Роль обмена веществ в обеспечении энергетических потребностей организма

Количество энергии, поступающей в организм с пищей, должно обеспечи­вать подержание равновесного энергетического баланса на фоне неизмен­ной массы тела, физической активности и соответствующих скоростях роста и обновления структур организма. Организм человека получает энер­гию в виде потенциальной химической энергии питательных веществ. Эта энергия аккумулирована в химических связях молекул жиров, белков и уг­леводов, которые в процессе катаболизма преобразуются в конечные про­дукты обмена с более низким содержанием энергии. Высвобождающаяся в процессе биологического окисления энергия используется, прежде всего, для синтеза АТФ, которая как универсальный источник энергии необходи­ма в организме для осуществления механической работы, химического синтеза и обновления биологических структур, транспорта веществ, осмо­тической и электрической работы. Схема процессов превращения энергии в клетке представлена на рис. 12.1.

Количество синтезированных молей АТФ на моль окисленного субстра­та зависит от его вида (белка, жира, углевода) и от величины коэффициен­та фосфорилирования. Этот коэффициент, обозначаемый как P/О, равен количеству синтезированных молекул АТФ в расчете на один атом кисло­рода, потребленный при окислении восстановленных органических соеди­нений в процессе дыхания. При переносе каждой пары электронов по ды­хательной цепи от НАД • Н до О₂ величина Р/О - 2. Для субстратов, окис­ляемых НАД • Н₂-зависимыми ферментами, Р/О = 1,3. Эти соотношения P/О отражают энергетические затраты клетки на синтез АТФ в митохонд­риях и транспорт макроэрга против химического градиента из митохонд­рий к местам потребления.

Таким образом, одна часть аккумулированной в химических связях мо­лекул жиров, белков и углеводов энергии в процессе биологического окис­ления используется для синтеза АТФ, другая часть этой энергии превраща­ется в теплоту. Эта теплота, выделяющаяся сразу же в процессе биологиче­ского окисления питательных веществ, получила название первичной. Ка­кая часть энергии будет использована на синтез АТФ и будет вновь акку­мулирована в ее химических макроэргических связях, зависит от величины Р/О и эффективности сопряжения в митохондриях процессов дыхания и фосфорилирования. Разобщение дыхания и фосфорилирования под дейст­вием гормонов щитовидной железы, ненасыщенных жирных кислот, липо­протеидов низкой плотности, динитрофенола ведет к уменьшению коэф­фициента Р/О, превращению в первичную теплоту большей, чем в услови­ях нормального сопряжения дыхания и фосфорилирования, части энергии химических связей окисляемого вещества. При этом снижается коэффици­ент полезного действия синтеза АТФ, количество синтезированных моле­кул АТФ уменьшается.

При полном окислении 1 г смеси углеводов пищи выделяется 4 ккал те-

СО₂