реферат по физкультуре. Сущность обмена веществ и энергии
 Скачать 20.83 Kb.
|
|
Введение Жизнь связана с непрерывным расходом энергии, которая необходима для функционирования организма: с точки зрения термодинамики живые организмы относятся к открытым системам, так как для своего существования они постоянно обмениваются веществами и энергией с внешней средой. Источником энергии человека являются химические превращения органических веществ, поступающих из окружающей среды. Превращение этих веществ в простые приводит к высвобождению энергии, содержащейся в химических связях. Потребности человека в питании достаточно однородны: вещества необходимы для обмена энергией (белки, жиры, углеводы), вещества для построения сложных белковых молекул и кислотных структур (аминокислоты, пурины, липиды, углеводы), специальные метаболические катализаторы (витамины), неорганические ионы. и универсальный биологический растворитель - вода. Построение и обновление тканей тела, а также обеспечение энергетических затрат организма должны обеспечиваться адекватным питанием, которое должно включать в себя все необходимые для тела вещества в правильных пропорциях. Это обеспечит высокую работоспособность, что очень важно при тренировках. Нарушения обмена веществ приводят к серьезным последствиям для всего организма. Сущность обмена веществ и энергии Какими бы разнообразными ни были формы проявления жизни, они всегда неразрывно связаны с преобразованием энергии. Энергетический обмен - это свойство, присущее каждой живой клетке. Богатые энергией питательные вещества абсорбируются и химически преобразуются, а продукты метаболизма с более низким содержанием энергии выделяются из клетки. Согласно первому закону термодинамики энергия не исчезает и не возникает снова. Организмы должны получать энергию в доступной для них форме из окружающей среды и возвращать соответствующее количество энергии в окружающую среду в форме, менее пригодной для дальнейшего использования. Около века назад французский физиолог Клод Бернар установил, что живой организм и окружающая среда образуют единую систему, поскольку между ними происходит непрерывный обмен веществами и энергией. Нормальное функционирование организма поддерживается за счет регулирования внутренних компонентов, что требует затрат энергии. Использование химической энергии в организме называется энергетическим обменом: именно он служит индикатором общего состояния и физиологического состояния организма. Метаболические процессы делятся на две группы: ассимиляция и диссимиляция. Ассимиляция - это совокупность процессов создания живой материи, диссимиляция - это распад живой материи. Диссимиляция позволяет удалить элементы ткани, чтобы заменить их новыми, а также высвободить энергию для совершения жизненных действий. Обмен веществ и, в то же время, жизнь поддерживается только тогда, когда процессы диссимиляции уравновешиваются процессами ассимиляции. Это равновесие динамически изменчиво. Напряженные действия жизни, такие как работа с мышцами, требуют высвобождения энергии в больших количествах. Следовательно, в это время преобладают процессы диссимиляции. После окончания физических нагрузок необходимо восстановить израсходованные ресурсы. Для этого метаболизм сдвинут в сторону ассимиляционных процессов. В период роста ребенка преобладают ассимиляционные процессы. По мере старения они отстают по интенсивности от процессов диссимиляции. Процессы ассимиляции и диссимиляции тесно связаны друг с другом. Для эффективной мобилизации запасов энергии за счет распада богатых энергией веществ (диссимиляция) требуется синтез новых молекул фермента (ассимиляция). Для реализации процессов синтеза сложных соединений в организме (ассимиляции) необходимо высвобождение энергии за счет распада богатых энергией веществ (диссимиляция). Метаболизм часто обозначается термином метаболизм, процессы ассимиляции - анаболизмом, а процессы диссимиляции - катаболизмом. Однако следует иметь в виду, что этими терминами уместно обозначать только те метаболические процессы, которые происходят внутри организма, а не процессы взаимодействия организма с внешней средой. Та часть процессов анаболизма, которая заключается в синтезе нуклеиновых кислот и белков с образованием клеточных структур и ферментов, называется пластическими процессами. Метаболические процессы, обеспечивающие снабжение клеток энергией для выполнения жизненных действий, называются энергетическими процессами. В основном они относятся к процессам катаболизма, поскольку большое значение среди них имеет расщепление богатых энергией веществ. Но в эту группу входят также процессы ресинтеза одних богатых энергией веществ за счет расщепления других. Любой акт жизнедеятельности организма или отдельных его клеток может осуществляться только при энергетической и пластической поддержке. Энергетическая поддержка функций заключается в соответствующем усилении энергетических процессов и, следовательно, в производстве необходимой энергии. Пластическая поддержка функций включает процессы синтеза структурных белков и ферментов, которые обеспечивают эффективность структур, выполняющих функцию, и способность контролировать биохимические процессы, лежащие в основе выполнения физиологической функции. Чтобы отличить внешний метаболизм от внутреннего, последний принято называть повседневным обменом. При изучении внешнего метаболизма внешний вид и количество поступающих веществ связаны с конечными продуктами. Сущность повседневного метаболизма заключается в разнообразных преобразованиях веществ, поступающих и выходящих в клетки. Повседневный обмен условно делится на обмен белков, углеводов, жиров и минералов. Обмен веществ в организме проходит в несколько этапов. На первом этапе высокомолекулярные белки, липиды и полисахариды расщепляются на низкомолекулярные соединения, которые беспрепятственно проходят в кровь и лимфу через стенки желудочно-кишечного тракта. Всасывание белков происходит после их предварительного расщепления на пептиды, аминокислоты, нуклеотиды и нуклеозиды. Жиры предварительно расщепляются на жирные кислоты и глицерин, высокомолекулярные сахара - на глюкозу, фруктозу и галактозу. Преобразование энергетических веществ в организме с момента их попадания в клетку характеризует вторую стадию - стадию повседневного обмена веществ. В процессе повседневного метаболизма ацетилкофермент - А, b - кетоглутаровая и щавелевоуксусная кислоты образуются из большинства продуктов первой стадии метаболизма. Эти вещества подвергаются окислению в цикле лимонной кислоты. В результате окислительных процессов высвобождается энергия, запасенная в высокоэнергетических связях аденозинтрифосфорной кислоты. Завершающий этап метаболизма - выведение продуктов неполного распада с мочой, потом, выведение сальных желез. В процессе обмена веществ, клеточные структуры будут сформированы и выделяется энергия. Эти две стороны обмена действуют в единстве. Обмен веществ и энергия в организме регулируются нервными и гуморальными путями. Регулирование, осуществляемое нервной системой, которая играет особенно большую роль в этом процессе, происходит путем прямой посылки эфферентных нервных импульсов к тканям через эндокринные железы, гормоны которых влияют на уровень метаболизма и энергии. Условные рефлексы имеют большое значение в изменении обмена веществ, обеспечивая адаптацию организма к различным условиям жизни. Индифферентные раздражители после многократного сочетания с факторами, влияющими на обмен веществ и энергию, могут условнорефлекторно изменить ее в желаемом направлении. Обмен белков и его регуляция Белки - основная часть живой протоплазмы. В сухом остатке тканей, полученном после удаления воды, содержание белка достигает 60 - 80%. Это связано с тем, что все тканевые структуры построены из белков. Таким образом, пластическая роль в организме принадлежит в первую очередь белкам. Белки отличаются сложной структурой и высокой химической активностью. Они могут участвовать в разных биохимических реакциях. Следовательно, белки способны выполнять в организме и другие функции, помимо пластических: белки обеспечивают поддержание обмена веществ, воспроизводство структур, осуществляющих обменные процессы; белки - один из основных строительных материалов тканевых структур; большая группа специфических белков - ферментов - биокатализаторов биохимических реакций в организме; некоторые гормоны имеют белковую структуру; белковые структуры участвуют в обеспечении в тканях возникновения и распространения возбуждения; осуществлять сокращение мышц в результате взаимодействия белков миозина и актина, а также тропонина и трипомиозина; сложный белок - гемоглобин выполняет функцию транспорта кислорода в крови, в мышечной ткани есть аналогичный белок - миоглобин; в свертывании крови большое значение имеет фибриноген плазмы крови; белки плазмы крови транспортируют гормоны, витамины и ряд других веществ, образуя с ними комплексные соединения; Белки плазмы крови обеспечивают оноктическое давление (при белковом голодании оноктическое давление снижается, в результате чего происходит переход жидкой части плазмы в ткани (голодный отек); белки действуют как буферные системы; группа специфических белков (антитела и др.) Выполняет защитные функции; специфические белки, присутствующие в тканях, являются рецепторами гормонов и некоторых других биологически активных веществ, молекулы гормонов образуют сложные соединения с этими рецепторными белками, что необходимо гормону для влияния на метаболические процессы; В передаче наследственности, а точнее в экспрессии генов, белковые соединения (нуклеопротеины) играют важную роль; белки имеют определенную ценность, а также являются источником энергии (при окислении 1 г белка выделяется 5,3 ккал. Но азотистые продукты распада белка (мочевина, аммиак и т. д.) Не подвергаются дальнейшему окислению в организме. Следовательно, когда в организме окисляется 1 г белка, выделяется столько же энергии, сколько при окислении 1 г углеводов, т.е. 4,1 ккал). Белки, входящие в состав тела, постоянно обновляются. Устаревшие элементы и конструктивные элементы разделяются и заменяются новыми. Например, у человека ежедневно вырабатывается 25 г белков печени, 20 г белков плазмы и 8 г гемоглобина. А за полгода жизни обновляется половина структурных белков человеческого тела. В состав белков входят аминокислоты - строительные блоки белкового тела. Они делятся на сменные и незаменимые. Аминокислотный состав пищевых белков неодинаков. Если они не содержат незаменимых аминокислот (лейцин, изолейцин, валин, метионин, треонин, триптофан, лизин, фенилоланин), то в организме нарушается синтез белка, и появляются нарушения жизнедеятельности. Незаменимые аминокислоты синтезируются в организме из продуктов распада белков и поэтому могут отсутствовать в пище. Из 20 известных аминокислот 12 незаменимы для человека. Биологическая ценность белка также меняется в зависимости от аминокислотного состава. Наиболее ценны белки животного происхождения. Белки пшеницы, ячменя и кукурузы имеют низкую биологическую ценность. Белки, которые попадают в пищеварительный тракт с пищей, расщепляются в тонком кишечнике до аминокислот. Освободившиеся аминокислоты всасываются в капиллярные сосуды стенок кишечника и попадают в печень с кровью через воротную вену. Некоторые аминокислоты, попадающие в печень, подвергаются дезаминированию и трансаминированию. Дезаминирование - это процесс удаления аминогруппы из аминокислот и образования конечных продуктов белкового обмена. Безазотный аминокислотный остаток может быть преобразован в углеводы или жиры, а также может быть окислен с образованием воды и углекислого газа. Конечными продуктами распада белка являются азотсодержащий аммиак, мочевина, мочевая кислота и креатинин. Их содержание в крови в сумме определяется как остаточный азот. Его нормальная концентрация в плазме крови составляет 25-35 мг%. Конечные продукты распада белка выводятся из организма с мочой и частично с потом. Процессы дезаминирования и трансаминирования обеспечивают синтез определенных аминокислот и белков. Поскольку каждый белок в организме имеет свой собственный специфический состав аминокислот, то в зависимости от того, какие белки необходимо синтезировать в данный момент времени, запросы на разные аминокислоты также меняются. Часть аминокислот используется в печени для синтеза собственных структурных белков и ферментов. Синтез белков плазмы также происходит в печени. Другая часть аминокислот переносится кровью из печени в другие ткани для синтеза тканевых белков и ферментов и для создания клеточного аминокислотного резерва. Синтез клеточных белковых структур происходит под контролем ядерной ДНК. Программа биосинтеза, удаленная из ДНК матричной РНК, переносится в цитоплазму, где осуществляется построение белков, специфичных для организма. Энергетический потенциал аминокислот высвобождается в цикле трикарбоновых кислот. Основным показателем удовлетворения потребности организма в белках является белковый (азотный) баланс. Азотное равновесие наблюдается, когда потребление белка с пищей компенсирует накопленный, разлагающийся белок. Он характеризует жизнедеятельность здорового человека. Учитывая, что азот содержится в основном в белках, можно рассчитать белковый (азотистый) баланс по его содержанию в переваренной пище (среднее значение азота в белке около 16%) и в продуктах выделения (пот и моча). При отрицательном балансе азота с мочой выводится больше азота, чем потребляется с пищей. Происходит прогрессирующее истощение, разрушение белковых структур клеток. После болезни, а также при интенсивной мышечной работе в организме происходят интенсивные пластические процессы. Существует задержка (задержка) азота в организме, что характеризует положительный азотный баланс. Нормальная жизнедеятельность организма возможна только при азотистом равновесии или положительном азотистом балансе. Обмен белков в организме регулируется нервными центрами, расположенными в подклубневой области промежуточного мозга. При экспериментальном повреждении у животных некоторых ядер этой части мозга происходит усиление белкового обмена, его баланс становится отрицательным, в результате чего происходит резкое истощение. Нервная система влияет на метаболизм белков через гормоны щитовидной железы, передней доли гипофиза (саматотропный гормон) и других эндокринных желез. Обмен белков играет важную роль в пластическом поддержании мышечной активности. Наряду с этим белки также участвуют в энергоснабжении мышечной работы. Однако роль белков как источника энергии незначительна по сравнению с ценностью углеводов и жиров. Основная роль белков состоит в том, что ферментные белки регулируют интенсивность энергетических процессов. Безазотные продукты распада белка (безазотный аминокислотный остаток) могут служить субстратом для окислительных процессов или использоваться в печени для синтеза гликогена и жирных кислот. Во время интенсивной, продолжительной работы мышц расщепление белков усиливается. Это связано с мобилизацией белковых ресурсов организма. Он заключается в усиленном высвобождении свободных аминокислот из лимфоидной и мышечной тканей. Эти аминокислоты подвергаются трансаминированию в печени по нужным направлениям и используются для синтеза ферментов. Благодаря этому увеличиваются возможности адаптивных изменений энергии и других метаболических процессов. Синтез белка требует очень значительных затрат энергии. Во время работы используются энергетические возможности мышечных клеток для выполнения сокращений. Следовательно, в это время синтез белков в мышцах подавлен. В то же время не только мышцы, но и лимфоидные ткани отдают свои аминокислотные ресурсы для синтетических процессов в фабрике ферментов - печени. |