Bài giảng Sinh hóa động - Chương X: Các quy luật chung của sự trao đổi chất

ịnh lượng, cũng như theo cấu trúc của cơ thể. Các chất khác nhau tham gia vào thành phần cấu tạo cơ thể phải kể tới hàng chục, thậm chí hàng trăm nghìn. Các cơ thể sống cùng một loài cũng có sự khác biệt căn bản về thành phần định lượng của mình. Trước hết phải kể đến đó là thành phần protit. 10.1. SỰ KHÁC BIỆT CỦA CƠ THỂ SỐNG VỚI GIỚI VÔ CƠ 	Các chất tham gia cấu tạo cơ thể sống tạo ra các cấu trúc hết sức phức tạp - đó là hàng tỷ các tế bào có cấu tạo vi thể không kém phần phức tạp.	Tổ chức cấu tạo này đòi hỏi tiêu hao một năng lượng tương đối lớn và ổn định để hình thành và ổn định chính mình, đồng thời có khả năng tự thay đổi - thay thế các chất trong thành phần bằng các chất mới. Đó cũng là một đặc tính khác biệt của cơ thể sống.	Và cuối cùng, cơ thể sống khác với giới vô cơ là có khả năng sinh sản - là tạo nên các cơ thể giống mình.	Cơ sở của các đặc tính quan trọng nhất để phân biệt với giới vô cơ là quá trình trao đổi chất với môi trường bên ngoài, hay còn gọi là quá trình chuyển hóa 10.2. TRAO ĐỔI CHẤT - NỀN TẢNG HOẠT ĐỘNG SỐNG CỦA CÁC CƠ THỂ SỐNG 	Trao đổi chất là một quá trình hóa học tự đổi mới của các cơ thể sống diễn ra liên tục, tự hoàn thiện và tự điều chỉnh. 	Các biểu hiện cơ bản của sự sống liên quan đến trao đổi chất: tính hưng phấn của vật chất sống (có nghĩa là khả năng trả lời các tác động của môi trường bên ngoài), khả năng chuyển động, phát triển và sinh sản. 	Trao đổi chất là một chuổi phức tạp các quá trình bao gồm hấp thụ các chất từ môi trường bên ngoài, chuyển hóa chúng trong cơ thể và đào thải ra môi trường xung quanh các sản phẩm cuối cùng của quá trình chuyển hóa. 	Thức ăn ( protit, lipit, gluxit, chất khoáng, nước, vitamin và một số chất khác) và oxy từ môi trường bên ngoài được đưa vào cơ thể. Tại cơ quan tiêu hóa, các phân tử phức tạp của protit, lipit, gluxit và một số chất khác bị phân hủy thành các chất đơn giản hơn, dễ tan trong nước và dễ dàng phân tán ra toàn bộ cơ thể. Các phân tử protit của thức ăn đã tạo ra 20 loại axit amin, các phân tử gluxit phức tạp - tạo ra một số đường đơn (chủ yếu là glucoza). Sản phẩm của quá trình tiêu hóa và các chất không qua tiêu hóa (O2, H2O, một số chất khoáng, v.v...) đi vào trong máu, đến các tế bào và mô. Tại đây, các chất này được sử dụng chủ yếu để: Thay đổi mô của cơ thể; Phát triển cơ thể (tăng thể tích và khối lượng các cơ quan, các mô); Tạo ra năng lượng; Tổng hợp các chất khác nhau và cuối cùng tạo ra các sản phẩm phân huỷ được đưa ra ngoài cơ thể.	Một số vật chất vô cơ cũng có quá trình trao đổi chất với môi trường xung quanh (hiện tượng kim loại bị rỉ trong không khí, sự biến dạng của đá). Kết quả là các chất này sẽ bị phân huỷ và thay đổi hoàn toàn (Sắt bị ăn mòn dần, đá biến thành cát...). Trong cơ thể sống trao đổi chất giúp cho thành phần và số lượng các chất luôn ổn định. Ngoài ra trao đổi chất tạo ra các hoạt động sống, sự phát triển và thích nghi môi trường, khả năng vận động và sinh sản, v.v..Trao đổi chất gồm hai quá trình là đồng hóa và dị hóa. Đồng hóa bao gồm hấp thụ các chất của môi trường xung quanh và chuyển hóa chúng thành các chất của cơ thể. Dị hóa là sự phân hủy các chất của cơ thể thành sản phẩm cuối cùng và đào thải chúng ra khỏi cơ thể.	Đồng hóa và dị hóa không được xem là hai quá trình riêng biệt. Đây là hai mặt có liên quan mật thiết với nhau của một quá trình. Ví dụ, tổng hợp các chất đặc trưng cho cơ thể là đồng hóa, đòi hỏi tiêu hao năng lượng mà cơ thể thu được trong quá trình oxy hóa sinh học - nghĩa là trong quá trình dị hóa.Tốc độ trao đổi chất thay đổi theo lứa tuổi, trạng thái cơ thể và cơ quan trong cơ thể cũng như điều kiện môi trường. 	Cơ thể trẻ có quá trình đồng hóa cao hơn so với dị hóa. Tốc độ tổng hợp các chất cao hơn tốc độ phân hủy. Kết quả giúp cho cơ thể phát triển, các mô và cơ quan tăng lên về thể tích và khối lượng. Sự khác biệt này thể hiện rõ trong giai đoạn sơ sinh. Sau đó chậm dần lại, từ 17 đến 19 tuổi bắt đầu xuất hiện cân bằng động giữa hai mặt này của quá trình trao đổi chất. Sau đó mức độ phát triển của cơ thể giảm và ở tuổi già quá trình dị hóa tăng dần, dẫn tới giảm hàm lượng các chất sống quan trọng như protit và enzym , giảm số lượng tế bào ở các cơ quan quan trọng như não bộ, tim, nội tạng và cơ, giảm lực cơ và giảm chức năng của các cơ quan, giảm năng lực điều tiết của hệ thần kinh. Đó là các quá trình lão hóa. Tốc độ trao đổi chất ở các cơ quan khác nhau cũng khác nhau. Tốc độ cao ở những cơ quan hoạt động chức năng tích cực: mô thần kinh, não, gan và các cơ quan nội tạng, máu, cơ. Ví dụ, Enzym ở gan của chuột được thay mới sau 80-90 giờ, sợi cơ vân thay mới sau khoảng 30 ngày.Hoạt động cơ, nhiệt độ của môi trường xung quanh và thân nhiệt, thành phần định tính và định lượng của thức ăn cũng như các yếu tố khác có ảnh hưởng đến mối liên hệ giữa đồng hóa và dị hóa, đến cường độ chung của quá trình trao đổi chất. Khi cơ hoạt động với cường độ cao thì các quá trình dị hóa cung cấp năng lượng cho hoạt động cơ cũng phải tăng theo. Các quá trình đồng hóa đòi hỏi tiêu hao năng lượng - do cạn các chất mang năng lượng mà trở nên đình trệ. Sau khi kết thúc hoạt động thì xảy ra sự chuyển hướng trao đổi năng lượng nhằm cung cấp chủ yếu cho quá trình đồng hóa: phục hồi cơ chất mang năng lượng đã bị tiêu hao, các protit cấu tạo bị phá vở cũng như protit - men, tổng hợp các chất sống quan trọng khác cho cơ thể.Hoạt động cơ căng thẳng có thể làm sự đồng hóa một số chất vượt trội so với quá trình dị hóa chúng. Điều này dẫn đến quá trình tích lũy một số chất quan trọng cho các hoạt động cơ như protit co của cơ, cơ chất mang năng lượng, protit - men và các chất khác. Sự tích lũy này về lượng và chất phụ thuộc vào lượng vận động và các đặc điểm khác của bản thân sự huấn luyện cũng như các yếu tố kèm theo nó. Đồng hóa vượt trội so với dị hóa có thể dễ nhận thấy ở các giai đoạn đầu của quá trình huấn luyện.	Quá trình dị hóa được tăng cường khi nhiệt độ môi trường giảm. Chủ yếu là tăng quá trình tạo nhiệt năng để giữ ổn định thân nhiệt. Các quá trình dị hóa tăng khi cơ thể mắc bệnh và là nguyên nhân làm thân nhiệt tăng.Chế độ dinh dưỡng cũng ảnh hưởng sâu sắc tới diễn biến của các phản ứng trao đổi chất. Nếu lượng các chất dinh dưỡng được đưa vào cơ thể tăng hoặc thừa sẽ dẫn tới tăng đồng hóa. Trước hết là tăng tổng hợp và dự trữ mỡ trong cơ thể. Nếu dinh dưỡng không đủ đảm bảo về lượng và chất sẽ dẫn tới giảm cường độ trao đổi chất nói chung, đồng thời dị hóa sẽ trội hơn đồng hóa.Rất nhiều yếu tố môi trường bên ngoài cũng ảnh hưởng đến từng mặt của quá trình trao đổi chất. Như, phơi nắng nhiều sẽ làm tăng các phản ứng tổng hợp và tích lũy các sắc tố trong da để chống lại sự bức xạ của tia cực tím.Đặc điểm này của quá trình trao đổi chất là cơ sở của luyện tập thể thao nhằm tăng khả năng thích ứng của cơ thể với lượng vận động và hoàn thiện các tố chất thể lực.10.3. CÁC DẠNG CƠ BẢN CỦA TRAO ĐỔI CHẤTTrong quá trình trao đổi chất, người ta thống nhất đưa ra các dạng chuyển hóa sau: chuyển hóa cấu trúc, chuyển hóa chức năng, chuyển hóa năng lượng, chuyển hóa với môi trường bên ngoài và chuyển hóa trung gian.Chuyển hóa cấu trúc là tổ hợp các phản ứng hóa học dẫn tới sự tổng hợp các chất đặc thù cho cơ thể: các chất cấu tạo, men, hormon, các dịch khác nhau, ngồn dự trữ năng lượng.Chuyển hóa chức năng là tổ hợp các phản ứng nhằm làm tăng hoạt tính chức năng của tế bào của các cơ quan, các mô (ví dụ, các phản ứng làm tăng khả năng co cơ, tăng công của tim, phổi, gan, thận). Chuyển hóa chức năng chủ yếu liên quan đến các phản ứng biến đổi năng lượng.Giữa chuyển hóa chức năng và chuyển hóa cấu trúc luôn tồn tại sự cạnh tranh các cơ chất cần thiết và ATP. ATP là nguồn năng lượng trực tiếp và tổng hợp cho cả hai quá trình trên.Chuyển hóa năng lượng là tổ hợp các phản ứng hóa học, mà trong quá trình của các phản ứng đó, nhờ năng lượng giải phóng khi phân hủy lipit, protit, gluxit đã xảy ra quá trình tái tổng hợp phân tử ATP đã bị phân hủy để cung cấp năng lượng cho hoạt động chức năng và hoạt động tại hình của tế bào.Nếu các tế bào thực hiện hoạt động chức năng thì dòng năng lượng sẽ được hướng tới để cung cấp cho hoạt động này. Các phản ứng chuyển hóa cấu trúc lúc này do thiếu năng lượng nên giảm đáng kể. Như, khi hoạt động cơ căng thẳng trong cơ thể hầu như tất cả các phản ứng tổng hợp đều dừng lại, ngoại trừ quá trình tổng hợp các men và một số hyđrat cacbon. Sau khi dừng hoặc giảm hoạt động chức năng thì các phản ứng tổng hợp lại được thúc đẩy mạnh.Chuyển hóa với môi trường bên ngoài được hiểu là quá trình cung cấp các chất dinh dưỡng, oxy cho cơ thểvà đào thải ra ngoài các chất cặn bã của trao đổi chất.Chuyển hóa trung gian - đó là tổ hợp các phản ứng hóa học xảy ra trong cơ thể với các hợp chất hóa học được đưa vào cơ thể. Các chất tạo ra trong quá trình chuyển hóa trung gian được gọi là các chất chuyển hóa.10.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI CHẤTNgày nay, có rất nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau về quá trình trao đổi chất. Tuy vậy, chưa có một phương pháp nào đánh giá một cách toàn diện về trao đổi chất. Do đó cần phải sử dụng nhiều phương pháp khác nhau.Việc nghiên cứu thành phần định tính và định lượng các sản phẩm của quá trình tiêu hóa đi vào cơ thể và của các sản phẩm chuyển hóa cho phép đánh giá tỷ lệ giữa đồng hóa và dị hóa. Như vậy, lượng các chất tiêu hóa và hấp thụ được cao hơn lượng các chất đào thải của quá trình phân hủy chứng tỏ có sự tích lũy trong cơ thể các sản phẩm của quá trình chuyển hóa.Việc nghiên cứu tốc độ sử dụng oxy cho phép đánh giá cường độ trao đổi chất, trong đó một phần là quá trình trao đổi năng lượng. Qua đánh giá hệ số hô hấp ( hệ số hô hấp là tỷ lệ giữa CO2 thải ra và O2 được tiêu thụ) có thể khẳng định cơ chất nào được sử dụng làm nguồn cung cấp năng lượng chính cho cơ thể. Ví dụ : Hệ số hô hấp khi oxy hóa lipit là 0,7; oxy hóa hydrat các bon - 1,0. Việc nghiên cứu chuyển hóa trung gian được tiến hành bằng cách xác định nồng độ các chất chuyển hóa trung gian trong các cơ quan và mô khác nhau theo phương pháp đánh dấu phóng xạ.