Węglowodany dostarczają organizmowi energii i odgrywają ważną rolę w regulacji przewodu żołądkowo-jelitowego. Węglowodany dzieli się na dwie grupy w zależności od ich rozpuszczalności: rozpuszczalny I nierozpuszczalny węglowodany.

Monosacharydy może mieć konfigurację alfa lub beta. Węglowodany składające się z α-monosacharydy, są łatwo trawione przez enzymy w przewodzie pokarmowym zwierząt i zaliczane są do węglowodanów rozpuszczalnych.

Węglowodany składające się z β-monosacharydy, są odporne na działanie endogennych enzymów trawiennych i zaliczane są do węglowodanów nierozpuszczalnych. Jednakże u niektórych gatunków zwierząt enzym ten wytwarzają mikroorganizmy w przewodzie pokarmowym celulaza, który rozkłada nierozpuszczalne węglowodany na CO 2, palne gazy i lotne kwasy tłuszczowe.

Lotne kwasy tłuszczowe(LKT) są najważniejszym źródłem energii dla roślinożerców. Zwierzęta nie roślinożerne, takie jak psy, mają ograniczone mikrobiologiczne procesy trawienne, więc nierozpuszczalne węglowodany nie mają wartości energetycznej. Obniżają wartość energetyczną diety.

Dlatego też karmy zawierające dużą ilość węglowodanów nierozpuszczalnych nie powinny być podawane psom o dużych potrzebach energetycznych (wzrost, późne etapy ciąży, laktacja, stres, praca). Jednocześnie pasze tego typu z powodzeniem stosowane są w celu redukcji i kontroli nadwagi u zwierząt ze skłonnością do otyłości.

Wiązania alfa we wszystkich węglowodanach, z wyjątkiem disacharydów, są rozkładane przez enzym trawienny - amylasa. Enzym ten jest wydzielany przez trzustkę, a u niektórych gatunków zwierząt jest także wydzielany w małych ilościach przez gruczoły ślinowe.

Disacharydy (maltoza, sacharoza, laktoza) są rozkładane na monosacharydy przy użyciu specjalnych enzymów - disacharydazy, Jak na przykład: maltaza, izomaltaza, sacharoza I laktaza. Enzymy te znajdują się w kosmkach rąbka szczoteczkowego komórek nabłonka jelitowego. Jeśli struktura rąbka szczoteczkowego jest uszkodzona lub komórkom brakuje tych enzymów, zwierzęta nie są w stanie metabolizować disacharydów.

W przypadku tej patologii disacharydy pozostają w jelicie i są wykorzystywane przez bakterie, stymulując ich rozmnażanie i zwiększając osmolarność treści jelitowej, co prowadzi do uwolnienia wody do światła jelita i biegunki (biegunki). Pasze zawierające disacharydy, takie jak mleko zawierające laktozę, powodują nasilenie biegunki, jeśli są stosowane w karmieniu chorych zwierząt.

Rozpuszczalne węglowodany są łatwo dostępnym źródłem energii i występują w dość dużych ilościach w wielu dietach, z wyjątkiem tych, które składają się prawie wyłącznie z mięsa, ryb lub tkanek zwierzęcych. Gdy w diecie występuje nadmiar węglowodanów rozpuszczalnych, część węglowodanów magazynowana jest w organizmie w postaci glikogenu lub tkanki tłuszczowej do późniejszego wykorzystania. Dlatego nadmiar węglowodanów w diecie predysponuje zwierzęta do otyłości.

W przypadku braku węglowodanów w diecie zwierząt stężenie glukozy we krwi nie zmniejsza się i nie występuje niedobór energii, ponieważ białka organizmu i glicerol mogą być wykorzystywane do tworzenia glukozy, a tłuszcz i białka są wykorzystywane jako substancje energetyczne.

Strawność glukozy, sacharozy, laktozy, dekstryny i skrobi zmieszanych z tkankami zwierzęcymi przy odpowiednio skomponowanej diecie może sięgać 94%. Natomiast strawność węglowodanów rozpuszczalnych w paszach przemysłowych średniej jakości nie przekracza 85%.

Chociaż psy są w stanie częściowo strawić surową skrobię zawartą w zbożach, jej strawność znacznie wzrasta w wyniku obróbki cieplnej przeprowadzanej podczas przygotowywania karmy przy użyciu określonej technologii.

Węglowodany nierozpuszczalne, zwane łącznie „błonnik pokarmowy” Lub "celuloza", włączać celuloza, hemiceluloza, pektyna, gumy, śluz I lignina(będący elementem konstrukcyjnym roślin).

Poszczególne frakcje błonnika pokarmowego znacznie różnią się właściwościami fizycznymi i chemicznymi. Dodawanie ich do żywności jest przydatne w przypadku wielu chorób, a także przy biegunce i zaparciach. Ich pozytywne działanie wiąże się ze zdolnością włókien do zatrzymywania wody i wpływania na skład mikroflory jelita grubego. Błonnik pokarmowy pomaga podrażnić receptory jelita grubego i pobudzić proces defekacji, a także przyczynia się do powstawania bardziej obszernego i miękkiego stolca.

Błonnik pokarmowy może również wpływać na metabolizm lipidów i węglowodanów. Pektyny i gumy mogą hamować wchłanianie lipidów, zwiększając w ten sposób wydzielanie cholesterolu i kwasów żółciowych oraz zmniejszając stężenie lipidów we krwi, natomiast celuloza ma bardzo słaby wpływ na stężenie cholesterolu w surowicy.

Błonnik pokarmowy może mieć duży wpływ na poziom glukozy i insuliny we krwi, co jest ważne u zwierząt chorych na cukrzycę.

Spadek stężenia insuliny i glukozy we krwi następuje na skutek zmniejszonego wchłaniania glukozy w jelitach, wolniejszego opróżniania żołądka i zmian w poziomie wydzielania peptydów żołądkowo-jelitowych.

Błonnik pokarmowy wpływa także na wchłanianie innych składników odżywczych. Zatem im większa zawartość błonnika w diecie, tym mniejsza przyswajalność białek i energii. Wpływ różnych błonników pokarmowych na wchłanianie minerałów nie jest taki sam. Przykładowo pektyna ogranicza wchłanianie niektórych minerałów, natomiast celuloza nie wpływa na ten proces. W konsekwencji dieta bogata w pektyny bez odpowiednich suplementów mineralnych może prowadzić do niedoborów mikroelementów w organizmie zwierząt.

Jeśli w diecie jest za dużo błonnika, psy mogą doświadczyć niedoboru energii.

Źródła

1. „ŻYWIENIE KLINICZNE MAŁYCH ZWIERZĄT” L.D. Lewis, M. L. Morris (JR), M. S. Hand, MARK MORRIS ASSOCIATES TOPEKA, KANSAS 1987 (Tłumaczenie z języka angielskiego i redakcja: doktor nauk biologicznych A. S. Erokhin)
2. Karmienie psów. Informator. S.N. Chochrin, „VSV-Sfinks”, 1996
3. Absolutnie wszystko o Twoim psie, składzie. V.N.Zubko M.: Arnadia, 1996

Węglowodany to związki organiczne składające się głównie z trzech pierwiastków chemicznych – węgla, wodoru i tlenu, chociaż wiele węglowodanów zawiera również azot lub siarkę. Ogólny wzór węglowodanów to C m (H 2 0) n. Dzielimy je na węglowodany proste i złożone.

Proste węglowodany(monosacharydy) zawierają pojedynczą cząsteczkę cukru, której nie można rozłożyć na prostsze. Są to substancje krystaliczne, słodkie w smaku i dobrze rozpuszczalne w wodzie. Monosacharydy biorą czynny udział w metabolizmie komórkowym i wchodzą w skład węglowodanów złożonych - oligosacharydów i polisacharydów.

Monosacharydy klasyfikuje się według liczby atomów węgla (C3-C9), na przykład: pentozy(C 5) i heksozy(C6). Pentozy obejmują rybozę i dezoksyrybozę. Ryboza jest częścią RNA i ATP. Dezoksyryboza jest składnikiem DNA. Heksozy (C 6 H 12 0 6) to glukoza, fruktoza, galaktoza itp.

Glukoza(cukier winogronowy) (ryc. 2.7) występuje we wszystkich organizmach, w tym we krwi ludzkiej, ponieważ stanowi rezerwę energii. Wchodzi w skład wielu cukrów złożonych: sacharozy, laktozy, maltozy, skrobi, celulozy itp.

Fruktoza(cukier owocowy) występuje w najwyższych stężeniach w owocach, miodzie i korzeniach buraka cukrowego. Bierze nie tylko czynny udział w procesach metabolicznych, ale jest także częścią sacharozy i niektórych polisacharydów, np. insuliny.

Większość monosacharydów jest zdolna do wywołania reakcji „srebrnego lustra” i redukcji miedzi po dodaniu płynu filcowego (mieszaniny roztworów siarczanu miedzi (II) i winianu sodowo-potasowego) i wrzenia.

DO oligosacharydy obejmują węglowodany utworzone przez kilka reszt monosacharydowych. Na ogół są również dobrze rozpuszczalne w wodzie i mają słodki smak. W zależności od liczby tych reszt rozróżnia się disacharydy (dwie reszty),

Ryż. 2.7. Struktura cząsteczki glukozy

trisacharydy (trzy) itp. Disacharydy obejmują sacharozę, laktozę, maltozę itp.

Sacharoza(cukier buraczany lub trzcinowy) składa się z pozostałości glukozy i fruktozy (ryc. 2.8), występuje w organach spichrzowych niektórych roślin. Szczególnie dużo sacharozy znajduje się w roślinach okopowych buraków cukrowych i trzciny cukrowej, skąd są one pozyskiwane na skalę przemysłową. Służy jako standard słodyczy węglowodanów.

Laktoza, Lub mleczny cukier, powstają z pozostałości glukozy i galaktozy występujących w mleku matki i krowy.

Maltoza(cukier słodowy) składa się z dwóch jednostek glukozy. Powstaje podczas rozkładu polisacharydów w nasionach roślin oraz w układzie pokarmowym człowieka i jest wykorzystywany do produkcji piwa.

Polisacharydy to biopolimery, których monomerami są reszty mono- lub disacharydowe. Większość polisacharydów jest nierozpuszczalna w wodzie i ma niesłodzony smak. Należą do nich skrobia, glikogen, celuloza i chityna.

Skrobia- Jest to biała, sypka substancja, która nie zwilża się wodą, ale po zaparzeniu w gorącej wodzie tworzy zawiesinę - pastę. W rzeczywistości skrobia składa się z dwóch polimerów - mniej rozgałęzionej amylozy i bardziej rozgałęzionej amylopektyny (ryc. 2.9). Monomerem zarówno amylozy, jak i amylopektyny jest glukoza. Skrobia jest główną substancją magazynującą rośliny, która gromadzi się w ogromnych ilościach w nasionach, owocach, bulwach, kłączach i innych organach spichrzowych roślin. Jakościową reakcją na skrobię jest reakcja z jodem, podczas której skrobia zmienia kolor na niebiesko-fioletowy.

Glikogen(skrobia zwierzęca) to rezerwowy polisacharyd zwierząt i grzybów, który u człowieka gromadzi się w największych ilościach w mięśniach i wątrobie. Jest również nierozpuszczalny w wodzie i nie ma słodkiego smaku. Monomerem glikogenu jest glukoza. W porównaniu do cząsteczek skrobi, cząsteczki glikogenu są jeszcze bardziej rozgałęzione.

Celuloza, Lub celuloza,- główny pomocniczy polisacharyd roślin. Monomerem celulozy jest glukoza (ryc. 2.10). Nierozgałęzione cząsteczki celulozy tworzą wiązki będące częścią ścian komórkowych roślin i niektórych grzybów. Celuloza jest podstawą drewna, wykorzystywana jest w budownictwie, przy produkcji tekstyliów, papieru, alkoholu i wielu substancji organicznych. Celuloza jest chemicznie obojętna i nie rozpuszcza się ani w kwasach, ani w zasadach. W układzie pokarmowym człowieka nie jest również rozkładany przez enzymy, ale jego trawienie ułatwiają bakterie żyjące w jelicie grubym. Dodatkowo błonnik pobudza skurcze ścian przewodu pokarmowego, przyczyniając się do poprawy jego funkcjonowania.

Chityna jest polisacharydem, którego monomerem jest monosacharyd zawierający azot. Wchodzi w skład ścian komórkowych grzybów i muszli stawonogów. W układzie pokarmowym człowieka brakuje również enzymu trawiącego chitynę; posiadają go tylko niektóre bakterie.

Funkcje węglowodanów. Węglowodany pełnią w komórce funkcje plastyczne (budowlane), energetyczne, magazynujące i wspierające. Tworzą ściany komórkowe roślin i grzybów. Wartość energetyczna rozkładu 1 g węglowodanów wynosi 17,2 kJ. Substancjami magazynującymi są glukoza, fruktoza, sacharoza, skrobia i glikogen. Węglowodany mogą również wchodzić w skład złożonych lipidów i białek, tworząc glikolipidy i glikoproteiny, szczególnie w błonach komórkowych. Nie mniej ważna jest rola węglowodanów w międzykomórkowym rozpoznawaniu i odbieraniu sygnałów ze środowiska zewnętrznego, gdyż pełnią one funkcję receptorów w ramach glikoprotein.

Lipidy to chemicznie niejednorodna grupa substancji o niskiej masie cząsteczkowej i właściwościach hydrofobowych. Substancje te są nierozpuszczalne w wodzie i tworzą w niej emulsje, natomiast dobrze rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych. Lipidy są w dotyku tłuste, wiele z nich pozostawia na papierze charakterystyczne, nie wysychające ślady. Razem z białkami i węglowodanami stanowią jeden z głównych składników komórek. Zawartość lipidów w różnych komórkach nie jest taka sama, szczególnie dużo jest ich w nasionach i owocach niektórych roślin, w wątrobie, sercu i krwi.

W zależności od budowy cząsteczki lipidy dzielą się na prosty I złożony. DO prosty Lipidy obejmują obojętne lipidy (tłuszcze), woski, sterole i steroidy. Złożony lipidy zawierają także inny składnik nielipidowy. Najważniejsze z nich to fosfolipidy, glikolipidy itp.

Tłuszcze są pochodnymi alkoholu trójwodorotlenowego, gliceryny i wyższych kwasów tłuszczowych (ryc. 2.11). Większość kwasów tłuszczowych zawiera 14-22 atomów węgla. Wśród nich są zarówno nasycone, jak i nienasycone, czyli zawierające wiązania podwójne. Najpopularniejszymi nasyconymi kwasami tłuszczowymi są palmitynowy i stearynowy, a najczęstszymi nienasyconymi kwasami tłuszczowymi są oleinowy. Niektóre nienasycone kwasy tłuszczowe nie są syntetyzowane w organizmie człowieka lub są syntetyzowane w niewystarczających ilościach, dlatego są niezbędne. Reszty gliceryny tworzą hydrofilowe „głowy”, a reszty kwasów tłuszczowych tworzą „ogony”.

Tłuszcze pełnią przede wszystkim funkcję magazynowania w komórkach i służą jako źródło energii. Są bogate w podskórną tkankę tłuszczową, która pełni funkcję amortyzującą i termoizolacyjną, a u zwierząt wodnych zwiększa także pływalność. Tłuszcze roślinne zawierają w większości nienasycone kwasy tłuszczowe, dzięki czemu mają postać płynną i tzw obrazy olejne. Oleje zawarte są w nasionach wielu roślin, takich jak słonecznik, soja, rzepak itp.

Woski- Są to złożone mieszaniny kwasów tłuszczowych i alkoholi tłuszczowych. U roślin tworzą na powierzchni liścia film, który chroni przed parowaniem, wnikaniem patogenów itp. U wielu zwierząt pokrywają ciało lub służą do budowy plastrów miodu.

DO sterole Obejmuje to lipidy, takie jak cholesterol, niezbędny składnik błon komórkowych i steroidy – hormony płciowe estradiol, testosteron itp.

Fosfolipidy, oprócz reszt glicerolu i kwasów tłuszczowych zawierają resztę kwasu ortofosforowego. Wchodzą w skład błon komórkowych i zapewniają im właściwości barierowe.

Glikolipidy są także składnikami membran, ale ich zawartość jest tam niewielka. Nielipidową częścią glikolipidów są węglowodany.

Funkcje lipidów. Lipidy pełnią w komórce funkcje plastyczne (budowlane), energetyczne, magazynujące, ochronne i regulacyjne, ponadto są rozpuszczalnikami wielu witamin. Jest niezbędnym składnikiem błon komórkowych. Podczas rozkładu 1 g lipidów uwalniane jest 38,9 kJ energii. Są magazynowane w różnych narządach roślin i zwierząt. Ponadto podskórna tkanka tłuszczowa chroni narządy wewnętrzne przed hipotermią lub przegrzaniem, a także wstrząsem. Funkcja regulacyjna lipidów wynika z faktu, że część z nich to hormony.

Węglowodany obejmują celulozę, hemicelulozę, palisacharydy (skrobia, inulina), disacharydy (cukier trzcinowy) i monsacharydy (glukoza, fruktoza, laktoza). Inne związki zawarte w paszy, zawierające oprócz węglowodanów węgiel, wodór i tlen, obejmują pentozy, substancje inkrustujące (lignina, kutyna), kwasy organiczne, pigmenty, substancje pektynowe, glukozydy i szereg innych, które występują w roślinach i produkty pochodzenia zwierzęcego w małych ilościach.

Zazwyczaj wśród tych substancji, zróżnicowanych pod względem składu i znaczenia fizjologicznego, wyróżnia się następujące grupy: włókno surowe – obejmuje celulozę, hemcelulozę, ligninę i inne substancje inkrustujące; węglowodany rozpuszczalne - skrobia, inulina, cukry; substancje ekstrakcyjne niezawierające azotu, co obejmuje wszystko inne; Zwykle nie definiuje się węglowodanów rozpuszczalnych, lecz łączy się je z grupą ekstraktów bezazotowych, oznaczanych w skrócie początkowymi literami BEV.

Włókno surowe jest związkiem, który w dużej mierze decyduje o wartości energetycznej paszy oraz zawartości substancji organicznych przydatnych dla zwierząt i zdolnych do utleniania.

Na wartość odżywczą włókna surowego wpływa stopień zdrewnienia, szorstkość, co jest spowodowane zawartością w nim ligniny, zwłaszcza jej form nierozpuszczalnych, oraz stopień włóknistości celulozy. Włókno surowe, w zależności od jego obecności w roślinach i fazy rozwoju roślin, jest trawione i wchłaniane zupełnie inaczej. W początkowych okresach rozwoju roślin, w fazie liści podstawowych, włókno surowe jest trawione w 70-85% i wchłaniane nie gorzej niż węglowodany rozpuszczalne. W tej chwili składa się głównie z hemicelulozy, celulozy amorficznej; Lignina występuje głównie w postaci rozpuszczalnej. W miarę starzenia się rośliny zachodzą następujące zmiany: gromadzi się więcej celulozy, staje się ona włóknista, łączy się w gęste pęczki (niedostępne dla soków trawiennych) oraz tworzy kompleksy z nierozpuszczalnymi formami ligniny. W rezultacie strawność paszy ulega znacznemu zmniejszeniu, a wykorzystanie przetrawionej materii organicznej w paszy przez zwierzęta znacznie upośledzone. Przykładowo w jednym z zagranicznych doświadczeń strawność materii organicznej tymotki w maju wynosiła 85%, a pod koniec czerwca 45%. Średnio na każdy dzień rozwoju roślin strawność spadała o 0,5%.

Procesowi zmniejszania strawności błonnika towarzyszy równoczesny wzrost jego zawartości w suchej masie. Jeśli w początkowych fazach rozwoju rośliny zawierają 8-14% włókna surowego, to w fazach końcowych (wysypywanie nasion, suszenie roślin) aż do 45%. W trakcie rozwoju roślin wzrasta ciężar właściwy ligniny w suchej masie. Jednak większe znaczenie w obniżaniu energetycznej wartości odżywczej rośliny ma fakt, że lignina przekształca się do form nierozpuszczalnych i łączy się z celulozą, przez co gwałtownie zmniejsza strawność włókna surowego i innych substancji organicznych tworzących roślinę.

Gdy sucha masa paszy zawiera 45% błonnika, jej strawność okazuje się niska, wynosząca 40%, a wartość odżywcza suchej masy gwałtownie spada. Pasze takie jak słoma ozima są bezproduktywne, ponieważ znacznie zmniejszają produktywność zwierząt. Kiedy zawartość włókna surowego wzrasta do 45-55% i więcej (jak w gałęziach, trocinach i innych odpadach drzewnych, w torfie), produkty i materiały stają się nieodpowiednie do karmienia zwierząt.

Błonnik działa jak substancja balastowa, która tworzy masę w masie spożywczej. Faktem jest, że gdy zwierzęta zjadają mniej niż 2 kg suchej masy na cetnar żywej wagi, procesy trawienne zostają zakłócone, co negatywnie wpływa na wchłanianie składników pokarmowych i zdrowie zwierząt. Dlatego podawanie pokarmów ubogich w składniki odżywcze, a nawet prawie pozbawionych wartości odżywczych, pozytywnie wpływa na kondycję zwierząt. Niewystarczająca objętość diety wpływa również na kształtowanie się u zwierząt nawyków kultywowanych – świnie obgryzają podłogi fermowe, drewniane części karmników, konie połykają powietrze (gryzą).

Kolejną pozytywną właściwością błonnika surowego jest zdolność dobrego ogrzewania zwierząt w zimie i generowania dodatkowej ilości energii cieplnej w organizmie. Dzieje się tak dlatego, że mikroorganizmy przewodu pokarmowego, przede wszystkim u przeżuwaczy, rozkładając i wykorzystując błonnik, wydzielają dużo ciepła - około 2500 kcal na 1 kg strawionego błonnika. Okoliczność ta powoduje, że zimą, przy niskich temperaturach, bydło chętniej zjada oborę i inną paszę objętościową, a wiosną i latem odmawia słomy.

Czy można sztucznie, poprzez przetwarzanie, zmienić wartość odżywczą pasz i produktów niepaszowych? Okazuje się, że to możliwe. Faktem jest, że pod względem kaloryczności brutto pasza objętościowa jest taka sama jak koncentraty, zawierające 4400 kcal na 1 kg. Ich niska wartość odżywcza wynika ze słabej strawności, a także niezadowalającego przyswajania strawionych substancji. Jeśli traktujesz paszę objętościową alkalicznym roztworem wystarczająco aktywnych zasad - sody kaustycznej, wapna (wrzącej cieczy) z obecnością wystarczającej ilości grup hydroksylowych (OH) i wartością pH co najmniej 11-12, to wydzielenie celulozy z ligniny powstaje włóknista struktura celulozy staje się amorficzna, w pewnym stopniu lignina rozpuszcza się, a po drodze sole krzemu. Jednocześnie gwałtownie wzrasta wartość odżywcza suchej masy pasz objętościowych.

Okazuje się, że podobna obróbka roztworem alkalicznym może zamienić produkty inne niż paszowe w paszę. Zatem obróbka płatków drzewnych, trocin osikowych i brzozowych roztworem alkalicznym umożliwiła przekształcenie ich w produkt spożywany nie tylko przez bydło, ale także przez świnie.

Węglowodany rozpuszczalne – skrobia, inulina (w bulwach gruszy), cukier trzcinowy, glukoza, fruktoza, laktoza – są łatwo trawione i dobrze wchłaniane. Służą w organizmie zwierzęcia jako materiał do wytwarzania energii mechanicznej i cieplnej oraz do syntezy tłuszczu. Komórki organizmu zwierzęcego zawierają monosacharydy, krew zawiera glukozę, a mleko zawiera cukier mleczny (laktozę). Skrobia zwierzęca (glikogen) dostępna jest w bardzo ograniczonych ilościach w wątrobie, gdzie pełni rolę związku pośredniego. Węglowodany rozpuszczalne występują głównie w ziarnach, nasionach, korzeniach i bulwach i stanowią aż 80% ich suchej masy. Węglowodany rozpuszczalne są najlepszym źródłem tworzenia tłuszczu w organizmie zwierząt, gdyż proces syntezy tłuszczu z nich zachodzi wydajniej niż z białek i tłuszczów paszowych, a jakość tłuszczu jest charakterystyczna dla danego gatunku zwierząt.

U przeżuwaczy nadmiar węglowodanów rozpuszczalnych przy niedoborze białka w paszy prowadzi do dystrofii przewodu pokarmowego i gorszego wykorzystania składników odżywczych na skutek zmniejszonej aktywności mikroorganizmów w przewodzie pokarmowym.

Pasze bogate w łatwo rozpuszczalne węglowodany stosowane są w znacznych ilościach w końcowym okresie tuczu zwierząt, zwłaszcza trzody chlewnej, kiedy następuje wzmożone odkładanie się tłuszczu. Węglowodany rozpuszczalne są chętniej wykorzystywane przez zwierzęta monogastryczne niż przez przeżuwacze, gdzie częściowo stanowią pożywienie dla mikroorganizmów żwaczowych.

Pentozy i substancje pektynowe mają jakość zbliżoną do rozpuszczalnych węglowodanów, są dobrze trawione i wykorzystywane przez zwierzęta. Występuje w produktach roślinnych.

Kwasy organiczne w paszach występują w postaci kwasu mlekowego, octowego, propionowego i majonowego. Dla pomyślnego wykorzystania zawartość kwasów organicznych w suchej masie nie powinna przekraczać 6%. Przy wyższej zawartości i wartości pH poniżej 3,6 - 3,8 zmniejsza się smakowitość takiej paszy, np. kiszonki. Faktem jest, że zwierzęta z reguły odmawiają spożywania kiszonki, jeżeli ilość wolnej kiszonki organicznej przekracza 100 g na cetnar żywej masy przeżuwaczy i 50-80 g na cetnar świń.

Zazwyczaj kwasy organiczne w paszy powstają w większych ilościach w wyniku fermentacji. Dlatego jest ich dużo w kiszonkach, wywarach gorzelnianych i ziarnach piwa.

Najbardziej pożądany w paszach jest kwas mlekowy. Pobudza bardziej energetyczne wydzielanie soków trawiennych i poprawia apetyt. Kiszonka zawierająca wystarczającą ilość kwasu mlekowego nie ma wyraźnego kwaśnego zapachu, ponieważ kwas mlekowy nie jest lotny. Kwas octowy, jako kwas lotny, nadaje paszy odpowiedni kwaśny zapach. Kwas propionowy występuje w paszach w mniejszych ilościach niż kwas octowy i mlekowy. To jest dobre dla zwierząt. Kwas masłowy jest niepożądany w kiszonce. Jej obecność świadczy o fermentacji kwasu masłowego, prowadzącej do rozkładu kiszonki. Dobra kiszonka nie zawiera kwasu masłowego. W ogólnej zawartości kwasów organicznych w kiszonce udział kwasu masłowego nie powinien przekraczać 20%.

W żwaczu przeżuwaczy w wyniku życiowej aktywności mikroorganizmów (bakterii, orzęsków) powstają kwasy organiczne - octowy, propionowy, masłowy, walerianowy i w małych ilościach inne. Kwasy te wchłaniają się do krwi i służą jako źródło syntezy różnych substancji organicznych organizmu. W szczególności kwas octowy bierze udział w tworzeniu tłuszczu macicznego. Zazwyczaj wśród lotnych kwasów tłuszczowych powstających w żwaczu 62-73% to kwas octowy, 18-28% propionowy, 7-16% masłowy.

Funkcje węglowodanów rozpuszczalnych: transportowe, ochronne, sygnalizacyjne, energetyczne.

Monosacharydy: glukoza– główne źródło energii do oddychania komórkowego. Fruktoza- składnik nektarów kwiatowych i soków owocowych. Ryboza i dezoksyryboza– elementy strukturalne nukleotydów, które są monomerami RNA i DNA.

Disacharydy: sacharoza(glukoza + fruktoza) to główny produkt fotosyntezy transportowany przez rośliny. Laktoza(glukoza + galaktoza) – wchodzi w skład mleka ssaków. Maltoza(glukoza + glukoza) jest źródłem energii w kiełkujących nasionach.

Węglowodany polimerowe: skrobia, glikogen, celuloza, chityna. Nie są rozpuszczalne w wodzie.

Funkcje węglowodanów polimerowych: strukturalne, magazynowe, energetyczne, ochronne.

Skrobia składa się z rozgałęzionych cząsteczek spiralnych, które tworzą substancje rezerwowe w tkankach roślinnych.

Celuloza– polimer utworzony z reszt glukozy składających się z kilku prostych równoległych łańcuchów połączonych wiązaniami wodorowymi. Taka struktura zapobiega wnikaniu wody i zapewnia stabilność błon celulozowych komórek roślinnych.

Chityna składa się z aminowych pochodnych glukozy. Główny element strukturalny powłoki stawonogów i ścian komórkowych grzybów.

Glikogen- substancja rezerwowa komórki zwierzęcej. Glikogen jest jeszcze bardziej rozgałęziony niż skrobia i jest dobrze rozpuszczalny w wodzie.

Lipidy– estry kwasów tłuszczowych i gliceryny. Nierozpuszczalny w wodzie, ale rozpuszczalny w rozpuszczalnikach niepolarnych. Obecny we wszystkich komórkach. Lipidy składają się z atomów wodoru, tlenu i węgla. Rodzaje lipidów: tłuszcze, woski, fosfolipidy. Funkcje lipidów: przechowywanie– tłuszcze gromadzą się w tkankach kręgowców. Energia– połowa energii zużywanej przez komórki kręgowców w spoczynku powstaje w wyniku utleniania tłuszczów. Tłuszcze są również wykorzystywane jako źródło wody. Efekt energetyczny rozkładu 1 g tłuszczu wynosi 39 kJ, czyli dwukrotnie więcej niż efekt energetyczny rozkładu 1 g glukozy lub białka. Ochronny– podskórna warstwa tłuszczu chroni organizm przed uszkodzeniami mechanicznymi. Strukturalny – fosfolipidy są częścią błon komórkowych. Izolacja cieplna– tłuszcz podskórny pomaga zatrzymać ciepło. Izolacja elektryczna– mielina, wydzielana przez komórki Schwanna (tworzą osłonki włókien nerwowych), izoluje niektóre neurony, co znacznie przyspiesza przekazywanie impulsów nerwowych. Pożywny– niektóre substancje lipidopodobne pomagają budować masę mięśniową i utrzymać napięcie ciała. Smarowniczy– woski pokrywają skórę, wełnę, pióra i chronią je przed wodą. Liście wielu roślin pokryte są woskową powłoką; wosk służy do budowy plastrów miodu. Hormonalne– hormon nadnerczy – kortyzon i hormony płciowe mają charakter lipidowy.

14. Enzymy, ich rola w komórce.

Enzymy (enzymy)- są to specyficzne białka, które występują we wszystkich organizmach żywych i pełnią rolę katalizatorów biologicznych.

Reakcje chemiczne w żywej komórce zachodzą w określonej temperaturze, normalnym ciśnieniu i określonej kwasowości środowiska. W takich warunkach reakcje syntezy i rozkładu substancji przebiegałyby w komórce bardzo powoli, gdyby nie podlegały one działaniu enzymów.

Wszystkie procesy zachodzące w żywym organizmie zachodzą bezpośrednio lub pośrednio przy udziale enzymów. Przykładowo pod ich wpływem składniki żywności (białka, węglowodany, lipidy) ulegają rozkładowi na prostsze związki, z których syntetyzowane są nowe, charakterystyczne dla tego typu makrocząsteczki. Dlatego zaburzenia w tworzeniu i działaniu enzymów często prowadzą do wystąpienia poważnych chorób.

Enzymy, zgodnie ze swoją organizacją przestrzenną, składają się z kilku łańcuchów polipeptydowych i zwykle mają strukturę czwartorzędową.

Ponadto enzymy mogą zawierać również struktury niebiałkowe. Część białkowa nazywa się apoenzym i niebiałkowe - kofaktor Lub koenzym (koenzym).

Prekursorami wielu koenzymów są witaminy.

Kataliza enzymatyczna podlega tym samym prawom, co kataliza nieenzymatyczna (w przemyśle chemicznym), jednak w odróżnieniu od niej charakteryzuje się wysoki stopień swoistości(enzym katalizuje tylko określoną reakcję lub działa tylko na jeden rodzaj wiązania). Zapewnia to precyzyjną regulację wszystkich procesów życiowych (oddychanie, trawienie, fotosynteza itp.) zachodzących w komórce i ciele. Na przykład enzym ureaza katalizuje rozkład tylko jednej substancji - mocznika (H 2 N-CO-NH 2 + H 2 O → 2NH 3 + CO 2), nie wywierając efektu katalitycznego na związki pokrewne strukturalnie.

Wyjaśnia specyfikę działania enzymów teoria centrum aktywnego. Według niej w cząsteczce każdego enzymu znajduje się jedno lub więcej miejsc zapewniających specyficzną interakcję pomiędzy enzymem a substancją (substratem). Centrum aktywne jest albo grupą funkcyjną (na przykład grupą OH seryny), albo oddzielnym aminokwasem. Zazwyczaj efekt katalityczny wymaga połączenia kilku (średnio od 3 do 12) reszt aminokwasowych rozmieszczonych w określonej kolejności. Centrum aktywne mogą tworzyć także jony metali, witaminy i inne związki niebiałkowe – koenzymy, czyli kofaktory. Pod wpływem enzymu wiązania chemiczne substratu ulegają osłabieniu, a katalizowana reakcja przebiega przy mniejszym początkowym wydatku energii, a co za tym idzie, z większą szybkością. Na przykład jedna cząsteczka enzymu katalazy może rozpaść się w ciągu 1 minuty. ponad 5 milionów cząsteczek nadtlenku wodoru (H 2 O 2), który jest produktem utleniania różnych związków w organizmie.

W końcowym etapie reakcji chemicznej kompleks enzym-substrat rozpada się, tworząc produkty końcowe i wolny enzym, który ponownie wiąże się z cząsteczkami substratu.

Szybkość reakcji enzymatycznych zależy od wielu czynników: charakteru i stężenia enzymu i substratu, temperatury, ciśnienia, kwasowości podłoża, obecności inhibitorów itp. Przykładowo w temperaturach bliskich zera tempo reakcji biochemicznych spowalnia do minimum . Właściwość ta znajduje szerokie zastosowanie w różnych sektorach gospodarki narodowej, zwłaszcza w rolnictwie i medycynie. W szczególności konserwacja różnych narządów (nerki, serce, śledziona, wątroba) przed przeszczepieniem pacjentowi następuje podczas chłodzenia, aby zmniejszyć intensywność reakcji biochemicznych, a tym samym przedłużyć żywotność narządów.

15. Budowa i funkcje części i organelli komórki, ich wzajemne relacje jako podstawa jej integralności.

Każda z części komórki z jednej strony stanowi odrębną strukturę o określonej budowie i funkcjach, z drugiej zaś jest składnikiem bardziej złożonego układu zwanego komórką. Większość dziedzicznych informacji komórki eukariotycznej koncentruje się w jądrze, ale samo jądro nie jest w stanie zapewnić jej wdrożenia, ponieważ wymaga to przynajmniej cytoplazmy, która działa jako główna substancja, oraz rybosomów, na których zachodzi ta synteza . Większość rybosomów zlokalizowana jest na ziarnistej siateczce śródplazmatycznej, skąd białka najczęściej transportowane są do kompleksu Golgiego, a następnie po modyfikacji do tych części komórki, dla których są przeznaczone. Błonowe opakowania białek i węglowodanów można wbudować w błony organelli i błonę cytoplazmatyczną, zapewniając ich ciągłą odnowę. Od kompleksu Golgiego oddzielają się także lizosomy i wakuole, które pełnią ważne funkcje. Na przykład bez lizosomów komórki szybko zamieniłyby się w rodzaj wysypiska cząsteczek i struktur odpadowych.

Zajście wszystkich tych procesów wymaga energii wytwarzanej przez mitochondria, a u roślin przez chloroplasty. I chociaż te organelle są stosunkowo autonomiczne, ponieważ mają własne cząsteczki DNA, niektóre z ich białek są nadal kodowane przez genom jądrowy i syntetyzowane w cytoplazmie.

Zatem komórka jest nierozerwalną jednością swoich elementów składowych, z których każdy pełni swoją unikalną funkcję.

Metabolizm: metabolizm energetyczny i plastyczny, ich związek. Enzymy, ich charakter chemiczny, rola w metabolizmie. Etapy metabolizmu energetycznego. Fermentacja i oddychanie. Fotosynteza, jej znaczenie, rola kosmiczna. Fazy ​​​​fotosyntezy. Jasne i ciemne reakcje fotosyntezy, ich związek. Chemosynteza. Rola bakterii chemosyntetycznych na Ziemi.

16. Różnorodność komórek.

17. Wirusy - forma przedkomórkowa, patogeny.

1. Czy wirusy są istotami żywymi czy obiektami nieożywionymi? Osobliwością jest niekomórkowa struktura wirusów; składają się z cząsteczki DNA lub mRNA otoczonej cząsteczkami białka niczym otoczka.

2. Manifestacja objawów życiowych przez wirusy tylko w komórkach innych organizmów, brak własnego metabolizmu, zdolność do samodzielnego rozmnażania się poza komórkami innych organizmów i istnienie w postaci kryształu.

4. Wirusy są przyczyną wielu poważnych chorób: AIDS, wścieklizny, polio, grypy, ospy itp. Cechą charakterystyczną wirusów jest zakaźność.

5. Sposoby zarażenia wirusem HIV, wścieklizną, polio, ospą oraz środki zapobiegania chorobom wywoływanym przez wirusy.

18. Zapobieganie zakażeniom wirusem HIV i AIDS.

Zakażenie wirusem HIV jest powoli postępującą chorobą wirusową układu odpornościowego, prowadzącą do osłabienia obrony immunologicznej przed nowotworami i infekcjami. Etap zakażenia wirusem HIV, w którym u człowieka pojawiają się wtórne choroby zakaźne lub nowotworowe z powodu obniżonej odporności, nazywa się zespołem nabytego niedoboru odporności (AIDS).

Nieleczony wirus HIV prawie zawsze osłabia układ odpornościowy. W rezultacie organizm staje się podatny na jedną lub więcej chorób zagrażających życiu, które zwykle nie dotykają zdrowych ludzi. Ten etap zakażenia wirusem HIV nazywany jest AIDS lub zespołem nabytego niedoboru odporności. Im bardziej uszkodzony jest układ odpornościowy, tym większe ryzyko śmierci z powodu infekcji oportunistycznych.

Eksperci zgodzili się na używanie terminu „AIDS” na początku lat 80. XX wieku, przed odkryciem wirusa HIV, do opisania nowo powstającego zespołu ciężkiej supresji układu odpornościowego. Obecnie AIDS uważa się za późniejszy etap rozwoju zakażenia i choroby wirusem HIV.

Bez leczenia czas potrzebny do przekształcenia się wirusa HIV w AIDS wynosi zwykle 8–10 lat. Jednakże odstęp między wystąpieniem zakażenia a wystąpieniem objawów jest różny i zazwyczaj jest krótszy u osób zakażonych w wyniku transfuzji krwi i u chorych dzieci. Czynniki zmieniające naturalną historię zakażenia wirusem HIV nazywane są „kofaktorami”, które determinują postęp choroby. Zbadano różne potencjalne kofaktory, w tym czynniki genetyczne, wiek, płeć, sposób przenoszenia, palenie tytoniu, dietę i inne choroby zakaźne. Istnieją uzasadnione dowody na to, że choroba postępuje szybciej, jeśli zakażenie wirusem HIV nastąpi w późniejszym wieku.

We współczesnych warunkach właśnie poprzez wzmocnienie profilaktyki HIV istnieje szansa na „zatrzymanie” epidemii w celu zapewnienia życia ludzkiego i normalnego funkcjonowania gospodarki.

Poziomy zapobiegania:

Poziom osobisty – wpływ skierowany na jednostkę w celu zachowania jej zdrowia.

Poziom rodzinny (poziom najbliższego otoczenia) – oddziaływanie skierowane na rodzinę człowieka i jego najbliższe otoczenie (znajomych i wszystkich, którzy bezpośrednio z tą osobą wchodzą w interakcję) w celu stworzenia warunków, w których samo otoczenie będzie bezpieczne i pomoże w kształtowaniu wartości zdrowia, dbaj o siebie.

Poziom społeczny – oddziaływanie na społeczeństwo jako całość w celu zmiany norm społecznych w związku z praktykami społecznie niepożądanymi (ryzykownymi).

19. Metabolizm komórkowy.

Co to jest metabolizm?

Metabolizm, czyli metabolizm, to zespół procesów pobierania substancji ze środowiska, ich przemian w organizmie i usuwania produktów przemiany materii z organizmu. W wyniku metabolizmu organizm utrzymuje stałość składu komórek i struktur komórkowych, aktualizując je w miarę potrzeb, a także utrzymuje ich bilans energetyczny. Procesy metaboliczne zachodzące w komórkach charakteryzują się dużą uporządkowanością i ścisłą sekwencją zachodzących w nich reakcji biochemicznych, udziałem w nich różnych enzymów i wszystkich struktur komórkowych.

Metabolizm (patrz także Metabolizm) to zespół przemian chemicznych zachodzących w organizmach żywych, które zapewniają ich wzrost, aktywność życiową, rozmnażanie, stały kontakt i wymianę ze środowiskiem. Schemat metabolizmu żywego organizmu W wyniku metabolizmu dochodzi do rozkładu i syntezy cząsteczek wchodzących w skład komórek, powstawania, niszczenia i odnowy struktur komórkowych i substancji międzykomórkowej. Na przykład u człowieka połowa wszystkich białek tkankowych ulega rozkładowi i budowie od nowa średnio w ciągu 80 dni, białka wątroby i surowicy wymieniane są o połowę co 10 dni, a białka mięśniowe – 180, poszczególne enzymy wątrobowe – co 2-4 godziny . Metabolizm jest nierozerwalnie związany z procesami przemiany energii: energia potencjalna wiązań chemicznych złożonych cząsteczek organicznych w wyniku przemian chemicznych zamieniana jest na inny rodzaj energii wykorzystywanej do syntezy nowych związków, w celu utrzymania struktury i funkcji komórek, temperaturę ciała, możliwość wykonywania pracy itp. Wszystkie reakcje metaboliczne i konwersja energii zachodzą przy udziale biologicznych katalizatorów-enzymów. U różnych organizmów metabolizm charakteryzuje się uporządkowaniem i podobieństwem sekwencji przemian enzymatycznych, pomimo dużej gamy związków chemicznych biorących udział w wymianie. Jednocześnie każdy gatunek charakteryzuje się specjalnym, genetycznie utrwalonym typem metabolizmu, zdeterminowanym warunkami jego istnienia. Metabolizm to dwa powiązane ze sobą procesy zachodzące jednocześnie w organizmie: asymilacja czyli anabolizm, dysymilacja czyli katabolizm. Podczas przemian katabolicznych duże cząsteczki organiczne rozkładają się na proste związki z jednoczesnym uwolnieniem energii, która magazynowana jest w postaci bogatych w energię wiązań fosforanowych, głównie w cząsteczce ATP. Przemiany kataboliczne dokonują się najczęściej w wyniku reakcji hydrolitycznych i oksydacyjnych i zachodzą zarówno pod nieobecność tlenu (droga beztlenowa – glikoliza, fermentacja), jak i przy jego udziale (droga tlenowa – oddychanie). Druga ścieżka jest ewolucyjnie młodsza i energetycznie bardziej opłacalna. Zapewnia całkowity rozkład substancji organicznych na CO2 i H2O. Różnorodne związki organiczne przekształcają się w procesach katabolicznych w ograniczoną liczbę małych cząsteczek (oprócz CO2 i H2O); na przykład węglowodany - na fosforany triozy i pirogronian. Końcowymi produktami metabolizmu azotu są mocznik, amoniak i kwas moczowy. Podczas przemian anabolicznych złożone cząsteczki ulegają biosyntezie z prostych cząsteczek prekursorowych. Organizmy autotroficzne (rośliny zielone i niektóre bakterie) mogą przeprowadzać pierwotną syntezę związków organicznych z CO2 wykorzystując energię światła słonecznego - fotosyntezę. Heterotrofy syntetyzują związki organiczne wykorzystując wyłącznie energię i produkty powstałe w wyniku przemian katabolicznych. Materiałami wyjściowymi do procesów biosyntezy są proste związki organiczne. Każda komórka syntetyzuje swoje charakterystyczne białka, tłuszcze, węglowodany i inne związki. Na przykład glikogen mięśniowy jest syntetyzowany w komórkach mięśniowych, a nie dostarczany przez krew z wątroby. Całość reakcji katabolicznych i anabolicznych zachodzących w komórce w danym momencie składa się na jej metabolizm.

Źródło: www.bioaa.info

20. Metabolizm energetyczny.

Podczas procesu fermentacji metabolizm energetyczny dzieli się zwykle na trzy etapy. Pierwszy etap - przygotowawczy. Na tym etapie cząsteczki węglowodanów złożonych, tłuszczów i białek rozkładają się na małe cząsteczki - glukozę, glicerol i kwasy tłuszczowe, aminokwasy; duże cząsteczki kwasów nukleinowych - na nukleotydy. Reakcje te uwalniają niewielką ilość energii, która jest rozpraszana w postaci ciepła.

Druga faza - niekompletny, podczas którego następuje rozszczepienie beztlenowe, zachodzi w cytoplazmie komórki. Nazywa się to również oddychaniem beztlenowym (glikolizą) lub fermentacja. Terminem „fermentacja” zazwyczaj określa się procesy zachodzące w komórkach roślin lub mikroorganizmów. Na tym etapie następuje dalszy rozkład substancji przy udziale enzymów. Przykładowo w mięśniach w wyniku oddychania beztlenowego cząsteczka glukozy rozkłada się na dwie cząsteczki kwasu mlekowego. Kwas fosforowy i ADP biorą udział w rozkładzie glukozy, a dzięki energii uwolnionej w wyniku ich rozkładu powstają cząsteczki ATP.

U grzybów drożdżowych cząsteczka glukozy w warunkach beztlenowych rozkłada się na alkohol etylowy i dwutlenek węgla. Proces ten nazywa się fermentacja alkoholowa.

W innych mikroorganizmach proces glikolizy kończy się utworzeniem acetonu, kwasu octowego itp. We wszystkich przypadkach rozkładowi jednej cząsteczki glukozy towarzyszy utworzenie dwóch cząsteczek ATP. Podczas beztlenowego rozkładu glukozy do kwasu mlekowego 40% uwolnionej energii jest magazynowane w cząsteczce ATP, a reszta energii jest rozpraszana w postaci ciepła.

Trzeci etap metabolizmu energetycznego nazywa się oddychanie aerobowe, Lub rozszczepienie tlenu. Ten etap metabolizmu energetycznego przyspieszają także enzymy. Substancje powstające w komórce na poprzednich etapach przy udziale tlenu rozpadają się na produkty końcowe CO 2 i H 2 O. Podczas oddychania tlenem uwalniana jest duża ilość energii, która gromadzi się w cząsteczkach ATP. Kiedy dwie cząsteczki kwasu mlekowego ulegają rozkładowi w obecności tlenu, powstaje 36 cząsteczek ATP. W związku z tym oddychanie tlenowe odgrywa główną rolę w dostarczaniu komórce energii. Wszystkie żywe organizmy dzielą się na dwie duże grupy według sposobu pozyskiwania energii: autotroficzny I heterotroficzny.

21. Transformacja energii i komórka.

Warunkiem istnienia każdego organizmu jest stały dopływ składników odżywczych i ciągłe uwalnianie końcowych produktów reakcji chemicznych zachodzących w komórkach. Składniki odżywcze są wykorzystywane przez organizmy jako źródło atomów pierwiastków chemicznych (głównie atomów węgla), z których budowane lub odnawiane są wszystkie struktury. Oprócz składników odżywczych organizm otrzymuje także wodę, tlen i sole mineralne.

Substancje organiczne wnikające do komórek (lub syntetyzowane podczas fotosyntezy) rozkładane są na elementy budulcowe – monomery i wysyłane do wszystkich komórek organizmu. Część cząsteczek tych substancji zużywana jest na syntezę określonych substancji organicznych właściwych danemu organizmowi. Komórki syntetyzują białka, lipidy, węglowodany, kwasy nukleinowe i inne substancje pełniące różne funkcje (budowlane, katalityczne, regulacyjne, ochronne itp.).

Kolejna część drobnocząsteczkowych związków organicznych dostających się do komórek trafia do tworzenia ATP, którego cząsteczki zawierają energię przeznaczoną bezpośrednio do wykonania pracy. Energia jest niezbędna do syntezy wszystkich specyficznych substancji organizmu, utrzymania jego wysoce uporządkowanej organizacji, aktywnego transportu substancji wewnątrz komórek, z jednej komórki do drugiej, z jednej części ciała do drugiej, do przekazywania impulsów nerwowych, przemieszczania organizmów, utrzymywania stałej temperatury ciała (u ptaków i ssaków) oraz do innych celów.

Podczas przemian substancji w komórkach powstają końcowe produkty metabolizmu, które mogą być toksyczne dla organizmu i są z niego usuwane (np. amoniak). Tym samym wszystkie żywe organizmy stale pobierają ze środowiska określone substancje, przekształcają je i uwalniają do środowiska produkty końcowe.

Zespół reakcji chemicznych zachodzących w organizmie nazywa się metabolizm lub metabolizm. W zależności od ogólnego kierunku procesów wyróżnia się katabolizm i anabolizm.

Katabolizm (dysymilacja)- zespół reakcji prowadzących do powstania prostych związków z bardziej złożonych. Do reakcji katabolicznych zalicza się np. reakcje hydrolizy polimerów do monomerów i rozkładu tych ostatnich na dwutlenek węgla, wodę, amoniak, czyli reakcje wymiany energii, podczas których następuje utlenianie substancji organicznych i synteza ATP.

Anabolizm (asymilacja)- zespół reakcji syntezy złożonych substancji organicznych z prostszych. Obejmuje to na przykład wiązanie azotu i biosyntezę białek, syntezę węglowodanów z dwutlenku węgla i wody podczas fotosyntezy, syntezę polisacharydów, lipidów, nukleotydów, DNA, RNA i innych substancji.

Synteza substancji w komórkach organizmów żywych jest często nazywana syntezą substancji plastikowa ramka, oraz rozkład substancji i ich utlenianie, któremu towarzyszy synteza ATP, - metabolizm energetyczny. Obydwa rodzaje metabolizmu stanowią podstawę aktywności życiowej każdej komórki, a tym samym każdego organizmu i są ze sobą ściśle powiązane. Z jednej strony wszystkie reakcje wymiany plastycznej wymagają nakładu energii. Z drugiej strony, aby przeprowadzić reakcje metabolizmu energetycznego, konieczna jest ciągła synteza enzymów, ponieważ ich żywotność jest krótka. Ponadto substancje wykorzystywane do oddychania powstają podczas metabolizmu plastycznego (na przykład w procesie fotosyntezy).

22. Wartość ATP.

Zawiera cytoplazmę każdej komórki, a także mitochondria, chloroplasty i jądra kwas adenozynotrójfosforowy (ATP). Dostarcza energię do większości reakcji zachodzących w komórce. Za pomocą ATP komórka syntetyzuje nowe cząsteczki białek, węglowodanów, tłuszczów, pozbywa się odpadów, przeprowadza aktywny transport substancji, bicie wici i rzęsek itp.

Cząsteczka ATP jest nukleotydem utworzonym przez adeninę, zasadę azotową, pięciowęglową rybozę cukrową i trzy reszty kwasu fosforowego. Grupy fosforanowe w cząsteczce ATP są połączone ze sobą wiązaniami wysokoenergetycznymi (makroergicznymi):

Wiązania pomiędzy grupami fosforanowymi nie są zbyt mocne, a w przypadku ich zerwania uwalniana jest duża ilość energii. W wyniku hydrolitycznego odszczepienia grupy fosforanowej od ATP powstaje kwas adenozynodifosforowy (ADP) i uwalniana jest część energii:

ADP może również ulegać dalszej hydrolizie z eliminacją kolejnej grupy fosforanowej i uwolnieniem drugiej porcji energii; w tym przypadku ADP przekształca się w monofosforan adenozyny (AMP), który nie ulega dalszej hydrolizie:

ATP powstaje z ADP i nieorganicznego fosforanu w wyniku energii uwalnianej podczas utleniania substancji organicznych i podczas fotosyntezy. Proces ten nazywa się fosforylacja. W tym przypadku należy wydać co najmniej 40 kJ/mol energii, która jest akumulowana w wiązaniach wysokoenergetycznych:

W konsekwencji o głównym znaczeniu procesów oddychania i fotosyntezy decyduje fakt, że dostarczają one energii do syntezy ATP, przy udziale którego większość pracy wykonywana jest w komórce.

Zatem ATP jest głównym uniwersalnym dostawcą energii w komórkach wszystkich żywych organizmów.

ATP odnawia się niezwykle szybko. Na przykład u ludzi każda cząsteczka ATP jest rozkładana i regenerowana 2400 razy dziennie, tak że jej średnia długość życia wynosi mniej niż 1 minutę. Synteza ATP zachodzi głównie w mitochondriach i chloroplastach (częściowo w cytoplazmie). Powstały tutaj ATP jest wysyłany do tych części komórki, w których pojawia się zapotrzebowanie na energię.

23. Wymiana plastiku.

Powstały tlen, substancje organiczne, woda i sole mineralne ulegają przemianie, a człowiek uwalnia końcowe produkty przemiany materii, takie jak woda, kreatynina, związki zawierające azot, sole kwasu moczowego i inne nadmiary, wspierając w ten sposób podstawową funkcję metabolizmu. Metabolizm człowieka składa się z przeciwstawnych, ale nierozłącznych działań asymilacji (metabolizm plastyczny) i dysymilacji (metabolizm energetyczny).

Ciało w wyniku rozszczepienia zostaje uzupełnione niezbędną energią, której część jest dzielona z otoczeniem w postaci oddawania ciepła. Splot takich procesów, które warunkują warunki asymilacji i akumulacji niezbędnej energii, stanowi istotę metabolizmu plastycznego i w ogóle aktywności życiowej.

24. Biosynteza białek.

Biosynteza białek jest jednym z najważniejszych procesów metabolicznych zachodzących w komórce. Podczas tej syntezy powstają biopolimery - złożone cząsteczki białek składające się z monomerów - aminokwasów (patrz § 4). Biosynteza białek zachodzi w cytoplazmie komórki, a dokładniej na rybosomach przy udziale informacyjnego RNA – mRNA (zwanego także informacyjnym RNA – mRNA) i transportowego RNA (tRNA) pod kontrolą jądrowego DNA.

Wyjaśnienie roli DNA i RNA w procesie biosyntezy białek w komórce jest jednym z niezwykłych osiągnięć nauk biologicznych połowy XX wieku.

Biosynteza białek składa się z dwóch etapów: transkrypcji i translacji.

Transkrypcja. Transkrypcja (z łac. transkrypcja – przepisywanie) to biosynteza cząsteczek informacyjnego RNA (mRNA), która zachodzi w jądrze na bazie cząsteczki DNA.

Podczas transkrypcji enzym polimeraza RNA przemieszcza się wzdłuż cząsteczki DNA. W tym przypadku enzym zatrzymuje nukleotydy rosnącego łańcucha mRNA, który jest syntetyzowany na bazie jednego z łańcuchów cząsteczki DNA z nukleotydów znajdujących się w macierzy jądrowej (ryc. 16).

Ryż. 16. Schemat biosyntezy białek
Informacyjny RNA (mRNA) jest strukturą jednoniciową, a transkrypcja zachodzi z jednej nici cząsteczki DNA. W wyniku transkrypcji powstaje cząsteczka mRNA, która jest dokładną kopią odcinka jednego z łańcuchów DNA (przypomnijmy, że w cząsteczce RNA zasada azotowa tymina zostaje zastąpiona uracylem). Każda cząsteczka mRNA jest setki razy krótsza niż cząsteczka DNA. Wynika to z faktu, że każdy mRNA jest kopią nie całej cząsteczki DNA, a jedynie jej części – jednego genu lub grupy sąsiadujących ze sobą genów zawierających informację o strukturze białek niezbędnych do pełnienia tych samych funkcji.

Przy udziale enzymów w odpowiednich odcinkach cząsteczki DNA syntetyzowany jest nie tylko mRNA, ale także inny RNA - transport (tRNA), rybosomalny (rRNA). Następnie zsyntetyzowane RNA przesyłane są z jądra przez pory jądrowe do cytoplazmy, do miejsca syntezy białek – rybosomów.

Audycja. W rybosomach łańcuchy polipeptydowe białek są syntetyzowane na matrycy mRNA, tj. przeprowadzana jest translacja (łac. translatio - translacja, transfer).

Montaż cząsteczek białka zachodzi w rybosomach. Kiedy atom, jeden mRNA wiąże się z kilkoma rybosomami, tworząc złożoną strukturę - polisom. Polisom syntetyzuje jednocześnie wiele cząsteczek jednego białka.

Aminokwasy, z których syntetyzowane są cząsteczki białek, dostarczane są do rybosomów za pośrednictwem cząsteczek tRNA. Są stosunkowo małe (od 70 do 90 nukleotydów) i kształtem przypominają liść koniczyny (patrz ryc. 16).

Na górze „arkusza” każdego tRNA (pamiętaj, że jest tyle odmian tRNA, ile jest trójek kodujących aminokwasy) znajduje się antykodon. Jest to sekwencja trzech nukleotydów komplementarna do nukleotydów tripletowych w mRNA. Specjalny enzym rozpoznaje tRNA i przyłącza do „ogonka” liścia aminokwas kodowany przez jedną z trójek mRNA.

Transferowe RNA dostają się do rybosomów. Region rybosomu, w którym gromadzą się cząsteczki białka, nazywany jest centrum funkcjonalnym rybosomu (FRC). W FCR zawsze znajdują się tylko dwie tryplety mRNA. Do każdego tripletu (kodonu) mRNA jest przyłączony tRNA z komplementarnym antykodonem (patrz ryc. 15).

Wiązanie peptydowe powstaje pomiędzy aminokwasami pod wpływem enzymów, a aminokwas z pierwszym tRNA (dla wygody oznaczamy tRNA numerami seryjnymi) jest przyłączany do drugiego tRNA. Pierwszy tRNA uwolniony od aminokwasu opuszcza rybosom. Następnie rybosom przemieszcza się wzdłuż mRNA na odległość równą jednemu tripletowi, a następny triplet trafia do FCR. Proces składania trwa: tworzy się wiązanie peptydowe pomiędzy aminokwasami dostarczonymi przez drugie i trzecie tRNA itd.

Łańcuch peptydowy wydłuża się, aż proces translacji dotrze do jednego z kodonów stop – UAA, UAG, UGA, które nie niosą informacji o aminokwasach. Gdy to nastąpi, translacja zostaje zakończona i łańcuch polipeptydowy opuszcza rybosom, zagłębiając się w kanale retikulum endoplazmatycznego.

Za każdym razem w wyniku translacji syntetyzowany jest łańcuch polipeptydowy cząsteczki białka, dokładnie odpowiadający informacji dziedzicznej zapisanej w DNA. Szybkość składania jednej cząsteczki białka, składającej się z 200–300 aminokwasów, wynosi 1–2 minuty. Ogólny schemat biosyntezy białek można przedstawić następująco:

DNA → (transkrypcja) → mRNA → (tłumaczenie) → białko.

Reakcje syntezy macierzy. Procesy translacji, transkrypcji i replikacji (samopowielania) DNA nazywane są reakcjami syntezy matrycy (od łacińskiego matrix - stempel, kształt z wgłębieniem). Reakcje te zachodzą wyłącznie w żywych komórkach i dokładnie według planu zapisanego w strukturze już istniejących cząsteczek, które pełnią rolę szablonów. Takimi cząsteczkami są cząsteczki DNA (podczas replikacji i transkrypcji) oraz mRNA (podczas translacji). Zatem rolę matrycy mogą pełnić zarówno cząsteczki DNA, jak i cząsteczki RNA.

Synteza matrycy zapewnia wysoką dokładność przekazywania informacji dziedzicznej i dużą szybkość syntezy makrocząsteczek. Synteza macierzy opiera się na zasadzie komplementarności.

Obecnie nauka wystarczająco szczegółowo zbadała mechanizm przekazywania informacji dziedzicznej. Jednakże pozostaje wiele nierozwiązanych problemów. Jednym z nich jest badanie mechanizmów regulujących aktywność genów. Wszystkie komórki organizmu wielokomórkowego mają ten sam zestaw genów. Niemniej jednak komórki różnych tkanek różnią się strukturą, funkcjami i składem białek.

O specjalizacji komórki nie decydują wszystkie zawarte w niej geny, lecz jedynie te, z których przeprowadzono transkrypcję na mRNA i informację dziedziczną zrealizowano w postaci białek. Nawet w tej samej komórce tempo syntezy cząsteczek białka może być różne w zależności od warunków środowiskowych i zapotrzebowania samej komórki na białko.

Prawdopodobnie istnieje jakiś mechanizm regulujący „włączanie” i „wyłączanie” genów na różnych etapach życia komórki. Po raz pierwszy wyjaśnienia tego mechanizmu podjęli się w 1961 roku francuscy biolodzy F. Jacob, A. Lvov i J. Monod na przykładzie regulacji syntezy białek u bakterii. Za swoją pracę naukowcy ci otrzymali Nagrodę Nobla.

Nadal nie jest jasne, w jaki sposób regulowana jest aktywność genów w komórkach eukariotycznych. Konieczna jest znajomość mechanizmów regulacyjnych transkrypcji i translacji

Lipidy. Węglowodany.

Oprócz substancji nieorganicznych i ich jonów wszystkie struktury komórkowe składają się również ze związków organicznych - białek, lipidów, węglowodanów i kwasów nukleinowych.

Węglowodany i lipidy.

Węglowodany (cukry) to bioorganiczne związki węgla i wody, które są częścią wszystkich żywych organizmów: Ogólny wzór to Cn (H2O)n.

Węglowodany rozpuszczalne w wodzie.

Monosacharydy:

glukoza jest głównym źródłem energii do oddychania komórkowego;

fruktoza jest składnikiem nektarów kwiatowych i soków owocowych;

ryboza i deoksyryboza są elementami strukturalnymi nukleotydów, które są monomerami RNA i DNA;

Disacharydy :

sacharoza (glukoza + fruktoza) jest głównym produktem fotosyntezy transportowanym przez rośliny;

laktoza (glukoza-H-galaktoza) – wchodzi w skład mleka ssaków;

maltoza (glukoza + glukoza) jest źródłem energii w kiełkujących nasionach.

Funkcje węglowodanów rozpuszczalnych: transport, ochrona, sygnalizacja, energia.

Węglowodany nierozpuszczalne w wodzie:

Skrobia jest mieszaniną dwóch polimerów: amylozy i amylopektyny. Rozgałęziona cząsteczka spiralna, która służy jako substancja rezerwowa w tkankach roślinnych;

Celuloza (włókno) to polimer składający się z kilku prostych równoległych łańcuchów połączonych wiązaniami wodorowymi. Taka struktura zapobiega wnikaniu wody i zapewnia stabilność błon celulozowych komórek roślinnych;

Chityna jest głównym elementem strukturalnym powłok stawonogów i ścian komórkowych grzybów;

Glikogen jest substancją magazynującą w komórce zwierzęcej. Monomerem jest a-glukoza.

Funkcje węglowodanów nierozpuszczalnych: strukturalne, magazynujące, energetyczne, ochronne.

Lipidy- związki organiczne, z których większość to estry gliceryny i kwasów tłuszczowych.

Nierozpuszczalny w wodzie, ale rozpuszczalny w rozpuszczalnikach niepolarnych. Obecny we wszystkich komórkach. Lipidy składają się z atomów wodoru, tlenu i węgla.

Rodzaje lipidów: tłuszcze, woski, fosfolipidy, steroidy.

Funkcje lipidów :

Magazynowanie – tłuszcze magazynowane są w tkankach kręgowców;

Energia - połowa energii zużywanej przez komórki kręgowców w spoczynku powstaje w wyniku utleniania tłuszczów. Tłuszcze są również wykorzystywane jako źródło wody

Ochronne – podskórna warstwa tłuszczu chroni organizm przed uszkodzeniami mechanicznymi;

Strukturalny - fosfolipidy są częścią błon komórkowych;

Izolacja termiczna - tłuszcz podskórny pomaga zatrzymać ciepło;

Izolacja elektryczna – mielina wydzielana przez komórki Schwanna izoluje niektóre neurony, co wielokrotnie przyspiesza przekazywanie impulsów nerwowych;

Odżywcze - Kwasy żółciowe i witamina D powstają ze steroidów;

Natłuszczanie – woski pokrywają skórę, sierść, pióra i chronią je przed wodą. Liście wielu roślin pokryte są woskową powłoką; do budowy plastrów miodu wykorzystuje się wosk;

Hormonalne – hormon nadnerczy – kortyzon – i hormony płciowe mają charakter lipidowy. Ich cząsteczki nie zawierają kwasów tłuszczowych.