение и то, что метаболические пути синтеза и распада почти всегда разобщены, причем у эукариотов это разобщение усиливается компартментализацией клеток. Например, местом окисления жирных кислот в клетках являются митохондрии, тогда как их 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. |