Значение аэробного обмена веществ в эволюции организмов

Эволюция дыхания. Энергетический обмен у анаэробных и аэробных организмов. Эволюция дыхательной системы.

Дыхание - основная жизненная функция организма, включающая поступление в организм кислорода, использование его для окисления органических веществ с выделением энергии и удаление из организма углекислого газа.

Источниками энергии для гетеротрофных организмов служат питательные вещества: углеводы, жиры, белки.

На подготовительном этапе сложные органические соединения, поступающие в организм с пищей или запасенные в клетках самого организма (гликоген, жиры) расщепляются до мономеров, часть которых (в основном углеводы) используются как энергетический материал в последующих этапах, а другая часть вступает в реакцию ассимиляции.

В процессе катаболизма мономеры подвергаются дальнейшему окислению. Гликолиз - последовательность реакций, приводящих к расщеплению глюкозы (основного "энергетического вещества" клетки) до пировиноградной кислоты, конечная судьба которой зависит от присутствия кислорода в клетке.

Брожение - эволюционно более древний и энергетически менее выгодный процесс извлечения энергии из питательных веществ, идущий в отсутствии кислорода. Фотосинтез обеспечил насыщение атмосферы достаточным количеством кислорода для возникновения аэробных организмов. В митохондриях клеток аэробов появляются стадии (цепь переноса электронов), требующие присутствия кислорода и обеспечивающие клетку более мощным и эффективным механизмом извлечения энергии из молекул питательных веществ.

Эволюция дыхательной системы.

Дыхательная система выполняет функцию газообмена между организмом и окружающей средой.

У животных с низким обменом веществ газовый обмен происходит путем диффузии через всю поверхность тела. Увеличение размеров тела, повышение интенсивности обменных процессов в организме привело к развитию специального дыхательного аппарата.

Эволюционные преобразования в дыхательной системе хордовых.

1. Усиление главной дыхательной функции:

1. увеличение поверхности газообмена;

2. дифференцировка воздухоносных и респираторных отделов;

3. совершенствование механизмов дыхания: появление грудной

клетки, дыхательной мускулатуры.

2. Расширение числа выполняемых функций: очищение, согревание, увлажнение воздуха; терморегуляция, звукообразование.

3. Субституция функций: дыхание с помощью жабр у наземных позвоночных замещается газообменом в легких.

4. Смена функций: плавательный пузырь древних кистеперых рыб преобразуется в орган дыхания.

5. Разделение функций и органов:

1. у наземных позвоночных отделение дыхательных путей от

первичной пищеварительной трубки;

2. в легких позвоночных разделение воздухоносных и респираторных отделов.

В процессе эволюции устанавливается морфофунациональная взаимосвязь дыхательной и кровеносной систем (динамические координации), что выражается в расположении сосудов в органах дыхания, строении стенок альвеол и капилляров (аэро-гематический барьер), наличии транспортных систем для переноса газов, присутствии дыхательных пигментов в крови.

Онто-филогенетически обусловленные пороки развития дыхательной системы человека.

1. Пороки, отражающие первоначальную общность пищеварительной и дыхательной систем:

а) Незаращение твердого неба;

б) Эзофаготрахеальные свищи - каналы, соединяющие пищевод и трахею.

2. Пороки легких человека, базирующиеся на остановке развития легких на разных этапах органогенеза и отражающие филогенез легких позвоночных:

а) Агенезия - остановка роста бронхолегочных почек на третьей -четвертой неделе эмбриогенеза, при этом легкое не развивается;

б) Аплазия - есть только слепо заканчивающийся главный бронх. Бронхиальное древо и паренхима легкого не развиваются;

в) Гипоплазия - недоразвитие или неправильное формирование структур легкого: пороки ветвления, редукция части бронхов и легочной паренхимы. При остановке ветвления бронха возможно образование бронхолегочных кист.

StudFiles.ru

166. Энергетический обмен в нервной ткани. Значение аэробного распада глюкозы.

На долю головного мозга приходится 2–3% от массы тела. В то же время потребление кислорода головным мозгом в состоянии физического покоя достигает 20–25% от общего потребления его всем организмом, а у детей в возрасте до 4 лет мозг потребляет даже 50% кислорода, утилизируемого всем организмом. О размерах потребления головным мозгом из крови различных веществ, в том числе кислорода, можно судить по артериовенозной разнице. Установлено, что во время прохождения через мозг кровь теряет около 8 об.% кислорода. В 1 мин на 100 г мозговой тканиприходится 53–54 мл крови. Следовательно, 100 г мозга потребляет в 1 мин 3,7 мл кислорода, а весь головной мозг (1500 г) – 55,5 млкислорода. Газообмен мозга значительно выше, чем газообмен других тканей, в частности он превышает газообмен мышечной ткани почти в 20 раз. Интенсивность дыхания для различных областей головного мозга неодинакова. Например, интенсивность дыхания белого веществав 2 раза ниже, чем серого (правда, в белом веществе меньше клеток). Особенно интенсивно расходуют кислород клетки коры мозга и мозжечка. Поглощение кислорода головным мозгом значительно меньше при наркозе. Напротив, интенсивность дыхания мозга возрастает при увеличении функциональной активности.

Основным субстратом дыхания мозговой ткани является глюкоза. В 1 мин 100 г ткани мозга потребляют в среднем 5 мг глюкозы. Подсчитано, что более 90% утилизируемой глюкозы в ткани мозга окисляется до СО₂и Н₂О при участии цикла трикарбоновых кислот. В физиологических условиях роль пентозофосфатного пути окисления глюкозы в мозговой ткани невелика, однако этот путь окисления глюкозы присущ всем клеткам головного мозга. Образующаяся в процессе пентозофосфатного цикла восстановленная форма НАДФ (НАДФН) используется для синтеза жирных кислот и стероидов. Интересно отметить, что в расчете на всю массу головного мозга содержание глюкозы в нем составляет около 750 мг. За 1 мин тканью мозга окисляется 75 мг глюкозы. Следовательно, количество глюкозы, имеющееся в ткани головного мозга, могло бы быть достаточным лишь на 10 мин жизни человека. Данный расчет, а также величина артериовенозной разницы по глюкозе доказывают, что основным субстратом дыхания головного мозга является глюкозакрови. По-видимому, глюкоза легко диффундирует из крови в ткань головного мозга (содержание глюкозы в мозговой ткани 0,05%, а в артериальной крови – 4,44 ммоль/л, или 80 мг/100 мл).

Между глюкозой и гликогеном мозговой ткани имеется тесная связь, выражающаяся в том, что при недостаточном поступлении глюкозыиз крови гликоген головного мозга является источником глюкозы, а глюкоза при ее избытке – исходным материалом для синтеза гликогена. Распад гликогена в мозговой ткани происходит путем фосфоролиза с участием системы цАМФ. Однако в целом использование гликогена в мозге по сравнению с глюкозой не играет существенной роли в энергетическом отношении, так как содержание гликогена в головном мозге невелико.

Наряду с аэробным метаболизмом углеводов мозговая ткань способна к довольно интенсивному анаэробному гликолизу. Значение этого явления пока недостаточно ясно, ибо гликолиз как источник энергии ни в коей мере не может сравниться по эффективности с тканевым дыханием в головном мозге.

Интенсивность обновления богатых энергией фосфорных соединений в головном мозге очень велика. Именно этим можно объяснить, что содержание АТФ и креатинфосфата в мозговой ткани характеризуется значительным постоянством. В случае прекращения доступакислорода мозг может «просуществовать» немногим более минуты за счет резерва лабильных фосфатов. Прекращение доступакислорода даже на 10–15 с нарушает энергетику нервных клеток, что в целостном организме выражается наступлением обморочного состояния. По-видимому, при кислородном голодании мозг может очень недолго получать энергию за счет процессов гликолиза.

Установлено, что при инсулиновой коме содержание глюкозы в крови может снижаться до 1 ммоль/л, потребление кислорода мозгом в этих условиях не более 1,9 мл/100 г в 1 мин. В норме концентрация глюкозы в крови 3,3–5,0 ммоль/л, а мозг потребляет 3,4–3,7 млкислорода на 100 г массы в 1 мин. При инсулиновой коме нарушаются процессы окислительного фосфорилирования в мозговой ткани, снижается концентрация АТФ и происходит изменение функций мозга. Возбуждение и наркоз быстро сказываются на обмене лабильных фосфатов. В состоянии наркоза наблюдается угнетение дыхания; содержание АТФ и креатинфосфата повышено, а уровень неорганического фосфата снижен. Следовательно, сокращается потребление мозгом соединений, богатых энергией. Напротив, при раздражении интенсивность дыхания усиливается в 2–4 раза; уровень АТФ и креатинфосфата снижается, а количествонеорганического фосфата увеличивается. Эти изменения наступают независимо от того, каким образом произошло стимулирование нервных процессов, а именно путем электрического разряжения или химическим путем.

Общее содержание аминокислот в ткани мозга человека в 8 раз превышает концентрацию их в крови. Аминокислотный состав мозга отличается определенной специфичностью. Так, концентрация свободной глутамино-вой кислоты в мозге выше, чем в любом другом органе млекопитающих (10 мкмоль/г). На долю глутаминовой кислоты вместе с ее амидом глу-тамином и трипептидом глутатиономприходится более 50% α-аминоазота головного мозга. В мозге содержится ряд свободных аминокислот, которые лишь в незначительных количествах обнаруживаются в других тканях млекопитающих. Это γ-аминомасляная кислота, N-ацетиласпарагиновая кислота и цистатионин. Известно, что обмен аминокислот в мозговой ткани протекает в разных направлениях. Прежде всего пул свободных аминокислотиспользуется как источник «сырья» для синтеза белков и биологически активных аминов. Одна из функций дикарбоновых аминокислот в головном мозге – связывание аммиака, освобождающегося при возбуждении нервных клеток. Поступления аминокислот в мозговую ткань и выход из нее, а также использование глюкозы крови для синтеза аминокислот нейронов и глии в разных отделах мозга различны. Эти различия в существенной мере обусловлены наличием гематоэнцефалического барьера, который следует рассматривать конкретно для каждого вещества или класса веществ. Ге-матоэнцефалический барьер не следует представлять как единое структурное образование, создающее преграду для транспорта; различие относительно скоростей поступления веществ в разные отделы мозга может быть обусловлено особенностями эпителия сосудов, базальной мембраны или расположения прилегающих отростков глиальных клеток. В условиях in vitro (в отсутствие барьера) многие аминокислотынакапливаются в клетках мозга за счет активного транспорта, в котором участвует несколько самостоятельных Na+-зависимых транспортных систем. Установлено, что белки в головном мозге находятся в состоянии активного обновления, о чем свидетельствует быстрое включение радиоактивных аминокислот в молекулы белков. Однако в разных отделах головного мозга скорость синтеза и распада белковыхмолекул неодинакова. Белки серого вещества полушарий большого мозга и белки мозжечка отличаются особенно большой скоростью обновления. В участках головного мозга, богатых проводниковыми структурами – аксонами (белое вещество головного мозга), скорость синтеза и распада белковых молекул меньше. При различных функциональных состояниях ЦНС наступают изменения в интенсивности обновления белков. Так, при действии наорганизм животных возбуждающих агентов (фармакологические средства и электрический ток) в головном мозге усиливается интенсивность обмена белков. Под влиянием наркоза скорость распада и синтеза белков снижается. Возбуждение нервной системы сопровождается повышением содержания аммиака в нервной ткани. Это явление наблюдается как при раздражении периферических нервов, так и при раздражении мозга. Считают, что образование аммиака при возбуждении в первую очередь происходит за счет дезаминирования АМФ. Аммиак – очень ядовитое вещество, особенно для нервной системы. Особую роль в устранении аммиака играет глутаминовая кислота. Она способна связывать аммиак с образованием глутамина – безвредного для нервной ткани вещества. Данная реакция амидирования протекает при участии фермента глутаминсинтетазы и требует затраты энергии АТФ. Непосредственный источникглутаминовой кислоты в мозговой ткани – путь восстановительного аминирования α-кетоглутаровой кислоты;

Образование глутаминовой кислоты из α-кетоглутаровой и аммиака является важным механизмом нейтрализации аммиака в тканимозга, где путь устранения аммиака за счет синтеза мочевины не играет существенной роли. Кроме того, глутаминовая кислота в нервной ткани может декарбокси-лироваться с образованием ГАМК:

ГAMК в наибольшем количестве содержится в сером веществе головного мозга. В спинном мозге и периферических нервах ее значительно меньше.

Липиды составляют около половины сухой массы головного мозга. Как отмечалось, в нервных клетках серого вещества особенно много фосфо-глицеридов, а в миелиновых оболочках нервных стволов – сфингомиелина. Из фосфоглицеридов серого вещества мозга наиболее интенсивно обновляются фосфатидилхолины и особенно фосфатидилинозитол. Обмен ли-пидов миелиновых оболочек протекает с небольшой скоростью. Холестерин, цереброзиды и сфингомиелины обновляются очень медленно.

Ткань головного мозга взрослого человека содержит много холестерина (около 25 г). У новорожденных в головном мозге всего 2 гхолестерина; количество его резко возрастает в первый год жизни (примерно в 3 раза), при этом биосинтез холестерина происходит в самой мозговой ткани. У взрослых людей синтез холестерина в головном мозге резко снижается. Основная часть холестерина в зрелом мозге находится в неэтерифици-рованном состоянии, эфиры холестерина обнаруживаются в относительно высокой концентрации в участках активной миелинизации. Пути биосинтеза фосфоглицеридов в мозге сходны с теми, которые осуществляются в других тканях. Жирные кислоты образуются в основном из глюкозы, однако частично синтез их происходит из ацетоацетата, цитрата и даже ацетил-аспартата.

StudFiles.ru

Какие преимущества имеют аэробные организмы перед анаэробными?

Рассмотрите ситуацию на конкретных примерах

Татьяна иванова

Энергетический эффект аэробного дыхания - 38 молекул АТФ на 1 молекулу глюкозы, анаэробного - всего 2 молекулы АТФ. От этого и "пляшите": энергия - это жизнь, необходима для всех процессов жизнедеятельности, роста и развития организмов. Процессы обмена веществ у аэробных организмов идут значительно интенсивнее, чем у анаэробных, а значит - интенсивнее протекают и процессы роста, развития, размножения.

Елена казакова

Аэробные более эффективно используют энергию (используют энергию, запасенную в химических связях органических веществ) .
Так, анаэробы в расчете на 1 молекулу глюкозы способны синтезировать 2 молекулы АТФ.
А аэробы в расчете на 1 молекулу глюкозы способны синтезировать 38 молекул АТФ.

Какова роль фотосинтеза в процессе эволюции

Елена казакова

В результате фотосинтеза синтезируются органические вещества из неорганических и выделяется кислород.
Образование кислородной атмосферы Земли обеспечило возможность аэробного дыхания (за счет которого запасается гораздо фольше энергии в форме АТФ, чем при аэробном) .
Аэробное дыхание дало возможность извлекать из органических веществ больше энергии, что привело к существенному увеличению интенсивности обмена веществ.
Большинство организмов на Земле - аэробы.

Светлана торчинова

Фотосинтез основной процесс на Земле. Суть его такая в растениях под действием солнечного света, углекислого газа и воды в хлоропластах происходит образование углеводов и выделяется кислород, которым мы и дышим.

Аэробный и анаэробный обмен веществ

Цитата сообщения jbhzzbnzlblzih Прочитать целикомВ свой цитатник или сообщество!
Аэробный и анаэробный обмен веществ Когда вы сжигаете дерево в печке, то выделяется тепло. Когда вы «сжигаете» горючее в мышечных волокнах, то способны выполнять работу. Разумеется, в мышечных волокнах происходят несколько иные процессы, чем в печке, но у них есть сходство — и в том, и в другом случае необходим кислород. Производство энергии в мышцах в присутствии кислорода называется аэробным обменом веществ; это очень эффективный процесс, в ходе которого сахар (глюкоза), находящийся в мышцах печени, и жирные кислоты, также хранящиеся в определенных «депо» человеческого организма, постоянно циркулируют, производя энергию и горючее. Почти вся энергия организма человека обеспечивается за счет аэробных процессов. Однако первые две минуты выполнения упражнения (или во время финишного рывка на состязаниях, если вы исчерпали весь запас «горючего») организм не способен обеспечить все мышечные волокна необходимым количеством кислорода и вынужден использовать часть мышечного гликогена для производства анаэробной ("бескислородной") энергии. К сожалению, в ходе анаэробных процессов образуется молочная кислота — продукт распада. Молочная кислота, накапливающаяся в мышцах, ослабляет их, способствует появлению болей, судорог. Вот почему организм способен работать в анаэробном режиме лишь в течение 1 — 2 минут. Если организм не приспособится к физической нагрузке или вы работаете во всю мощь (с ЧСС свыше 80% от максимальной), в мышцах накопится большое количество молочной кислоты, запасы мышечного гликогена будут истощены, что приведет к судорогам мышц и потере координации движений. С другой стороны, если вы работаете в среднем темпе (с ЧСС 60—80% от максимальной), придет в действие аэробный механизм обеспечения энергии, который вначале будет действовать одновременно с анаэробным, а потом организм полностью перестроится на аэробную работу. В течение нескольких первых минут вы будете испытывать чувство дискомфорта, можете сбиться с дыхания, поскольку организм еще не восполнил кислородный долг, образовавшийся за время анаэробной работы. В это время кислород необходим не только для получения энергии, но и для переработки излишков молочной кислоты. Примерно после 10 минут аэробной работы вы почувствуете себя лучше и обретете второе дыхание. (с) Сандра Розенцвейг "Красота - в здоровье" М: "Физкультура и спорт", 1985 (также известная под названием "Фитнес для женщин") Вот почему так важно заниматься не менее получаса.

Серия сообщений "Похудеть":
Часть 1 - Самый лучший способ похудеть
Часть 2 - Борменталь. Этап второй
...
Часть 10 - Пять способов заставить себя продолжать занятия
Часть 11 - Блины =^___^=
Часть 12 - Аэробный и анаэробный обмен веществ
Часть 13 - Какая полезная штука!
Серия сообщений "Упражнения":
Часть 1 - Упражнения против "галифе"
Часть 2 - Красота - в здоровье
Часть 3 - Я узнала о Zumba!
Часть 4 - Пять способов заставить себя продолжать занятия
Часть 5 - Аэробный и анаэробный обмен веществ

Серия сообщений "зДОРОВЬЕ":
Часть 1 - Скраб для кишечника
Часть 2 - Способы быстрого набора энергии и снятие усталости
...
Часть 21 - Лавровый лист выводит из организма соли
Часть 22 - Упражнения для спасения позвоночника
Часть 23 - Аэробный и анаэробный обмен веществ
Часть 24 - Худеем после праздников
Часть 25 - В щелочной среде(Рн 7-8) раковые клетки не живут... Роль соды и щелочей в защите здоровья людей и растений...
...
Часть 44 - Волшебная зубная паста Рецепт
Часть 45 - ЗДОРОВЬЕ ПО-ЯПОНСКИ
Часть 46 - Тибетская гимнастика

Серия сообщений "упражнения для стройности":
Часть 1 - Убираем живот
Часть 2 - Йога для похудения: упражнения.
Часть 3 - Аэробный и анаэробный обмен веществ
Часть 4 - Красивый пресс за 8 минут в день
Часть 5 - КАК СПАСТИ ПОЗВОНОЧНИК
...
Часть 7 - ДЛЯ СЕБЯ, ДЛЯ ЛЮБИМЫХ !!! ПОРА!!!
Часть 8 - Упражнения для похудения живота и боков
Часть 9 - Универсальная зарядка - всего одно упражнение Планка!

liveinternet.ru