КУРСОВАЯ РАБОТА НА ТЕМУ:
ОБМЕН ВЕЩЕСТВ У РЫБ План
Вступление…………………………………………………………………..3
Структурные элементы питания рыб…………………………………..….4
Взаимосвязь обмена веществ рыб и химического состава воды……….11
Поддержание солевого баланса и система осмотической регуляции
у рыб………………………………………………………………………..16
Зависимость обмена веществ у рыб от температуры воды……………..18
Влияние растворенных в воде газов на обмен веществ у рыб……….....24
Выводы……………………………………………………………………..28
Список литературы………………………………………………………..29
Вступление
Обмен веществ, или метаболизм, — лежащий в основе жизни, закономерный порядок превращения веществ и энергии в живых системах, направленный на их сохранение и самовоспроизведение; совокупность всех химических реакций, протекающих в организме.
Обмен веществ складывался при самом возникновении жизни на Земле, поэтому в его основе лежит единый для всех организмов нашей планеты биохимический план. Однако в процессе развития живой материи изменения и совершенствование шли неодинаковыми путями у разных представителей животного и растительного мира. Поэтому организмы, принадлежащие к различным систематическим группам и стоящие на разных ступенях исторического развития, наряду с принципиальным сходством в основном порядке химических превращений, имеют существенные и характерные отличия.
Жизнедеятельность, обмен веществ рыб неразрывно связаны с водой. Их организм приспособился не только к водной среде, но и к ее физико-химическим характеристикам. Для того чтобы рыбы нормально развивались, их метаболизм должен быть настроен на составляющие среды. Хотя некоторые виды рыб умеют адаптироваться к непривычным для них параметрам воды, это отразится на них в будущем, а различия между соленой и пресной водой столь значительны, что вообще не могут быть преодолены [10,11].
1. Структурные элементы питания рыб
Потребность рыбы в структурных элементах питания не остается постоянной. Она изменяется в зависимости от возраста, размера, половой зрелости рыб, гидрохимических свойств и температуры воды.
Белки (Протеины, Proteins) - природные высокомолекулярные органические соединения.
В процессах жизнедеятельности всех организмов белки выполняют структурную, регуляторную, каталитическую, защитную, транспортную, энергетическую и другие функции. В зависимости от формы белковой молекулы различают фибриллярные и глобулярные белки [1].
Белковые молекулы представляют собой длинные сложные цепочки, состоящие преимущественно из аминокислот (Рис.1.1). Основных аминокислот всего 20 штук. Каждый вид живых существ обладает собственным, только ему присущим набором разновидностей белковых молекул [3,17]. В процессе пищеварения белковые молекулы расщепляются именно на аминокислоты, которые всасываются в кровь и переносятся ею к клеткам организма как детали на сборочный конвейер. Часть аминокислот животные могут синтезировать самостоятельно. Главным образом этот синтез происходит в печени [9]. Однако некоторые из них могут быть получены только с пищей. Такие аминокислоты называют незаменимыми. У разных видов рыб их от 9 до 12.
R- атом водорода или какая-нибудь органическая группа
Рис. 1.1 Общая формула аминокислот
Рыбы, в т.ч. растительноядные, нуждаются в существенно большем (в 2-3 раза) содержании белка в корме, чем наземные животные. Это связано с особенностями их обмена веществ. Больше половины белка у рыб расходуется на энергетический обмен. Наземным животным с их громоздкой системой мочевыделения в этом случае грозило бы отравление, а рыбы достаточно легко справляются с этой проблемой, выводя аммиак через жабры [13,14].
Обычно оптимальной концентрацией белка в сухом веществе (т.е. без учета воды) корма для рыб считается 30-40%. Плотоядным рыбам нужно больше белка, чем растительноядным. Морским рыбам, в среднем, - больше чем пресноводным. Активно растущей молоди – больше чем взрослым рыбам.
Липиды (Lipids) – греч. lipos жир + eidos вид – класс жиров и жироподобных веществ (липоидов). С химической точки зрения представляют собой жирные кислоты и их производные [3].
Молекулы липидов состоят в основном из атомов углерода, водорода и кислорода. Кроме того, в небольшом количестве липиды, входящие в состав кормов, могут содержать и другие элементы - фосфор (фосфолипиды), азот.
Липиды играют весьма важную роль в жизнедеятельности организмов. Это: главные компоненты биомембран [5]; запасной, изолирующий и защищающий органы материал; наиболее калорийная часть пищи; важная составная часть диеты животных; переносчики ряда витаминов; регуляторы транспорта воды и солей; иммуномодуляторы; регуляторы активности некоторых ферментов; эндогормоны; передатчики биологических сигналов [3].
Жиры (Fats) – самая массовая разновидностей липидов корма (Рис.1.2). Кормовые жиры представлены в основном нейтральными жирами (триглицеридами). Это сравнительно простые соединения, которые в процессе пищеварения распадаются на составные части – глицерин и жирные кислоты. В составе триглицеридов содержится около 9% глицерина и жирные кислоты с разной длиной углеродной цепочки. Свойства триглицеридов зависят от длины и особенностей химической структуры, входящих в их состав жирных кислот [3].
R, R’ и R’’ – углеводородные остатки (радикалы) жирных кислот, содержащие от 4 до 26 атомов углерода.
Рис.1.2 Общая формула жиров
Жиры являются основным источником энергии для большинства животных. Один грамм жира при полном окислении (оно идет в клетках с участием кислорода) дает 9,5 ккал (около 40 кДж) энергии. Это почти вдвое больше, чем можно получить из белков или углеводов. Кроме того, жировые запасы в организме практически не содержат воду, тогда как молекулы белков и углеводов всегда окружены молекулами воды. В результате один грамм жира дает почти в 6 раз больше энергии, чем один грамм животного крахмала – гликогена [16].
С другой стороны, жиры это не только высококалорийное «топливо». Они входят в состав клеточных компонентов, в том числе мембран, и служат основой синтеза важных для организма соединений. Жирорастворимые витамины (A, D, E и K) «хранятся» только в жирах и без них не усваиваются. При отсутствии в корме жира, нарушается деятельность центральной нервной системы, ослабляется иммунитет.
Несмотря на высокую «энергоемкость» жиров, получение из них энергии в организме – процесс медленный. Это связано с малой реакционной способностью жиров, особенно их углеводородных цепей. Углеводы, хотя и дают меньше энергии, чем жиры, зато позволяют получить ее намного быстрее. Жиры корма расщепляются в желудке и в кишечнике, после чего проникают через их стенки в кровеносные сосуды, откуда транспортируются в печень и жировые ткани, где происходит их накопление [2].
Жирные кислоты бывают насыщенными (предельными) и ненасыщенными (непредельными) [3]. Ненасыщенные жиры, также как незаменимые аминокислоты, не могут синтезироваться в организме рыб и должны поступать с кормом. Ткани высших позвоночных животных (в т.ч. с-х животных) содержат в основном насыщенные жиры, тогда как у рыб и растений они преимущественно ненасыщенные. Ненасыщенные жиры – мягкие и не застывают при пониженных температурах, характерных для рыб, которые имеют температуру окружающей среды. Жиры теплокровных животных – в основном твердые.
Если жир переходит из жидкого состояния в твердое, он теряет жирорастворимые витамины (A, D, E, K), которые затем быстро разрушаются. Жиры, находящиеся в твердом состоянии усваиваются в желудочно-кишечном тракте рыб гораздо хуже, чем жидкие. А «подогреть» пищу, как теплокровные животные, они не могут. Жиры, входящие в состав кормов для холодноводных рыб, должны застывать при более низкой температуре [6,7].
Углеводы (Сахара, Carbohydrates) - органические соединения, в состав которых входят углерод, кислород и водород. Имеют общую формулу Cn(H2O)m, за что и получили свое основное название.
В растениях углеводы - это первичные продукты фотосинтеза и основные исходные продукты биосинтеза других веществ. Они составляют существенную часть рациона многих животных; подвергаясь окислительным превращениям (биохимическому «сжиганию»), обеспечивают все живые клетки энергией; входят в состав клеточных оболочек и других структур [3].
Углеводы подразделяются на моносахариды (глюкоза, фруктоза…), дисахариды (сахароза, мальтоза…) и полисахариды (целлюлоза, она же – клетчатка, а также крахмал и его аналог животного происхождения – гликоген, …).
Ту часть полученных с кормом и усвоенных углеводов, которая сразу не была «сожжена» для получения энергии, водные животные преобразуют в жиры и гликоген, и накапливают в печени и мышцах. В случае необходимости гликоген легко превращается в глюкозу, а та, в свою очередь, может участвовать в энергетическом обмене.
Теплокровные животные тратят значительную часть полученных из пищи углеводов на поддержание повышенной температуры тела. Холоднокровные рыбы в этом не нуждаются, поэтому содержание углеводов не должно превышать 20-25% для молоди и 30-35% для взрослых рыб (данные для товарного рыбоводства). Считается, что рыбам не следует скармливать более 6 г углеводов на один килограмм их веса [8,17].
Хищные рыбы могут легко усваивать только низшие углеводы или гликоген. Растительноядные, с помощью особых ферментов, могут усваивать и высшие углеводы, например крахмал. Клетчатка также может усваиваться некоторыми видами рыб, видимо, при помощи микрофлоры желудочно-кишечного тракта. Однако для большинства видов содержание клетчатки не должно превышать 3%.
Виды рыб с высокой двигательной активностью (например, пелагические) должны получать больше углеводов, чем малоактивные. Быстро растущая молодь больше нуждается в углеводах, чем взрослые. При нересте и подготовке к нему потребность в углеводах также может возрастать [8].
Минеральные вещества - необходимы для нормальной жизнедеятельности рыб. Минеральные вещества в виде солей поступают в организм не только с пищей, но и из воды через жабры, слизистые покровы ротовой полости и кожу. Содержание в корме минеральных веществ становится менее важным, если рыба живет в соленой воде с высокой ионной активностью.
Витамины - незаменимые для жизни органические вещества разнообразной структуры, выполняющие функции биокатализаторов процессов, протекающих в живой клетке, и участвующие в обмене веществ.
В отличие от других незаменимых факторов питания (аминокислоты, жирные кислоты и др.) витамины не являются материалом для биосинтезов или источником энергии. Однако они участвуют практически во всех биохимических и физиологических процессах, составляющих в совокупности обмен веществ [3].
Биосинтез витаминов осуществляется в основном вне организма животного, поэтому животное должно получать витамины извне, с пищей.
Различают водорастворимые (C, B1, B2, B6, B12 и PP) и жирорастворимые витамины (A, D, E, K). Кроме того, выделяют группу витаминоподобных соединений.
К водорастворимым относятся: аскорбиновая кислота (витамин C), витамины группы B – тиамин (B1), рибофлавин (B2), B6, B12 (кобаламин), ниацин (витамин PP), фолацин, пантотеновая кислота, биотин.
К жирорастворимым относятся: витамины A, D (кальциферолы), E (токоферолы) и K.
Успешный перевод рыбы с естественной пищи на комбикорма стал возможным только после изучения потребности рыбы в витаминах [13].
2. Взаимосвязь обмена веществ и химического состава воды
Обмен веществ между организмом и окружающей средой тесно связан с химическим составом воды.
Синтез веществ, процессы дыхания, разложения сложных соединений проходят в клетках живых организмов. В процессе жизнедеятельности постоянно расходуются одни вещества и образуются другие. Часть вновь образовавшихся молекул остается в клетке, часть транспортируется в другие клетки или выводится в окружающую среду. Для обеспечения процесса жизнедеятельности необходим постоянный подвод исходных составляющих и отвод из клетки побочных продуктов, образовавшихся в ходе биохимических реакций [5].
Транспорт молекул осуществляется по специально организованным передающим тканям. Перед тем, как попасть в клетку или выйти из нее, все вещества должны пройти через клеточную мембрану, отделяющую клетку от внешней среды. Процессы обмена веществ на мембранах тесно связаны с химическим составом воды [5,13]. Содержание различных солей оказывает влияние на то, какие вещества и в каких количествах будут поступать в клетку или выходить из нее. Продукты, необходимые для жизнедеятельности организма, обычно транспортируются через мембрану в виде заряженных ионов. Транспорт может осуществляться активно — с использованием богатых энергией соединений или пассивно, за счет собственной кинетической энергии ионов. Пассивный транспорт — диффузия различных ионов через мембрану — осуществляется с разной скоростью. Относительная способность разных ионов диффундировать через мембрану определяет коэффициент проницаемости Р. Легче других проникает через мембраны ион К+, поэтому значение Р для К+ условно принимают за 1,0. Скорость проникновения ионов через мембрану зависит также от разности концентраций данного иона по обе стороны мембраны. Чем больше разность концентраций, тем больше ионов диффундирует в сторону меньшего их содержания. Кроме диффузии, идущей за счет разницы концентраций, существует активный транспорт ионов, при котором движение осуществляется за счет разности электрохимических потенциалов через специальные участки мембраны. Это движение может осуществляться и от меньшей концентрации к большей. Движущей силой процесса в этом случае является запас энергии в форме молекул АТФ [5,13].
Упрощенно структура живой клетки выглядит следующим образом: внутри клеточной стенки (сравнительно жесткого образования) располагается протопласт (живая часть клетки), в котором заключены все клеточные организмы, находящиеся в сложном растворе — цитоплазме [3]. Клеточная стенка имеет избирательную проницаемость для различных ионов, то есть различные вещества проникают сквозь мембрану с разными скоростями. Это определяется их различной растворимостью отдельных составляющих мембраны и различными скоростями перекачивания при активном транспорте. В результате образуется неравномерное распределение ряда веществ по обе стороны мембраны. Клетки растений активно накачивают калий, а близкий к нему натрий, наоборот, выталкивается в окружающую среду [3,5]. Из-за более высоких концентраций некоторых ионов внутри клетки создается осмотическое (диффузное) давление, характеризующее стремление раствора, отторгнутого мембраной, к снижению концентрации (разбавлению). Осмотическое давление может достичь десятков атмосфер. Это давление создает напряженное состояние клеточной оболочки. Напряжение мембраны зависит также от внешнего раствора. В зависимости от отношения осмотического давления внешнего раствора к давлению в клетке растворы подразделяются на три группы. Изотонические — в них разница давлений невелика (менее 0,5—1,0 атм); гипертонические — их давление выше, чем в клетке; противоположные им — гипотонические. Если клетка находится в гипертоническом растворе, то из нее происходит откачка воды, что приводит к уменьшению размера клетки и сжатию мембраны [3,5].Из гипотонических растворов вода поступает в клетки, что приводит к их набуханию (вплоть до разрыва мембраны) и потере части активных веществ.
Совокупность процессов регулирования осмотического давления жидкостей организма носит название осморегуляция [3]. Этот процесс обнаружен у большинства организмов. У пресноводных рыб вода вместе с содержащимися в ней солями активно поступает в клетки через поверхность тела и жабры и выводится из организма через почки. У солоноводных рыб попавшая в организм вода выводится через кожные покровы, a NaCl выводится главным образом через жабры за счет специальных желез [9,10]. Водные растения и пресноводные рыбы удовлетворяют потребность организма в ионах, поглощая их непосредственно из воды. Если она не содержит необходимые элементы, то при нормальном соотношении осмотических давлений происходит изменение содержания отдельных элементов, то есть изменение отношения ионов в организме. В ряде случаев это приводит к нарушению биохимических процессов [14].
В ходе экспериментов с пресноводными рыбами обнаружено, что они неплохо переносят изотонические растворы, полученные разбавлением морской воды, в то время как гипотонические растворы одной из солей — калия, магния, натрия или кальция — действовали смертельно. Был получен ряд токсичности ионов основных металлов:
Na+ < Ca2+, Mg2+ < K+
Опыты показали, что воздействие на рыб оказывает содержание Na+ в крови [4].
При повышении концентрации Na+ в воде соответственно увеличивается его содержание в крови, а содержание К+ уменьшается. При повышении концентрации калия происходит обогащение организма натрием. Так что калий оказывает косвенное токсическое воздействие. Обогащение рыб натрием дифференцировано в зависимости от пола рыбы. Кровь самок быстрее обогащается натрием (возможно за счет реакции яичников) [14,17].
При поглощении Na+ требуется большое количество энергии. При ассимиляции Na+ организмом происходит его замещение на NH4+. Аммоний может выделяться организмом из органических азотсодержащих соединений. Таким образом, повышенное потребление натрия приводит к нарушению белкового обмена [1]. У растений повышение концентрации натрия приводит к блокаде поступления ионов калия через мембраны клеток. Растение может испытывать калийное голодание даже при достаточно высоком абсолютном содержании калия [3].
Анионы также имеют различное воздействие на обитателей. Так, нитраты для рыб значительно более ядовиты, чем хлориды. Для растений наиболее токсичны хлорид-ионы Cl‾, затем следуют сульфат- и карбонат-ионы (SO42‾ и СO32‾).
Кроме осмотического давления и абсолютного содержания того или иного иона в воде большое физиологическое значение имеет соотношение ионов, растворенных в воде [5]. Большинство природных вод имеет приблизительно равное суммарное содержание одновалентных и двухвалентных ионов. К такому соотношению приспособлены процессы жизнедеятельности водных организмов. Конечно, в различных регионах земного шара состав воды различен, но организмы имеют возможность приспосабливаться к некоторым изменениям химического состава.
3. Поддержание солевого баланса и система осмотической регуляции у рыб
Жидкости, присутствующие в теле рыбы, содержат различные соли. Чтобы у рыбы эффективно происходил обмен веществ, концентрация этих солей должна оставаться в узком диапазоне. У пресноводных рыб в мышечной жидкости содержится большее количество солей, чем в окружающей воде. Для морских рыб наоборот - внутри у них меньше соли, чем в морской воде. Если бы рыбы были полностью водонепроницаемыми, они могли бы поддерживать свой внутренний водно-солевой баланс без затрат энергии [2,11].
Однако на самом деле рыбы "протекают" - в том смысле, что вода и соли могут проникать через тонкие эпителиальные поверхности, особенно через жабры. Вода проникает через жабры пресноводных рыб в процессе осмоса, а соли выходят через жабры путем естественной диффузии. Поэтому рыбы должны затрачивать энергию, чтобы противостоять этим силам. Именно это они и делают в процессе, который получил название осмотической регуляции [13,14].
Страницы: 1, 2
