trao đổi chất và năng lượng

TRAO ĐỔI CHẤT• Trao đổi chất là sự sử dụng sinh học các chất dinh dưỡng hấp thu được cho quá trình tổng hợp chẳng hạn cho sinh trưởng và tiêu phí năng lượng, gồm 2 quá trình: – Đồng hóa

TRAO ĐỔI CHẤT

VÀ NĂNG LƯỢNG

NỘI DUNG

1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TRAO ĐỔI CHẤT VÀ

NĂNG LƯỢNG

2 TRAO ĐỔI CHẤT Ở CÁ

2.1 TRAO ĐỔI PROTEIN

2.2 TRAO ĐỔI LIPID

2.3 TRAO ĐỔI GLUXIT

3 TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG

1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TRAO ĐỔI

CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

TRAO ĐỔI CHẤT

• Trao đổi chất là sự sử dụng sinh học các chất dinh

dưỡng hấp thu được cho quá trình tổng hợp (chẳng hạn cho sinh trưởng) và tiêu phí năng lượng, gồm 2 quá trình:

– Đồng hóa: biến đổi những vật chất hữu cơ đơn giản thành

những vật chất phức tạp để xây dựng cơ thể và 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

2 TRAO ĐỔI CHẤT Ở CÁ

TRAO ĐỔI CHẤT CHUNG

TĐC TIÊU HAO (Trao đổi năng lượng)

TĐC XÂY DỰNG

TĐC THAY THẾ

TĐC SINH TRƯỞNG

TĐC TÍCH LŨY

Duy trì cơ thể cá

Tăng trưởng

cơ thể cá

2.1 TRAO ĐỔI PROTEIN

• Vai trò của protein

• Sự chuyển hóa protein

• Vai trò của protein và nhu cầu protein

trong cơ thể

Vai trò của protein

• Vai 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 4,1kcal

• Chất lượng của protein trong thức ăn:

– Giá trị sinh học

• Số 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 yếu

… 2 loại Amino Acids cần để tạo proteins

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

Ví dụ về các amino acids thiết yếu, không thiết yếu

ở cá hồi Atlantic, cá hồi vân và cá tra

Không thiết yếu

Alanine Aspartic acid Cystine

Glutamic acid

Tyrosine Glycine Proline Serine

Ảnh hưởng của các amino acid lên sinh trưởng của cá

Chuyển hóa protein trong cơ thể

• Protein 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 axit

– Tổng 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 trữ

– Phân giải, giải phóng năng lượng.

Sự chuyển hóa amino acid

• Quá trình khử amin

• Quá trình chuyển amin

• Quá trình khử carboxyl

-> tạo ra cetonic acid, và NH3

- Cetonic 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 lượng

- NH3 tham gia vào các phản ứng amin, tạo thành

glutamat, asparagin, tạo ure, muối amoni

Sự cân bằng Nitrogen

• Biểu 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 có

CHON so với N do cơ thể bài xuất

= Sự cân bằng N

Cân bằng Nitrogen dương tính

• Khi 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 đói

Cân bằng Nitrogen

• Xảy 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

Cân bằng Nitrogen âm tính

• Khi 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

Vai trò của gan trong chuyển hóa

protein

• Giải độc các sản phẩm phân giải protein

• Tổng hợp nên các protein của cơ thể

• Hình thành ure, giảm hàm lượng NH3

trong cơ thể

• Sản sinh và phân giải axit uric

2.2 TRAO ĐỔI LYPID

• Vai trò lipid trong cơ thể

• Sự chuyển hóa lipid

Vai trò của lipid

• Vai trò năng lượng: có giá trị năng lượng cao nhất (9,3kcal) và là nguồn năng lượng dự trữ của cơ thể

• Vai trò cấu trúc: cấu trúc màng tế bào

• Vai 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)

Essential Fatty Acids

• essential function in cellular membranes

• required for good growth

• retinal function and improved vision

THE DHA CONTENT IN HALIBUT LARVAE IS REFLECTED

BY THE DHA CONTENT IN THE LIVE FOOD ORGANISMS

% DHA in live food organism

Sự chuyển hóa lipid

• Các con đường chuyển hóa lipid

– Tồn 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 lượng

Kho dự trữ lipid của cá

• Mô 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)

Dạng lipid tích lũy

• Chủ yếu là triglyceride:

– Tồn tại trong dịch nội bào của cơ

– Tồn 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 lần

• Phospholipid

– Thành phần cấu trúc nên tế bào

– 80% lượng lipid có trong cơ trắng là phospholipid

• Sterol: cấu trúc nên các hợp chất hoormone

• Etesterol Cera

• Axit béo tự do: tồn tại trong dịch nội bào hoặc ngoại bào

Phân bố của toàn bộ chất béo tại các phần và cơ

quan trong cơ thể cá thu vùng Bắc Atlantic

• Tổng 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

– 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, cơ

Vai trò của gan trong chuyển hóa lipid

• Làm cho axit béo bão hòa thành không bão hòa

• Tạo thành các hợp chất phospholipid để tham gia xây dựng các mô hoặc bị oxy hóa tạo ra

năng lượng

• Tạo 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 thể

2.3 TRAO ĐỔI CÁC HỢP CHẤT

CARBONHYDRATE

• Vai trò của các hợp chất COH

• Sự chuyển hóa các hợp chất COH trong

cơ thể

• Dự trữ dưới dạng glycogen

– 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

Chuyển hóa hợp chất COH

Sản 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 lượng

• Được tổng hợp từ sản phẩm tiêu hóa của protein và lipid thức ăn

• Một 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

Sự điều chỉnh glucose trong máu

• Khi glucose trong máu thấp, glycogen trong gan sẽ được chuyển hóa thành glucose

• Khi glucose cao, một phần sẽ được chuyển thành

glycogen dự trữ trong gan và cơ, một phần chuyến hóa thành mỡ.

• Sự biến động glucose

– Phụ thuộc vào nhiệt độ

– Mức độ hoạt động của cơ thể

– Nhịn đói lâu ngày làm hàm lượng glucose trong máu giảm

– Trong 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

Vai trò của gan

• Gan tổng hợp glycogen từ glucose hoặc

từ các sản phẩm phân giải gluxit (axit

lactic) khi các chất này có nhiều trong

Các con đường trao đổi chất chính của các

protein, carbohydrate và lipid ở cá

3 TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG

• Năng 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

Hình thức tích lũy năng lượng ở cá

• Tích lũy dưới dạng vật chất: lipid, glycogen và

C14) từ các chất dự trữ trong cơ thể

Các yếu tố ảnh hưởng đến trao đổi chất và năng

– 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 nước

• Yếu tố hóa học của môi trường

– cá 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.

BiẾN ĐỘNG NĂNG LƯỢNG

• NĂNG LƯỢNG VÀ SINH SẢN

• NĂNG LƯỢNG VÀ DI CƯ

• NĂNG LƯỢNG VÀ TRÚ ĐÔNG

NĂNG LƯỢNG VÀ SINH SẢN

• Hiệu 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 dục

• Các chỉ số chuẩn bị cho sinh sản

– Cường 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)

NĂNG LƯỢNG VÀ DI CƯ

• Tín 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 đông

– Nhiều loài cá cơm (cá cơm biển Azov) khi chưa tích lũy được một lượng lipid cần thiết chưa di cư được

• Độ lipid càng cao, cá càng nhạy cảm với tín hiệu nhiệt độ và độ tập trung của đàn càng cao

• Theo mức tích lũy lipid, nhu cầu dinh dưỡng của

cá giảm dần

NĂNG LƯỢNG VÀ TRÚ ĐÔNG

• Nguồn lipid là nhân tố cơ bản:

– Giữ cân bằng năng lượng cần thiết,

– Giữ thân nhiệt

• ví 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