Презентация на тему "Метаболизм. Обмен энергией"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  МЕТАБОЛИЗМ. ОБМЕН ЭНЕРГИЕЙ. ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ. Лекция для студентов дневного отделения МБФ РНИМУ (весна 2013 г.) Лектор: проф. Горбачева Любовь Руфэльевна

• 
  Слайд 2
  

  Клод Бернар (1813-1878) французский физиолог Живой организм и среда образуют единую систему, так как между ними происходит непрерывный обмен веществом и энергией В соответствии с теорией систем Организм – это открытая система, т.е. обменивающаяся с окружающей средой и веществом и энергией Обмен веществ и энергии составляет основу жизнедеятельности и принадлежит к числу важнейших специфических признаков живой материи.

• 
  Слайд 3
  

  Откуда берётся энергия для совершения работы в организме?

• 
  Слайд 4
  

  Этапы обмена веществ Первый этап Второй этап Третий этап Ферментативное расщепление белков, жиров и углеводов Транспорт питательных веществ кровью к тканям и клеточный метаболизм Выведение конечных продуктов метаболизма в составе мочи, кала, пота, через легкие в виде CO2 и т. д.

• 
  Слайд 5
  

  Катаболизм Анаболизм

• 
  Слайд 6
  

  Промежуточный обмен Последовательная цепь реакций, обеспечивающих превращение одних веществ в другие носит название метаболического пути. Промежуточный обмен - совокупность химических превращений переваренных питательных веществ с момента поступления их в кровь до начала выделения конечных продуктов. Метаболиты - результат химических превращений в организме.

• 
  Слайд 7
  

  центральная часть промежуточного метаболизма

• 
  Слайд 8
  

  Ханс Адольф Кребс (1900-1981) Нобел. Премия (1953)

• 
  Слайд 9
  

  Пространственное распределение реакций синтеза и реакций распада.

• 
  Слайд 10
  

  Афферентация Эфферентация Кишечник Воротная вена Печеночная артерия Печеночная вена Желчный проток Печень Печень получает и перерабатывает метаболическую информацию Процессы, идущие исключительно или преимущественно в печени галактоза фруктоза глюкозо-6-Ф глюконеогенез глюкоза глюкоза холестерин жиры липогенез синтез холестерина желчные кислоты кетоновые тела Азотистые соединения образование мочевины синтез белков сыворотки синтез гема обмен ароматических а-к обмен нуклеотидов перенос метильных групп Углеводы Липиды

• 
  Слайд 11
  

  триацилглицериды углеводы пищи триацилглицериды ЛОНП глюкоза адипоциты увеличение жировых запасов печень Прием пищи Неэтерифицированные жирные кислоты глюкоза адипоциты печень Голодание кетоновые тела Связи печени и жировой ткани

• 
  Слайд 12
  

  печень мышца Работа лактат глюкоза печень мышца амино- кислоты глюкоза кетоновые тела Голодание Связи печени и мышечной ткани печень мозг глюкоза аммиак в составе глутамата и глутамина мочевина Связи печени и мозга печень почка глутамин глюкоза выведение H+ в форме NH4+ ацидоз, диабет Связь печени и почек

• 
  Слайд 13
  
• 
  Слайд 14
  

  Обмен углеводов Углеводы пищи Пищеварительный канал Глюкоза Печень (гликоген) Мышцы Окисление с выделением энергии Клетка Фермент птиалин, мальтаза в ротовой полости Фермент амилаза в тонком кишечнике 1г углевода при расщеплении дает 17,6 кДж (4,1 ккал) Глюкоза Кровь

• 
  Слайд 15
  

  Углеводы [C(H2O)]n 50-60% энергетических потребностей Растительная пища Суточная потребность 500 г Минимальная потребность 100-150 г

• 
  Слайд 16
  

  Глюкоза Г-6-Ф Пентозо-фосфатный путь CO2 + НАДФH Триозы + АТФ Гликолиз Гликоген Гликогенез Гликогенолиз Глюконеогенез Распределение глюкозы между путями обмена прямой источник энергии энергетический резерв Гликолиз - это серия реакций, в результате которых глюкоза распадается на две молекулы пирувата (аэробный гликолиз 8 моль АТФ) или две молекулы лактата (анаэробный гликолиз 2 моля АТФ источником энергии для скелетных мышц и зрелых эритроцитов). Аэробный распад глюкозы включает реакции аэробного гликолиза и последующее окисление пирувата в реакциях катаболизма. Таким образом, аэробный распад глюкозы - это предельное ее окисление до СО2 и Н2О 38 моль АТР

• 
  Слайд 17
  

  Общая схема метаболизма глюкозы

• 
  Слайд 18
  

  2-5% глюкозы откладывается в виде гликогена в печени и в мышцах, В печени 150-200 г (до 20% от её массы), в мышцах 1-2% от их массы. до 70% углеводов 25% глюкозы 4,6-6,2 ммоль/л Печень – «глюкостат» При избытке глюкозы печень накапливает её в виде гликогена, а при дефиците глюкозы - поставляет её за счёт процессов глюкогенолиза и глюконеогенеза

• 
  Слайд 19
  

  150-200 г Гликонеогенез Осуществляется преимущественно в печени, а также в почках В печени возможно новообразование углеводов из продуктов их метаболиз­ма — пировиноградной или молочной кислоты, а при недостаточном по­ступлении с пищей — из метаболитов жиров и белков — кетокислот (гликонеогенез).

• 
  Слайд 20
  

  Баланс гликогена. В организме содержится до 450 г гликогена (печень 150-200 г, мышцы 250-300 г)

• 
  Слайд 21
  

  Гликогенолиз (гликоген печени) гликонеогенез Физическая нагрузка покой Источники глюкозы в покое и при мышечной нагрузке

• 
  Слайд 22
  

  Регуляция углеводного обмена Глюкоза Глюкозо-6-фосфат Фруктозо-1,6-бифосфат Фосфоенолпируват Пируват Гексокиназа Фосфофруктокиназа Пируваткиназа Лимитирующие ферменты гликолиза Печень Гипергликемические гормоны: катехоламины глюкокортикоиды глюкагон Голодание Печень Гипогликемический гормон: инсулин Прием пищи

• 
  Слайд 23
  
• 
  Слайд 24
  

  Обмен жиров Липиды пищи Пищеварительный канал Жирные кислоты, глицерин Лимфа. Кровь Синтетические процессы Жировое депо (сальник, подкожная клетчатка) Клетка Фермент липаза в 12-перстной кишке Фермент лецитиназа, липаза в тонком кишечнике 1г жира при расщеплении дает 38,9 кДж (9,0 ккал)

• 
  Слайд 25
  

  Жиры, поступающие с пищей под действием липаз распадаются в ЖКТ на глицерин и жирные кислоты. Суточная потребность 70—80 г Суммарное количество жиров в организме человека составляет 10—20 % массы тела. Функции: энергетическая (37,7 кДж (9,0 ккал)/г). пластическая регуляторная источник эндогенной воды (100г жира дает 107г воды). терморегуляторная защитная

• 
  Слайд 26
  

  Липиды (40-50% энергообмена) незаменимые ЖК Потребность в экзогенном холестероле составляет 400 мг/сут. Эндогенно (в самом организме) синтезируется около 1000 мг/сут. Из них 500 мг образуется в печени. Жирные кислоты Триглицериды Холестерин Некоторые представители липидов

• 
  Слайд 27
  

  R-COOH R-CO-S-CoA CH3-CO-S-CoA Цикл Кребса CO2 НАДH(ФАДH2) АТФ Жирная кислота Ацил-CoA Ацетил-CoA Триацилглицериды Фосфолипиды Кетоновые тела холестерин АТФ (ГТФ) CoASH Окислительное фосфорилирование Активация b-Окисление Окисление Этапы окисления жирной кислоты

• 
  Слайд 28
  

  Бурый жир – термогенный орган у новорожденных и грудных детей. теплопродукция бурого жира в 20 и более раз превышает таковую обычной жировой ткани. В небольшом количестве (0,1—0,2 % от общей массы тела) бурый жир имеется и у взрос­лого человека. В митохондриях бурой жировой ткани почти вся энергия (а не 30—40 %, как в обычных мито­хондриях) окисления превращается в тепло. Происходит разобщение процессов окисления и фосфорилирования (образования АТФ).

• 
  Слайд 29
  

  Обмен липидов

• 
  Слайд 30
  

  Виды липопротеинов Нековалентная связь в липопротеинах между белками и липидами имеет важное биологическое значение. Она обусловливает возможность свободного обмена липидов и модуляцию свойств липопротеинов в организме.

• 
  Слайд 31
  

  Липолиз Активация в адипоцитах осуществляется опосредованно через гормон-чувствительную липазу (адреналин, норадреналин, глюкогон и др.) Высвободившиеся в крови жирные кислоты образуют комплекс с альбумином и транспортируются в гепатоциты, где в митохондриальном матриксе подвергаются окислению.

• 
  Слайд 32
  

  Обмен белков Белки пищи Пищеварительный канал Аминокислоты Кровь Синтез видоспецифических белков (миозин, козеин и др.) Органоиды клеток тела, мембраны, ферменты Клетка Фермент пепсин в желудке Фермент трипсин в тонком кишечнике 1г белка при расщеплении дает 17,6 кДж

• 
  Слайд 33
  

  Белковый обмен. Функции: пластическая(структурная), каталитическая (ферментативная), защитная, транспортная функция энергетическая (16,7 кДж (4,0 ккал)/г). На долю белков приходится 50% сухой массы клетки или 17% от массы тела

• 
  Слайд 34
  

  Биологическая ценность белков состав разные комбинации 20 аминокислот полноценные белки животного происхождения неполноценные белки растительного происхождения

• 
  Слайд 35
  

  суточная потребность белка Значение азотистого баланса для белкового обмена В 100г белка - 16 г азота Физиологический минимум белка - 30—45 г животного белка в сутки. ˂ «-» ˃«+»

• 
  Слайд 36
  

  аминокислоты взаимопревращаются: образуются метаболиты, которые включаются в цикл трикарбоновых, или в случае образования кетоновых тел включаются в глюконеогенез

• 
  Слайд 37
  

   Потребление белка  Синтез собственных белков Задержка роста  Сывороточный альбумин Отек  ЛОНП Жировое перерождение печени  Гемоглобин Анемия  Ферменты поджелудочной железы  Переваривание в кишечнике Порочный круг при квашиоркоре

• 
  Слайд 38
  

  Гормоны с анаболической и катаболической направленностью действия

• 
  Слайд 39
  
• 
  Слайд 40
  

  Липиды Углеводы Белки Глюкоза Гликоген Глюкозо-6-Ф НАДФH АТФ Пируват Лактат НАДH АТФ Триозофосфат Ацетил-CoA Ацетоацетат Стерины Жирные кислоты Оксалоацетат Цитрат α-Кетоглутарат CO2 НАДH АТФ НАДФH АТФ Триацилглицериды НАДФH НАДH α-Глицерофосфат АТФ Аспартат Глутамат НАДH Цитруллин Аргинин Орнитин CO2 NH3 Мочевина Аланин Серин Глицин АТФ АТФ Взаимосвязи липидного, углеводного и азотистого обмена - Общее энергообеспечение (АТФ, НАД(Ф)H) - Общие предшественники и промежуточные продукты (триозы, ацетил-CoA) - Общий конечный путь (CO2, мочевина) Взаимопревращения питательных веществ (правило изодинамии Рубнера).

• 
  Слайд 41
  

  Обмен веществ и его регуляция Резанова Е.А. и др, 1998 Взаимное превращение веществ в организме Регуляция обмена веществ Белки Жиры Углеводы Нервная Гуморальная Гипоталамус Эндокринные железы Регуляция обмена белков, жиров, углеводов, воды, солей, обмена тепла и потребление пищи Гормоны участвуют в регуляции ОВ и Е, влияя на проницаемость мембран, активируя ферментные системы организма Превращения веществ идут на ферментных системах клеток печени

• 
  Слайд 42
  

  В основе процессов обмена энергии лежат законы термодинамики ОБМЕН ЭНЕРГИИ. ТЕРМОДИНАМИКА ЖИВЫХ СИСТЕМ. Первый закон термодинамики — закон сохранения и превращения энергии [Ломоносов М.В., 1748]: Энергия не исчезает и не творится вновь, а только переходит из одной формы в другую: механическая работа, кинетическая энергия и теплота могут превращаться друг в друга. В 1783 г. А. Лавуазье и П. Лаплас показали, что первый закон термодинамики приложим к живым организмам. Второй закон термодинамики [Больцман, 1880]: любой вид энергии можно трансформировать в эквивалентное количество тепла, но в случае обратного превращения полная трансформация невозможна в меру термодинамической неупорядоченности системы, называемую энтропией.

• 
  Слайд 43
  

  334 кДж/1л воды при таянии льда Первый калориметр Лавуазье расчёт теплопродукции животного на основе измерения количества талой воды Когда физическая работа не совершается, вся химическая энергия переходит в тепло, что позволяет использовать теплопродукцию в качестве показателя интенсивности энергетического обмена.

• 
  Слайд 44
  

  Количество поступившей в организм энергии = весь объем питательных веществ – не усвоившиеся питательные вещества

• 
  Слайд 45
  

  Энергетическая ценность питательных веществ При сжигании в калориметрической бомбе 1 г белка выделяется 5,6 ккал тепла; 1 г углеводов — 4,1 ккал; 1 г жиров — 9,3 ккал закон Гесса:количество энергии, выделяемое при распаде какого-либо вещества до конечных продуктов, не зависит от числа промежуточных этапов его трансформации калориметрическая бомба Бертло Теплотворная же способность белка в организме составляет 4,1 ккал. Это связано с тем, что белки (в отличие от углеводов и жиров) окисляются в организме не полностью

• 
  Слайд 46
  

  Вследствие энтропии КПД живых организмов всегда очень низок. Вся свободная энергия, которая поступает в наш организм, в конечном счете, превращается в тепловую энергию КПД аэробного окисления = 40%, 60% энергии рассеивается в виде тепла – это первичная теплота. Вторичная теплота выделяется при совершении организмом любой работы с затратой энергии АТФ

• 
  Слайд 47
  

  Общие энерготраты Основной обмен Физическая нагрузка Умственная нагрузка Специфическое динамическое действие пищи Эмоциональная нагрузка Терморегуляция

• 
  Слайд 48
  

  Регистрация газообмена и выделения H2O Регистрация теплообмена Количество тепла рассчитывают методами Непрямая калориметрия определение газометрических показателей обмена — количества потребленного кислорода и выделенной двуокиси углерода за определенный отрезок времени (полный газовый анализ) или в условиях относительного покоя — только количества поглощенного кислорода (неполный газовый анализ) с последующим расчетом теплопродукции. Прямая калориметрия непосредственный и полный учет количества выделенного организмом тепла. Измерения проводят в специальных камерах — биокалориметрах Э = КЭК х VО2 Закрытая система для измерения поглощения кислорода

• 
  Слайд 49
  

  Соотношение энергетической ценности питательных веществ, ка­лорического эквивалента кислорода и дыхательного Дыхательный коэффициент Отношение объема выделенной двуокиси углерода к объему поглощенного кислорода ДК = С02 (л)/02 (л) ДК характеризует тип питательных веществ, преимущественно окисляемых в организме на момент его определения. Примечание: белки в организме окисляются не полностью. Некоторое количество азота выводится в составе мочевины

• 
  Слайд 50
  

  Печень потребляет 27 % энергии основного обмена, мозг — 19 %, мышцы — 18 %, почки — 10 %, сердце — 7 %, все остальные органы и ткани — 19 %. ОСНОВНОЙ ОБМЕН минимальное количество энергии, необходимое для обеспечения нормальной жизнедеятельности в условиях относительного физического и психического покоя (1 ккал на 1 кг массы тела в час [1 ккал/(кг • ч)]) Условия определения: утром, натощак (через 12—14 ч после последнего приема пищи), в положении лежа на спине, при полном расслаблении мышц, в состоянии спокойного бодрствования, в условиях температурного комфорта (18—20 °С). За 3 сут до исследования из рациона исключают белковую пищу. Самый интенсивный основной обмену новорожденных — 53 ккал/кг в сутки, у детей первого года жизни — 42 ккал/кг.Средние величины основного обмена у взрослых здоровых мужчин составляют 1300—1600 ккал/сут; у женщин эти величины на 10 % ниже.

• 
  Слайд 51
  

  Влияние возраста и пола на уровень основного обмена у здоровых людей Возраст, лет

• 
  Слайд 52
  

  Закон поверхности тела Рубнера.: энергетические затраты теплокровного организма пропорциональны площади поверхности тела. Зависимость между массой тела и интенсивностью обмена в состоянии покоя

• 
  Слайд 53
  

  Теплопродукция в расчете на массу и поверхность тела

• 
  Слайд 54
  

  Энергообмен человека Рабочая прибавка Основной обмен + рабочая прибавка= валовый обмен валовый обмен + специфическое динамическое действие пищи = общий обмен

• 
  Слайд 55
  
• 
  Слайд 56
  

  Терморегуляция Температура тела - важны параметр гомеостаза. Нормальная внутренняя температура в среднем равна 37 °C+0,6°°C. Для гомойотермного организма поддержание этого оптимума температуры (вопреки колебаниям температуры окружающей среды) — необходимое условие эффективного функционирования физиологических систем. Преимущества гомойотермного (теплокровный) организма: стабильный уровень жизнедеятельности в оптимальных условиях существования, возможность приспособления к меняющимся условиям существования, включая экстремальные.

• 
  Слайд 57
  

  тепловой шок интенсивная физнагрузка нормальный диапазон гипотермия выше уровня выживания ниже уровня выживания поведенческая адаптация только поведенческая адаптация только потооделение термонейтральная зона дрожь и др. Изменения температуры тела и окружающей среды

• 
  Слайд 58
  

  Температура тела варьирует в определённых пределах в зависимости от времени суток, мышечной нагрузки, времени года, адаптации, функционального состояния организма, психоэмоционального напряжения и т.д. Суточные колебания температуры тела человека часы суток

• 
  Слайд 59
  

  Градиент температур «ядро»- «оболочка» и масс тканей «ядро», «оболочка» изменяется в зависимости от температуры внешней среды

• 
  Слайд 60
  

  Если температура тела превышает температуру среды, то осуществляется отдача тепла организмом путём излучения, теплопроведения, конвекции и испарением

• 
  Слайд 61
  

  Механизм теплоотдачи и локальной терморегуляции в коже при различных температурных режимах внешней среды Величина кровотока в коже может варьировать от 0 до 30% от сердечного выброса, при этом до 8 раз увеличивается количество тепла доставляемого к кожной поверхности

• 
  Слайд 62
  

  Потоотделение – одна из самых эффективных реакций теплоотдачи у человека. Выделение пота варьирует в зависимости от вида работы и окружающей температуры. Потоотделение запускается при 32-34 град., а у новорождённых при 35-37 град, у недоношенных оно не срабатывает. ΔF испарения 1 мл воды = 0,58 ккал

• 
  Слайд 63
  

  Q обмена to Термонейтральная область теплопродукция теплоотдача Критические точки пища шлаки Q1 Q2 АДФ АТФ работа клетки внешняя работа Q1 + Q2 = QТП = QТО до 15% от  Теплопродукция Теплоотдача (%) конвекция, теплопроводность радиация испарение кожа (400-500 мл) дыхательные пути (300-350 мл) 20oC >35oC нагревание пищи, воздуха 32 40 25 100 (12 л) тяжелая работа 13 12 75 3 Терморегуляция ΔF испарения 1 мл воды = 0,58 ккал А Б В облигатный термогенез факультативный термогенез

• 
  Слайд 64
  

  Регуляция температуры тела

• 
  Слайд 65
  

  Регуляция температуры тела

• 
  Слайд 66
  

  Нарушение регуляции температуры тела

• 
  Слайд 67
  
• 
  Слайд 68
  

  Ежедневнаяпотребностьвминералах

• 
  Слайд 69
  

  Ежедневнаяпотребностьвминералах

• 
  Слайд 70
  

  потребность в витаминах

• 
  Слайд 71
  

  потребность в витаминах