Ocena brak

Pokarm i źródła energii

Autor /Trek Dodano /31.01.2012

Wszystkie organizmy potrzebują energii, która podtrzymuje ich życie. Energię tę wykorzystują organizmy w podstawowych procesach życiowych Jak wzrost i rozmnażanie, a takie w ruchu: biegu, skokach i locie.
Ludzie mają skłonność uważać energię za czynnik nieodłącznie związany z ruchem. Jednak nawet najbardziej nieruchomy orga­nizm pobiera, magazynuje i wykorzystuje energię. Roślina zielona pochłania energię z promieni sło­necznych, a zwierzę pobierają w formie pokarmu.
Cała energia - jednakowo roślinna, czy zwie­rzęca - pierwotnie pochodzi od Słońca. Jest ono olbrzymim reaktorem jądrowym, który wytwarza stale energię podczas syntezy jądrowej wodoru w hel. Na Ziemi rozwinęły się żywe organizmy, zdolne do pochłaniania energii słonecznej i wyko­rzystywania jej do własnych potrzeb.
Rośliny zielone mogą pochłaniać energię sło­neczną w sposób bezpośredni, gdyż mają wykształ­cone specjalne struktury wychwytujące promienie świetlne i umożliwiające zamianę energii świetl­nej w energię związków chemicznych. Inne orga­nizmy nie są zdolne do tego, więc korzystają z ener­gii świetlnej pośrednio, zużytkowując energię związków chemicznych wytworzonych przez rośli­ny zielone. Niektóre organizmy, na przykład grzy­by, są pasożytami roślin i żyją kosztem energii żywiciela, inne takie jak zwierzęta roślinożerne, zjadają rośliny i uzyskują w ten sposób energię na własne potrzeby. Część zwierząt zjada tylko rośli­ny, a część żywi się tkankami innych zwierząt, jed­nak wszystkie one są uzależnione pośrednio lub bezpośrednio od energii słonecznej, którą prze­twarzają rośliny.

Energia roślin.
Zielona roślina jest jakby chemiczną fabryką zasi­laną przez promienie słoneczne. Gromadzi ona ze środowiska proste związki chemiczne i przekształca je w bardziej złożone substancje, takie jak węglo­wodany, białka i tłuszcze - substancje chemiczne, w których jest zmagazynowana energia i które są materiałem budulcowym komórek roślinnych.
Roślina może być uprawiana na czystym podło­żu z piasku, pod warunkiem wszakże, że będzie miała dostęp do światła i że będzie zaopatrywana w kilka zasadniczych dla niej substancji chemicz­nych - głównie azotanów, fosforanów, soli potasu (główny składnik wszelkich sztucznych użyźnia-czy nawozów), oprócz tego w tlen i wodór w for­mie wody, a z powietrza w tlen gazowy i dwutle­nek węgla.
Zielony chlorofil w komórkach roślinnych pochłania energię promieni świetlnych i wykorzy­stuje ją na zamianę węgla, wodoru i tlenu w węglo­wodany, takie jak celuloza - twardy, włóknisty ma­teriał otaczający każdą komórkę roślinną - i bogatą w energię skrobię oraz cukry proste. Roślina może łączyć te związki z azotanami, fosforanami i sola­mi potasu pobranymi z gleby i w ten sposób two­rzyć białka. Typowa roślina zielona pochłania z gleby tylko proste związki mineralne - substan­cje, które znalazły się tam w wyniku procesów gnil­nych lub są produktem rozkładu innych substan­cji . Z nich między innymi tworzy swe tkanki i przy ich udziale wytwarza sobie pokarm, który następ­nie spala, w celu pozyskania energii koniecznej do życia; jest więc organizmem samożywnym. W przeciwieństwie do roślin zwierzęta nie są samo-żywne. Są one cudzożywne, to znaczy, że wyko­rzystują jako pokarm już w pełni zsyntetyzowane związki organiczne, które rozkładają w miarę potrzeby w swoich układach pokarmowych.

Pokarmy zwierząt.
Zwierzę ma szczęście, jeśli może zjeść pokarm, którego skład jest precyzyjnie dopasowany do jego potrzeb. Młode ssaki są w takiej komfortowej sytu­acji, kiedy piją mleko matki. Karmiące samice ssa­ków już takiej wygody nie mają, gdyż muszą wy­tworzyć najlepsze mleko z pokarmu, który jest daleki od ideału.
Dla przykładu mały koala pije mleko, które zawiera wszystkie pierwiastki, których ssak potrzebuje, a których proporcje w mleku są idealnie skomponowane. Są one tam też w takiej formie, która może być z łatwością przyswajana przez jego organizm. Ta zaleta mleka jest jednym z głównych powodów sukcesu ewolucyjnego ssaków: rozwi­jające się młode nie musi tracić energii na trawie­nie bardziej złożonego pokarmu.
Z drugiej strony dorosły koala żywi się prawie wyłącznie liśćmi eukaliptusów, które dla więk­szości innych zwierząt są niejadalne, gdyż zawie­rają toksyczne olejki. Głównym węglowodanem w tych liściach jest zdrewniała, włóknista celulo­za, a ich tłuszcze i białka występują w formie, która nie może być bezpośrednio wykorzystana przez zwierzę. W rezultacie dorosły koala musi stracić dużo energii na zobojętnienie toksycznych związ­ków, rozdrobnienie celulozy otaczającej komórki roślinne i rozbicie na mniejsze złożonych cząste­czek związków wchodzących w skład soku komór­kowego. Później z nich tworzy nowe substancje, które budują jego tkanki i które dostarczają mu energii. Bardzo podobne problemy ma każde inne zwierzę roślinożerne. Dieta mięsożerców ma dużo większą wartość odżywczą, jednak i te zwierzęta muszą rozbijać stosunkowo duże cząsteczki pokar­mowe na mniejsze.

Trawienie.
U bardzo prostego zwierzęcia, jakim jest na przy­kład meduza krążkopława, do trawienia dochodzi wewnątrz komórek, które budują jego ciało. U zwierząt o bardziej skomplikowanej budowie proces trawienia odbywa się w specjalnie do tego przystosowanym przewodzie - jelicie, z którego produkty trawienia przechodzą następnie do komó­rek ciała po to, aby tam zostały przekształcone do bardziej użytecznej postaci.
Sam proces chemiczny jest kontrolowany przez katalizatory: specjalne substancje, które pobudzają zajście reakcji, ale nie biorą w niej udziału. Katali­zator działa raczej jak narzędzie, dzięki budowie i pewnym cechom jest przystosowane do wykona­nia określonego zadania: zmienia jedną rzecz w drugą, ale samo się nie zmienia; w rezultacie ka­talizator może być użyty wiele razy.
Katalizatory zaangażowane w przebieg reakcji biochemicznych są nazywane enzymami. Są trzy główne grupy enzymów trawiennych: glikozydazy, które rozkładają węglowodany; esterazy, które działają na tłuszcze; i peptydazy, rozbijające czą­steczki białek. Jest wiele różnych typów glikozydaz, gdyż każdy z nich działa w sposób specyficz­ny na jeden lub dwa rodzaje węglowodanów. Większość zwierząt może wydzielać tylko ograni­czoną liczbę enzymów; ludzie, na przykład, są do­brze wyposażeni w enzymy rozkładające skrobię na cukry prostsze, takie jak glukoza, ale nie posiada­ją enzymów koniecznych do trawienia celulozy -włóknistego cukrowca będącego budulcem ścia­nek komórek roślinnych. W rezultacie celuloza przechodzi przez ludzkie jelito niestrawiona - to wyjaśnia, dlaczego dieta o dużej zawartości celu­lozy, zwanej także błonnikiem, jest tak dobra dla ludzi, którzy chcą stracić na wadze.
W przeciwieństwie do glikozydaz, każda esteraza jest zdolna do rozbicia wielu tłuszczy; zwie­rzę potrzebuje stosunkowo niewielu typów este­raz. To wyjaśnia, dlaczego tłuszcze są tak łatwo wchłaniane przez ciało. Enzymy rozkładające biał­ka są bardziej specyficzne, ale nie aż tak, jak glikozydazy. Są nazywane peptydazami, gdyż działają na wiązania peptydowe łączące aminokwasy w czą­steczkach białek. Dlatego produktem trawienia czą­steczki białka są najczęściej pojedyncze amino­kwasy, z których jak z cegiełek, łącząc je w inne kombinacje, zwierzę utworzy własne białka.

Metabolizm
Podczas trawienia tłuszcze, węglowodany i białka rozkładane są na mniejsze cząsteczki, które mogą być wchłonięte przez ciało zwierzęcia. U ssaków, na przykład, produkty trawienia przechodzą do krwi przez ściany jelita, które jest bardzo długie i ma liczne fałdy oraz kosmki zwiększające po­wierzchnię chłonną. Krew rozprowadza je następ­nie do wszystkich komórek ciała.
Małe cząsteczki strawionego pokarmu prze­chodzą przez błony komórkowe do wnętrza komó­rek, gdzie ma miejsce ich dalsza obróbka przy udziale enzymów. Glukoza w obecności tlenu jest tam „spalana" i wytwarza się w ten sposób ener­gia. Zasada, na której opiera się ten proces jest po­dobna do spalania benzyny w silniku samochodu. Ten proces uzyskania energii z cukru jest jedną z wielu podobnych reakcji zachodzących w orga­nizmie, które ogólnie nazywany metabolizmem.
Wyprodukowana energia może być wykorzy­stana w sposób bezpośredni przez komórkę, ale ponieważ dochodząca ilość glukozy i tlenu może nie utrzymywać się na stałym poziomie, komórka magazynuje energię, wytwarzając substancję zwaną adenozynotrójfosforanem, czyli ATP. Każda czą­steczka ATP jest jakby baterią podłączoną do elek­trycznego generatora, która pochłania energię, kiedy jest ona produkowana i uwalnia ją w kon­trolowany sposób, kiedy zachodzi potrzeba.
Dla wykonywania czynności nie wymagających wysiłku proces spalania glukozy tlenem jest wy­starczający i może funkcjonować tak długo, jak jest wystarczająco dużo glukozy i tlenu. Na pro­cesie tym oparte jest funkcjonowanie organizmu w sportach o charakterze wytrzymałościowym. Na przykład maratończyk, gdy biegnie, oddycha głę­boko i regularnie po to, aby utrzymać ciągły i wy­starczający dopływ tlenu do swoich mięśni.
Sprinter natomiast korzysta raczej z obecności innego systemu. Przed strzałem startera, kiedy poziom aktywności fizycznej ciała jest niski, więk­szość wyprodukowanej energii jest zmagazynowana w komórkach mięśniowych pod postacią ATP. Ale kiedy sprinter biegnie i zanim wykona ostatni krok, przekraczając linię mety, wykorzystu­je energię w sposób o wiele bardziej intensywny niż maratończyk i dużo szybciej, niż mógłby ją uzyskać z procesu „tlenowego"; „baterie" sprinte­ra są więc pod koniec biegu wyczerpywane. ATP rozpada się w niesamowicie szybkim tempie i uwalnia energię, a ponieważ ten proces nie wyma­ga obecności tlenu, lekkoatleta prawie nie musi oddychać podczas sprinterskiego biegu.
Jest jednak druga strona medalu. Wyczerpawszy swoje „baterie" sprinter musi je znowu „nałado­wać". Z tego powodu będzie on ciężko oddychał pod koniec sprintu, gdyż w ten sposób tlen jest wciągany do organizmu, aby przywrócić równo­wagę w komórkach mięśniowych. W tym samym czasie w mięśniach sprintera znajduje się dużo kwasu mlekowego - produktu ubocznego uwal­niania energii z ATP, co wywołuje uczucie zmę­czenia. Tak więc beztlenowy metabolizm nie może trwać dłużej niż kilka minut: występuje on tylko w chwilach zwiększonego wysiłku fizycznego, kiedy jest nagłe zapotrzebowanie na duże ilości energii i jest całkowicie niepotrzebny dla wyko­nywania jakiejkolwiek czynności wymagającej sta­łej, ciągle dopływającej energii.

Zwierzęta wykorzystują jeden z przedstawio­nych sposobów wyzwalania energii dla swoich potrzeb. Na przykład rybitwy popielate, odbywają­ce dwukrotnie w ciągu roku sezonowe, długody­stansowe wędrówki z jednego bieguna Ziemi na drugi, polegają raczej na sile swych płuc i tleno­wym sposobie, dzięki któremu zapewniają swym mięśniom stały dopływ energii.
W przeciwieństwie do nich gepardy są sprinte­rami: mogą one ścigać swe ofiary, biegnąc z pręd­kością nawet do 96 km/h, jednak po 20 sekundach biegu muszą się poddać. Po prostu wyczerpawszy swoje rezerwy ATP, nie są w stanie biec dalej.
Każdy z tych dwóch sposobów wytwarzania energii energii zachodzi w obrębie różnych typów włókien mięśniowych. Metabolizm tlenowy ma miejsce we włóknach kurczących się powoli, a włókna kurczą­ce się szybko uzyskują energię z procesów beztle­nowych. Obydwa typy włókien mięśniowych mogą występować w tym samym mięśniu, ale ich pro­porcje ilościowe różnią się, w zależności od rodza­ju czynności wykonywanych przez mięsień. Mięś­nie długodystansowców zawierają więcej włókien wolno kurczących się, a w mięśniach szybkobiega­czy jest przewaga włókien szybko kurczących się.
U niektórych zwierząt te różnice są wyraźnie zaznaczone. Ryba taka jak makrela musi przez całe
swoje życie pływać, gdyż jedynie w ten sposób może zapewnić ciągły przepływ natlenowanej wody przez swoje skrzela. Potrzebuje do tego włó­kien mięśniowych wolno kurczących się. Musi posiadać także włókna szybko kurczące się, aby móc nagle przyspieszyć w celu złapania ofiary lub ucieczki przed drapieżnikiem.
Dwa typy włókien są wykształcone w różnych grupach mięśni ułożonych wzdłuż boków ciała. W wielkich blokach mięśni białych znajdują się włókna szybkie, które kurczą się dzięki energii pochodzącej z ATP, a w mięśniach czerwonych występują wyłącznie włókna powolne, uzyskujące energię z procesów tlenowych. Czerwony kolor mięśni ma związek z występowaniem w nich licz­nych drobniutkich naczyń krwionośnych, przez które dociera do nich glukoza i tlen. Mięśnie tego rodzaju nigdy się nie męczą i są dobrodziejstwem na przykład dla makreli.
Ten sam rodzaj mięśni odgrywa istotną rolę dla wielu innych zwierząt i dla człowieka, gdyż serce zbudowane jest z takich właśnie włókien.
Gdy zwierzę zdycha, różne substancje, które tworzą jego ciało są wykorzystywane przez reducentów: grzyby, pierwotniaki i bakterie, które roz­kładają je na mniejsze cząstki. Proces ten zacho­dzi w dość podobny sposób, jak trawienie wewnątrz układu pokarmowego zwierzęcia. Jednakże osta­teczne produkty działalności reducentów są jeszcze prostsze chemicznie niż produkty trawienia, gdyż mają one taką postać, przy której mogą być wchła­niane przez korzenie roślin.
Powtórne wykorzystanie
W ten sposób część energii konsumowanej jako pokarm powraca do obiegu materii w przyrodzie pod postacią związków, które są ważne dla roślin. Po rozpadzie ciał zwierząt rozmaite fosforany, azo­tany i sole potasu są wykorzystywane przez rośli­ny, które z nich i produktów własnej fotosyntezy budują swoje organizmy. Jednakże tylko część energii powraca do gleby, ponieważ mnóstwo ener­gii, którą organizmy pobierają jako pokarm, odda­ją one do otoczenia pod postacią ciepła.

■ Kiedy w obecności tlenu w komórkach mięśniowych jest „spalana" glukoza, to 70 procent powstającej energii wydziela się na zewnątrz pod postacią ciepła.
■ Odpowiedni „tlenowy" trening powodu­je, że mięśnie są bardziej sprawne w zamia­nie tlenu i pokarmu na energię, gdyż pow­staje wtedy w nich więcej nowych wolno kurczących się włókien, które znacznie zwiększają wytrzymałość.
■ Tłuszcze zawierają dwa razy więcej ener­gii niż węglowodany, takie jak na przykład cukier buraczany. To dlatego obniżenie spożycia tłuszczy jest tak ważne dla ludzi pragnących się odchudzić. Jednakże tłusz­cze są ważnym składnikiem ludzkiej diety, gdyż zawierają kwasy tłuszczowe, pełniące ważne funkcje w naszym organizmie.
Nadwyżka glukozy w ciele jest zamie­niana na glikogen i magazynowana pod postacią tłuszczu, który może być zamie­niony na energię, gdy zajdzie potrzeba. Dzięki temu organizm może przetrwać okresy braku pokarmu. Ludzie z nadwagą stale spożywają więcej energii niż jej po­trzebują i dlatego nigdy nie są w stanie spa­lić nadwyżki.
■ Energię mierzy się w kaloriach. W fizyce jedna kaloria jest ilością ciepła potrzebne­go do ogrzania jednego grama wody o je­den stopień Celsjusza. Wartość energe­tyczną pokarmu określa się w kilokaloriach (1000 kalorii) i oznacza przez skrót kcal. Gram węglowodanów i białek ma wartość energetyczną 4,1 kcal, a gram tłuszczu rów­noważny jest z 9,3 kcal.
■ W prawidłowej diecie 55-60% pobiera­nych przez organizm kilokalorii powinno pochodzić ze spalania węglowodanów, 25-30 z tłuszczów a 10-15% z białek.

Podobne prace

Do góry