Дәріс. Зат және энергия алмасуы.

Метаболизм гректің "metabole" сөзінен алынған, "өзгеру", "алмасу" деген ұғымды білдіреді. Қоршаған орта мен тірі организмдер арасында үнемі заттар мен энергия алмасу процесі жүреді. Зат алмасу кезінде тірі организмдер өздеріне қажетті қоректік заттарды сіңіріп, тіршілік әрекетінен пайда болған ыдырау өнімдерін сыртқа шығарады. Өлі табиғатта да зат алмасу болады. Өлі табиғаттағы зат алмасу кезінде заттар бір орыннан екінші орынға тасымалданады немесе бір күйден екінші күйге ауысады. Мысалы, топырақтың шайылып тасымалдануы, судың буға не мұзға айналуы, т.б. Тірі организмдерде жүретін зат алмасудың сапалық жағынан өлі табиғатта болатын зат алмасудан үлкен айырмашылығы болады. Тірі организмдер қоршаған ортадан түрлі заттарды қабылдап, өзінің тіршілігіне кажетті заттарға айналдырады және сол арқылы тіршілігін сақтайды. Бұл процесс анаболизм (пластикалық алмасу немесе ассимиляция) деп аталады. Ол грекше "anabole" — "өрлеу" деген ұғымды білдіреді. Зат алмасудың екінші кезеңі — катаболизм (энергетикалық алмасу немесе диссимиляция) деп аталады. Ол грекше "Katabole" — ыдырау (бұзылу) деген ұғымды білдіреді. Катаболизм процесінде организмдер денесіндегі күрделі органикалық қосылыстар карапайым заттарға ыдырайды да, сол организмнің тіршілігіне қажетті энергия бөлінеді. Заттар мен энергия алмасу аркылы тірі организмдердің ішкі ортасының құрамына кіретін заттар мөлшерінің өзара тұрақтылығы камтамасыз етіледі.

Зат алмасу.Өмірдің басты көрссткіші зат алмасу болып есептелінеді. Зат алмасу ішкі физиологиялық және айналаны қоршаған сыртқы орта факторымен байланысты жүреді. Зат алмасу екі үрдіске байланысты.

Біріншісі — ассимиляция (анаболизм), ал екіншісі — диссимиляция (катаболизм). Ассимиляция (анаболизм) – жұмсалған ткандардың құрылымын қалпына келтіріп және әр түрлі тағамдармен бірге келген химиялық заттардан тірі заттарды синтездеп шығару үрдісі. Диссимиляция (катаболизм) – ассимиляцяның қарама-қарсы келетін үрдіс. Ол тірі құрылымдардың ыдырауын қамтамасыз етіп түрады. Әсіресе органикалық заттардың өзінің құралған құрамына дененің ажырап энергия бөліп шығаруы. Адам өзінің барлық өмірідде асқорыту органдары арқылы 2,5 тонна белоктарды, майларды, 10 т. Көмірсулар және 25 т суды сіңіреді. Олар қанға келіп қосылып отырады. Ас адамның арқауы – дейді қазақ Адамдарға күш-қуат береді. Тағамдардың құрамыңда орасан көп күн сәулесі жиналады. Ұлы ғалым К.А.Тимирязевтің сөзімен айтқаңда консервленеді. Ол туралы ұлы К.А.Тимирязев кезінде жазған болатын. Тағамдардағы байланысқан химиялық энергия зат алмасудың негізгі құрамды бөлігі. Сонымен бірге тағамдарда бірнеше қосылыстар болады. Олар: белоктар, майлар, көмір сулар, витаминдер, су және минерагщы қосылыстар. Осылардың барлығы жасушаның құрылысын құрауға қажетті заттар. Тіршілік тірегі белоктар, майлар, көмірсулар ыдырағанда ондағы жиналган химиялық энергия бөлініп шығады. Ол энергия ағзаларға өте қажет. Олардың өсіп-жетуіне, түрлі үрдістердің өтуіне жұмсалынады. Биологиялық бағалы тағамдар дегеніміз осылар.

Тірі организмдегі қуат алмасуы.Денедегі зат алмасу процесі қуат алмасуымен тығыз байланысты. Зат алмасу барысында қоректік заттардағы потенциалдық энергия босанып, ол механикалық, жылу, электр, сәуле энергияларына айналады да, ең соңыңда организмнен жылу түрінде бөлінеді. Демек, организмге энергия қоректік заттар құрамында келеді де, ол тіршілік әрекеттерін атқаруға, түрлі өнімдер өндіруге жұмсалады.

Өлі табиғаттағы энергия алмасуынан жасушаларда жүретін процестер үш түрлі принциппен ерекшеленеді:

1) қоректік заттардың химиялық энергиясы жылу энергиясына айналмайақ бірден әртүрлі жұмыстар атқаруға пайдаланыла береді және энергияның басқа түріне ауыса алады. Демек, тірі организм хемодинамикалық принциппен жұмыс істеп, энергия көзін тиімді
пайдаланады.

2) тірі организмде энергия мысқалданып бөлінеді. Бұл организмді Энергиялық думпуден сақтап, қуатты толық пайдалануға мүмкіндік береді.

3) көмірсулар, белоктар, майлар ыдыраған кезде бөлінген энергияның артық мөлшері энергияның биологиялық аккумуляторы – мол қуатты заттардың (макроэрттердің) құрамына ену арқылы организмде жинақталып, қорда сақталады.

Жасушаларда энергия үшкарбон қышқылы айналымына қатысатын маңызды метаболиттердің түзіліп, тотығуы кезінде босанып, жинақталады. Бұл процесс үстінде сутегі молекуласы бөлініп, көмір қышқыл газы түзіледі. Босанған сутегі молекуласы дегидрогеназалар коферменттерінің (НАД, НАДФ, ФАД) көметімен тотығу тізбетіне немесе тыныстық тізбекке қосылады. Бұл тізбекте сутегі электрондары біртіндеп жоғары энергетикалық тізбектен төменгі энергетика-лық тізбекке өтеді де, ең соңғы акцепторға – оттегіне беріледі, басқаша айтқанда ол тотығады. Бұл процесс барысында бөлінген энергияның аздау бөлігі (30-40%) жылу түрінде болінеді де, қалған бөлігі (60-70%) АТФ-тың макроэргиялық байланыстарында жинақталады. АТФ-тың осылай тыныстык тізбектегі сутегінің тотығу энергиясының есебінен түзілу жолын тотықпалы фосфорлану деп атайды. Сонымен, энергия өзгерістерінің негізінде қоректік заттардан электрондар босанып шығуы салдарынан олардағы қуаттың организмдегі химиялық реакцияларды жаңдандыратын қасиеттері жатады.

Организмдегі энергая алмасуын энергия тендестігін анықтау арқылы зерттейді. Ол үшін организм қабылдаған және бөлген энергия мөлшерін салыстырады. Организмнің қорекпен қабылдаған энергиясының мөлшерін брутто (жалпы) энергия деп атайды. Брутто энергия мен организмнің зәрмен, нәжіспен, түрлі газдармен бөлген және қабылданған қорек пен ішкен суды жылытуға шығындаған энергиясының айырмасын нетто-энергия дейді. Демек, нетто-энергия организмнің тіршілік әрекеті үшін жұмсалатын энергия. Брутто-энергия мен нәжіс энергиясының айырмасын қорыту энергиясы дейді. Ал, қорыту энергиясы мен зәрмен бөлінген энергия айырмасын алмасу энергиясы деп атайды. Алмасу энергиясы организмнің тіршілік әрекеті мен өнім өндіруге (жұмыс атқаруға) жұмсалатын энергия.

Организм қабылдаған жалпы энергияны қоректік заттардың қуаттық құндылығына сүйене отырып анықтайды. Ал, қоректік заттардың қуаттық құндылығын анықтау үшін арнаулы аспап-калоримет-риялық құты (бомба) қолданылады. Бомбаның ішіне 1 г зерттелетін зат салынады да, оны таза оттегімен толтырып, электртогын қосып, жағады. Зерттелетін зат бөлген жылу мелшері Джоуль бірлігімен өлшенеді. Калориметриялық бомбада жанғанда 1 г көмірсу 17,6 кДж (4,1 ккал), 1 г белок – 24,3 кДж (5,7 ккал), 1 г май – 38,9 қДж (9,3 ккал) энергая бөледі. Организмде белок толық тотықпайды белок құрамынан бөлінген амин тобынан түзілген несепнөр өзімен бірге біршама энергияны ұстап қалады. Осымен байланысты белоктар орга-низмде 17,6 кДж (4,1 ккал) ғана энергия бөледі.

Рацион құрамыңдағы көмірсулар, белоктар және майлар мөлшерін анықтағаннан соң, организм қабылдаған энергия мөлшерін есептеп шығаруға болады,

Калориметриялық бомба көмегімен зәрдің, нәжістің кұрамындағы энергияны есептеп шығаруға болады.

Газдардың калориялық коэффициенті организмде тотыққан орга-никалық заттардың табиғатына байланысты өзгеріп отырады. Мысалы, белок тотыққанда организм сіңірген оттегінің, әр литріне 4,8 ккал энергия, май тотыққанда – 4,7 ккал, ал көмірсулар тотыққанда -5,05 ккал энергия бөлінеді. Демек, организм шығындаған энергияны анықтау үшін денеде тотыққан запъщ табиғатын білу керек. Ал, оны тыныс коэффициенгі (ТК) арқылы анықтайды.

Тыныс коэффициенті деп организмнен бөлінген көмір қышқыл газының ол сіңірген оттегіге көлемдік катынасын айтады. Организмде көмірсулар тотыққаңда тыныс коэффициенті 1-ге тең, белок то-тықса – 0,8, май тотықса – 0,7-ге тең болады. Аралас азықпен қоректенген жағдайда тыныс коэффициенті 0,7-1 аралығында, көбінесе 1-ге жақын, ал жыртқыш аңдарда – 0,75 шамасында қалыптасады. Организмде көмірсулардың майға айналу процесі жүрсе, тыныс коэффициенті 1-ден артып кетеді. Оның себебі көмірсулар құрамында маймен салыстырғанда оттегі көп, сондықтан майды түзуден артылған оттегі тотығу процесінде пайдаланылады да, ауадан оттегі аз сіңіріледі.

Ашығу жағдайында организмде майдың көмірсуға айналу процесі жүрсе, тыныс коэффициенті 0,7-ден төмендеп кетеді. Бұл жағдайда ауадан сіңірілген оттегі тек қана майларды тотықтыру үшін ғана емес, көмірсулар молекуласын түзу үшін де жаратылады. Осы себепті ауадан оттегі көп мөлшерде қабылданады.

Сонынен, организмнің энергия шығынын жанама жолмен анықтау үшін алдымен тыныс коэффициентін есептеп шығарады да, арнаулы таблицадан сол коэффициентке сай оттегінің немесе көмір қышқыл газының калориялық коэффициентін табады. Осы санды организм қабылдаған оттегі немесе бөлген көмір қышқыл газы мөлшеріне көбейту арқылы белгілі бір уақыт ішіндегі энергия шығынын анықтайды.