Chương 5 Trao đổi chất và năng lương (Phần 1)

Chương 5 TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯƠNG (P1) (Physiology in metabolism and energetics ) Dr Võ Văn Toàn- Quynh n University NỘI DUNG CHƯƠNG 5 I. Đại cương về về trao đổi chất và năng lương II/ Trao đổi chất 2.1. Phương pháp nghiên cứu 2.2. Trao đổi Protit 2.3. Trao đổi Gluxit 2.4. Trao đổi Lipit 2.5. Trao đổi nước và muối khoáng 2.6. Vitamin III/ Trao đổi năng lượng 3.1. Phương pháp đo nhiệt lượng 3.2. Trao đổi cơ sở 3.3. Trao đổi năng lượng khi đói 3.4. Trao đổi năng lượng khi ăn 3.5. Trao đổi năng lượng khi cơ hoạt động IV/ Thân nhiệt và điều hòa thân nhiệt V/ Khẩu phần thức ăn cho vật nuôi I/ ĐẠI CƯƠNG VỀ TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Trao đổi đất và năng lượng là đặc điểm cơ bản của sự sống. Trao đổi chất là một quá trình chuyển hóa vật chất để cơ thể tự đổi mới. Nó gồm hai quá trình đồng hóa và dị hóa. Đồng hóa là quá trình hấp thu các chất dinh dưỡng từ môi trường ngoài qua ống tiêu hóa, rồi chuyển nó thành những chất xây dựng cơ thể Dị hóa là quá trình phân giải những chất dinh dưỡng, để tạo ra năng lượng và các sản phẩm cặn bã. Năng lượng này giúp cho cơ thể hoạt động, các chất cặn bã được thải ra môi trường. I/ ĐẠI CƯƠNG VỀ TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG (tt) Đồng hóa và dị hóa là hai quá trình xẩy ra song song và thường xuyên, đây hai mặt mâu thuẩn nhưng thống nhất với nhau trong cơ thể, thúc đẩy lẫn nhau, đồng hóa tốt thì dị hóa tốt. Theo quy luật sinh học, ở cơ thể đang lớn thì đồng hóa lớn hơn dị hóa, ở cơ thể trưởng thành cân bằng nhau và ở cơ thể già dị hóa lớn hơn đồng hóa Song song với quá trình trao đổi chất có quá trình trao đổi năng lượng. I/ ĐẠI CƯƠNG VỀ TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG (tt) Trao đổi năng lượng là sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác xảy ra bên trong cơ thể. Năng lượng trong các hợp chất hữu cơ ở dạng hóa năng được biến đổi thành nhiệt năng, công năng và điện năng thông qua ATP C6H12O6+ 6O2 6CO2+ 6H2O + 678Kcal (ATP) Năng lượng ATP tạo ra sẽ biến đổi thành các dạng nhiệt năng (thân nhiệt), công năng (hoạt động cơ) và điện năng (dẫn truyền thần kinh)… II/ TRAO ĐỔI CHẤT 2.1.Phương pháp nghiên cứu: -Phương pháp nghiên cứu được sử dụng sớm nhất là cho vật nuôi ăn một lượng thức ăn nhất định, sau đó phân tích chất bài tiết (phân, nước tiểu) để biết quá trình chuyển hóa các chất. -Phương pháp tạo lổ rò mạch quản: Dùng một ống kim loại cố định vào mạch quản ra và vào của một cơ quan nào đó, lấy máu phân tích để xác định trao đổi chất. - Phương pháp tiêm: Tiêm chất kiểm tra vào động mạch của cơ quan nào đó rồi lấy máu tĩnh mạch phân tích trao đổi chất. 2.1.Phương pháp nghiên cứu (tt) -Phương pháp trực tiếp: Có thể cắt tổ chức tươi thành phiến mỏng, cho vào chất kiểm tra và đặt trong môi trường có nhiệt độ và độ ẩm nhất định. Sau ít giờ phân tích phản ứng của tổ chức đó và xác định được quá trình chuyển hóa các chất -Phương pháp nguyên tử đánh dấu: Dùng một số chất có chứa các chất đồng vị phóng xạ đưa vào cơ thể vật nuôi, sau đó phân tích tình hình phân bố và khả năng tồn tại của các chất này trong các mô để xác định quá trình chuyển hóa của các chất nghiên cứu . II/ TRAO ĐỔI CHẤT (tt) 2.2. Trao đổi protit 2.2.1. Chức năng sinh lý của protit +Protit là thành phần quan trọng nhất của mọi cơ thể sống. “Sống là phương thức tồn tại của các phân tử protit” (Ph. Ănghen) +Protit tham gia cấu tạo tế bào, mô và cơ thể +Protit tham gia cấu tạo enzym, hormon, Hb, kháng thể, các chất kích thích sinh học…nên protit tham gia nhiều chức năng của cơ thể như xúc tác, điều hòa, vận chuyển, bảo vệ… Ba ví dụ về chức năng sinh lý của Protit + Hầu hết các phản ứng hóa học trong cơ thể sống đều được xúc tác bởi enzyme + Một số loại Pr vận chuyển các chất trong cơ thể (oxy, ion…) +Thông tin vận chuyển như các loại hoocmon… Alcohol dehydrogenase oxy hóa alcohol thành aldehyde hoặc xeton Hemoglobin vận chuyển oxy Inzulin kiểm soát số lượng đường trong máu Chức năng sinh lý protit +Protit tham gia cấu trúc các sợi cơ (actin và myozin). Do đó, nó đóng vai trò trong sự vận động của cơ thể. +Protit có thể chuyển thành Gluxit và Lipit, nhưng không có quá trình ngược lại. +Protit có thể bị oxy hóa để tạo năng lượng (1g Pr= 4,1Kcal) +Protit phổ biến nhất là anbumin và globulin. Chúng là nguồn cung cấp protit cho mô bào và đóng vai trò tạo áp suất thẩm thấu thể keo của máu +Protit được cấu tạo từ các axit amin 2.2. Trao đổi protit (tt) 2.2.2. Chức năng sinh lý axit amin +Axit amin thường chứa 1 nhóm amin (- NH2) và một nhóm cacboxyl (-COOH), nhưng khác nhau tùy mạch bên (gốc R) COO-NH3 + C R H +Hiện nay, người ta phát hiện ra 20 loại a.a +Nhiều axit amin liên kết với nhau thành phân tử Protit (qua liên kết peptit). Các phân tử protit khác nhau bởi thành phần, số lượng và trật tự sắp xếp các a.a. Do đó, chỉ với 20 loại a.a nhưng có thể tạo ra rất nhiều loại protit khác nhau Ví dụ, trong cơ thể động vật có khoảng 5 triệu loại protit +Cơ thể vật nuôi chỉ hấp thu a.a rồi sau đó tổng hợp thành protit đặc trưng cho mình. Nếu đưa protit lạ thẳng vào máu sẽ trở thành một kháng nguyên và gây nguy hiểm cho cơ thể. Glycine (G) Glutamic acid (E)Asparatic acid (D) Methionine (M) Threonine (T)Serine (S)Glutamine (Q) Asparagine (N)Tryptophan (W)Phenylalanine (F) Cysteine (C) Proline (P) Leucine (L)Isoleucine (I)Valine (V)Alanine (A) Histidine (H)Lysine (K) Tyrosine (Y) Arginine (R) White: Hydrophobic, Green: Hydrophilic, Red: Acidic, Blue: Basic 20 loại axit amin +Do sự tương tác giữa các protit không giống nhau (gọi là bất đồng sinh học) mà mô loài này ghép sang loài khác thường không sống được. +Về mặt dinh dưỡng, người ta phân biệt 2 loại a.a. khác nhau: - A.a không thể thay thế: Là những a.a. mà cơ thể không thể tự tổng hợp được, phải nhất thiết lấy từ thức ăn. Đó là các a.a: Arginin, Histidin, Lơxin, izolơxin, lyzin, Metionin, Phenyl alanin, Treonin, Tryptophan và Valin (gia cầm thêm Glyxin và glutamat) - A.a có thể thay thế: Là những a.a. mà cơ thể có thể tự tổng hợp được ở gan. Đó là các a.a: Alanin, asparagin, Xystin, Xystein, glutamat, glutamin, glyxin, prolin, Serin và Tyrozin (10) +Thức ăn protit động vật (thịt, sữa, trứng) chứa đủ các a.a không thay thế, nên có giá trị dinh dưỡng cao. Trừ lòng trắng trứng và keo thịt đông thiếu Tryptophan và Tyrozin +Thức ăn thực vật thường thiếu các a.a. không thay thế. Ví dụ, hạt ngô không có tryptophan và lyzin. Bột mỳ rất ít lyzin…Do đó cần phải phối hợp nhiều loại thức ăn +Tỷ lệ tiêu hóa, hấp thu protit ở các loại thức ăn cũng khác nhau: Protit động vật có thể tiêu hóa hấp thu đến 95%, protit thực vật từ 60-70%. +Mỗi a.a đều có chức năng sinh lý nhất định. +Tryptophan, lyzin, tyrozin, acginin, systein, cần cho sự phát triển của lông, mỏ và sừng +Lyzin cần cho sự sinh trưởng và duy trì sự cân bằng protit +Glyxin được sử dụng để tạo thành các tổ chức keo và tạo protoporphirin của Hb hồng cầu. +Valin cần cho sự hoạt động của hệ thần kinh +Lơxin cần cho sự tổng hợp protit huyết tương và mô bào +Metionin tăng cường chức năng bảo vệ của gan. +Tryptophan giữ vai trò quan trọng trong hoạt động sinh sản +Tyrozin cần cho sự tổng hợp hormon của tuyến giáp. +Glutamin có vai trò trong trao đổi trung gian giữa các a.a. +Ngoài ra, các a.a có tác động qua lại lẫn nhau nên khi lập khẩu phần thức ăn cho gia súc chúng ta phải quan tâm đến từng loại a.a. +Đối với động vật nhai lại, protein do vi sinh vật cung cấp có đầy đủ các a.a không thay thế, nên trong khẩu phần phải chú ý đến các chất có chứa nitơ như ure, cacbamit, các muối amôn…Các chất này giúp cho vi sinh vật phát triển 2.2. Trao đổi protit (tt) 2.2.3. Chuyển hóa protit trong cơ thể +Đồng hóa: Dưới tác dụng của hệ thống men tiêu hóa, protit thức ăn được phân giải thành a.a, nó được hấp thu vào máu, theo tĩnh mạch cửa vào gan. Tại gan, một phần a.a được giữ lại và tổng hợp thành globulin và fibrinogen. Phần lớn a.a được chuyển đến mô bào để được sử dụng tổng hợp các phân tử protit đặc trưng cho từng mô bào. Một số mô bào tổng hợp nên các protit đặc trưng rất cao như các hormon, hemoglobin, kháng thể …Đây là quá trình đồng hóa protit 2.2.3. Chuyển hóa protit trong cơ thể (tt) +Dị hóa: Đầu tiên protit ở gan bị phân giải thành a.a. Protit ở mô bào cũng được phân giải thành a.a rồi chuyển về gan. Các a.a này sẽ bị phân giải bằng các phản ứng khử amin, nhóm NH2 bị tách ra để tạo thành các xeto axit và NH3, sau đó NH3 được biến đổi thành urê theo chu trình ornitin. R-CH(NH2)-COOH --- R-C(NH)-COOH + NADH2 R-C(NH)-COOH + H2O --- R-CO-COOH + NH3 Xeto axit NH3---------------- CO(NH2)2 (urê) 2.2.3. Chuyển hóa protit trong cơ thể (tt) Xeto axit được biến đổi theo 3 hướng: - Biến đổi thành glucoza và glycogen R-CO-COOH ------- Glucoza và glycogen - Kết hợp với NH2 để trở thành a.a. mới R-CO-COOH+NH2 ------ R-CH(NH2)-COOH - Bị oxy hóa thành CO2, H2O và tạo ra năng lượng R-CO-COOH + O2 ---------- CO2 +H2O + ATP +Chuyển hóa nucleoproteit: Nucleoproteit là thành phần của nhân tế bào, nó được tổng hợp bởi 2 thành phần là protit và axit nucleic. Khi phân giải, nucleoproteit bị tách thành protit và axit nucleic. Protit tiếp tục bị phân giải thành a.a. Còn phần axit nucleic phân giải cho ra các gốc kiềm purin và pirimidin, đường pentoza và H3PO4. Gốc kiềm purin tiếp tục bị oxy hóa sẽ cho ra axit uric, được thải ra ngoài qua nước tiểu. Còn các gốc kiềm pirimidin được phân giải cho ra ure để thải ra ngoài. 2.2. Trao đổi protit (tt) 2.2.4. Vấn đề cân bằng nitơ Nhu cầu protit của gia súc trưởng thành được xác định nhờ lượng nitơ thải ra theo nước tiểu trong một ngày đêm. Nhưng trong thức ăn còn có nitơ phi protit, cho nên khi xác định cân bằng protit cần nắm được lượng nitơ phi protit. Có 3 trường hợp xảy ra: - Cân bằng dương nitơ (Nitơ ăn vào > thải ra) - Cân bằng nitơ (Nitơ ăn vào = thải ra) - Cân bằng âm nitơ (Nitơ ăn vào < thải ra) 2.2.4. Vấn đề cân bằng nitơ (tt) -Cứ 6,25g protit cho 1g nitơ, do đó chỉ cần nhân lượng nitơ với 6,25 là biết lượng protit trao đổi. -Ở cơ thể trưởng thành, không có sự tích lũy thêm protit, chỉ có sự tự đổi mới. Lượng protit ăn vào dư thừa sẽ được chuyển thành gluxit, lipit hoặc tạo năng lượng. -Mức độ cân bằng nitơ có thể thay đổi. Khi thừa protit lượng nitơ thải ra tăng lên và ngược lại. Giảm lượng thức ăn proptit sẽ giảm mức độ cân bằng nitơ. Dưới mức này cơ thể có thể bị đói protit -Mức độ protit tối thiểu ở gia súc rất khác nhau: Ở cừu, lợn: 1g; ngựa:0,7g; trâu bò:0,6; người 1g trong 24 giờ trên 1kg t ể trọn . II/ TRAO ĐỔI CHẤT (tt) 2.3. Trao đổi Gluxit 2.3.1. Chức năng sinh lý của gluxit +Gluxit là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu của cơ thể. Năng lượng phần lớn là do oxy hóa glucoza. 1g gluxit khi bị oxy hóa tạo ra 4,1Kcal. +Do đó khi lượng đường trong máu giảm sẽ dẫn đến suy giảm thể lực, giảm thân nhiệt và mệt mỏi. Nếu giảm tới mức 40mg% thì con vật sẽ bị sốt, mê sảng và ngất. Khi thiếu đường kéo dài có thể dẫn đến chết. Tuy nhiên nếu cho con vật ăn đường hoặc tiêm glucoza thì các triệu chứng trên sẽ biến mất sau thời gian ngắn. Glucoza 2.3.1. Chức năng sinh lý của gluxit (tt) +Hàm lượng đường trong các cơ quan cũng khác nhau: não 12mg%, ruột 9mg%, cơ 0,7 mg%, thận 5mg%. Một số cơ quan như phổi, lách không lấy gluco huyết mà chỉ giữ lại một ít glycogen +Gluxit cũng là nguyên liệu cấu tạo tế bào hoặc tham gia vào các hợp chất hữu cơ phức tạp như glucopproteit, glucolipit… +Đối với gia súc, nhất là lợn thì gluxit là nguồn thức ăn chính để tạo mỡ, vỗ béo cơ thể. Ở loài nhai lại và ngựa, gluxit là nguồn thức ăn chính, nhờ hoạt động của VSV hữu ích ở dạ cỏ và manh tràng. 2.3. Trao đổi Gluxit (tt) 2.3.2. Chuyển hóa gluxit +Đồng hóa: Các loại đường đơn như fructoza, galactoza khi vào niêm mạc ruột đều được biến đổi thành glucoza. Do đó, khi vào tĩnh mạch gan thì chỉ có đường glucoza. +Ở gan, một phần glucoza được chuyển hóa thành glycogen dự trữ nhờ tác dụng của insulin. Một phần chuyển đến mô bào để oxy hóa tạo năng lượng và tạo thành glycogen dự trữ, nhất ở cơ vân. +Một phần đáng kể glucoza ở mô bào chuyển thành mỡ, nằm ở dưới da và bám vào nội quan. Glycogen 2.3.2. Chuyển hóa gluxit (tt) +Ở loài nhai lại, các VSV đã lên men xenluloza thành các axit béo bay hơi, chúng được hấp thụ ở thành dạ cỏ và đến gan, một phần giữ lại ở gan để chuyển thành mỡ gan,. Phần khác được chuyển đến mô bào như mô tuyến sữa để tổng hợp thành mỡ sữa +Dị hóa: Dưới tác dụng của adrenalin của tủy thượng thận, một phần glycogen dự trữ phân giải thành glucoza, rồi glucoza được oxy hóa cho ra năng lượng, CO2 và H2O. Đảm bảo hoạt động bình thường của cơ thể +Khi hoạt động cơ, glycogen ở cơ được phân hủy thành glucoza. Một phần glucoza được phân giải để tạo năng lượng, trong điều kiện thiếu oxy glucoza được phân giải thành axit lactic, làm pH trong cơ giảm, dẫn tới hiện tượng mỏi cơ. Axit lactic theo máu về gan sau đó tái tổng hợp thành glucoza. +Khi cơ hoạt động mạnh hoặc trong các phản ứng stress, lượng glucoza tạo ra do phân giải glycogen không đủ; dưới tác động của hormon glucocorticoit của vỏ thượng thận, một phần protit, lipit cũng bị phân giải tạo ra nhiều xeto axit và thể xeton làm giảm pH máu gây mỏi mệt, nếu nặng gây co giật, hôn mê. +Hàm lượng đường glucoza trong máu vật nuôi và người thường ổn định từ 100-160mg%, riêng loài nhai lại thấp hơn (40-60mg%), ở người từ 80-120mg%. Sự ổn định này là nhờ sự điều hòa của các hormon +Khi đường huyết tăng, insulin tăng cường quá trình tổng hợp glycogen dự trữ ở gan. Khi lượng đường giảm, dưới tác động của glucagon và adrenalin, glycogen ở gan được phân giải thành đường +Lượng glycogen dự trữ trong gan có thể lên đến 200-300g. Thiếu insulin sẽ gây ra bệnh đái đường sinh lý, ăn uống nhiều gluxit cũng gây bệnh đái đường do ăn uống (glucoza thừa sẽ thải ra). Insulin II/ TRAO ĐỔI CHẤT (tt) 2.4. Trao đổi Lipit 2.4.1. Chức năng sinh lý của lipit +Lipit và các hợp chất lipit với protit, gluxit tham gia cấu tạo tế bào (màng tế bào, màng nhân,màng bào quan); tạo nên tính bền vững và tính thấm chon lọc của màng +Lipit là nguyên liệu để tổng hợp các hormon sinh dục và vỏ thượng thận +Mỡ là thành phần dự trữ quan trọng của cơ thể. Mỡ dự trữ có vai trò đệm cho hoạt động các nội quan, bảo vệ, chống va chạm, … Lipid 2.4.1. Chức năng sinh lý của lipit (tt) +Lipit tham gia tạo năng lượng. 1g mỡ oxy hóa cho ra 9,3kcal (1g gluxit, protit chỉ cho 4,1Kcal) +Mỡ tham gia điều hòa nhiệt. Động vật xứ lạnh nhờ lớp mỡ dưới da dày để giữ ấm cơ thể. Ví dụ: cá voi có lớp mỡ đưới da dày 50-70cm +Mỡ là thành phần dự trữ quan trọng của cơ thể. Mỡ dự trữ có vai trò đệm cho hoạt động các nội quan, bảo vệ, chống va chạm, … Gấu Bắc cực 2.4.1. Chức năng sinh lý của lipit (tt) +Khi bị phân giải, lipit cho ra một lượng nước khá lớn. Oxy hóa 100g mỡ sẽ cho 107,1g nước (gluxit: 55,5g; protit: 41,3g nước). +Mỡ là dung môi cần thiết để hòa tan các vitamin A, D, E, K. Những vitamin này được hấp thu khi tan trong mỡ. +Gần đây, người ta phát hiện vai trò quan trọng của một số axit béo như axit oleic; axit linoleic, axit arachidonic. Thí nghiệm trên chuột cho thấy, khi cho ăn thiếu các axit này chuột bị loét da, lông rụng, ngừng lớn và chết. (lợn cũng ~) Acid oleic Acid linoleic 2.4.1. Chuyển hóa lipit +Đồng hóa: Lipit được phân giải và hấp thu dưới dạng glyxerin và axit béo. Tuy nhiên khi đi qua tế bào niêm mạc ruột, phần lớn glyxerin và axit béo được tái tổng hợp thành lipit, chỉ có 30% axit béo (mạch ngắn dưới 12C) được vận chuyển đến gan. Một phần glyxerin và axit béo được tổng hợp thành mỡ ở gan, còn phần lớn đến các mô bào để tổng hợp thành mỡ ở mô bào +Phần lớn axit béo (70%) gồm những axit béo mạch dài trên 12 cacbon và những hạt mỡ nhũ tương được hấp thu ở hạ niệm mạc ruột và theo mạch bạch huyết về tim rồi đến các mô bào. 2.4.1. Chuyển hóa lipit (tt) +Ở mô bào, mỡ nhũ tương được biến đổi thành các phân tử mỡ lớn, axit béo được tổng hợp thành mỡ, tất cả được tích trữ ở kho chứa mỡ. +Mỡ dự trữ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loài, giống, tuổi, tính biệt, trạng thái sinh lý và hoạt động của cơ thể. Lợn là vật nuôi có khả năng tích lũy mỡ cao nhất; Lợn nội >lợn ngoại; non<già; con cái >con đực; thiến>không thiến… +Mỡ của thức ăn sau khi hấp thu phải có thời gian mới chuyển hóa thành mỡ đặc trưng cho cơ thể. Sự tổng hợp mỡ còn phụ thuộc vào thức ăn gluxit và protit. 2.4.1. Chuyển hóa lipit (tt) +Có một số axit béo không thay thế như axit oleic, axit linoleic, axit arachidonic; cơ thể bắt buộc phải lấy từ thức ăn. Do đó, nếu thiếu lâu ngày cơ thể sẽ bị rối loạn (loét da, chậm lớn, đẻ khó…) +Loài nhai lại có thể sử dụng các axit béo bay hơi để tổng hợp nên mỡ. Đặc biệt ở tuyến vú có thể tổng hợp được mỡ sữa nhờ axit lactic. Thí nghiệm thêm axetat natri vào thức ăn có thể làm tăng hàm lượng mỡ sữa lên 0,8-1,0% +Dị hóa: Quá trình phân giải lipit đầu tiên xảy ra ở gan; lipit được phân giải thành glyxerin và axit béo. 2.4.1. Chuyển hóa lipit (tt) +Một phần glyxerin được oxy hóa cho CO2, H2O và năng lượng, một phần chuyển thành glycogen. Axit béo được phân giải theo con đường β oxy hóa thành axetyl-CoA rồi đi vào chu trình Crep để tạo năng lượng. +Khi cơ thể hoạt động mạnh, lipit ở mô bào cũng được phân giải thành glyxerin và axit béo để vận chuyển về gan. Quá trình này tạo ra nhiều xeton gây toan huyết, toan niệu +Lipit phức tạp gồm 2 loại: phophatit và stearin. Phophatit gồm lexitin, xefalin, sphingomyelin. Steain tiêu biểu là cholesteron. Cholesteron ở dạng tự do hoặc kết hợp. Cholesteron The …end