 |
Обмен веществ и энергии (1)
|
|
|
|
План.
1. Понятие об обмене веществ и энергии (ассимиляция и диссимиляция).
2. Обмен белков. Азотистый обмен, азотистое равновесие.
3. Обмен аминокислот, роль печени в белковом обмене.
4. Регуляция белкового обмена и биосинтез белков.
¨ 1. Понятие об обмене веществ и энергии.
¨ Жизнедеятельность организма тесно связана с поступлением и выделением продуктов обмена веществ. При распаде питательных веществ выделяется энергия, обеспечивающая жизнедеятельность.
¨ Определенная последовательность химических реакций, обеспечивающих превращение питательных веществ в необходимые организму компоненты, называется метаболизмом, а образующиеся промежуточные или конечные продукты — метаболитами.
¨ Обмен веществ состоит из двух основных процессов:
¨ 1. Ассимиляция или анаболизм – синтез сложных веществ из более простых;
¨ 2. Диссимиляция или катаболизм – распад сложных веществ на более простые.
¨ Обмен веществ протекает в 3 этапа:
¨ 1. Поступление питательных веществ в организм;
¨ 2. Усвоение и использование поступивших питательных веществ в организм;
¨ 3. Выведение продуктов распада через органы выделения (почки, ЖКТ, кожа).
¨ Метаболизм (схема)
¨ Анаболизм
¨ Биосинтез
¨ Небольшие —> Большие молекулы
¨ Энергия поглощается (∆Н+)
¨ Неупорядоченность уменьшается
¨ Часто имеет восстановительный характер
¨ Примеры:
Глюконеогенез
¨ Синтез жиров
¨ Синтез белков
Катаболизм
¨ Распад
¨ Большие —> Небольшие молекулы
¨ Энергия освобождается (∆Нˉ)
¨ Неупорядоченность возрастает
¨ Часто имеет окислительный характер
Примеры:
Гликолиз
¨ Липолиз
¨ Протеолиз
¨ Роль обмена веществ:
|
|
|
¨ 1. Пластическая – из поступивших простых веществ синтезируются все ткани, ферменты, биологические жидкости;
¨ 2. Энергетическая – при расщеплении сложных питательных веществ выделяется энергия.
¨ Виды обмена веществ:
¨ 1. Общий – протекает в обычных условиях существования организма;
¨ 2. Основной – протекает в условиях покоя и натощак;
¨ 3. Промежуточный – протекает на уровне клеток и подразделяется на: белковый;углеводный;жировой;водно-минеральный (регуляторная функция).
¨ Для изучения промежуточного обмена используют:
¨ 1) общие физиологические методы - метод изолированных органов, ангиостомию, биопсию;
¨ 2) специальные - метод меченых атомов, основанный на использовании соединений, в молекулы которых включены атомы тяжелых или радиоактивных изотопов биоэлементов, которые вводят в организм, и используя радиометрические или масс-спектрометрические методы анализа проб тканей и экскретов, прослеживают за судьбой элемента или соединения в организме, его участием в метаболических процессах.
2. Обмен белков. Азотистое равновесие.
¨ Белки – сложные полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. В составе белков – 20 аминокислот.
¨ Аминокислоты – сложные органические соединения, которые проявляют как щелочные, так и кислотные свойства. Аминокислоты соединяются между собой пептидной цепочкой NH-CO. Для каждого вида белка характерна определенная последовательность расположения аминокислот.
¨ Различают 4 структуры белковой молекулы:
¨ первичная – линейное расположение аминокислот;
¨ вторичная – в виде спирали;
¨ третичная – в виде клубочка;
¨ четвертичная – при присоединении др. химических веществ.
¨ По сложности строения различают белки:
¨ 1. Простые – в основном первичной структуры - альбумины, глобулины.
¨ 2. Сложные – соединения белков с другими химическими элементами – нуклеопротеиды, липопротеиды, глюкопротеиды, фосфопротеиды и др.
|
|
|
¨ В желудке белки расщепляются пепсином до полипептидов, в кишечнике трипсином до аминокислот и пептидов.
¨ Различают аминокислоты:
¨ 1. Заменимые – синтезируются в организме (в печени) – серин, пролин, гидроксипролин, аланин, глютаминовая, аспарагиновая кислота, глицин,тирозин, цистеин, цистин.
¨ 2. Незаменимые – не синтезируются в организме, должны поступать с кормом – лизин, триптофан, фенилаланин, метионин, треонин, лейцин, изолейцин, аргинин, гистидин, валин.
¨ Например: метионин принимает участие в метилировании и образовании холина (участвует в деятельности нервной системы) и креатинина (участвует в обмене энергии), фенилаланин – участвует в синтезе адреналина и тироксина (с тирозином), аргинин – способствует образованию мочевины (обеззараживает аммиак) и т.д.
¨ Белки бывают животного и растительного происхождения. Животные белки наиболее ценны и необходимы для роста и развития организма, особенно в период лактации, беременности, растущего организма.
¨ У жвачных некоторые незаменимые аминокислоты и витамины синтезируются в рубце, включаются в белки микрофлоры и используются организмом (400-450 г белка).
¨ Если учесть, что большое количество белка расходуется на образование молока, то те аминокислоты, которые синтезируются, не покрывают всего расхода аминокислот, соответственно должны поступать в организм извне.
¨ Азотистый обмен — это совокупность пластических и энергетических процессов превращений белков, аминокислот и других азотсодержащих веществ (амидов, пептидов, промежуточных и конечных продуктов распада аминокислот) в организме животных. Включает:
¨ 1) ферментативное расщепление белков и др. азотсодержащих соединений в пищеварительном тракте;
¨ 2) превращение азотистых продуктов (всосавшихся или эндогенных) в тканях организма, приводящее к синтезу специфических тканевых белков и биологически активных веществ;
¨ 3) взаимодействие аминокислот между собой и с метаболитами углеводного и липидного обмена;
¨ 4) расщепление тканевых белков;
¨ 5) образование конечных продуктов распада и выведение из организма.
|
|
|
¨ Белковый или азотистый баланс.
¨ Учет расхода белка в организме проводят по количеству поступившего и выделившегося азота.
¨ Баланс азота — это разница между количеством азота, принятым с кормом за сутки и выделенным из организма с экскретами и продуктами.
¨ Баланс N = N корма — (N фекалий + N мочи + (N молока при лактации)).
¨ В 1 молекуле белка 16% азота.
¨ В 100 г белка – 16 г азота.
¨ 100: 16 = 6,25 г белка эквивалентно 1 г азота.
¨ Положительный азотистый баланс – когда поступает в организм азота с кормом больше, чем выделяется (белок усваивается). Это бывает в период роста животных, при вынашивании плода, при восстановлении после вынужденного голодания, при использовании анаболических препаратов, в частности андрогенов.
¨ Отрицательный азотистый баланс – когда выделяется из организма азота больше, чем поступает с кормом. Указывает на преобладание распада тканевого белка, наблюдается при голодании, недостаточном белковом питании, дефиците незаменимых аминокислот в рационе или их дисбалансе, недостатке витаминов и минеральных веществ, необходимых для использования протеина, в начальный период лактации, сразу после отела или опороса.
¨ Сбалансированный азотистый баланс или азотистое равновесие – равное количество поступившего и выделившегося из организма азота. Это нормальное физиологическое состояние взрослого животного, закончившего рост и содержащегося на сбалансированном рационе.
¨ Белковый минимум – минимальное количество белка, которое необходимо организму для сохранения азотистого равновесия. У свиней и МРС он составляет 1 г белка на 1 кг живой массы в сутки, у КРС и лошадей – 0,7-0,8 г/кг. У растущих и работающих животных эти показатели примерно в 2-3 раза выше. Кормить животное на уровне белкового минимума длительное время нельзя, так как это может отрицательно сказаться на развитии потомства.
¨ Резкий и длительный дефицит белка приводит к снижению массы тела и отрицательному азотистому балансу вследствие расхода собственных белков - крови, печени (кроме ферментов), скелетных мышц. У молодняка наблюдается отставание в росте и развитии, трудноустранимое в последующие периоды.
|
|
|
¨ Специфическое динамическое свойство белка заключается в том, что при повышенном потреблении белка обмен веществ увеличивается до 30%. Избыток белка в рационе ведет к его непроизводительной трате, поскольку значительная часть аминокислот дезаминируется и используется в энергетических целях. Вследствие усиленного распада кетогенных аминокислот, а также неполного окисления жирных кислот в тканях и крови увеличивается содержание кетоновых тел. Возникают ацидоз, аутоинтоксикация, падает продуктивность. Особенно резкие изменения наступают при избытке белка и одновременном дефиците углеводов.
¨ Введение животному чужеродного белка парентерально (т.е. минуя ЖКТ) вызывает сильную реакцию организма в виде озноба, повышения температуры, угнетения функций. Белок, являясь антигеном, вызывает активизацию иммунной системы, выработку антител и повышение чувствительности к антигену (сенсибилизацию). Повторное введение того же белка может вызвать анафилактический шок, проявляющийся комплексом патологических реакций (падение кровяного давления, бронхоспазм, застой крови в печени или легких), вплоть до паралича сосудодвигательного или дыхательного центра.
¨ Особенности азотистого обмена у жвачных.
¨ Около 60% азота корма переваривается в преджелудках с участием микрофлоры.
¨ Источники поступления аминокислот в организм на уровне кишечника:
¨ а) белки, пептиды и аминокислоты корма, прошедшие преджелудки без деградации;
¨ б) микробная биомасса, синтезированная в рубце (главный источник);
¨ в) эндогенный белок, секретированный в просвет желудка и кишечника или поступивший со спущенным эпителием.
¨ Румено-гепатическая циркуляция аммиака и его реутилизация микрофлорой и тканями:
¨ - Белок синтезируется дважды - в рубце из аммиака и аминокислот и в тканях из аминокислот.
¨ - Дважды образуется и аммиак — в рубце при распаде белков и в тканях при дезаминировании аминокислот.
¨ Жвачные малозависимы от аминокислотного состава рациона, поскольку синтез аминокислот (включая незаменимые) осуществляется микрофлорой рубца (кроме высокопродуктивных коров). Лимитирующими могут быть метионин, гистидин, триптофан.
¨ 3. Обмен аминокислот, роль печени в белковом обмене.
¨ Аминокислоты всасываются в кровь 95% и 5% в лимфу. В слизистой кишечника происходит синтез белка из аминокислот, формирующих слизь, ферменты, клетки кишечного эпителия. С кровью аминокислоты переносятся в печень и ткани. В клетках ткани синтезируется белок, свойственный данному организму. В синтезе белка участвуют нуклеиновые кислоты ДНК и РНК. Некоторые аминокислоты участвуют в синтезе биологически активных веществ – гормонов, ферментов, медиаторов.
|
|
|
¨ Дезаминирование – отщепление аминной группы NH2.
¨ Трансаминирование – переход NH2 от одной аминокислоты к другой.
¨ Декарбоксилирование – отщепление карбоксильной группы СОН.
¨ В связывании аммиака участвует угольная кислота, АТФ, глутаминовая кислота, аспорагиновая кислота и др.
¨ Роль печени в белковом обмене.
¨ 1. Через печень проходят все аминокислоты.
¨ 2. Происходит распад углеродного скелета аминокислот.
¨ 3. Способствует глюкогенезу.
¨ 4. Образуются заменимые аминокислоты.
¨ 5. Обеззараживание аммиака и др. ядовитых веществ.
¨ Аминокислотный состав белка определяет его питательную ценность. Биологически полноценным является белок, состав которого обеспечивает потребность организма во всех аминокислотах при данном физиологическом состоянии. К таким белкам относятся белки яиц, молока, рыбы, мяса.
¨ Растительные белки в большинстве своем неполноценны, что объясняется сравнительно низким содержанием в них некоторых незаменимых аминокислот. Так, белок злаковых культур беден лизином, кукурузы - лизином и триптофаном, бобовых - метионином. Аминокислоту, недостаток которой вызывает нарушение синтеза белка организма, называют лимитирующей.
¨ В практических условиях лимитирующими аминокислотами являются метионин и лизин, иногда триптофан и гистидин. В питании животных полноценность рациона достигается либо сочетанием кормов, дополняющих друг друга по аминокислотам (например, кукуруза + соя), либо добавлением соответствующих синтетических аминокислот. Перспективна также селекция растений по показателям полноценности протеина.
¨ 4. Регуляция белкового обмена и биосинтез белков.
¨ Нервная регуляция. В гипоталамусе – центры белкового обмена. Нарушение его функции приводит к выведению азота с мочой и истощению.
¨ Гормональная регуляция.
¨ Щитовидная железа – при избытке тироксина усиливается белковый обмен – происходит распад белка, повышение температуры тела, истощение, отрицательный азотистый баланс. При гипофункции – прекращение роста, снижение половой активности – эндемический зоб.
¨ Надпочечники – минералокортикоиды (корковый слой) – альдостерон, дезоксикортикостерон - усиливают дезаминирование в печени и почках. Глюкокортикостероиды – кортизол, кортизон, лактизол – способствуют более активному распаду белков.
¨ Соматотропный гормон гипофиза сдерживает распад белков, активизирует их синтез.
¨ Синтез белка.
¨ Включает 3 стадии:
¨ а) активирование аминокислот при участии АТФ, с образованием комплексов - аминоациладенилатов;
¨ б) связывание этих комплексов с РНК и перенос их к рибосомам;
¨ в) синтез полипептидных цепей белков на рибосомах по матрице иРНК согласно генетическому коду.
Лекция 27.
|
|
|
