Общая характеристика обмена веществ и энергии

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уральский государственный университет физической культуры»

Контрольная работа

по биологии

Общая характеристика обмена веществ и энергии.

Выполнил: студентка 2 курса группы  11-ЗП

                          Трюхан И.Н.

                     Проверил:

                                             преподаватель биологии

Челябинск 2010
Содержание:

1.  Введение                                                                                            3

2.  Обмен веществ                                                                                  4

3.  Энергетический баланс организма                                                 5

4.  Промежуточный обмен                                                                    8

5.  Обмен углеводов                                                                               9

6.  Обмен жиров                                                                                     10

7.  Обмен белков                                                                                    11

8.  Взаимосвязь обмена белков, жиров и углеводов                           12

9.  Водный и минеральный обмен                                                        13

10. Минеральный обмен                                                                        14

11.  Заключение                                                                                      19

12.  Литература                                                                                       20

Введение.

              Жизненные процессы связаны с постоянным поглощением веществ из окружающей среды и выделением конечных продуктов распада из организма в эту среду. Совокупность этих процессов называется обменом веществ. Обмен веществ создает то единство, которое существует между живыми организмами и окружающей их средой.

              Обмен веществ свойствен как живой, так и неживой природе. Однако между ними существует важное различие. В результате обмена веществ неживых тел последние необратимо разрушаются, тогда как обмен веществ живой ткани с окружающей средой является основным условием ее существования.

              В своей работе я хочу рассмотреть, что же это за процесс, как он происходит и насколько важно, чтобы этот процесс проходил правильно.

Обмен веществ.

              Обмен веществ состоит из двух процессов: ассимиляции – усвоения веществ и синтеза соединений и диссимиляции – расщепления и выведения из организма продуктов распада. Процессы биосинтеза органических соединений называют анаболизмом, а процессы распада – катаболизмом.

              В результате процессов диссимиляции питательных веществ образуется энергия и исходные соединения, которые обеспечивают течение процессов ассимиляции. Взаимосвязь этих двух процессов обеспечивает существование животного организма.

              В основе обмена веществ лежит огромное количество химических реакций, которые протекают в определенной последовательности и теснейшим образом связаны друг с другом. Эти реакции катализируются ферментами и находятся под контролем центральной нервной системы.

              Обмен веществ можно условно подразделить на внешний обмен, который включает поступление питательных веществ в организм и выведение конечных продуктов распада, и внутренний – промежуточный, который охватывает различные превращения питательных веществ в клетках организма.

              Питательные вещества, поступившие в организм, расходуются на энергетические и строительные процессы. В организме эти два процесса протекают одновременно. При распаде пищевых продуктов выделяется энергия, которая расходуется на синтез специфических  для организма соединений. Поэтому раздельное рассмотрение энергетического и пластического обменов связано с простотой их понимания.

              Главный метод изучения обмена веществ основан на определении баланса поступивших и выделившихся веществ и их энергетической ценности.

Энергетический баланс организма.

              Откуда берется энергия?

              У растений она накапливается в ходе процесса фотосинтеза из солнечной энергии, а у домашних животных образуется в организме после потребления растительной пищи. Следовательно, вся энергия растительных и животных продуктов питания – это энергия солнца.

              Водород является основным носителем энергии, которая заключена в электроне и выделяется в окружающую среду при переходе последнего с одного энергетического уровня на другой. Поэтому освобождение электрона из питательных веществ и использование его энергии для обеспечения различных химических процессов организма составляет сущность энергетического обмена. Особенностью этого обмена в организме является постепенная выработка энергии и аккумулирование ее в макроэргических соединениях типа  АТФ.

              Процесс освобождения энергии пищи в животном организме условно можно разделить на 3 этапа.

              В результате первого этапа – подготовительного, который включает процессы переваривания и всасывания питательных веществ, происходит расщепление высокомолекулярных соединений, входящих в состав пищи, до их составных частей – мономеров. Так, белки распадаются до аминокислот, углеводы до моносахаров типа глюкозы, фруктозы, галактозы, жиры – до глицерина и жирных кислот. На этом этапе выделяется около 0,1% всей энергии.

              Второй этап выработки энергии включает различные процессы превращения мономеров в клетках и тканях организма, при которых образуются вещества, представляющие собой так называемый основной энергетический материал. К ним относится в первую очередь ацетил-КоА.

              Недостающее количество энергии дает цикл Кребса. Он представляет собой систему реакций, в результате которых ацетил-КоА полностью окисляется с образованием углекисоты и водорода. Ферменты, катализирующие все реакции цикла Кребса, расположены в основном в митохондриях. Этот цикл характеризуется замкнутостью, т.е. начальным и конечным продуктом всего цикла является щавелевоуксусная кислота. Кроме того все вещества цикла Кребса лимитируют этот процесс. Это означает, что активность всего цикла зависит от минимального количества любой кислоты, участвующей в этих реакциях. Так, если одна из кислот присутствует в цикле в минимальном количестве, то и все остальные кислоты включаются в цикл именно в таком же количестве. Реакции в цикле Кребса характеризуются строгой последовательностью.

              Освободившийся в цикле Кребса водород при помощи специфических переносчиков, которыми являются коферменты дегидрогеназ, поступает в так называемую цепь биологического окисления. В этой цепи происходит окисление водорода молекулярным кислородом с образованием воды и накопления энергии. Цепь биологического окисления включает несколько этапов и представляет собой систему соединений, которые обеспечивают постепенное окисление водорода. С энергетической точки зрения этот процесс следует представлять так. Под окислением мы понимаем потерю электронов, т.е. переход электрона с одного энергетического уровня на другой, который сопровождается выделением энергии. Например, при непосредственном окислении водорода кислородом происходит образование гремучего газа, что приводит к взрыву, так как при этом освобождается большое количество энергии. В организме этого не происходит, так как в цепи биологического окисления идет поэтапный, постепенный переход электронов водорода с более высокого на более низкий энергетический уровень, что сопровождается постепенным освобождением энергии. В результате этого электроны водорода приходят к кислороду уже энергетически обедненными, и поэтому образование воды не сопровождается взрывом, как в случае с гремучим газом.

              Цепь биологического окисления включает ряд окислительно-восстановительных  реакций, которые катализируются ферментами дегидрогеназами и металлофлавопротеидами, которые и обеспечивают постепенный перенос водорода к кислороду и образование воды. Освободившаяся в цепи энергия частично расходуется в виде тепла, а частично идет на синтез АТФ, где аккумулируется. Процесс образования АТФ заключается в присоединении неорганического фосфора к АДФ и потребления энергии, равной 8-10 ккал. Соответственно при распаде одной молекулы АТФ выделяется такое же количество энергии. Именно эта энергия в основном идет на обеспечение энергетических нужд организма.

Промежуточный обмен.

              Поступившие в желудочно-кишечный тракт пищевые продукты подвергаются распаду до своих составных частей. Так, белки, в основном, расщепляются до аминокислот, углеводы – до моносахаридов и частично до дисахаридов, жиры гидролизуются на глицерин, жирные кислоты и т.д. Эти мономеры всасываются из кишечника и разносятся кровью к различным органам и тканям. В клетках каждое из поступающих веществ подвергается различным, только ему присущим превращениям, которые определяются как промежуточный обмен. В понятие промежуточного обмена включаются процессы распада определенного вещества и синтеза необходимых для жизнедеятельности клеток соединений. Питательные вещества в клетках расщепляются или до конечных продуктов, которыми являются углекислый газ и вода или их распад останавливается на стадии промежуточных соединений. Последние, в основном, и используются для синтеза специфических веществ.

              Изучение промежуточного обмена сопряжено с многими трудностями. Во-первых, промежуточный обмен протекает внутри клетки и поэтому для его изучения необходимо знать особенности структуры и функции клеток и клеточных органелл. Во-вторых, все вещества в клетке        в большей части находятся в динамических отношениях, которые постоянно меняются. И, наконец, процессы обмена различных веществ тесно переплетены между собой. Все это и определяет использование особых методов изученич промежуточного обмена.

Обмен углеводов.

              В клетках органов и тканей углеводы подвергаются различным превращениям, в результате которых образуются энергия и конечные продукты распада – молочная кислота, углекислый газ, вода. В ряде случаев процессы распада останавливаются на стадиях образования промежуточных продуктов, которые могут быть использованы для других процессов.

              Одной из важнейших функций углеводов является обеспечение всего организма энергией.

              Регуляция углеводного обмена осуществляется многими системами организма. Главное значение принадлежит центральной нервной системе. Гормональная регуляция осуществляется рядом гормонов. Наибольшее значение имеют гормоны – инсулин, адреналин, глюкагон, глюкокартикоиды. Из других регуляторных механизмов следует выделить печень, в клетках которой происходят процессы распада и синтеза глюкогена. Поэтому кровь, протекающая через печень, или насыщается глюкозой при ее недостатке в крови, или уровень сахара в крови снижается при ее избытке.

              Таким образом, в регуляции углеводного обмена принимают участие различные факторы, совместное действие которых обеспечивает клетки необходимой энергией и питательными веществами, что характеризуется поддержанием на вполне определенном уровне сахара крови как показателя обмена углеводов всего организма.

Обмен жиров.

              В каждой клетке животного или растительного организма содержится определенное количество жиров, которые выполняют жизненно важные функции.

              Жиры представляют собой очень удобную форму консервирования энергии. Это связано с тем, что жир по калорийности почти в два раза превышает калорийность белков и углеводов.

              Жиры обеспечивают всасывание из кишечника жирорастворимых витаминов.

              Процессы обмена жиров в организме регулируются нейрогуморальным путем. Нервная система оказывает непосредственное влияние на жировую ткань, стимулируя мобилизацию жира и доставку его к органам, главным образом в печень. Одновременно центральная нервная система осуществляет согласованность различных гормональных влияний на обмен жиров. Также важными регуляторными механизмами жирового обмена являются факторы окружающей среды.