Odżywianie Maria Człapowska M-3. Odżywianie

Transkrypt

1 Odżywianie I Czym jest odżywianie? Odżywianie jest to ogół czynności i procesów związanych ze zdobywaniem, trawieniem i przyswajaniem pokarmu. II Odżywianie się roślin Ze względu na sposób odżywiania wyróżniamy dwie grupy organizmów- autotroficzne i heterotroficzne. Rośliny zaliczane są do tej pierwszej, to znaczy, że posiadają one zdolnośd do syntezy związków organicznych z prostych związków nieorganicznych węgla (dwutlenku węgla). W przypadku roślin dominuje proces syntezy z wykorzystaniem energii świetlnej- fotosynteza. Przebieg fotosyntezy Fotosynteza obejmuje szereg reakcji chemicznych, które przebiegają w dwóch fazach: jasnej i ciemnej. Faza jasna Zachodzi w tylakoidach chloroplastu. Powstaje ATP i NADPH niezbędne podczas fazy ciemnej. Istnieją dwa szlaki wędrówki elektronów: fosforylacja cykliczna i niecykliczna. Rysunek 1 Źródło:

2 Fosforylacja cykliczna o Wybicie przez światło elektronu z PS I. o Wędrówka elektronów przez przenośniki. o Kumulowanie energii w postaci ATP. o Uzupełnienie luki elektronowej w PS I przez powracające elektrony. o Zachodzi gdy NADP+ jest zbyt mało! Fosforylacja niecykliczna o Wybicie elektronu z PS II przez światło. o Zapełnienie powstałej luki elektronowej przez elektrony powstałe podczas fotolizy wody (wówczas powstaje również O 2 ). o Wędrówka elektronów przez przenośniki ( m.in. plastochinon, kompleks cytochromów i plastocyjaninę). o Akumulowanie energii w postaci ATP. o Wybicie elektronu z PS I przez światło i zapełnienie powstałej luki elektronowej przez elektrony z PS II. o Wędrówka elektronów wybitych z PS I przez przenośniki (ferredoksynę) do NADP+ i powstanie NADPH. Faza ciemna Zachodzi w stromie chloroplastu. Jest to cykl redukcji dwutlenku węgla. Zachodzi w 3 etapach: karboksylacji, redukcji i regeneracji. Ze względu na sposób przebiegu fazy ciemnej wyróżnia się fotosyntezę: o C3 pierwszym produktem asymilacji CO 2 jest kwas 3-fosfoglicerynowy o C4 pierwszym produktem asymilacji CO 2 jest szczawiooctan, a pierwszym akceptorem kwas fosfoenolopirogronowy (PEP) o CAM pierwszym produktem asymilacji CO 2 ( wiązanego nocą!) jest jabłczan; następuje rozdzielenie procesów w czasie: Rysunek 2 Źródło:

3 Fotosynteza C4 zwiększa intensywnośd asymilacji dwutlenku węgla u roślin występujących w klimacie tropikalnym. Zachodzi ona w komórkach mezofilu oraz pochwy około wiązkowej, tak więc następuje tutaj rozdzielenie procesów w przestrzeni. Schemat fotosyntezy C4 Rysunek 3 Źródło: Karboksylacja o Przyłączenie CO 2 do RuBP, które katalizowane jest przez enzym Rubisco. o Powstanie kwasu 3-fosfoglicerynowego. Redukcja o Redukcja kwasu 3-fosfoglicerynowego do aldehydu 3-fosfoglicerynowego. o Biorą udział ATP i NADPH z fazy jasnej. Regeneracja o Jedna cząsteczka aldehydu 3-fosfoglicerynowego bierze udział, jako surowiec, w tworzeniu cukrów złożonych. o Pięd pozostałych cząsteczek aldehydu 3-fosfoglicerynowego ulega przekształceniu do RuBP. Rysunek 4 Źródło:

4 Odżywianie mineralne roślin Do życia roślin niezbędnych jest około 20 pierwiastków. Pierwiastki występujące w większej ilości to makroelementy (stanowią ponad 0,1% suchej masy rośliny), pozostałe to mikroelementy. Pierwiastki te rośliny czerpią za pomocą korzeni z otaczającego je roztworu glebowego, w którym rozpuszczone są jony. Komórki zaangażowane w pobór jonów znajdują się w strefie włośnikowej korzenia. Pobór ten ma charakter selektywny, co umożliwiają białka przenośnikowe. Rysunek 5 Źródło: Madkowiak M., Michalak A. (red.), Biologia Jednośd i różnorodnośd, Wydawnictwo Szkolne PWN, str. 273 III Inne organizmy autotroficzne Do organizmów przeprowadzających fotosyntezę zaliczamy również niektóre protisty i bakterie. Związki organiczne częśd baterii otrzymuje związki organiczne przy udziale energii nie świetlnej, ale chemicznej. Ten proces nazywany jest chemosyntezą. Do organizmów chemosyntezujących należą m. in. bakterie nitryfikacyjne, które przeprowadzają reakcje utleniania amoniaku i azotynów: 2NH O 2 2 HNO H 2 O kj 2 HNO 2 + O 2 2 HNO kj

5 oraz bakterie siarkowe utleniające siarkowodór oraz siarkę: 2 H 2 S + O 2 2 H 2 O + 2 S kj 2 S + 3 O H 2 O 2 H 2 SO kj IV Heterotrofizm Jest to sposób odżywiania się polegający na tworzeniu własnych związków organicznych ze związków organicznych, które uzyskiwane są z innych organizmów lub martwej materii organicznej. Podział heterotrofów Holozoiki wykorzystują inne organizmy zjadane w formie cząstek lub (rzadziej) w całości do syntezy związków organicznych: o Roślinożercy o Mięsożercy o Wszystkożercy Saprobionty wykorzystują martwą materię organiczną do syntezy związków organicznych: o Saprofity- związki organiczne pobierają z rozkładanej przez siebie martwej materii organicznej (niektóre bakterie i grzyby) o Saprofagi- związki organiczne pobierają z martwej materii organicznej (glebożercy, kałożercy, mułożercy) Pasożyty do syntezy związków organicznych wykorzystują związki organiczne, które pobierają od innego żywego organizmu (żywiciela); np. tasiemiec, łuskiewnik różowy Półpasożyty rośliny zielone, przeprowadzające fotosyntezę, pasożytują na innych roślinach żywicielskich w celu pobrania wody z solami mineralnymi, np. jemioła V Odżywianie się zwierząt Zwierzęta zaliczamy do organizmów heterotroficznych, czyli organizmów cudzożywnych, które nie są zdolne do wytwarzania związków organicznych z prostych związków nieorganicznych i wymagają pokarmu jako surowca budulcowego i źródła energii złożonego ze związków organicznych produkowanych pierwotnie przez autotrofy. Istnieje wiele podziałów heterotrofów. Podział ze względu na rodzaj pobieranego pokarmu: Roślinożercy odżywiają się pokarmem pochodzenia roślinnego Mięsożercy odżywiają się pokarmem pochodzenia zwierzęcego o Drapieżcy- żywe zwierzęta o Padlinożerca- nieżywe zwierzęta Wszystkożercy odżywiają się pokarmem pochodzenia zarówno roślinnego jak i zwierzęcego Bakteriożercy odżywiają się bakteriami autotroficznymi, a także heterotroficznymi Detrytusożercy ich pokarm stanowią rozkładające się resztki innych organizmów

6 Porównanie układu pokarmowego mięsożercy i roślinożercy Mięsożerca Roślinożerca Liczba komór żołądka 1 4 Długośd przewodu pokarmowego Krótki Długi Jelito ślepe Krótkie Długie, rozwinięte Obecnośd symbiontów w żołądku Brak Obecne Rysunek 6 Źródło: Podział ze względu na wielkość pokarmu i sposób pobierania go Mikrofagi- pobierają drobne cząsteczki pokarmowe: o Filtratory odcedzają pokarm z wody, np. płetwal o Pierwotniaki pobierają pokarm na drodze endocytozy, np. pantofelek Makrofagi- pobierają duże cząsteczki pożywienia: o Połykacze konsumują ofiarę w jednym kawałku, np. boa o Rozdrabnicze dzielą pokarm na mniejsze kawałki, np. pies o Glebożercy, mułożercy- połykają glebę lub muł i trawią zawarte w nich szczątki organiczne, np. dżdżownica, tubifeks o Płynożercypobierają pokarm w postaci płynu, np. motyl Podział ze względu na różnorodność pobieranego pokarmu Stenofagi pobierają jeden rodzaj pokarmu, np. koala Euryfagi pobierają różnorodny pokarm, np. człowiek

7 Przykłady przystosowań do pobierania pokarmu: Rysunek 7 Źródło: Holak E., Hoppe L., Lewioski W., Lipka I., Ruda-Groborz B., Vademecum Matura 2009 Biologia, wyd. Operon, str. 123 Rodzaje trawienia Trawienie to procesy związane z przekształcaniem składników pokarmu w związki prostsze, które mogą byd wchłaniane ze światła przewodu pokarmowego. Wyróżnia się trawienie Wewnątrzkomórkowe zachodzi w wodniczce trawiennej, np. u pierwotniaków Pozakomórkowe i wewnątrzkomórkowe np. u parzydełkowców początkowo w jamie chłonąco-trawiącej, a następnie w komórkach gastrodermy Pozakomórkowe: o Pozajelitowe poza obrębem ciała o Jelitowe w świetle przewodu pokarmowego

8 Budowa układów pokarmowych bezkręgowców Parzydełkowce: układ pokarmowo-naczyniowy; otwór gębowyjama chłonącą-trawiąca; brak odbytu Płazioce: o Tasiemce: brak o Przywry i wirki: gardziel jelito przednie jelito środkowe; brak odbytu Nicienie: po raz pierwszy w postaci przewodu!; otwór gębowyjelito przednie jelito środkowejelito tylneodbyt Pierścienice: gardziel (i gruczoły ślinowe)przełykwoleżołądekjelito środkowejelito tylneodbyt Stawonogi: jama gębowa: gardziel (i gruczoły ślinowe)przełykwole ( u owadów) żołądekjelito środkowe (z wątrobą lub trzustkowątrobą)jelito tylneodbyt Mięczaki: jama gębowa: gardziel (i gruczoły ślinowe oraz język z tarką)przełykwole (niektóre ślimaki) żołądekjelito środkowe (z wątrobą)jelito tylneodbyt Szkarłupnie: rozgałęziony przewód; otwór gębowyprzełyk (+ u jeżowców latarnia Arystotelesa) żołądek ( z wątrobą) jelito środkowe jelito tylne odbyt Budowa układów pokarmowych kręgowców Ryby Jama gębowa (z zębami lub bez)gardziel (przebita szczelinami skrzelowymi) przełyk żołądek dwunastnica (z wątrobą i trzustką) jelito prosteodbyt Płazy Jama gębowo-gardzielowa (z językiem, zębami i gruczołami ślinowymi) przełyk żołądek jelito cienkie (w tym dwunastnica z wątrobą i trzustką) jelito proste kloaka (wspólne ujście układu pokarmowego, moczowego i płciowego) Gady Jama gębowa (z językiem, zębami, zębami jadowymi i gruczołami ślinowymi) gardziel przełyk żołądek jelito cienkie (w tym dwunastnica z wątrobą i trzustką)jelito grube (na ich granicy jelito ślepe) kloaka Ptaki Jama gębowa (z językiem i gruczołami ślinowymi) gardziel przełyk (w środkowej części wole) żołądek gruczołowy i/lub mięśniowy (trący) jelito cienkie (w tym dwunastnica z wątrobą i trzustką) jelito grube (na ich granicy jelito ślepe) kloaka Ssaki Jama gębowa (z językiem, zębami i gruczołami ślinowymi) gardziel przełyk żołądek jelito cienkie (w tym dwunastnica z wątrobą i trzustką) jelito grube (na ich granicy jelito ślepe) odbyt (u stekowców kloaka)

9 Budowa układu pokarmowego człowieka Rysunek 8 Źródło: 1. Jama ustna: odpowiada za pobieranie i mechaniczne rozdrabnianie pokarmu. 2. Ślinianki: produkują ślinę, która nawilża pożywienie oraz jamę ustną, zlepia cząsteczki pokarmu i wprowadza amylazę ślinową. 3. Gardło: odpowiada za połykanie pokarmu. 4. Przełyk: umięśniony rurowaty przewód, którym transportowany jest pokarm z gardła do żołądka. 5. Żołądek: gromadzi, wyjaławia, miesza i częściowo trawi spożyty pokarm. Wydziela enzymy i kwas solny. 6. Dwunastnica: początkowy odcinek jelita cienkiego, w którym zachodzą intensywne procesy trawienne. Uchodzą do niej przewody trzustkowe i wątroby. 7. Wątroba: wytwarza żółd do przewodu pokarmowego, magazynuje niezbędne organizmowi witaminy i glukozę w postaci glikogenu. 8. Trzustka: wytwarza sok trzustkowy, w którym znajdują się enzymy trawienne i węglany, które alkalizują kwaśną treśd żołądkową. 9. Jelito cienkie: wydłużony odcinek przewodu pokarmowego o rozbudowanej powierzchni (dzięki kosmkom), następuje do koniec trawienia i wchłanianie pokarmu. 10. Jelito grube: zachodzi to zwrotne wchłanianie wody i usuwane są zbędne składniki powstałe w wyniku trawienia. 11. Odbytnica: krótki odcinek jelita grubego, w którym formowany jest kał.

10 Składniki pokarmowe i ich trawienie Białka To źródło aminokwasów, które służą do syntezy białek konsumenta. Niektóre aminokwasy to aminokwasy egzogenne, których organizm nie jest w stanie wytworzyd i muszą one zostad dostarczone wraz z pożywieniem. Ich niedobór w diecie powoduje zakłócenia rozwojowe. 1 gram białka dostarcza 4,1 kcal energii. Trawienie białek Białka trawione są przez enzymy proteolityczne. Proces ten rozpoczyna się w żołądku, przez pepsynę. Wydzielana ona jest w żołądku w postaci nieaktywnego pepsynogenu, który pod wpływem kwaśnego środowiska uaktywnia się. W żołądku młodych ssaków obecna jest również podpuszczka, która ścina białko i powoduje jego wytrącenie. Nadtrawione białko, w postaci krótszych łaocuchów polipeptydowych przemieszczone zostaje do dwunastnicy, do której uchodzą przewody trzustki. W soku trzustkowym znajdują się proenzymy trypsyny, chymotrypsyny i elastazy. Pod wpływem enterokinazy trypsynogen przekształcany jest w trypsynę, która uaktywnia chymotrypsynę i elastazę. Enzymy te wraz z karboksypeptydazami doprowadzają do powstania tripeptydów i di peptydów. Ostatni etap trawienia białek zachodzi w jelicie cienkim, gdzie produkowane przez enterocyty aminopeptydazy i dwupeptydazy doprowadzają do powstania aminokwasów. Aminokwasy powstałe w wyniku trawienia wchłaniane są do enterocytów za pomocą białek nośnikowych, a następnie wraz z krwią docierają do wszystkich narządów organizmu. Węglowodany Są podstawowym źródłem energii, pokrywając 50-60% dziennego na nią zapotrzebowania. Najważniejszym materiałem energetycznym jest monocukier-glukoza. A szczególne znaczenie pokarmowe mają skrobia i glikogen. Również celuloza to ważny składnik pokarmowy w diecie roślinożerców, które dzięki specjalnym przystosowaniom mogą ją strawid. Trawienie węglowodanów Węglowodany trawione są przez glikozydazy, a proces trawienia rozpoczyna się już w jamie ustnej. Znajdująca się w ślinie amylaza ślinowa rozkłada skrobię na dekstryny oraz maltozę. W żołądku, z powodu niskiego ph trawienie zostaje wstrzymane i kontynuowane jest w dwunastnicy, gdzie działa amylaza trzustkowa. Amylaza trzustkowa rozkłada dekstryny do krótszych łaocuchów węglowodanowych i maltozy. Proces trawienia węglowodanów kooczy się w jelicie cienkim, dokąd wydzielana jest maltaza, rozkładająca dwucukier maltozę do glukozy. Wchłanianie glukozy wewnątrz enterocytu sprzężone jest z wchłanianiem kationów sodowych. Następnie transportowana jest żyłą wrotną do wątroby, gdzie jest magazynowana w postaci glikogenu. Lipidy To nierozpuszczalne związki, estry glicerolu i wyższych kwasów tłuszczowych, będące materiałem energetycznym i budulcowym. Niektóre są składnikami błon komórkowych, a cholesterol bierze udział w syntezie hormonów. NNKT to niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe, których organizm nie jest w stanie wytworzyd i muszą byd dostarczane wraz z pokarmem. Tłuszcze to pokarm wysokoenergetyczny, gdyż 1 gram dostarcza aż 9,3 kcal.

11 Trawienie lipidów Proces trawienia lipidów zaczyna się dopiero w dwunastnicy, gdzie początkowo ulegają emulgacji. Rozpad bryłki tłuszczu możliwy jest dzięki żółci z wątroby (nie jest enzymem!) i prowadzi do powstania zemulgowanych kropelek tłuszczu. Następnie lipaza trzustkowa hydrolizuje wiązania estrowe między pierwszym i trzecim węglu glicerolu, czego produktami są wolne kwasy tłuszczowe i monoacyloglicerole. Produkty trawienie lipidów transportowane są ku ścianie jelita przez micelle, a następnie dyfundują do wnętrza enterocytów. Z jelita lipidy transportowane są przez limfę naczyniami limfatycznymi. Inne ważne składniki pokarmowe Do niezbędnych dla prawidłowego funkcjonowania organizmu składników należą także witaminy i sole mineralne, które pełnią funkcje regulujące. Witaminy rozpuszczalne w wodzie: Rysunek 9 Źródło:

12 Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach: Rysunek 10 Źródło: Sole mineralnie niezbędne do prawidłowego funkcjonowania organizmu: Rysunek 11 Źródło:

13 Bibliografia 1.Mizerski W. (red.), Tablice biologiczne, wyd. Adamantan 2.Staroo K. (red.), Biologia cz. 2 tom 1 Kształcenie w zakresie rozszerzonym, Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne 3.Skoczylas R. (red.), Biologia cz. 2 tom 2 Kształcenie w zakresie rozszerzonym, Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne 4.Grykiel K., Halastra-Petryna G., Mazurek E., Potulska- Klein B., Tablice biologiczne, wyd. Podkowa 5. Madkowiak M., Michalak A. (red.), Biologia Jedność i różnorodność, Wydawnictwo Szkolne PWN 6. Holak E., Hoppe L., Lewioski W., Lipka I., Ruda-Groborz B., Vademecum Matura 2009 Biologia, wyd. Operon 7.Gawęcki J., Mossor-Pietraszewska T. (red.), Kompendium wiedzy o żywności, żywieniu i zdrowiu, Wydawnictwo Naukowe PWN