التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

اعتباره جزء من احتياجات الانتاج.

الطاقة المهضومة الحقيقية):True digestible energy (TDE مطروحا منها طاقة الروث من اصل الغذاء )– (FE – FEm

هي طاقة الغذاء المأكول

طاقة نواتج الهضم الغازية – طاقة التخمر

TDE = GEi – (FE – FEm) – GPD – HF

TDE = GEi – FE + FEm – GPD – HF

Or

جزء من احتياجات حفظ الحياه

طاقة البول التمثيل الداخلى):Urinary energy, endogenous (UEe هي كمية الطاقة الموجودة في جزء الجسم التمثيلى الداخلى في البول الكلى، وتتكون من طاقة البول التي لا تأتى مباشرة من الغذاء ،هذه الجزئية تقيس جزء من احتياجات الطاقة والتى تستبدل باستمرار .اذا كان التحكم الهرمونى )التنظيم الهرمونى( يزيد من التمثيل القاعدى ) (BMفي الحيوانات المنتجة فهذه الجزئية من

الطاقة تكون اكبر.

الطاقة التمثيلية الحقيقية):True metabolizable energy (TME

مطروحا منها طاقة الروث من اصل الغذاء

هي طاقة الغذاء المأكول الكلية

) – (EE – FEmطاقة نواتج الهضم الغازية – طاقة التخمر – طاقة البول من

اصل الغذاء ).(UE-UEe

)TME = GEi – (FE – FMm) – GPD – HF – (UE – UEe )TME = GEi – FE + FMm) – GPD – HF – UE + (UEe

Or

جزء من احتياجات حفظ الحياه

الطاقة التمثيلية الحقيقية المصححة بالنتروجين N- Corrected true

): metabolizable energy (TMEn

مطروحا منها طاقة الروث من اصل الغذاء

هي طاقة الغذاء المأكول الكلية

) – (EF – FEmطاقة نواتج الهضم الغازية – طاقة التخمر – طاقة البول من

-٧٢٦-

المواد الحاملة للطاقة "-التمثيل الغذائي للطاقة" -تمثيل الطاقة وعلاقته بالتغذية

اصل الغذاء ).(UE-UEe

والناتج الاجمإلى يصحح بالنتروجين المحتجز أو المفقود من الجسم.

TMEn= GEi – (FE – FEm) – GPD – HF – (UE-UEe) ± (N.B.O 7.45 Kcal).

Or

TMEn = GEi – FE + FEm – GPD – HF – UE+UEe ± (N.B.O 7.45 Kcal).

بدلا من

ملحوظة:يراعى في حالة الدواجن استخدام العامل ٠.٨٢٢كيلوكالورى ٧.٤٥كيلو كالورى وذلك بسبب انها تمثل الطاقة المكافئة لحمض اليوريك لكل جرام احيانا يستخدم عامل ٠.٨٧كيلو كالورى حيث تمثل متوسط تقريبى

نيتروجين و

لمحتوى الطاقة في البول لكل وحدة نتروجين.

الطاقة الصافية الحقيقية):True net energy (TNE

طروحا منها طاقة الروث من اصل الغذاء

هي طاقة الغذاء المأكول الكلية م

) – (FE-FEmطاقة نواتج الغازية – طاقة التخمر – طاقة البول من اصل الغذاء

) – (UE – UEeطاقة تمثيل النتروجين.

TNE = GEi – (FE – FEm) – GPD – HF – (UE - UEe) – HNM

Or

TNE = GEi – FE + FEm – GPD – HF – UE + UEe - HNM.

جزء من احتياجات حفظ الحياة

الطاقة الصافية لحفظ الحياة الحقيقية:

True net energy for maintenance (TNEm):

هي مجموع ما يحتاجة من طاقة للتمثيل القاعدى ) (BMوالانشطة الاختيارية وطاقة الروث التمثيلى )من اصل الجسم( وطاقة البول التمثيلى الداخلى )من اصل الجسم( ،الطاقة الصافية للحيوانات المنتجة قد تختلف عن الطاقة الصافية للحيوانات

غير المنتجة نفس الوزن.

TNEm = BM + VA + FEm + UEe

-٧٢٧-

التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

وتحت درجة الح اررة الحرجة وفوق درجة المدى الحراري المفرط تؤخذ في الاعتبار الح اررة اللازمة لحفظ الجسم دافئ اوبارد )شكل ).(٤٩) ،(٤٨ قيم الوقود الفسيولوجية ):Physiological Fuel Value (PFV يعبر عن قيم الوقود الفسيولوجية بالكالورى وهي وحدات تستعمل في الولايات المتحدة الامريكية لقياس طاقة الغذاء في تغذية الانسان ،وقد تطور تقدير قيم الوقود الفسيولوجية من خلال الابحاث التي اجراها W.O. Atwaterومساعدوه في ولاية كونكتكت في محطة التجارب الزراعية على الانسان ،وقد قدروا قيم الوقود الفسيولوجية لمدى واسع لأنواع مختلفة من الأغذية ،والطريقة الشائعة لحساب قيم الطاقة للأغذية تشمل تقدير متوسط كمية البروتين والدهن والكربوهيدرات في واحد جرام من الغذاء ،ويقدر محتوى البروتين والدهن بالتحليل الكيماوي بينما النسبة المئوية للكربوهيدرات يتحصل عليها بالفرق المتبقى بعد خصم مجموع الدهن والبروتين والرماد والرطوبة من المائة وهذا الفرق يطلق عليه الكربوهيدرات الكلية

أيضا متبقيات موجودة غير كربوهيدراتية٠

والتى تشمل الكربوهيدرات والألياف و

وممكن حساب قيم الوقود الفسيولوجية في مائة جرام عينة من الغذاء باستخدام قيم ) ٤-٩-٤كيلو كالورى قيم وقود فسيولوجية لكل جرام كربوهيدرات ودهن وبروتين على الترتيب( ،وهذه الطريقة تفترض قيم هضمية ثابتة للبروتينات والدهون

والكربوهيدرات لكل الأغذية )جدول رقم .(٨٦

قيم الطاقة في الجدول عبارة عن قيم متوسطة من جميع المصادر لكل عنصر غذائى – بروتينات – دهون – كربوهيدرات ،وهذه الطريقة لا تستخدم المسعر الحراري لقياس الطاقة Bomb calorimeterلقياس ح اررة الاحتراق لكل غذاء.

وفي الاصل يتم خصم ١,٢٥كيلو كالورى من كل جرام بروتين مهضوم لقياس قيم الوقود الفسيولوجية بالكيلو كالورى لكل جرام كما يلى:لكل جرام نتروجين في البول يوجد مواد عضوية غير مؤكسدة كافية لإنتاج ٧,٩كيلو كالورى ،وعلى فرض أن كل

-٧٢٨-

المواد الحاملة للطاقة "-التمثيل الغذائي للطاقة" -تمثيل الطاقة وعلاقته بالتغذية الطاقة في البول تأتى من البروتين فانه يتم احلال البروتين المهضوم نتروجين البول

في نسبة كالورى إلى نتروجين بضربها في ٦,٢٥

حيث بفرض أن جرام واحد من النتروجين في البول يمثل هدم ٦,٢٥جرام بروتين مهضوم مستهلك ،سوف تكون ٧,٩كيلو كالورى طاقة مفقودة في البول أو / ٧,٩ ١,٢٦٤ = ٦,٢٥كيلو كالورى /جرام بروتين مهضوم ،وتقرب هذه القيم إلى ١,٢٥مثل معظم القيم تقرب إلى أقرب ٠,٠٥وهذه ١,٢٥كيلو كالورى تقدر لجرام وحد من النتروجين الممتص وهذه القيم لابد من ضربها في معامل الهضم )فرضيا (%٩١ليتم تطبيقها لهذه الجزئية من البروتين المهضوم والممتص ،لذلك كيلو كالورى بروتين مطروحا منه ٤,٠٠ = ١,١٤كيلو كالورى وهذا العامل يختص بالبروتين

مهضوم ٥,١٤

المستهلك كما في الجدول التالي.

جدول رقم ) :(٨٦أساس حساب قيم الوقود الفسيولوجى لكل جرام من غذاء الانسان

المركب الغذائى

الطاقة

فقد في البول

قيم الوقود

الطاقة الكلية الهضم

المهضومة

كيلو كالورى

الفسيولوجى

فرضيا

كيلو كالورى

/جم

كيلو

فرضيا

كيلو

متوسط

معامل

كالورى/جم

كالورى/جم

بروتين

٥,٦٥

٩١

٥,١٤

)٤ (١,١٤=٠,٩١×١,٢٥

دهون

٩,٤٠

٩٦

٩,٠٢

لايوجد

٩

كربوهيدرات

٤,١٥

٩٦

٣,٩٨

لايوجد

٤

في عام ١٩٤٧تم التوصل إلى نظام Atwaterواعتمد قيم الوقود الفسيولوجى للأغذية ونشر بعناية من بيت خبرة لمنظمة الأغذية والزراعة – الامم المتحدة والقيم المستخدمة مرضية ويستخدم كأساس للقيم الح اررة في جدول تركيب الأغذية التي

تنشرها المنظمة.

-٧٢٩-

التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

الطاقة الحيوية Bioenergetics

الطاقة الحيوية Bioenergeticsأو الكيمياء الحيوية الديناميكية الح اررية هي دراسة في تغيرات الطاقة مصاحبة للتفاعلات الكيمائية ،وتضع اسس وقواعد تفسير سبب حدوث بعض التفاعلات وعدم حدوث الاخرى ،وفي الانظمة غير الحيوية تستخدم الطاقة الح اررية لاداء عمل ولكن في الانظمة الحيوية تكون أساسا Isothermicوتستخدم الطاقة الكيماوية لاداء وتنشيط العمليات الحيوية.

الأهمية الطبية الحيويةBiomedical importance:

الإحتياج إلى الوقود المناسب لامداد الحيوان بالطاقة التي تمكنه من القيام بالعمليات الحيوية العادية ،وكيفية حصول الكائنات الحية على هذه الطاقة من غذائها هي الأساس لفهم ودراية التغذية العادية السليمة وتمثيلها ،ويحدث الموت من الجوع عندما يقل مخازن الطاقة المتاحة وحدوث صور من نقص التغذية Malnutritionمصاحبة بعدم اتزان

الطاقة Marasumsوهو ما يعرف بالهزال التدريجى.

ويمكن ضبط والتحكم في معدل انطلاق الطاقة والمقاس ب The metabolic rateبواسطة هرمونات الغدة الدرقية والتى اذا حدث بها خلل تسبب الامراض ،وينتج عن تخزين الزائد من الطاقة ما يعرف بالسمنة Obesityوهو واحد من اكثر شيوعا في المجتمعات الغربية .Occidental society

الامراض

الطاقة الحرة هي أفضل طاقة في النظامFree Energy is the useful :

energy in a system

التغيرات في الطاقة الحرة ) (∆Gهي ذلك الجزء من تغيرات الطاقة الكلية في النظام والمتاحة لاداء عمل .وتعرف الطاقة المفيدة في الانظمة الكيماوية الجهد

الكيماوي .Chemical potential

توافق /تطابق الانظمة البيولوجية مع القوانين العامة للديناميكية الح اررية:

Biologic systems conform to the general laws of thermodynamics ينص القانون الأول للديناميكية الح اررية أن طاقة النظام الكلية والمتضمنة ما أيضا هو قانون حفظ الطاقة أو بقاء الطاقة ،ومن المفهوم

يحيط بها تبقى ثابتة وهذا

ضمنا انه خلال النظام الكلى أن الطاقة اما تفقد أو تزيد خلال أي تغير ،ومع ذلك

-٧٣٠-

المواد الحاملة للطاقة "-التمثيل الغذائي للطاقة" -تمثيل الطاقة وعلاقته بالتغذية خلال هذا النظام الكلى قد تنتقل أو يتحول الطاقة من مكان ما إلى آخر أو من صورة إلى صورة اخرى ،مثال ذلك قد تتحول الطاقة الكيمائية إلى طاقة ح اررية أو طاقة كهربية أو طاقة اشعاعية أو طاقة ميكانيكية في الانظمة الحية.

وينص القانون الثاني للديناميكية الح اررية أن )الانتروبيا:عامل رياضى يعتبر مقياس للطاقة( Total entropyللنظام يجب زيادته اذا كانت العملية )التفاعل / تلقائيا ويمثل Entropyمدى الخلل أو العشوائية في النظام

التحور /النقل( يحدث

وتبلغ اعلى معدلاتها في النظام عندما يقترب من الاتزان الحقيقى ،وفي حالات درجات الح اررة الثابتة والضغط الثابت فان العلاقة بين تغير الطاقة الحرة ) (∆Gفي نظام التفاعل وتغير في) Entropy (∆Sيمكن التعبير عنها بالمعادلة التالية والتى تتضمن القانون الأول والثانى للديناميكية الح اررية:

∆G = ∆H – T ∆S

= ∆Hالتغير في ) Enthalpyالح اررة(

= Tدرجة الح اررة المطلقة Absolute temperature وفي حالة تفاعلات الكيمياء الحيوية حيث ∆Hمساوية تقر يبا ) ∆Eالتغير الكلى في الطاقة الداخلية للتفاعل( فتعبر عن العلاقة السابقة بالمعادلة التالية:

∆G = ∆E – T ∆S

تلقائيا إلى فقد في الطاقة الحرة

اذا كانت ∆Gعلامتها سالبة فان التفاعل يتجه

يطلق على التفاعل Exergonicواذا كان ∆Gلها قيمة كبيرة فان التفاعل يكتمل عكسيا أساسا ،وعلى الجانب الأخر اذا كان ∆Gموجبة فان التفاعل يتم

ولا يكون

فقط اذا اكتسب طافة حرة ويطلق عليه Endergonicواذا كان ∆Gلها قيمة كبيرة فان النظام يبقى ثابت مع ميل قليل لحدوث التفاعل أو عدمه.

اذا كانت = ∆Gصفر

فان النظام يكون في حالة اتزان ولايحدث تغيرات

صافية ،وعندما يكون تركيز المواد المتفاعلة ١,٠مول /لتر تكون = ∆G°تغير

-٧٣١-

التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

الطاقة الحرة القياسى .Standard free energy change وفي التفاعلات الكيماوية الحيوية يكون pHالحالة القياسية يساوى ٧,٠ويرمز للتغير في الطاقة الحرة القياس ،∆G°ويحسب من اتزان الثوابت .K` eq

∆G°` = - 2.303 RT log K`eq

Gas constant

= Rثابت الغاز

= Tدرجة الح اررة المطلقة Absolute temperature ومن الضرورى معرفة أن ∆Gفد تكون اكبر أو اصغر من ` ∆G°ويعتمد ذلك على تركيزات مختلف المواد المتفاعلة ،وفي نظام تفاعلات الكيمياء الحيوية فمن المفضل أن يسرع الانزيمات فقط من الوصول إلى الاتزان ،ولايمكن تغير التركيزات

النهائية للمواد المتفاعلة عند الاتزان.

ازدواج عمليات البناء وعمليات الهدم

Endergonic processes proceed by coupling to exergonic processes تتحصل العمليات الحيوية )تفاعلات البناء وانقباض العضلات ،ونبض الاعصاب والنقل النشط ،على الطاقة بالاتحاد الكيمائى أو الارتباط لتفاعلات الاكسدة وفي صورتها المبسطة هذا النوع من الارتباط يوضحه الشكل التالى:

شكل رقم ) (٥٠ازدواج تفاعلات الهدم والبناء

Coupling of an exergonic to an endergonic

يحدث تحويل مركب تمثيلى Aإلى مركب تمثيلى Bمع اطلاق طاقه حرة، وترتبط مع تفاعل آخر يحتاج إلى طاقة حرة لتحويل مركب تمثيلى Cإلى مركب تمثيلى ،Dوتنتقل بعض الطاقة التي تتحرر وتنطلق في تفاعلات الهدم إلى

-٧٣٢-

المواد الحاملة للطاقة "-التمثيل الغذائي للطاقة" -تمثيل الطاقة وعلاقته بالتغذية تفاعلات البناء في صورة غير الح اررة وهذه التفاعلات لا يطبق عليها المصطلحات الكيمائية العادية Exothermic and Ebdothermicوبالنسبة للمصطلحات Exergonic and Endergonicتستعمل لبيان أن العملية تصاحب فقد أو اكتساب طاقة حرة بالتعاقب ،بغض النظر عن صورة الطاقة ،وعمليا لاتتم عملية البناء Endergonic processمستقله ولكنها لابد أن تكون مكون a coupled exergonic / endergonic systemنظام الهدم والبناء حيث التغير الصافي الكلى يكون ،Exergonicويطلق على تفاعلات exergonicمصطلح الهدم ) Catblolismتكسير أو اكسدة حزيئات الوقود Fuel moleculesبينما تفاعلات Syntheticوالتى تبنى مواد يطلق عليها ،anabolismوجميع عمليات الهدم

والبناء هي التمثيل الغذائي .metabolism

اذا كان التفاعل يتجه من اليسار إلى اليمين فان العملية الكلية لابد أن تصاحب بفقد طاقة حرة كح اررة ،وأحدى ميكانيكية الازدواج Couplingالممكنة ممكن تخيلها اذا كان المركب الوسيط الاجبارى ) (Iيدخل في هاذين التفاعلين:مثال:

A+C

I

B+D

بعض تفاعلات الهدم والبناء في الانظمة الحيوية تزدوج في هذا الطريق ويفضل هذا النوع من النظام الذى له ميكانيكية البناء للانضباط الحيوى في معدل ما يسمح بحدوث الاكسدة الحيوية ،حيث دخول المركب الوسيط الاجبارى الشائع يسمح بمعدل استخدام ناتج طريق ) Synthetic path (Dلتقدير ب Mass actionالمعدل الذى يتأكسد معه ،Aوبالفعل تعطى هذه العلاقات الأساس للضوابط التنفسية ،Respiratory controlهذه العملية التي تمنع الكائن الحى من عدم الانضباط والحرق غير المنضبط العشوائى ،ويمتد الازدواج بتفاعلات ازالة الهدروجين dehydrogenation reactionsالتي تزدوج مع الهيدرجة بحامل المركب الوسطى

.Intermediate carrier

-٧٣٣-

التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

شكل ) (٥١ازدواج تفاعلات ازالة الهيدروجين مع تفاعلات الهيدرجة بحامل المركب

الوسطى

Coupling of dehrogenation and hydrogenation reactions by an

intermediates

والطريقة البديلة لازدواج عملية الهدم والبناء بتكوين مركب ذو جهد طاقة عالي high-energy potentialفي تفاعل الهدم ولارتباط هذا المركب الجديد في تفاعل البناء وهذا يؤدى إلى نقل الطاقة الحرة من طريق الهدم إلى البناء وفي الشكل التالى:

شكل ) :(٥٢نقل الطاقة الحرة من تفاعل الهدم إلى البناء خلال مركب وسطى عإلى الطاقة Transfer of free energy from an exergonic to an endergonic reaction via a high –energy intermediate compound ~ Eمركب ذو جهد طاقة عالي ~ E ،المركب المطابق ذو جهد طاقة منخفضة ،والميزة البيولوجية لهذه الميكانيكية هي ~ Eوعلى غير التفاعلات الداخلية أو الهدم exergonic rectionsإلى مجال واسع متكافئ للتفاعلات الداخلية أو الهدم أو العمليات الحيوية Endergonic reactions or processesكما في

الشكل التالى:

-٧٣٤-

المواد الحاملة للطاقة "-التمثيل الغذائي للطاقة" -تمثيل الطاقة وعلاقته بالتغذية شكل رقم ) :(٥٣تحويلات الطاقة خلال المركب الغنى بالطاقة الشائع إلى عمليات تحتاج طاقة )Transduction of energy through a common high (Endergonic energy compound to energy – requiring (endergonic) processes في الخلايا الحية المركب الحامل او الوسطى الأساس الغنى في الطاقة )يرمز

له (~ Eهو ادينوزين تراى فوسفات ).(ATP

تلعب مركبات الفوسفات الطاقة العالية دور مركزى في حجز الطاقة ونقلها لكى يتم المحافظة على العمليات الحيوية في جميع الكائنات الحية لابد من الحصول على مصادر طاقة حرة من البيئة المحيطة بهم ،والكائنات ذاتية التغذية Autotrophic organismsتعمل على ازدواجية تمثيلها الغذائي مع بعض عمليات الهدم وسط محيط تواجدها ،مثال ذلك تستخدم النباتات الخضراء طاقة ضوء الشمس وبعض البكتريا ذاتية التغذية تستخدم تفاعل الحديدوز Fe-2الحديدك Fe-3 وعلى جانب آخر تتوصل الكائنات عضوية التغذية على الطاقة الحرة بازدواجية تمثيلها الغذائي مع هدم حزيئات معقدة عضوية في البيئة المحيطة بها ،في جميع هذه العمليات الحيوية يلعب ATPدور مركزى في نقل الطاقة الحرة من عمليات الهدم إلى عمليات البناء فان مركب ATPعبارة عن نيكلوتيد متخصص يحتوى أدنين ،ريبوز ٣ ،مجموعات فوسفات ،وفي تفاعلات الخلية يكون عمله ك Mg-2

-٧٣٥-