Sinh học tế bào ( phần 19 ) Đại cương về trao đổi chất 1. Khái niệm chung : 1.1. Định nghĩa về quá trình trao đổi vật chất Mọi sinh vật đều tồn tại trong môi trường bao quanh nó. Từ môi trường này, có thể sinh vật sẽ thu nhận các nguyên liệu cần thiết để sinh trưởng và phát triển, đồng thời thải ra môi trường những chất cặn bã không cần thiết cho cơ thể. Quá trình thu và thải đó gọi là quá trình trao đổi vật chất giữa cơ thể sinh vật và ngoại cảnh. Quá trình trao đổi vật chất diễn ra không ngừng, từ lúc là một hợp tử đến lúc chết. Triết học Macxit đã lấy trao đổi vật chất làm quan điểm cơ bản để đánh giá sự sống. Chính vì thế mà ăng-ghen trong tác phẩm "Phép biện chứng tự nhiệm đã viết: "Sự sống là phương thức tồn tại của những thể protein với đặc điểm chủ yếu là quá trình trao đổi vật chất liên tục với ngoại cảnh xung quanh. Một khi quá trình trao đổi đó ngừng thì sự sống cũng ngừng và điều này dẫn tới trạng thái tan rã của những thể protein". Quá trình trao đổi vật chất ở thế giới vô sinh: Đây là quá trình dẫn tới trạng thái tan rã phân huỷ các vật thể vô cơ. Ví dụ: Đá bị phong hoá thành cát. Sắ bị oxy hóa ngoài không khí thành gỉ sắt : Fe + O2 → Fe2O3 Cây lá bị mục nát - Quá trình trao đổi vật chất ở cơ thể sống: Trái lại với quá trình trao đổi chất ở thế giới vô sinh, quá trình trao đổi chất ở thế giới sinh vật là làm nền móng cho sự duy trì phát triển giống loài. Đấy là một quá trình phức tạp, một quá trình có chọn lọc và cải biên các yếu tố ngoại cảnh. Sự trao đổi vật chất ở cơ thể sống bao gồm hai quá trình: đồng hoá và dị hoá. Đó là 2 quá trình mâu thuẫn nhau nhưng lại thống nhất với nhau. 1.1.1. Quá trình đồng hoá (assimalative process) Sự đồng hoá là sự cải biến các chất đã hấp thu và sự sử dụng các chất đó để tổng hợp nên các cấu trúc của tế bào và các nguyên liệu dự trữ. Ở đây cơ thể sinh vật lấy các chất protein, lipid, glucid từ môi trường bên ngoài (có tính đặc hiệu riêng của từng loài) qua quá trình tiêu hoá biến thành các phân tử đơn giản dễ hấp thu như acid amin, acid béo, các đường o se (không có tính đặc hiệu). Các đơn phân tử này sẽ được hấp thu và đem tới mô bào tổng hợp thành các chất protein, lipid, glucid đặc hiệu riêng cho từng cơ thể. Quá trình đó diễn ra như sau: 1.1.2. Quá trình dị hoá (Elimination) Đó là quá trình phân giải các chất đã có sẵn hoặc đưa vào từ thức ăn như protein, lipid, glucid thành những chất đơn giản dần về cấu trúc, nghèo dần về dự trữ năng lượng tự do và cuối cùng thành những chất phế phẩm, những chất cặn bã không cần thiết cho cơ thể và bị thải ra bên ngoài theo con đường nước tiểu, phân, mồ hôi hay hơi thở. Như vậy, đồng hóa và dị hoá là hai quá trình tiến hành ngay trong nội bộ cơ thể, nó là mối mâu thuẫn thống nhất của sự trao đổi vật chất. Hai quá trình đó tiến hành song song, trái ngược nhau nhưng hỗ trợ lẫn nhau. Thật vậy, quá trình đồng hoá tao ra một thành phần của cơ thể trong đó có những enzym xúc tác. Có những enzym này thì những phản ứng phân giải của quá trình dị hoá mới tiến hành được, nhưng mọi phản ứng tổng hợp ở cơ thể đều cần đến năng lượng, mà số năng lượng này chỉ có thể do quá trình dị hoá cung cấp. Mối mâu thuẫn thống nhất giữa đồng hoá và dị hoá chính là động cơ thúc đẩy sự phát triển mọi sinh vật. Ở động vật non, mô bào phát triển mạnh, ta thấy quá trình đồng hoá chiếm ưu thế và ngược lại. Ở gia súc cũng như ở người sự trao đổi vật chất gồm 3 giai đoạn: - Giai đoạn thứ nhất (tiêu hoá): Phân giải thức ăn ở đường hoá đến các chất có thể hấp thu được: acid amin, đường, acid béo. - Giai đoạn thứ hai (hấp thu): Bước chuyển hoá trung gian. - Giai đoạn thứ ba: Tổng hợp và bài tiết cặn bã. 2. Nội đung của quá trình trao đổi vật chất Nội dung của quá trình trao đổi vật chất là thay cũ đổi mới. Để hiểu được nội dung này ta xét 2 vấn đề: Vấn đề tạo hình. - Vấn đề năng lượng. 2.1. Vấn đề tạo hình Tạo hình là quá trình tổng hợp nên các chất có hoạt tính sinh học cao và các chất để xây dựng mô bào. Quan trọng nhất là tổng hợp nên hệ thống protein - enzym. Quá trình tổng hợp protein qua nhiều giai đoạn phức tạp và mang tính chất đặc trưng rõ rệt cho từng sinh vật. 2.2. Vấn đề năng lượng Tất cả các hoạt động sống của cơ thể cần năng lượng. Năng lượng sinh vật có nhiều dạng khác nhau: - Cơ năng của các hoạt động bắp thịt. - Hoá năng của các phản ứng tổng hợp và phân giải. - Điện năng của các hoạt động thần linh. - Năng lượng thẩm thấu của các quá trình hấp thu và bài tiết. Nguồn năng lượng của sự sống được lấy từ ánh sáng mặt trời nhờ diệp lục của cây xanh (quá trình quang hợp). Ở trong cơ thể, thông qua các quá trình oxy hoá các chất hữu cơ: protein, lipid, glucid năng lượng được giải phóng và chúng được tích luỹ vào các chất mang năng lượng. Chất mang năng lượng quan trọng nhất và phổ biến nhất là ATP (Adenosin triphosphat). Ngoài ra còn có một số chất mang năng lượng khác như Creatin Phosphat (CP), Arginin-phosphat (ở một số loài nhuyễn thể). Năng lượng được dự trữ trong những mạch cao năng lượng, những mạch đó dễ dàng đứt ra để giải phóng năng lượng cung cấp cho hoạt động sống. Để nhận xét về cường độ trao đổi vật chất của cơ thể động vật và năng lượng giải phóng ra, người ta thường đo nhiệt lượng của cơ thể toả ra trong một quãng thời gian. Dụng cụ đo là buồng nhiệt kế. Ngoài ra còn có cách đo gián tiếp lượng oxy thu vào và lượng CO2 thải ra trong một quãng thời gian. 3. Năng lượng dùng vào các hoạt động sống 3.1. Năng lượng trao đổi cơ bản Là số năng lượng tính bằng Kilocalo (Kem) cần thiết cho cơ thể động vật trong điều kiện nhất định sau: - Cơ thể ở trạng thái yên tĩnh tương đối. - Không có thức ăn ở đường tiêu hoá (cách xa bữa ăn cuối cùng ít nhất là 12 - 18 giờ). - Nhiệt độ môi trường tối thích hợp 1 8 - 20 0 C. Đối Với người năng lượng trao đổi cơ bản là: 1 .500 - 1 .700 Kcal/ngày Bò đực 15.000 Kcayngày Ngựa 18.000 Kcallngày Cừu đực 2.800 Kcayngày. Con số này không cố định mà thay đổi theo nhiều yếu tố như: tuổi, giống, giới tính, nhiệt độ không khí, áp suất, hoạt động của hệ thống nội tiết 3.2. Thương sống hấp (hay còn gọi là hệ sống hấp) RQ Hệ số hô hấp (RQ) là hệ số giữa thán khí (CO2) thở ra và o2 thu Vào Cơ thể trong một thời gian qua đường hô hấp : RQ = CO2/O2 Thương số hô hấp khác nhau phụ thuộc vào chất hữu cơ được đem oxy hoá và cường độ oxy hoá của chất ấy. Đối với glucid RQ = 1 vì ta thấy: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6 H 2 O Vậy : RQ = 6CO 2 /6O 2 =1 - Đối với lipit : Ví dụ : Mỡ trioleic : C 57 H 104 O 6 + 80O 2 → 57CO 2 + 52H 2 O RQ = 57CO 2 /80O 2 =0,71 - Đối với protein: RQ = 0,8. 4. Sự chuyển hoá trung gian của vật chất và các phương pháp nghiên cứu sự chuyển hoá trung gian 4.1. Mục đích của sự nghiên cứu chuyển hoá trung gian Nhiệm vụ của các cán bộ chăn nuôi thú y là nuôi dưỡng đàn gia súc để tạo nhiều sản phẩm cho xã hội, phát hiện sớm được bệnh tật và phòng trị. Muốn làm tết được nhiệm vụ trên các cán bộ chăn nuôi thú y phải nắm vững được các phản ứng hoá học xảy ra trong cơ thể. Nếu cơ thể bị rối loạn một giai đoạn nào đó của quá trình chuyển hoá trung gian vật chất, nó sẽ là nguyên nhân của một căn bệnh. Ví dụ: Insulin cần cho giai đoạn đầu của chuyển hoá glucose, tuyến tụy hỏng insuhn bài tiết kém sẽ gây ra bệnh đái đường và kèm theo một số triệu chứng sinh hoá cụ thể. Càng nắm được chuyển hoá trung gian, khả năng cán bộ chăn nuôi thú y (nhất là thú y) càng được nâng cao công tác phòng trị và pha chế thuốc có hiệu quả cao hơn. 4.2. Các phương pháp nghiên cứu Cơ thể sống của sinh vật, đặc biệt là cơ thể con người và các động vật quý hiếm không phải là nơi để ta có thể thực hiện các thí nghiệm mổ xẻ một cách thô bạo. Cho nên việc nghiên cứu sự chuyển hoá trung gian của vật chất ở cơ thể sống là rất khó khăn. Hiện nay người ta thường dùng 3 phương pháp để nghiên cứu chuyển hoá trung gian của vật chất. * Phương pháp lát cắt và chiết xuất Muốn biết hoạt động trao đổi chất của một loại mô bào hoặc một cơ quan nào đó người ta dùng những lát cắt mỏng mô tươi nuôi trong những điều kiện thích hợp hoặc dùng hẳn cả cơ quan đó phân lập khỏi cơ thể ngâm vào nước sinh lý. Ví dụ: Cắt gan nuôi cấy trong dung dịch đặc biệt theo dõi sự tổng hợp urê, tổng hợp enzym và chiết xuất enzym đã được tổng hợp rồi theo dõi sự hoạt động của nó. * Phương pháp nghiên cứu sản phẩm cuối cùng Trong quá trình trao đổi vật chất đều tạo ra sản phẩm đặc trưng và cuối cùng được bài tiết ra ngoài. Vì vậy định lượng, định tính các sản phẩm cuối cùng trong nước tiểu, mồ hôi, hơi thở, phân giúp ta hiểu được các quá trình chuyển hoá vật chất trong cơ thể. * Phương pháp dùng các đồng vị phóng xạ (Phương pháp nguyên tử đánh dấu) Chất đồng vị phóng xạ là chất cùng proton và điện tử, nhưng nguồn khác nhau. Nhiều chất đồng vị đã được dùng rộng rãi trong lĩnh vực sinh hoá học và đã đem lại những thành tựu rực rỡ như: Deuterium (Đ), Nitơ nặng (N 15 ), carbon nặng (C 13 ), Phospho (P 32 ), Lưu huỳnh (S 35 ), mớ (I 131 ), sắt (Fe 59 ) Ưu điểm của phương pháp nguyên tử đánh dấu chính là ở chỗ nó cho phép ta hiểu các quá trình hoá học của cơ thể động vật mà không cần gây những rối loạn sinh lý cho chúng. . Sinh học tế bào ( phần 19 ) Đại cương về trao đổi chất 1. Khái niệm chung : 1.1. Định nghĩa về quá trình trao đổi vật chất Mọi sinh vật đều tồn tại trong môi. lĩnh vực sinh hoá học và đã đem lại những thành tựu rực rỡ như: Deuterium ( ), Nitơ nặng (N 15 ), carbon nặng (C 13 ), Phospho (P 32 ), Lưu huỳnh (S 35 ), mớ (I 131 ), sắt (Fe 59 ) Ưu điểm. Cây lá bị mục nát - Quá trình trao đổi vật chất ở cơ thể sống: Trái lại với quá trình trao đổi chất ở thế giới vô sinh, quá trình trao đổi chất ở thế giới sinh vật là làm nền móng cho sự