Bài giảng trao đổi chất và năng lượng

à dự trữ năng lượng. Dị hóa: biến đổi những vật chất cấu tạo cơ thể và nguồn năng lượng dự trữ có cấu tạo phức tạp thành những vật chất đơn giản và phóng thích năng lượng mà cơ thể có thể lợi dụng được Nội dung(1) sự trao đổi vật chất và trao đổi năng lượng giữa cơ thể với môi trường Sự lấy vào các chất (thức ăn)Thải ra các sản phẩm thải(2) Sự chuyển hóa vật chất và năng lượng bên trong cơ thể.52. TRAO ĐỔI CHẤT Ở CÁTRAO ĐỔI CHẤT CHUNGTĐC TIÊU HAO(Trao đổi năng lượng)TĐC XÂY DỰNGTĐC THAY THẾTĐC SINH TRƯỞNGTĐC TÍCH LŨYDuy trì cơ thể cáTăng trưởng cơ thể cá62.1. TRAO ĐỔI PROTEINVai trò của proteinSự chuyển hóa protein Vai trò của protein và nhu cầu protein trong cơ thể7Vai trò của proteinVai trò cấu trúc: cấu trúc nên các thành phần cơ bản của tế bào và mô, cấu trúc của các hợp chất sinh học quan trọng như: enzyme, hormone, hemoglobin.Vai trò năng lượng: mỗi gam protein được oxy hóa tạo ra một nhiệt lượng 4,1kcalChất lượng của protein trong thức ăn:Giá trị sinh họcSố gam protein trong cơ thể được tạo thành khi sử dụng hết 100g protein thức ăn (sự tăng trưởng về khối lượng của cá đối với mỗi gam thức ăn được sử dụng)Hàm lượng các amino acid thiết yếu và không thiết yếu8 2 loại Amino Acids cần để tạo proteins~50%THIẾT YẾU (9) (Không thể thiếu )Cơ thể không thể tổng hợp chúng để tạo proteinsHoàn toàn phụ thuộc vào chế độ ăn.~50%KHÔNG THIẾT YẾU (11) (có thể thiếu)Co thể có thể tổng hợp chúng với số lượng đầy đủ từ các phân tử khác trong cơ thể .Không cần hiện diện trong chế độ ăn . Nhưng, tốc độ tổng hợp có thể không đầy đủ trong quá trình phát triển do đó chúng trở nên bán-cần thiết 9Ví dụ về các amino acids thiết yếu, không thiết yếu ở cá hồi Atlantic, cá hồi vân và cá traKhông thiết yếuAlanineAspartic acidCystineGlutamic acidTyrosineGlycineProlineSerineThiết yếuArginineHistidineIsoleucineLeucineLysineMethioninePhenylalanineThreonineTryptophanValine10Ảnh hưởng của các amino acid lên sinh trưởng của cá Ảnh hưởng của sự thiếu hụt cystein lên sinh trưởng của cáẢnh hưởng của sự thiếu hụt arginine lên sinh trưởng ở cá11Chuyển hóa protein trong cơ thểProtein thức ăn qua quá trình tiêu hóa tạo thành amino acid và được hấp thu tại ruột đi vào máu, qua gan trước khi đi đến các thành phần khác nhau của cơ thể.Các con đường chuyển hóa amino axitTổng hợp thành protein mới trong cơ thể bao gồm cả protein huyết tương và hemoglobin..Tạo thành những chất đặc biệt có bản chất protein như các hormone, các nucleic acid, các enzyme.Tạo thành nguồn dự trữ: glycogen, sau đó là lipid dự trữPhân giải, giải phóng năng lượng.12Sự chuyển hóa amino acidQuá trình khử aminQuá trình chuyển aminQuá trình khử carboxyl-> tạo ra cetonic acid, và NH3Cetonic acid chuyển hóa thành các amino acid khác và tạo thành glucose -> glycogen dự trữ trong gan hoặc chuyển hóa thành acid béo, bị phân giải tạo ra năng lượngNH3 tham gia vào các phản ứng amin, tạo thành glutamat, asparagin, tạo ure, muối amoni13Sự cân bằng NitrogenBiểu thị bằng sự cung cấp đầy đủ & khả năng sử dụng của cơ thể & duy trì khẩu phần ăn protein.Trung bình, hàm lượng nitơ (N) có trong protein là 16% (100g protein có 16g N hay, 1g N tương ứng với 6,25g protein), nên người ta có thể tính toán lượng protein dựa trên lượng N xác định được nhân với 6,25) N thu được trong khẩu phần ăn cóCHON so với N do cơ thể bài xuất = Sự cân bằng N14Cân bằng Nitrogen dương tínhKhi cơ thể nhận nitrogen vào nhiều hơn là đào thải Gặp ở các cơ thể trong thời kì sinh trưởng, luyện tập, thai nghén và ở thời khi hòi phục sức khỏe sau khi ốm nặng hoặc sau khi đói15 Cân bằng NitrogenXảy ra khi lượng N thải ra = lượng N tiêu thụ.Chỉ ra rằng protein ăn vào đáp ứng nhu cầu cơ thể Trong trường hợp cơ thể không tiếp tục tăng trưởng nữa 16Cân bằng Nitrogen âm tínhKhi lượng nitrogen đào thải cao hơn lượng ăn vào.Khi thiếu dinh dưỡng, bị đói lâu ngày hoặc ở các cơ thể già cỗi, hoặc đau ốm hoặc sau khi bị thương hoặc nhiễm trùng nặng 17Vai trò của gan trong chuyển hóa proteinGiải độc các sản phẩm phân giải proteinTổng hợp nên các protein của cơ thểHình thành ure, giảm hàm lượng NH3 trong cơ thểSản sinh và phân giải axit uric182.2. TRAO ĐỔI LYPIDVai trò lipid trong cơ thểSự chuyển hóa lipid19Vai trò của lipidVai trò năng lượng: có giá trị năng lượng cao nhất (9,3kcal) và là nguồn năng lượng dự trữ của cơ thểVai trò cấu trúc: cấu trúc màng tế bàoVai trò khác: dung môi hòa tan một số vitamin như A, E, K.Giá trị của lipid trong thức ăn: Các acid béo không no: PUFA (poly unsaturated fatty acid)Các acid béo thiết yếu: EFA (essential fatty acid) ω3/ ω6 (AA, DHA, ARA)20Classification of polyunsaturated fatty acids O C OHCH2CH2CHCH2 CH3Carboxyl groupDouble bondMethyl group18: 3 (n-3)Number of carbonsNumber of double bondsFirst double bond from methyl groupCH.21Essential Fatty Acids essential function in cellular membranes required for good growth retinal function and improved vision not essential in membranes precursor for prostaglandinscellular regulationArA (20:4n-6)EPA (20:5n-3)DHA (22:6n-3)22THE DHA CONTENT IN HALIBUT LARVAE IS REFLECTED BY THE DHA CONTENT IN THE LIVE FOOD ORGANISMSDHA (docosahexaenoic acid (22:6n-3) effect on pigmentation and metamorphosisEvjemo et al., 200323Sự chuyển hóa lipidCác con đường chuyển hóa lipidTồn tại dưới dạng mô mỡ (dự trữ)Tham gia cấu trúc tế bào và mô cơ thể, tham gia tạo thành các hợp chất có hoạt tính (steroid)chuyển hóa thành glycogen dự trữ ở gan hoặc bị oxy hóa tạo thành năng lượng24Kho dự trữ lipid của cáMô liên kết dưới da (cá ngừ, trình, chép, một số loài họ cá trích)Cơ vận động và giữa các vách cơ (cá nục, một số loài thuộc họ cá trình, họ cá hồi, họ cá tầm,)Xoang bụng, màng treo ruột (họ cá chép, họ cá cơm, họ cá vược)Gan (họ cá moru, cá nhám, cá đuối)Mô gian xương (họ cá hồi)Trong xương và gốc mang (họ cá bơn)25Dạng lipid tích lũyChủ yếu là triglyceride:Tồn tại trong dịch nội bào của cơTồn tại trong gan Nguồn năng lượng cơ bản trong cơ thể cá bơi khỏe (cơ đỏ).Hàm lượng lipid trong cơ đỏ nhiều hơn trong cơ trắng 1,5 – 2 lầnPhospholipidThành phần cấu trúc nên tế bào. 80% lượng lipid có trong cơ trắng là phospholipid Sterol: cấu trúc nên các hợp chất hoormoneEtesterol. CeraAxit béo tự do: tồn tại trong dịch nội bào hoặc ngoại bào. 26Phân bố của toàn bộ chất béo tại các phần và cơ quan trong cơ thể cá thu vùng Bắc AtlanticTổng hàm lượng chất béo có trong cơ trắng nhiều hơn trong cơ đỏ, tuy nhiên tỉ lệ lượng chất béo trên một đơn vị khối lượng cơ, trong cơ đỏ lại nhiều hơn trong cơ trắng. 27Vách cơCơ đỏ có vách cơCơ trắngCơ trắng có vách cơMỡ dưới daCơ đỏ28Sự biến động lipidTập tính sinh sản:Nhiều loài cá, hàm lượng lipid dự trữ trong cơ thể giảm xuống khi tuyến sinh dục phát triển.Ở nhiều loài, lượng lipid tăng khi tuyến sinh dục chuyển từ giai đoạn III – IV.Tập tính di cư Trước mùa di cư, hàm lượng lipid trong cơ thể cá tăng lên. Cá sống ở những điều kiện khắc nghiệt, lipid dự trữ càng nhiều.Sự sử dụng lipid: Gan, màng treo ruột, mô liên kết, cơ29Vai trò của gan trong chuyển hóa lipidLàm cho axit béo bão hòa thành không bão hòaTạo thành các hợp chất phospholipid để tham gia xây dựng các mô hoặc bị oxy hóa tạo ra năng lượngTạo thành các kêtoon, sản phẩm trung gian của quá trình trao đổi mỡ. Sau khi được tạo thành ở gan, các thể keto này được chuyển đến mô.Gan là nơi dự trữ lipid (chủ yếu phospholipid và glyxerist)Gan cá Atlantic cod chứa 50% lượng lipid của cơ thể302.3. TRAO ĐỔI CÁC HỢP CHẤT CARBONHYDRATEVai trò của các hợp chất COHSự chuyển hóa các hợp chất COH trong cơ thểDự trữ dưới dạng glycogen31Vai trò các hợp chất COHCOH là nguồn năng lượng chủ yếu cho mọi hoạt động sống của cơ thể. Mỗi gr glucose khi oxi hóa hoàn toàn sản sinh ra 4,25 Kcal. Khi thức ăn chứa COH tăng lên thì sự phân giải lipid và protid trong cơ thể giảm đi, vì năng lượng chủ yếu do glucose cung cấp.COH là một trong những thành phần không thể thiếu được trong cấu tạo của tổ chức cơ thể như các chất glucoprotein ở màng tế bào.32Chuyển hóa hợp chất COHSản phẩm tiêu hóa các hợp chất COH là các đường đơn, trong đó đáng chú ý là glucose. Sau khi được tạo thành và hấp thu qua thành ruột, glucose theo máu đi đến các phần khác nhau trong cơ thể và được chuyển hóa theo các con đường chủ yếu: Bị oxy hóa giải phóng năng lượngĐược tổng hợp từ sản phẩm tiêu hóa của protein và lipid thức ănMột phần được tổng hợp thành năng lượng dự trữ tạm thời glycogen, chủ yếu ở gan và cơ. Tỉ lệ hàm lượng glycogen của gan và cơ là 1:7.Glycogen được chuyển hóa tạo thành glucose.Một phần lớn glucose chuyển hóa thành lipid như nguồn năng lượng tương lai. 33Sự điều chỉnh glucose trong máuKhi glucose trong máu thấp, glycogen trong gan sẽ được chuyển hóa thành glucoseKhi glucose cao, một phần sẽ được chuyển thành glycogen dự trữ trong gan và cơ, một phần chuyến hóa thành mỡ.Sự biến động glucosePhụ thuộc vào nhiệt độMức độ hoạt động của cơ thểNhịn đói lâu ngày làm hàm lượng glucose trong máu giảmTrong điều kiện đầy đủ oxy, glucose bị oxy hóa hoàn toàn tạo thành CO2 và H2O. Khi thiếu oxy, sự oxy hóa glucose tạo ra axit lắctic. Axit lắctic này lại được chuyển hóa thành glycogen ở gan.Vai trò điều chỉnh hàm lượng glucose trong máu do hoormon insulin, glucagon (do tuyến tụy nội tiết tiết ra), adrenalin (do tuyến thượng thận tiết ra) và hoormone sinh trưởng (do tuyến yên tiết ra).34Glycogen dự trữHàm lượng tích lũy không vượt quá 0,5 – 1,5% khối lượng cơ thể.Dự trữ ở gan (0,8 – 10% khối lượng gan) , (0,01 – 1% khối lượng cơ), tim ( 1- 2% khối lượng tim) và não (0,1 – 0,5%)Glycogen tập trung chủ yếu ở gan, và cơ (những cá bơi khỏe)Glycogen được xem là nguồn năng lượng trực tiếp cho bơi lội35Vai trò của ganGan tổng hợp glycogen từ glucose hoặc từ các sản phẩm phân giải gluxit (axit lactic) khi các chất này có nhiều trong máu.Gan tổng hợp glycogen từ sản phẩm phân giải của protein và lipidGan phân giải glycogen tạo thành glucose khi hàm lượng đường trong máu giảm36Các con đường trao đổi chất chính của các protein, carbohydrate và lipid ở cá 373. TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNGNăng lượng trong thức ăn không thể sử dụng được cho đến khi các phân tử phức tạp bị bẻ gẫy, tạo thành các phân tử đơn giản thông qua tiêu hóa. Sản phẩm của tiêu hóa, sau đó được hấp thụ vào cơ thể động vật, nơi quá trình oxy hóa xảy ra, giải phóng năng lượng. Sự trao đổi năng lượng ở cá tương tự như ở động vật có vú và chim với hai ngoại lệ đáng chú ý. Đó là: (a) Cá không tiêu tốn năng lượng trong việc duy trì thân nhiệt khác với môi trường của nó; và (b) Sự bài tiết các sản phẩm thải của nitơ ở cá tốn ít năng lượng hơn ở động vật đẳng nhiệt trên cạn. 3839Hình thức tích lũy năng lượng ở cáTích lũy dưới dạng vật chất: lipid, glycogen và proteinCác phương pháp xác định :dùng phòng nhiệt lượng kếtính toán dựa vào lượng oxy tiêu hoa và CO2 thải ra qua quá trình hô hấp, và dựa vào hệ số thở (RQ) RQ = VCO2/VO2RQ (gluxit) = 1; RQ (protein) = 0,8; RQ (lipid) = 0,7Nói chung, 0,7 ≤ RQ ≤ 1Dựa vào tốc độ hao hụt của chất đánh dấu (thường là C14) từ các chất dự trữ trong cơ thể40Các yếu tố ảnh hưởng đến trao đổi chất và năng lượng của cáGiống loàiSo sánh giữa các loài cá có tính ăn tương tự nhau, cá nào có cường độ trao đổi chất lớn hơn thì tốc độ sinh trưởng lớn hơn.Kích thướcCá chép cỡ 12g có cường độ trao đổi chất 24,48Kcal/kg.ngày và cá chép cỡ 100g có cường độ trao đổi chất 7,97Kcal/kg.ngàyMức độ hoạt động của cơDinh dưỡngKhi cá ăn no cường độ trao đổi chất tăng lên và khi bị đói thì cường độ trao đổi chất giảm xuống. Cá ăn các loại thức ăn khác nhau thì cường độ trao đổi chất khác nhau.Khi đói năng lượng cần thiết để duy trì sự sống của động vật hoàn toàn nhờ vào vật chất của cơ thể. Thứ tự chất trao đổi là lipid, glycogen và protein.Nhiệt độ nướcYếu tố hóa học của môi trườngcá sống trong môi trường có nồng độ CO2 cao hay pH thấp thì có cường độ trao đổi chất thấp hơn cá sống trong môi trường có nồng độ CO2 thấp và pH cao.41BiẾN ĐỘNG NĂNG LƯỢNGNĂNG LƯỢNG VÀ SINH SẢNNĂNG LƯỢNG VÀ DI CƯNĂNG LƯỢNG VÀ TRÚ ĐÔNG42NĂNG LƯỢNG VÀ SINH SẢNHiệu suất của sự sinh sản phụ thuộc vào mức độ tích lipid trong cơ thể cá và cường độ sử dụng lipid trong quá trình chín sinh dụcCác chỉ số chuẩn bị cho sinh sảnCường độ và quy mô phân giải lipid trong thời kì trước sinh sản (chuẩn bị sinh sản)Lượng lipid dự trữ ban đầu vào lúc bắt đầu thời kì trước sinh sản (chuẩn bị cho chín và đẻ trứng)43NĂNG LƯỢNG VÀ DI CƯTín hiệu cho di cư: độ dài chiếu sáng trong ngày, nhiệt độ, và độ tích lũy lipid (!)Tích lũy lipid là mục đích cơ bản của thời kì trước khi trú đôngNhiều loài cá cơm (cá cơm biển Azov) khi chưa tích lũy được một lượng lipid cần thiết chưa di cư đượcĐộ lipid càng cao, cá càng nhạy cảm với tín hiệu nhiệt độ và độ tập trung của đàn càng caoTheo mức tích lũy lipid, nhu cầu dinh dưỡng của cá giảm dần44NĂNG LƯỢNG VÀ TRÚ ĐÔNGNguồn lipid là nhân tố cơ bản:Giữ cân bằng năng lượng cần thiết,Giữ thân nhiệtTăng khả năng chống bệnhKhi nhiệt độ hạ thấp, trao đổi chất và tiêu hao năng lượng giảmKhi hàm lượng lipid được tích lũy nhiều, số lượng bầy đàn đông hơn, khả năng xâm nhập vào vùng nhiệt độ thấp tốt hơnví dụ, cá chép trưởng thành, lượng lipid vào đầu thời kì trú đông tăng lên , sau đó, thường mất đi 1/3 nguồn lipid, khi lượng lipid chỉ còn 0,2 – 0,4%, cá bắt đầu chết hàng loạt