Обмен веществ и энергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обмен веществ и энергии

обмен белок углевод жир

Обмен веществ включает в себя: 1) поступление в организм из внешней среды различных веществ; 2) усвоение и изменение их; 3) выделение конечных продуктов распада.

Обмен веществ представляет собой единство двух взаимосвязанных, но противоположных процессов: ассимиляции и диссимиляции.

Ассимиляцией (анаболизмом) называют сумму процессов усвоения организмом питательных веществ, поступающих с кормом из внешней среды, образования более сложных химических соединений из более простых. Ассимиляция - это процесс образования новой живой материи.

Питательные вещества корма ассимилируются и становятся белками, жирами и углеводами, присущими данному организму, его строительными материалами и энергетическими ресурсам.

Диссимиляция (катаболизм) - процесс распада сложных органических веществ, сопровождающийся освобождением большого количества энергии. При этом образуются конечные продукты распада, которые удаляются из организма или обезвреживаются. У молодых особей преобладает ассимиляция, у старых Ї диссимиляция.

Для изучения обмена веществ в организме или в отдельных органах, используют самые разнообразные методы, такие как:

Метод балансовых опытов (балансовый) заключается в подсчете количества поступающего в организм корма и количества образующихся конечных продуктов его превращения, выделяющихся из организма. Например, определив количество азота, поступающего в организм животного с белками, можно установить баланс азота, выделяющегося с мочой, калом и потом.

Метод изолированных органов. Такие органы в течение некоторого времени способны сохранять свою жизненную активность и использовать для своей деятельности питательные вещества, пропускаемые через кровеносные сосуды.

Метод ангиостомии, разработанный русским ученым Е.С. Лондоном в 1916 г., основан на получении крови из глубоко лежащих сосудов при проведении различных экспериментов в течение длительного времени.

Метод катетеризации кровеносных сосудов.

Метод меченных атомов. В кровоток вводятся атомы йода - 131, азота-15, углерода-14, водорода с кормом или непосредственно в желудок и прослеживается путь их следования.

Обмен белков и его регуляция

Особое значение для животного организма имеют белки. Белок Ї основа живой протоплазмы. Примерно 20% массы тела животного приходится на белки. Основными функциями белка в обменных процессах являются пластическая и энергетическая.

Кроме того, белки участвуют:

В сокращении мышц;

В дыхании;

В свертывании крови;

В ферментативных реакциях;

Большинство гормонов являются белками;

Родопсин сетчатки глаза (обеспечивает зрение);

В защитных реакциях.

Синтез и распад белка идет непрерывно. В тех случаях, когда белки используются для энергетических целей, происходит их дезаминирование. При этом из аминогруппы образуется мочевина, которая удаляется из организма, а безазотистый остаток превращается в углеводы и используется на энергетические цели.

Биологическая ценность белков зависит от аминокислотного состава. В состав животных белков входят 20 аминокислот в различных сочетаниях, всего их в тканях обнаружено более 100. Молекулы белка содержат от нескольких десятков до десятков тысяч аминокислотных остатков. Из 20 исходных аминокислот может быть построено бесчисленное количество белков.

Различают:

1. Аминокислоты незаменимые, которые не синтезируются в организме;

2. Частично заменимые;

3. Заменимые, которые синтезируются из других аминокислот в организме.

К незаменимым аминокислотам относятся: валин, лейцин, изолейцин, метионин, триптофан, фенилаланин, лизин, треонин.

К частично заменимым Ї аргинин, гистидин, цистеин и тирозин.

К заменимым - аланин, аспарагин, глутанин, глицин, пролин, серии, аспарагиновая и глутаминовая кислоты.

В зависимости от аминокислотного состава различают полноценные и неполноценные белки. Полноценные белки являются белками животного происхождения (мясо, молоко, яйца), они содержат все незаменимые аминокислоты. В большинстве же белков растительных кормов (рожь, кукуруза, пшеница, овес) отсутствуют 1-2 незаменимые аминокислоты. Такие белки являются неполноценными.

Длительный недостаток белка в рационе вызывает значительные нарушения многих функций организма. К недостатку белка, особенно чувствителен молодняк жвачных животных, в то время как взрослые животные покрывают его, за счет микробиального белка. Поэтому при составлении рациона для сельскохозяйственных животных и птицы необходимо учитывать их потребность в аминокислотах и содержание последних в кормах.

О белковом обмене можно судить по азотистому балансу Ї это соотношение количества азота, поступившего в организм с кормом и выделенного из организма с молоком, калом, мочой и потом.

Усвоенный организмом азот определяется по разнице азота, поступившего с кормом и выделенного из организма с каловыми массами.

Количество распавшегося белка в организме определяют по содержанию азота в моче и поте. Принято считать, что в белке содержится примерно 16% азота. Определяя содержание азота в кормах и выделенное его количество с калом, мочой и потом, устанавливается азотистый баланс.

Различают: положительный азотистый баланс, когда в организм с белком поступает азота больше, чем его выделяется из организма. Он наблюдается у растущих животных, после болезни, у овец после стрижки, лактирующих животных. Отрицательный баланс Ї когда количество азота с белком поступает в организм меньше, чем выделяется. Наблюдается при голодании, болезнях, старении.

Азотистое равновесие Ї это когда количество азота, поступившего с белками равно количеству азота, выделенного из организма. Наблюдается у взрослых, здоровых животных.

То минимальное количество белка, которое необходимо для поддержания азотистого равновесия, называется белковым минимумом. Он составляет: для овец и свиней - 1г/кг массы тела, лошадей - 0,7 г/кг, у рабочих лошадей - до 1г/кг, крупного рогатого скота - 0,6-0,7, у лактирующих коров - 1-1,4 в зависимости от продуктивности. У человека - 1 г/кг массы тела.

Обмен аминокислот

После всасывания в кровь и частично в лимфу аминокислоты в организме животного претерпевают ряд превращений. Во-первых, происходит синтез белков, направленный на восполнение физиологических затрат их в результате жизнедеятельности. Белок органов и тканей имеет присущий для данного вида животного, даже индивидуума, аминокислотный состав. Поэтому для синтеза различных тканевых белков необходим вполне определенный набор незаменимых аминокислот. При отсутствии хотя бы одной незаменимой аминокислоты биосинтез белка не осуществляется. Часть свободных аминокислот затрачивается на синтез биологически важных веществ - гормонов, ферментов и других активных соединений. Другая часть, подвергаясь необратимому окислительному процессу, используется в качестве энергетического материала с образованием конечных продуктов - аммиака, углекислого газа и воды.

Регуляция белкового обмена

Регулируется белковый обмен центральной нервной системой и гуморальными веществами.

В гипоталамической области промежуточного мозга находятся специальные центры, регулирующие белковый обмен. На белковый обмен оказывает влияние и кора больших полушарий. Из желез внутренней секреции в регуляции участвуют щитовидная железа, надпочечники, гипофиз.

Углеводный обмен

Углеводы в организме имеют значение энергетического материала. Их роль в энергетике организма обусловлена быстротой распада углеводов и окисления, и тем, что они быстро извлекаются из депо и могут быть использованы, когда организм нуждается в дополнительной энергии.

Кроме энергетической функции, которая является основной, углеводы выполняют другие многообразные функции, такие как:

Ї соединяясь с белками и липидами образуют структурные компоненты клеток и их оболочек;

Ї рибоза и дезоксирибоза играют важную роль в качестве составных частей ДНК и РНК и др.

Для жвачных животных основными источниками углеводов является клетчатка. В рубце у них при расщеплении клетчатки образуется глюкоза. Одна часть ее всасывается в кровь, другая - служит пищей для микробов и подвергается дальнейшему распаду с образованием летучих жирных кислот: уксусной, масляной, пропионовой. Всосавшиеся из пищеварительного тракта углеводы через воротную вену поступают в печень, где из них образуется гликоген. Здесь он депонируется и является резервным источником образования глюкозы. Остальная часть глюкозы из печени поступает в большой круг кровообращения и далее в органы и ткани как энергетический материал. Неиспользованная часть глюкозы превращается триглицерин (в жировом депо).

Особенностью углеводного обмена у молодняка жвачных является высокое содержание глюкозы (4,6 - 5,6 ммоль/л) в крови. С возрастом концентрация постепенно снижается.

У моногастричных животных примерно 70% переваренных углеводов корма окисляются в тканях до СО₂ и воды, часть (25-27%) превращаются в жир, и 3-5% используются для синтеза гликогена.

В организме постоянно происходит обмен углеводов. Однако концентрация сахара в крови находится в определенных пределах: у лошадей - 3,1 - 5,0 ммоль/л, у жвачных - 2,8 - 4,8 ммоль/л, у человека - 4,5 - 5,5 ммоль/л, свиней -3,7 - 6,8 ммоль/л.

Увеличение содержания сахара в крови называется гипергликемией, снижение глюкозы в крови - гипогликемией. Избыток сахара в крови выбрасывается с мочой - глюкозурия.

Регуляция обмена углеводов

В регуляции постоянства концентрации сахара в крови главную роль выполняет печень. При избыточном поступлении углеводов в организм в печени происходит накопление гликогена, а при недостаточном поступлении, наоборот, гликоген, в ней распадается до глюкозы. Таким образом, поддерживается нормальное количество сахара.

Постоянство содержания глюкозы в крови, гликогена в печени регулируется нервной системой. На обмен углеводов оказывает влияние кора больших полушарий головного мозга. Доказательством этого является повышение сахара в моче у студентов после трудного экзамена. Центр углеводного обмена находится в гипотоламусе и продолговатом мозге.

Влияние гипоталамуса и коры больших полушарий на углеводный обмен осуществляется преимущественно посредством симпатической нервной системы, которая вызывает усиленную секрецию адреналина надпочечниками.

Большое значение в углеводном обмене имеют железы внутренней секреции - поджелудочная, щитовидная, надпочечники, гипофиз и др., которые под действием ЦНС регулируют ассимиляцию и диссимиляцию углеводов.

Гормон поджелудочной железы инсулин переводит глюкозу в гликоген и тем самым уменьшает количество сахара в крови.

Адреналин и гликогон увеличивают расщепление гликогена в печени, в мышцах, вследствие чего увеличивается содержание сахара в крови.

Следовательно, инсулин - это сахаропонижающий гормон, гликогон - сахароповышающий.

При снижении концентрации сахара в крови возбуждается центр углеводного обмена в гипоталамусе, который дает импульсы поджелудочной железе, и она увеличивает выработку глюкагона до тех пор, пока содержание глюкозы за счет распада гликогена не увеличится до нормального уровня.

Липидный обмен и его регуляция

Физиологическая роль липидов в организме заключается в том, что они входят в состав клеточных структур (пластическое значение липидов) и они используются как богатые источники энергии (энергетическое значение липидов).

Липиды составляют в среднем 10-20% массы тела животных. В основном это триглицериды, содержащие преимущественно насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты. У свиней при сальном откорме, у валухов или волов содержание липидов возрастает до 35-50%, а у курдючных овец масса жира иногда превышает 50% живой массы.

Жиры играют важную роль в регуляции теплового баланса. Плохо проводя тепло, жировой слой ограничивает теплоотдачу. Эластичная жировая ткань в качестве своеобразной подкладки для ряда внутренних органов (почки, сердце) способствует фиксации их в полости тела и служит для защиты от механических воздействий.

К жироподобным веществам относятся фосфатиды, стерины, воски и др. вещества. Основным их представителем является ацетилхолин, которого много в нервных тканях. Синтез фосфатидов происходит из нейтральных жиров, фосфорной кислоты и азотистого основания - холина.

Комплекс липидов с белками получил название липопротеидов. Циркулирующие в крови липопротеиды являются важным резервом жира, так как под влиянием особого фермента - липопротеиновой липазы из жира, входящего в состав липопротеидов, могут освобождаться жирные кислоты.

Стерины представляют собой сложные соединения. К ним относятся гормоны коркового слоя надпочечников, мужские и женские половые гормоны, соли желчных кислот, холестерин и витамин Д.

Жиры в желудочно-кишечном тракте превращаются в глицерин и жирные кислоты. Глицерин, растворяясь в воде, всасывается. Жирные кислоты, соединяясь с желчными кислотами, всасываются, а, соединяясь с глицерином, образуют нейтральный жир - триглицерид.

Прежде чем попасть в кровь или лимфоидный сосуд, этот жир приобретает белковую оболочку и образует хиломикроны разновидность липопротеидов. Хиломикроны попадают в лимфатическое русло, а затем в легкие. В легких имеются особые клетки - гистиоциты, способные захватывать жир. Следовательно, легкие предохраняют артериальную кровь от избыточного поступления жира. В легких жир не только задерживается, но и расщепляется, происходит окисление освободившихся жирных кислот. При этом освободившееся тепло согревает поступивший в легкие холодный воздух.

Неиспользованные жиры откладываются в жировых депо, которыми являются подкожная клетчатка, сальник, брыжейка и др.

Источником жира могут быть углеводы. У крупного рогатого скота источником жира являются ЛЖК.

У молодых (новорожденных) животных бурый жир, выполняет функцию поддержания температурного гомеостаза.

Поскольку основную часть рациона сельскохозяйственных животных составляют целлюлоза и белки, то источником жира в организме, помимо липидов, служат углеводы и белки. Например, из 100 кг крахмала может образоваться 41 кг жира, из такого же количества белка - 51 кг жира. Но жиры корма нельзя целиком заменить углеводами и белками, так как незаменимые жирные кислоты в организме не синтезируются и должны обязательно поступать с кормом.

Регуляция липидного обмена

Обмен липидов, так же как и других веществ, регулируется центральной нервной системой. Центр липидного обмена находится в промежуточном мозге. Регуляция осуществляется как через симпатическую и парасимпатическую систему, так и через железы внутренней секреции. Симпатическая нервная система способствует мобилизации жира. При ее возбуждении возможна убыль жира из жировой ткани и наоборот, слабая возбудимость симпатической нервной системы способствует понижению расщепления жира и приводит к ожирению.

К железам внутренней секреции, через которые нервная система влияет на обмен, относят гипофиз, щитовидную, поджелудочную, половые железы и др.

Водно-солевой обмен

Обмен воды и минеральных веществ тесно связаны между собой. Они не являются энергетическими веществами, но выполняют ряд важных функций. Вода входит в состав каждой клетки живого организма. В теле взрослых животных до 60% воды, у молодых животных ее больше. В тканях головного мозга ее 70-80%, в костях -22%. Основным депо воды в теле животных являются мышцы (около 50%), а также печень, почки и другие внутренние органы.

Значение воды:

1. Участвует в растворении и всасывании питательных веществ.

2. Является средой для химических реакций.

3. Участвует в терморегуляции, осмосе и входит в состав клетки.

В организме не содержится химически чистой воды. Различают 3 вида воды в организме:

Свободную - она является растворителем органических и неорганических соединений.

Связанную - входящую в состав коллоидов.

Внутримолекулярную воду, входящую в состав молекул белков, жиров и углеводов.

Потребность в воде у разных животных неодинакова и зависит от многих факторов, в том числе от кормления.

При концентратном кормлении на 1 кг корма в условиях нормальной температуры коровы потребляют 4-6 л воды; лошади и овцы - 2-3 л; свиньи - 7-8 л.

Вода, поступившая с кормом, всасывается в желудочно-кишечном тракте и через воротную вену поступает в печень, а затем в общий круг кровообращения. Из капилляров она переходит в ткани, которые выделяют воду обратно в кровеносную систему.

Из организма вода выводится с мочой, калом, через легкие и кожу.

Минеральный обмен

Все важнейшие физико-химические процессы в организме происходят при участии минеральных веществ. При полном лишении животных минеральных веществ, т.е. при минеральном голодании, несмотря на поступление в организм всех питательных веществ и воды, наблюдается потеря аппетита, отказ от еды, исхудание и гибель.

Необходимость постоянного поступления минеральных веществ объясняется тем, что организм постоянно теряет их некоторое количество с мочой, потом и калом.

В сравнительно больших количествах в организме содержится макроэлементы: кальций, фосфор, калий, сера, натрий, хлор и относительно небольших магний, йод. В минимальных количествах микроэлементы: железо, медь, марганец, бром, цинк, алюминий и др.

В организме животных имеются все известные химические элементы и их изотопы.

Недостаток тех или других минеральных веществ вызывает нарушение физиологических процессов, что ведет к задержке роста и развития молодняка, снижению продуктивности, возникновению различных заболеваний (рахит, остеомаляция, остеопороз, сухотка и др.). Нередко эти болезни заканчиваются гибелью животных.

Размещено на Allbest.ru