Fyziologie živočichů (a člověka) Bi2BP_FYZP, Bi2BP_FYZL III. ročník 1/0/2 Zk, z (SP nebo AV) Zk – písemná, 30 ot. s i bez výběru, různý výsledný počet bodů – min. 60% doc.RNDr. B. Rychnovský, CSc. doc.RNDr. Žákovská, Ph.D. Homeostáza •Úvod: •všechny organismy- společný základ (obdobné látkové složení, podobný průběh zákl. životních pochodů) • •Složení: základní prvky: COHN, základní látky: cukry, lipidy, bílkoviny – zdroj E •Vývoj organismů: jednoduché formy v mořském prostředí (stálé fyz. chem. vlastnosti, rozpouštěcí schopnost, t), výhody: stálá t, živný roztok, odpady •Vývoj buněčné plasmatické membrány- výběr látek- vlastní životní prostředí. •Další vývoj – více buněk – větší složitosti, koordinace, specializace • •Vícebuněční: stálé vnitřní (intracel.)prostředí, vnější (extracel.)prostředí •S vyšší fylogenezí- posun ve prospěch intracel. Tekutiny, vzrůst tělesných rozměrů – delší dráha k vnitřním orgánům (difuzní pochody pomalé). Vývoj specializovaných orgánů • • •Činnost zabezpečována odlišnými biochemickými vlastnostmi buněk orgánů za účelem homeostázy – zajištění stálého vnitřního prostředí organismu •JEDNOBUNĚČNÍ - REGULAČNÍ POCHODY UVNITŘ BUŇKY •MNOHOBUNĚČNÍ – REGULAČNÍ MECHANISMY, MOŽNOST PŘENOSU INFORMACÍ (HORMONY, NERVY IMUNITA) • •Základní vlastnost živé hmoty – potřeba energie •Energetika živočichů •Získávání: tvorba a využití stávající organické hmoty: podobná u jedno- i mnohobuněčných org. 1.enzymatický rozklad organických látek 2.anaerobní i aerobní odbourávání látek •3. systém odbourávání a uchování energie formou energeticky bohatých vazeb nukleotidů • Homeostáza organismu Všechny životní děje – neustálá přeměna energie Dvoustupňová cesta (katabolismus x anabolismus): a) energie z živin, transport glukózy převod do→ ATP jen v buňkách (neprojde membránou) b) štěpení ATP → uvolnění energie (vlastní metabolismus) V těle i jiné formy E, mimo tělo jen t Odpad: ztrátové teplo (využito jen 25% substrátu) Různé přeměny E: Různé přeměny E: Chemická - glykogen, tuky v zásobách, sekrety (mléko, exkrety) rozklad na ATP Mechanická (améboidní pohyb, ičinkatý, řasinkový, svalová práce) Osmotická - spojená s aktivním transportem Elektrická – při propustnosti membrán, šíření vzruchu, orientace, lov Světelná – u světélkujících org. Výsledek všech přeměn – teplo Řízení látkové přeměny- nelze samovolně spalovat jakékoliv mn. živin – vyčerpání, zvýšení t Řízení látkové přeměny – primitivnější: teplota prostředí – poikilotermové (exotermové) pokročilejší: neurohumorálně – homoiotermové (endotermové) – využití ztrátového tepla s energetickými vklady navíc Klidový stav – určitá potřeba energie 1. V buňkách na udržení stálého iontového složení, resyntéza opotřebovaných bílkovin 2. V orgánech (stahy srdce, dýchací pohyby atd, rozdíly mezi orgány) největší podíl na celkovém metabolismu, čl. 32% metabolismu na jednotku hmotnosti (rysa 64, pes 37) Bazální metabolismus (klid, termoneutrální zóna, postabsorpční stav) Standardní m. (homoiotermové) Velikost BM (BMR): muži 7200 kJ ženy 6500 kJ (ideál) – individuální rozdílnost – vzorce (vlivy věku, tělesné stavby, stupněm aktivity, stravováním aj.). BMI body mas index Relativní BM je nepřímo úměrný hmotnosti (velikosti povrchu) Klidový standardní metabolismus (poikilotermové) – nižší velikost met. na jednotku hmotnosti, zvýš. t o 10ºC–zvýš. metabolismu 2-3x Zvýšení tepelné produkce homoiotermů: málo setrvávají v klidu (spánek) - práce (až 20-krát vyšší – trénovaní jedinci) - při snížené teplotě okolí až 4krát více (metabolický kvocient 3 – 6) - požití bílkovin – zvýšení metabolismu až o 30 % (teplotvorný /specificko-dynamický/ účinek potravy, sacharidy a tuky pouze 5 – 10 %) - horečka – zvýšení teploty o 1 oC – o 14 % vyšší produkce tepla - gravidita a laktace – 30 % Intenzivní sval. práce bez dodání dostatečného mn. O2 – práce svalů v anaerobním prostředí- glykolýza (využití jen sacharidů), neúplné štěpení glc na kys. mléčnou. Konec sval práce- zotavovací fáze- vyšší spotřeba O2 ( od oxidace kys. mléčné po resyntézu glykogenu) Dočasní anaerobionti- vodní bahenní nižší živočichové Trvalí a.- parazitičtí červi (tvorba dalších kyselin, CO2 atd) Pronikavé snížení velikosti metabolismu (dormance) Diapauza fyziologická ¼,1/10 Hibernace pravá nepravá 1/100 Kviescence- při změně okolních podm. Estivace - poušť Stálost vnitř. prostředí Extra (15l) a intracelulární (30l) prostředí člověka Tkáňový mok (12l), plasma (3l), buněčné membrány oddělují – nejednotnost složení Složení: intracel. – bez Na+,Cl¯, nadbytek K, Ca, Mg, bílkovin, fosfátů, Extracel. Nadbytek Na, Cl Výměna mezi nimi pasivními, aktivními mechanismy Pasivní transport – bez E, difuzí, oba směry a) tlakový, b) elektrochemický (koncentrační, elektrostatický, pH) c) teplotní Aktivní transport i proti konc. spádu za účasti přenašeče (bílkovina enzymatického charakteru, E) Pinocytóza – váček pro velké molekuly, vchlípení membrány Výživa Heterotrofie - nejsou schopny samy vytvářet organické látky z anorganických, metatrofie Monofágové- jediný druh potravy, oligofágie, polyfagie Herbivorové, carnivorové, omnivorové Příjem sacharidy (55%), bílkoviny (15%), lipidy (30%) živočich nedovede využít všechnu potravu- balastní látky, nedokáže zpracovat – výkaly. Rozdíly ve využití (celulóza, vosky skleroproteiny) Využitelnost cukrů (98%), lipidů (98%), bílkovin (92%) Zastupování živin – princip izodynamie živin- nelze zcela nahradit energ zdroje Dělení živočichů podle typu přijímané potravy (B + T +C) (všežravci: 15 + 30 + 55 % = 100 + 100 + 180 g) Masožravci, býložravci – zvláštnosti) Využitelnost živin Princip izodynamie živin (vzájemné zastupování živin) –Minimální mn. a typy potravin: 10% cukrů – při nedostatku - poruchy intermediárního metabolismu, – esenciální MK (kys. arachidonová, linolová, linolenová) (20 – 30 mg pro krysu, pro člověka 3 – 5 g) – esenciální aminokyseliny (6 – 12 g) – arginin, izoleucin, leucin, lyzin, metionin, treonin, tryptofan, tyrozin, valin Bílkoviny Savčí se neukládají jako zásobu. Doplnění a nahrazení rozpadlých při životních pochodech (srst, odírání poikožky, sliznice, vyměšování N exkrementů) Látková bilance – jaké množství určité živiny je přijato z potravy do těla, přeměněno, vyloučeno (sledování změn v přeměně N – 16 % hmotnosti bílkovin). Bílkovinné optimum – 1 g bílkovin na 1 kg hmotnosti (< 1/3 živočišných) Bílkovinné bilanční minimum – 20 – 30 g denně pro Evropany, dusíková rovnováha Hodnotnější živočišné - (stravitelnost 85-98%), rostlinné (80%) Biologická hodnota bílkovin – tím větší, čím méně je potřebné k naplnění bil. minima. Bílkovinná malnutrice (nedostatečnost) Potřeba aminokyselin: - syntéza peptidů a bílkovin v těle - možný zdroj energie Zastoupení bílkovin v těle: do 20 % hmotnosti Zastoupení sacharidů v těle: do 1 % hmotnosti (glykogenová rezerva asi 300 g, glykémie – normální koncentrace glukózy v krvi: 1 g na 1 l krve) Zastoupení lipidů: 13 % hmotnosti těla Mastné kyseliny a imunitní systém Mastné kyseliny dělíme na tři základní kategorie: · nasycené mastné kyseliny (NMK neboli angl. SFA) · mononenasycené mastné kyseliny (MNMK neboli angl. MUFA) · polynenasycené mastné kyseliny (PNMK neboli angl. PUFA) Nenasycené dle místa dvojné vazby: 1. omega – 9 (neesenciální, vycházení z kyseliny olejové) a 2. esenciální omega –3, 6 esenciální omega – 6 (jsou odvozené od linolové kyseliny, zahrnují kyselinu arachidonovou) Omega-3 nenasycené mastné kyseliny (odvozené od linolenové kyseliny a zahrnuje aktivní eikosapentaenovou kyselinu EPA). Většina přírodních nenasycených mastných kyselin se vyskytuje v konfiguraci cis. Trans izomery (transmastné kyseliny nebo TRANS) se vyskytují hlavně ve ztužených tucích a ve velmi malém množství v tuku přežvýkavců. Cis-mononenasycené kyseliny zrychlují odbouráváni lipoproteinů, snižují tak hladinu cholesterolu v krvi a regulují (LDL a HDL). Naproti tomu transmastné kyseliny prokazatelně hladinu cholesterolu zvyšují a zvyšují tak riziko aterosklerózy. V oblasti doplňků stravy se nejčastěji setkáváme s nenasycenými mastnými kyselinami známými pod označením omega 3. Esenciální (polynenasycené) mastné kyseliny jsou důležité pro růst, rozmnožování, funkci mozku, očí Jsou podstatnou součástí buněčných membrán, které jsou nezbytné pro růst, vývoj a funkce imunitních buněk. Umožňují systézu látek s imunitními vlastnostmi eikosanoidů (leukotrieny a prostaglandiny, tromoxany), ovlivňují genové regulace a jsou vnitrobuněčné signalizační molekuly vitam přehl Vitamíny – látky, které si organismus nedovede syntetizovat. Malá množství. Součást enzymů, provitamíny. Rozpustné v tucích (A D E K F), ve vodě (B C PP H) vitam přehl Minerální látky Makroelementy – Ca P Na K Mikroelementy (stopové) – I Co Fe Cu Mn Zn Změny v potřebě živin během života (růst, těhotenství a kojení), práce, podnebí Racionální výživa (versus „zdravá v.“ – subjektivní) Shrnutí: Cukry Lipidy Bílkoviny Vitaminy Voda, minerální látky (včetně stopových) Vláknina (nestravitelné zbytky) Výživa s rozumem – člověk všežravec. Nebezpečí (skryté) reklamy, nabídkou, přístupem (slevy), složení. Rizika potlačování fyziologických mechanismů (proces trávení versus výkonnost), pocit nasycení, volumostatický efekt potravy – čokoláda versus zelenina). Poruchy příjmu potravy (anorexie, bulimie, ortorexie – posedlost zdravou výživou)