Енергетичний обмін

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Дніпропетровський національний університет ім. О. Гончара

Реферат

з дисципліни: Фізіологія людини і тварин

Енергетичний обмін

Дніпропетровськ, 2014 рік



План

Вступ

1. Загальна характеристика обміну речовин

2. Основні етапи енергетичного обміну

3. Процеси перетворення речовин і енергії

4. Регуляція обміну речовин

5. Енергетичний обмін і рекомендовані норми енерговитрат для різних верств населення

6. Класифікація. Рекомендовані середні норми у добовому раціоні

Висновок

Список інформаційних джерел

Додаток 1

Додаток 2

Додаток 3



Вступ

Щоб говорити про життєдіяльність більшості живих істот необхідно, перш за все сказати про процеси енергетичного обміну в організмі. У клітині постійно йдуть процеси творення. З простих речовин утворюються складніші, з низькомолекулярних - високомолекулярні.

Синтезуються білки, складні вуглеводи, жири, нуклеїнові кислоти. Синтезовані речовини використовуються для побудови різних частин клітини, її органоїдів, секретів, ферментів, запасних речовин.

Синтетичні реакції особливо інтенсивно йдуть в зростаючій клітині, постійно відбувається синтез речовин для заміни молекул, витрачених або зруйнованих при ушкодженні. На місце кожної зруйнованої молекули білку або якої-небудь іншої речовини встає нова молекула.

Таким шляхом клітина зберігає постійними свою форму і хімічний склад, незважаючи на безперервну їх зміну в процесі життєдіяльності.

Сукупність реакції розщеплювання називають енергетичним обміном клітини або дисиміляцією. Мета цієї роботи - це всебічний огляд даного процесу для покращення його розуміння, адже він є базовим для живих організмів. У даній роботі будуть використані як науковий матеріал із доступних мені друкованих робіт, так і з інтернет - джерел. Вважаю, що ця робота буде дуже цікава та пізнавальна для тих людей, що цікавляться процесами, які відбуваються усередині нас, з наукової точки зору.



1. Загальна характеристика обміну речовин

Живі організми існують тому, що постійно:

а) в них надходять поживні речовини із навколишнього середовища;

б) ці речовини перетворюються в організмі;

в) виводяться з організму продукти життєдіяльності.

Сукупність всіх цих процесів називається обмін речовин (метаболізм).

Процеси поглинання із довкілля, засвоєння і накопичення хімічних речовин, які необхідні для утворення сполук, необхідних організму, називаються асиміляцією (біосинтезом).

У кожній живій клітині здійснюється величезна кількість хімічних реакцій. Всі вони відбуваються організовано і упорядковано. Кожна реакція відбувається у конкретно визначеному місці і за участю ферментів - каталізаторів, які розміщені на мембранах мітохондрій та ЕПС.

Розрізняють 2 типи реакцій у клітині:

І-ший тип - реакції синтезу білків, жирів, вуглеводів, нуклеїнових кислот, тобто асиміляція;

ІІ-ий тип: - реакція розщеплення складних органічних речовин до менш складних сполук (СО2 і Н2О), які супроводжуються виділенням енергії - дисиміляція.

Сукупність реакцій біосинтезу називають пластичним обміном. Сукупність реакцій розщеплення, що забезпечують клітину енергією, називають енергетичним обміном.

Енергетичний та пластичний обміни тісно пов'язані між собою та зовнішнім середовищем і в єдності становлять обмін речовин і енергії в кожній клітині і в організмі в цілому.

Процеси асиміляції не завжди врівноважені з процесами дисиміляції. Так, в організмах, що розвиваються, переважає асиміляція (накопичуються речовини і росте організм). При інтенсивній фізичній роботі, нестачі поживних речовин та старінні переважають процеси дисиміляції.

Для живих організмів Землі основним джерелом енергії є сонячне світло. Організми, здатні утворювати органічні сполуки з неорганічних називаються автотрофами.

Організми, що використовують для утворення органічних сполук з неорганічних енергію світла називають ціанобактерії. Організми, що використовують для утворення органічних речовин із неорганічних енергію хімічних реакцій називають сіркобактерії або залізобактерії.

Організми, що використовують для утворення своїх органічних речовин органічні речовини, утворені іншими організмами (живі організми, їх рештки, продукти життєдіяльності), які вони одержують з їжею.

2. Основні етапи енергетичного обміну

Енергетичний обмін організмів здійснюється у три послідовних етапи:

а) підготовчий;

б) без кисневий (анаеробне дихання);

в) кисневий (аеробне дихання).

Найважливішим на без кисневому етапі енергетичного обміну є розщеплення в клітинах молекул глюкози шляхом гліколізу на дві молекули піровиноградної (С3Н4О3) або молочної кислоти (С3Н6О3) у м'язових клітинах:

С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 - 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О

У процесі розпаду глюкози беруть участь 13 різних ферментів, фосфорна кислота і АДФ.

Під час гліколізу виділяється» 200 кДж енергії. 84 кДж використовується на синтез 2х молекул АТФ, а решта (116 кДж) використовується у вигляді теплоти. Значення гліколізу: організм дістає енергію в умовах дефіциту кисню. Спиртове бродіння - це один тип перетворення глюкози, коли вона розпадається на 2 молекули етилового спирту (С2Н5ОН) та 2 молекули вуглекислого газу (СО2):

С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ = 2СО2 + 2С2Н5ОН + 2АТФ + 2Н2О

Молочнокисле (молочне) бродіння - вид без кисневого бродіння. Після завершення гліколізу настає друга стадія - кисневе розщеплення. Процес кисневого розщеплення описується рівнянням:

2С3Н6О3 + 6О2 + 36АДФ + 36Н3РО4 - 36АТФ + 6СО2 + 42Н2О

Це - дихання.

При цьому виділяється енергія (2600 кДж) частина якої розсіюється у вигляді тепла (45%), 55% перетворюється в енергію хімічних зв'язків АТФ (1440 кДж).

Процеси надходження в організм із зовнішнього середовища кисню, використання його клітинами і тканинами для окислення органічних речовин і виділення з організму вуглекислого газу називається диханням.

Порівняння вивільненої енергії та кінцевих продуктів при спиртовому бродінні і диханні (додаток 2).

- Для синтезу АТФ у процесі гліколізу не потрібні мембрани. Він відбувається і в пробірці, якщо є всі ферменти і субстрати;

- Для кисневого процесу потрібні мітохондріальні мембрани;

- Розщеплення 1 молекули глюкози до оксиду вуглецю і води забезпечує синтез 38 молекул АТФ. (У без кисневій стадії утворюються 2 молекули АТФ, а у кисневій - 36 молекул АТФ);

- Коли недостача кисню, або пошкодження мітохондрій, то клітина, щоб дістати необхідну для життя кількість АТФ використовує без кисневий процес. Для цього їй потрібно в 20 разів більше глюкози, ніж у нормі.

Процес виділення з організму продуктів обміну називають екскреція.

Кінцевими продуктами розщеплення вуглеводів і жирів є СО2 і Н2О, які виводяться з організму.

3. Процеси перетворення речовин і енергії

Мал. 1. - Схема процесів перетворення речовин і енергії:

Організм витрачає енергію у 2-х напрямках:

І - на забезпечення процесів життєдіяльності в умовах фізіологічного спокою;

ІІ - на виконання різних видів фізичної роботи.

Для підтримання життєдіяльності організму необхідна значна кількість енергії. Для людини віком 20 років і вагою 70 кг. необхідно 1700 ккал (7140 кДж) на добу. (при фізіологічному спокої).

На виконання фізичної роботи ще додатково витрачає людина 4200-5040 кДж енергії на добу (додаток 3).

4. Регуляція обміну речовин

Печінка бере участь у процесах: травлення, обміну речовин, захисну функцію. Тут в печінці білки і вуглеводи перетворюються на жири. Жири на вуглеводи. Але вуглеводи і жири не можуть перетворюватись на білки, бо їх молекули не містять азоту, який є у білках. Гормони залоз регулюють усі види обміну речовин: білків, жирів, вуглеводів, води і мінеральних речовин. Щитовидні залози регулюють ріст і розумовий розвиток дітей. Вода виділяється з потом, сечею, водяною парою при диханні. За добу треба споживати» 2 л. води.

Мал. 2:

При високій температурі і важкій роботі - 4-5 л. води. В організмі людини виявлено 88 хімічних елементів таблиці Менделєєва. Всі вони є у їжі, крім NaCl (кухонна сіль). Тому її додають до їжі.

5. Енергетичний обмін і рекомендовані норми енерговитрат для різних верств населення

Енергетика життєдіяльності організму найточніше характеризує сумарний обмін речовин і, отже, кількісну енергетичну потребу в їжі. На енергетику життєдіяльності організму людини впливають біологічні, екологічні і соціальні чинники.

Нормальні фізіологічні умови створюються у разі енергетичної рівноваги, тобто у разі відповідності надходження і витрати енергії протягом доби. Енергетичні витрати можна розділити на нерегульовані волею людини і регульовані витрати енергії.

Енерговитрати і енергетичну цінність (енергоцінність, калорійність) їжі виражають у кілокалоріях (ккал), або у кілоджоулях (кДж). 1 ккал = 4,184 кДж. До нерегульованих видів енергетичних витрат належать витрати енергії на основний обмін та на специфічно-динамічну дію їжі.

Енергія, що витрачається на основний обмін, витрачається на підтримання на необхідному за даних умов рівні функцій життєвих систем організму - роботи серця і кровозабезпечення, дихання і роботи легень, функції нирок, секреторної функції і роботи ендокринних систем, підтримання сталості температури тіла, забезпечення м'язового тонусу та інших постійних функцій.

Величину енергії основного обміну визначають натще (останній прийом їжі за 14-16 год. до дослідження) у стані спокою (лежачи у зручному положенні) за температури повітря 18-20°С.

Енергія основного обміну кожної людини індивідуальна і у той же час досить постійна: у дорослих чоловіків із середньою масою тіла 70 кг. вона складає біля 1700 ккал, у молодих жінок із середньою масою тіла 60 кг. - біля 1400 ккал за добу.

Орієнтовно можна прийняти величину енергії основного обміну, що дорівнює 1 ккал на 1 кг. маси тіла за 1 годину. Величину основного обміну можна визначити спеціальним дослідженням або за спеціальними формулами і таблицями (Гарріса, Бенедикта тощо).

Розрахунки під час визначення середніх фізіологічних норм харчування звичайно роблять на стандартну масу тіла, яка залежить від зросту, окружності грудної клітки, віку і статі. Середня величина споживання енергії для різних груп дорослого населення розрахована виходячи із середньої ідеальної маси тіла 70 кг. для чоловіка і 60 кг. для жінки.

Специфічно - динамічна дія (СДД) харчових речовин пов'язана, мабуть, із посиленням окисних процесів, необхідних для перетворення харчових речовин в організмі, тому прийом їжі супроводжується підвищенням основного обміну, у разі змішаного харчування на 10-15% за добу. Прийом білків підвищує основний обмін на 30-40%, жирів - на 4-14%, вуглеводів - на 4-7%.

Інтенсивність обміну енергії залежить від віку, статі і маси тіла. Вже у перші дні після народження основний обмін підвищується і у віці 1 року знаходиться на рівні 46-54 ккал/кг за добу.

Максимальної величини він досягає до 1,5 року і складає 55-60 ккал/кг за добу, потім повільно знижується. У період статевого дозрівання основний обмін збільшується, потім вторинне знижується. У віці 20-40 років він відносно стабільний - у межах 23 ккал/кг за добу. Після 40 років, або і значно раніше, активність окисних процесів в організмі знижується, особливо різко у людей, котрі не приділяють уваги фізичній активності.

Вікові зміни енергетичного обміну у дорослих відбуваються внаслідок зниження інтенсивності життєвих відправлень організму.

Середня енергетична потреба чоловіків і жінок у віці 20-39 років практично не змінюється, у віці 40-59 років у перерахунку на кілограм маси тіла знижується за кожне десятиліття на 5%, з 60 років - на 10%.

Статеві відмінності в основному обміні енергії проявляються вже у грудному віці: у хлопчиків він вищий.

До 8 років ці відмінності досягають 6%, а до 12 років - 10-12%. У період статевого дозрівання активність окисних процесів у організмі дівчаток вища, потім знижується. У дорослих чоловіків основний обмін вищий на 5-7%. До старості статеві відмінності основного обміну згладжуються і звичайно не перевищують 3%. У жінок основний обмін менш стабільний: він змінюється у період вагітності і годування груддю, а також коливається протягом менструального циклу.

З інших біологічних чинників на енергетику життєдіяльності організму впливає маса тіла. Витрати енергії, що регулюються, включають витрату енергії на трудову діяльність, побутову поведінку, домашню роботу, заняття спортом тощо. Ці витрати енергії залежать від умов існування і волі людини та можуть збільшуватися або зменшуватися.

Величина витрати енергії для виконання виробничих процесів (трудової діяльності) визначається об'ємом і характером м'язової фізичної роботи. Чим більше виробничий процес насичений ручною роботою, що потребує фізичних зусиль, тим вищі витрати енергії.

Тобто, для визначення величин енергетичних витрат різних професійних груп вирішальне значення має обсяг фізичної роботи, що застосовується у даному виді праці. Дуже активна м'язова діяльність (заняття спортом) може підвищувати обмін речовин у 10 і більше разів.

Із екологічних чинників, що впливають на енергетику життєдіяльності, найважливішими є кліматичні особливості зони проживання. Енергетичні потреби людини у районах північної зони на 10-15% вищі, а у районах південної зони - на 5% нижчі, ніж у центральних районах.

Розумова діяльність мало впливає на підвищення енергетичного обміну, під час неї посилюються головним чином пластична і біорегуляторна функції їжі. У зв'язку з цим підвищується значення принципу збалансованості раціону харчування незамінними біологічно активними речовинами. Якщо енергетична цінність добового харчового раціону не покриває витрати енергії протягом доби, виникає негативний енергетичний баланс, що спричинює мобілізацію всіх ресурсів організму на максимальну продукцію енергії для покриття енергетичного дефіциту.

У цьому разі всі харчові речовини, у тому числі білок, використовуються як джерела енергії.

Переважне використання білка з енергетичною метою на шкоду його пластичному призначенню є основним несприятливим чинником негативного енергетичного балансу.

У цьому разі витрачається не тільки білок, що надходить у складі їжі, але і білки тканин, спричинюючи в організмі білкову недостатність. Тобто негативний енергетичний баланс нерозривно пов'язаний з білковою недостатністю, яка призводить до аліментарного маразму та дистрофії. Не менш серйозні негативні наслідки спричинює виражений позитивний енергетичний баланс, коли тривалий час енергетична цінність харчового раціону значно перевищує витрати енергії, що виробляється. Він викликає надмірну масу тіла, ожиріння, атеросклероз, гіпертонічну хворобу.

6. Класифікація. Рекомендовані середні норми у добовому раціоні

Потреби в енергії дорослого працездатного населення залежно від статі та віку диференційовані на 4 групи фізичної активності:

І група - зайняті переважно розумовою працею, дуже легка фізична активність, коефіцієнт фізичної активності (КФА) - 1,4 (наукові працівники, студенти гуманітарних спеціальностей, оператори ЕОМ, контролери, педагоги, диспетчери, робітники пультів управління тощо);

II Група - зайняті легкою працею, легка фізична активність, КФА - 1,6 (водії трамваїв, тролейбусів, працівники конвеєрів, вагарі, пакувальники, швейники, працівники радіоелектронної промисловості, агрономи, медсестри, санітарки, працівники зв'язку, сфери обслуговування, продавці промтоварів тощо);

III Група - зайняті працею середньої важкості, середня фізична активність, КФА - 1,9 (слюсарі, наладчики, настроювачі, верстатники, бурильники, водії екскаваторів і бульдозерів, водії автобусів, лікарі-хірурги, текстильники, взуттьовики, залізничники, водії вугільних комбайнів, продавці продтоварів, водники, апаратники, металурги-доменщики, працівники хімзаводів тощо);

IV Група - зайняті важкою фізичною працею, висока фізична активність, КФА - 2,2 для жінок і 2,3 для чоловіків (будівельні робітники, помічники бурильників, прохідники, бавовнярі, основна маса сільськогосподарських робітників і механізаторів, доярки, овочівники, деревообробники, металурги і ливарники тощо).

Кожна група дорослого населення розділена у свою чергу на 3 вікові категорії: 18-29 років, 30-39 років і 40-59 років.

На малюнку 3 наведені основні величини добової потреби в енергії дорослого працездатного населення залежно від інтенсивності праці (фізичної активності).

Мал. 3:



Висновок

У даній роботі я розглянув питання енергетичного обміну, що відбувається в клітинах живих істот. Зважаючи на те, що енергетичний обмін у клітинах найточніше обумовлює загальний обмін речовин у організмі, я мав неодмінно розглянути це питання, що і зробив на сторінках цього огляду. Також, враховував екологічні фактори, що впливають на життєдіяльність певних живих істот. І, насамкінець, розглянув особливості енергетичного обміну людини.

Найточніше можна охарактеризувати процес енергетичного обміну так: процеси дисиміляції в клітині відбуваються за рахунок органічних речовин, раніше синтезованих клітиною, і вільного кисню, що поступає із зовнішнього середовища завдяки диханню. При цьому в клітині накопичуються багаті енергією молекули АТФ, а в зовнішнє середовище виводяться вуглекислий газ і надмірна кількість води. У анаеробних організмах, що мешкають у без кисневому середовищі, останній етап дисиміляції здійснюється дещо іншим хімічним шляхом, але також з накопиченням молекул АТФ. На початку роботи я зазначив, що метою моєї роботи є всебічний огляд даного процесу для покращення його розуміння, і я вважаю, що досяг даної мети.

Саме для мене ця робота мала велике значення як ознайомчий та пізнавальний матеріал щодо тонкощів такого складного процесу. Я не шкодую, що написав цей огляд і, сподіваюсь, що він станеться мені у пригоді у майбутньому.



Список інформаційних джерел

1. Уилмор Дж.Х., Костилл Д.Л. Основной обмен, с. 91, глава 10, кн. Уилмор Дж.Х., Костилл Д.Л. Физиология спорта и двигательной активности, 1997, 216 p.

2. Preedy V.R., Ed. Handbook of Anthropometry - Антропометрия. Руководство. Springer, 2012, 3157 p.

3. Биологический энциклопедический словарь / глав. ред. М.С. Гиляров. - М.: Советская энциклопедия, 1986. - С. 250.

4. Людина / Навч. посібник з анатомії та фізіології. Львів, 2002.

5. Ґанонґ В.Ф. Фізіологія людини. - Л.: БаК, 2002.

6. Макаренко О. Творчий розвиток фізіологічної науки. Вісник АН УРСР.



Додаток 1



Додаток 2

дисиміляція біологічний фізіологічний



Додаток 3

Размещено на Allbest.ru

...