Контрольная работа по "Биохимии"

Вопрос 1. 1.1. В чем суть обмена веществ в организме человека?

Для живых организмов характерна чрезвычайно сложная  организация. Они построены из огромного  количества разнообразных химических соединений, имеющих в большинстве своем очень сложное химическое строение. Такие вещества обычно характеризуются нестабильностью и способны к самопроизвольному распаду. Поэтому важнейшей особенностью живых организмов является способность к постоянному самообновлению, как образующих его веществ, так и структурных компонентов. Это требует постоянных затрат энергии, которая поступает в организм в составе пищевых веществ и освобождается в ходе химических превращений.

Помимо непрерывного самообновления, для живых организмов характерна способность к росту, развитию, движению, размножению. Все эти особенности обеспечиваются обменом веществ.

Обмен веществ в организм человека представляет собой комплекс, химических, физиологических (питание, распределение по организму, выделение) и даже физических процессов, включающих в себя:

- поступление веществ в организм (с продуктами питания, с дыханием – кислород);

- предварительную переработку поступивших веществ (пищеварение). Сложные макромолекулы распадаются на более простые соединения, обладающие хорошей растворимостью в воде, что делает их более пригодными для усвоения и распределения по организм;

- усвоение продуктов пищеварения (поступление в кровь) и распределение их по организму (с кровотоком), в результате чего они могут попасть практически в каждую клетку организма;

- использование в клетках продуктов пищеварения для нужд организма – синтеза веществ, взамен распадающихся (самообновление организма) или увеличения объема таких веществ (рост организма), получения энергии и др. целей;

- распад веществ, поступивших в организм и прошедших через разнообразные превращения, на конечные продукты обмена веществ (CO2, H2O, мочевину, мочевую кислоту и др.) и выведение из организма.

1.2. Что называют ассимиляцией  и диссимиляцией?

В обмене веществ выделяют два этапа: ассимиляцию и диссимиляцию

Ассимиляция (уподобление) включает в себя поступление в организм продуктов питания (и кислорода), предварительную переработку этих веществ (пищеварение), всасывание продуктов пищеварения (и кислорода) в кровь, распределение их по организму и поступление в клетки. Завершается ассимиляция синтезом специфических для организма веществ: структурных веществ, запасных источников энергии, веществ-регуляторов.

Синтез специфических для организма  веществ из продуктов пищеварения  называют анаболизмом.

Диссимиляция – распад веществ организма на конечные продукты обмена веществ и удаление из организма.

Химическую часть диссимиляции - деградацию веществ организма на конечные продукты обмена веществ называют катаболизмом.

Ассимиляция и диссимиляция не два самостоятельных процесса, а две стороны одного процесса.

1.3. Какие изменения в  обмене веществ происходят на  протяжении жизни человека под  влиянием мышечной работы, других воздействий на организм.

На протяжении жизни  человека существенно изменяются два  параметра обмена веществ: общая интенсивность и соотношение анаболических и катаболических процессов.

Наибольшая интенсивность  обменных процессов у новорожденного. Некоторое время она сохраняется, а затем начинает постепенно снижаться. Это продолжается до завершения роста  организма. После завершения роста наблюдается относительная стабилизация. В старости вновь появляется снижение интенсивности обменных процессов. Наиболее естественным и эффективным регулятором интенсивности обменных процессов является двигательная активность, занятия физической культурой и спортом.

Соотношение анаболических  и катаболических процессов.

В молодом растущем организме  анаболические процессы преобладают  над катаболическими, то есть синтезируется  больше веществ, из которых построен организм, чем их распадается. Именно это лежит в основе роста организма. Степень превышения скорости анаболических реакций над катаболическими наибольшая сразу после рождения. С годами она постепенно уменьшается до момента прекращения роста в длину. В зрелом возрасте анаболические и катаболические сбалансированы: сколько веществ, образующих организм человека, распадается в течение суток, столько и синтезируется взамен распавшихся. К старости начинают преобладать катаболические процессы: распадается веществ больше, чем синтезируется. В результате уменьшается количество клеток в разных органах и тканях, снижаются их функциональные возможности, ухудшаются двигательные способности человека. В то же время объем балластых веществ, в первую очередь жиров, может увеличиваться.

Устранить возрастные изменения обмена веществ невозможно, но отодвинуть время наступления преобладания катаболических процессов, сгладить разрыв между анаболизмом и катаболизмом можно – благодаря физическим упражнениям, двигательной активности. Во время выполнения физических упражнений, требующих значительных затрат энергии, усиливаются катаболические реакции, обеспечивающие энергетические потребности органов и тканей, участвующих в выполнении работы. Процессы ассимиляции, также требующие значительных энергозатрат, из-за дефицита энергии, идущей на обеспечение мышечной работы, приостанавливаются. В итоге к концу работы в организме снижается содержание ряда веществ: запасных источников энергии, ферментов, структурных соединений и т.п. После завершения работы происходит переключение энергетического обмена на преимущестенное обеспечение анаболических реакций – восстановления веществ, распавшихся за время работы. И чем глубже были сдвиги, тем в большей степени стимулируются анаболические реакции, т.е. чем больше объем выполняемой мышечной работы, тем выше ее положительный эффект. В итоге систематическая мышечная тренировка приводит к перестройке обмена веществ и преобладанию анаболических реакций над катаболическими.

Понижение температуры  окружающей среды вызывает усиление в организме катаболических процессов, приводящих к освобождению энергии преимущественно в виде тепла и защищающих организм от переохлаждения.

Под влиянием ультрафиолетового спектра  солнечного света в кожных покровах усиливаются процессы синтеза пигментов  (загар), защищающих организм от губительного воздействия этих лучей.

 

 

Вопрос 2. 2.1. Опишите химические превращения жиров в процессе пищеварения, укажите конечные продукты пищеварения и пути их дальнейших превращений в организме.

Большую часть поступающих в организм человека с продуктами питания липидов составляют жиры. Кроме жиров, в продуктах питания могут содержаться стериды, фосфолипиды и некоторые другие представители липидов, содержание которых, как правило, невелико. Пищеварительным превращениям подвергаются липиды, способные вступать в реакции гидролиза. Пищеварение липидов имеет свои специфические особенности, связанные с их нерастворимостью в воде, в то время как ферменты, обеспечивающие гидролитическое расщепление липидов, находятся в водных растворах.

В ротовой полости  липиды подвергаются только механический обработке - измельчению. Но образующиеся при этом капельки липидов (в первую очередь жира) достаточно большие. В  составе желудочного сока имеется  фермент липаза, способный расщеплять жиры. Но активность желудочной липазы низкая. Это связано с неблагоприятной для липазы сильно кислой (рН 1,5-2,5) реакцией среды в желудке. Свою наивысшую активность липаза проявляет при значениях pH 7,8-8,1.                                                                                                                                                                                               Кроме того, в желудке нет условий для эмульгирования жиров – дробления их на мельчайшие капельки. Поэтому в желудке могут частично расщепляться только липиды, попадающие в организм в эмульгированном виде: жиры молока, яичные жиры.

Основные пищеварительные  превращения липидов начинаются в двенадцатиперстной кишке, где  они подвергаются эмульгированию. Эмульгирование липидов обеспечивается несколькими воздействиями на них. Прежде всего это воздействие солей желчных кислот, попадающих в полость двенадцатиперстной кишки из печени по желчным протокам. Соли желчных кислот обволакивают капельки липидов снижают их поверхностное натяжение, создавая тем самым благоприятные предпосылки для их дробления. Непосредственное эмульгирование (дробление) капелек липидов осуществляется под влиянием механических   факторов   эмульгирования:   перистальтики кишечника и пузырьков СO₂. СO₂ образуется в результате взаимодействия поступающей из желудка соляной кислоты с бикарбонатами натрия, содержащимися в кишечном соке, по уравнению:

HCl+NaHCO₃=NaCl+H₂CO₃

 

Избыток Н₂СO₃ легко разлагается на СO₂ и Н₂O.

Благодаря эмульгированию поверхность соприкосновения нерастворимых в воде липидов с находящимися в водных растворах ферментами многократно увеличивается. А это, в свою очередь, многократно увеличивает скорость их гидролиза.

Дальнейшие превращения  липидов происходят в тонком кишечнике. Большая часть эмульгированных жиров под влиянием фермента липазы подвергается частичному гидролизу и распадается на моноглицериды и свободные жирные кислоты. (см. рис. 1)

 

Меньшая часть жира гидролизуется  полностью и распадается на глицерин и жирные кислоты. Некоторое количество жира, преимущественно поступающего в организм в эмульгированном виде, может всасываться без предварительного расщепления.

Фосфолипиды под действием  специфических для каждого фосфолипида  ферментов фосфолипаз распадаются  на глицерин, жирные кислоты, фосфорную кислоту и аминоспирт. При этом могут образовываться и моноглицериды.                                                              

Стериды под действием  фермента эстеразы распадаются на стеролы (в основном холестерол) и жирные кислоты. Гидролитическому расщеплению подвергаются и другие липиды.

Все ферменты, осуществляющие пищеварительные превращения липидов, образуются и выделяются в полость  тонкого кишечника малоактивной форме. Их активация осуществляется непосредственно в полости кишечника под влиянием солей желчных кислот и фермента белкового пищеварения трипсина. Это можно рассматривать как защитный механизм, поскольку многие липиды входят в состав клеточных оболочек и ряда внутриклеточных структурных элементов и  активные липазы могли бы вызвать расщепление таких липидов уже местах их образования.

Образовавшиеся продукты пищеварения липидов всасываются  клетками слизистой оболочки кишечных ворсинок. Глицерин, фосфорная кислота, аминоспирты и жирные кислоты  с короткой углеродной цепочкой, обладающие хорошей растворимостью в воде, сравнительно легко всасываются непосредственно в кровь. При этом жирные кислоты сразу образуют соединение с белками крови (альбуминами).

Жирные кислоты с  длинной цепочкой, не полностью гидролизованные  жиры (моноглицериды), некоторое количество негидролизованных жиров, плохо или совсем нерастворимых в воде, всасываются в клетки слизистой оболочки кишечника в виде водорастворимых комплексов с желчными кислотами -холеиновых комплексов.

В клетках слизистой оболочки тонкого кишечника холеиновые комплексы распадаются  на составляющие их компоненты. Образующиеся при этом свободные желчные кислоты попадают в кровь, по воротной вене поступают в печень, где вновь включаются в состав желчи (см. рис.2)

 

 

Полость тонкого кишечника                               клетки кишечных ворсинок             кровь

                                                                     

жирная кислота                   холеиновый              холеиновый                желчная

                                       комплекс                   комплекс                   кислота

желчная кислота                                                                                                 жирная                                                                            

                                                                                                            кислота

 

                                                                                        синтез специфических

                                                                                                     липидов

Рис. 2. Механизм всасывания жирных кислот в тонком кишечнике

 

Всосавшиеся в клетки слизистой оболочки кишечника продукты пищеварения липидов используются для синтеза специфических для организма липидов, в первую очередь жиров, фосфолипидов.

 

Вопрос 3. 3.1. Опишите химические превращения цикла трикарбоновых кислот (цикла Кребса). 3.2.Какова связь этих превращений с синтезом переноса водорода на кислород и ресинтезом АТФ? 3.3.Укажите энергетическую эффективность превращений цикла трикарбоновых кислот и его роль в энергетическом обеспечении организма человека.

Цикл трикарбоновых  кислот (цикл Кребса) — центральная часть общего пути катаболизма, циклический биохимический аэробный процесс, в ходе которого происходит превращение двух- и трёхуглеродных соединений, образующихся как промежуточные продукты в живых организмах при распаде углеводов, жиров и белков, до CO₂. При этом освобождённый водород направляется в цепь тканевого дыхания, где в дальнейшем окисляется до воды, принимая непосредственное участие в синтезе универсального источника энергии  - АТФ.

Цикл Кребса — это ключевой этап дыхания всех клеток, использующих кислород, центр пересечения множества метаболических путей в организме. Кроме значительной энергетической роли циклу отводится также и существенная пластическая функция, то есть это важный источник молекул-предшественников, из которых в ходе других биохимических превращений синтезируются такие важные для жизнедеятельности клетки соединения как аминокислоты, углеводы, жирные кислоты и др.