Физиология. Вазифалари ва усуллари. Тиббиётдаги аҳамияти. ҚИСҚача тарихи. ҚЎЗҒалувчан тўҚималар физиологияси

Мавзу: Энергия алмашинуви. Терморегуляция


Энергия ва умумий модда алмашинуви
Турли тизимларда энергия хоссалари ва алмашинувини ўргануви физиканинг махсус бўлими термодинамика деб аталади. Термодинамика нуқтаи назаридан атроф-муҳит билан модда ва энергия алмаштириб турадиган тизимлар очиқ термодинамик тизимлардир. Яшашининг асосий шарти узлуксиз модда ва энергия алмашинуви бўлган тирик организмлар ҳам очиқ термодинамик тизимларга киради.
Маълумки, термодинамиканинг биринчи қонуни бўйича энергия бордан йўқ бўлмайди, йўқдан бор бўлмайди, у фақат бир шаклдан иккинчи шаклга ўтади. Термодинамиканинг иккинчи қонуни асосида барча энергия охир-оқибатда иссиқлик энергиясига айланади. Энергия алмашинуви – бу тирик организмлардаги энергия айланишининг физик, кимёвий ва физиологик жараёнларидир.
Одам ва ҳайвонлар энергияни атрофдаги муҳитдан ёғлар, оқсиллар ва карбонсувлар молекулаларидаги кимёвий боғларда мужассамлашган потенциал энергия кўринишида қабул қилади. Барча ҳаётий жараёнлар анаэроб ва аэроб метоболизми ҳисобига энергия билан таъминланади. Глюкозанинг анаэроб парчаланиши гликолиз ёки гликогеннинг анаэроб парчаланиши – гликогенолиз жараёнида бир моль глюкоза икки моль сут кислотасига айланганда икки моль АТФ ҳосил бўлади. Анаэроб жараёнларда ҳосил бўладиган энергия фаол ҳаёт учун етарли эмас. Кислород иштирокида содир бўладиган жараёнлар энергия ажратиш жиҳатидан анча самаралидир. Биологик оқсидланиш моддаларнинг паст ҳароратда “ениши” бўлиб, бунда ажратиладиган энергиянинг бир қисми аденозинучфосфат (АТФ) нинг юксак энергияли фосфат боғларида жамғарилади. АТФ кимёвий энергия аккумуляторидир, у энергияни керак бўлган соҳаларга етказиб беради. Бир молекула глюкоза СО₂ ва Н₂О гача тула оқсидланганда 25,5 моль АТФ ҳосил бўлади.
Модда алмашинуви жараёнида энергия бир турдан иккинчи турга мунтазам айланиб туради: овқат билан қабул қилинган мураккаб органик бирикмалар потенциал энергияси иссиқлик, механик ва электр энергиясига айланади. Энергия тана ҳароратини сақлаш ва иш бажаришдан ташқари ҳужайра структура элементларини қайта яратиш, улар ҳаётий жараёнларини таъминлаш, организм ўсиши ва ривожланишига ҳам сарфланади. Энергетик жараёнларнинг аксарияти иссиқлик ҳосил бўлишига олиб келади. Шунинг учун организмда ҳосил бўлган энергиянинг барчаси иссиқлик бирликлари- калория ёки джоуллардан ифодаланади.
Бир грамм сувнинг ҳароратини 1 С га кўтариш учун керак бўлган энергия миқдори калория деб қабул қилинган. Халқаро бирликлар (СИ) тизимида энергия ўлчови бирлиги сифатида джоуль хизмат қилади, 4,19кдж 1 ккал га тенг.
Катаболизм натижасида ажраладиган энергиянинг деярли ярми АТФ молекулалари ҳосил бўлиши жараёнида иссиқлик сифатида йўқотилади. Мускул қисқариши самарадорлиги янада пастроқ бўлган жараёндир. Мускул қисқаришида сарфланадиган энергиянинг 80% га яқини иссиқлик сифатида йўқотилади ва фақат 20% механик иш (мушак қисқариши) га айланади. Агар одам иш бажармаётган (масалан, тушакда ётган) бўлса, вужудга келаётган барча энергия иссиқлик сифатида йўқотилади. Демак, иссиқлик ҳосил бўлишининг катталиги одам организмидаги алмашинув катталигини ифодалайди. Организмда энергия ҳосил бўлишини аниқлаш учун воситасиз калориметрия, воситали калориметрия ва алмашинувни текширишдан фойдаланадилар. Энергия алмашинувини биринчи бўлиб 1788 йилда Лавуазье ва Лаплас бевосита ўлчаганлар.
Воситасиз калориметрия махсус биокалориметрларда организм ажратган иссиқлик миқдорини бевосита ҳисоблашга асосланган. Биокалориметр герметик ёпиқ камера бўлиб, иссиқликни ташқи муҳитга деярли ўтказмайдиган материалдан кўрилган. Камерада найларда сув оқиб туради. Камерадаги одам ёки ҳайвон ажратаетган иссиқлик оқаётган сувни иситади. Оқиб ўтган сув миқдори ва сув ҳароратининг ўзгаришига қараб, организм ажратган иссиқлик ҳисобланади. Воситасиз калориметрия учун камераларни В.В.Пошутин билан А.А.Лихачев (1893й) ясашган. Калориметрда текшириш аниқ натижа беради, аммо бу усул ғоят мураккаб , калориметрлар ҳамма жойда йўқ ва энг муҳими турли ишларни бажараётганда энергия сарфини аниқлаш мумкин эмас.
Организмдаги энергия манбаи оқсидланиш жараёнларидир. Бу реакцияларда О₂ сарфланади ва СО₂ ҳосил бўлади. Шунинг учун газлар алмашинувини текшириш асосида, яъни ютилган О₂ ва ажралиб чиққан СО₂ миқдорига қараб, организмнинг қанча энергия сарфлаганини аниқлаш мумкин. Бу усул воситали калориметрия деб аталади. Газлар алмашинувини узоқ текшириш учун махсус респирацион камералар ишлатилади. Уларнинг қулай модделларини В.В.Пашутин, кейинчалик М.Н. Шатерников кўрган. Газ алмашинувини қисқа муддатда даволаш муассасалари ва ишлаб чиқариш шароитида оддий усуллар билан аниқлайдилар. Дуглас-Холдейн усули энг кўп тарқалган бўлиб, нафас билан чиқарилган ҳаво 10-15 мин давомида ҳаво ўтказмайдиган қоп (Дуглас қопи) да йиғилади. Текширилувчи кишининг юзига ниқоб тутилади ёки лаблар орқасига киритиладиган махсус мосламадан фойдаланилади. Никоб ёки мосламадаги клапан атмосфера ҳавосидан нафас олиб, қопга нафас чиқаришни таъминлайди. Дуглас қопи ҳавога тўлганда нафас билан чиқарилган ҳаво ҳажми ва ундаги О₂ ҳамда СО₂ миқдори аниқланади.
Маълумки организм қабул қилган О₂ оқсиллар, ёғлар ва карбонсувлар оқсидланишига сарфланади. Бу моддалар ҳар бирининг 1г оқсидланишига турли миқдорда О₂ керак ва ажраладиган энергия ҳам турлича. Организм 1г О₂ истеъмол қилганда ажраладиган иссиқлик миқдорига кислороднинг калорик коэффициенти дейилади. У оқсиллар учун 19,26 кдж (4,6 ккал), ёғлар учун 19,64 кдж (4,69ккал) ва карбонсувлар учун 21,14 кдж (5,05 ккал). (1 жадвалга қаранг).