Глава 11. «Обмен веществ и энергии в организме»

 

Обменом веществ называют комплекс различных взаимозависимых и взаимообусловленных процессов, которые происходят в организме с момента поступления в него этих веществ и до момента их выделения.

Процессы, связанные с превращением веществ внутри клеток - внутриклеточный или промежуточный обмен.

Анаболизм (ассимиляция) – процессы, в результате которых образуется живая материя.

Катаболизм (диссимиляция) – процесс разрушения живой материи.

Процессы анаболизма и катаболизма тесно связаны между собой и происходят при обязательном участии ферментов.

Окисление продуктов расщепления служит источником энергии, которую постоянно тратит организм.

Ферменты – вещества, которые осуществляют изменение скорости химических реакций в организме. Они имеют белковую природу. Оказывают действие при определенной температуре (40 – 50⁰ С). Действие ферментов.  

Свойства ферментов:

- абсолютная специфичность – действие на определенный субстрат;

- относительная специфичность – действие в отношении целой группы веществ;

- зависимость от pH среды.

 

Обмен белков. Белки – органические вещества, обладающие большой молекулярной массой и содержащие различные элементы в строгих количественных отношениях (углерод, водород, кислород, сера, зола, азот).

Белки являются главным строительным материалом клетки. Определяют видовые и индивидуальные различия организмов. Им присуща энергетическая функция.

Протеины – простые белки, состоящие из аминокислот.

Протеиды – сложные белки, состоящие из аминокислот и дополнительной группы (металлопротеиды, гликопротеиды, липопротеиды, нуклеопротеиды и др.).

Наличие огромного числа различных видов белков, отличающихся по своему строению, определяется их видовая, индивидуальная и органная специфичность.

  Из питательных веществ только белки содержат азот в количестве 16%. Под азотистым балансом понимают разницу в количестве белка, который поступает в организм и выводится из организма вместе с мочой, калом и потом.

Азотистое равновесие – определяется нулевым азотистым балансом и характерно для здорового человека.

Положительный азотистый баланс – определяется большим поступлением в организм азота и меньшим его выведением и характерен для растущего организма.

Отрицательный азотистый баланс - определяется большим выделением из организма азота по сравнению с его поступлением. 

Степень ценности белка определяется количеством аминокислот, необходимых для нормального протекания в организме процессов синтеза. Особенно ценны белки, в которых содержатся незаменимые аминокислоты не способные вырабатываться в организме.

Нехватка незаменимых аминокислот отрицательно сказывается на динамике процессов роста и развития, особенно на развитие мозга и интеллекта ребенка.

Белки поступают в организм вместе с пищей. В пищевом тракте они расщепляются до аминокислот, которые всасываются в кровь и переносятся ко всем органам, в клетках которых вновь синтезируется белок, но уже специфичный для каждого из них. Ежесуточно в организме синтезируется до 100г белков.

Образующиеся при распаде белков аминокислоты частично используются для синтеза нового белка, а частично распадаются до конечных продуктов – NH_3, CO₂ и H₂O. В печени, в результате обеззараживания аммиака образуется мочевина. Конечные продукты удаляются из организма.

Обмен углеводов. Углеводами называются органические соединения, которые состоят из углерода, водорода и кислорода. Они являются основным источником энергии в организме. Для взрослого человека требуется получать углеводы, жиры и белки в соотношении 4:1:1. Поскольку у детей обменные процессы идут интенсивнее, главным образом за счет метаболической активности мозга, дети должны получать больше углеводной пищи – в соотношении 5:1:1.

Углеводы участвуют в формировании клеточных мембран, входят в состав ДНК и РНК, регулирую распределение воды, солей и различных органических веществ между внутренней и внешней средой клетки, входят в структуру гормонов и иммунных тел и т.д.

Моносахариды – простые углеводы, к ним относятся глюкоза, галактоза, фруктоза, манноза и рибоза. Все они входят в состав сложных углеводов, и иногда образуют комплексы с белками. Встречаются в свободном виде.

Олигосахариды и полисахариды – сложные углеводы. Они состоят из моносахаридов. К ним относятся мальтоза, лактоза, сахароза, крахмал, гликоген, клетчатка и др.

В растительных организмах синтез углеводов происходит путем восстановления углекислого газа атмосферы. Большинство животных организмов используют готовые органические соединения, относящиеся к группе углеводов. 

Углеводы в пищеварительном тракте расщепляются до моносахаридов, переносятся кровью в печень, где происходит синтез гликогена. Избыток глюкозы разносится кровью по всему организму.

В анаэробных условиях углеводы превращаются в молочную кислоту, которая является конечным продуктом и выводится из организма.

В аэробных условиях углеводы распадаются до конечных продуктов CO₂ и H₂O.

При распаде углеводов выделяется большое количество энергии. При этом особое значение имеет аэробный распад.

Обмен липидов. Липиды – группа органических соединений, которые не растворимы в воде.

Простые липиды – к ним относятся жиры, воски и стериды.

Жиры являются сложными эфирами высших жирных кислот и глицерина. Они выполняют в организме функцию строительного материала. Являются растворителями некоторых витаминов. Выполняют функцию энергетического материала.

Воски выполняют защитные функции.

Стериды представлены большой группой соединений, которые выполняю различные функции, в частности входят в состав гормонов, желчи, участвуют в образовании витаминов.

Сложные липиды – к ним относятся фосфолипиды и гликолипиды.

Фосфолипиды состоят из многоатомных спиртов, высших жирных кислот, фосфорной кислоты и азотистых оснований. Входят в состав клеточных мембран, участвуют в осуществлении передачи возбуждения в синапсах, содержатся в нервной ткани.

Гликолипиды имеют в своем составе углевод. Большое количество гликолипидов содержится в мозге.

Жиры в пищеварительном тракте расщепляются на глицерин и жирные кислоты. Эти вещества всасываются, и уже в клетках стенки кишечника из них вновь синтезируются жиры, свойственные данному  организму. Жир всасывается главным образом в лимфу и переносится к различным клеткам организма, в которых частично откладывается в запас. Конечными продуктами распада являются углекислый газ и вода.

Стериды и сложные липиды, попадая в клетки организма, подвергаются сначала распаду на более простые соединения. Образующиеся жирные кислоты распадаются на углекислый газ и воду, а другие компоненты сложных липидов, окисляясь, образуют различные биологически активные вещества: гормоны, холевые кислоты, ацетилхолин и др.

В клетках наряду с распадом осуществляется синтез сложных жиров.

Обмен воды. Вода является обязательной составной частью клеток, и средой в которой протекают все химические превращения. Выполняет транспортную, механическую и другие функции, участвует в процессе теплорегуляции. В организме вода составляет ²/₃ массы тела. Большая часть воды в тканях находится в связанном состоянии, главным образом с белками и липидами. Суточная потребность в воде – 40г. на 1 кг массы. Выделение воды происходит через почки (1,2 – 1,5л), кожу и потовые железы (1л), легкие (250 – 350 мл)  и кишечник (50 – 200мл).

Обмен минеральных веществ. Минеральные вещества необходимы для поддержания определенной пространственной структуры белков и нуклеиновых кислот. Минеральные вещества участвуют в ферментативном катализе, имеют большое значение в поддержании осмотического давления и активной реакции крови и тканей.

Макроэлементы – к ним относятся кальций, калий, натрий, фосфор, сера, хлор. Содержатся в организме в относительно большом количестве (Ca – 1212г, P – 609г).

Микроэлементы –    алюминий, медь, цинк, кобальт, марганец, кремний, молибден, фтор, серебро и др. Их количество в организме не превышает 0,001% от массы тела.

Промежуточное положение занимают железо (3 - 5г)и магний (19г).

Минеральные вещества находятся в различных органах в неодинаковом количестве. Потребность организма в различных элементах так же неодинакова. Обмен минеральных веществ очень интенсивен. Они легко выделяются их организма.

 

Энергетический баланс организма – соотношение между количеством энергии, получаемой с пищей, и количеством затрачиваемой энергии. Энергетическая ценность пищевых веществ не всегда совпадает с их физиологической ценностью, так как последняя определяется способностью к усвоению.

 Показателем обмена веществ может служить количество тепла, выделенное из организма – метод калориметрии.

Различают общий обмен веществ и обмен веществ в состоянии покоя - основной обмен. Обмен веществ может значительно изменяться при различных условиях.

Витамины – вещества необходимые для жизни в небольших количествах. Не относятся к белкам, жирам, углеводам. Отсутствие витаминов в организме называют – авитаминозом.

Водорастворимые витамины.

1. Витамин В₁ (тиамин), содержится в неочищенном рисе, муке грубого помола, горохе и т.д.

Отсутствие витамина в пище вызывает болезнь бери-бери. Возникает слабость мышц с последующей их атрофией, увеличиваются размеры сердца, нарушается функция кишечника, гибнут клетки продолговатого и спинного мозга.

2. Витамин В₂   (рибофлавин), содержится в дрожжах, печени, почках, рыбных продуктах.

Отсутствие витамина в пище вызывает поражение глаз и кожи. Появляется светобоязнь, жжение глаз, слезоточивость, помутнение хрусталика. Кожа покрывается чешуйками. В полости рта и кишечника появляются язвы. Возникает злокачественное малокровие.

3. Витамин РР (амид никотиновой кислоты), содержится в дрожжах, печени, мясе, почках, грибах, рисе.

Отсутствие витамина  вызывает быструю утомляемость, вялость, апатию, бессонницу. Слизистая оболочка ротовой полости покрывается язвами. На коже появляются симметрично расположенные красные пятна. Возникают отклонения в работе нервной системы.

4. Витамин В₆ (адермин), содержится в дрожжах, почках, печени.

Отсутствие витамина вызывает заболевания кожи – дерматиты.

5. Витамин В₁₂ (цианкобаламин), содержится в печени и почках. Участвует в обмене нуклеиновых кислот. При его недостатке нарушается образование эритроцитов.

6.  Пантотеновая кислота, содержится в дрожжах, печени, яичном желтке. При его недостатке возникают поражения кожи, роговицы, выпадение волос, прекращение роста, язвы желудка и кишечника, поражение сердца и почек, параличи, невриты и т.д.

7. Биотин, содержится в печени и яичном желтке. При его недостатке поражается кожа, выпадают волосы, ломаются ногти.

8. Витамин С, содержится в укропе, перце, хрене, рябине, черной смородине, землянике, клубнике, апельсинах, лимонах, капусте, хвое, шиповнике. При его недостатке возникает заболевание – цинга. Возникает слабость, увеличение частоты сердечных сокращений, поражаются стенки кровеносных сосудов, повышается кровоточивость десен, наблюдаются переломы костей и выпадение зубов.

Жирорастворимые витамины.

1. Витамин А, содержится в рыбьем жире, коровьем масле, печени. В растениях содержатся пигменты (провитамины), которые в животном организме могут превращаться в витамин А. К ним относятся каротины, выделенные из моркови.

При недостатке витамина в пище возникает поражение глаз, вследствие ороговения эпителиальной ткани – теряется способность к сумеречному зрению. Ороговение клеток эпителия наблюдается в бронхах, трахее, слизистой носа, в мочевом пузыре, почках, матке, простате, поджелудочной железе.

2. Витамин Д, содержится в желтках яиц, коровьем молоке, рыбьем жире. Недостаток витамина вызывает заболевание рахит. Нарушается процесс окостенения в зоне роста, кости черепа становятся мягкими, возникает искривление костей конечностей, мышцы становятся вялыми и дряблыми, появляются судороги.

3. Витамин Е, содержится в семенах злаков, ягодах шиповника и семенах яблок. Является витамином размножения.

4. Витамин К, источником витамина являются зеленые листья растений – капуста, листья каштана, крапива. Продуктом животного происхождения является свиная печень. При авитаминозе появляются подкожные кровоизлияния, понижается свертываемость крови.