Какие конечные продукты обмена веществ
Главная
Случайная страница
Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать неотразимый комплимент
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
Плазма крови: конечные продукты обмена (шлаки)
Конечные продукты обмена (шлаки), которые не могут быть использованы, подлежат удалению из организма. Важнейшие из них — это двуокись углерода , мочевина , мочевая кислота , креатинин , билирубин и аммиак . Все эти вещества, кроме углекислого газа, содержат азот и выводятся почками . При нарушении функции почек уровень азотсодержащих продуктов обмена в крови увеличивается.
Умеренно активный человек, потребляющий в день около 300 г углевод ов, 100 г жир а и 100 г пищевого белка, должен за сутки выделять около 16,5 г азот а. 95% азота удаляется через почки и остальные 5% — в составе фекалий. Главный путь экскреции азота у человека — в составе мочевины , которая синтезируется в печени, затем поступает в кровь и экскретируется почками. У людей с режимом питания, характерным для западных стран, на долю мочевины приходится 80-90% экскретируемого азота.
Почки регулируют состав и объем плазмы, а тем самым — и всей внеклеточной жидкости. Кроме того, поскольку вода и многие растворенные вещества переходят через клеточные мембраны, от функции почек зависят также состав и объем внутриклеточной жидкости. Эндогенная вода образуется до 400мл в полной дыхательной цепи.
Методы изучения обмена веществ. Исследования на целых организмах, органах, срезах тканей Гомогенаты тканей, растворимые фракции гомогенатов, субклеточные структуры Выделение метаоолитов и ферментов и определение последовательности превращения веществ. Изотопные методы.
МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ
Обмен веществ можно изучать на целом живом организме (эксперименты in vivo) или используя изолированные части организма — органы, клетки, субклеточные структуры (эксперименты in vitro, т. е. вне организма; буквально — «в стекле», в пробирке).
Исследования на целом организме
Классический пример исследований на целом организме, проведенных еще в начале прошлого века, составляют эксперименты Кноопа. Он изучал способ распада жирных кислот в организме. Для этого Кнооп скармливал собакам различные жирные кислоты с четным (I) и нечетным (II) числом атомов углерода, в которых один атом водорода в метильной группе был замещен на фенильный радикал С6Н5:
В первом случае с мочой собак всегда выводилась фенилуксусная кислота С6Н5—СН2—СООН, а во втором — бензойная кислота С6Н5—СООН. На основании этих результатов Кнооп сделал вывод, что распад жирных кислот в организме происходит путем последовательного отщепления двууглеродных фрагментов, начиная с карбоксильного конца.
Позднее этот вывод был подтвержден другими методами.
По существу, в этих исследованиях Кнооп применил метод мечения молекул: он использовал в качестве метки фенильный радикал, не подвергающийся изменениям в организме. Начиная примерно с 40-х годов XX в. получило распространение применение веществ, молекулы которых содержат радиоактивные или тяжелые изотопы элементов. Например, скармливая экспериментальным животным разные соединения, содержащие радиоактивный углерод (14С), установили, что все атомы углерода в молекуле холестерина происходят из углеродных атомов ацетата. С помощью изотопной метки изучают также время полужизни белков и других соединений, т. е. скорость обновления тканей.
В исследованиях на целых организмах изучают и потребности организма в пищевых веществах: если устранение из рациона какого-либо вещества приводит к нарушению роста и развития или физиологических функций организма, значит, это вещество является незаменимым пищевым фактором. Сходным образом определяются и необходимые количества пищевых веществ.
Исследования in vitro
В экспериментах in vitro объектами исследования являются изолированные части организма — отдельные органы, срезы тканей, субклеточные фракции, вплоть до очень простых биохимических систем, например таких, как система, содержащая индивидуальный фермент и его субстрат, или система из фермента, субстрата и аллостерического ингибитора. Разумеется, эти методы имеют ценность только как этап, необходимый для решения конечной цели — понимания функционирования целого организма.
Изолированные органы. Если в артерию изолированного органа вводить раствор какого-либо вещества и анализировать вещества в жидкости, вытекающей из вены, то можно установить, каким превращениям подвергается это вещество в органе. Например, таким путем было найдено, что в печени за счет азота аминокислот образуется мочевина. Сходные опыты можно проводить на органах без их выделения из организма (метод артериовенозной разницы): в этих случаях кровь для анализа отбирают с помощью канюль, вставленных в артерию и вену органа, или с помощью шприца. Таким путем, например, можно установить, что в крови, оттекающей от работающих мышц, увеличена концентрация молочной кислоты, а протекая через печень, кровь освобождается от молочной кислоты.
Срезы тканей. Срезы — это тонкие кусочки тканей, которые изготовляются с помощью микротома или просто бритвенного лезвия. Срезы инкубируют в растворе, содержащем питательные вещества (глюкозу или другие) и вещество, превращения которого в клетках данного типа хотят выяснить. После инкубации анализируют продукты метаболизма исследуемого вещества в инкубационной жидкости. Применение срезов ограничивается тем, что клеточные мембраны непроницаемы для многих веществ.
Гомогенаты тканей. Гомогенаты — это бесклеточные препараты. Их получают путем разрушения клеточных мембран растиранием ткани с песком или в специальных приборах — гомогенизаторах.
Фракционирование гомогенатов. Из гомогената можно выделить субклеточные частицы, как надмолекулярные (клеточные органеллы), так и отдельные соединения (ферменты и другие белки, нуклеиновые кислоты, метаболиты). Например, с помощью дифференциального центрифугирования можно получить фракции ядер, митохондрий, микросом (микросомы — это фрагменты эндоплазматического ретикулума). Эти органеллы различаются размерами и плотностью и поэтому осаждаются при разных скоростях центрифугирования. После осаждения микросом в надосадочной жидкости остаются растворимые компоненты клетки — растворимые белки, метаболиты. Каждую из этих фракций можно разными методами фракционировать дальше, выделяя составляющие их компоненты. Из выделенных компонентов можно реконструировать биохимические системы, например простую систему «фермент + субстрат», и такие сложные, как системы синтеза белков и нуклеиновых кислот.
Особенности изучения биохимии человека
В молекулярных процессах разных организмов, населяющих Землю, имеется далеко идущее сходство. Такие фундаментальные процессы, как матричные биосинтезы, механизмы трансформации энергии, основные пути метаболических превращений веществ, примерно одинаковы у организмов — от бактерий до высших животных. Поэтому многие результаты исследований, проведенных с кишечной палочкой, оказываются применимыми и к человеку. Чем больше филогенетическое родство видов, тем больше общего в их молекулярных процессах. Подавляющую часть знаний о биохимии человека получают таким путем: исходя из известных биохимических процессов у других животных, строят гипотезу о наиболее вероятном варианте данного процесса в организме человека, а затем проверяют гипотезу прямыми исследованиями клеток и тканей человека. Такой подход позволяет проводить исследования на небольшом количестве биологического материала, получаемого от человека. Чаще всего используют ткани, удаляемые при хирургических операциях, клетки крови (эритроциты и лейкоциты), а также клетки тканей человека, выращиваемые в культуре in vitro.
Изучение наследственных болезней человека, необходимое для разработки эффективных методов их лечения, одновременно дает много информации о биохимических процессах в организме человека. В частности, врожденный дефект фермента приводит к тому, что в организме накапливается его субстрат; при изучении таких нарушений обмена иногда открывают новые ферменты и реакции, количественно незначительные (поэтому они и не были замечены при изучении нормы), которые имеют, однако, витальное значение.
Date: 2016-05-24; view: 1918; Нарушение авторских прав
Обмен веществ и энергии, или метаболизм — это совокупность всех химических реакций, происходящих в организме.
Обмен веществ и энергией представляет собой основу жизнедеятельности и принадлежит к критериям живого.
Нет ни одного процесса в живом организме, который бы шел без участия метаболизма, так как в основе любого физиологического процесса лежат физические и химические преобразования.
В процессе метаболизма, поступившие в организм вещества, путём химических изменений превращаются в собственные вещества тканей или в конечные продукты которые выводятся из организма. При этих химических превращениях освобождается и поглощается энергия.
Все химические реакции, проходящие в организме, являются ферментативными.
В организме осуществляется нервно-гуморальная регуляция метаболизма.
В организме динамически уравновешены пластический и энергетический обмен, входящие в состав метаболизма:
пластический обмен = анаболизм = ассимиляция — биосинтеза органических веществ, компонентов клеток и тканей;
энергетический обмен = катаболизм = диссимиляция — расщепление сложных молекул и компонентов клеток.
Рис. Метаболизм
Преобладание анаболических процессов обеспечивает рост, накопление массы тела, преобладание же катаболических процессов ведет к частичному разрушению тканевых структур, уменьшению массы тела. При катаболизме происходит превращение химической энергии соединений, освобождаемой при их расщеплении, в тепловую, механическую и, частично, в электрическую энергию.
ФУНКЦИИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ
Получение энергии для функционирования организма;
Получение строительного материала для роста и восстановления организма: синтез белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и других клеточных компонентов из полученных с пищей веществ;
Запасание питательных веществ на «черный день»;
Выведение продуктов метаболизма.
скорость обмена веществ
Скорость переноса веществ и энергии из среды в организм точно уравновешивается скоростью переноса из организма в среду. Интенсивность обмена веществ оценивают по общему расходу энергии, и она может меняться в зависимости от многих условий и в первую очередь от физической работы. Однако и в состоянии полного покоя обмен веществ и энергии не прекращается, и для обеспечения непрерывного функционирования внутренних органов, поддержания тонуса мышц и прочее расходуется некоторое количество энергии.
У молодых мужчин основной обмен веществ составляет 1300 — 1600 килокалорий (кКал) в сутки.
У женщин величина основного обмена 1100 — 1400 кКал.
Факторы, влияющие на скорость метаболизма
физическая нагрузка: при интенсивной физической нагрузки расход энергии (катаболизм) по сравнению со средними энергозатратами может увеличиться в 10 раз, а в очень короткие периоды (например, плавание на короткие дистанции) даже в 100 раз;
возраст: начиная с 5 лет величина основного обмена веществ неуклонно снижается;
температура: с повышением температуры тела на 1 градус величина основного обмена веществ возрастает на 13%; возрастание интенсивности обмена веществ наблюдается так же при снижении температуры окружающей среды ниже зоны комфорта. Это адаптационный процесс, связанный с необходимостью поддерживать постоянную температуру тела.
незаменимые вещества
Не все вещества, необходимые для построения собственных сложных веществ, организм человека может синтезировать сам. Существуют так называемые незаменимые вещества.
Незаменимые аминокислоты. Из 20 аминокислот, входящих в состав белков, человек может образовывать только 12, остальные 8 должны поступать с пищей. Для людей незаменимыми аминокислотами являются лейцин, изолейцин, валин, метионин, лизин, треонин, фенилаланин, триптофан.
Полиненасыщенные жирные кислоты. Клетки человека не способны образовывать более одной двойной связи в жирных кислотах, поэтому они должны поступать с пищей.
Витамины. Эти вещества нужны в очень небольших количествах (мкг или мг). Большинство из них участвуют в образовании ферментов; при их недостатке развиваются специфические заболевания — гиповитаминозы.
Выделение — часть обмена веществ, осуществляемая путем выведения из организма конечных и промежуточных продуктов метаболизма, чужеродных и излишних веществ для обеспечения оптимального состава внутренней среды и нормальной жизнедеятельности.
органы выделительной системы
| орган | выделяемое вещество |
| почки | избыток воды неорганические и органические вещества конечные продукты обмена токсины |
| легкие | углекислый газ пары воды некоторые летучие вещества (например, пары эфира и хлороформа при наркозе, пары алкоголя при опьянении) |
| слюнные железы | тяжелые металлы лекарственные вещества (например, морфий и хинин) чужеродные органические соединения |
| печень | продукты азотистого обмена (мочевина) гормоны (например, тироксин) продукты распада гемоглобина токсины лекарственные препараты |
| поджелудочная железа | тяжелые металлы лекарственные вещества |
| кишечные железы | тяжелые металлы лекарственные вещества |
| кожа | вода соли молочная кислота мочевина мочевая кислота токсины |
Продукты выделения
В процессе жизнедеятельности в организме образуются конечные продукты метаболзма. Большинство из них нетоксичны для организма (например, углекслый газ и вода).
Однако при окислении белков и других азотсодержащих продуктов образуется аммиак — один из конечных продуктов азотистого обмена. Он токсичен для организма, поэтому быстро выводится из организма. Растворяясь в воде, аммиак превращается в низкотоксичное соединение — мочевину.
Мочевина образуется, главным образом, в печени. Количество мочевины, выводимой с мочой в сутки, составляет примерно 50 — 60 г. Таким образом, продукты азотистого обмена практически выводятся с мочой в виде мочевины.
Часть азота выводится из организма в виде мочевой кислоты, креатина и креатинина. Эти вещества — главные азотосодержащие компоненты мочи.
мочевыделительная система
Мочевыделительная система человека — система органов, формирующих, накапливающих и выделяющих мочу.
Строение мочевыделительной системы:
две почки
два мочеточника
мочевой пузырь
мочеиспускательный канал
Рис. Органы мочевыделительной системы
функции почек
Роль почек в организме не ограничивается только выделением конечных продуктов азотистого обмена и избытка воды. Почки активно участвуют в поддержании гомеостаза организма.
осморегуляция — поддержание осмотического давления в крови и других жидкостях организма;
ионная регуляция — регуляция ионного состава внутренней среды организма;
поддержание кислотно-щелочного баланса плазмы крови (рН = 7,4);
регуляция артериального давления;
эндокринная функция: синтез и выделение в кровь биологически активных веществ:
— ренина, регулирующего артериальное давление;
— эритропоэтина, регулирующего скорость образования эритроцитов;участие в обмене веществ;
экскреторная функция: выделение из организма конечных продуктов азотистого обмена, чужеродных веществ, избытка органических веществ (глюкоза, аминокислоты и др.).
Строение почек
Почки — паренхиматозные органы бобовидной формы, расположенные на спинной стороне по бокам поясничного отдела позвоночника.
Рис. Расположение почек
Размер каждой почки примерно 4 х 6 х 12 см и вес примерно 150 г.
Почка окружена тремя оболочками (капсулами):
фиброзной капсулой — внутренней тонкой и плотной оболочкой;
во внутренней части этой капсулы присутствуют гладкомышечные клетки, за счет незначительного сокращения которых в почке поддерживается необходимое для процессов фильтрации давление.жировой капсулой — средней оболочкой;
жировая клетчатка более развита с задней стороны почки. Функция: упругая фиксация почки в поясничной области; терморегуляция; механическая защита (амортизация). При похудании и уменьшении объема жировой клетчатки может возникнуть подвижность или опущение почек.почечной фасцией — наружной оболочкой, охватывающей почку с жировой капсулой и надпочечниками. Фасция удерживает почку в определенном положении.От фасции к фиброзной капсуле через жировую клетчатку проходят соединительнотканные волокна.
Паренхима почки включает:
корковый слой (наружный слой) толщиной 5 — 7 мм;
мозговой слой (внутренний слой);
почечную лоханку.
Рис. Анатомия почки
Корковое вещество расположено на периферии почки и в виде столбов (колонки Бертини) глубоко проникает в мозговое вещество. Мозговое вещество почечными столбами делится на 15 — 20 почечных пирамид, обращенных вершинами внутрь почки, а основаниями — наружу. Пирамида мозгового вещества вместе с прилегающим к ней корковым веществом образуют долю почки.
Рис. Строение почки и нефрона
Почечная лоханка — центральная полая часть почки, в которую сливается вторичная моча из всех нефронов. Стенка лоханки состоит из слизистой, гладкомышечной и соединительнотканной оболочек.
Из почечной лоханки берет начало мочеточник, несущий образующуюся мочу к мочевому пузырю.
Мочеточники
Мочеточники — полые трубки, соединяющие почки с мочевым пузырем.
Их стенка состоит из эпителиального, гладкомышечного и соединительнотканного слоя.
Благодаря сокращению гладких мышц происходит отток мочи от почек в мочевой пузырь.
мочевой пузырь
Мочевой пузырь — полый орган, способный к сильному растяжению.
Рис. Мочевой пузырь
Функция мочевого пузыря:
накопление мочи;
контроль количества мочи в пузыре;
выведение мочи.
Как все полые органы мочевой пузырь имеет трехслойную стенку:
внутренний слой из переходного эпителия;
средний толстый гладкомышечный слой;
наружный соедниительнотканный слой.
мочеиспускательный канал
Мочеиспускательный канал — трубка, соедняющая мочевой пузырь с внешней средой.
Стенка канала состоит из 3-х оболочек: эпителиальной, мышечной и соеднительнотканной.
Выходное отверстие мочеиспускательного канала назвается уретрой.
Два сфинктера перекрывают просвет канала в районе соединения с мочевым пузырем и в уретре.
У женщин мочеиспускательный канал короткий (около 4 см), и инфекции проще проникнуть в женскую мочеполовую систему.
У мужчин мочеиспускательный канал служит для выделения не только мочи, но и спермы.
строение нефрона
Структурно-функциональной единицей почек является нефрон.
В каждой почке человека находятся около 1 млн. нефронов.
В нефроне происходят основные процессы, определяющие разнообразные функции почек.
Структурные части нефрона:
почечное (мальпигиево) тельце:
— капиллярный (почечный) клубочек (+ приносящая и выносящая артерии)
— капсула Боумена-Шумлянского (= капсула нефрона): образована двумя слоями эпителиальных клеток; просвет капсулы переходит в извитой каналец;
извитой каналец первого порядка (проксимальный): его стенки имеют щеточную каемку —большое количество микроворсинок, обращенных в просвет канальца.
петля Генле: опускается в мозговое вещество, а потом поворачивает на 180 градусов и возвращается в корковый слой;
извитой каналец второго порядка (дистальный): стенки петли Генле и дистального извитого канальца без ворсинок, но имеют сильную складчатость;
собирательная трубка.
В разных отделах нефрона протекают разные процессы, определяющие функции почек. С этим связано и расположение частей нефрона:
клубочек, капсула и извитые канальцы расположены в корковом слое;
петля Генле и собирательные трубки распложены в мозговом слое.
Рис. Сосуды нефрона
Начинаясь в корковом веществе почки, собирательные трубки проходят через мозговое вещество и открываются в полость почечной лоханки.
Кровеносная система почек
Кровь к почкам подходит по почечным артериям (ветви брюшной аорты). Артерии сильно ветвятся и образуют сосудистую сеть. В каждую почечную капсулу заходит приносящая артериола, там она образует капиллярную сеть — почечный клубочек — и выходит из капсулы в виде более тонкой выносящей артериолы. Таким образом создается высокое кровяное давление в капиллярах клубочка для фильтрации жидкой части крови и образования первичной мочи. Давление в капиллярах клубочка достаточно стабильно, его значение остается постоянным даже при повышении общего уровня давления. Следовательно, скорость фильтрации при этом также практически не изменяется.
После отхождения от клубочка выносящая артериола вновь распадается на капилляры, образуя густую сеть вокруг извитых канальцев. Таким образом, большая часть крови в почке дважды проходит через капилляры — вначале в клубочке, затем у канальцев.
Выносится кровь из почек по почечным венам, впадающим в нижнюю полую вену.
ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В ПОЧКАХ
ультрафильтрация жидкости в почечных клубочках;
реабсорбция (обратное всасывание);
экскреция мочи.
ультрафильтрация жидкости в почечных клубочках
В клубочках происходит начальный этап мочеобразования — ультрафильтрация из плазмы крови в капсулу почечного клубочка всех низкомолекулярных компонентов плазмы крови.
Кроме того, в процессе канальцевой секреции клетки эпителия нефрона захватывают некоторые вещества из крови и межклеточной жидкости и переносят их в просвет канальца.
Такм образом в сутки образуется примерно 170 л первичной мочи.
Состав первичной мочи подобен составу плазмы крови, лишенному белка:
вода
минеральные соли
низкомолекулярные соединения (в т. ч. токсины, аминокислоты, глюкоза, витамины)
НЕТ БЕЛКОВ (следовые количества)
НЕТ ФОРМЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КРОВИ
реабсорбция (обратное всасывание)
Второй этап связан с реабсорбцией в кровеносные капилляры всех ценных для организма веществ: воды, ионов ($Na^+$, $ Cl^-$, $HCO_3^-$), аминокислот, глюкозы, витаминов, белков, микроэлементов. Реабсорбция натрия и хлора представляет собой наиболее значительный по объему и энергозатратам процесс.
Обратное всасывание происходит во время прохождения первичной мочи через систему извитых канальцев. Для этой цели выносящая артериола вторично распадается на сеть капилляров, опутывающих канальца: через их тонкие стенки и просходит обратное всасывание нужных организму веществ.
Небольшое количество профильтровавшегося в клубочках белка реабсорбируется клетками проксимальных канальцев. Выделение белков с мочой в норме составляет не более 20 — 75 мг в сутки, а при заболеваниях почек оно может возрастать до 50 г в сутки. Увеличение выделения белков с мочой (протеинурия) может быть обусловлено нарушением их реабсорбции либо увеличением фильтрации.
В результате фильтрации, реабсорбции и секреции от 180 л первичной мочи остается только 1,5 л концентрированного раствора «ненужных» веществ — вторичная моча.
Состав вторичной мочи:
вода
соли
токсины
продукты метаболизма (в т.ч. остатки лекарственных препаратов)
экскреция веществ
Вторичная моча через собирательные трубки поступает в почечные лоханки.
В среднем человек производит приблизительно 1,5 литра мочи в сутки.
Из почек моча по мочеточникам поступает в мочевой пузырь.
Вместимость мочевого пузыря в среднем 600 мл.
Обычно содержимое мочевого пузыря стерильно.
Стенка мочевого пузыря имеет мышечный слой, который, сокращаясь, обуславливает мочеиспускание.
Мочеиспускание — произвольный (контролируемый сознанием) рефлекторный акт, запускаемый рецепторами натяжения в стенке мочевого пузыря, посылающими в головной мозг сигнал о наполнении мочевого пузыря.
Поток мочи при её выделении из мочевого пузыря регулируется круговыми мышцами-сфинктерами. При начале опорожнения мочевого пузыря его сфинктер расслабляется, а мышцы стенки сокращаются, создавая поток мочи.
В процессе метаболизма белков и нуклеиновых кислот образуются различные продукты азотистого обмена: мочевина, мочевая кислота, креатинин и др.
При нарушении выведения мочевой кислоты развивается подагра.
Эндокринная функция почек
В почках образуется:
аммиак: выделяется в мочу;
ренин, простагландины, глюкоза, синтезируемая в почке: поступают в кровь.
Аммиак поступает преимущественно в мочу. Некоторое его количество проникает в кровь, и в почечной вене аммиака оказывается больше, чем в почечной артерии.
регуляция работы почек
Вазопрессин (= антидиуретический гормон (АДГ) — гормон гипоталамуса, который накапливается в нейрогипофизе):
увеличивает реабсорбцию воды почкой, таким образом повышая концентрацию мочи и уменьшая её объёмАльдостерон (гормон коркового вещества надпочечников):
усиление реабсорбции $Na^+$$
усиление секреции $K^+$
Натрийуретический гормон (гормон предсердия):
усиление секреции $Na^+$Инсулин:
уменьшение выделение калия.