Контрольная работа по "Биохимии"

3. Роль минеральных веществ  в организме

Вместе с водой в  организм поступают и минеральные  вещества (соли). Около 4% сухой массы  пищи должны составлять минеральные  соединения.

Минеральные вещества (катионы  и анионы), растворенные в тканевой жидкости, плазме крови, лимфе, создают  осмотическое давление, являющееся важным фактором распределения в тканях организма воды и растворенных веществ. Значительную роль в создании осмотического  давления играет хлорид натрия, составляющий большую часть минеральных веществ крови. NaCl плазмы крови определяет почти 90% осмотического давления жидкой фракции крови. Весьма существенна роль NaCl в обмене воды в организме. Значительное количество NaCl выводится из организма с мочой и особенно с потом. Ионный состав минеральных веществ оказывает существенное влияние на физико-химическое состояние белков, изменяя степень их гидратации, растворимости.

В тканях и органах человеческого  организма минеральные вещества содержатся в форме солей, составляющих примерно 0,9% общей массы тела. В  цитоплазме клеток содержится 140 ммоль/л ионов К+, 120 - 125 ммоль/л ионов Mg2+, 10 ммоль/л ионов Na+, 4 ммоль/л ионов СI-. Во внеклеточной жидкости ионы К+ составляют всего 5 ммоль/л, тогда как ионы Na+ - 140 ммоль/л, т. е. в 14 раз больше, чем внутри клетки. Количество ионов СI- - составляет 103 ммоль/л, ионов Са2+ и Mg2+ соответственно 10 и 6 ммоль/л.

Минеральные вещества входят в состав сложных органических соединений, например гемоглобина, гормонов, ферментов, являются пластическим материалом для образования костной и зубной ткани. В виде ионов минеральные вещества участвуют в передаче нервных импульсов, обеспечивают свертывание крови и другие физиологические процессы организма1.

Потребности животного в  минеральных веществах меняются в различные периоды жизни  организма. Так, например, растущий организм нуждается в более усиленной  доставке с пищей солей Са и Р в соотношении 1:2 соответственно. Большинство минеральных веществ поступает в организм вместе с пищевыми продуктами. Исключение составляет NaCl - поваренная соль, которая специально добавляется к пищевым продуктам1.

В зависимости от количества минеральных веществ в организме  и пищевых продуктах их подразделяют на макро- и микроэлементы. К макроэлементам относятся кальций, калий, магний, натрий, фосфор, хлор, сера. Они содержатся в  количествах, измеряемых сотнями и  десятками миллиграммов на 100 г тканей или пищевого продукта. Микроэлементы - это железо, кобальт, цинк, фтор, йод  и др. Они входят с состав тканей организма в концентрациях, выражаемых десятыми, сотыми и тысячным долями миллиграмма.

В регуляции водного обмена в организме принимают участие  нервно-рефлекторные и гуморальные  механизмы. "Мнимое" питье (поглощение воды, когда пищевод перерезан  и оба его конца выведены на поверхность шеи) приводит через  некоторое время к прекращению  питьевого поведения животного, т. е. к утолению чувства жажды. Внутривенное введение воды в эксперименте сильнее  подавляло питьевые реакции животного, чем введение физиологического раствора. Вероятно, это связано с действием  специализированных осморецепторов, тонко реагирующих на изменение осмотического давления плазмы крови.

В регуляции функции мочеобразования  принимает участие антидиуретический  гормон гипофиза - вазопрессин, усиливающий  процессы обратного всасывания воды в почечных канальцах и тем  самым уменьшающий диурез. В регуляции  водно-солевого обмена в организме  значительное место принадлежит  минералокортикоидам - гормонам коры надпочечников, которые увеличивают количество тканевой внеклеточной жидкости и стимулируют процесс выведения калия из организма.

Высшим подкорковым центром  регуляции обмена веществ является гипоталамус.

Жизнедеятельность животных организмов невозможна без постоянно  протекающего процесса обмена веществ. В организм из внешней среды поступают  органические и неорганические вещества, претерпевающие в различных органах  и тканях ряд химических превращений.

В результате обмена веществ  непрерывно образуются, обновляются  и разрушаются клеточные структуры, синтезируются и разрушаются  различные химические соединения. При  этом происходит превращение энергии, переход потенциальной энергии  химических соединении, освобождаемой при их расщеплении, в кинетическую энергию, в основном тепловую и механическую, частично в электрическую.

Для возмещения энергозатрат организма; сохранения массы тела и удовлетворения потребностей роста необходимо поступление из внешней среды белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных солей и воды. Их количество, свойства и соотношение должны соответствовать состоянию организма и условиям его существования. Это достигается путем питания. Необходимо далее, чтобы организм очищался от конечных продуктов распада, Которые образуются при расщеплении различных веществ. Это достигается работой органов выделения.

 

Конечные продукты клеточного обмена веществ, выделяющиеся во внешнюю  среду, подвергаются воздействию микроорганизмов, в результате которого они превращаются в форму, пригодную для питания  растительных организмов. Зеленые растения, используя энергию солнечных  лучей, СО₂ атмосферы, синтезируют органические вещества, служащие пищей для животных организмов. Так завершается один и начинается следующий цикл обмена органических веществ в живой природе. Обмен веществ (органических и неорганических) обеспечивает единство, существующее между живыми организмами и окружающей их средой.

8 .Ферменты пищеварительного тракта. Переваривание жиров. Роль желчных кислот.

 

Ферменты, улучшающие пищеварение, участвующие в переваривании  белков (пепсин, трипсин), углеводов (амилаза), жиров (липаза), и их препараты широко применяют в качестве средств  заместительной терапии при недостаточной  секреции желудочных и кишечных желез, поджелудочной железы. C этой целью  используются пепсин, натуральный желудочный сок, панкреатин , а также ряд комбинированных форм ( Панзинорм форте , Мезим форте , Фестал , Дигестал).

Ферменты желудка. К препаратам ферментов желудка относятся  сок желудочный натуральный (pH 0,8-1,2), пепсин, ацидин-пепсин, пепсидил и абомин. Пепсин применяется в 1-3% растворе соляной кислоты. Ацидин-пепсин содержит пепсин и ацидин, из которого в воде образуется HCl. Пепсидил содержит потеолитические ферменты желудочного сока в соляной кислоте.

С пищей в организм ежедневно поступает от 80 до 150 г липидов. Основную массу составляют жиры, наряду с глюкозой служащие главными источниками энергии. Хотя калорийность жиров значительно выше, чем углеводов (9 по сравнению с 4,7 ккал/моль), при рациональном питании жиры обеспечивают не более 30% от общего количества калорий, поступающих с пищей. Жидкие жиры (масла) содержат в своём составе полиеновые жирные кислоты, которые не синтезируются в организме; поэтому жидкие жиры должны составлять не менее одной трети жиров пищи. С липидами в организм поступают

 

  Рис. 8-9. Холестерол и его эфиры.

 

 

Рис. 8-10. Жёлчные кислоты.

и жирорастворимые витамины A, D, Е, К. Переваривание липидов пищи происходит в кишечнике. Основные продукты гидролиза (жирные кислоты и 2-моноацилглицеролы) после всасывания подвергаются ресинтезу и последующей упаковке в хиломикроны (ХМ) в клетках слизистой оболочки кишечника.

 

А. Эмульгирование жиров

Жиры составляют до 90% липидов, поступающих с пищей. Переваривание  жиров происходит в тонком кишечнике, однако уже в желудке небольшая часть жиров гидролизуется под действием "липазы языка". Этот фермент синтезируется железами на дорсальной поверхности языка и относительно устойчив при кислых значениях рН желудочного сока. Поэтому он действует в течение 1-2 ч на жиры пищи в желудке. Однако вклад этой липазы в переваривание жиров у взрослых людей незначителен. Основной процесс переваривания происходит в тонкой кишке.

Так как жиры - нерастворимые  в воде соединения, то они могут  подвергаться действию ферментов, растворённых в воде только на границе раздела  фаз вода/жир. Поэтому действию панкреатической  липазы, гидролизующей жиры, предшествует эмульгирование жиров. Эмульгирование (смешивание жира с водой) происходит в тонком кишечнике под действием солей жёлчных кислот (рис. 8-11). Жёлчные кислоты синтезируются в печени из холестерола и сек-ретируются в жёлчный пузырь. Содержимое жёлчного пузыря - жёлчь. Это вязкая жёлто-зелёная жидкость, содержащая главным образом жёлчные кислоты; в небольшом количестве имеются фосфолипиды и холестерол. Жёлчные кислоты представляют собой в основном конъюгированные жёлчные кислоты: таурохолевую, гликохолевую и другие (см. выше рис. 8-10). После приёма жирной пищи жёлчный пузырь сокращается и жёлчь изливается в просвет двенадцатиперстной кишки. Жёлчные кислоты действуют как детергенты, располагаясь на поверхности капель жира и снижая поверхностное натяжение. В результате крупные капли жира распадаются на множество мелких, т.е. происходит эмульгирование жира. Эмульгирование приводит к увеличению площади поверхности раздела фаз жир/вода, что ускоряет гидролиз жира панкреатической липазой. Эмульгированию способствует и перистальтика кишечника.

 

Б. Гормоны, активирующиепереваривание жиров

При поступлении пищи в  желудок, а затем в кишечник клетки слизистой оболочки тонкого кишечника  начинают секретировать в кровь  пептидный гормон холецистокинин (панкреозимин). Этот гормон действует на жёлчный пузырь, стимулируя его сокращение, и на экзокринные клетки поджелудочной железы, стимулируя секрецию пищеварительных ферментов, в том числе панкреатической липазы. Другие клетки слизистой оболочки тонкого кишечника в ответ на поступление из желудка кислого содержимого выделяют гормон секретин. Секретин - гормон пептидной природы, стимулирующий секрецию бикарбоната (НСО3-) в сок поджелудочной железы.

 

В. Переваривание  жиров панкреатической липазой

Переваривание жиров - гидролиз жиров панкреатической липазой. Оптимальное значение рН для панкреатической липазы ≈8 достигается путём нейтрализации кислого содержимого, поступающего из желудка, бикарбонатом, выделяющимся в составе сока поджелудочной железы:

Н+ + НСО3- → Н2СО3 → Н2О + СО2 ↑.

Выделяющийся углекислый газ способствует дополнительному  перемешиванию содержимого тонкой кишки.

Панкреатическая липаза выделяется в полость тонкой кишки из поджелудочной  железы вместе с белком колипазой. Колипаза попадает в полость кишечника в неактивном виде и частичным протеолизом под действием трипсина превращается в активную форму. Колипаза своим гидрофобным доменом связывается с поверхностью мицеллы эмульгированного жира. Другая часть молекулы способствует формированию такой конформации панкреатической липазы, при которой активный центр фермента максимально приближен к своим субстратам - молекулам жиров (рис. 8-12), поэтому скорость реакции гидролиза жира резко возрастает.

 

Рис. 8-11. Этапы поступления экзогенных жиров  в организм.

 

 

Рис. 8-12.

 

 

 

Расположение панкреатической  липазы и колипазы на границе раздела фаз вода/жир. Панкреатическая липаза гидролизует жиры преимущественно в положениях 1 и 3 (рис. 8-13), поэтому основными продуктами гидролиза являются свободные жирные кислоты и 2-моноацилглицеролы (β-моноацилглицеролы).

Молекулы 2-моноацилглицеролов также обладают детергентными свойствами и способствуют эмульгированию жира.

 

Г. Переваривание  других липидов

Кроме жиров, с пищей поступают  фосфолипиды, эфиры холестерола, однако количество этих липйдов в составе пищи значительно меньше, чем жиров (≈10%).

Переваривание глицерофосфолипидов

В переваривании глицерофосфолипидов участвуют несколько ферментов, синтезирующихся в поджелудочной железе. Фосфолипаза А2 гидролизует сложноэфирную связь у второго атома углерода глицерола, превращая глицерофосфолипиды в соответствующие лизофосфолипиды. На рисунке 8-14 представлен пример гидролиза фосфатидилхолинов при переваривании.

 

Рис. 8-13. Гидролиз триацилглицеролов панкреатической липазой.

Рис. 8-14. Переваривание фосфатидилхолинов.

 

Фосфолипаза A2 секретируется в кишечник в виде профермента и активируется уже в полости кишечника путём частичного протеолиза. Для проявления активности фосфолипазы A2 необходимы ионы кальция. Жирная кислота в положении 1 отщепляется под действием лизофосфолипазы, а глицерофосфохолин гидролизуется далее до глицерола, холина и фосфорной кислоты, которые всасываются. Лизофосфолипиды - эффективные эмульгаторы жира, ускоряющие его переваривание.

 

Переваривание эфиров холестерола

В составе пищи холестерол находится в основном в виде эфиров. Гидролиз эфиров холестерола происходит под действием холестеролэстеразы - фермента, который также синтезируется в поджелудочной железе и секретируется в кишечник (рис. 8-15). Продукты гидролиза (холестерол и жирные кислоты) всасываются в составе смешанных мицелл.

Желчные кислоты играют важную роль в переваривании и всасывании липидов. В тонкой кишке конъюгированные  желчные кислоты, являясь поверхностно-активными  веществами, адсорбируются в присутствии  свободных жирных кислот и моноглицеридов на поверхности капелек жира, образуя при этом тончайшую пленку, препятствующую слиянию мельчайших капелек жира в более крупные. При этом происходит резкое снижение поверхностного натяжения на границе двух фаз - воды и жира, что приводит к образованию эмульсии с размерами частиц 300-1000 ммк и мице-лярного раствора с размерами частиц 3-30 ммк. Образование мицеллярных растворов облегчает действие панкреатической липазы, которая при воздействии на жиры расщепляет их на глицерин, легко всасывающийся кишечной стенкой, и жирные кислоты, нерастворимые в воде. Желчные кислоты, соединяясь с последними, образуют холеиновые кислоты, хорошо растворимые в воде и поэтому легко всасывающиеся кишечными ворсинками в верхних отделах тонкой кишки. Холеиновые кислоты в виде мицелл всасываются из просвета подвздошной кишки внутрь клеток, сравнительно легко проходя мембраны клеток. Электронно-микроскопические исследования показали, что в клетке связь желчных и жирных кислот распадается: желчные кислоты попадают через портальную вену в кровь и печень, а жирные кислоты, накапливаясь внутри цитоплазмы клеток в виде гроздьев мельчайших капель, являются конечными продуктами всасывания липидов.

Вторая существенная роль желчных кислот - регуляция синтеза  холестерина и его деградации. Скорость синтеза холестерина в  тонкой кишке зависит от концентрации желчных кислот в просвете кишки. Основная часть холестерина в  организме человека образуется путем  синтеза, а незначительная часть  поступает с пищей. Таким образом, влияние желчных кислот на обмен  холестерина заключается в поддержании  его баланса в организме. Желчные  кислоты сводят к минимуму нарастание или недостаток холестерина в  организме.