ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

Общая характеристика обмена веществ и энергии. Обмен веществ — это наиболее общее свойство, характерное для всех живых организмов. В цитоплазме клеток органов и тканей постоянно идет процесс синтеза сложных высоко молекулярных соединений и одновременно с этим — их распад с выделением энергии и образованием простых низкомолекулярных веществ — углекислого газа, воды, аммиака и др. Процесс синтеза органических веществ принято называть ассимиляцией или пластическим обменом. Основные химические соединения клетки (аминокислоты, нуклеотиды и др.) синтезируются в клетке из глюкозы и аммиака в результате нескольких сотен последовательных химических реакций. Каждый этап в этой цепи реакций осуществляется специфическим ферментом. В ходе ассимиляции обновляются органоиды клетки и накапливается запас энергии.

Процесс распада органических веществ называется диссимиляцией. Распад структурных элементов клетки сопровождается выделением заключенной в химических связях энергии, а конечные продукты распада, вредные для организма, выводятся за пределы клетки, а затем из организма. Подобного типа реакции идут с поглощением кислорода, поэтому расщепление органических веществ связано с окислением, а освобожденная при этом энергия идет на синтез АТФ, необходимой для ассимиляции. Все эти процессы происходят при участии большого количества ферментов, обеспечивающих определенную последовательность обменных реакций во времени, месте и скорости их протекания.

Реакции, происходящие при ассимиляции и диссимиляции, хотя и представляют собой прямо противоположные, взаимоисключающие процессы, в живых организмах тесно взаимосвязаны и неотделимы друг от друга, составляя две стороны единого процесса обмена веществ.

Сущность обмена веществ заключается в том, что организм потребляет из окружающей среды различные органические и неорганические соединения и химические элементы, использует их в своей жизнедеятельности и выделяет во внешнюю среду конечные продукты обмена в виде более простых органических и неорганических соединений.

Значение для организма белков. Белковые пищевые продукты — мясо, рыба, яйца, творог и другие, попав в пищеварительный тракт, подвергаются механической и химической обработке. В желудке белок расщепляется до пептидов, а в двенадцатиперстной кишке до аминокислот. В тонком кишечнике аминокислоты всасываются в кровь и разносятся ко всем органам и тканям. В клетке из аминокислот синтезируются специфические для данной ткани и для данного организма белки. Часть белков, входящих в состав клеток органов и тканей, а также аминокислоты, поступающие в организм, но не использованные в синтезе белка, подвергаются распаду с освобождением 17,6 кДж энергии на 1 г вещества с образованием воды, углекислого газа, мочевины, аммиака и др. Продукты диссимиляции белка выделяются из организма в составе мочи, пота и частично с выдыхаемым воздухом. В запас белки не откладываются. У взрослого человека их синтезируется столько, сколько необходимо для компенсации распавшихся белков. При избытке белковой пищи она преобразуется в жиры и гликоген. Потребность белков пищи в сутки составляет 100-118 г. В детском возрасте синтез белков в организме превышает их распад, что надо учитывать при составлении рационов питания.

Значение для организма жиров. Жиры входят в состав растительной и животной пищи. Часть синтезированного в организме жира откладывается в запас, другая часть поступает в клетку, где вместе с липидами служит пластическим материалом, из которого строятся мембраны клеток и органоидов. Жиры являются основным источником энергии. Расщепление 1 г. жиров сопровождается выделением 38,9 кДж энергии, при этом выделяется углекислый газ и вода. Жиры могут синтезироваться в организме человека из углеводов и белков. Суточная потребность в них для взрослого человека 100 г.

Значение для организма углеводов. Углеводы, которые входят в состав продуктов растительного происхождения, в организме человека расщепляются до глюкозы. Глюкоза поступает в кровь и разносится по всему организму. Содержание ее в крови относительно постоянно и не превышает 0,08-0,12%. Если глюкоза поступает в кровь в большом количестве, то избыток ее превращается в печени в гликоген, который накапливается, а затем при необходимости снова распадается до глюкозы. При расщеплении 1 г. углеводов освобождается 17,6 кДж энергии. Потребление энергии увеличивается в организме с возрастанием нагрузки при физической работе. Часть энергии используется для механической работы и служит источником тепла, другая часть идет на синтез молекул АТФ. При избытке углеводов в организме они превращаются в жиры. Суточная потребность углеводов составляет 450-500 г.

Обмен белков, жиров и углеводов в организме взаимосвязан. Отклонение от нормы обмена одного из этих веществ влечет за собой нарушение обмена других веществ. Например, при расстройстве обмена углеводов продукты их неполного распада нарушают обмен белков и жиров, расщепление которых идет тоже не до конца, с образованием ядовитых веществ, отравляющих организм.

Значение для организма воды и минеральных солей. Наряду с обменом органических веществ в организме человека происходят водный и солевой обмен. Эти вещества не являются источником энергии и питательными веществами, но их значение для организма велико. Вода входит в состав клеток, межклеточной и тканевой жидкости, плазмы и лимфы. Общее ее количество в организме человека составляет 70%. В клетках вода химически связана с белками, углеводами и другими соединениями. Всасывание питательных веществ в кишечнике, их поглощение клетками из тканевой жидкости и выведение из клеток конечных продуктов обмена может осуществляться только в растворенном состоянии и при участии воды. Вода является непосредственным участником всех биохимических реакций организма. Суточная потребность в воде взрослого человека 2-3 литра. Поступает вода в организм при питье и в составе пищи. В тонком и толстом кишечнике вода всасывается в кровь, затем она поступает в ткани. Из клеток тканей вместе с продуктами распада проникает в кровь и лимфу. Из организма вода выводится в основном через почки, кожу, легкие и с калом. Обмен воды тесно связан с обменом солей.

В организм человека минеральные вещества поступают с пищей, откладываются в виде солей и входят в состав различных органических соединений. Так, железо включено в молекулу гемоглобина и участвует в транспортировке кислорода и углекислого газа. Йод входит в состав гормона щитовидной железы. Сера и цинк содержатся в гормонах поджелудочной железы. Для нормального кроветворения необходимы железо, кобальт, медь. Соли кальция и фосфора входят в состав костей. Калий и натрий создают определенную концентрацию ионов в клеточной мембране и по обе стороны от нее. Общее количество минеральных веществ в теле человека составляет около 4,5%.

Человек нуждается в постоянном поступлении натрия и хлора. Натрий создает определенную концентрацию ионов в плазме, тканевой жидкости. Хлор, являясь составной частью соляной кислоты, входит в состав желудочного сока. Все эти элементы поступают в организм с пищей, водой и поваренной солью. Железа много в яблоках, йода — в морской капусте, кальция — в молоке, сыре, брынзе, в яйцах и т.д.

ВИТАМИНЫ

Это самостоятельная группа веществ, которые необходимы для жизнедеятельности организма. Они оказывают действие на рост, обмен веществ и физическое состояние в целом, причем в довольно небольших количествах. Химическая природа их разнообразна. Поступают витамины в организм с пищей, в тканях человека они усваиваются и входят в состав ферментов, которые участвуют в обмене веществ. Если витамины не поступают с пищей, то нарушается состояние физического здоровья. Это доказал в прошлом столетии русский врач Н.И. Лунин, который открыл витамины (вита – значит жизнь). Дальнейшее изучение позволило установить, что они участвуют в синтезе и расщеплении аминокислот, жиров, азотистых оснований нуклеиновых кислот, гормонов, а также ацетилхолина, который обеспечивает передачу импульсов в нервной системе. Витамины образуются в растительных организмах, но имеются они и в продуктах животного происхождения. Обозначаются они заглавными буквами латинского алфавита. В настоящее время известно более двадцати витаминов. Они подразделяются на две группы — жирорастворимые (А, Д, Е, К и др.) и водорастворимые (В, С, Р, РР и др.). Заболевания, развивающиеся при недостатке витаминов в организме, называются авитаминозами или гиповитаминозами. Здоровому взрослому человеку требуется в сутки всего несколько миллиграммов различных витаминов.

Витамин С (аскорбиновая кислота) в организме человека не синтезируется. Его недостаток или отсутствие в пище сопровождается цингой. Это проявляется в первую очередь кровоточивостью десен. Затем развиваются такие признаки, как слабость, одышка, кровотечения и мелкие кровоизлияния вследствие поражения стенок кровеносных сосудов. Нарушается обмен белков, уменьшается сопротивляемость к различным заболеваниям. Потребность человека в витамине С 63-105 мг в сутки. Его много содержится в хрене, перце, рябине, смородине, землянике, капусте, щавеле, плодах шиповника, плодах цитрусовых и т.д. При нагревании пищи этот витамин разрушается. У людей, живущих в зонах умеренного, резко континентального и арктического климата, наблюдается гиповитаминоз в весеннее время года в связи с уменьшением питания растительной пищей. Поэтому зимой и весной целесообразно употреблять дополнительно аскорбиновую кислоту.

Витамины группы В (В₁, В₂, В₆, В₁₂ и др.) регулируют многие ферментативные реакции обмена веществ, особенно обмена белков, аминокислот, нуклеиновых кислот. Недостаток или отсутствие витамина В

1 приводит к заболеванию бери-бери. Оно сопровождается расстройством нервной системы, деятельности сердца, пищеварительного аппарата. Этот витамин поступает в организм с мукой грубого помола, горохом, неочищенным рисом. Он содержится в дрожжах (пивные дрожжи), а также в продуктах животного происхождения — печени, почках, мозге, мышце сердца. В день человеку нужно 2-3 мг этого витамина.

Недостаток или отсутствие витамина В₁₂ сопровождается развитием тяжелой формы малокровия. Содержится витамин в печени и в стенках кишок животных, а также синтезируется бактериями кишок человека. При нарушении секреторной функции желудка усвоение витаминов не происходит.

При отсутствии в пище витаминов группы А страдает зрение вследствие так называемой куриной или ночной слепоты. При этом нарушается образование зрительных пигментов сетчатки глаз и человек плохо видит с наступлением сумерек. Кроме того, происходят изменения в коже и слизистых оболочках, усиливается слущивание эпителия, происходит воспаление и размягчение слизистой и роговицы глаз, нарушение эпителия мочеполовых органов и пищеварительного канала.

Витамин А называют еще витамином роста, он участвует в окислительно-восстановительных реакциях обмена. Источниками витамина являются животные продукты — печень, сливочное масло, рыбий жир. Растительные продукты содержат вещества, из которых в организме человека синтезируется витамин А. Таковыми являются каротины моркови, шпината, зеленого лука, салата, красного сладкого перца и др. Потребность в витамине А 1-2 мг в сутки.

Витамины группы Д (Д₂, Д₃ и др.) играют важную роль в обмене кальция и фосфора. Их называют противорахитическими, так как при недостатке или отсутствии их развивается рахит. Это заболевание проявляется в раннем детстве и сопровождается нарушением образования костной ткани. Кости становятся мягкими и искривляются, на ребрах образуются утолщения — четки. Запаздывает и нарушается образование зубов. Наиболее богаты витамином Д печень рыб, сливочное масло, желток яиц, икра, рыбий жир. Взрослому человеку достаточно этого витамина при обычном питании, детям раннего возраста 5-125 мкг. Для профилактики авитаминоза Д необходимо также наличие солей кальция, фосфора и воздействие ультрафиолетовых лучей солнца или кварцевых источников света, при этом провитамин Д, находящийся в коже человека, переходит в витамин Д.

Кроме гиповитаминозов в настоящее время наблюдаются и гипервитаминозы при избыточном употреблении витаминов синтетического происхождения, полученных на витаминных комбинатах и свободно предлагающихся в аптеках. Гипервитаминозы отрицательно сказываются на здоровье взрослых людей, так как нарушаются процессы обмена веществ и особенно опасны при беременности, когда вследствие гипервитаминоза может родиться уродливый ребенок. Поэтому синтетические витамины нужно применять по рекомендации врача.

Способы сохранения витаминов в пищевых продуктах. Для сохранения витаминов в пище следует соблюдать правила заготовки и хранения продуктов. К примеру, в поврежденных овощах и фруктах аскорбиновая кислота быстро разрушается вследствие действия ферментов, расщепляющих их молекулы. При приготовлении пищи нужно исключать переваривание и пережаривание. Полезность свежих овощей и фруктов всегда была известна человеку. Человек еще в древние времена учился заготавливать продукты в прок — солить и квасить, вялить и коптить, сушить, мочить и замораживать. Слово «консервирование» происходит от латинского слова «консерваре», что означает «сохранять». Способов сохранения витаминов в пище много. Например, маринование, где применяется в качестве консерванта уксусная кислота. В основу соления, мочения и квашения заложен процесс молочнокислого брожения овощей и плодов от воздействия соли и сахара. Сушка — это самый древний и очень распространенный способ консервирования (плоды, ягоды, овощи, грибы). Замораживание лучший, наиболее совершенный способ консервирования, так как сохраняется почти вся пищевая ценность продуктов и их вкусовые качества. Способ этот известен давно, но в домашних условиях он получил распространение только сейчас, когда появились холодильники с большими морозильными камерами.

Рациональное питание. Для обеспечения здоровья людей в настоящее время необходима организация питания, которое предотвращает повышенное отложение жиров при недостаточной физической нагрузке. Основным принципом этого питания является использование разнообразной пищи, сбалансированной по ее количеству и качеству индивидуально для каждого человека. Питание должно предотвращать развитие атеросклероза, недостаточность кровоснабжения сердца, инфаркт миокарда, гипертоническую болезнь, заболевания пищеварительной и выделительной систем. В соответствии с задачами рационального питания разработаны нормы питания. Под нормой питания следует понимать общее количество пищи, ее компонентов, соответствующее биологической природе человека, обуславливающее благоприятное состояние здоровья людей, разных возрастов, пола, образа жизни и труда. Нормы питания одного и того же человека на протяжении его жизни изменяются в соответствии с его возрастом, характером труда, состоянием здоровья и пр. Для взрослого человека, занимающегося преимущественно умственным трудом, рекомендовано 167,4 кДж энергии на 1 кг массы тела, а для человека, занимающегося тяжелым физическим трудом 221,7 кДж/кг. Групп профессий много и для каждой, при необходимости, устанавливают особую норму питания. В соответствии с энергозатратами проводят расчет необходимого количества пищи исходя из энергетической ценности получаемых продуктов. В суточном рационе взрослых людей белки, жиры и углеводы используются в соотношении 1:1:4. В среднем в сутки взрослый человек должен потреблять 80-100 г белков, столько же жиров и 350-400 г углеводов. Расчеты производят исходя из того, что 1 г белков и 1 г углеводов выделяют по 16,7 кДж при сгорании, а 1 г жиров — 37,7 кДж.

Для юношей рекомендуется 113 г белков, 106 г жиров и 451 г углеводов, а для девушек, соответственно, 96, 90, 383 г в сутки. Для спортсменов во время тренировок и соревнований эти нормы выше, но все равно для девушек ниже, чем для юношей. Важным признаком рационального питания является биологическая полноценность питания, которая зависит еще и от необходимого количества минеральных солей и витаминов, а белки и жиры должны быть как животного, так и растительного происхождения.

Режим питания школьника. Регулярный и правильный режим питания важен для всех людей, но особенно в детском возрасте. Пища приносит наибольшую пользу человеку при приеме в определенно установленные часы. Наиболее эффективно четырехразовое питание. В 7 ч 30 мин. — 8 ч утра — завтрак, на который должно приходиться 25% суточного рациона. В 11-12 часов второй завтрак (10%). В 3-4 часа — обед с наибольшим (45%) процентом суточного рациона. И в 8-9 часов — ужин (20% рациона). При невозможности соблюдать четырехразовое питание надо при трехразовом съедать за завтраком 30% суточного рациона, в обед до 50%, а в ужин около 20%. Нужно помнить, что при нерегулярном питании (один – два раза в день), спешке во время еды и частом употреблении трудно перевариваемых блюд развивается воспаление слизистой оболочки желудка (гастрит).

studfiles.net

Обмен веществ и энергии

Основные понятия

Определение 1

Обмен веществ и энергии, или метаболизм – физиологические процессы обеспечения организма необходимыми для его нормального функционирования соединениями, их превращение, получение энергии и выведения во внешнюю среду ненужных соединений произошедших реакций.

В узком смысле, метаболизм – это пути превращений определенного соединения или соединений в организме.

Метаболизм состоит из двух процессов:

• Пластический обмен, анаболизм, ассимиляция, или синтез. Это поступление в организм через пищеварительную систему воды, белков, жиров, углеводов, минеральных солей, витаминов, через дыхательную систему, кожу — кислорода для построения мембран, клеточных структур и их обновления. Анаболические реакции – это реакции, участвующие в синтезе новых молекул, протекают с поглощением энергии.
• Энергетический обмен, катаболизм, диссимиляция, или распад. Это процессы выведения из организма отработанных продуктов, осуществляется через органы пищеварительного тракта, легкие, почки, кожу. Катаболические реакции – это реакции распада, протекающие с выделением энергии. Во время процессов энергетического обмена часть энергии рассеивается в виде тепла, а часть запасается в определенных органических веществах в виде макроэргических связей. Универсальным химическим аккумулятором энергии является АТФ – аденозинтрифосфорная кислота.

Все реакции анаболизма и катаболизма протекают с помощью энзимов (ферментов) – биологических катализаторов.

В процессе обмена веществ постоянно образуются, обновляются, расщепляются клеточные структуры, появляются и разрушаются разнообразные химические соединения. Все это сопровождается превращениями энергии: потенциальная энергия веществ, освобождаемая при расщеплении, переходит в кинетическую энергию, представленную, главным образом тепловой и механической энергиями, частично – электрической энергией.

Поступление в организм различных веществ из внешней среды необходимо для:

1. Возмещения энергозатрат.
2. Удовлетворения потребностей роста
3. Сохранения массы тела.

При этом количество питательных веществ, их соотношение и свойства должны согласовываться с условиями жизни и общим состоянием организма.

Все реакции пластического и энергетического обмена протекают совместно, переходя друг в друга в организме в течение всей жизни. В раннем возрасте преобладают реакции анаболизма, когда наблюдается интенсивный рост и развитие организма. По мере старения в организме начинают преобладать процессы катаболизма, синтез новых веществ постепенно угнетается.

Виды обмена веществ

Основными веществами, поступающими в организм человека, являются вода, минеральные соли, органические вещества: белки, витамины, углеводы и жиры. Для каждого вещества характерен свой путь метаболизма.

Существуют следующие виды обмена веществ:

• обмен воды и минеральных солей;
• обмен белков;
• обмен жиров;
• обмен углеводов.

Замечание 1

Большинство витаминов входят в состав ферментов, поэтому они выполняют в основном функцию катализаторов биохимических процессов.

Регуляция обмена веществ

Под регуляцией обмена веществ рассматривается регуляция почти всех функций организма: пищеварения, кровообращения, дыхания, выделения и др.

Основную роль в регуляции обмена веществ играет эндокринная система. Гормоны оказывают воздействие на скорость протекания биохимических процессов непосредственно в клетке. При совокупном их воздействии на отдельные клетки происходит изменение в функционировании организма в целом. К примеру,

• гормон гипофиза — соматотропный гормон проявляет выраженное анаболическое действие, он повышает синтез пластических веществ, ускоряет рост;
• катехоламины надпочечников усиливают энергообразование через окислительные процессы;
• тироксин и трийодтиронин – гормоны щитовидной железы – активируют разрушение углеводов и жиров, стимулируют образование белка из аминокислот.

В регуляции обмена веществ принимает участие нервная система – гипоталамус, который включает центры жажды, голода и насыщения, терморегуляции. Регуляция осуществляется через вегетативную нервную систему.

Замечание 2

Гипоталамус и гипофиз координируют функционирование почти всех желез внутренней секреции.

spravochnick.ru

Обмен веществ в организме человека,обмен веществ и энергии

Обмен веществ, или как его еще именуют «метаболизм» – это сложный процесс, в котором участвует много различных систем. Этот процесс настолько сложен и значим для нашего организма, что не останавливается ни на секунду.

Что такое обмен веществ:

Обмен веществ в организме человека:

Процесс, который подразумевает под собой расщепление белков, жиров и углеводов, позволяющий организму получать необходимую энергию, для обеспечения полноценной жизнедеятельности. Функционирует наш организм благодаря работе обменных процессов в клетках. Для того, чтобы работа организма была полноценной, должно поступать достаточное количество пищи, которая преобразуется в гормоны и ферменты в результате химических реакций. 

Что такое ферменты:

Ферменты — это вещества, которые участвуют в процессе химических реакций, в результате которых расщепляются жиры, белки и углеводы. Жизнедеятельность клеток поддерживается за счет таких процессов. Современные исследования показали наличие около 3,5 тыс. ферментов. Однако, ферменты не могут полностью выполнять процессы без помощи гормонов, потому как находятся под контролем самих гормонов.

Что такое гормоны:

Гормоны вырабатываются железами эндокринной системы. Они взаимодействуют с одним видом ферментов и тормозят работу других. Стоит отметить, что те люди, которые принимают гормоны в виде таблеток, не могут полностью и правильно контролировать их баланс в организме. Гормоны действуют на организм по — разному, улучшая работу одних органов и ухудшить деятельность других в одно время. В качестве примера можно рассмотреть прием гормонов для лечения суставов, после которых может ухудшиться зрение.

Виды обмена веществ:

Выделяют 2 типа основоного обмена веществ в организме:

Анаболизм

Под этим понятием подразумевается химический процесс, который предусматривает обновление и образование новых клеток, тканей, органических веществ. Этот процесс скапливает определенное количество энергии, которая постепенно расходуется для защиты организма от внешних, неблагоприятных факторов, таких как различные болезни и инфекции, а также способствует росту организма в целом.

Катаболизм

Противоположный анаболизму процесс, при котором происходит расщепление жиров, углеводов и белков для выработки энергии. Этот процесс не менее важен для организма, и входит в общий процесс метаболизма. Катаболическая химическая реакция разрушает крупные молекулярные формулы на более мелкие, таким образом выделяя энергию. Однако, в случае переизбытка выделяемой энергии, организм откладывает ее в виде жировой ткани.

Наш организм особенно нуждается в необходимых для него веществах, таких как:

• Вода
  
• Белки
  
• Углеводы
  
• Жиры
  
• Минералы и витамины
  

 

Эти составляющие являются строительным материалом для нашего организма, они помогают в образовании новых тканей и клеток, которые способствуют росту. Множество различных факторов имеют серьезное влияние на обмен веществ. К таким относят: физическую активность, телосложение, количество съеденных калорий, и другие.

Замедление обмена веществ, причиной этому служат жесткие диеты, голодание, недостаток сна, отказ от углеводов. Если организм недополучает необходимые ему для жизнедеятельности калории и полезные вещества, тогда это расценивается как голодание, и запускается процесс экономии всех ресурсов, начинается накопление жира. Организм бережет вас от смерти, он заботится о вас.

Физические нагрузки тяжелого характера также замедляют обмен веществ. Ну и самое интересное то, что сидячий образ жизни, также зставляет организм накапливать жир, это тоже расценивается организмом как проблема.

Как ускорить процесс обмена веществ? Во всём нужен правильный подход, а именно:

•  Питаться часто и небольшими порциями,соблюдать диету.
•  Уделить внимание спорту
•  Обеспечить организм витаминами и минералами в необходимых количествах
•  Не пропускать завтрак
•  Употребление достаточного количества воды

 

 

Что касается тренировок, то здесь должны преобладать силовые тренировки (бодибилдинг) и кардиотренинг (бег, плавание, велосипед и т.д.).Ваши тренировки должны быть тяжелыми, чтобы вы могли честно похвалить себя после хороших нагрузок, но, они не должны быть изнурительными. Много — не значит хорошо, во всём должна быть золотая середина. Почему нельзя пропускать завтрак? Завтрак — важнейший из всех приемов пищи, который запускает процесс метаболизма, и еще напомню, что после ночи обмен веществ замедляется, но мы его ускорим, вовремя позавтракав. Витамины и минералы нужно принимать дополнительно, чтобы поддерживать оптимальный баланс в организме, опять же — нельзя злоупотреблять фруктами, в них много фруктозы, помните это. Питание часто и небольшими порциями ускоряет ваш метаболизм, оптимально питаться через каждые 2.5 — 3 часа. Ну а вода — неотъемлемая часть всего вышеописанного, употребление нужного количества воды важно необходимо для организма и во время тренировок.

Мой совет: нужно научиться уделять внимание каждой мелочи. Если что — то не учитывать, это скажется на результате, в итоге.  

                                                                                                              Желаю всем успехов и терпения!

 

athleticasport.ru

Обмен веществ и энергии. | Биология

Для различных процессов организма: образование веществ, мышечная работа, поддержание постоянной температуры тела необходима энергия. Основным источником энергии является энергия химических связей молекул органических соединений, получаемых с пищей углеводов, жиров, белков. При распаде органических веществ освобождается химическая энергия, которая преобразуется в другие виды энергии – электрическую (энергия нервного импульса при работе мозга, нервных клеток), тепловую (поддержание постоянной температуры тела), механическую (мышечные сокращения), химическую (биосинтез свойственных данному организму веществ). В нашем организме действует закон сохранения энергии: энергия не возникает и не исчезает, она только преобразуется, видоизменяется из одного вида в другой.

Затраченная организмом энергия восполняется питанием. Интенсивность энергетического обмена зависит от условий, в которых находится организм, пола, времени года, возраста, состояния здоровья и других факторов.

Обмен веществ – сложная цепь превращений веществ в организме, начиная с момента их поступления из внешней среды и кончая удалением продуктов распада. Клетки всех тканей организма образованы, главным образом, из органических веществ (углеводов, жиров, белков). Они являются также единственным источником энергии в организме. По сути дела, жизнь обусловлена свойствами именно этих веществ. В состав белков, помимо углерода, водорода, кислорода, серы и иногда и фосфора, обязательно входит азот, которого нет в углеводах и жирах. Все растительные и животные белки состоят из аминокислот, которых насчитывается около двадцати. Из различных комбинаций этих аминокислот образуются белковые молекулы разного строения. Белки, поступающие с пищей, под влиянием пищеварительных соков расщепляются на отдельные аминокислоты. Аминокислоты всасываются ворсинками тонкой кишки и с кровью доставляются клетками организма. Проникшие через мембрану клеток аминокислоты при участии нуклеиновых кислот используются для образования в рибосомах свойственных этим клеткам белков. Некоторые белки используются как ферменты. Белки организма человека по структуре отличаются от белков животных и растений.

В клетках белки используются для построения цитоплазмы и органоидов, поэтому потребность в белковой пище особенно велика у молодого растущего организма, когда клетки размножаются и увеличивается общая масса тканей.

Обмен белков

Белки  расщепление до аминокислот  синтез белков, свойственных организму  расщепление до углекислого газа и воды  удаление через почки, легкие и кожу

Обмен углеводов

Углеводы входят в состав клеток и являются основным источником энергии в организме. В растительной пище углеводы представлены главным образом в виде крахмала и тростникового сахара. Под влиянием ферментов пищеварительных соков углеводы расщепляются до глюкозы, которая в ворсинках кишечника всасывается в кровь, поступает с ней в печень и превращается в животный крахмал – гликоген. В печени откладываются основные запасы углеводов в организме. Во время длительного голодания при снижении уровня глюкозы вырабатывается в кровяное русло. Напротив, при избытке глюкозы в крови она быстро превращается в печени в гликоген. Таким образом, благодаря регуляции, поддерживается постоянный уровень глюкозы в крови.

Сложные углеводы  расщепление до простых углеводов  всасывание в кровь  избыток превращается в гликоген  откладывается в печени и мышцах и выводится через почки

Обмен жиров

Жиры входят в состав клеток. Большая часть жиров используется как источник энергии. Жиры разных животных, как и жиры разных органов, различаются по химическому составу и свойствам. В кишечнике жиры под влиянием пищеварительных соков распадаются на глицерин и жирные кислоты. Они попадают в кишечнике ворсинки. Здесь они вновь соединяются друг с другом и образуют новые жиры, свойственные только организму человек. Эти жиры попадают в лимфу и далее разносятся кровью по всем органам и тканям. Часть жиров идет на построение мембран клеток. Часть жиров откладывается в запас. Отложение жира происходит в подкожной клетчатке, в области почек и в других листах. Эти запасы используются при недостатке питания.

Жиры пищи  расщепление до глицерина и жирных кислот  лимфа  кровь  отложение в запас под кожей и выводится через почки и кожу

Обмен воды и минеральных солей также чрезвычайно важен для организма. Вода необходима для растворения большинства химических соединений, находящихся в организме. При участии воды и минеральных солей происходят важнейшие физико-химические процессы в клетке и ткани. Переработка различных питательных веществ и выделение продуктов их распада возможны только при достаточном количестве воды в организме. Вода составляет около 65 % массы тела. Особенно много ее содержится в плазме крови, лимфе, пищеварительных соках.

Значительное количество воды человек выделяет с мочой, потом, а также в виде водяных паров, содержащихся в выдыхаемом воздухе. Эти потери должны восполняться ежедневным введением в организм 1,5–2 л. воды. Половина ее поступает с пищей, половина в виде молока, чая, сока. Однако это количество воды зависит от выполняемой человеком работы и температуры воздуха. Прекращение поступления воды в организм в течение нескольких суток вызывает нарушения и может привести к смерти.

Минеральные соли входят в состав самих клеток. Кальций и фосфор нужны для построения костей, некоторые соли необходимы для осуществления обмена веществ, связанного с выведением из клетки и поступлением в нее различных химических соединений. Присутствие солей кальция – это непременное условие свертывания крови, соли натрия и калия требуются для работы мышечных и нервных клеток. Соли железа участвуют в переносе кислорода, соединения йода для нормальной работы щитовидной железы. При обычном питании организм, как правило, получает необходимое количество минеральных солей, за исключением хлорида натрия, поэтому свою пищу досаливаем.

В энергетическом обмене главная роль принадлежит углеводам. Хотя при распаде углеводов выделяется меньше энергии, чем при распаде жиров, но углеводы быстрее расщепляются в организме с образованием энергии. Жиры расщепляются медленнее, жировой обмен регулируется нервной системой и железами внутренней секреции.

Большая часть энергии, которая образуется в организме, превращается в тепловую энергию.

В том случае, когда в пище не хватает какого-либо органического соединения, может происходить превращение одних органических веществ в другие. Например, белки, они могут превращаться в жиры и углеводы. При обильном питании углеводами в организме могут образовываться жиры. Недостаток белков в пище является невосполнимым, так как они образуются только из аминокислот. Поэтому белковое голодание наиболее опасно для организма.

ebiology.ru

Обмен веществ и энергии Лекция 14

1. Пищевая и биологическая ценность

Пищевая ценность — комплекс свойств пищевых продуктов, обеспечивающих физиологические потребности человека в энергии и основных пищевых веществах.

Биологическая ценность – комплекс свойств пищевых продуктов, отражающий степень соответствия их состава потребностям организма в основных биологически активных веществах.

Наряду с вышеназванными определениями биологическая и пищевая ценность вводятся дополнительно понятия «биологическая эффективность» и «энергетическая ценность» с целью характеристики ценности жиров, а также калорийности пищи.

Биологическая эффективность — показатель качества жировых компонентов пищевых продуктов, отражающий содержание в них полиненасыщенных жирных кислот.

Энергетическая ценность — количество энергии (ккал, кДж), высвобождаемой в организме человека из пищевых веществ продуктов питания для обеспечения его физиологических функций.

Общие сведения

Пищевая и биологическая ценность продуктов питания определяется их составом, усвояемостью и целым рядом других параметров.

Систематизация пищевых продуктов по преимущественной роли в питании человека.

Преимущественная роль в питании	Пищевые продукты
Пластическая	Животного происхождения (мясо, рыба, молоко, яйца и продукты их переработки)
Энергетическая	Животного происхождения: жир сельскохозяйственных и морских животных, масло коровье.  Растительного происхождения: зерновые культуры и продукты их переработки, сахар, мед, растительные масла и продукты на их основе
Регуляторная	Печень животных и рыб  Овощи, фрукты и ягоды

Преимущественно пластическая роль продуктов животного происхождения не исключает их участия в обеспечении организма энергией и биологически активными веществами. В то же время продукты растительного происхождения, являясь источниками энергии в организме, используются и как пластический материал. Некоторые растительные продукты по пластической ценности приближаются к продуктам животного происхождения (например, соя).

 

Различные продукты являются преимущественными источниками различных нутриентов. Этот факт позволил для наглядности разделить все употребляемые продукты на 5 основных групп  и создать «пирамиду питания».

У основания пирамиды находятся наиболее полезные продукты питания, удельный вес которых в рационе должен быть наибольшим. Чем ближе к вершине пирамиды, тем меньше должен быть удельный вес в рационе продуктов питания, указанных в этих секторах.

Нутриенты, преимущественно потребляемые из разных групп продуктов.

Группа продуктов	Основные нутриенты
1 – хлеб, крупы, картофель	углеводы, волокна, кальций, железо, тиамин, ниацин
2 – фрукты и овощи	антиоксиданты, в т. ч. витамин С, каротиноиды, фолаты, волокна, калий
3 – молоко и молочные продукты	кальций, белок, витамин А и D, витамин В12, рибофлавин
4 – мясо, рыба и аналогичные продукты	железо, белок, витамины гр. В (особенно В12), цинк, магний
5 – жиры, жирная и сладкая пища	жиры, в том числе эссенциальные жирные кислоты, витамины A, D, Е, глюкоза

Выделяют основные группы пищевых продуктов, которые должны быть представлены в повседневном питании.

1. Первая группа — молоко и молочные продукты (молоко, кефир, простокваша, творог).

2. Вторая группа — овощи, фрукты, ягоды (капуста свежая и квашеная, картофель, морковь, свекла, помидоры, огурцы, салат, тыква, яблоки, смородина, земляника).

3. Третья группа — мясо, птица, рыба, яйца (источники животного белка).

4. Четвертая труппа — хлебобулочные изделия, макаронные изделия, крупы.

5. Пятая группа — жиры (сливочное и растительное масло).

6. Шестая группа — сладости (сахар, мед, кондитерские изделия).

Обмен веществ и энергии, или метаболизм,— совокупность химических и физических превращений веществ и энергии, происходящих в живом организме и обеспечивающих его жизнедеятельность. Обмен веществ и энергии составляет единое целое и подчиняется закону сохранения материи и энергии.

Обмен веществ складывается из процессов ассимиляции и диссимиляции. Ассимиляция (анаболизм) — процесс усвоения организмом веществ, при котором расходуется энергия. Диссимиляция (катаболизм) — процесс распада сложных органических соединений, протекающий с высвобождением энергии.

Единственным источником энергии для организма человека является окисление органических веществ, поступающих с пищей. При расщеплении пищевых продуктов до конечных элементов — углекислого газа и воды,— выделяется энергия, часть которой переходит в механическую работу, выполняемую мышцами, другая часть используется для синтеза более сложных соединений или накапливается в специальных макроэргических соединениях.

Макроэргическими соединениями называют вещества, расщепление которых сопровождается выделением большого количества энергии. В организме человека роль макроэргических соединений выполняют аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) и креатинфосфат (КФ).

 ОБМЕН БЕЛКОВ.

Белками (протеинами) называют высокомолекулярные соединения, построенные из аминокислот. Функции:

Структурная, или пластическая, функция состоит в том, что белки являются главной составной частью всех клеток и межклеточных структур. Каталитическая, или ферментная, функция белков заключается в их способности ускорять биохимические реакции в организме.

Защитная функция белков проявляется в образовании иммунных тел (антител) при поступлении в организм чужеродного белка (например, бактерий). Кроме того, белки связывают токсины и яды, попадающие в организм, и обеспечивают свертывание крови и остановку кровотечения при ранениях.

Транспортная функция заключается в переносе многих веществ. Важнейшей функцией белков является передачанаследственных свойств, в которой ведущую роль играют нуклеопротеиды. Различают два основных типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновые кислоты (РНК) и дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК).

Регуляторная функция белков направлена на поддержание биологических констант в организме.

Энергетическая роль белков состоит в обеспечении энергией всех жизненных процессов в организме животных и человека. При окислении 1 г белка в среднем освобождается энергия, равная 16,7 кДж (4,0 ккал).

Потребность в белках. В организме постоянно происходит распад и синтез белков. Единственным источником синтеза нового белка являются белки пищи. В пищеварительном тракте белки расщепляются ферментами до аминокислот и в тонком кишечнике происходит их всасывание. Из аминокислот и простейших пептидов клетки синтезируют собственный белок, который характерен только для данного организма. Белки не могут быть заменены другими пищевыми веществами, так как их синтез в организме возможен только из аминокислот. Вместе с тем белок может замещать собой жиры и углеводы, т. е. использоваться для синтеза этих соединений.

Биологическая ценность белков. Некоторые аминокислоты не могут синтезироваться в организме человека и должны обязательно поступать с пищей в готовом виде. Эти аминокислоты принято называть незаменимыми, или жизненно-необходимыми. К ним относятся: валин, метионин, треонин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, триптофан и лизин, а у детей еще аргинин и гистидин. Недостаток незаменимых кислот в пище приводит к нарушениям белкового обмена в организме. Заменимые аминокислоты в основном синтезируются в организме.

Белки, содержащие весь необходимый набор аминокислот, называют биологически полноценными. Наиболее высока биологическая ценность белков молока, яиц, рыбы, мяса. Биологически неполноценными называют белки, в составе которых отсутствует хотя бы одна аминокислота, которая не может быть синтезирована в организме. Неполноценными белками являются белки кукурузы, пшеницы, ячменя.

Азотистый баланс. Азотистым балансом называют разность между количеством азота, содержащегося в пище человека, и его уровнем в выделениях.

Азотистое равновесие — состояние, при котором количество выведенного азота равно количеству поступившего в организм. Азотистое равновесие наблюдается у здорового взрослого человека.

Положительный азотистый баланс — состояние, при котором количество азота в выделениях организма значительно меньше, чем содержание его в пище, то есть наблюдается задержка азота в организме.Положительный азотистый баланс отмечается у детей в связи с усиленным ростом, у женщин во время беременности, при усиленной спортивной тренировке, приводящей к увеличению мышечной ткани, при заживлении массивных ран или выздоровлении после тяжелых заболеваний.

Азотистый дефицит (отрицательный азотистый баланс) отмечается тогда, когда количество выделяющегося азота больше содержания его в пище, поступающей в организм. Отрицательный азотистый баланс наблюдается при белковом голодании, лихорадочных состояниях, нарушениях нейроэндокринной регуляции белкового обмена.

Распад белка и синтез мочевины. Важнейшими азотистыми продуктами распада белков, которые выделяются с мочой и потом, являются мочевина, мочевая кислота и аммиак.

 ОБМЕН ЖИРОВ.

Жиры делят на простые липиды (нейтральные жиры, воски), сложные липиды (фосфолипиды, гликолипиды, сульфолипиды) и стероиды (холестерин и др.). Основная масса липидов представлена в организме человека нейтральными жирами. Нейтральные жиры пищи человека являются важным источником энергии. При окислении 1 г жира выделяется 37,7 кДж (9,0 ккал) энергии.

Суточная потребность взрослого человека в нейтральном жире составляет 70—80 г, детей 3—10 лет — 26—30 г.

Нейтральные жиры в энергетическом отношении могут быть заменены углеводами. Однако есть ненасыщенные жирные кислоты — линолевая, линоленовая и арахидоновая, которые должны обязательно содержаться в пищевом рационе человека, их называют не заменимыми жирными кислотами.

Нейтральные жиры, входящие в состав пищи и тканей человека, представлены главным образом триглицеридами, содержащими жирные кислоты — пальмитиновую, стеариновую, олеиновую, линолевую и линоленовую.

В обмене жиров важная роль принадлежит печени. Печень — основной орган, в котором происходит образование кетоновых тел (бета-оксимасляная, ацетоуксусная кислоты, ацетон). Кетоновые тела используются как источник энергии.

Фосфо- и гликолипиды входят в состав всех клеток, но главным образом в состав нервных клеток. Печень является практически единственным органом, поддерживающим уровень фосфолипидов в крови. Холестерин и другие стероиды могут поступать с пищей или синтезироваться в организме. Основным местом синтеза холестерина является печень.

В жировой ткани нейтральный жир депонируется виде триглицеридов.

Образование жиров из углеводов. Избыточное употребление углеводов с пищей приводит к отложению жира в организме. В норме у человека 25—30% углеводов пищи превращается в жиры.

Образование жиров из белков. Белки являются пластическим материалом. Только при чрезвычайных обстоятельствах белки используются для энергетических целей. Превращение белка в жирные кислоты происходит, вероятнее всего, через образование углеводов.

 ОБМЕН УГЛЕВОДОВ.

Биологическая роль углеводов для организма человека определяется прежде всего их энергетической функцией.Энергетическая ценность 1 г углеводов составляет 16,7 кДж (4,0 ккал). Углеводы являются непосредственным источником энергии для всех клеток организма, выполняют пластическую и опорную функции.

Суточная потребность взрослого человека в углеводах составляет около 0,5 кг. Основная часть их (около 70%) окисляется в тканях до воды и углекислого газа. Около 25—28% пищевой глюкозы превращается в жир и только 2—5% ее синтезируется в гликоген — резервный углевод организма.

Единственной формой углеводов, которая может всасываться, являются моносахара. Они всасываются главным образом в тонком кишечнике, током крови переносятся в печень и к тканям. В печени из глюкозы синтезируется гликоген. Этот процесс носит название гликогенеза. Гликоген может распадаться до глюкозы. Это явление называют гликогенолизом. В печени возможно новообразование углеводов из продуктов их распада (пировиноградной или молочной кислоты), а также из продуктов распада жиров и белков (кетокислот), что обозначается как гликонеогенез. Гликогенез, гликогенолиз и гликонеогенез — тесно взаимосвязанные и протекающие в печени процессы, обеспечивающие оптимальный уровень сахара крови.

В мышцах, так же как и в печени, синтезируется гликоген. Распад гликогена является одним из источников энергии мышечного сокращения. При распаде мышечного гликогена процесс идет до образования пировиноградной и молочной кислот. Этот процесс называют гликолизом. В фазе отдыха из молочной кислоты в мышечной ткани происходит ре-синтез гликогена.

Головной мозг содержит небольшие запасы углеводов и нуждается в постоянном поступлении глюкозы. Глюкоза в тканях мозга преимущественно окисляется, а небольшая часть ее превращается в молочную кислоту. Энергетические расходы мозга покрываются исключительно за счет углеводов. Снижение поступления в мозг глюкозы сопровождается изменением обменных процессов в нервной ткани и нарушением функций мозга.

Образование углеводов из белков и жиров (гликонеогенез). В результате превращения аминокислот образуется пировиноградная кислота, при окислении жирных кислот — ацетилкоэнзим А, который может превращаться в пировиноградную кислоту — предшественник глюкозы. Это наиболее важный общий путь биосинтеза углеводов.

Между двумя основными источниками энергии — углеводами и жирами — существует тесная физиологическая взаимосвязь. Повышение содержания глюкозы в крови увеличивает биосинтез триглицеридов и уменьшает распад жиров в жировой ткани. В кровь меньше поступает свободных жирных кислот. Если возникает гипогликемия, то процесс синтеза триглицеридов тормозится, ускоряется распад жиров и в кровь в большом количестве поступают свободные жирные кислоты.

studfiles.net

Обмен веществ и энергии

Процесс обмена — основное свойство живого. В цитоплазме клеток органов и тканей постоянно идет процесс синтеза сложных высокомолекулярных соединений и одновременно с этим — их распад с выделением энергии и образованием простых низкомолекулярных веществ — углекислого газа, воды, аммиака и др.

Процесс синтеза органических веществ называется ассимиляцией, или анаболизмом. В ходе ассимиляции обновляются органоиды клетки, и накапливается запас энергии. Распад структурных элементов клетки сопровождается выделением заключенной в химических связях энергии, а конечные продукты распада, вредные для организма, выводятся за пределы клетки, а затем из организма.

Процесс распада органических веществ противоположен процессу ассимиляции и называется диссимиляцией, или катаболизмом. Подобного типа реакции идут с поглощением кислорода, поэтому расщепление органических веществ связано с окислением, а освободившаяся при этом энергия идет на синтез ЛТФ (аденозинтрифосфорная кислота), необходимой для ассимиляции.

Таким образом, ассимиляция и диссимиляция — это две противоположные, но взаимосвязанные стороны единого процесса — обмена веществ. При нарушении ассимиляции и диссимиляции расстраивается весь обмен веществ.

В организме человека непрерывно протекают водный, солевой, белковый, жировой и углеводный обмен. Непрерывный распад и окисление органических соединений возможны лишь тогда, когда количество этих веществ в клетках постоянно пополняется. Однако потребность в питательных веществах неодинакова. Большая их часть используется организмом для образования энергии. В процессе жизнедеятельности организма энергетические запасы непрерывно уменьшаются, и их пополнение идет за счет пищи.

Соотношение количества энергии, поступающей с пищей, и энергии, расходуемой организмом, называется энергетическим балансом. Количество потребляемой пищи должно соответствовать энергетическим затратам человека.

Обмен белков

Белки — основной пластический материал, из которого построены клетки и ткани организма. Они бесконечно разнообразны, что обусловлено различными комбинациями образующих их 20 аминокислот.

Белки пищи расщепляются в пищеварительном тракте до аминокислот. В клетках из аминокислот синтезируются специфические для данной ткани белки. Так, в клетках мышц идет синтез белка миозина, в молочной железе — казеина и т. д. Часть белков, входящих в состав клеток органов и тканей, а также аминокислоты, поступившие в организм, но не использованные в синтезе белка, подвергаются распаду с освобождением 17,6 кДж энергии на 1 г вещества и образованием продуктов распада белка: воды, углекислого газа, аммиака, мочевины и др.

Все продукты диссимиляции белка выделяются из организма в составе мочи, пота и частично с выдыхаемым воздухом. В запас белки не откладываются. У взрослого человека их синтезируется столько, сколько необходимо для компенсации распавшихся белков.

При избытке белковой пищи она преобразуется в жиры и гликоген. Потребность в белках в сутки составляет 100–118 г. В детском организме синтез белков превышает их распад, что учитывается при составлении рациона питания.

Обмен углеводов

Углеводы поступают в организм с растительной и, в меньшей мере, с животной пищей, а также синтезируются в нем из продуктов расщепления аминокислот и жиров. Углеводы растительного происхождения в организме человека расщепляются до глюкозы, которая всасывается в кровь и разносится по всему телу.

Содержание глюкозы в крови относительно постоянно и не превышает 0,08-0,12%. Если глюкоза поступает в кровь в большем количестве, то этот избыток в печени превращается в животный крахмал — гликоген, который накапливается, а затем при необходимости снова распадается до глюкозы. При расщеплении 1 г углеводов освобождается 17.6 кДж энергии. Ее потребление увеличивается с возрастанием нагрузки при физической работе. Часть энергии используется для механической работы и служит источником тепла, другая часть идет на синтез молекул АТФ. При избытке углеводов в организме они превращаются в жиры. Суточная потребность в углеводах составляет 450–500 г.

Обмен жиров

Жиры входят в состав растительной и животной пищи. Часть синтезированного в организме жира откладывается в запас, другая часть поступает в клетку, где вместе с жироподобными веществами (липоидами) служит пластическим материалом, из которого строятся мембраны клеток и органоидов. Жиры — важный источник энергии. При их окислении выделяется углекислый газ, вода и освобождается энергия. Расщепление 1 г жиров сопровождается выделением 38,9 кДж энергии. Жиры могут синтезироваться в организме человека из углеводов и белков. Суточная потребность в них для взрослого человека — 100 г.

Обмен белков, жиров и углеводов взаимосвязан. Отклонение от нормы обмена одного из веществ влечет за собой нарушение обмена других веществ. Например, при расстройстве обмена углеводов продукты их неполного распада нарушают обмен белков и жиров, расщепление которых тоже идет не до конца, с образованием ядовитых веществ, отравляющих организм. Избыток жира в организме откладывается в виде запасов под кожей в жировой клетчатке, в сальнике, покрывающем органы брюшной полости, и в некоторых других органах. Жировая ткань защищает организм от механических повреждений, служит теплоизолятором.

Водный и солевой обмен

Наряду с обменом органических веществ в организме человека осуществляется водный и солевой обмен. Эти вещества не являются источниками энергии и питательными веществами, но их значение для организма очень велико.

Вода входит в состав клеток, межклеточной и тканевой жидкости, плазмы и лимфы. Общее ее количество в организме человека составляет до 75%. В клетках вода химически связана с белками, углеводами и другими соединениями. Она растворяет органические и неорганические соединения. Всасывание питательных веществ в кишечнике, их поглощение клетками из тканевой жидкости и выведение из клеток конечных продуктов обмена может осуществляться только в растворенном состоянии и при участии воды.

Вода — непосредственный участник всех реакций гидролиза. Суточная потребность в воде взрослого человека составляет около 40 г на 1 кг массы его тела (2,5—3 л). Эта потребность зависит от условий и температуры среды. Поступает вода в организм при питье и в составе пищи. В тонком и толстом отделах кишечника вода всасывается в кровь, откуда она поступает в ткани, а из них вместе с продуктами распада проникает в кровь и лимфу. Из организма вода выводится в основном через почки, а также кожу, легкие (в виде пара) и с калом.

Обмен воды в организме тесно связан с обменом солей.

Минеральные вещества поступают в организм человека с пищей, откладываются в виде солей и входят в состав различных органических соединений. Так, железо включено в молекулу гемоглобина и участвует в транспортировке кислорода и углекислого газа, йод — в состав гормона щитовидной железы, сера и цинк содержатся в гормонах поджелудочной железы. Для кроветворения необходимы железо, кобальт, медь; соли фтора и кальция входят в состав костей; кальций и натрий создают определенную концентрацию ионов в клеточной мембране и по обе стороны от нее и т. д.

Общее количество минеральных веществ в теле человека составляет около 4.5%. Все эти элементы поступают в организм с пищей и водой. Железа много в яблоках, йода — в морской капусте, кальция — в молоке, сыре, брынзе, в яйцах и т. д.

Человек нуждается в постоянном поступлении натрия и хлора. Натрий создает определенную концентрацию ионов в плазме, тканевой жидкости, хлор (составная часть соляной кислоты) — компонент желудочного сока. Эти важнейшие компоненты организм получает с поваренной солью.

Витамины

Витамины (от лат. «вита» — жизнь) — биологически активные вещества, необходимые для жизнедеятельности организма. Они способствуют нормальному протеканию всех жизненных процессов. Витамины были открыты русским врачом Н. И. Луниным (1853—1937). Витамины способствуют укреплению здоровья, увеличивают сопротивляемость организма к простудным и инфекционным заболеваниям, повышают работоспособность.

При недостатке того или иного витамина — гиповитаминозе — или при отсутствии витаминов — авитаминозе — наступают глубокие нарушения в процессах обмена веществ, ведущие к тяжелым заболеваниям, вплоть до гибели организма. Организм человека не способен синтезировать витамины и должен ежедневно получать их с пищей, прежде всего с растительной.

Обозначаются витамины заглавными буквами латинского алфавита: А, В, С, D, Е, К, РР, Н. Некоторые буквы, например В, охватывают целые группы: от В1 до В15.

Витамин А

Важнейший из витаминов — витамин А. Его называют витамином роста, он участвует в окислительно-восстановительных реакциях обмена. При нехватке витамина А в организме наблюдается сухость кожи, сухость роговицы глаз и ее помутнение. С недостатком витамина А связано нарушение сумеречного зрения («куриная слепота»). Наиболее богаты витамином А печень, сливочное масло, молоко, морковь, абрикосы и др.

Витамин С

Витамин С, или аскорбиновая кислота, синтезируется в растениях и накапливается в шиповнике, лимоне, черной смородине, зеленом луке, плодах клюквы и т. д. В настоящее время разработан промышленный синтез витамина С. При его недостатке развивается цинга. Особенно чувствуется нехватка витамина С к весне (у человека появляются сонливость, усталость, апатия).

Витамин D

Витамин D играет важную роль в обмене кальция, фосфора и в целом — в процессе образования костей. При отсутствии витамина D соли кальция и фосфора не откладываются н костях, а выводятся из организма и поэтому кости, особенно у детей, размягчаются. Под тяжестью тела ноги искривляются, на ребрах образуются утолщения — четки, задерживается развитие зубов. Наиболее богаты витамином D печень рыб, сливочное масло, икра, желток яиц. Растения содержат вещество, близкое к витамину D, — эргостерин, который под влиянием солнечных и ультрафиолетовых лучей переходит в витамин D.

Витамины группы В

Витамины группы В (В1 В2 В6 В12 и др.) регулируют многие ферментативные реакции обмена веществ, особенно обмена белков, аминокислот, нуклеиновых кислот. При их недостатке нарушаются функции нервной системы (болезнь бери-бери), желудочно-кишечного тракта (поносы), кроветворных органов (малокровие) и др. Эти витамины содержатся в печени млекопитающих и некоторых рыб, в почках, петрушке и др.

Витамин РР

Витамин РР необходим для нормальной нервно-психической деятельности.

shkolo.ru

Обмен веществ и энергии

Обмен веществ и энергии — это совокупность физиче­ских, химических и физиологических процессов превраще­ния веществ и энергии в живых организмах, а также обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Все происходящие при этом преобразо­вания объединены общим названием — метаболизм.

Обмен веществ у живых организмов заключается в поступлении из внешней среды различных веществ, в пре­вращении и использовании их в процессах жизнедеятельно­сти и в выделении образующихся продуктов распада в окру­жающую среду. Метаболизм можно разделить на два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса: анабо­лизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция).

Анабо­лизм — это совокупность процессов биосинтеза органических веществ (компонентов клетки и других структур органов и тканей). Он обеспечивает рост, развитие, обновление биоло­гических структур, а также накопление энергии (синтез мак­роэргов). Анаболизм заключается в химической модифика­ции и перестройке поступающих с пищей молекул в другие более сложные биологические молекулы. Например, вклю­чение аминокислот в синтезируемые клеткой белки в соот­ветствии с инструкцией, содержащейся в генетическом мате­риале данной клетки.

Катаболизм — это совокупность процессов расщепле­ния сложных молекул до более простых веществ с использо­ванием части из них в качестве субстратов для биосинтеза и расщеплением другой части до конечных продуктов метабо­лизма с образованием энергии. К конечным продуктам мета­болизма относятся вода (у человека примерно 350 мл в день), двуокись углерода (около 230 мл/мин.), окись углерода (0,007 мл/мин.), мочевина (около 30 г/день), а также другие вещества, содержащие азот (примерно 6 г/день). Катаболизм обеспечивает извлечение химической энергии из содержа­щихся в пище молекул и использование этой энергии на обеспечение необходимых функций. Например, образование свободных аминокислот в результате расщепления посту­пающих с пищей белков и последующее окисление этих аминокислот в клетке с образованием СО₂ и Н₂О, что сопро­вождается высвобождением энергии.

Процессы анаболизма и катаболизма находятся в орга­низме в состоянии динамического равновесия. Преобладание анаболических процессов над катаболическими приводит к росту, накоплению массы тканей, а прева­лирование катаболических процессов ведет к частичному разрушению тканевых структур. Состояние равновесного или неравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от конституции (астеники характеризуются преобладанием катаболизма), возраста (в детском возрасте преобладает анабо­лизм, у взрослых обычно наблюдается равновесие, в старче­ском возрасте преобладает катаболизм), состояния здоровья, выполняемой организмом физической или психоэмоциональной нагрузки.

Превращение и использование энергии

В процессе обмена веществ постоянно происходит пре­вращение энергии: энергия сложных органических соедине­ний, поступивших с пищей, превращается в тепловую, меха­ническую и электрическую. Человек и животные получают энергию из окружающей среды в виде потенциальной энер­гии, заключенной в химических связях молекул жиров, бел­ков и углеводов. Все процессы жизнедеятельности обеспечи­ваются энергией за счет анаэробного и аэробного метаболиз­ма. Получение энергии без участия кислорода, например, гликолиз (расщепление глюкозы до молочной кислоты), на­зывается анаэробным обменом. В ходе анаэробного расщеп­ления глюкозы (гликолиза) или ее резервного субстрата гли­когена (гликогенолиза) превращение 1 моля глюкозы в 2 мо­ля лактата приводит к образованию 2 молей АТФ. Энергии, образующейся в ходе анаэробных процессов, недостаточно для осуществления активной жизни, поэтому необходимы процессы, про­исходящие с участием кислорода, которые энергетически более эф­фективны. Все процессы, генерирующие энергию с участием кислорода, называются аэробным обменом. Биологическое окисление в сущности представляет собой «сгорание» вещества при низ­кой температуре, часть энергии, высвобождающейся при окислении, запасается в высокоэнергетических фосфатных связях аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ является аккумуля­тором химической энергии и средством ее переноса, диф­фундируя в те места, где она требуется. Общее количество молекул АТФ, образующихся при полном окислении 1 моля глюкозы до СО₂ и Н₂О, составляет 25,5 молей. При полном окислении молекулы жиров образуется большее количество молей АТФ, чем при окислении молекулы углеводов.

Использование химической энергии в организме называют энергетическим обменом, именно он служит показателем общего состояния и физиоло­гической активности организма.

Единица измерения энергии, обычно применяемая в биологии и медицине, — калория (кал). Она определяется как количество энергии, необходимое для повышения темпера­туры 1 г воды на 1 °С. В Международной системе единиц (СИ) при измерении энергетических величин используется джоуль (1 ккал = 4,19 кДж).

studfiles.net