Biblia hovorí, že človek Homo sapiens ) boli stvorení bohmi na svoj vlastný obraz a podobu. Hoci boli do značnej miery obmedzené, neubrali ich na kreativite. Už teraz si človek vytvára roboty na uľahčenie práce, rôzne stroje a zariadenia, ktoré nie sú večné ako on sám. Zdrojom energie týchto strojov je nabíjačka, akumulátor, batéria, ich zariadenie je nám dnes už dobre známe. Vieme však, ako funguje naša nabíjačka, ľudská energetická stanica?
Takže mitochondrie eukaryotických buniek a ich úloha v ľudskom tele.
Mali by ste začať tým, že mitochondrie sú energetickou stanicou bunky a celého ľudského tela ako celku. Zaujímajú nás bunky eukaryoty, jadrové, tie bunky, ktoré obsahujú jadro. Jednobunkové živé organizmy, ktoré nemajú bunkové jadro, sú prokaryoty, predjadrové. Potomkami prokaryotických buniek sú organely, trvalé zložky bunky, životne dôležité pre jej existenciu, sa nachádzajú v jej vnútornej časti – cytoplazme. Prokaryoty zahŕňajú baktérie a archaea. Podľa najbežnejších hypotéz sa eukaryoty objavili pred 1,5-2 miliardami rokov.
Mitochondrie je dvojmembránová granulovaná alebo vláknitá organela s hrúbkou asi 0,5 um. Je charakteristická pre väčšinu eukaryotických buniek (fotosyntetické rastliny, huby, živočíchy). zohral dôležitú úlohu vo vývoji eukaryotov symbiogenéza. Mitochondrie sú potomkami aeróbnych baktérií (prokaryotov), ktoré sa kedysi usadili v eukaryotickej bunke predkov a „naučili“ sa v nej žiť ako symbionti. Teraz takmer všetky eukaryotické bunky majú mitochondrie, ktoré už nie sú schopné reprodukovať sa mimo bunky. Fotografia
Mitochondrie boli prvýkrát objavené ako granule vo svalových bunkách v roku 1850. Počet mitochondrií v bunke nie je konštantný. Hojne sa vyskytujú najmä v bunkách, v ktorých potreba kyslíka je vysoká. Vo svojej štruktúre sú to valcovité organely, ktoré sa nachádzajú v eukaryotickej bunke v množstve od niekoľkých stoviek do 1-2 tisíc a zaberajú 10-20% jej vnútorného objemu. Veľkosť (od 1 do 70 μm) a tvar mitochondrií sa veľmi líšia. Šírka týchto organel je relatívne konštantná (0,5–1 μm). Schopný meniť tvar. V závislosti od toho, v ktorých častiach bunky v každom konkrétnom momente dochádza k zvýšenej spotrebe energie, sa mitochondrie dokážu presúvať cez cytoplazmu do zón s najväčšou spotrebou energie, pričom na pohyb využívajú štruktúry cytoskeletu eukaryotickej bunky.
makromolekula DNA ( Kyselina deoxyrobonukleová), ktorý zabezpečuje uchovávanie, prenos z generácie na generáciu a realizáciu genetického programu pre vývoj a fungovanie živých organizmov, sa nachádza v bunkovom jadre, ako súčasť chromozómov. Na rozdiel od jadrovej DNA majú mitochondrie svoju vlastnú DNA. Gény zakódované v mitochondriálnej DNA, patria do skupiny plazmogénov lokalizovaných mimo jadra (mimo chromozómu). Súhrn týchto faktorov dedičnosti, sústredených v cytoplazme bunky, tvorí plazmón daného typu organizmu (na rozdiel od genómu).
Mitochondriálna DNA umiestnená v matrici je uzavretá kruhová dvojvláknová molekula v ľudských bunkách s veľkosťou 16569 nukleotidových párov, ktorá je približne 105-krát menšia ako DNA lokalizovaná v jadre.
Mitochondriálna DNA sa replikuje v interfáze, ktorá je čiastočne synchronizovaná s replikáciou DNA v jadre. Počas bunkového cyklu sa mitochondrie rozdelia na dve časti zovretím, ktorého tvorba začína prstencovou drážkou na vnútornej mitochondriálnej membráne. Mitochondrie, ktoré majú svoj vlastný genetický aparát, majú aj svoj vlastný systém syntetizujúci proteíny, ktorého črtou v bunkách zvierat a húb sú veľmi malé ribozómy.Fotografia
Mitochondriálne funkcie a produkcia energie.
Hlavnou funkciou mitochondrií je Syntéza ATP(adenozíntrifosfát) - univerzálna forma chemickej energie v každej živej bunke.
Hlavná úloha ATP v tele je spojená s poskytovaním energie pre početné biochemické reakcie. ATP slúži ako priamy zdroj energie pre mnohé energeticky náročné biochemické a fyziologické procesy. Všetko sú to reakcie syntézy komplexných látok v tele: realizácia aktívneho prenosu molekúl cez biologické membrány, vrátane vytvorenia transmembránového elektrického potenciálu; vykonávanie svalovej kontrakcie.Známa je aj úloha ATP ako mediátora v synapsiách a signalizačnej látky v iných medzibunkových interakciách (prenos purinergného signálu medzi bunkami v rôznych tkanivách a orgánoch a jeho porušenie je často spojené s rôznymi chorobami).
ATP je univerzálny akumulátor energie v živej prírode.
Molekula ATP (adenozíntrifosfát) je univerzálnym zdrojom energie, zabezpečujúcim nielen prácu svalov, ale aj prúdenie mnohých ďalších biologických procesov vrátane rastu svalovej hmoty (anabolizmus).
Molekula ATP sa skladá z adenínu, ribózy a troch fosfátov. Proces syntézy ATP je samostatná téma, popíšem ho v ďalšej časti. Je dôležité pochopiť nasledovné. Energia sa uvoľňuje, keď sa jeden z troch fosfátov oddelí od molekuly a ATP sa premení na ADP (adenozíndifosfát). V prípade potreby možno oddeliť ďalší zvyšok fosforu, čím sa získa AMP (adenozínmonofosfát) s uvoľnením opätovnej energie.
Najdôležitejšou kvalitou je, že ADP možno rýchlo znížiť na plne nabitý ATP. Životnosť molekuly ATP je v priemere menej ako jedna minúta a s touto molekulou môže nastať až 3000 nabíjacích cyklov denne.
Poďme zistiť, čo sa deje v mitochondriách, pretože akademická veda celkom jasne nevysvetľuje proces prejavu energie.
V mitochondriách vzniká potenciálny rozdiel – napätie.
Wikipedia to hovorí Hlavnou funkciou mitochondrií je oxidácia organických zlúčenín a využitie energie uvoľnenej počas ich rozpadu na syntézu molekúl ATP, ku ktorej dochádza v dôsledku pohybu elektrónu pozdĺž elektrónového transportného reťazca proteínov vnútornej membrány. ...
Samotný elektrón sa však pohybuje v dôsledku rozdielu potenciálov, ale odkiaľ pochádza?
Ďalej sa píše: Vnútorná membrána mitochondrií tvorí početné hlboké záhyby nazývané cristae. Premena energie uvoľnenej pri pohybe elektrónov pozdĺž dýchacieho reťazca je možná len vtedy, ak je vnútorná membrána mitochondrií nepriepustná pre ióny. Je to spôsobené tým, že energia sa ukladá vo forme rozdielu koncentrácií (gradientu) protónov... Pohyb protónov z matrice do medzimembránového priestoru mitochondrií, ktorý sa uskutočňuje v dôsledku fungovania tzv. dýchacieho reťazca, vedie k tomu, že sa mitochondriálna matrica alkalizuje a medzimembránový priestor sa okysľuje.
Vedci všade vidia len elektróny a protóny.Tu je dôležité pochopiť, že protón je kladný náboj a elektrón je záporný. V mitochondriách je za potenciálny rozdiel zodpovedný kladný vodík a dve membrány. Medzimembránový priestor je kladne nabitý a v dôsledku toho je okyslený a matrica je alkalizovaná zápornými nábojmi. Jasný potenciálny rozdiel. Vytvára sa napätie. Ale už nebolo jasno, ako k tomu došlo?!
Ak pristúpime k tomuto procesu pomocou konceptu troch síl, ktoré sú jasne vysledované v Ohmovom zákone, je nám jasné, že na vytvorenie potenciálneho rozdielu je potrebný nárazový prúd: U = I x R (I = U / R ). Vo vzťahu k procesu syntézy ATP pozorujeme odpor vnútorná membrána mitochondrií a potenciálny rozdiel v matricovom a medzimembránovom priestore. Kde je štartovací prúd
, tá afirmačná, kardinálna sila, ktorá dáva energetický potenciál a dáva do pohybu ten notoricky známy elektrón? Kde je zdroj?
Je čas pripomenúť si Boha, ale nie nadarmo. A kto vdýchol život všetkému živému? Človek predsa nie je galvanická batéria a procesy v ňom nie sú čisto elektrické. Procesy v človeku sú anti-entropické - vývoj, rast, prosperita, a nie degradácia, úpadok a umieranie.
Pokračovanie nabudúce.
ATP je univerzálny zásobník biologickej energie. Jeho úlohu pre všetky živé veci sformuloval akademik Akadémie lekárskych vied ZSSR V. A. Engelhardt v roku 1940 takto: „Akákoľvek bunková zásoba energie tvorí ATP, akákoľvek spotreba energie v bunke je hradená ATP.“ Toto pravidlo platí aj pre svalové bunky a mozgové bunky, kde sa energia dodatočne ukladá.
V čínskej tradícii existuje koncept štyroch digramov alebo štyroch základných energie: transcendentálny energie, energie začiatok, v knihách sa o nej nikdy nehovorí, pretože je všadeprítomná a bez nej by nič neexistovalo; ...Molekula ATP obsahuje tri zvyšky kyseliny fosforečnej. Väzby medzi nimi (v prítomnosti enzýmu ATPázy) sa ľahko prerušia. Pri odštiepení jednej molekuly ATP z jednej molekuly kyseliny fosforečnej sa uvoľní 40 kJ energie, preto sa väzby nazývajú makroergické (prenášajú veľké množstvo energie).
Premena energie chemicky viazanej v ATP na mechanickú (nevyhnutnú pre svalovú kontrakciu), elektrickú, svetelnú, zvukovú energiu osmózy a jej ďalšie druhy, ktoré zabezpečujú syntézu plastických látok v bunke, rast, vývoj, možnosť prenosu dedičných vlastnosti, sa uskutočňuje v hlave elementárnych častíc respiračných súborov v dôsledku prítomnosti v nich, t.j. v tých istých časticiach, kde prebieha jeho syntéza. Energia uvoľnená pri rozklade ATP sa priamo premieňa na biologickú energiu, ktorá je potrebná na syntézu bielkovín, nukleotidov a iných organických zlúčenín, bez ktorých nie je možný rast a vývoj tela. Zásoby energie v ATP sa využívajú na vykonávanie pohybov, výrobu elektriny, svetla, na vykonávanie akejkoľvek funkcie bunky a jej organel.
Zásoba ATP v bunke je obmedzená. Vo svalových vláknach dokážu poskytnúť energiu len na 30-40 kontrakcií a v bunkách iných tkanív je ich ešte menej. Na doplnenie rezerv ATP musí neustále prebiehať jeho syntéza - z (ADP) a anorganického fosfátu, ktorá sa uskutočňuje za účasti enzýmu ATP syntetázy. Preto je pomer medzi koncentráciami ATP a ADP (aktivita ATP syntetázy) veľmi dôležitý pre riadenie procesu syntézy ATP. Pri nedostatku ADP sa v dôsledku prítomnosti ATPázy v aktívnom centre urýchli hydrolýza ATP, ktorá, ako už bolo uvedené, súvisí s oxidačným procesom a závisí od stavu nosičov vodíka a kyslíka.
Čím viac NAD a menej jeho redukovanej formy, čím viac je oxidovaný cytochróm c a ADP, tým vyššia je rýchlosť syntézy ATP. Spolu s ďalšími enzýmami a koenzýmami sú hlavnými regulátormi práce respiračných súborov v prvom štádiu prenosu vodíka zo substrátu NAD-NAD, v druhom - nosič elektrónov na kyslík, cytochrómy a v konečnom štádiu - pomer medzi ATP a ADP.
Univerzálny akumulátor biologickej energie. Svetelná energia Slnka a energia obsiahnutá v skonzumovanej potrave je uložená v molekulách ATP. Zásoba ATP v bunke je malá. Takže vo svale vystačí rezerva ATP na 20-30 kontrakcií. Pri zvýšenej, ale krátkodobej práci svaly pracujú výlučne vďaka štiepeniu ATP v nich obsiahnutého. Po skončení práce človek ťažko dýcha – v tomto období dochádza k rozkladu sacharidov a iných látok (akumuluje sa energia) a obnovuje sa zásoba ATP v bunkách.
18. KLIETKA
EUKARYOTY (eukaryoty) (z gréc. eu - dobrý, úplne a karyon - jadro), organizmy (všetko okrem baktérií, vrátane siníc), ktoré majú na rozdiel od prokaryotov vytvorené bunkové jadro, ohraničené od cytoplazmy jadrovou membránou. Genetický materiál je obsiahnutý v chromozómoch. Eukaryotické bunky majú mitochondrie, plastidy a iné organely. Typický je sexuálny proces.
19. KLIETKA, elementárny živý systém, základ stavby a života všetkých živočíchov a rastlín. Bunky existujú ako nezávislé organizmy (napr. prvoky, baktérie) a ako súčasť mnohobunkových organizmov, v ktorých sú pohlavné bunky, ktoré slúžia na reprodukciu, a telové bunky (somatické), ktoré sa líšia štruktúrou a funkciami (napr. nervové, kostné, svalové). , sekrečné). Veľkosť buniek sa pohybuje od 0,1 do 0,25 mikrónov (niektoré baktérie) do 155 mm (pštrosie vajce v škrupine).
U ľudí, v tele novorodenca, cca. 2 1012. V každej bunke sa rozlišujú 2 hlavné časti: jadro a cytoplazma, v ktorej sa nachádzajú organely a inklúzie. Rastlinné bunky sú zvyčajne pokryté tvrdou škrupinou. Veda o bunke je cytológia.
PROKARYOTY (z lat. pro - vpred, namiesto gr. karyon - jadro), organizmy, ktoré na rozdiel od eukaryotov nemajú dobre vytvorené bunkové jadro. Genetický materiál vo forme kruhového reťazca DNA leží voľne v nukleotide a netvorí skutočné chromozómy. Neexistuje žiadny typický sexuálny proces. Medzi prokaryoty patria baktérie vrátane cyanobaktérií (modrozelené riasy). V systéme organického sveta tvoria superkráľovstvo prokaryoty.
20. PLASMATICKÁ MEMBRÁNA(bunková membrána, plazmalema), biologická membrána, ktorá obklopuje protoplazmu rastlinných a živočíšnych buniek. Podieľa sa na regulácii metabolizmu medzi bunkou a jej prostredím.
21. VRÁTENIE BUNIEK- Akumulácia náhradných živín: bielkovín, tukov a sacharidov.
22. GOLGI APPART(Golgiho komplex) (pomenovaný podľa K. Golgiho), bunkový organoid podieľajúci sa na tvorbe svojich metabolických produktov (rôzne sekréty, kolagén, glykogén, lipidy atď.), na syntéze glykoproteínov.
23 LYZOZOM(z liz. a gréc. soma - telo), bunkové štruktúry obsahujúce enzýmy, ktoré dokážu štiepiť (lyzovať) proteíny, nukleové kyseliny, polysacharidy. Podieľajú sa na intracelulárnom trávení látok vstupujúcich do bunky fagocytózou a pinocytózou.
24. MITOCHONDRIA obklopený vonkajšou membránou a teda už oddelením od okolitej cytoplazmy; okrem toho je vnútorný priestor mitochondrií tiež rozdelený na dva kompartmenty vnútornou membránou. Vonkajšia membrána mitochondrií je zložením veľmi podobná membránam endoplazmatického retikula; vnútorná membrána mitochondrií, ktorá tvorí záhyby (cristae), je veľmi bohatá na bielkoviny – možno je to jedna z membrán s najbohatšou bielkovinou v bunke; medzi nimi sú proteíny "respiračného reťazca" zodpovedné za transport elektrónov; nosné proteíny pre ADP, ATP, kyslík, CO v niektorých organických molekulách a iónoch. Produkty glykolýzy vstupujúce do mitochondrií z cytoplazmy sa oxidujú vo vnútornom kompartmente mitochondrií.
Proteíny zodpovedné za prenos elektrónov sú umiestnené v membráne tak, že v procese prenosu elektrónov dochádza k vyvrhovaniu protónov na jednej strane membrány – vstupujú do priestoru medzi vonkajšou a vnútornou membránou a tam sa hromadia. To má za následok elektrochemický potenciál (v dôsledku rozdielov v koncentrácii a nábojoch). Tento rozdiel je zachovaný vďaka najdôležitejšej vlastnosti vnútornej mitochondriálnej membrány – je nepriepustná pre protóny. To znamená, že za normálnych podmienok samotné protóny nemôžu prechádzať touto membránou. Obsahuje však špeciálne proteíny, alebo skôr proteínové komplexy, pozostávajúce z mnohých proteínov a tvoriacich kanál pre protóny. Protóny prechádzajú týmto kanálom pod pôsobením hnacej sily elektrochemického gradientu. Energiu tohto procesu využíva enzým obsiahnutý v rovnakých proteínových komplexoch a schopný pripojiť fosfátovú skupinu k adenozíndifosfátu (ADP), čo vedie k syntéze ATP.
Mitochondrie tak plnia v bunke úlohu „energetickej stanice“. Princíp tvorby ATP v chloroplastoch rastlinných buniek je vo všeobecnosti rovnaký – využitie protónového gradientu a premena energie elektrochemického gradientu na energiu chemických väzieb.
25. PLASTIDY(z gréckeho plastos – vymodelovaný), cytoplazmatické organely rastlinných buniek. Často obsahujú pigmenty, ktoré určujú farbu plastidu. Vo vyšších rastlinách sú zelené plastidy chloroplasty, bezfarebné plastidy sú leukoplasty, inak sfarbené plastidy sú chromoplasty; vo väčšine rias sa plastidy nazývajú chromatofóry.
26. JADRO- najdôležitejšia časť bunky. Je pokrytý dvojmembránovou membránou s pórmi, cez ktoré niektoré látky prenikajú do jadra, iné do cytoplazmy. Chromozómy sú hlavnými štruktúrami jadra, nositeľmi dedičných informácií o vlastnostiach organizmu. Prenáša sa v procese delenia materskej bunky na dcérske bunky a so zárodočnými bunkami - na dcérske organizmy. Jadro je miestom syntézy DNA a mRNA. rRNA.
28. FÁZY MITÓZY(profáza, metafáza, anafáza, telofáza) - séria postupných zmien v bunke: a) spiralizácia chromozómov, rozpustenie jadrovej membrány a jadierka; b) vznik deliaceho vretienka, umiestnenie chromozómov v strede bunky, pripojenie vretienkových závitov k nim c) divergencia chromatidov k opačným pólom bunky (stávajú sa chromozómami);
d) vytvorenie bunkového septa, rozdelenie cytoplazmy a jej organel, vytvorenie jadrovej membrány, objavenie sa dvoch buniek z jednej s rovnakou sadou chromozómov (po 46 v materských a dcérskych bunkách človeka ).
Metabolizmus (metabolizmus) je súhrn všetkých chemických reakcií, ktoré sa vyskytujú v tele. Všetky tieto reakcie sú rozdelené do 2 skupín
1. Výmena plastov(asimilácia, anabolizmus, biosyntéza) - to je vtedy, keď z jednoduchých látok s výdajom energie vytvorený (syntetizovaný) viac komplexné. Príklad:
- Počas fotosyntézy sa glukóza syntetizuje z oxidu uhličitého a vody.
2. Výmena energie(disimilácia, katabolizmus, dýchanie) je keď zložité látky rozložiť (oxidovať) na jednoduchšie a zároveň uvoľňuje sa energia potrebné pre život. Príklad:
- V mitochondriách sa glukóza, aminokyseliny a mastné kyseliny oxidujú kyslíkom na oxid uhličitý a vodu a vzniká energia. (bunkové dýchanie)
Vzťah plastového a energetického metabolizmu
- Metabolizmus plastov poskytuje bunke komplexné organické látky (bielkoviny, tuky, sacharidy, nukleové kyseliny), vrátane enzýmových bielkovín pre energetický metabolizmus.
- Energetický metabolizmus poskytuje bunke energiu. Pri práci (duševnej, svalovej atď.) sa zvyšuje energetický metabolizmus.
ATP- univerzálna energetická substancia bunky (univerzálny akumulátor energie). Vzniká v procese energetického metabolizmu (oxidácia organických látok).
- Počas energetického metabolizmu sa všetky látky rozkladajú a syntetizuje sa ATP. V tomto prípade sa energia chemických väzieb rozpadnutých komplexných látok premieňa na energiu ATP, energia je uložená v ATP.
- Počas výmeny plastov sa všetky látky syntetizujú a ATP sa rozkladá. V čom Spotrebuje sa energia ATP(energia ATP sa premieňa na energiu chemických väzieb zložitých látok, uložených v týchto látkach).
Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. V procese výmeny plastov
1) komplexnejšie sacharidy sa syntetizujú z menej komplexných
2) tuky sa premieňajú na glycerol a mastné kyseliny
3) proteíny sa oxidujú za vzniku oxidu uhličitého, vody, látok obsahujúcich dusík
4) uvoľňuje sa energia a syntetizuje sa ATP
Odpoveď
Vyberte tri možnosti. Ako sa výmena plastov líši od výmeny energie?
1) energia je uložená v molekulách ATP
2) energia uložená v molekulách ATP sa spotrebuje
3) syntetizujú sa organické látky
4) dochádza k rozkladu organických látok
5) konečné produkty metabolizmu - oxid uhličitý a voda
6) v dôsledku metabolických reakcií sa tvoria proteíny
Odpoveď
Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. V procese metabolizmu plastov sa molekuly syntetizujú v bunkách
1) proteíny
2) voda
3) ATP
4) anorganické látky
Odpoveď
Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. Aký je vzťah medzi plastom a energetickým metabolizmom
1) výmena plastov dodáva organické látky na energiu
2) výmena energie dodáva kyslík pre plast
3) metabolizmus plastov dodáva minerály na energiu
4) výmena plastov dodáva molekulám ATP energiu
Odpoveď
Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. V procese energetického metabolizmu, na rozdiel od plastov,
1) výdaj energie obsiahnutej v molekulách ATP
2) skladovanie energie v makroergických väzbách molekúl ATP
3) poskytovanie bunkám proteínmi a lipidmi
4) zásobovanie buniek sacharidmi a nukleovými kyselinami
Odpoveď
1. Vytvorte súlad medzi charakteristikami výmeny a jej typom: 1) plast, 2) energia. Napíšte čísla 1 a 2 v správnom poradí.
A) oxidácia organických látok
B) tvorba polymérov z monomérov
B) rozpad ATP
D) skladovanie energie v bunke
D) replikácia DNA
E) oxidačná fosforylácia
Odpoveď
2. Vytvorte súlad medzi charakteristikami metabolizmu v bunke a jej typom: 1) energia, 2) plast. Zapíšte si čísla 1 a 2 v poradí zodpovedajúcom písmenám.
A) dochádza k rozkladu glukózy bez kyslíka
B) sa vyskytuje na ribozómoch, v chloroplastoch
C) konečné produkty metabolizmu - oxid uhličitý a voda
D) syntetizujú sa organické látky
D) využíva sa energia uložená v molekulách ATP
E) energia sa uvoľňuje a ukladá v molekulách ATP
Odpoveď
3. Stanovte súlad medzi znakmi metabolizmu u ľudí a jeho typmi: 1) metabolizmus plastov, 2) energetický metabolizmus. Napíšte čísla 1 a 2 v správnom poradí.
A) látky sú oxidované
B) látky sa syntetizujú
C) energia je uložená v molekulách ATP
D) spotrebuje sa energia
D) do procesu sú zapojené ribozómy
E) mitochondrie sú zapojené do procesu
Odpoveď
4. Vytvorte súlad medzi charakteristikami metabolizmu a jeho typom: 1) energia, 2) plast. Zapíšte si čísla 1 a 2 v poradí zodpovedajúcom písmenám.
A) replikácia DNA
B) biosyntéza bielkovín
B) oxidácia organických látok
D) transkripcia
D) Syntéza ATP
E) chemosyntéza
Odpoveď
5. Vytvorte súlad medzi charakteristikami a typmi výmeny: 1) plast, 2) energia. Zapíšte si čísla 1 a 2 v poradí zodpovedajúcom písmenám.
A) energia je uložená v molekulách ATP
B) syntetizujú sa biopolyméry
B) vzniká oxid uhličitý a voda
D) dochádza k oxidatívnej fosforylácii
D) Dochádza k replikácii DNA
Odpoveď
Vyberte si tri procesy súvisiace s energetickým metabolizmom.
1) uvoľňovanie kyslíka do atmosféry
2) tvorba oxidu uhličitého, vody, močoviny
3) oxidačná fosforylácia
4) syntéza glukózy
5) glykolýza
6) fotolýza vody
Odpoveď
Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. Energia potrebná na svalovú kontrakciu sa uvoľní, keď
1) rozklad organických látok v tráviacich orgánoch
2) podráždenie svalu nervovými impulzmi
3) oxidácia organických látok vo svaloch
4) Syntéza ATP
Odpoveď
Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. Aký proces vedie k syntéze lipidov v bunke?
1) disimilácia
2) biologická oxidácia
3) výmena plastov
4) glykolýza
Odpoveď
Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. Hodnota metabolizmu plastov - zásobovanie tela
1) minerálne soli
2) kyslík
3) biopolyméry
4) energia
Odpoveď
Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. Oxidácia organických látok v ľudskom tele prebieha v
1) pľúcne vezikuly pri dýchaní
2) bunky tela v procese výmeny plastov
3) proces trávenia potravy v tráviacom trakte
4) bunky tela v procese energetického metabolizmu
Odpoveď
Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. Aké metabolické reakcie v bunke sú sprevádzané nákladmi na energiu?
1) prípravná fáza energetického metabolizmu
2) mliečne kvasenie
3) oxidácia organických látok
4) výmena plastov
Odpoveď
1. Vytvorte súlad medzi procesmi a zložkami metabolizmu: 1) anabolizmus (asimilácia), 2) katabolizmus (disimilácia). Napíšte čísla 1 a 2 v správnom poradí.
A) fermentácia
B) glykolýza
B) dýchanie
D) syntéza bielkovín
D) fotosyntéza
E) chemosyntéza
Odpoveď
2. Vytvorte súlad medzi charakteristikami a metabolickými procesmi: 1) asimilácia (anabolizmus), 2) disimilácia (katabolizmus). Zapíšte si čísla 1 a 2 v poradí zodpovedajúcom písmenám.
A) syntéza organických látok tela
B) zahŕňa prípravný stupeň, glykolýzu a oxidačnú fosforyláciu
C) uvoľnená energia sa ukladá do ATP
D) vzniká voda a oxid uhličitý
D) vyžaduje náklady na energiu
E) sa vyskytuje v chloroplastoch a na ribozómoch
Odpoveď
Vyberte dve správne odpovede z piatich a zapíšte čísla, pod ktorými sú uvedené. Metabolizmus je jednou z hlavných vlastností živých systémov, je charakterizovaný tým, čo sa deje
1) selektívna reakcia na vonkajšie vplyvy prostredia
2) zmena intenzity fyziologických procesov a funkcií s rôznymi periódami oscilácie
3) prenos vlastností a vlastností z generácie na generáciu
4) vstrebávanie potrebných látok a vylučovanie odpadových látok
5) udržiavanie relatívne stáleho fyzikálneho a chemického zloženia vnútorného prostredia
Odpoveď
1. Všetky nižšie uvedené výrazy okrem dvoch sa používajú na opis výmeny plastov. Identifikujte dva pojmy, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené.
1) replikácia
2) duplikácia
3) vysielať
4) translokácia
5) transkripcia
Odpoveď
2. Všetky nižšie uvedené pojmy, okrem dvoch, sa používajú na opis metabolizmu plastov v bunke. Identifikujte dva pojmy, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené.
1) asimilácia
2) disimilácia
3) glykolýza
4) transkripcia
5) vysielať
Odpoveď
3. Pojmy uvedené nižšie, okrem dvoch, sa používajú na charakterizáciu výmeny plastov. Identifikujte dva výrazy, ktoré vypadnú zo všeobecného zoznamu, a zapíšte si čísla, pod ktorými sú uvedené.
1) štiepenie
2) oxidácia
3) replikácia
4) transkripcia
5) chemosyntéza
Odpoveď
Vyberte si jednu, najsprávnejšiu možnosť. Dusíkatá báza adenín, ribóza a tri zvyšky kyseliny fosforečnej sú
1) DNA
2) RNA
3) ATP
4) veverička
Odpoveď
Všetky znaky uvedené nižšie, okrem dvoch, môžu byť použité na charakterizáciu energetického metabolizmu v bunke. Identifikujte dve funkcie, ktoré „vypadnú“ zo všeobecného zoznamu, a ako odpoveď zapíšte čísla, pod ktorými sú uvedené.
1) prichádza s absorpciou energie
2) končí v mitochondriách
3) končí ribozómami
4) je sprevádzaná syntézou molekúl ATP
5) končí tvorbou oxidu uhličitého
Odpoveď
Nájdite tri chyby v danom texte. Uveďte počet návrhov, v ktorých sú predložené.(1) Metabolizmus alebo metabolizmus je súbor reakcií syntézy a rozpadu látok bunky a organizmu, spojených s uvoľňovaním alebo absorpciou energie. (2) Súbor reakcií na syntézu vysokomolekulárnych organických zlúčenín z nízkomolekulových zlúčenín sa označuje ako výmena plastov. (3) Molekuly ATP sa syntetizujú v plastických výmenných reakciách. (4) Fotosyntéza sa označuje ako energetický metabolizmus. (5) V dôsledku chemosyntézy sa vplyvom energie Slnka syntetizujú organické látky z anorganických látok.
Odpoveď
© D.V. Pozdnyakov, 2009-2019
ATP je univerzálna energetická „mena“ bunky. Jedným z najúžasnejších „vynálezov“ prírody sú molekuly takzvaných „makroergných“ látok, v ktorých chemickej štruktúre je jedna alebo viacero väzieb, ktoré fungujú ako zariadenia na ukladanie energie. V prírode sa našlo niekoľko podobných molekúl, no len jedna z nich, kyselina adenozíntrifosforečná (ATP), sa nachádza v ľudskom tele. Ide o pomerne zložitú organickú molekulu, ku ktorej sú pripojené 3 negatívne nabité zvyšky anorganickej kyseliny fosforečnej PO. Práve tieto fosforové zvyšky sú s organickou časťou molekuly spojené „makroergickými“ väzbami, ktoré sa pri rôznych vnútrobunkových reakciách ľahko ničia. Energia týchto väzieb sa však nerozptyľuje v priestore vo forme tepla, ale využíva sa na pohyb alebo chemickú interakciu iných molekúl. Vďaka tejto vlastnosti plní ATP funkciu univerzálneho zásobníka energie (akumulátora) v bunke, ako aj univerzálnej „meny“. Koniec koncov, takmer každá chemická transformácia, ktorá sa vyskytuje v bunke, buď absorbuje alebo uvoľňuje energiu. Podľa zákona o zachovaní energie sa celkové množstvo energie vytvorené v dôsledku oxidačných reakcií a uložené vo forme ATP rovná množstvu energie, ktorú môže bunka použiť na svoje syntetické procesy a vykonávanie akýchkoľvek funkcií. . Ako „platba“ za možnosť vykonať tú či onú akciu je bunka nútená minúť svoju zásobu ATP. V tomto prípade je potrebné zdôrazniť, že molekula ATP je taká veľká, že nie je schopná prejsť cez bunkovú membránu. Preto ATP produkovaný v jednej bunke nemôže byť použitý inou bunkou. Každá bunka tela je nútená syntetizovať ATP pre svoje potreby sama v množstvách, v ktorých je potrebné vykonávať svoje funkcie.
Tri zdroje resyntézy ATP v bunkách ľudského tela. Vzdialení predkovia buniek ľudského tela zrejme existovali už pred mnohými miliónmi rokov, obklopení rastlinnými bunkami, ktoré ich zásobovali sacharidmi v prebytku a kyslíka bolo málo alebo vôbec. Práve sacharidy sú najpoužívanejšou zložkou živín na tvorbu energie v organizme. A hoci väčšina buniek ľudského tela nadobudla schopnosť využívať bielkoviny a tuky ako energetické suroviny, niektoré (napríklad nervové, červené krvné, mužské pohlavie) bunky sú schopné produkovať energiu len vďaka oxidácii sacharidov. .
Procesy primárnej oxidácie uhľohydrátov - alebo skôr glukózy, ktorá v skutočnosti predstavuje hlavný substrát oxidácie v bunkách - sa vyskytujú priamo v cytoplazme: tam sa nachádzajú komplexy enzýmov, vďaka ktorým je molekula glukózy čiastočne zničené a uvoľnená energia sa uloží vo forme ATP. Tento proces sa nazýva glykolýza, môže prebiehať vo všetkých bunkách ľudského tela bez výnimky. V dôsledku tejto reakcie sa z jednej 6-uhlíkovej molekuly glukózy vytvoria dve 3-uhlíkové molekuly kyseliny pyrohroznovej a dve molekuly ATP.
Glykolýza je veľmi rýchly, ale relatívne neefektívny proces. Kyselina pyrohroznová vytvorená v bunke po ukončení glykolýz sa takmer okamžite zmení na kyselinu mliečnu a niekedy (napríklad pri ťažkej svalovej práci) vstupuje do krvi vo veľmi veľkých množstvách, pretože ide o malú molekulu, ktorá môže voľne prechádzať bunkovej membráne. Takéto masívne uvoľňovanie kyslých metabolických produktov do krvi narúša homeostázu a telo musí zapnúť špeciálne homeostatické mechanizmy, aby sa vyrovnalo s následkami svalovej práce alebo iného aktívneho pôsobenia.
Kyselina pyrohroznová, ktorá vzniká ako výsledok glykolýzy, stále obsahuje veľa potenciálnej chemickej energie a môže slúžiť ako substrát pre ďalšiu oxidáciu, čo si však vyžaduje špeciálne enzýmy a kyslík. Tento proces sa vyskytuje v mnohých bunkách, ktoré obsahujú špeciálne organely - mitochondrie. Vnútorný povrch mitochondriálnych membrán sa skladá z veľkých molekúl lipidov a proteínov, vrátane veľkého počtu oxidačných enzýmov. Do mitochondrií prenikajú 3-uhlíkové molekuly vytvorené v cytoplazme – zvyčajne je to kyselina octová (acetát). Tam sú zahrnuté do nepretržite prebiehajúceho cyklu reakcií, počas ktorých sa z týchto organických molekúl striedavo oddeľujú atómy uhlíka a vodíka, ktoré sa po spojení s kyslíkom menia na oxid uhličitý a vodu. Pri týchto reakciách sa uvoľňuje veľké množstvo energie, ktorá sa ukladá vo forme ATP. Každá molekula kyseliny pyrohroznovej, ktorá prešla úplným cyklom oxidácie v mitochondriách, umožňuje bunke získať 17 molekúl ATP. Úplná oxidácia 1 molekuly glukózy teda poskytuje bunke 2+17x2 = 36 molekúl ATP. Rovnako dôležité je, že do procesu mitochondriálnej oxidácie môžu byť zahrnuté aj mastné kyseliny a aminokyseliny, teda zložky tukov a bielkovín. Vďaka tejto schopnosti mitochondrie robia bunku relatívne nezávislou od toho, aké potraviny telo prijíma: v každom prípade sa získa potrebné množstvo energie.
Časť energie je uložená v bunke vo forme molekuly kreatínfosfátu (CrP), ktorá je menšia a mobilnejšia ako ATP. Je to táto malá molekula, ktorá sa môže rýchlo pohybovať z jedného konca bunky na druhý - tam, kde sa nachádza tento moment Zo všetkého najviac je potrebná energia. Samotný CrF nemôže poskytnúť energiu procesom syntézy, svalovej kontrakcie alebo vedenia nervového impulzu: to vyžaduje ATP. Ale na druhej strane je CRF ľahko a prakticky bez strát schopný odovzdať všetku energiu v ňom obsiahnutú molekule adenazíndifosfátu (ADP), ktorá sa okamžite premení na ATP a je pripravená na ďalšie biochemické premeny.
Energia vynaložená pri fungovaní bunky, t.j. ATP sa môže obnoviť vďaka trom hlavným procesom: anaeróbnej (bezkyslíkovej) glykolýze, aeróbnej (za účasti kyslíka) mitochondriálnej oxidácii a tiež vďaka prenosu fosfátovej skupiny z CrF na ADP.
Zdroj kreatínfosfátu je najsilnejší, pretože reakcia CrF s ADP je veľmi rýchla. Zásoba CrF v bunke je však zvyčajne malá - napríklad svaly môžu vďaka CrF pracovať s maximálnym úsilím maximálne 6-7 s. To zvyčajne stačí na naštartovanie druhého najvýkonnejšieho – glykolytického – zdroja energie. V tomto prípade je zdroj živín mnohonásobne väčší, ale ako práca postupuje, narastá napätie v homeostáze v dôsledku tvorby kyseliny mliečnej a ak takúto prácu vykonávajú veľké svaly, nemôže trvať dlhšie ako 1,5 -2 minúty. Ale počas tejto doby sa takmer úplne aktivujú mitochondrie, ktoré sú schopné spaľovať nielen glukózu, ale aj mastné kyseliny, ktorých zásoby v tele sú takmer nevyčerpateľné. Preto aeróbny mitochondriálny zdroj môže fungovať veľmi dlho, hoci jeho výkon je relatívne nízky – 2-3 krát menší ako glykolytický zdroj a 5 krát menší ako výkon zdroja kreatínfosfátu.
Vlastnosti organizácie energetických produktov v rôzne tkaniny organizmu. Rôzne tkanivá majú rôznu saturáciu mitochondrií. Najmenej ich je v kostiach a bielom tuku, najviac v hnedom tuku, pečeni a obličkách. V nervových bunkách je pomerne veľa mitochondrií. Svaly nemajú vysokú koncentráciu mitochondrií, ale vzhľadom na to, že kostrové svaly sú najmohutnejším tkanivom tela (asi 40% telesnej hmotnosti dospelého človeka), práve potreby svalových buniek do značnej miery určujú intenzitu a smer všetkých procesov energetického metabolizmu. I.A. Arshavsky nazval toto „energetické pravidlo kostrových svalov“.
S vekom sa naraz menia dve dôležité zložky energetického metabolizmu: mení sa pomer hmotností tkanív s rôznou metabolickou aktivitou, ako aj obsah najdôležitejších oxidačných enzýmov v týchto tkanivách. V dôsledku toho prechádza energetický metabolizmus pomerne zložitými zmenami, no vo všeobecnosti jeho intenzita vekom klesá, a to dosť výrazne.
výmena energie
výmena energie je najdôležitejšou funkciou tela. Akékoľvek syntézy, činnosť akéhokoľvek orgánu, akákoľvek funkčná činnosť nevyhnutne ovplyvňuje energetický metabolizmus, pretože podľa zákona zachovania, ktorý nemá žiadne výnimky, je akýkoľvek akt spojený s premenou hmoty sprevádzaný výdajom energie.
Náklady na energiu organizmy tvoria tri nerovnaké časti bazálneho metabolizmu, energetického zásobovania funkcií, ako aj spotreby energie na rast, vývoj a adaptačné procesy. Pomer medzi týmito časťami je určený stupňom individuálneho vývoja a špecifickými podmienkami (tab. 2).
Bazálny metabolizmus- toto je minimálna úroveň produkcie energie, ktorá vždy existuje, bez ohľadu na funkčnú aktivitu orgánov a systémov, a nikdy sa nerovná nule. Bazálny metabolizmus pozostáva z troch hlavných typov výdaja energie: minimálna úroveň funkcií, márne cykly a reparačné procesy.
Minimálna energetická potreba tela. Otázka minimálnej úrovne funkcií je celkom zrejmá: aj v podmienkach úplného odpočinku (napríklad pokojný spánok), keď na telo nepôsobia žiadne aktivačné faktory, je potrebné udržiavať určitú činnosť mozgu a žliaz s vnútornou sekréciou, pečeň a gastrointestinálny trakt, srdce a cievy, dýchacie svaly a pľúcne tkanivo, tonické a hladké svaly atď.
Márne cykly. Menej známe je, že v každej bunke tela nepretržite prebiehajú milióny cyklických biochemických reakcií, v dôsledku ktorých nevzniká nič, ale na ich realizáciu je potrebné určité množstvo energie. Ide o takzvané márne cykly, procesy, ktoré zachovávajú „bojovú schopnosť“ bunkových štruktúr pri absencii skutočnej funkčnej úlohy. Márne cykly ako kolovrat dodávajú bunke a všetkým jej štruktúram stabilitu. Výdaj energie na udržanie každého z márnych cyklov je malý, ale je ich veľa a vo výsledku sa to premieta do pomerne významného podielu na bazálnom výdaji energie.
reparačné procesy. Početné komplexne organizované molekuly zapojené do metabolických procesov sa skôr či neskôr začnú poškodzovať, strácajú svoje funkčné vlastnosti alebo dokonca nadobúdajú toxické. Sú potrebné nepretržité „opravné a reštaurátorské práce“, pričom sa z bunky odstraňujú poškodené molekuly a na ich mieste sa syntetizujú nové, identické s predchádzajúcimi. Takéto reparačné procesy sa vyskytujú neustále v každej bunke, pretože životnosť akejkoľvek molekuly proteínu zvyčajne nepresahuje 1-2 týždne a v každej bunke sú ich stovky miliónov. Faktory prostredia - nepriaznivá teplota, zvýšené žiarenie pozadia, vystavenie toxickým látkam a mnohé ďalšie - môžu výrazne skrátiť životnosť zložitých molekúl a v dôsledku toho zvýšiť stres reparačných procesov.
Minimálna úroveň fungovania tkanív mnohobunkového organizmu. Fungovanie bunky je vždy nejaké mimo práce. Pre svalovú bunku je to jej kontrakcia, pre nervovú bunku je to produkcia a vedenie elektrického impulzu, pre žľazovú bunku je to tvorba sekrétu a akt sekrécie, pre epitelovú bunku je to pinocytóza, resp. iná forma interakcie s okolitými tkanivami a biologickými tekutinami. Prirodzene, žiadna práca sa nedá vykonať bez vynaloženia energie na jej realizáciu. Ale každá práca navyše vedie k zmene vnútorného prostredia tela, pretože odpadové produkty aktívnej bunky nemusia byť ľahostajné k iným bunkám a tkanivám. Preto je druhý stupeň spotreby energie pri výkone funkcie spojený s aktívnym udržiavaním homeostázy, ktorá niekedy spotrebuje veľmi významnú časť energie. Medzitým sa v priebehu plnenia funkčných úloh mení nielen zloženie vnútorného prostredia, často sa menia aj štruktúry a často aj smerom k deštrukcii. Takže pri kontrakcii kostrových svalov (aj malej intenzity) vždy dochádza k pretrhnutiu svalových vlákien, t.j. je porušená celistvosť formulára. Telo má špeciálne mechanizmy na udržanie tvarovej stálosti (homeomorfóza), ktoré zaisťujú rýchle zotavenie poškodených alebo zmenených štruktúr, čo však opäť spotrebúva energiu. A napokon, pre vyvíjajúci sa organizmus je veľmi dôležité zachovať si hlavné tendencie svojho vývoja bez ohľadu na to, aké funkcie musia byť aktivované v dôsledku vystavenia špecifickým podmienkam. Udržiavanie nemennosti smeru a kanálov vývoja (homeoréza) je ďalšou formou spotreby energie pri aktivácii funkcií.
Pre vyvíjajúci sa organizmus je dôležitou položkou spotreby energie samotný rast a vývoj. Pre každý, vrátane zrelého organizmu, sú však procesy adaptačných prestavieb objemovo nemenej energeticky náročné a vo svojej podstate veľmi podobné. Tu sú energetické výdavky zamerané na aktiváciu genómu, ničenie zastaraných štruktúr (katabolizmus) a syntézu (anabolizmus).
Náklady na bazálny metabolizmus a náklady na rast a vývoj s vekom výrazne klesajú a náklady na vykonávanie funkcií sa kvalitatívne líšia. Keďže je metodicky mimoriadne ťažké oddeliť bazálny výdaj energie a výdaj energie do procesov rastu a vývoja, zvyčajne sa považujú spoločne pod názvom "BX".
Veková dynamika bazálneho metabolizmu. Od čias M. Rubnera (1861) je dobre známe, že u cicavcov so zvyšovaním telesnej hmotnosti klesá intenzita produkcie tepla na jednotku hmotnosti; pričom množstvo výmeny vypočítané na jednotku plochy zostáva konštantné ("povrchové pravidlo"). Tieto fakty stále nemajú uspokojivé teoretické vysvetlenie, a preto sa na vyjadrenie vzťahu medzi telesnou veľkosťou a rýchlosťou metabolizmu používajú empirické vzorce. Pre cicavce vrátane človeka sa v súčasnosti najčastejšie používa vzorec M. Kleibera:
M \u003d 67,7 P 0 75 kcal / deň,
kde M je produkcia tepla celého organizmu a P je telesná hmotnosť.
Zmeny bazálneho metabolizmu súvisiace s vekom však nemožno vždy opísať pomocou tejto rovnice. Počas prvého roku života produkcia tepla neklesá, ako by to vyžadovala Klaiberova rovnica, ale zostáva na rovnakej úrovni alebo dokonca mierne stúpa. Až vo veku jedného roka sa dosiahne približne intenzita metabolizmu (55 kcal / kg deň), ktorá je podľa Klaiberovej rovnice „potrebná“ pre organizmus s hmotnosťou 10 kg. Až od 3. roku života sa intenzita bazálneho metabolizmu začína postupne znižovať a úroveň dospelého človeka – 25 kcal/kg/deň – dosahuje až v období puberty.
Energetické náklady procesov rastu a vývoja. Zvýšená rýchlosť bazálneho metabolizmu u detí je často spojená s nákladmi na rast. Avšak presné merania a výpočty vykonané v posledné roky, preukázali, že aj tie najintenzívnejšie rastové procesy v prvých 3 mesiacoch života nevyžadujú viac ako 7-8 % denného energetického príjmu a po 12 mesiacoch už nepresahujú 1 %. Navyše, najvyššia úroveň spotreby energie v tele dieťaťa bola zaznamenaná vo veku 1 roka, kedy je rýchlosť jeho rastu 10-krát nižšia ako vo veku šiestich mesiacov. Výrazne „energeticky náročnejšie“ boli tie štádiá ontogenézy, keď sa rýchlosť rastu znižuje a v orgánoch a tkanivách dochádza k významným kvalitatívnym zmenám v dôsledku procesov bunkovej diferenciácie. Špeciálne štúdie biochemikov ukázali, že v tkanivách, ktoré vstupujú do štádia diferenciačných procesov (napríklad v mozgu), sa prudko zvyšuje obsah mitochondrií a následne sa zvyšuje oxidačný metabolizmus a produkcia tepla. Biologický význam tohto javu spočíva v tom, že v procese diferenciácie buniek vznikajú nové štruktúry, nové proteíny a iné veľké molekuly, ktoré si bunka predtým nebola schopná produkovať. Ako každé nové podnikanie, aj toto si vyžaduje špeciálne náklady na energiu, zatiaľ čo rastové procesy sú zavedenou „dávkovou výrobou“ bielkovín a iných makromolekúl v bunke.
V procese ďalšieho individuálneho vývoja sa pozoruje zníženie intenzity bazálneho metabolizmu. Ukázalo sa, že podiel rôznych orgánov na bazálnom metabolizme sa vekom mení. Napríklad mozog (ktorý významne prispieva k hlavnému metabolizmu) u novorodencov predstavuje 12% telesnej hmotnosti a u dospelých iba 2%. Rovnako nerovnomerne rastú aj vnútorné orgány, ktoré majú rovnako ako mozog veľmi vysokú úroveň energetického metabolizmu aj v pokoji – 300 kcal / kg denne. Zároveň svalové tkanivo, ktorého relatívne množstvo sa počas postnatálneho vývoja takmer zdvojnásobí, sa vyznačuje veľmi nízkou rýchlosťou metabolizmu v pokoji – 18 kcal/kg deň. U dospelého človeka tvorí mozog približne 24 % bazálneho metabolizmu, pečeň 20 %, srdce 10 % a kostrové svalstvo 28 %. U ročného dieťaťa tvorí mozog 53 % bazálneho metabolizmu, pečeň sa podieľa asi 18 % a kostrové svalstvo len 8 %.
Výmena oddychu u detí školského veku. Bazálny metabolizmus je možné merať iba na klinike: to si vyžaduje špeciálne podmienky. Ale oddychová výmena sa dá zmerať u každého človeka: stačí mu, aby sa mohol postiť a byť vo svalovom pokoji niekoľko desiatok minút. Pokojový výmenný kurz je o niečo vyšší ako bazálny výmenný kurz, ale tento rozdiel nie je zásadný. Dynamika zmien v pokojovom metabolizme súvisiacich s vekom sa neredukuje na jednoduché zníženie intenzity metabolizmu. Obdobia charakterizované rýchlym poklesom metabolickej intenzity sú nahradené vekovými intervalmi, v ktorých sa kľudový metabolizmus stabilizuje.
Zároveň sa zisťuje úzky vzťah medzi charakterom zmeny intenzity metabolizmu a rýchlosťou rastu (pozri obr. 8 na str. 57). Stĺpce na obrázku ukazujú relatívne ročné prírastky telesnej hmotnosti. Ukazuje sa, že čím väčšia je relatívna rýchlosť rastu, tým väčší je pokles pokojovej rýchlosti metabolizmu počas tohto obdobia.
Obrázok ukazuje ďalšiu črtu - výrazné rozdiely medzi pohlaviami: dievčatá v skúmanom vekovom intervale sú asi o rok pred chlapcami, pokiaľ ide o zmeny rýchlosti rastu a intenzity metabolizmu. Zároveň sa zisťuje úzky vzťah medzi intenzitou pokojového metabolizmu a rýchlosťou rastu detí počas skoku polovičného rastu - od 4 do 7 rokov. V tom istom období sa začína aj zmena mliečnych zubov na trvalé, čo môže slúžiť aj ako jeden z indikátorov morfofunkčného dozrievania.
V procese ďalšieho vývoja pokračuje znižovanie intenzity bazálneho metabolizmu a teraz v úzkej súvislosti s procesmi puberty. V počiatočných štádiách puberty je rýchlosť metabolizmu u dospievajúcich asi o 30% vyššia ako u dospelých. Prudký pokles indikátora začína v štádiu III, keď sú aktivované pohlavné žľazy, a pokračuje až do puberty. Ako je známe, pubertálny rastový spurt sa zhoduje aj s dosiahnutím III. štádia puberty, t.j. a v tomto prípade zostáva pravidelnosť poklesu intenzity metabolizmu v obdobiach najintenzívnejšieho rastu.
Chlapci vo svojom vývoji v tomto období zaostávajú za dievčatami približne o 1 rok. V prísnom súlade s touto skutočnosťou je intenzita metabolických procesov u chlapcov vždy vyššia ako u dievčat rovnakého kalendárneho veku. Tieto rozdiely sú malé (5-10%), ale stabilné počas celého obdobia puberty.
termoregulácia
Termoreguláciu, teda udržiavanie konštantnej teploty telesného jadra, určujú dva hlavné procesy: tvorba tepla a prenos tepla. Tvorba tepla (termogenéza) závisí predovšetkým od intenzity metabolických procesov, pričom prenos tepla je determinovaný tepelnou izoláciou a celým komplexom pomerne zložitých fyziologických mechanizmov vrátane vazomotorických reakcií, aktivity vonkajšieho dýchania a potenia. V tomto ohľade sa termogenéza pripisuje mechanizmom chemickej termoregulácie a spôsoby zmeny prenosu tepla sa označujú ako mechanizmy fyzikálnej termoregulácie. S vekom sa menia tieto aj ďalšie mechanizmy, ako aj ich význam pri udržiavaní stabilnej telesnej teploty.
Vekový vývoj termoregulačných mechanizmov.Čisto fyzikálne zákony vedú k tomu, že so zväčšovaním hmotnosti a absolútnych rozmerov tela klesá príspevok chemickej termoregulácie. Takže u novorodencov je hodnota produkcie termoregulačného tepla približne 0,5 kcal / kg h stupňov a u dospelých - 0,15 kcal / kg h stupňov.
Novorodenec, keď teplota prostredia klesne, môže zvýšiť produkciu tepla takmer na rovnaké hodnoty ako dospelý, až na 4 kcal / kg h. Avšak vzhľadom na nízku tepelnú izoláciu (0,15 st. m 2 h / kcal), rozsah chemickej termoregulácie u novorodenca je veľmi malý - nie viac ako 5 °. Malo by sa vziať do úvahy, že kritická teplota ( Th), pri ktorej sa aktivuje termogenéza, je pre donosené dieťa +33 °C, v dospelosti klesne na +27 ... +23 °C. Avšak v oblečení, ktorého tepelná izolácia je zvyčajne 2,5 KLO alebo 0,45 deg-m 2 h / kcal, kritická hodnota teploty klesá na +20 ° C, takže dieťa vo svojom obvyklom oblečení pri izbovej teplote je v termoneutrálnom stave. prostredie, t.j. za podmienok, ktoré si nevyžadujú dodatočné náklady na udržanie telesnej teploty.
Iba počas postupu prebaľovania, aby sa zabránilo ochladeniu, by malo dieťa prvých mesiacov života zahŕňať dostatočne výkonné mechanizmy výroby tepla. Navyše deti tohto veku majú špeciálne, špecifické mechanizmy termogenézy, ktoré u dospelých chýbajú. Dospelý človek sa v reakcii na ochladenie začne triasť, vrátane takzvanej "kontraktilnej" termogenézy, t.j. dodatočnej tvorby tepla v kostrových svaloch (zimomriavky). Štrukturálne vlastnosti detského tela spôsobujú, že takýto mechanizmus tvorby tepla je neúčinný, takže u detí sa aktivuje takzvaná "nekontraktilná" termogenéza, ktorá nie je lokalizovaná v kostrových svaloch, ale v úplne iných orgánoch.
Sú to vnútorné orgány (predovšetkým pečeň) a špeciálne hnedé tukové tkanivo, nasýtené mitochondriami (preto jeho hnedá farba) a majúce vysoké energetické schopnosti. Aktivácia produkcie tepla hnedého tuku v zdravé dieťa možno pozorovať zvýšením teploty kože v tých častiach tela, kde sa hnedý tuk nachádza povrchnejšie – medzilopatková oblasť a krk. Zmenou teploty v týchto oblastiach možno posúdiť stav mechanizmov termoregulácie dieťaťa, stupeň jeho otužovania. Takzvané „horké zátylok“ dieťaťa v prvých mesiacoch života sú spojené práve s aktivitou hnedého tuku.
Počas prvého roku života sa aktivita chemickej termoregulácie znižuje. U dieťaťa vo veku 5-6 mesiacov sa výrazne zvyšuje úloha fyzickej termoregulácie. S vekom veľká časť hnedého tuku mizne, ale ešte pred 3. rokom života zostáva reakcia najväčšej časti hnedého tuku, medzilopatkového tuku. Existujú správy, že u dospelých pracujúcich na severe, pod holým nebom, hnedé tukové tkanivo naďalej aktívne funguje. Za normálnych podmienok je u dieťaťa staršieho ako 3 roky aktivita nekontraktilnej termogenézy obmedzená a špecifická kontraktilná aktivita kostrových svalov - svalový tonus a svalová triaška - začína hrať vedúcu úlohu pri zvyšovaní produkcie tepla pri chemickej termoregulácii. je aktivovaný. Ak sa takéto dieťa ocitne pri bežnej izbovej teplote (+20 °C) v šortkách a tričku, produkcia tepla sa u neho aktivuje v 80 prípadoch zo 100.
Posilnenie rastových procesov pri polovičnom raste (5-6 rokov) vedie k zväčšeniu dĺžky a plochy končatín, čo zabezpečuje regulovanú výmenu tepla tela s okolím. To zase vedie k tomu, že od veku 5,5-6 rokov (obzvlášť zreteľne u dievčat) dochádza k významným zmenám v termoregulačnej funkcii. Zvyšuje sa tepelná izolácia tela a výrazne sa znižuje aktivita chemickej termoregulácie. Tento spôsob regulácie telesnej teploty je ekonomickejší a je to on, kto v priebehu ďalšieho vekový vývoj sa stáva dominantným. Toto obdobie rozvoja termoregulácie je citlivé na otužovacie procedúry.
S nástupom puberty nastupuje ďalšia etapa vývoja termoregulácie, ktorá sa prejavuje rozpadom vyvíjajúceho sa funkčného systému. U 11-12-ročných dievčat a 13-ročných chlapcov napriek pokračujúcemu poklesu intenzity pokojového metabolizmu nedochádza k zodpovedajúcej úprave cievnej regulácie. Iba v dospievania po dovŕšení puberty dosahujú možnosti termoregulácie definitívnu úroveň vývoja. Zvýšenie tepelnej izolácie tkanív vlastného tela umožňuje zaobísť sa bez zahrnutia chemickej termoregulácie (t.j. dodatočnej tvorby tepla) aj pri poklese okolitej teploty o 10-15°C. Táto reakcia tela je, samozrejme, ekonomickejšia a efektívnejšia.
Výživa
Všetky látky potrebné pre ľudský organizmus, ktoré slúžia na výrobu energie a stavbu vlastného tela, pochádzajú z prostredia. Ako dieťa rastie, ku koncu prvého roku života čoraz viac prechádza na samostatnú výživu a po 3 rokoch sa výživa dieťaťa veľmi nelíši od výživy dospelého.
Štrukturálne zložky potravinových látok.Ľudská strava je rastlinného a živočíšneho pôvodu, ale bez ohľadu na to pozostáva z rovnakých tried organických zlúčenín - bielkovín, tukov a uhľohydrátov. V skutočnosti tieto rovnaké triedy zlúčenín tvoria v podstate telo samotnej osoby. Zároveň existujú rozdiely medzi živočíšnou a rastlinnou potravou, a to dosť dôležité.
Sacharidy. Najmasívnejšiu zložku rastlinnej potravy tvoria sacharidy (najčastejšie vo forme škrobu), ktoré tvoria základ energetického zásobovania ľudského tela. U dospelého človeka sa vyžaduje príjem sacharidov, tukov a bielkovín v pomere 4:1:1. Keďže metabolické procesy detí sú intenzívnejšie a hlavne vďaka metabolickej činnosti mozgu, ktorý sa živí takmer výlučne sacharidmi, deti by mali prijímať viac sacharidovej stravy – v pomere 5:1:1. V prvých mesiacoch života dieťa nedostáva rastlinnú stravu, no v ženskom mlieku je relatívne veľa sacharidov: je to približne rovnaký tuk ako kravské mlieko, obsahuje 2x menej bielkovín, ale 2x viac sacharidov. Pomer sacharidov, tukov a bielkovín v materskom mlieku je približne 5:2:1. Umelé zmesi na kŕmenie detí v prvých mesiacoch života sa pripravujú na báze približne dvakrát zriedeného kravského mlieka s prídavkom fruktózy, glukózy a iných sacharidov.
Tuky. Rastlinná strava je zriedka bohatá na tuky, no zložky obsiahnuté v rastlinných tukoch sú pre ľudský organizmus nevyhnutné. Rastlinné tuky na rozdiel od živočíšnych obsahujú veľa takzvaných polynenasýtených mastných kyselín. Ide o mastné kyseliny s dlhým reťazcom s dvojitými väzbami vo svojej štruktúre. Takéto molekuly používajú ľudské bunky na stavbu bunkových membrán, v ktorých zohrávajú stabilizačnú úlohu, chránia bunky pred inváziou agresívnych molekúl a voľných radikálov. Vďaka tejto vlastnosti majú rastlinné tuky protirakovinovú, antioxidačnú a antiradikálovú aktivitu. Okrem toho je v rastlinných tukoch zvyčajne rozpustené veľké množstvo cenných vitamínov A a E. Ďalšou výhodou rastlinných tukov je absencia cholesterolu v nich, ktorý sa môže ukladať v cievach človeka a spôsobovať ich sklerotické zmeny. Živočíšne tuky naopak obsahujú značné množstvo cholesterolu, ale prakticky neobsahujú vitamíny a polynenasýtené mastné kyseliny. Pre ľudský organizmus sú však nevyhnutné aj živočíšne tuky, ktoré sú dôležitou zložkou zásobovania energiou a navyše obsahujú lipokiníny, ktoré pomáhajú telu vstrebávať a spracovávať vlastný tuk.
Veveričky. Rastlinné a živočíšne bielkoviny sa výrazne líšia aj svojim zložením. Zatiaľ čo všetky proteíny sa skladajú z aminokyselín, niektoré z týchto základných stavebných kameňov môžu ľudské bunky syntetizovať, zatiaľ čo iné nie. Týchto posledných je málo, len 4-5 druhov, ale nedajú sa ničím nahradiť, preto sa nazývajú esenciálne aminokyseliny. Rastlinná strava neobsahuje takmer žiadne esenciálne aminokyseliny – v malom množstve ich obsahujú iba strukoviny a sója. Medzitým sú tieto látky široko zastúpené v mäse, rybách a iných produktoch živočíšneho pôvodu. Nedostatok niektorých esenciálnych aminokyselín prudko negatívne ovplyvňuje dynamiku rastových procesov a rozvoj mnohých funkcií, najvýraznejšie na vývoj mozgu a intelektu dieťaťa. Z tohto dôvodu deti, ktoré trpia dlhodobou podvýživou v nízky vekčasto zostávajú mentálne postihnutí do konca života. Preto by sa deti v žiadnom prípade nemali obmedzovať v používaní živočíšnych potravín: aspoň mlieka a vajec, ako aj rýb. Zrejme rovnaká okolnosť súvisí s tým, že deti do 7 rokov podľa kresťanské tradície, by sa nemal postiť, teda odmietať živočíšnu potravu.
Makro- a mikroprvky. Potravinárske výrobky obsahujú takmer všetky známe vede chemické prvky, možno s výnimkou rádioaktívnych a ťažkých kovov, ako aj inertných plynov. Niektoré prvky, ako uhlík, vodík, dusík, kyslík, fosfor, vápnik, draslík, sodík a niektoré ďalšie, sú súčasťou všetkých potravinových produktov a do tela sa dostávajú vo veľmi veľkých množstvách (desiatky a stovky gramov denne). Takéto látky sa bežne označujú ako makronutrientov. Iné sa nachádzajú v potravinách v mikroskopických dávkach, preto sa nazývajú stopové prvky. Ide o jód, fluór, meď, kobalt, striebro a mnoho ďalších prvkov. Železo sa často označuje ako stopové prvky, hoci jeho množstvo v tele je dosť veľké, pretože železo hrá kľúčovú úlohu pri transporte kyslíka v tele. Nedostatok niektorého zo stopových prvkov môže spôsobiť vážne ochorenie. K rozvoju vedie napríklad nedostatok jódu vážna chorobaštítna žľaza (tzv. struma). Nedostatok železa vedie k anémii z nedostatku železa – forme anémie, ktorá nepriaznivo ovplyvňuje výkonnosť, rast a vývoj dieťaťa. Vo všetkých takýchto prípadoch je potrebná korekcia výživy, zahrnutie produktov obsahujúcich chýbajúce prvky do stravy. Jód sa teda nachádza vo veľkých množstvách v morských riasach - kelu, okrem toho sa v obchodoch predáva jodizovaná stolová soľ. Železo sa nachádza v hovädzej pečeni, jablkách a niektorých ďalších druhoch ovocia, ako aj v karame pre deti Hematogen predávanom v lekárňach.
Vitamíny, beriberi, metabolické ochorenia. Vitamíny sú organické molekuly strednej veľkosti a zložitosti, ktoré normálne bunky ľudského tela nevytvárajú. Vitamíny sme nútení prijímať z potravy, keďže sú nevyhnutné pre prácu mnohých enzýmov, ktoré regulujú biochemické procesy v tele. Vitamíny sú veľmi nestabilné látky, takže varenie na ohni takmer úplne zničí vitamíny v nich obsiahnuté. Len surová strava obsahuje vitamíny v badateľnom množstve, preto je pre nás hlavným zdrojom vitamínov zelenina a ovocie. Dravé zvieratá, ale aj domorodí obyvatelia Severu, ktorí jedia takmer výlučne mäso a ryby, získavajú dostatok vitamínov zo surových živočíšnych produktov. Vo vyprážanom a varenom mäse a rybách nie sú prakticky žiadne vitamíny.
Nedostatok vitamínov sa prejavuje rôznymi metabolickými ochoreniami, ktoré sa spájajú pod názvom beriberi. V súčasnosti bolo objavených asi 50 vitamínov a každý z nich je zodpovedný za svoje vlastné „miesto“ metabolických procesov a existuje niekoľko desiatok chorôb spôsobených beriberi. Skorbut, beriberi, pelagra a ďalšie choroby tohto druhu sú všeobecne známe.
Vitamíny sú rozdelené do dvoch veľkých skupín: rozpustné v tukoch a rozpustné vo vode. Vitamíny rozpustné vo vode sa vo veľkom množstve nachádzajú v zelenine a ovocí, vitamíny rozpustné v tukoch zase častejšie v semenách a orechoch. Olivový, slnečnicový, kukuričný a iné rastlinné oleje sú dôležitým zdrojom mnohých vitamínov rozpustných v tukoch. Vitamín D (anti-rachitis) sa však nachádza najmä v rybom oleji, ktorý sa získava z pečene tresky a niektorých ďalších morských rýb.
V stredných a severných zemepisných šírkach, na jar, v rastlinnej potrave zachovanej od jesene, množstvo vitamínov prudko klesá a mnohí ľudia - obyvatelia severných krajín - zažívajú beri-beri. Tento stav pomáhajú prekonať slané a kyslé jedlá (kapusta, uhorky a niektoré ďalšie), ktoré obsahujú veľa vitamínov. Okrem toho sú vitamíny produkované črevnou mikroflórou, takže pri normálnom trávení je človek zásobovaný mnohými najdôležitejšími vitamínmi B v dostatočnom množstve. U detí prvého roku života ešte nie je vytvorená črevná mikroflóra, preto by mali ako zdroje vitamínov prijímať dostatočné množstvo materského mlieka, ale aj ovocných a zeleninových štiav.
Denná potreba energie, bielkovín, vitamínov. Množstvo jedla za deň priamo závisí od rýchlosti metabolických procesov, pretože jedlo musí plne kompenzovať energiu vynaloženú na všetky funkcie (obr. 13). Aj keď u detí starších ako 1 rok intenzita metabolických procesov s vekom klesá, zvýšenie ich telesnej hmotnosti vedie k zvýšeniu celkovej (hrubej) spotreby energie. V súlade s tým sa zvyšuje aj potreba základných živín. Nižšie sú uvedené referenčné tabuľky (tabuľky 3-6) zobrazujúce približný denný príjem živín, vitamínov a základných minerálov pre deti. Je potrebné zdôrazniť, že tabuľky uvádzajú hmotnosť čistých látok bez zohľadnenia vody obsiahnutej v potravinách, ako aj organických látok, ktoré nesúvisia s bielkovinami, tukmi a sacharidmi (napríklad celulóza, ktorá tvorí väčšinu zo zeleniny).
