Физиология 2 мод

1. Биологическое значение обмена веществ и энергии. Единство обмена веществ и энергии. Процессы анаболизма и катаболизма.

Обмен веществ и энергии (метаболизм) — это совокупность всех химических реакций, происходящих в живом организме, которые обеспечивают его рост, развитие, поддержание жизнедеятельности и адаптацию к изменениям окружающей среды.

Биологическое значение обмена веществ и энергии:

- Обеспечение организма необходимыми химическими веществами (строительными материалами) для формирования клеток и тканей.

- Получение и преобразование энергии, которая необходима для всех жизненных процессов: движения, синтеза молекул, передачи нервных импульсов, поддержания температуры тела и др.

- Удаление продуктов распада и токсинов.

- Поддержание гомеостаза — стабильного внутреннего состояния организма.

Единство обмена веществ и энергии:

- В живом организме обмен веществ и энергии тесно взаимосвязаны. Метаболические реакции не только изменяют химический состав веществ, но и сопровождаются преобразованием энергии.

- Энергия, освобождающаяся при распаде веществ (катаболизм), используется для синтеза новых веществ и выполнения биологических функций (анаболизм).

- Таким образом, обмен веществ — это не только преобразование молекул, но и непрерывный энергетический обмен, обеспечивающий жизнедеятельность.

Процессы анаболизма и катаболизма:

- Катаболизм — это процесс расщепления сложных органических веществ на более простые с выделением энергии. Примеры: расщепление глюкозы в клетках (гликолиз, цикл Кребса), гидролиз белков и жиров.

- В катаболизме энергия, содержащаяся в химических связях молекул, высвобождается и запасается в виде молекул АТФ (аденозинтрифосфат).

- Анаболизм — это процесс синтеза сложных молекул из более простых, требующий затрат энергии. Примеры: синтез белков из аминокислот, синтез нуклеиновых кислот, образование гликогена из глюкозы.

- Анаболизм использует энергию, накопленную в АТФ, для построения клеточных структур, ферментов, гормонов и т.д.

- Таким образом, катаболизм и анаболизм — это два взаимодополняющих процесса, поддерживающих жизнедеятельность организма: катаболизм обеспечивает энергией анаболизм, а анаболизм обеспечивает рост и восстановление тканей.

2. Методы изучения обмена веществ.

Изучение обмена веществ и энергии — одна из ключевых задач биохимии, физиологии и молекулярной биологии. Для этого применяются различные методы:

Изотопные методы

Использование радиоактивных или стабильных изотопов (например, ^14C, ^15N, ^3H) для отслеживания пути веществ в организме.

Позволяют определить скорость и направления метаболических реакций, выявить пути синтеза и распада веществ.

Ферментативный анализ

Изучение активности ферментов, катализирующих обмен веществ. Измерение кинетики ферментативных реакций помогает понять, как регулируются метаболические пути.

Хроматография

Методы разделения и анализа компонентов смеси (газовая, жидкостная, тонкослойная хроматография) позволяют выявлять и количественно определять метаболиты и промежуточные продукты обмена веществ.

Масс-спектрометрия

Позволяет точно определить массу и структуру молекул, анализировать метаболиты и их изменения.

ЯМР-спектроскопия (ядерный магнитный резонанс)

Используется для изучения структуры и динамики молекул, а также для исследования метаболических процессов в живых клетках и тканях.

Калориметрия

Измерение количества тепла, выделяющегося или поглощающегося в ходе обмена веществ, что позволяет оценить энергетический баланс организма.

- Микроскопические и молекулярно-биологические методы

Использование флуоресцентных меток, микроскопия, генетические методы для изучения локализации и регуляции метаболических процессов на клеточном и молекулярном уровнях.

- Физиологические методы

Измерение газообмена (поглощение кислорода и выделение углекислого газа), анализ дыхательного коэффициента и другие методы позволяют оценить уровень энергетического обмена у организма.