Как образуется метаболическая вода у беспозвоночных

Метаболическая вода

Словарь терминов по физиологии сельскохозяйственных животных . Болгарчук Роман . 2009 .

Смотреть что такое «Метаболическая вода» в других словарях:

метаболическая вода — (син. эндогенная вода) вода, образующаяся в организме в процессе обмена веществ … Большой медицинский словарь

ВОДА МЕТАБОЛИЧЕСКАЯ — вода, образующаяся в животных организмах при окислении пищи (жиров, углеводов). Вода метаболическая особо важна для животных, обитающих в пустынях, где запасы свободной воды в окружающей среде чрезвычайно бедны (верблюды, пустынные грызуны,… … Экологический словарь

эндогенная вода — см. Метаболическая вода … Большой медицинский словарь

Эндоге́нная вода́ — см. Метаболическая вода … Медицинская энциклопедия

ТИП ЧЛЕНИСТОНОГИЕ (ARTHROPODА) — Среди всех групп беспозвоночных животных тип членистоногих выделяется наибольшим разнообразием приспособлений к самым различным условиям существования, изумительным богатством форм и огромным числом видов. Число видов членистоногих… … Биологическая энциклопедия

Пустыня — У этого термина существуют и другие значения, см. Пустыня (значения). & … Википедия

Система жизнеобеспечения — в пилотируемых полётах космических аппаратов группа устройств, которые позволяют человеку выживать в космосе и поддерживать жизнь экипажу корабля. Содержание 1 Общая информация … Википедия

Пустынная фауна — совокупность животных, приспособившихся к обитанию в пустынях. П. ф. разнообразна, но она беднее, чем фауна зон, богатых влагой, например лесной фауны (См. Лесная фауна). Фауны разных пустынных биотопов различаются по составу и богатству … Большая советская энциклопедия

Пустыни — Ливийская пустыня Пустыня тип ландшафта, характеризующийся равнинной поверхностью, разреженностью или отсутствием флоры и специфической фауной. Различают песчаные, каменистые, глинистые, солончаковые пустыни. Отдельно выделяют снежные пустыни (в… … Википедия

Метаболизм — У этого термина существуют и другие значения, см. Метаболизм (значения). Структура аденозинтрифосфата главного посредника в энергетическом обмене веществ Метаболизм (от … Википедия

Источник

Метаболическое производство воды и значение

метаболическая вода вода, вырабатываемая организмом или живым существом как продукт окислительного метаболизма его питательных веществ. Разложение питательных веществ происходит в результате катаболизма, производства энергии, углекислого газа и метаболической воды..

Метаболическая вода также называется водой сгорания, окислением или водой, вырабатываемой организмом через эндогенные процессы. Он представляет собой небольшую часть, всего 8-10% от всей воды, которая нужна организму.

В среднем у взрослого человека в день вырабатывается от 300 до 350 мл метаболической воды. Это количество воды, образующейся в процессе обмена веществ, составляет лишь небольшую часть воды, необходимой организму для жизни..

Производство метаболической воды жизненно важно для выживания некоторых животных в пустыне, как в случае с верблюдами. Он был описан как важный для насекомых и других животных, которые живут в сухих условиях.

Это показатель скорости обмена веществ в организме; однако его определение не простое. Легче измерить СО₂ истекший или выдыхаемый продукт окислительного метаболизма, количество образованной метаболической воды.

• 1 Производство метаболической воды
  • 1.1 Из жиров
  • 1.2 Из углеводов
  • 1.3 Из белков
  • 1.4 Производственный баланс
• 2 Важность
• 3 Ссылки

Метаболическое производство воды

Метаболическая вода образуется в организме во время ферментативного разложения органических веществ, таких как жиры, углеводы и белки. Полное окисление этих питательных веществ происходит в результате клеточного метаболизма в аэробных условиях или в присутствии кислорода..

Окисление питательных веществ представляет собой сложный и медленный процесс, который включает в себя несколько химических реакций, которые происходят поэтапно или катаболически. Некоторые из этих маршрутов в начале являются специфическими для каждого типа питательных веществ, заканчивая процесс путями или реакциями, которые являются общими.

Это окисление заканчивается клеточным дыханием во внутренней мембране митохондрий с выработкой энергии или АТФ (аденозинтрифосфата).

Одновременно с окислительным фосфорилированием (продуцированием АТФ) образуется СО₂ и метаболическая вода. В мембране присутствуют четыре фермента: NADH-дегидрогеназа, янтарная дегидрогеназа, цитохром С и цитохромоксидаза (также известная как система флавопротеин-цитохром)..

В этой системе электроны и водороды NADH и FADH получают в результате реакций катаболизма или окисления питательных веществ. Чтобы закончить в этом ферментном комплексе, эти водороды связаны с кислородом, чтобы произвести метаболическую воду.

Из жиров

Окисление жиров или липидов происходит при окислении свободных жирных кислот, таких как, например, трипальмитат. Этот катаболический процесс включает в себя бета-окисление, при котором жирная кислота окисляется с образованием ацетил-КоА, который идет в цикл Кребса.

Как только ацетил-КоА включен в цикл, образуются восстановительные эквиваленты NADH и FADH₂ которые проходят к дыхательной цепи. Наконец, электроны водорода переносятся к ферментам цепи, образующей АТФ, СО₂ и метаболическая вода.

Образование метаболической воды в результате окисления трипальмитата жирных кислот можно обобщить следующим образом:

Катаболизм жира, накопленного в горбах верблюдов, обеспечивает их водой, необходимой для выживания в пустынных районах..

Из углеводов

Окислительный путь углеводов включает реакции гликолиза с продукцией пировиноградной кислоты и молекулы воды. В присутствии кислорода пировиноградная кислота попадает в митохондриальный матрикс, где она превращается в ацетил-КоА, включая его в цикл Кребса..

Этот цикл является распространенным путем метаболизма питательных веществ, образующиеся восстанавливающие эквиваленты окисляются в дыхательной цепи..

Производство метаболической воды при полном окислении глюкозы можно суммировать с помощью следующего уравнения:

Когда гликоген, который является сложным углеводом, окисляется в процессе, называемом гликогенолизом, выделяются метаболическая вода и глюкоза.

Из белков

Катаболизм белков является более сложным, чем описанный для жиров и углеводов, так как белки не полностью окисляются. К конечным продуктам катаболизма белка относятся мочевина, некоторые соединения азота, а также СО₂ и метаболическая вода.

Производственный баланс

Примерный баланс производства метаболической воды может быть выражен окислением 100 г каждого питательного вещества. Вы также можете рассмотреть приблизительное или среднее количество воды, произведенной за 24 часа или один день.

Производственный баланс близок к 110 г воды на 100 г окисленного жира. Количество метаболической воды, образующейся в течение 24 часов в результате окисления жирных кислот, составляет 107 мл..

Приблизительно 60 г метаболической воды вырабатывается на 100 г метаболически окисленных углеводов в организме. Количество производимого из углеводов в среднем за день близко к 55 мл..

А с белками образуется меньше воды, всего около 42 г на 100 г белка. Вода окисления белков, вырабатываемых в течение дня, в среднем равна 41 мл..

Ранее упоминалось, что взрослый человек производит лишь от 8 до 10% метаболической воды от всей необходимой ему воды. Ваше тело в хорошем состоянии здоровья, обеспечивает около 300-350 мл метаболической воды каждый день.

важность

Как уже упоминалось, его вклад в ежедневное количество воды, необходимое организму, считается низким. Тем не менее, их вклад является значительным для удовлетворения потребности спортсмена в жидкости во время длительных упражнений.

При окислении питательных веществ в день вырабатывается от 300 до 350 мл метаболической воды. Тем не менее, его производство также увеличивается в тех случаях, когда потребление воды уменьшается.

Хотя физиологические механизмы недостаточно четко определены, производство метаболической воды является компенсаторным механизмом потери жидкости организма. Хотя их вклад в гомеостаз воды в организме имеет тенденцию игнорироваться, важно учитывать его.

Существуют живые существа, которые зависят исключительно от метаболической воды в своем существовании, как верблюды, живущие в пустыне. Перелетные птицы, совершающие длительные беспосадочные перелеты, также зависят исключительно от него, чтобы выжить, а также от нескольких видов насекомых..

Источник

Водно-солевой обмен животных (стр. 4 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6

Приспособления такого типа характерны для наземных амфибий и выражены тем отчетливее, чем в более дефицитных по влаге условиях обитает данный вид. Уже упоминавшиеся лягушки рода Chiromantis и квакши рода Phyllomedusa, почти не испаряющие воду через кожу, очень интенсивно осуществляют гидратацию организма через покровы.

Эта закономерность прослеживается и в пределах одного вида: у жабы-лопатонога сеголетки кормятся в жаркое время, единственный источник влаги — сырая почва. У них хорошо выражен абсорбционный тазово-вентральный участок кожи, через который поглощается нe менее 50 % всей влаги. Взрослые животные активны в дождливый период; у них соответствующий участок кожи не выражен морфологически и не отличается от других по проведению влаги.

Наземный образ жизни связан с некоторыми особенностями адаптации азотистого метаболизма. У многих водных животных главный продукт азотистого обмена, выводимый из организма,— аммиак. Таких животных называют аммониотеличными. Высокая растворимость и малые размеры молекулы аммиака обеспечивают легкое выведение этого токсичного для организма вещества через любые контактирующие с водой поверхности. Большинство пресноводных амфибий аммониотеличны. Особенно это свойственно водным личинкам. Этим они сближаются со многими первичноводными животными. Преимущество аммониотелии в водной среде связано с высокой скоростью растворения аммиака, что позволяет выводить его из организма без затрат энергии. Установлено, что некоторое виды литоральных моллюсков вообще прекращают выделение азота во время отлива, восста­навливая этот процесс при определенном обводнении их местообитаний.

Для наземных животных более выгодно выведение мочевины: она менее токсична и, может некоторое время накапливаться в организме в условиях дегидратации. Большинству наземных форм амфибий свойственна уреотелия, при которой в качестве конечного продукта азотистого обмена образуется мочевина.

3.2 Приспособления к аридности климата

Сочетание дефицита влаги и высокой температуры воздуха создает особенно жесткие условия для поддержания водно-солевого баланса обитателей наземной среды. Те частные экологические приспособления, которые обеспечили заселение влажных биотопов и даже выход в более суровые мезофильные условия, оказываются недостаточными для эффективного освоения аридных зон и засушливых биотопов. Группы организмов, эволюционно приспособившиеся к жизни в условиях постоянного или регулярного дефицита влаги, характеризуются рядом фундаментальных морфологических и физиологических преобразований, принципиально отличающих их не только от водных, но и от наземных, но ограниченных постоянно влажными биотопами форм. Особенно это относится к животным.

Полное освоение наземной (воздушной) среды ставит ряд жестких требований к механизмам регуляции водного и солевого обмена. Низкая и колеблющаяся влажность воздуха создает постоянную угрозу обезвоживания организма испарением, тогда как компенсация водных потерь не всегда обеспечена. Возникает биологическая задача экономизации водных расходов, эффективного использования метаболической воды и повышения надежности способов получения воды извне.

Вне водной среды у животных происходит «разделение» водного и солевого обмена: обмен ионов через покровы исключается, минеральные вещества поступают в организм только с пищей и выводятся в составе мочи, фекалий и специальных экскретов. Водный обмен также исключает осмотическое насасывание или выведение влаги; ее поступление в организм ограничивается питьем и питанием. Связь водного и солевого обмена сохраняется лишь на уровне метаболических процессов и осуществляется на базе внутренних физиологических структур.

Общность лимитирующих факторов среды и связанных с ними «биологических задач» привела к тому, что принципиальные особенности механизмов водного и солевого обмена у разных групп наземных животных оказались во многом сходными.

Среди беспозвоночных животных наиболее полно освоили наземную среду насекомые и паукообразные. Оба эти класса представляют собой первично наземных животных с соответствующим комплексом принципиальных адаптаций: плотные, слабо проницаемые для воды покровы, преобразованная выделительная функция и повышенная способность к утилизации метаболической воды. Последнее свойство у некоторых групп выражено настолько отчетливо, что они могут жить и размножаться в условиях полного отсутствия воды, восполняя все потребности организма только метаболическим путем.

Слабая водопроницаемость покровов в сочетании с трахейным дыханием определяет свойственные насекомым низкие величины испарительных потерь воды. Это особенно характерно для видов, живущих в условиях сухости и недостатка питьевой воды; в сравнении с обитателями влажных биотопов водопроницаемость их покровов на 1—2 порядка ниже.

Доказано, что проницаемость покровов насекомых не зависит от структуры хитина, а определяется тончайшим восковым слоем, покрывающим его поверхность. Разрушение этого слоя резко повышает испарение через покровы. Разницей в выраженности воскового слоя, в частности, объясняется и неодинаковый уровень влагопотерь у экологически отличающихся видов. Некоторые насекомые и паукообразные способны усваивать влагу из атмосферного воздуха. Установлено, что этот процесс не связан с температурой, но существенно зависит от влажности воздуха, т. е. соответствует эффекту гигроскопичности. Точный механизм этого явления не выяснен. Существует предположение, что атмосферная влага усваивается не через покровы, как это обычно считают, а через конечный отдел кишечника, который далее активно переносит влагу из содержимого кишки в организм.

Выделительная система насекомых представлена мальпигиевыми трубочками, в которых моча формируется секреторным путем. В задней кишке вода интенсивно абсорбируется, поэтому фекалии и моча, попадающие сюда из мальпигиевых трубочек, выводятся практически в обезвоженном состоянии. Конечный продукт азотистого обмена — мочевая кислота, нерастворимость которой открывает возможность помимо выведения с мочой депонировать ее в кутикуле и в жировых телах.

Среди позвоночных наиболее совершенные адаптации к жизни в воздушной среде сформировались у пресмыкающихся, птиц и млекопитающих. Эти три класса объединяются в группу амниот (Amniota), специфические особенности морфологии и физиологии которой целиком связаны с преобразованиями водного обмена, открывающими возможность существования в полном отрыве от водной среды. Помимо приспособлений к размножению вне водоемов принципиальные изменения водного обмена у этих животных, как и у наземных беспозвоночных, связаны с эффективным использованием метаболи­ческой воды и с морфофизиологическими особенностями покровов и выделительной системы.

Вода, образующаяся в организме при окислении органических веществ, вступает в общий обмен; таким образом уменьшается потребность в экзогенной влаге. Наибольшее относительное количество воды выделяется при окислении жиров (1,05—1,07 г на 1 г окисленного жира в зависимости от его состава). Многие пустынные рептилии и грызуны перед наступлением засушливого сезона накапливают большие жировые запасы, расходуя их потом на обеспечение затрат энергии и потребности в воде. В состоянии летней спячки или оцепенения, когда общий уровень обмена резко снижен, этих запасов хватает на длительный срок. Некоторые виды пустынных грызунов вообще не пьют, полностью поддерживая водный баланс водой, содержащейся в корме и образующейся метаболическим путем. Таковы, например, пустынные кенгуровые крысы Dipodomys. Большинство же млекопита­ющих и птиц нуждается в поступлении воды извне. Даже у пустынных видов (опыты с пустынными куропатками Lophortyx gambelii) при содержании на сухом корме без воды метаболическая влага компенсирует лишь около половины всех водных затрат. В тех же условиях опыта подсчитано, что у пустынных жаворонков суточный дефицит воды составляет около 0,6 г на птицу.

От внешних источников воды особенно зависят виды, питающиеся сухой растительной пищей (семена, кора и т. п.). Животные-зоофаги получают вполне определенное и, как правило, достаточное количество воды с пищей на протяжении всех сезонов.

В экономии расхода влаги организмом существенную роль играет уменьшение водопроницаемости покровов. У высших позвоночных (амниот) это достигается тем, что наружные слои клеток эпидермиса заполнены роговым веществом, которое препятствует свободному испарению воды с поверхности тела. Роль ороговевшего эпидермиса в ограничении кожных влагопотерь подтверждается, в частности, тем, что у рептилий во время линьки, когда ороговевший эпителий слущивается, потери воды через кожу существенно возрастают. У пресмыкающихся и птиц к этому добавляется отсутствие кожных желез. Немногие имеющиеся железы узко специализированы (например, копчиковая железа птиц, бедренные поры ящериц и др.) и выделяют густой пастообразный секрет, практически не содержащий воды.

В результате общий уровень кожных влагопотерь у амниот намного ниже, чем у животных с влажными, слизистыми покровами. Так, у рептилий, обитающих в засушливых условиях, уровень кожного испарения сопоставим с испарением с поверхности тела у насекомых.

Рассмотренные особенности строения кожи амниот не создают полной непроницаемости покровов, но снижают водные потери этим путем: у рептилий испарение через кожу составляет 66—68% экстраренальных (внепочечных) потерь воды, а у птиц — 50—60 %. Доля кожи в отдаче воды выше у видов, обитающих во влажных условиях, и ниже у обитателей засушливых биотопов.

Активная регуляция потоотделения и испарения влаги с поверхности дыхательных путей широко используется гомойотермными животными как механизм физической терморегуляции. В аридных условиях эта функция приходит в противоречие с необходимостью экономить влагу. Экспериментально показано, что кожно-легочные потери воды у пустынных млекопитающих существенно ниже, чем у видов, обитающих в условиях лучшего обеспечения водой. В наиболее экстремальных случаях дефицита влаги терморегуляторная влагоотдача может прекращаться совсем, как это происходит у верблюда, не имеющего доступа к питьевой воде. В такой ситуации отключается потоотделение и резко сокращается испарение с дыхательных путей: влажность выдыхаемого воздуха снижается до 69 % (в норме 89—95 %). Это ведет к консервации воды в организме: суммарная влагоотдача в норме составляет 4,19 % от массы тела, а при лишении воды—только 1,43%. Аналогичным образом у мышей, содержавшихся на ограниченном по воде рационе, испарение с туловища снижалось на 58 %.

Источник