В пищеварительном тракте белки расщепляются под влиянием протеолитических ферментов. При этом, с одной стороны, белки и другие азотистые соединения, входящие в состав пищи, теряют свои специфические особенности, с другой - из белков образуются аминокислоты, из нуклеиновых кислот - нуклеотиды и т.д. Образовавшиеся при переваривании пищи или находившиеся в ней азотсодержащие вещества с небольшой молекулярной массой подвергаются всасыванию.
Различают первичные (при различных формах патологии желудка и кишечника - хронических гастритах , язвенной болезни , раке) и вторичные или функциональные расстройства секреторной и всасывательной функции эпителия в результате отека слизистой оболочки желудка и кишечника, нарушения переваривания белков и всасывания аминокислот в желудочно-кишечном тракте.
Основные причины недостаточного расщепления белков - количественное уменьшение секреции соляной кислоты и ферментов, снижение активности протеолитических ферментов (пепсина, трипсина, химотрипсина) и связанное с этим недостаточное образование аминокислот, уменьшение времени их воздействия (ускорение перистальтики). Так, при ослаблении секреции соляной кислоты снижается рН желудочного сока , что ведет к уменьшению набухания пищевых белков в желудке послаблению превращения пепсиногена в его активную форму - пепсин. В этих условиях часть белковых структур переходит из желудка в двенадцатиперстную кишку в неизменном состоянии, что затрудняет действие трипсина, химотрипсина и других протеолитических ферментов кишечника.
Недостаточное образование свободных аминокислот из пищевых белков возможно при ограничении поступления в кишечниксекрета поджелудочной железы (панкреатит, сдавление, закупорка протока). Недостаточность функции поджелудочной железы вызывает дефицит трипсина, хемотрипсина, карбоангидразы А, Б и других протеаз, действующих на полипептиды с длинной цепью или расщепляющих короткие олигопептиды, что снижает интенсивность полостного или пристеночного пищеварения.
Недостаточное действие пищеварительных ферментов на белки может возникнуть вследствие ускоренного прохождения пищевых масс по кишечнику при усилении его перистальтики (энтероколиты) либо уменьшении площади всасывания (оперативное удаление значительных участков тонкого кишечника). Это ведет к резкому сокращению времени контакта содержимого химуса с апикальной поверхностью энтероцитов, незавершенности процессов энзиматического распада и процессов активного и пассивного всасывания.
Причинами нарушения всасывания аминокислот являются повреждение стенки тонкого кишечника (отек слизистой оболочки, воспаление) или неравномерное по времени всасывание отдельных аминокислот. Это ведет к нарушению (дисбалансу) соотношения аминокислот в крови и нарушению синтеза белка, поскольку незаменимые аминокислоты должны поступать в организм в определенных количествах и соотношениях. Чаще всего отмечается нехватка метионина, триптофана, лизина и ряда других аминокислот.
Нарушения аминокислотного обмена также могут возникнуть в связи с отсутствием конкретной аминокислоты. Так, недостаток лизина (особенно в развивающемся организме) задерживает рост и общее развитие, понижает содержание в крови гемоглобина и эритроцитов. При недостатке триптофана развивается гипохромная анемия. Дефицит аргинина приводит к нарушению сперматогенеза, а гистидина - к развитию экземы, отставанию в росте, угнетению синтеза гемоглобина.
Кроме того, недостаточное переваривание белка в верхних отделах желудочно-кишечного тракта сопровождается увеличением перехода продуктов его неполного расщепления в толстый кишечник и усилением процесса бактериального расщепления аминокислот. Это ведет к увеличению образования ядовитых ароматических соединений (индол, скатол, фенол, крезол) и развитию интоксикации организма этими продуктами гниения.
Вариант 1
1. В пищеварительном тракте белки расщепляются до
а) аминокислот
б) нуклеотидов
в) глюкозы
г) глицерина
2. Механическая обработка пищи происходит в части
пищеварительной системы, обозначенной на рисунке цифрой
3. Углеводы в большом количестве содержатся в
а) картофеле
в) горохе
г) орехах
4. На рисунке рыхлая соединительная ткань зуба ,
5. При глотании надгортанник
а) опускается
б) поднимается
в) неподвижен
г) открывает вход в гортань
а) человек рождается с молочными зубами
б) в зубе различают корень, шейку и коронку
в) у человека 8 клыков, 4 резца
Отдел пищеварительного канала
1) ротовая полость
2) желудок
Пищеварительная система
В
ариант 2
1. Вжелудочно-кишечном тракте жиры расщепляются до
а) белков
б) Сахаров
в) липидов
г) глицерина и жирных кислот
2. Биологические катализаторы, под действием
которых происходит расщепление пищи, - это
а) витамины
б) гормоны
в) ферменты
г) субстраты
3. На рисунке орган, вырабатывающий желчь,
обозначен цифрой
в) желудок расположен в левой части брюшной полости
г) средний слой стенки желудка состоит из поперечно-полосатой мышечной ткани
д) средний слой стенки желудка образован гладкой мышечной тканью
е) в желудке пища находится от 20 минут до 1 часа
7. Установите правильную последовательность перемещения пищи, поступающей в пищеварительную систему человека.
Б) толстая кишка
В) желудок
Г) ротовая полость
Д) пищевод
Е) тонкая кишка
Ответ:
Пищеварительная система
Вариант 3
а) прямая кишка б) подвздошная кишка
в) двенадцатиперстная кишка г) слепая кишка
2. В двенадцатиперстной кишке НЕ расщепляются
а) белкив) углеводы
3. Пища окончательно переваривается в
а) желудкев) толстой кишке
б) тонкой кишкег) прямой кишке
в) печень
г) толстую кишку
2. Как называется самая крупная пищеварительная железа?
в) печень г) селезенка
3. Бактерии, расщепляющие клетчатку, находятся в
а) желудке
б) двенадцатиперстной кишке
в) тонкой кишке
г) толстой кишке
4. Через кишечные ворсинки в кровь всасываются
а) аминокислоты и глюкоза
в) аминокислоты и глицерин
г) жирные кислоты и глюкоза
5. В ротовой полости вырабатывается фермент
а) пепсин б) птиалин
в) трипсин г) химозин
6. Выберите три верных ответа.
Особенности функционирования печени:
а) вырабатывает большое количество пищеварительных ферментов
Межуточный обмен - это внутриклеточный обмен: совокупность химических превращений веществ в клетках тканях и органах.
Основной обмен - это энергетические затраты организма в строго определенных условиях (относительный покой, постоянная температура, очищенный кишечник).
Обмен веществ складывается из двух взаимосвязанных и одновременно протекающих в организме процессов - ассимиляции и диссимиляции, или анаболизма и катаболизма.
Ассимиляция - это процесс усвоения организмом питательных веществ, поступающих из внешней среды .
Диссимиляция - это процесс распада сложных органических веществ организма на более простые химические соединения ; сопровождается освобождением энергии и образованием конечных продуктов метаболизма.
Ассимиляция и диссимиляция неразрывно связаны между собой и составляют единый процесс обмена веществ и энергии. Все реакции обмена осуществляются, прежде всего, на клеточном \ ровне и регулируются ферментами. В основе автоматической регуляции обмена веществ лежит принцип обратной связи , когда концентрация вещества определяет направленность химических процессов.
Часть энергии используется для построения новых клеток, расходуется в процессе их жизнедеятельности, например для сокращения мышц, а часть ее освобождается в виде тепла.
При превращениях углеводов, жиров и белков формируются особые химические соединения, накапливающие запас энергии - макроэрги. В организме роль макроэргов выполняют в основном различные фосфорные соединения, главным образом АТФ - аденозинтрифосфорная кислота. При отщеплении одного остатка фосфорной кислоты АТФ превращается в АДФ - аденозиндифосфорную кислоту с выделением большого количества энергии, используемой в процессе жизнедеятельности. В АТФ концентрируется 60 -70 % энергии. АТФ рассматривается как универсальный посредник, обеспечивающий перенос химической энергии от питательных веществ к метаболическим процессам, требующим ее затрат.
Обмен углеводов. Углеводы - основной источник энергии в организме: при окислении 1 г углеводов выделяется 4,1 ккал тепла. Некоторые углеводы, соединяясь с белками и липидами, образуют структурные компоненты клеток. Углеводы содержатся в растительных кормах в виде полисахаридов (глюкоза, фруктоза). Они всасываются из кишечника в виде глюкозы. Глюкоза расходуется в организме для энергетических целей, откладывается в печени и мышцах в форме гликогена, а в жировых депо превращается в жир. Гликоген и жир являются запасным энергетическим материалом.
Уменьшение содержания глюкозы в крови ниже нормы называется гипогликемией, а увеличение - гипергликемией. При гипогликемии появляется мышечная слабость, понижается температура тела, нарушается деятельность центральной нервной системы, возникают судороги, и животные могут погибнуть. Гипергликемия может возникать после приема корма, богатого глюкозой и сахарозой. Избыточное количество глюкозы в крови выводится почками, появление ее в моче называется глюкозурией.
Расщепление углеводов в организме с освобождением энергии может происходить как без участия 0 2 - анаэробное расщепление , так и с его участием - аэробное расщепление.
При анаэробном расщеплении углеводов образуется молочная кислота, которая затем при участии 0 2 окисляется до воды и С0 2 , либо снова превращается в гликоген. Важнейшим процессом окисления углеводов в тканях животных является их аэробное расщепление, при котором конечными продуктами являются СО, и Н 2 0.
При этом полностью освобождается заключенная в углеводах эниргия, которая в основном накапливается в АТФ. Гормоны под ж с лудочной железы - инсулин и глюкагон регулируют окисление глюкозы в тканях, синтез гликогена в печени и мышцах.
Обмен белков. Белки, или протеины, - сложные высокомолекулярные органические соединения, построенные из аминокислот. Белки в обмене веществ занимают особое место, они являют ся главной составной частью живого вещества и материальной основой процессов жизнедеятельности.
В состав белков входят С, 0 2 , Н, М, иногда 8, Р, Ре. Молекула белка состоит из десятков и сотен аминокислот. Структура белковых молекул животных специфична и свойственна только данному животному. В пищеварительном тракте белки расщепляются до аминокислот и при этом лишаются специфических свойств. Из аминокислот, принесенных кровью к клеткам, синтезируются белки, свойственные уже данному животному.
Аминокислоты, идущие на построение белков организма, неравноценны. Одни из них являются заменимыми, другие - незаменимыми. К заменимым относятся те аминокислоты, которые могут синтезироваться в организме из других аминокислот. Незаменимыми называются такие кислоты, которые не синтезируются в организме. К ним относятся: валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин. Если этих аминокислот нет в корме, то в организме нарушается обмен веществ, синтез белков, некоторых гормонов и т.д. Животное постепенно худеет и, в конце концов, погибает.
Центральная нервная система регулирует обмен белков через железы внутренней секреции : щитовидные, половые, надпочечники (см. раздел «Железы внутренней секреции»).
Биологическая ценность белков. Белки и корма, содержащие все незаменимые аминокислоты, называются полноценными. К ним относятся животные белки (молоко, мясо, яйца). В большинстве растительных белков (рожь, пшеница, овес, кукуруза, горох) некоторые незаменимые аминокислоты отсутствуют или находятся в очень малом количестве. Такие белки не обеспечивают всех потребностей животного организма, и они называются неполноценными. Поэтому при составлении рациона для животных и птиц необходимо учитывать аминокислотный состав кормов.
Обмен липидов. Липиды - это общее название для жира и жироподобных веществ.
Жиры состоят из одной молекулы глицерина и трех молекул жирной кислоты. У разного вида животных состав жира, точка его плавления, содержание различных жирных кислот неодинаковы. Жиры имеют большое значение в организме. Они входят в состав клеток (цитоплазма, ядро, клеточные мембраны), являясь их структурной частью.
Жир служит основным источником энергии в организме. При окислении 1 г жира выделяется 9,3 ккал тепла. С жирами в организм поступают растворимые в них витамины А, О, Е, К.
Жиры в организме животных составляют 10 - 20 % живой массы, а при откорме - 30% и более.
Жиры могут образовываться из углеводов и белков. Однако жиры корма нельзя заменять полностью углеводами и белками, так как га кие жирные кислоты, как линолевая, линоленовая и арахидоновая, в организме не синтезируются. При их недостатке у животных нарушается половая функция , снижается эластичность стенок кровеносных сосудов , нарушается обмен жиров.
Регуляция жирового обмена осуществляется центральной нервной системой и железами внутренней секреции. Центры регулянии находятся в гипоталамусе, они оказывают свое влияние на жировой обмен через вегетативную нервную систему. Симпатические нервы усиливают распад, а парасимпатические - синтез жира. Деятельность гипоталамуса контролируется корой больших полушарий.
Взаимосвязь обмена белков, углеводов и жиров. Обмен белков, углеводов и жиров имеет специфические особенности, но наряду с этим существуют и обшие закономерности. В процессе обмена белков, углеводов и жиров образуется пировиноградная кислота, которая является общим продуктом их обмена. Эта кислота может служить продуктом для синтеза углеводов и жиров.
В процессе обмена из аминокислот образуются углеводы и жиры, из углеводов - жиры, а из жира - углеводы. В процессе обмена белков, углеводов и жиров образуется энергия: 60 - 70% ее накапливается в аденозинтрифосфорной кислоте (АТФ), 30 - 40% превращается в тепловую энергию, которая выделяется из организма во внешнюю среду в процессе теплоотдачи.
Обмен воды и электролитов. Все биохимические реакции в организме идут в водных растворах . Вода обеспечивает основу внутриклеточного обмена. Внутри клеток заключено 71 % всех водных запасов организма. Внеклеточная вода находится в крови, лимфе, спинно-мозговой жидкости и составляет 10%, а в межклеточном пространстве - 19 %. Вода в организме находится в виде солевых растворов , что обусловливает тесную связь водного обмена с обменом минеральных веществ. После исключения воды из рациона животных они погибают через несколько суток. Вода и минеральные соли создают внутреннюю среду организма, являясь составной частью плазмы, лимфы и тканевой жидкости. Они участвуют в поддержании осмотического давления и реакции крови.
Обмен воды тесно связан с обменом электролитов. Для биологических мембран (оболочка клеток, стенки капилляров) характерна полупроницаемость, т.е они проницаемы для воды и непроницаемы для крупных молекул. При повышении осмотического давления вода легко проникает через этот участок и происходит выравнивание концентраций осмотически активных веществ . Вода участвует в регуляции температуры тела; испаряясь, она охлаждает тело и предохраняет его от перегрева.
Потребность в воде у животных неодинаковая, она зависит также и от вида корма. При сухих кормах воды потребляется больше. На каждый 1 кг сухого вещества корма корова потребляет 4 - 6 л воды, лошадь и овца - 2 - 3, свинья - 7 - 8 л. Регуляция водного обмена происходит центральной нервной системой и железами внутренней секреции.
Минеральный обмен. Роль минеральных веществ в организме разнообразна. С ними связаны перенос газов и секреция пищеварительных желез. Они составляют основу костной ткани , участвуют в процессах обмена веществ, поддерживают кислотно-щелочное равновесие, создают осмотическое давление, возбудимость нервной и мышечной тканей. Они входят в состав гемоглобина, сложных белков - металлопротеидов, содержащих атомы металлов (Fe, Мg, Сu, Zn, Со, Мn и др.).
Минеральные вещества обеспечивают процессы роста, размножения, поддержания физиологического равновесия и продуктивности животных, поскольку они участвуют во всех жизненных процессах организма: дыхании, работе сердца и мышц, деятельности нервной системы и др. В минеральных веществах особенно нуждаются молодые, растущие и высокопродуктивные животные. В организм они поступают с пищей и водой.
Химические элементы, содержащиеся в организме в значительных количествах, называются макроэлементами, другие - в незначительных количествах - называются микроэлементами. К макроэлементам относят Na, К, О, Са, Р, Ре, Мg, S.
Натрийи калий.Ионы натрия и калия оказывают влияние на возбудимость нервной системы, на сердечную деятельность. В основном благодаря №С1 поддерживается нормальное осмотическое давление крови. Он необходим для процессов роста. Калий участвует в транспорте СО2 кровью. Натрия в растительных продуктах мало, поэтому травоядные должны получать достаточное количество NaCl, однако избыточное поступление Na тоже вредно, особенно для птицы и свиней. Нормальная деятельность организма возможна при соотношении Na: К = 1: 2. Любые отклонения приводят к нарушению деятельности сердца, кишечника, мышечной и нервной ткани.
Кальцийвместе с фосфором составляет основную массу костной ткани. В основном (99 %) он находится в костях в виде фосфорных и углекислых солей. Кальций, помимо чисто механической функции, необходим для многих процессов жизнедеятельности. Так, Са участвует в процессах свертывания крови, стимулирует сердечную деятельность, влияет на проницаемость клеточмой мембраны для натрия и калия, участвует в процессе мышечного сокращения. Кальций понижает возбудимость нервной сис- I емы, поэтому при его недостатке в крови у животных наступают судороги. Особо нуждаются в Са молодняк и лактирующие животные, выделяющие с молоком много его соединений. Кальций есть но всех кормах, но в грубых кормах его больше.
Фосфор. Обмен Р тесно связан с обменом Са. Соотношение Са и Р в рационе должно быть примерно 2 или 1,5:1. Кальций и фосфор составляют в теле животных 65 -70 % всех минеральных соединений. Фосфор необходим для нормального межуточного обмена. Соли фосфорной кислоты входят в состав всех клеток и межклеточных жидкостей, они имеются в различных белках, липидах и участвуют в процессах их обмена. Фосфор является важнейшей частью нуклеиновых кислот, входит в состав аденозинтрифосфорной кислоты и креатинфосфата, в которых аккумулируется энергия, образующаяся при обмене веществ. Фосфор - активный катализатор и стимулятор обменных процессов в организме.
Сера входит в состав белков, аминокислот, гормона инсулина, витаминов В, (тиамина) и биотина. Особую роль она играет в формировании шерстного покрова. Соединения серы в организме участвуют в детоксикации, связывая ядовитые вещества - фенолы, индоксилы и др. продукты обмена. Сера поступает в организм вместе с белками корма, выводится с мочой, калом и потом у овец.
Хлор - важнейший анион в составе жидкостей организма. Анионы С1 - непременные участники процессов возбуждения ЦНС. Он участвует в образовании соляной кислоты желудочного сока. Участвует в транспорте С0 2 кровью, в водном обмене.
Железо входит в состав гемоглобина, миоглобина (мышечного гемоглобина), ферментов, участвующих в тканевом дыхании. В организме железо находится в соединении с белками и откладывается в печени, селезенке и слизистой оболочке кишечника. При недостатке железа нарушается образование эритроцитов, что приводит к возникновению у животных анемии. Эго наблюдается у молодняка в подсосный период, особенно у поросят, так как в молоке железа очень мало. Поэтому препараты железа необходимо давать молодняку в виде подкормки. Потребность в железе у взрослых животных покрывается тем количеством, которое имеется в кормах. ИзлишнийСа конкурирует с железом, а низкая кислотность желудочного сока снижает усвояемость Ре. Дефицит витамина А и В нарушает процесс всасывания Ре.
Магний - 60 % его находится в костях в виде фосфорнокислого магния, 20% в мышцах в соединении с белками. Остальные 20% находятся в других тканях, больше всего его обнаружено в печени. Магний участвует в процессе мышечного сокращения, активирует выработку антител организмом, входит в систему обеспечивающую, естественную резистентность организма к различным возбудителям.
К микроэлементам относят Со, I, Сu, Мn, Zn, Р, Вr, Sr и др. Они принимают участие в росте и развитии животных, способствуют устойчивости к различным заболеваниям , повышают плодовитость и продуктивность.
Кобальт требуется для синтеза витамина В, в состав которого он входит. В организм животных поступает с кормом, откладывается главным образом в печени, поджелудочной железе, мышцах. Он необходим для образования эритроцитов и гемоглобина, для внутриутробного развития плода. Кобальт стимулирует рост молодняка, повышает молочную и шерстную продуктивность животных, улучшает качество спермы. При недостатке кобальта у животных развивается анемия, возникают заболевания (лизуха и др.).
Йод является важнейшим компонентом гормона щитовидной железы - тироксина, роль которого в организме исключительно велика. Недостаток йода нарушает функцию щитовидной железы, молодняк рождается слабым, нежизнеспособным. У взрослых животных при недостатке йода снижаются продуктивность и плодовитость животных. Йод поступает в организм с кормами и водой.
Медь - один из незаменимых микроэлементов для организма. Она находится в мышцах, костях и печени. В крови медь содержится в эритроцитах и лейкоцитах. Она входит в состав некоторых ферментов. Главное биологическое значение ее состоит в стимуляции тканевого дыхания, процессов кроветворения и синтеза гемоглобина. При недостатке меди у животных нарушается функция нервной, мышечной и кровеносной систем . У крупного рогатого скота снижается молочная продуктивность, воспроизводительная способность, развивается анемия.
Цинк обнаружен во всех органах и тканях, но наибольшее его количество находится в скелетных мышцах, а также в гипофизе, половых железах, печени и сперме. Он является составной частью фермента карбоангидразы, участвующего в процессах дыхания. Недостаток 7лл задерживает рост, нарушает процессы размножения, рост шерсти, приводит к развитию рахита и остеопороза. Избыток цинка вызывает у животных тяжелые отравления.
Марганец содержится во всех органах и тканях животных, но его больше в печеyи, костях, почках. Он входит в состав некоторых ферментов, участвует в окислительно-восстановительных процессах. При дефиците Мп у животных замедляется рост скелета, нарушаются функция нервной системы, равновесие, животные не способны к размножению. Избыток марганца также неблагоприятно влияет на организм: происходит задержка роста, нарушается эмаль зубов, изменения в костях напоминают рахит.
Фтор практически весь в организме входит в состав твердых тканей (кости, зубы) и спермы. При его дефиците у животных наблюдают задержку роста, снижение плодовитости и продолжительности жизни, кариес зубов.
Стронций содержится во всех органах и тканях животных, больше его в костях и зубах. Отсутствие стронция вызывает кариес зубов, а избыток - стронциевый рахит.
Регуляция минерального обмена. Минеральный обмен тесно связан с водным обменом. Регуляция минерального обмена осуществляется гипоталамусом и железами внутренней секреции - щитовидной, паращитовидной, гипофизом, надпочечниками.
Витамины и их роль в обмене веществ. Витаминами называют особую группу низкомолекулярных, биологически активных органических соединений, обеспечивающих нормальные биохимические и физиологические процессы в организме.
Витамины открыл в 1881 г. русский ученый Н. И.Лунин, а название им предложил в 1912 г. польский ученый К. Функ. В настоящее время известно более 30 витаминов, установлена их химическая структура. Многие витамины входят в состав ферментов, поэтому жизнь без них невозможна. Некоторые витамины образуются в организме животных из провитаминов, другие - в желудочно-кишечном тракте синтезируются микроорганизмами.
По физико-химическим свойствам витамины делят на две группы: жирорастворимые и водорастворимые.
Жирорастворимые витамины. К их числу относят: витамин А (ретинол), витамин D (кальциферол), витамин Е (токоферол), витамин К (нафтохинон).
Ретинол образуется в организме животных из растительного пигмента каротина, который является провитамином А. Из каротина в стенке тонкой кишки образуетсяретинол. Он участвует в процессах обмена веществ, поддерживает нормальное состояние эпителия пищеварительного тракта, дыхательных, мочеполовых путей , кожного покрова , глаз. При его недостатке эти клетки ороговевают. Ретинол участвует в процессах зрения, из него образуется в темноте зрительный пигмент родопсин.
Кальциферол объединяет целую группу витаминов (D 2 , D3, D 4 , D 5 , D 6). Для животных имеют значение витамины 0 2 и 0 3 . В организме витамин П 3 образуется из эргостерина под влиянием ультрафиолетовых лучей. Витамин D 2 синтезируется в высушенной на солнце траве. Наиболее богат витаминами группы D рыбий жир ; они содержатся также в молоке, сливочном масле , яичном желтке. Витамины группы Dрегулируют в организме обмен кальция и фосфора. С фосфорно-кальциевым обменом самым тесным образом связаны процессы роста и развития. Когда в организме не хватает витаминов D, минерализация костной ткани нарушается, останавливаются процессы ее образования и регенерации. При недостатке витаминов D у молодняка развивается рахит, а у взрослых - остеомаляция.
Токоферол (витамины группы Е ) представлен тремя видами, которые участвуют в обмене жиров, белков, углеводов, способствуют усвоению витамина А, процессам размножения и развития зародыша у самок. Витамины Е содержатся в зеленых кормах, зародышах семян злаков, молоке, масле (коровьем и растительном), мясе, яйцах. При недостатке этого витамина нарушается образование спермиев, у самок гибнет плод.
Филлохинон(витамин К) представлен тремя витаминами. Они содержатся в зеленых частях растений, а у животных участвуют в образовании протромбина, необходимого для свертывания крови. У взрослых животных витамины К синтезируются микроорганизмами желудочно-кишечного тракта, а при их недостатке у животных появляются кровоизлияния в мышцах, кишечнике. Особенно чувствительны к недостатку витамина К птицы.
Водорастворимые витамины. К ним относится большая группа витаминов В, витамин С (аскорбиновая кислота), витамин Р (цитрин).
Тиамин(витамин В }) содержится в зернах злаковых, горохе, дрожжах. У жвачных и лошади он синтезируется в желудочно-кишечном тракте и играет важную роль в процессах обмена веществ. Тиамин образует активную часть ферментов, участвующих в углеводном обмене, влияет на обмен ацетилхолина. При его недостатке нарушается нервная проводимость . Кроме того, в результате накопления недоокисленных продуктов обмена углеводов возникают воспаление нервной системы, судороги, параличи, расстройство движений.
Рибофлавин(витамин В 2) содержится в зеленых кормах, дрожжах, печени, почках, молоке, яйцах. Рибофлавин необходим для синтеза ферментов, участвующих в процессах обмена белков и углеводов, для процессов цветового зрения , для синтеза гемоглобина, функции нервной системы и половых желез. От недостатка рибофлавина чаще страдают свиньи и птицы. У них ухудшается аппетит, воспаляется слизистая оболочка пищеварительного тракта, появляется понос. У крупного рогатого скота рибофлавин синтезируется в желудочно-кишечном тракте.
Пантотеновая кислота(витамин В 3) широко представлен в растительных и животных тканях. Наиболее богаты ею печень, яичный желток, почки, надпочечники, сердце, арахис, горох, дрожжи, а также зеленые растения и злаки. Она синтезируется микрофлорой желудочно-кишечного тракта. Пантотеновая кислота является составной частью фермента, который участвует в процессах обмена углеводов, жиров и белков, необходима для синтеза ацетилхолина, нормальной функции надпочечников. Дефицит ее у птиц проявляется в виде массовых параличей, а у свиней развиваются дерматит и язвенный колит.
Холин (витамин В 4) содержится в зеленых листьях, хлебных злаках, жмыхах, дрожжах, печени, рыбной и мясной муке, соевых бобах, арахисе, капусте. Он необходим для образования медиатора ацетилхолина, для предупреждения жирового перерождения печени. Холин принимает участие в процессах роста, улучшает сопротивляемость организма к инфекционным болезням.
Никотиновая кислота (витамин В 5 , или витамин РР ) - анти-пеллагрический витамин, содержится в молоке, мясе, яйцах, сыре, бобах, семенах кунжута и подсолнечника, цельном зерне и пивных дрожжах, пшеничных отрубях , пшенице, ячмене. Синтезируется в пищеварительном тракте животных, если животные получают белки, содержащие аминокислоту триптофан. При недостатке витамина РР у животных, особенно у свиней и птиц, возникает тяжелое заболевание пеллагра, которая протекает с явлениями нарушения функции коры больших полушарий и поражениями кожи.
Пиридоксин(витамин В 6) - содержится в печени, мясе, рыбе, молоке, зернах хлебных злаков, бобовых, жмыхах, картофеле, дрожжах. Он участвует в процессе обмена белков, являясь активной частью ферментов, влияет на процессы кроветворения. При недостатке пиридоксина у свиней и птиц появляются дерматиты, анемия, судороги, параличи. У молодняка происходит задержка роста.
Фолиевая кислота(витамин В 9) содержится в зеленых листьях растений, цветной капусте, хлебных злаках, сое, грибах, дрожжах, печени. Она входит в состав ферментов, обеспечивающих эритропоэз, деление и дифференцировку лейкоцитов, предупреждает жировое перерождение печени. При недостатке фолиевой кислоты у цыплят, индюшат, поросят развивается анемия, задерживается рост.
Биотин (витамин Н ) содержится в печени, почках, молоке, зернах хлебных злаков, овощах, дрожжах, частично синтезируется кишечной микрофлорой . При участии биотина совместно с АТФ происходят реакции присоединения С0 2 к органическим кислотам (реакция карбоксилирования). Снижает уровень глюкозы в крови.
Цианкобаламин(витамин В 12) синтезируется в кишечнике у моногастральных и в рубце у жвачных. Поступая в кровь накапливается в печени, почках и селезенке. В его состав входит кобальт и цианогруппы. Цианкобаламин участвует в синтезе нуклеиновых кислот, холина. Он стимулирует синтез белков. Витамин необходим для образования эритроцитов и гемоглобина. Авитаминоз может наблюдаться у свиней, птиц и собак. При этом нарушается белковый обмен, возникают анемия и расстройства функции нервной системы.
Парааминобензойная кислота(витамин Н }) содержится в продуктах растительного и животного происхождения, особенно богаты ею дрожжи и печень. Она способствует синтезу РНК и ДНК, входит в состав фолиевой кислоты. При отсутствии этого витамина задерживается рост волос и наступает их поседение.
Пангамовая кислота(витамин В 15) усиливает кислородный обмен в клетках и тканях, предупреждает жировое перерождение печени. Содержится в растениях, тканях животных, дрожжах.
Аскорбиновая кислота (витамин С) содержится в плодах шиповника, ягодах черной смородины, в помидорах, цитрусовых, капусте, картофеле, зеленой траве, хвое сосны, листьях березы, липы, хрене, петрушке и др. растениях. Витамин С синтезируется у всех животных, за исключением человека, обезьян и морских свинок. Он необходим для синтеза ряда гормонов, ферментов, участвует в углеводном обмене, обеспечивает нормальную проницаемость капилляров, ускоряет заживление ран, повышает сопротивляемость организма к различным инфекциям и неблагоприятным воздействиям внешней среды, стимулирует образование антител.
Цитрин (витамин Р ) содержится вместе с аскорбиновой кислотой в растительных продуктах. В организме он повышает прочность капилляров, нормализует их проницаемость. Витамин Р проявляет активность только в присутствии аскорбиновой кислоты и способствует более экономному ее использованию в организме.
Антивитамины. Соединения, которые химически похожи на тот или иной витамин, но по своему действию обладают противоположными свойствами, называются антивитаминами. Открыты они у тиамина, пиридоксина, фолиевой кислоты, биотина и др. Механизм действия антивитаминов заключается в конкурентных отношениях с витаминами при образовании ферментов. В ряде случаев свойства антивитаминов используются в лечебных целях.
ОБМЕН ЭНЕРГИИ
В результате сложных превращений в процессе диссимиляции потенциальная энергия питательных веществ частично расходуется на процессы ассимиляции, на механическую работу (сокращение сердца, скелетных мышц и т.п.), электрическую энергию, но в большей своей части превращается в тепловую энергию. Установлено, что жиры, белки и углеводы при окислении в организме дают определенное количество тепла: 1 г жира - 9,3 ккал; 1 г белка - 4,1 ккал; 1 г углеводов - 4,1 ккал.
Регуляция обмена энергии. Ведущая роль в регуляции обмена энергии принадлежит коре головного мозга. На обмен энергии влияют гипоталамус, в котором находятся центры вегетативной нервной системы: симпатическая нервная система усиливает обмен энергии. Гипофиз, щитовидная железа , надпочечники тоже влияют на обмен энергии; гормон щитовидной железы - тироксин, надпочечников - адреналин усиливают его.
Методы изучения обмена энергии. Количество энергии, выделяемой организмом, определяют методами прямой и непрямой калометрии. Прямаякалометрия производится с помощью специальных аппаратов - калориметрических камер. Впрактике широко применяется непрямаякалометрия - метод измерения энергии по выделенному углекислому газу и потребленному кислороду. У животных измеряют количество выдохнутого воздуха за определенное время, содержание в нем С0 2 и 0 2 и вычисляют дыхательный коэффициент.
Дыхательным коэффициентом называется объемное отношение выдохнутого С0 2 к потребленному 0 2 . При окислении углеводов дыхательный коэффициент равен 1; белков - 0,8; жиров - 0,7. Для вычисления образовавшейся энергии учитывают количество потребленного 0 2 или выдохнутого С0 2 , так как потребление 1 л 0 2 или выделение 1 л С0 2 соответствует образованию определенного количества тепла.
Контрольные вопросы
1. Охарактеризуйте значение обмена веществ в животном организме.
2. Какова роль белков, жиров и углеводов в обмене веществ?
3. Опишите обмен воды в организме и его регуляцию.
4. Расскажите о минеральном обмене.
5. Какова роль витаминов в организме?
6. Что такое регуляция обмена веществ и энергии?
ТЕПЛОРЕГУЛЯЦИЯ
Поддержание температурного гомеостаза в организме высших животных осуществляется благодаря деятельности сложного физиологического механизма, регулирующего теплопродукцию и теплоотдачу. Теплопродукция - процесс химический, а теплоотдача - физический.
Для каждого вида теплокровных животных характерна определенная температура тела. Жизнь теплокровных животных возможна в сравнительно узких температурных пределах - от 37 до 42 °С. Гибель их наступает при снижении температуры ниже 24 °С и подъеме ее выше 44 °С. Из внутренних органов самая высокая температура в печени и сердце.
Образование тепла в организме сопровождается его отдачей. Организм теряет столько тепла, сколько его в нем образуется. Тепло в теле животных не задерживается, иначе они погибли бы в течение нескольких часов.
Химическая теплорегуляция. Тепло в теле животных образуется в результате окисления питательных веществ до конечных продуктов их распада. Примерно 2/3 тепла, образующегося в организме, приходится на мышцы. В них образование тепла происходит даже тогда, когда животные находятся в полном покое, так как мышцы сохраняют определенный тонус. Много тепла образуется в печени, пищеварительном тракте, во время приема корма, при пережевывании жвачки.
Последствия удаления матки и яичников Удаление матки без яичников
Удаление матки (гистеректомия) - сложная и масштабная операция, ведь одновременно с маткой часто удаляют яичники. Для этого существуют веские медицинские причины – опущение матки, избыточно обильные кровотечения, сопровождающиеся анемией, эктопия эндометр
Белковый обмен
Белковый обмен - использование и преобразование аминокислот белков в организме человека.
При окислении 1 г белка выделяется 17,2 кДж (4,1 ккал) энергии.
Но организм редко использует большое количество белков для покрытия своих энергетических затрат, так как белки нужны для выполнения других функций (основная функция - строительная ). Организму человека нужны не белки пищи, сами по себе, а аминокислоты, из которых они состоят.
В процессе пищеварения белки пищи, распадаясь в желудочно-кишечном тракте до отдельных аминокислот, всасываются в тонком кишечнике в кровяное русло и разносятся к клеткам, в которых происходит синтез новых собственных белков, свойственных человеку.
Остатки аминокислот используются, как энергетический материал (преобразуются в глюкозу, избыток которой превращается в гликоген).
Углеводный обмен
Углеводный обмен
– совокупность процессов преобразования и использования углеводов.
Углеводы являются основным источником энергии в организме. При окислении 1 г углеводов (глюкозы) выделяется 17,2 кДж (4,1 ккал) энергии.
Углеводы поступают в организм человека в виде различных соединений: крахмал, гликоген, сахароза или фруктоза и др. Все эти вещества распадаются в процессе пищеварения до простого сахара глюкозы , всасываются ворсинками тонкого кишечника и попадают в кровь.
Глюкоза необходима для нормальной работы мозга. Снижение содержания глюкозы в плазме крови с 0,1 до 0,05 % приводит к быстрой потере сознания, судорогам и гибели.
Основная часть глюкозы окисляется в организме до углекислого газа и воды, которые выводятся из организма через почки (вода) и лёгкие (углекислый газ).
Часть глюкозы превращается в полисахарид гликоген и откладывается в печени (может откладываться до 300 г гликогена) и мышцах (гликоген является основным поставщиком энергии для мышечного сокращения).
Уровень глюкозы в крови постоянный (0,10–0,15%) и регулируется гормонами щитовидной железы, в том числе инсулином . При недостатке инсулина уровень глюкозы в крови повышается, что ведет к тяжёлому заболеванию - сахарному диабету.
Инсулин также тормозит распад гликогена и способствует повышению его содержания в печени.
Другой гормон поджелудочной железы – глюкагон способствует превращению гликогена в глюкозу, тем самым повышая ее содержание в крови (т.е. оказывает действие, противоположное инсулину).
При большом количестве углеводов в пище их избыток превращается в жиры и откладывается в организме человека.
1 г углеводов содержит значительно меньше энергии, чем 1 г жиров. Но зато углеводы можно окислить быстро и быстро получить энергию.
Обмен жиров
Обмен жиров
- совокупность процессов преобразования и использования жиров (липидов).
При распаде 1 г жира выделяется 38,9 кДж (9,3 ккал) энергии (в 2 раза больше, чем при расщеплении 1 г белков или углеводов).
Жиры являются соединениями, включающими в себя жирные кислоты и глицерин. Жирные кислоты под действием ферментов поджелудочной железы и тонкого кишечника, а также при участии желчи всасываются в лимфу в ворсинках тонкого кишечника. Далее с током лимфы липиды попадают в кровоток, а затем в клетки.
Как и углеводы, жиры распадаются до углекислого газа и воды и выводятся тем же путём.
В гуморальной регуляции уровня жиров участвуют железы внутренней секреции и их гормоны.
Значение жиров
- Значительная часть энергетических потребностей печени, мышц, почек (но не мозга!) покрывается засчёт окисления жиров.
- Липиды являются структурными элементами клеточных мембран, входят в состав медиаторов, гормонов, образуют подкожные жировые отложения и сальники.
- Откладываясь в запас в соединительнотканных оболочках, жиры препятствуют смещению и механическим повреждениям органов.
- Подкожный жир плохо проводит тепло, что способствует сохранению постоянной температуры тела.
Потребность в жирах определяется энергетическими потребностями организма в целом и составляет в среднем 80-100 г в сутки. Избыток жира откладывается в подкожной жировой клетчатке, в тканях некоторых органов (например, печени), а также и на стенках кровеносных сосудов.
Если в организме недостает одних веществ, то они могут образовываться из других. Белки могут превращаться в жиры и углеводы, а некоторые углеводы - в жиры. В свою очередь, жиры могут стать источником углеводов, а недостаток углеводов может пополняться за счет жиров и белков. Но ни жиры, ни углеводы не могут превращаться в белки.
Подсчитано, что взрослому человеку для нормальной жизнедеятельности необходимо не менее 1500-1700 ккал в сутки. Из этого количества энергии на собственные нужды организма уходит 15-35 %, а остальное затрачивается на выработку тепла и поддержание температуры тела.
БЕЛКИ - полимеры, состоящие из аминокислот, связанных между собой пептидной связью.
В пищеварительном тракте белки расщепляются до аминокислот и простейших полипептидов, из которых в дальнейшем клетками различных тканей и органов, в частности печени, синтезируются специфические для них белки. Синтезированные белки используются для восстановления разрушенных и роста новых клеток, синтеза ферментов и гормонов.
Функции белков:
1. Основной строительный материал в организме.
2. Являются переносчиками витаминов, гормонов, жирных кислот и др. веществ.
3. Обеспечивают нормальное функционировании иммунной системы.
4. Обеспечивают состояние "аппарата наследственности".
5. Являются катализаторами всех биохимических метаболических реакций организма.
Организм человека в нормальных условиях (в условиях, когда нет необходимости пополнения дефицита аминокислот за счет распада сывороточных и клеточных белков) практически лишен резервов белка (резерв - 45 г : 40 г в мыщцах, 5 г в крови и печени), поэтому единственным источником пополнения фонда аминокислот, из которых синтезируются белки организма, могут служить только белки пищи.
Вне зависимости от видоспецифичности все многообразные белковые структуры содержат в своем составе всего 20 аминокислот.
Различают заменимые аминокислоты (синтезируются в организме) и незаменимые аминокислоты (не могут синтезироваться в организме, а поэтому должны поступать в организм в пищей). К незаменимым аминокислотам относятся: валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин.
Недостаток незаменимых аминокислот в пище приводит к нарушениям белкового обмена.
Незаменимыми аминокислотами являются валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, фенилаланин, триптофан, цистеин, незаменимыми условно — аргинин и гистидин. Все эти аминокислоты человек получает только с пищей.
Заменимые аминокислоты также необходимы для жизнедеятельности человека, но они могут синтезироваться и в самом организме из продуктов обмена углеводов и липидов. К ним относятся гликокол, аланин, цистеин, глутаминовая и аспарагиновая кислоты, тирозин, пролин, серин, глицин; условно заменимые — аргинин и гистидин.
Белки, в которых нет хотя бы одной незаменимой аминокислоты или если они содержатся в недостаточных количествах называются неполноценными (растительные белки). В связи с этим для удовлетворения потребности в аминокислотах наиболее рациональной является разнообразная пища с преобладанием белков животного происхождения.
Кроме основной функции белков - белки как пластический материал, он может использоваться и как источник энергии при недостатке других веществ (углеводов и жиров). При окислении 1 г белка освобождается около 4,1 ккал.
При избыточном поступлении белков в организм, превышающем потребность, они могут превращаться в углеводы и жиры. Избыточное потребление белка вызывают перегрузку работы печени и почек, участвующих в обезвреживании и элиминации их метаболитов. Повышается риск формирования аллергических реакций. Усиливаются процессы гниения в кишечнике - расстройство пищеварения в кишечнике.
Дефицит белка в пище приводит к явлениям белкового голодания - истощению, дистрофии внутренних органов, голодные отеки, апатия, снижению резистентности организма к действию повреждающих факторов внешней среды, мышечной слабости, нарушении функции центральной и периферической нервной системы, нару- шению ОМЦ, нарушение развития у детей.
Суточная потребность в белках - 1 г/кг веса при условии достаточного содержания незаменимых аминокислот (например, при приеме около 30 г животного белка), старики и дети - 1,2-1,5 г/кг , при тяжелой работе, росте мышц - 2 г/кг .
ЖИРЫ (липиды) - органические соединения, состоящие из глицерина и жирных кислот.
Функции жиров в организме:
Являются важнейшим источником энергии. При окислении 1 г вещества выделяется максимальное по сравнению с окислением белков и углеводов количество энергии. За счёт окисления нейтральных жиров образуется 50% всей энергии в организме;
Являются компонентом структурных элементов клетки — ядра, цитоплазмы, мембраны;
Депонированные в подкожной клетчатке, предохраняют организм от потерь тепла, а окружающие внутренние органы — от механических повреждений.
Различают нейтральные жиры (триацилглицеролы), фосфолипиды , стероиды (холестерин).
Поступившие с пищей нейтральные жиры в кишечнике расщепляются до глицерина и жирных кислот. Эти вещества всасываются - проходят через стенку тонкого кишечника, вновь превращаются в жир и поступают в лимфу и кровь. Кровь транспортирует жиры в ткани, где они используются в качестве энергетического и пластического материала. Липиды входят в состав клеточных структур.
Уровень жирных кислот в организме регулируется как отложением (депонированием) их в жировой ткани, так и высвобождением из нее. По мере увеличения уровня глюкозы в крови жирные кислоты под влиянием инсулина, депонируются в жировой ткани.
Высвобождение жирных кислот из жировой ткани стимулируется адреналином, глюкагоном и соматотропым гармоном, тормозится — инсулином.
Жиры, как энергетический материал используется главным образом при выполнении длительной физической работы умеренной и средней интенсивности (работа в режиме аэробной производительности организма). В начале мышечной деятельности используются преимущественно углеводы, но по мере уменьшения их запасов начинается окисление жиров.
Обмен липидов тесно связан с обменом белков и углеводов. Поступающие в избытке в организм углеводы и белки превращаются в жир. При голодании жиры, расщепляясь, служат источником углеводов.
Суточная потребность в жирах - 25-30% от общего числа калорий. Суточная потребность незаменимых жирных кислот около 10 г .
Жирные кислоты являются основными продуктами гидролиза липидов в кишечнике. Большую роль в процессе всасывание жирных кислот играют желчь и характер питания.
К незаменимым жирным кислотам , которые не синтезируются организмом, относятся олеиновая, линолевая, линоленовая и арахидовая кислоты (суточная потребность 10-12 г ).
Линолевая и лоноленовая кислоты содержатся в растительных жирах, арахидовая — только в животных.
Недостаток незаменимых жирных кислот приводит к нарушению функций почек, кожным нарушениям, повреждениям клеток, метаболическим расстройствам. Избыток незаменимых жирных кислот приводит к повышенной потребности токоферола (витамина Е).
УГЛЕВОДЫ - органические соединения, содержащиеся во всех тканях организма в свободном виде в соединениях с липидами и белками и являющиеся основным источникам энергии.
Функции углеводов в организме:
Являются непосредственным источником энергии для организма.
Участвуют в пластических процессах метаболизма.
Входят в состав протоплазмы, субклеточных и клеточных структур, выполняют опорную функцию для клеток.
Углеводы делят на 3 основных класса: моносахариды, дисахариды и полисахариды.
Моносахариды - углеводы, которые не могут быть расщеплены до более простых форм (глюкоза, фруктоза).
Дисахариды - углеводы, которые пригидролизе дают две молекулы моносахаров (сахароза, лактоза).
Полисахариды - углеводы, которые при гидролизе дают более шести молекул моносахаридов (крахмал, гликоген, клетчатка).
На углеводы должно приходиться до 50 - 60% энергоценности пищевого рациона.
В пищеварительном тракте полисахариды (крахмал, гликоген; клетчатка и пектин в кишечнике не перевариваются) и дисахариды под влиянием ферментов подвергаются расщеплению до моносахаридов (глюкоза и фруктоза) которые в тонком кишечнике всасываются в кровь. Значительная часть моносахаридов поступает в печень и в мышцы и служат материалом для образования гликогена.
В печени и мышцах гликоген откладывается в резерв. По мере необходимости гликоген мобилизуется из депо и превращается в глюкозу, которая поступает к тканям и используется ими в процессе жизнедеятельности.
Продукты распада белков и жиров могут частично в печени превращаться в гликоген. Избыточное количество углеводов превращается в жир и откладывается в жировом "депо".
Около 70% углеводов пищи окисляется в тканях до воды и двуокиси углерода.
Углеводы используются организмом либо как прямой источник тепла (глюкозо-6-фосфат), либо как энергетический резерв (гликоген);
Основные углеводы - сахара, крахмал, клетчатка - содержатся в растительной пище, суточная потребность в которой у человека составляет около 500 г
(минимальная потребность 100-150 г/сут
).
При недостаточности углеводов развивается похудание, снижение трудоспособности, обменные нарушения, интоксикация организма.
Избыток потребления углеводов может привести к ожирению, развитию бродильных процессов в кишечнике, повышенной аллергизации организма, сахарному диабету.
Материал подготовлен на основе информации из открытых источников
1. Как называется процесс нарушения природной структуры белка, при котором сохраняется его первичная структура? Действие каких факторов может приводить к нарушению структуры белковых молекул?
Процесс нарушения природной структуры белков под влиянием каких-либо факторов без разрушения первичной структуры называется денатурацией. Денатурация белков может быть вызвана действием различных факторов, например, высокой температуры, концентрированных кислот и щелочей, тяжёлых металлов.
2. Чем фибриллярные белки отличаются от глобулярных? Приведите примеры фибриллярных и глобулярных белков.
Молекулы фибриллярных белков имеют вытянутую, нитевидную форму. Глобулярные белки характеризуются компактной округлой формой молекул. К фибриллярным белкам относятся, например, кератин, коллаген, миозин. Глобулярными белками являются глобулины и альбумины крови, фибриноген, гемоглобин и др.
3. Назовите основные биологические функции белков, приведите соответствующие примеры.
● Структурная функция. Белки входят в состав всех клеток и межклеточного вещества, являются компонентами различных структур живых организмов. Например, у животных белок коллаген входит в состав хрящей и сухожилий, эластин – в состав связок и стенок кровеносных сосудов, кератин является важнейшим структурным компонентом перьев, волос, ногтей, когтей, рогов, копыт.
● Ферментативная (каталитическая) функция. Белки-ферменты являются биологическими катализаторами, ускоряя протекание химических реакций в живых организмах. Например, пищеварительные ферменты амилаза и мальтаза расщепляют сложные углеводы до простых, пепсин – белки до пептидов, под действием липаз происходит расщепление жиров до глицерина и карбоновых кислот.
● Транспортная функция. Многие белки способны присоединять и переносить различные вещества. Например, гемоглобин связывает и переносит кислород и углекислый газ. Альбумины крови транспортируют высшие карбоновые кислоты, а глобулины – ионы металлов и гормоны. Многие белки, входящие в состав цитоплазматической мембраны, участвуют в транспорте веществ в клетку и из неё.
● Сократительная (двигательная) функция. Сократительные белки обеспечивают способность клеток, тканей, органов и целых организмов изменять форму, двигаться. Например, актин и миозин обеспечивают работу мышц и немышечные внутриклеточные сокращения, тубулин входит в состав микротрубочек веретена деления, ресничек и жгутиков эукариотических клеток.
● Регуляторная функция. Некоторые белки и пептиды участвуют в регуляции различных физиологических процессов. Например, гормоны белково-пептидной природы инсулин и глюкагон регулируют содержание глюкозы в крови, а соматотропин (гормон роста) – процессы роста и физического развития.
● Сигнальная функция заключается в том, что некоторые белки, входящие в состав цитоплазматической мембраны клеток, в ответ на действие внешних факторов изменяют свою пространственную конфигурацию, тем самым обеспечивая приём сигналов из внешней среды и передачу информации в клетку. Например, белок опсин, входящий в состав пигмента родопсина, воспринимает свет и обеспечивает возникновение зрительного возбуждения рецепторов (палочек) сетчатки глаза.
● Защитная функция. Белки предохраняют организм от вторжения чужеродных объектов и от повреждений. Например, иммуноглобулины (антитела) участвуют в иммунном ответе, интерферон защищает организм от вирусной инфекции. Фибриноген, тромбопластин и тромбин обеспечивают свёртывание крови, предотвращая кровопотерю.
● Токсическая функция. Многие живые организмы выделяют белки-токсины, которые являются ядами для других организмов.
● Энергетическая функция. После расщепления до аминокислот белки могут служить источником энергии в клетке. При полном окислении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии.
● Запасающая функция. Например, в семенах растений запасаются особые белки, которые используются при прорастании зародышем, а затем и проростком в качестве источника азота.
4. Что такое ферменты? Почему без их участия протекание большинства биохимических процессов в клетке было бы невозможным?
Ферменты – белки, которые выполняют функцию биологических катализаторов, т. е. ускоряют протекание химических реакций в живых организмах. Они катализируют реакции синтеза и расщепления различных веществ. Без участия ферментов эти процессы протекали бы слишком медленно или не протекали бы вовсе. Практически все процессы жизнедеятельности организмов обусловлены ферментативными реакциями.
5. В чем заключается специфичность ферментов? Какова её причина? Почему ферменты активно функционируют лишь в определённом диапазоне температуры, рН и других факторов?
Специфичность ферментов заключается в том, что каждый фермент ускоряет только одну реакцию либо действует только на определённый тип связи. Эта особенность объясняется соответствием пространственной конфигурации активного центра фермента тому или иному субстрату (субстратам).
Ферменты являются белками. Изменение рН, температуры и других факторов может вызвать денатурацию ферментов, в результате чего они теряют способность связываться со своими субстратами.
6. Почему белки, как правило, используются в качестве источников энергии лишь в крайних случаях, когда в клетках исчерпаны запасы углеводов и жиров?
Белки – основа жизни. Они выполняют чрезвычайно важные биологические функции, многие из которых (ферментативную, транспортную, двигательную и др.) не способны выполнять ни углеводы, ни жиры. Белки, использованные в качестве энергетического субстрата, дают столько же энергии, сколько и углеводы (1 г – 17,6 кДж) и в 2,2 раза меньше, чем жиры (1 г – около 39 кДж). Кроме того, при полном расщеплении белков (в отличие от углеводов и жиров) образуются не только СО 2 и Н 2 О, но также соединения азота и серы, причём некоторые из них токсичны для организма (например, NH 3). Поэтому энергетическую функцию у живых организмов выполняют прежде всего углеводы и жиры.
7*. У многих бактерий в процессах синтеза веществ, необходимых для нормального роста и размножения, участвует парааминобензойная кислота (ПАБК). В то же время в медицине для лечения ряда бактериальных инфекций используются сульфаниламиды - вещества, по структуре сходные с ПАБК. Как вы думаете, на чём основано лечебное действие сульфаниламидов?
С помощью фермента (дигидроптероатсинтетазы) бактерии осуществляют превращение ПАБК в продукт (дигидроптероевую кислоту), который далее используется для синтеза необходимых ростовых факторов. Из-за структурного сходства с ПАБК, сульфаниламиды также способны связываться с активным центром этого фермента, блокируя его работу (т.е. наблюдается конкурентное ингибирование). Это ведёт к нарушению синтеза ростовых факторов и нуклеиновых кислот у бактерий.
* Задания, отмеченные звёздочкой, предполагают выдвижение учащимися различных гипотез. Поэтому при выставлении отметки учителю следует ориентироваться не только на ответ, приведённый здесь, а принимать во внимание каждую гипотезу, оценивая биологическое мышление учащихся, логику их рассуждений, оригинальность идей и т. д. После этого целесообразно ознакомить учащихся с приведённым ответом.
