Bài giảng môn Sinh học - Chương 5: Trao đổi chất và năng lương

Chương 5 TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯƠNG (P1)(Physiology in metabolism and energetics )Dr Võ Văn Toàn- Quynhon University DUNG CHƯƠNG 5 I. Đại cương về về trao đổi chất và năng lươngII/ Trao đổi chất 2.1. Phương pháp nghiên cứu 2.2. Trao đổi Protit2.3. Trao đổi Gluxit2.4. Trao đổi Lipit2.5. Trao đổi nước và muối khoáng2.6. VitaminIII/ Trao đổi năng lượng 3.1. Phương pháp đo nhiệt lượng 3.2. Trao đổi cơ sở3.3. Trao đổi năng lượng khi đói3.4. Trao đổi năng lượng khi ăn3.5. Trao đổi năng lượng khi cơ hoạt động IV/ Thân nhiệt và điều hòa thân nhiệt V/ Khẩu phần thức ăn cho vật nuôi 	I/ ĐẠI CƯƠNG VỀ TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 	Trao đổi đất và năng lượng là đặc điểm cơ bản của sự sống. Trao đổi chất là một quá trình chuyển hóa vật chất để cơ thể tự đổi mới. Nó gồm hai quá trình đồng hóa và dị hóa.	Đồng hóa là quá trình hấp thu các chất dinh dưỡng từ môi trường ngoài qua ống tiêu hóa, rồi chuyển nó thành những chất xây dựng cơ thể 	Dị hóa là quá trình phân giải những chất dinh dưỡng, để tạo ra năng lượng và các sản phẩm cặn bã. Năng lượng này giúp cho cơ thể hoạt động, các chất cặn bã được thải ra môi trường.		I/ ĐẠI CƯƠNG VỀ TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG (tt) 	Đồng hóa và dị hóa là hai quá trình xẩy ra song song và thường xuyên, đây hai mặt mâu thuẩn nhưng thống nhất với nhau trong cơ thể, thúc đẩy lẫn nhau, đồng hóa tốt thì dị hóa tốt. 	Theo quy luật sinh học, ở cơ thể đang lớn thì đồng hóa lớn hơn dị hóa, ở cơ thể trưởng thành cân bằng nhau và ở cơ thể già dị hóa lớn hơn đồng hóa 	Song song với quá trình trao đổi chất có quá trình trao đổi năng lượng.		I/ ĐẠI CƯƠNG VỀ TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG (tt) 	Trao đổi năng lượng là sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác xảy ra bên trong cơ thể. Năng lượng trong các hợp chất hữu cơ ở dạng hóa năng được biến đổi thành nhiệt năng, công năng và điện năng thông qua ATP C6H12O6+ 6O2 6CO2+ 6H2O + 678Kcal (ATP)	Năng lượng ATP tạo ra sẽ biến đổi thành các dạng nhiệt năng (thân nhiệt), công năng (hoạt động cơ) và điện năng (dẫn truyền thần kinh)	II/ TRAO ĐỔI CHẤT 	2.1.Phương pháp nghiên cứu:	 -Phương pháp nghiên cứu được sử dụng sớm nhất là cho vật nuôi ăn một lượng thức ăn nhất định, sau đó phân tích chất bài tiết (phân, nước tiểu) để biết quá trình chuyển hóa các chất.	-Phương pháp tạo lổ rò mạch quản: Dùng một ống kim loại cố định vào mạch quản ra và vào của một cơ quan nào đó, lấy máu phân tích để xác định trao đổi chất. 	- Phương pháp tiêm: Tiêm chất kiểm tra vào động mạch của cơ quan nào đó rồi lấy máu tĩnh mạch phân tích trao đổi chất. 	2.1.Phương pháp nghiên cứu (tt)	 -Phương pháp trực tiếp: Có thể cắt tổ chức tươi thành phiến mỏng, cho vào chất kiểm tra và đặt trong môi trường có nhiệt độ và độ ẩm nhất định. Sau ít giờ phân tích phản ứng của tổ chức đó và xác định được quá trình chuyển hóa các chất	-Phương pháp nguyên tử đánh dấu: Dùng một số chất có chứa các chất đồng vị phóng xạ đưa vào cơ thể vật nuôi, sau đó phân tích tình hình phân bố và khả năng tồn tại của các chất này trong các mô để xác định quá trình chuyển hóa của các chất nghiên cứu . 		II/ TRAO ĐỔI CHẤT (tt) 	2.2. Trao đổi protit	2.2.1. Chức năng sinh lý của protit	+Protit là thành phần quan trọng nhất của mọi cơ thể sống. “Sống là phương thức tồn tại của các phân tử protit” (Ph. Ănghen)	+Protit tham gia cấu tạo tế bào, mô và cơ thể 	+Protit tham gia cấu tạo enzym, hormon, Hb, kháng thể, các chất kích thích sinh họcnên protit tham gia nhiều chức năng của cơ thể như xúc tác, điều hòa, vận chuyển, bảo vệ 	 Ba ví dụ về chức năng sinh lý của Protit + Hầu hết các phản ứng hóa học trong cơ thể sống đều được xúc tác bởi enzyme+ Một số loại Pr vận chuyển các chất trong cơ thể (oxy, ion)+Thông tin vận chuyển như các loại hoocmonAlcohol dehydrogenase oxy hóa alcohol thành aldehyde hoặc xetonHemoglobin vận chuyển oxyInzulin kiểm soát số lượng đường trong máuChức năng sinh lý protit	+Protit tham gia cấu trúc các sợi cơ (actin và myozin). Do đó, nó đóng vai trò trong sự vận động của cơ thể.	+Protit có thể chuyển thành Gluxit và Lipit, nhưng không có quá trình ngược lại.	+Protit có thể bị oxy hóa để tạo năng lượng (1g Pr= 4,1Kcal) 	+Protit phổ biến nhất là anbumin và globulin. Chúng là nguồn cung cấp protit cho mô bào và đóng vai trò tạo áp suất thẩm thấu thể keo của máu	+Protit được cấu tạo từ các axit amin 	2.2. Trao đổi protit (tt)	2.2.2. Chức năng sinh lý axit amin	+Axit amin thường chứa 1 nhóm amin (-NH2) và một nhóm cacboxyl (-COOH), nhưng khác nhau tùy mạch bên (gốc R)	COO-NH3+CRH	+Hiện nay, người ta phát hiện ra 20 loại a.a	+Nhiều axit amin liên kết với nhau thành phân tử Protit (qua liên kết peptit). Các phân tử protit khác nhau bởi thành phần, số lượng và trật tự sắp xếp các a.a. Do đó, chỉ với 20 loại a.a nhưng có thể tạo ra rất nhiều loại protit khác nhau 	Ví dụ, trong cơ thể động vật có khoảng 5 triệu loại protit	+Cơ thể vật nuôi chỉ hấp thu a.a rồi sau đó tổng hợp thành protit đặc trưng cho mình. Nếu đưa protit lạ thẳng vào máu sẽ trở thành một kháng nguyên và gây nguy hiểm cho cơ thể. (G)Glutamic acid (E)Asparatic acid (D)Methionine (M)Threonine (T)Serine (S)Glutamine (Q)Asparagine (N)Tryptophan (W)Phenylalanine (F)Cysteine (C)Proline (P)Leucine (L)Isoleucine (I)Valine (V)Alanine (A)Histidine (H)Lysine (K)Tyrosine (Y)Arginine (R)White: Hydrophobic, Green: Hydrophilic, Red: Acidic, Blue: Basic20 loại axit amin	+Do sự tương tác giữa các protit không giống nhau (gọi là bất đồng sinh học) mà mô loài này ghép sang loài khác thường không sống được. 	+Về mặt dinh dưỡng, người ta phân biệt 2 loại a.a. khác nhau:	- A.a không thể thay thế: Là những a.a. mà cơ thể không thể tự tổng hợp được, phải nhất thiết lấy từ thức ăn. Đó là các a.a: Arginin, Histidin, Lơxin, izolơxin, lyzin, Metionin, Phenyl alanin, Treonin, Tryptophan và Valin (gia cầm thêm Glyxin và glutamat)	- A.a có thể thay thế: Là những a.a. mà cơ thể có thể tự tổng hợp được ở gan. Đó là các a.a: Alanin, asparagin, Xystin, Xystein, glutamat, glutamin, glyxin, prolin, Serin và Tyrozin (10)	+Thức ăn protit động vật (thịt, sữa, trứng) chứa đủ các a.a không thay thế, nên có giá trị dinh dưỡng cao. Trừ lòng trắng trứng và keo thịt đông thiếu Tryptophan và Tyrozin	+Thức ăn thực vật thường thiếu các a.a. không thay thế. Ví dụ, hạt ngô không có tryptophan và lyzin. Bột mỳ rất ít lyzinDo đó cần phải phối hợp nhiều loại thức ăn 	+Tỷ lệ tiêu hóa, hấp thu protit ở các loại thức ăn cũng khác nhau: Protit động vật có thể tiêu hóa hấp thu đến 95%, protit thực vật từ 60-70%. 	+Mỗi a.a đều có chức năng sinh lý nhất định.	+Tryptophan, lyzin, tyrozin, acginin, systein, cần cho sự phát triển của lông, mỏ và sừng	+Lyzin cần cho sự sinh trưởng và duy trì sự cân bằng protit	+Glyxin được sử dụng để tạo thành các tổ chức keo và tạo protoporphirin của Hb hồng cầu.	+Valin cần cho sự hoạt động của hệ thần kinh	+Lơxin cần cho sự tổng hợp protit huyết tương và mô bào	+Metionin tăng cường chức năng bảo vệ của gan. 	+Tryptophan giữ vai trò quan trọng trong hoạt động sinh sản	+Tyrozin cần cho sự tổng hợp hormon của tuyến giáp. 	+Glutamin có vai trò trong trao đổi trung gian giữa các a.a. 	+Ngoài ra, các a.a có tác động qua lại lẫn nhau nên khi lập khẩu phần thức ăn cho gia súc chúng ta phải quan tâm đến từng loại a.a. 	+Đối với động vật nhai lại, protein do vi sinh vật cung cấp có đầy đủ các a.a không thay thế, nên trong khẩu phần phải chú ý đến các chất có chứa nitơ như ure, cacbamit, các muối amônCác chất này giúp cho vi sinh vật phát triển 	2.2. Trao đổi protit (tt)	2.2.3. Chuyển hóa protit trong cơ thể	+Đồng hóa: Dưới tác dụng của hệ thống men tiêu hóa, protit thức ăn được phân giải thành a.a, nó được hấp thu vào máu, theo tĩnh mạch cửa vào gan. Tại gan, một phần a.a được giữ lại và tổng hợp thành globulin và fibrinogen. Phần lớn a.a được chuyển đến mô bào để được sử dụng tổng hợp các phân tử protit đặc trưng cho từng mô bào. 	Một số mô bào tổng hợp nên các protit đặc trưng rất cao như các hormon, hemoglobin, kháng thể Đây là quá trình đồng hóa protit		2.2.3. Chuyển hóa protit trong cơ thể (tt)	+Dị hóa: Đầu tiên protit ở gan bị phân giải thành a.a. Protit ở mô bào cũng được phân giải thành a.a rồi chuyển về gan. 	Các a.a này sẽ bị phân giải bằng các phản ứng khử amin, nhóm NH2 bị tách ra để tạo thành các xeto axit và NH3, sau đó NH3 được biến đổi thành urê theo chu trình ornitin.R-CH(NH2)-COOH --- R-C(NH)-COOH + NADH2R-C(NH)-COOH + H2O --- R-CO-COOH + NH3 Xeto axit NH3---------------- CO(NH2)2 (urê)	2.2.3. Chuyển hóa protit trong cơ thể (tt)	Xeto axit được biến đổi theo 3 hướng: 	- Biến đổi thành glucoza và glycogen R-CO-COOH ------- Glucoza và glycogen	- Kết hợp với NH2 để trở thành a.a. mới	 R-CO-COOH+NH2 ------ R-CH(NH2)-COOH 	- Bị oxy hóa thành CO2, H2O và tạo ra năng lượng R-CO-COOH + O2 ---------- CO2 +H2O + ATP	+Chuyển hóa nucleoproteit: 	Nucleoproteit là thành phần của nhân tế bào, nó được tổng hợp bởi 2 thành phần là protit và axit nucleic. 	Khi phân giải, nucleoproteit bị tách thành protit và axit nucleic. Protit tiếp tục bị phân giải thành a.a. 	Còn phần axit nucleic phân giải cho ra các gốc kiềm purin và pirimidin, đường pentoza và H3PO4. 	Gốc kiềm purin tiếp tục bị oxy hóa sẽ cho ra axit uric, được thải ra ngoài qua nước tiểu. Còn các gốc kiềm pirimidin được phân giải cho ra ure để thải ra ngoài.	2.2. Trao đổi protit (tt)	2.2.4. Vấn đề cân bằng nitơ	Nhu cầu protit của gia súc trưởng thành được xác định nhờ lượng nitơ thải ra theo nước tiểu trong một ngày đêm. 	Nhưng trong thức ăn còn có nitơ phi protit, cho nên khi xác định cân bằng protit cần nắm được lượng nitơ phi protit. Có 3 trường hợp xảy ra: 	- Cân bằng dương nitơ (Nitơ ăn vào > thải ra)	- Cân bằng nitơ (Nitơ ăn vào = thải ra)	- Cân bằng âm nitơ (Nitơ ăn vào lợn ngoại; noncon đực; thiến>không thiến	+Mỡ của thức ăn sau khi hấp thu phải có thời gian mới chuyển hóa thành mỡ đặc trưng cho cơ thể. Sự tổng hợp mỡ còn phụ thuộc vào thức ăn gluxit và protit.	2.4.1. Chuyển hóa lipit (tt)	+Có một số axit béo không thay thế như axit oleic, axit linoleic, axit arachidonic; cơ thể bắt buộc phải lấy từ thức ăn. Do đó, nếu thiếu lâu ngày cơ thể sẽ bị rối loạn (loét da, chậm lớn, đẻ khó) 	+Loài nhai lại có thể sử dụng các axit béo bay hơi để tổng hợp nên mỡ. Đặc biệt ở tuyến vú có thể tổng hợp được mỡ sữa nhờ axit lactic. Thí nghiệm thêm axetat natri vào thức ăn có thể làm tăng hàm lượng mỡ sữa lên 0,8-1,0%	+Dị hóa: Quá trình phân giải lipit đầu tiên xảy ra ở gan; lipit được phân giải thành glyxerin và axit béo. 	2.4.1. Chuyển hóa lipit (tt)	+Một phần glyxerin được oxy hóa cho CO2, H2O và năng lượng, một phần chuyển thành glycogen. Axit béo được phân giải theo con đường β oxy hóa thành axetyl-CoA rồi đi vào chu trình Crep để tạo năng lượng.	+Khi cơ thể hoạt động mạnh, lipit ở mô bào cũng được phân giải thành glyxerin và axit béo để vận chuyển về gan. Quá trình này tạo ra nhiều xeton gây toan huyết, toan niệu	+Lipit phức tạp gồm 2 loại: phophatit và stearin. Phophatit gồm lexitin, xefalin, sphingomyelin. Steain tiêu biểu là cholesteron. Cholesteron ở dạng tự do hoặc kết hợp. end