Bài giảng môn Sinh học - Chương 5: Trao đổi chất và năng lượng (phần 6)

Chương 5 TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG (P6)(Physiology in metabolism and energetics )Dr Võ Văn Toàn- Quynhon University	III/ TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG 	+Trao đổi năng lượng là sự chuyển hóa năng lượng từ dạng hóa năng thành nhiệt năng, cơ năng và điện năng. 	+Chỉ có khoảng 25% năng lượng tạo ra do sự oxy hóa các chất dinh dưỡng trong cơ thể biến đổi thành cơ năng, một phần rất ít biến đổi thành điện năng và phần lớn biến thành nhiệt năng. 	+Phần năng biến đổi thành cơ năng sau khi thực hiện các hoạt động cơ năng cũng biến thành nhiệt năng (năng lượng thứ cấp). 	 +Phần nhiệt năng tạo ra, một phần sẽ duy trì thân nhiệt, phần khác mất đi do tỏa nhiệt. Phần điện năng nhằm dẫn truyền các hưng phấn thần kinh để chỉ huy mọi hoạt động của cơ thể.	 ATP	III/ TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG (tt) 3.1.Phương pháp đo nhiệt lượng của cơ thể Người ta dùng phương pháp trực tiếp và gián tiếp để đo nhiệt lượng tỏa ra từ cơ thể 	3.1.1.Phương pháp trực tiếp	Có hai cách đo:	+Đo trực tiếp giá trị calo của thức ăn hấp thu (thức ăn ăn vào trừ đi thức ăn thải ra qua phân). Theo định luật bảo toàn năng lượng thì năng lượng đốt cháy các thức ăn ở bên ngoài bằng năng lượng tạo ra khi bị oxy hóa trong cơ thể. Thức ăn được đốt cháy trong bom nhiệt lượng (calorimeter).  nhiệt lượngương pháp trực tiếp (tt) Người ta đã xác định được giá trị năng lượng (Kcal) của các loại thức ăn ở các nhóm động vật khác nhau: Cơ thể Gluxit (g)Protit (g)LipitĂn thịt và ăn tạp 4,14,19,3Ăn cỏ3,84,68,5 Do sản phẩm cuối cùng của phân giải gluxit, lipit và protit khác nhau ở các cơ thể nên trị số nhiệt năng có khác nhau 	3.1.1.Phương pháp trực tiếp (tt)	Cách đo thứ hai	+Đo trực tiếp nhiệt lượng do cơ thể tạo ra trong các phòng calo kế. Động vật và người được đặt trong một phòng cách nhiệt, có ống dẫn nước chảy qua. 	Với điều kiện nhiệt độ phòng không đổi, ta tính lượng nhiệt thải ra theo công thức sau: Q = V(t2-t1)	-V: Lượng nước chảy qua phòng	-t1: Nhiệt độ nước lúc vào phòng	-t2: Nhiệt độ nước lúc ra khỏi phòng	Tuy nhiên, phương pháp này phức tạp nên ít được sử dụng. 	Để đo nhiệt lượng còn có phương pháp gián tiếp, phương pháp này đơn giản hơn, kết quả thu được cũng tương đối chính xác.	3.1.Phương pháp đo nhiệt lượng (tt)	3.1.2.Phương pháp gián tiếp	Cũng có hai cách đo:	+Đo gián tiếp bằng đương lượng nhiệt của O2. Nguyên lý của phương pháp này là là đo trao đổi khí, dựa vào lượng khí O2 tiêu thụ hay lượng khí CO2 thải ra để tính năng lượng tiêu hao, tức nhiệt lượng do cơ thể tạo ra. 	Người ta đưa đối tượng vào phòng kín hoặc thở vào một cái túi, sau đó phân tích khí O2 tiêu thụ hoặc CO2 thải ra trong phòng hoặc trong túi. 	3.1.2.Phương pháp gián tiếp (tt)	Bằng phương pháp trên, người ta tính được năng lượng giải phóng khi oxy hóa các chất dinh dưỡng như sau:Chất dinh dưỡngSố lít O2 cần để đốt 1g cơ chất Số lít CO2 thải ra sau khi đốt 1g cơ chất Lượng nhiệt tạo ra khi dùng 1 lít O2 (Kcal)Gluxit0,830,835,05Protit0,970,774,46Lipit2,031,424,47	3.1.2.Phương pháp gián tiếp (tt)	+Nhiệt lượng tỏa ra khi sử dụng 1 lít oxy gọi là đương lượng nhiệt của oxy (ĐNO).	+ĐNO thay đổi tùy theo tỷ lệ protit, gluxxit và lipit co trong thức ăn. Tuy nhiên để dễ tính toán người ta thường lấy trị số trung bình 4,825 Kcal làm đương lượng nhiệt của oxy. 	+Do đó, chỉ cần lấy số lít O2 sử dụng nhân với 4,825 là được trị số nhiệt lượng cơ thể tỏa ra trong thời gian thí nghiệm	3.1.2.Phương pháp gián tiếp (tt)	Cách tính thứ hai:	+Phương pháp đo gián tiếp bằng thương số hô hấp (QR): (Respiratory Quotient)	-Thương số hô hấp QR là tỷ lệ dung tích CO2 do động vật thở ra và O2 tiêu thụ trong cùng một đơn vị thời gian. Với thương số hô hấp ta có thể biết trong từng thời gian thí nghiệm nhất định chất dinh dưỡng nào được sử dụng để oxy hóa	+ĐNO của đường là 1,0 	+ĐNO của protit là 0,8	+ĐNO của lipit là 0,7	+Xác định thương số hô hấp của đường	Đường được oxy hóa theo PT sau: C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + 678Kcal 	Theo định luật Avogadro thì trong điều kiện tiêu chuẩn, thể tích của bất kỳ một phân tử khí nào cũng bằng 22,41 lít. Theo PT trên ta có: -Số lít khí O2 tiêu thụ là 6X22,41 = 134,41 lít. -Số lít khí CO2 tạo ra là 6X22,4 = 134,41 lít.	Vậy: 	QR = 133,4 lít / 133,4 lít = 1	Một phân tử gam đường oxy hóa cho ra 678Kcal  1 lít O2 dùng để oxy hóa cho ra: 678 Kcal : 134,41 = 5,05 Kcal	+Xác định thương số hô hấp của lipit Ví dụ oxy hóa tripalmitin, PT như sau 2C3H5(C15H31COOO)3+145O2102CO2+98H2O+ Q 	 Theo PT trên ta có: -Số lít khí O2 tiêu thụ là: 145 X 22,4 = 3248,0 lít. -Số lít khí CO2 tạo ra là:	 102 X 22,4 = 2284,8 lít.	Vậy: 	QR = 2284,8 lít / 3248,0 lít = 0,703 ~ 0,7	+Xác định thương số hô hấp của protit	-Xác định thương số hô hấp của protit phức tạp hơn nhiều vì sản phẩm oxy hóa cuối cùng ngoài CO2, H2O còn nhiều hợp chất chứa nito đi vào nước tiểu và người ta tính trung bình QR của protit bằng 0,8	Tuy nhiên, để đơn giản hóa người ta quy ước thương số hấp chung của thức ăn hỗn hợp là 0,85; từ lượng CO2 thải ra có thể tính lượng O2 tiêu thụ và tính được năng lượng trao đổi. 	III/ TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG (tt) 3.2.Trao đổi cơ sở Trao đổi cơ sở là trao đổi năng lượng ở mức cơ bản nhất để duy trì hoạt động sống bình thường của cơ thể.	Trao đổi cơ sở được đo ở các điều kiện sau: -Đối tượng đo ở trạng thái nghỉ ngơi hoàn toàn (không hoạt động cơ, không suy nghĩ ..). -Trong ống tiêu hóa không có thức ăn. Động vật ăn thịt và ăn tạp 12-24 giờ sau khi ăn, trâu bò 6-10 ngày -Nhiệt độ ổn định (250C)	3.1.Trao đổi cơ sở (tt) Trao đổi cơ sở thay đổi phụ thuộc vào các yếu tố sau: 	-Tính biệt (Con đực cao hơn con cái). Ví dụ, trao đổi cơ sở của bò đực cao hơn bò cái 10-26%. 	-Tuổi: Gia súc non TĐCS lớn hơn già 	-Diện tích bề mặt cơ thể trên 1 kg khối lượng.	-Giống: Giống cao sản có TĐCS cao 	-Trạng thái sinh lý: Động dục, mang thai tiết sữa TĐCS cao 	-Dinh dưỡng: Dinh dưỡng tốt TĐCS cao	-Mùa và khí hậu: Nhiệt đới thấp hơn ôn đới.	III/ TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG (tt) 3.3.Trao đổi năng lượng khi đói Khi đói là khi không có thức ăn vào ống tiêu hóa. Để duy trì sự sống, cơ thể phải sử dụng những chất dinh dưỡng dự trữ trong các mô theo thứ tự: Đường được sử dụng trướcmỡ  Protit.	-Khi đói, trao đổi năng lượng giảm xuống rất thấp, thương số hô hấp chỉ còn 0,7 hoặc thấp hơn. 	-Thời gian có thể chịu đói phụ thuộc vào lượng mỡ trong cơ thể (gấu có thể chịu đói 3 tháng). Khi mỡ tiêu hao hết thì đến tiêu hao protit.	-Khi đói, khối lượng các cơ quan giảm khác nhau: mô mỡ giảm 93-97%, mô tuyến 40-70%. Mô cơ tim và mô thần kinh giảm ít nhất. Gia súc non chịu đói kém hơn gia súc già (?)	III/ TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG (tt) 3.4.Trao đổi năng lượng khi cơ hoạt động -Khi cơ hoạt động, trao đổi chất và năng lượng tăng lên. Mức tăng phụ thuộc vào cường độ hoạt động.	-Khi đứng trao đổi năng lượng cao hơn khi ngồi và nằm. Ví dụ, bò cái ở tư thế đứng sản nhiệt tăng cao hơn 30% so với khi nằm, loài nhai lại khi nhai cỏ khô trao đổi năng lượng cũng cao hơn khi nhai cỏ tươi 	-Trao đổi trao đổi năng lượng khi hoạt động cơ được xác định theo công thức của Awater dựa trên trao đổi cơ sở: 	 3.4.Trao đổi năng lượng khi cơ hoạt động (tt) +Khi hoạt động nhẹ = Trao đổi cơ sở + 30%	Ví dụ, một con vật có trao đổi cơ sở là 1500Kcal, thì trao đổi năng lượng khi hoạt động nhẹ là: 	1500Kcal + 1500X30% = 1950Kcal	+Khi hoạt động mạnh = Trao đổi cơ sở + Công (kg/m) Kcal 	 425	+Ngoài ra, khi con vật sản xuất sản phẩm (sữa, thịt, trứng, lông) thì trao đổi năng lượng cao hơn lúc bình thường từ 30-60% end