Przemiana energii - zapotrzebowanie na energię w organizmie
Z punktu widzenia fizyki
Energia -> praca -> przem. Energii
Zapotrzebowanie na energię w organizmie
W bioenergetyce mamy do czynienia z energią chemiczną i cieplną
Poprzednio energię cieplną wyrażono w kaloriach
Ilość ciepła potrzebna do podgrzania 1 g wody z 14.5
Prawie cała energie podtrzymujaca zycie pochodzi z promieniowania slonecznego ( proces fotosyntezy)
W organizmie praca jest wykonywana dzięki energii zmagazynowanej w węglowodanach, tłuszczach i białkach.
Ciepło spalania niektórych składników odżywczych (kJ/g)
Ciepło spalania jest najniższe ale najmniej wydajne w węglowodanach. Najbardziej wydajny jest olej sojowy.
W bombie palimy wszystko!!!
W organizmie nie zachodzi jednak bezpośrednie spalanie związków organicznych, lecz utlenianie biologiczne stanowiące długi łańcuch transportu elektronów;
Sumaryczny efekt przemian jest jednak taki sam.
Prawo Hessa
Ciepło reakcji chemicznej przebiegającej w stałej obj. Lub pod stałym ciśnieniem nie zależy od tego jaką drogą przebiega reakcja a jednynie od stanu początkowego i końcowego.
Oznacza to że ciepło reakcji nie zależy od tego czy produkty otrzymano z substratów bezpośrednio czy poprzez dowolne etapy pośrednie.
Jeżeli w trakcie reakcji nie występuje praca użyteczna, wówczas ciepło przemiany będzie zależało jedynie do stanu początkowego i końcowego.
Energia wyzwalana w biologicznym utlenianiu związków organicznych nie może być w całości wykorzystywana do wykonania jakiejkolwiek pracy fizjologicznej;
Jedną formą energii stanowiącą siłę napędową procesów fizjologicznych jest energia obecna w ATP utleniający się do ADP.
Podczas biologicznego utleniania zwiazków organicznych tylko częśc zawartej w tych związkach energii ulega zmagazynowaniu w ATP reszta zaś zmienia się w ciepło, które jest produktem odpadowym.
Ten produkt odpoadowy umożliwia jednak zwierzętom stałocieplnym utrzymywanie stałej temperatury ciała nieraz na poziomie znacznie wyższym od temperatury otoczenia.
Wartość energii jaka jest obecna w produkcie jakim jest ATP wynosi 48,1 kJ/mol a podczas całkowitego utlenianiu wydajność wykorzystywania wiązań energetycznych wynosi w wypadku:
- glukozy = 65,0%
- tłuszczów = 63,5%
- kazeiny 35%
Kazeina co to?
Kazeina podpuszczkowa - ułatwia wchłanianie białka z przewodu pokarmowego, ponieważ pokarm pozostaje w nim dłużej. Podpuszczka występuje tylko u osobników młodych, dlatego niektóre źródła podają, że spożycie mleka przez osobniki dorosłe nie dostarcza zbyt wielkiej ilości białka i wapnia, gdyż mleko nie jest w pełni przyswajane przez układ pokarmowy
Kazeina - jest najważniejszym białkiem mleka. Stanowi około ¾ ogólnej ilości białek mleka.
Jest białkiem najbardziej przydatnym jako materiał budulcowy do syntezy hemoglobiny i białek osocza krwi. Po spożyciu mleka kazeina tworzy w żołądku skrzep który jest bardziej podatny na działanie enzymów trawiennych niż np. białka w produktach mięsnych
Jej zawartość w mleku waha się najczęściej w granicach od 2,3% do 2,6%. Kazeina jest fosfoproteiną.
Bilans energii
Schemat bilansu energii zwierząt stałocieplnych
Energia brutto (EB)
Energia niestrawionego pokarmu (EMP) 10 - 30%
Energia strawna:
Energia wydalana w moczu i gazach pp (EWM) 4 - 10%
Energia cieplna (EC) 10 - 30%
Energia odłożono w produktach (EP) 25 - 40%
Energia metaboliczna
- energia cieplna
- energia odłożona w produktach
Inna forma interpretacji graficznej bilansu energii
Ilość energii powstającej podczas spalania białka w bombie kalorycznej jest istotnie większa niż podczas przemiany w organizmie. Brak tej różnicy podczas spalania tłuszczy i węglowodanów.
Białko w organizmie nie ulega pełnemu utlenieniu, a część nieutleniona jest wydalna
Produkty gazowe powstają w czasie przetwarzania chemicznego pokarmu w przewodzie pokarmowym. Podczas fermentacji w żwaczu powstaje metan o cieple spalania = 39,54 kJ/l
Podczas przemiany węglowodanów, tłuszczów i białek tylko część energii zawartej w tych związkach, zostaje zdeponowana w ATP, a reszta zmienia się w ciepło
Syntaza ATP!!!
Jeżeli suma wszystkich strat energii jest mniejsza od ilości energii pobranej przez zwierzę, to różnica zostaje odłożona, a zwana jest energią odłożoną (EP) lub energią produkcji
Za przemianę podstawową zwaną standardowa uznaja sie tempo produikcji ciepla w org, gdy zwierze znajduje sie w:
- całkowitym spokoju psychicznym i fizycznym:
- w stanie na czcze
- w warunlach terminczej neutralności
Aby zwierzę było na czczo inaczej postabsorbcyjnym (tj. Po wchłonięciu treści pokarmowej) trzeba je na pewien czas pozbawić pokarm ale nie wody.
Zwierzęta mięsożerne 12 - 18 godz.
Bydło 2 - 3 dni
Kury, króilki czy szczury 24 godz.
U zwierząt karmionych do woli w warunkach spoczynkowych, produkcja ciepła jest niewielka lecz mimo wszystko o około 20% większa niż u zwierząt będących na czczo.
Wszelkie wysiłki fizyczne zwierząt ponoszone są przez mięśnie.
Wysiłki te zwykle zwie się pracą, która może mieć układ statyczny lub dynamiczny
W zaleznosci od rodzaju i intensywnosci wykonanego wysilku tempo metabolizmu zwierzat zwieksza się w określonym stopniu w stosunku do podstawowego az do osiągnięcia poziomu maksymalnego.
Metabolizm maksymalny - największe tempo metabolizmu w czasie długotrawłego wysiłku fizycznego przebiegającego stale podczas przemiany tlenowej, a więc gdy nie ma miejsca w organizmie gromadzenia się kwasu mlekowego.
Dług tlenowy
Stan fizjologiczny organizmu lub jego narzadu związany z czasowym (zwykle krótkotrwałym) przedstawieniem procesów oddychania komórkowego z tlenowego na beztlenowy;
Po przywróceniu warunków tlenowych część energii zużywana jest na zmetabolizowanie nagromadzonych produktów oddychania beztlenowego i odbudowanie rezerw substratów oddechowych wykorzystywanych w warunkach beztlenowych;
W węższym znaczeniu termin ten oznacza objętość tlenu zużytego na odbydowę warunków fizjologicznych zaburzonych czasowy metabolizmem beztlenowym