Печень перекрещивает метаболизм углеводов, липидов и белков. Обмен белков, жиров и углеводов в организме

Обмен веществ и энергии - это совокупность превращений веществ и энергии в живых телах и обмен веществ и энергией между организмом и окружающей средой, направленный на воспроизведение живой структуры. Это основное свойство которое отличает живое от неживого. Все организмы обмениваются с окружающей средой веществом, энергией, информацией.

В зависимости от способа получения углеводов делятся на:

l Аутотрофные - используют в качестве источника углевода углекислый газ, из которого они способны синтезировать органические соединения

l Гетероторофные - питающиеся за счет других. Живут за счет получения углевода в виде сложных органических соединений, например глюкозы.

По форме потребляемой энергии:

l Фототрофные - используют энергию солнечного света. Сине-зеленые водоросли, зеленые клетки растений, фотоситещирующие бактерии.

l Хемотрофные - клетки, которые живут за счет химической энергии, освобождающейся в ходе окислительо-востановительных процессов.

Принято выделять промежуточный обмен - превращение веществ и энергии в организме с момента поступления переваренных веществ в кровь и до момента выделения конечных продуктов. Он складывается из 2х процессов - катаболизма - диссимиляции и анаболизма - ассимиляция.

Катаболизм - расщепление крупных молекул окислительным путем, процесс идет с освобождением энергии, заключенной в химических связях. Эта энергия запасается в АТФ.

Анаболизм - ферментативный синтез из более простых соединений крупномолекулярных клеточных элементов. Происходит образование полисахаридов, белков, нуклеиновых кислот, липидов. Процессы анаболизма идут с поглощением энергии.

Процессы анаболизма и катаболизма тесно взаимосвязаны и протекаю через определенные стадии.

Процессы катаболизма.

1-ая стадия - крупные органические молекулы распадаются на структурные специфические блоки. Полисахариды распадаются до пептоз и гексоз, белки до аминокислот, жиры до глицерина и ирных кислот, холестерина. Нуклеиновые кислоты до нуклеотидов и нуклеозтдов.

2-ая стадия катаболизма - характеризуется образованием более простых молекул, их число уменьшается и существенным моментом является образование продуктов, которые являются общими для обмена разных веществ. Это узловые станции, которые соединяют разные пути обмена. Фумарат, сукцинат, пируват, ацетил-КоА, альфа-кетоглутарат.

3-я стадия - эти соединения вступают в процессы терминального окисления, котоыре осуществляются в цикле трикарбоновых кислот. Происходит из окончательный распад до углекислого газа и воды.

Процессы анаболизма протекают тоже в три стадии.

1-ая стадия анаболизма может рассматриваться как третья стадия катаболизма. Исходные продукты синтеза белка - альфа-кетокислоты. Они также нужны для образования аминокислот, т.к. на следующей стадии к альфа-кетокислотам присоединяются аминогруппы. Что происходит в реакциях аминирования и трансаминирования - способствуют превращению альфа-кетокисот в аминокислоты. Дальше синтезируются полипептидные цепи белка.

Обмен веществ имеет 3 ключевых значения:

Пластическое - синтез органических соединений - белков, углеводов, липидов, клеточных компонентов.
Энергетическое значение - происходит извлечение энергии из окружающей среды и преобразуется в энергию макроэргических соединений.
Обезвреживающее значение. Обезвреживаются продукты распада веществ и осуществляется их выведение. Обмен веществ - как химическое производство, а все хим. Заводы образуют побочные продукты, которые загрязняют окружающую среду.

Методы изучения делятся на:

l Обмена веществ - основной метод - метод составления баланса. По соотношению веществ, поступивших в организм с пищей с продуктами и продуктами выделения. Содержание питательных веществ могут быть определены по таблицам - сколько белка, жира и углевода. Или содержание питательных веществ может быть определено экспериментально. Белок может быть определено по количеству полученного азота. Содержание жира - извлекают жир эфиром, а углеводы определяют колориметрическим способом. Конечные продукты распада - углекислый газ и вода, а белки дают содержащие продукты, но они выводятся из организма с мочой.

l Обмена энергии

Обмен белка.

Белки имеют особое значение для организма. Они обладают двумя функциями:

Пластическая - входят в состав всех веществ,
Энергетическая - 1 г белка дает 4,0 ккал (16,7 кДж), 1 ккал = 4,1185 кДж.

Нормы суточного потребления отличаются в разных странах: 1-1,5 г/кг в России, 0,5-0,8 г/кг - США. Для детей - от 1 до 4 лет - 4 г/кг, так как ребенок растет.

Организм получает белок из двух источников:

Экзогенный белок - белок пищи - 75-120 г/сутки
Эндогенный белок - секреторные белки, белки кишечного эпителия - 30 - 40 г/сутки.

Эти источники обеспечивают поступление белка в пищеварительный тракт, где будет происходит его расщепление до аминокислот. Распад аминокислот происходит в печени - дезаминирование, трансаминирование, когда аминокислота теряет группу и превращается в аммиак, аммоний или мочевину, и эти продукты подлежат выведению из организма.

Особенностью белка является то, что он построен из 20 аминокислот. Аминокислоты могут быть заменимыми и незаменимыми(не могут синтезироваться в организма - триптофан, лизин, лейцин, валин, изолейцин, треонин, метионин, фенилаланин, гистидин и аргинин). Полноценные белки - содержат незаменимые аминокислоты. Неполноценные белки - содержат не все незаменимые аминокислоты.

Биологическая ценность белка - под ней понимается то количество белка, специфическое для данного организма, которое образуется из 100 г поступившего белка с пищей. Молоко - 100, кукуруза - 30, пшеничного хлеба — 40.

Аминокислоты, которые образуются в кишечнике в ходе расщепления белка подвергаются процессам всасывания, причем для аминокислот существуют специфические натрий зависимые переносчики. Такой комплекс проходит через мембрану. Аминокислоты поступят в кровь, а натрий будет в натрий - калиевой АТФазе (насоса), который поддерживает градиент для натрия. Такой транспорт называется вторично активным. L-изомеры аминокислот проникают легче, чем D. На транспорт аминокислот влияет строение молекулы. Легко проходит аргинин, метионин, лейцин. Фенилаланин проникает медленней. Очень плохо всасывается аланин и серин. Одни аминокислоты могут способствовать прохождению других. Например глицин и метионин облегчают поход друг другу.

Распад осуществляется в печени. Основной путь распада - дезаминирование, в ходе которого образуются без азотистый остаток и образуется азотистые соединения. Без азотистые осадки могут превращаться в углеводы и жиры и затем использовать в ходе получения энергии. Азотистые соединения удаляются с мочой. Второй путь - это трансаминирование. Идет с участием трансаминаз. При повреждении клеток трансаминазы могут проходить в плазму крови. При гепатитах, инфарктах увеличивается содержание трансаминаз в крови. Это диагностический признак.

Метод азотистого баланса.

Отложить азот про запас не возможно. В крови запас аминокислот составляет 35-65мг %. Существует понятие минимума (1 г на 1кг веса). Азот в белке содержится в строго определенных соотношения - 1 г азота содержится в 6,25 г белка. Для определения азотистого баланса нужно знать поступление белка с пищей. Часть белка пройдет через ЖКТ транзитом. Нужно определить азот кала. По разнице азота пищи и азота кала, мы определим азот усвоенного белка, т.е. тот, который поступил в кровь и пошел в реакции обмена. Распавшийся белок оценивается по азоту мочи. Азотистый баланс оценивается между усвоенным и распавшимся:

Состояние азотистого баланса:

l А-B=C - азотистое равновесие, у здорового взрослого человека с достаточным потреблением белка с пищей. Чтобы поддержать надо употреблять 1 г белка на кг веса. Но это равновесие может быть не устойчиво - стресс, физическая работа, тяжелые заболевания.

l Белковый оптимум - 1,5 кг тела. Из этого нужно строить свой рацион

l А-B>C - положительный азотистый баланс. Это состояние характерно у растущего организма. Задержка белка в организме, и он расходуется на процессы роста. Это может быть состояние при тренировках - нарастание массы мышц. Процесс восстановления организма после заболевания, при беременности.

l A-B<С. Распад преобладает над усвоением - отрицательный азотистый баланс - в старческом возрасте, пр белковом голодании или употреблении не полноценных белков и при тяжелых заболеваниях, сопровождающихся распадом ткани.

Углеводный обмен.

Человек получает углеводы в трёх формах. Это:

Дисахарид сахарозы
Дисахарид лактозы
Полисахариды
- Амилоза с неразветвленной цепью
- Аминопептин - с разветвленной цепью
- Целлюлоза - с растительными продуктами. Но нет фермента для ее расщепления

Суточное потребление углеводов составляет от 250 до 800, 7 г.кг.сутки. Энергетическая ценность глюкозы составляет 1г., глюкозы - 3,75 ккал. или 15,7 кДж.

В пищеварительном тракте углеводы распадаются до моносахаридов, которые подвергаются всасыванию. Начальное расщепление осуществляется амилазой слюны. Основное переваривание в тонкой кишке. Поджелудочная амилаза расщепляет углеводы до олигосахаридов. Далее расщепляются до моносахаридов углеводистыми ферментами в тонкой кишке. Здесь имеются 4 фермента - мальтаза, изомальтаза, лактаза и сахараза.

Конечные продукты расщепления - фруктоза, глюкоза и галактоза. Галактоза и фруктоза отличаются от глюкозы положением групп H и OH. Всасывание - вторичный натрий зависимый транспорт. Переносчики для углеводов присоединяют глюкозу и 2 иона натрия и такой комплекс проходит в клетку за счет разницы концентраций и зарядов натрия. Фруктоза проникает путем облегченной диффузии. Причем внутри клеток эпителия фруктоза превращается в глюкозу и молочную кислоту. Это поддерживает градиент для преодоления глюкозы. Кишечник может всосать до 5 кг углеводов в день. Если нарушается процесс всасывания, то изменяется осмотическое давление(повышается), вода выходит в просвет кишечника - понос. Углеводы подвергаются брожению с образованием газов. Водород, метан и углекислый газ. Они являются раздражающими для слизистой оболочки. На мембране кишечного эпителия - недостаток лактазы, который расщепляет молочный сахар. Очень тяжелое состояние для детей. Если нет лактазы - проблемы с кишечником.

Пути использования моносахаридов в организме .

Они поступают в кровь и образуют сахар крови с нормальным содержанием 3,3-6,1 ммоль/л или 70-120 мг %. Далее поступают в печень и откладываются в виде гликогена. Могут превращаться в гликоген мышц и использоваться при мышечном сокращении. Углеводы могут превращаться в жиры и откладываться в жировых депо, что используется для вскармливания сельскохозяйственнных животных. Углеводы могут превращаться в аминокислоты при присоединение NH2. Они служат энергетическим источником. Для синтеза гликолипидов, гликопротеинов. Поддержание уровня сахара в крови происходит за счет гормонов поджелудочной железы - инсулин (способствует отложению гликогенов), глюкагон - появляется при снижении уровня глюкозы в крови, способствует распаду гликогена в печени. Содержание сахара увеличивает адреналин - увеличивает распад гликогена. Глюкокортикоиды - стимулируют процессы глюконеогенеза. Тироксин(щитовидная железа) Усиливает всасывание глюкозы в кишечнике.

Жировой обмен.

Мужчина -12-18 %, свыше 20% - ожирение, женщина 18-24% , свыше 25% - ожирение.

Суточное потребление жира - от 25 до 160 г или 1 г жира на 1 кг веса. Энергетическая ценность 1 г жира - 9,0 ккал или 37,7 кДж.

Этапы превращения жиров в организме.

Эмульгирование(образование капель размером 0,5-1 мкм)
Расщепление липазами до глицерина и жирных кислот
Образование мицелл(4-6 нм в диаметре) которые содержат - глицерин, жирные кислоты, желчные соли, лецитин, холестерин, жирорастворимые витамины А,Д,Е,К
Всасывание мицелл в энтероциты.
Далее идет образование хиломикронов (до100 нм в диаметре), которые содержат - триглицерилы - 86%, холестерин - 3%, фосфолипиды - 9%, протеины -2 %, витамины.
Извлечение из крови хиломикронов при участии фермента липопротеиновой липазы и кофермента гепарина.
Распад эногенных жиров в жировых клетках происходит под влиянием гормон-зависимой липазы, которая активируется - адреналином, норадреналином, АКТГ, тиреотропным, лютеотропным гормонными, вазопрессином и серотонином.
тормозится - инсулином, простагланином Е.

Комплексы с липопротеинами низкой плотности очень легко проникают через стенку кровеносных сосудов, что приводит к атеросклерозу. Липопротеиы высокой плотности - там развитие атеросклероза меньше. Липопротеины высокой плотности увеличиваются при:

регулярной физической нагрузке
у тех,кто не курит.

Вещества, образующиеся из ненасыщенных жирных кислот - арахидоновой, линолевой и линоленовой, содержат в своем составе 20 атомов углевода:

Простогландины
Лейкотриены
Простациклеин
Тромбоксан А2 и Б2
Липоксины А и Б.

Лейкотриены - это медиаторы аллергических и воспалительных реакций. Они вызывают сужение бронхов, сужение артериолл, повышение проницаемости сосудов, выход нейтрофилов и эозинофилов в очаг воспаления.

Липоксин А - расширяет микроциркуляторные сосуды, оба липоксина А и Б тормозят цитотоксический эффект Т-киллеров.

Энергетический обмен.

Все проявления биологических процессов связаны с превращением Е. Изучение энергетических процессов даёт нам представление о ходе самого процесса. Получая энергию с пищевыми продуктами, мы получаем макроэргическую энергию (механическая, электрическая, тепловая и другая энергия). За счет этой Е мы способны совершать внешнюю работу, на которую тратиться 20% энергии, а остальное - это тканевая энергия. Соотношение между поступившей и выделившейся энергией называется энергетическим балансом, который находится в состоянии равновесия. Запасание Е в организме не превышает 1 % энергии. Изучение энергетического баланса имеет теоретическое(приложимость закона сохранения Е и к живым системам) и практическое значение (даёт возможность для научного обоснования правильного составления рациона).

Энергетическая ценность питательных веществ определяется колориметрическим методом, т.е. сжигание веществ в колориметре. Были определены колориметрические коэффициенты:

Белки - 5,7 ккал/г

Углеводы - 3,75 ккал/г

Жиры - 9,0 ккал/г.

В организме происходит распад окислительным путем, но до углекислого газа и воды (при поступлении в организм).

Правило Гесса (1836) :

Тепловой эффект химического процесса, развивающийся через ряд последовательных реакций, не зависит от промежуточных стадий, а определяется лишь начальным и конечным состоянием веществ, участвующих в реакции.

В организме 1 г белка дает 4 ккал/г. Зная количество граммов поглощенных веществ мы можем высчитать энергетический баланс. Для определения расхода Е были предложен метод прямой колориметрии, основанный на определении количества всей тепловой энергии. Были сконструированы колориметры и для человека. Это специальные камеры, в которые можно поместить человека и исследовать выделение энергии.

Метод прямой колориметрии обладает высокой точностью. Этот метод довольно трудоемкий. Этот метод не позволяет исследовать энергетический обмен при разных видах труда. В практическом отношении изучение энергии используют метод непрямой колориметрии . Этот метод основан на определении энергозатрат организмом косвенно по количеству потребленного кислорода и выделенного углекислого газа.

Реакция окисления глюкозы:

C6H12O6 + 6O2= 6CO2 + 6H2O + E,

E=2827 кДж, или 675 ккал/моль, 1 моль глюкозы = 180 г. При окислении 1 г глюкозы будет выделяться 15,7 кДж, или, 3,75 ккал/г.

Чтобы определить, что подвергается окислению, было предложено определение дыхательного коэффициента - отношение выделившегося углекислого газа к количеству поглощенного кислорода. Дыхательный коэффициент для углеводов будет равен 1.

Окисление жира - трипальмитина:

2С51H98O6 + 145 O2= 102 CO2 + 98 H2O,

Следовательно, ДК=102 CO2:145O2=0,7

В случае окисления глюкозы - кислород для воды получается из внутримолекулярного кислорода глюкозы и получаемый кислород идет на CO2. В жирах внутримолекулярного кислорода мало, поэтому он идет не только на CO2, но и на воду.

Определение дыхательного коэффициента дает нам установить, какие продукты подвергаются окислению.

Для метода непрямой колориметрии используется еще один показатель - калорический эквивалент кислорода - количество выделившейся энергии в окислительном процессе при поглощении одного литра кислорода.

1 моль O2 = 22,4 л, а 6 молей O2 занимают объем 134,4 л

КЭ (О2) = 2827 кДж: 134,4л=21,2 кДж/л

Калорический эквивалент кислорода будет зависеть от дыхательного коэффициента.

При уменьшении дыхательного коэффициента на 0,01 калорический эквивалент кислорода уменьшается на 12 малых калорий.

E= x V(O2) в л/ мин.,

где n - число сотых, на которое отличается дыхательный коэффициент.. При изменении ДК на 1 сотую КЭ O2 изменяется на 12 кал. Метод непрямой колориметрии дает подойти к изучению энергии в организме.

Дыхательный коэффициент иногда может быть больше 1. Это происходит в восстановительный период, после совершения мышечной работы. Это связано с тем, что в мышцах, во время нагрузки происходит накопление молочной кислоты и после прекращения нагрузки, молочная кислота начинает вытеснять углекислый газ из бикарбоната. Количество выделившегося углекислого газа может оказаться больше, чем поглощено кислорода.

Еще дыхательный коэффициент может быть больше 1, при переходе углеводов в жиры. Жиры требуют меньшего количества кислорода, для построения молекул. Часть кислорода используется в процессах окисления.

При изучении обмена энергии выделяют основной и общий обмен энергии .

Под основным понимается - величина энергетического обмена для бодрствующего организма в условиях физического и эмоционального покоя, при предельно возможном ограничении функций организма (момент пробуждения). Энергетические затраты в этом состоянии связаны с поддержанием окислительных процессов в клетке. Энергия расходуется на деятельность постоянно работающих органов - почки, печень, сердце, дыхательные мышцы, поддержание минимального тонуса мускулатуры. Исследуют основной обмен при соблюдении следующих условий: положение лежа, мышечный покой, расслабленная поза, при исключении эмоциональных раздражителей, состояние натощак (через 12 часов), при температуре комфорта - 18-20 градусов, при бодрствовании. При таких условиях для среднего мужчины - 1300-1600 ккал. У женщин на 10% меньше, т.е. 1200-1400. Для сравнения основной обмен определяют на кг веса тела - на 1 кг веса тела расходуется 1 ккал за 1 час.

При сопоставлении величины основного обмена у животных, оказалось что чем меньше масса, тем больше будет основной обмен. У мыши - 17 ккал на 1 кг за час. У лошади - 0,5 ккал на 1 кг веса тела. Если расчет производить на 1 поверхности, то величина примерно одинаковая.

Рубнер сформулировал закон поверхности , согласно которому величина основного обмена зависит от соотношения поверхности и массы тела. У человека на 1 кв.м. поверхности выделяется 1000 ккал.

Этот закон не абсолютен, т.е. при одинаковой S поверхности, величина основного обмена у людей может быть различна. Интенсивность обмена энергии определяется не только теплоотдачей, но и теплопродукцией. Теплопродукция зависит от состояния нервной и эндокринной системы. На величину основного обмена влияет возраст. У детей основной обмен выше, чем у взрослых. Это связано с большей интенсивностью окислительных процессов и с ростом организма. Величина основного обмена начинает возрастать со второй половины первого дня жизни и достигает максимальной величины к полутора годам. У новорожденного - величина основного обмена - 50-54 ккал на кг за сутки. В полтора года эта величина 55-60 ккал на кг за сутки. Половые различия - начинают проявляться со второй половины первого года жизни, когда основной обмен у мальчиков становится больше, чем у девочек. Повышение температуры тела на 1 градус увеличивают величину основного обмена на 10%.

Состояние нервной и эндокринной системы - увеличивают гормоны щитовидной железы, гормон роста и адреналин. Систематическое занятие спортом повышает основной обмен, а прекращение резко снижает. Люди, не употребляющие мясо - вегетарианцы, имеют основной обмен ниже. Курение повышает основной обмен на 9%. На основной обмен также влияют внешние факторы. Сезонные колебания - температура, солнечная радиация. В зимние месяцы основной обмен понижен. Затем он начинает повышаться и максимален в летние месяцы. У людей, проживающих на севере, в условиях полярно ночи - снижение основного обмена. Если человек переезжает в среднюю полосу - повышение обмена. Повышение окружающей температуры - снижает основной обмен. Понижение - повышает основной обмен. Определение основного обмена имеет большое клиническое значение. В работе половых желез гипофиза. Для практических целях определяют величину основного обмена по таблицам, которые учитывают вес, возраст, пол.

Отклонение от стандарта не должно превышать 10 %.

В энергетическом обмене выделяют также общий обмен , который складывается из основного обмена и дополнительных энергетических трат, связанных с приемом пищи и выполнением работы в течении суток. Если взять распределение в процентном отношении, то основной обмен затратит 60%. Специфическое динамическое действие пищи добавляет 8% энерготрат. Энергозатраты, связанные с направленной физической нагрузкой 25% и мышечная нагрузка 7%.

Прием пищи оказывает увеличение энергозатрат - это и есть специфическое динамическое действие пищи. Смешанная пища повышает обмен на 15-20%. Изолировано белки повышают на 30-40%, углеводы на 5-10%, жиры на 2-5%.

Основное значение - влияние пищи на процессы клеточного обмена. Происходит усиление химических реакций в клетках, что повышает уровень обмена веществ. Основной расход - синтез белковых клеточных компонентов. У новорожденных отмечается, что каждое кормление увеличивает специфическое - динамическое действие пищи. Максимально при 40-50 вскармливании. Физическая активность является мощным фактором, увеличивающим энергозатраты.

Расход энергии в зависимости от профессиональной деятельности обозначается в зависимости от категории профессий

		Коэффициент физической активности
	Работники умственного труда
	Работники легкого физического труда
	Работники средней физического труда
Четвертая	Работники тяжелого физического труда
	Работники особо тяжелого физического труда

Коэффициент физической активности - это отношение общих энергозатрат за сутки к величине основного обмена.

Регуляция обмена веществ.

В ходе обмена веществ различают два взаимосвязанных процесса - анаболизма и катаболизма.

Анаболизм Катаболизм

гликоген глюкоза гликоген

ТАГ жиры ТАГ

белки аминокислоты белки

Глюкоза переходит в гликоген, жирные кислоты - в триацилглицериды, аминокислоты - в белки.

Процессы обмена веществ регулируются различными веществами:

анаболизм - инсулином, половыми гормонами, гормон роста, тироксин.

катаболизм - глюкагоном, адреналином, глюкокортикоидами.

Нервная регуляция обменных процессов связано с гипоталамической областью. Разрушение вентромедиальных ядер гипоталамуса повышает потребление пищи и вызывает ожирение. Разрушение латеральных ядер сопровождается отказом от пищи и вызывает похудание. Раздражение паравентрикулярного ядра вызывает жажду, и увеличивает потребность в воде. Укол в области продолговатого мозга вызывает стойкое повышение уровня сахара в крови.

Питание.

Питание - процесс поступления, переваривания, всасывания и усвоения в организме пищевых веществ(нутриентов), необходимых для покрытия пластических и энергетических нужд организма, образования физиологически активных веществ.

Нутрициология - это наука о питании.

Различают питание:

Естественное
Искусственное - клиническое парентеральное, зондовое энтеральное
Лечебное
Лечебно-профилактическое.

Принципы составления пищевого рациона.

Калорийная ценность пищи - для восполнения энергозатрат.
Качественный состав пищи(содержание белков, жиров, углеводов)
Витаминный состав
Минеральный состав
Усвояемость пищевых веществ

Сбалансированное питание — это питание, которое характеризуется оптимальным соотношением количества и компонентов пищи физиологическим потребностям организма.

Адекватное питание — это питание, при котором имеется соответствие между пищевыми веществами рациона и ферментным и изоферментным спектром пищеварительной системы.

Распределение пищевой ценности при трёхразовом питании:

25-30%-завтрак

45-50%- на обед

25-30% - на ужин

Распределение пищевой ценности при пятиразовом питании:

20% - первый завтрак

5-10% - второй завтрак

Обмен веществ и энергии, понятие о промежуточном обмене. Ферменты.

Обмен веществ (син.: метаболизм) - совокупность всех химических превращений в организме, обеспечивающих его жизнедеятельность. Выделяют две стороны обмена веществ - ассимиляцию, в процессе которой организм синтезирует специфические для него вещества, и диссимиляцию, в процессе которой происходит расщепление (окисление) органических веществ и освобождение заключенной в них энергии.

Обмен энергии. Для человека характерно превращение химической энергии окислительных процессов в тепловую и механическую энергии образования сложнейших органических молекул. Потребляя пищу и кислород, организм использует эти вещества для получения энергии, которую затем выделяет в окружающее пространство в виде тепла или в виде механических перемещений предметов или частей собственного тела.

Ферменты (лат. fermentum - брожение, бродильное начало) - сложные белки животных и растительных организмов, выполняющие функции биологических катализаторов, ускоряющие химические реакции и обмен веществ в клетках.

Различают общий (внешний) обмен веществ, учитывающий поступления в организм веществ и их выделение, и промежуточный обмен веществ , который охватывает превращения этих веществ в организме.

Обмен белков, жиров, углеводов, воды, минеральных солей.

Из учебника:

Обмен белков - совокупность химических превращений белков в организме, заканчивающаяся их расщеплением до воды, углекислого газа, аммиака и освобождением заключенной в них энергии. Белки используются организмом для обновления и

построения новых тканей, ферментов, являются энергетическим источником. При расщеплении 1 г белка освобождается 4,1 ккал энергии.

Обмен жиров - совокупность химических превращений жиров в организме, заканчивающаяся их расщеплением (до воды и углекислого газа) и освобождением энергии. Жиры используются организмом для обновления и построения новых тканей,ферментов, гормонов, а также для получения необходимой организму энергии.

При расщеплении 1 г жира освобождается 9,3 ккал энергии.

Обмен минеральных солей - совокупность процессов потребления, использования минеральных солей в организме и выделения их в окружающую среду. Минеральные соли используются в организме для поддержания осмотического давления, кислотно-щелочного равновесия (рН) крови, входят в состав ферментов, витаминов, гормонов.

Обмен углеводов - совокупность химических превращений углеводов в организме, заканчивающихся их расщеплением и освобождением энергии. Углеводы являются основным энергетическим источником организма. При расщеплении 1 г углеводов свобождается 4,1 ккал энергии.

Из интернета, т.к. я посчитала, что в учебнике мало:

Обмен белков. Белки составляют около 25% от общей массы тела. Это самая сложная его составная часть. Белки представляют собой полимерные соединения, состоящие из аминокислот. Белковый набор каждого человека является строго уникальным, специфичным. В организме белок пищи под действием пищеварительных соков расщепляется на свои простые составные части – пептиды и аминокислоты, которые затем всасываются в кишечнике и поступают в кровь. Из 20 аминокислот только 8 являются незаменимыми для человека. К ним относятся: триптофан, лейцин, изолейцин, валин, треонин, лизин, метионин и фенилаланин. Для растущего организма необходим также гистидин.

Отсутствие в пище любой из незаменимых аминокислот вызывает серьезные нарушения жизнедеятельности организма, особенно растущего. Белковое голодание приводит к задержке, а затем и к полному прекращению роста и физического развития. Ребенок становится вялым, наблюдается резкое похудание, обильные отеки, поносы, воспаление кожных покровов, малокровие, снижение сопротивляемости организма к инфекционным заболеваниям и т. д. Это объясняется тем, что белок является основным пластическим материалом организма, из которого образуются различные клеточные структуры. Кроме того, белки входят в состав ферментов, гормонов, нуклеопротеидов, образуют гемоглобин и антитела крови.

Если работа не связана с интенсивными физическими нагрузками, организм человека в среднем нуждается в получении в сутки примерно 1,1-1,3 г белка на 1 кг массы тела. С увеличением физических нагрузок возрастают и потребности организма в белке. Для растущего организма потребности в белке значительно выше. На первом году постнатального развития ребенок должен получать более 4 г белка на 1 кг массы тела, в 2-3 года – 4 г, в 3-5 лет – 3,8 г и т. д.

Обмен жиров и углеводов. Эти органические вещества имеют более простое строение, они состоят из трех химических элементов: углерода, кислорода и водорода. Одинаковый химический состав жиров и углеводов дает возможность организму при излишке углеводов строить из них жиры, и, наоборот, при необходимости из жиров в организме легко образуются углеводы.

Общее количество жира в организме человека в среднем составляет около 10-20%, а углеводов – 1%. Большая часть жиров находится в жировой ткани и составляет резервный энергетический запас. Меньшая часть жиров идет на построение новых мембранных структур клеток и на замену старых. Некоторые клетки организма способны накапливать жир в огромных количествах, выполняя в организме роль тепловой и механической изоляции.

В рационе здорового взрослого человека жиры должны составлять около 30% общей калорийности пищи, т. е. 80-100 г в день. Недостаточное поступление этих жирных кислот в организм человека приводит к нарушению обмена веществ и развитию атеросклеротических процессов в сердечно-сосудистой системе.

Потребности детей и подростков в жирах имеют свои возрастные особенности. Так, до 1,5 года потребности в растительных жирах нет, а общая потребность составляет 50 г в день, с 2 до 10 лет потребность в жирах увеличивается 80 г в день, а в растительных – до 15 г, в период полового созревания потребность в жирах у юношей составляет 110 г в сутки, а у девушек – 90 г, причем потребность в растительных жирах у обоих полов одинакова – 20 г в сутки.

Углеводы в организме расщепляются до глюкозы, фруктозы, галактозы и т. д. и затем всасываются в кровь. Содержание глюкозы в крови взрослого человека постоянно и равно в среднем 0,1%. При повышении количества сахара в крови до 0,11-0,12% глюкоза поступает из крови в печень и мышечные ткани, где откладывается в запас в виде животного крахмала – гликогена. При дальнейшем увеличении содержания сахара в крови до 0,17% в его выведение из организма включаются почки, в моче появляется сахар. Это явление называют глюкозурией.

Организм использует углеводы в основном как энергетический материал. Так, до 1 года потребность в углеводах составляет 110 г в сутки, от 1,5 до 2 лет – 190 г, в 5-6 лет – 250 г, в 11-13 лет – 380 г и у юношей – 420 г, а у девушек – 370 г. В детском организме наблюдается более полноценное и быстрое усвоение углеводов и большая устойчивость к избытку сахара в крови.

Обмен солей. При исключении из пищевого рациона животных минеральных веществ наступают тяжелые расстройства в организме и даже смерть. С наличием минеральных веществ связано явление возбудимости - одного из основных свойств живого. Рост и развитие костей, нервных элементов, мышц зависят от содержания минеральных веществ; они определяют реакцию крови (рН), способствуют нормальной деятельности сердца и нервной системы, используются для образования гемоглобина (железо), соляной кислоты желудочного сока (хлор).

Минеральные соли создают столь необходимое для жизнедеятельности клеток определенное осмотическое давление.

При смешанном питании взрослый человек получает все необходимые ему минеральные вещества в достаточном количестве. Только поваренную соль добавляют к пище человека при ее кулинарной обработке. Растущий детский организм особенно нуждается в дополнительном поступлении многих минеральных веществ.

Организм постоянно теряет некоторое количество минеральных солей в составе мочи, пота и кала. Поэтому минеральные соли, так же как и вода, должны постоянно поступать в организм. Содержание отдельных элементов в теле человека неодинаково.

Обмен воды. Для жизнедеятельности организма водаиграет намного большую роль, чем остальные составные части пищи. Дело в том, что вода в организме человека является одновременно строительным материалом, катализатором всех обменных процессов и терморегулятором тела. Общее количество воды в организме зависит от возраста, пола и массы. В среднем в организме мужчины содержится свыше 60% воды, в организме женщины – 50%.

Содержание воды в детском организме значительно выше, особенно на первых этапах развития. По данным эмбриологов, содержание воды в теле 4-месячного плода достигает 90%, а у 7-месячного – 84%.В организме новорожденного объем воды составляет от 70 до 80%. В постнатальном онтогенезе содержание воды быстро падает. Так, у ребенка 8 мес. содержание воды составляет 60%, у 4,5летнего ребенка – 58%, у мальчиков 13 лет – 59%, а у девочек этого же возраста – 56%. Большее содержание воды в организме детей, очевидно, связано с большей интенсивностью обменных реакций, связанных с их быстрым ростом и развитием. Общая потребность в воде детей и подростков возрастает по мере роста организма. Если годовалому ребенку необходимо в день примерно 800 мл воды, то в 4 года – 1000 мл, в 7-10 лет – 1350 мл, а в 11-14 лет – 1500 мл.

Обмен веществ начинается с поступления питательных веществ в желудочно-кишечный тракт и воздуха в легкие.

Первым этапом обмена веществ являются ферментативные процессы расщепления белков, жиров и углеводов до растворимых в воде аминокислот, моно- и дисахаридов, глицерина, жирных кислот и других соединений, происходящие в различных отделах желудочно-кишечного тракта, а также всасывание этих веществ в кровь и лимфу.

Вторым этапом обмена являются транспорт питательных веществ и кислорода кровью к тканям и те сложные химические превращения веществ, которые происходят в клетках. В них одновременно осуществляются расщепление питательных веществ до конечных продуктов метаболизма, синтез ферментов, гормонов, составных частей цитоплазмы. Расщепление веществ сопровождается выделением энергии, которая используется для процессов синтеза и обеспечения работы каждого органа и организма в целом.

Третьим этапом является удаление конечных продуктов распада из клеток, их транспорт и выделение почками, легкими, потовыми железами и кишечником.

Превращение белков, жиров, углеводов, минеральных веществ и воды происходит в тесном взаимодействии друг с другом. В метаболизме каждого из них имеются свои особенности, а физиологическое значение их различно, поэтому обмен каждого из этих веществ принято рассматривать отдельно.

Обмен белков

Белки используются в организме в первую очередь в качестве пластических материалов. Потребность в белке определяется тем его минимальным количеством, которое будет уравновешивать его потери организмом. Белки находятся в состоянии непрерывного обмена и обновления. В организме здорового взрослого человека количество распавшегося за сутки белка равно количеству вновь синтезированного. Десять аминокислот из 20 (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, триптофан, треонин, фенилаланин, аргинин и гистидин) в случае их недостаточного поступления с пищей не могут быть синтезированы в организме и называются незаменимыми. Другие десять аминокислот (заменимые) могут синтезироваться в организме.

Из аминокислот, полученных в процессе пищеварения, синтезируются специфические для данного вида, организма и для каждого органа белки. Часть аминокислот используются как энергетический материал, т.е. подвергаются расщеплению. Сначала они дезаминируются - теряют группу Nh3 в результате образуются аммиак и кетокислоты. Аммиак является токсическим веществом и обезвреживается в печени путем превращения в мочевину. Кетокислоты после ряда превращений распадаются на СО2 и Н2О.

Скорость распада и обновления белков организма различна - от нескольких минут до 180 суток (в среднем 80 суток). О количестве белка, подвергшегося распаду за сутки, судят по количеству азота, выводимого из организма человека. В 100 г белка содержится 16 г азота. Таким образом, выделение организмом 1 г азота соответствует распаду 6,25 г белка. За сутки из организма взрослого человека выделяется около 3,7 г азота, т.е. масса разрушившегося белка составляет 3,7 х 6,25 = 23 г, или 0,028-0,075 г азота на 1 кг массы тела в сутки (коэффициент изнашивания Рубнера).

Если количество азота, поступающего в организм с пищей, равно количеству азота, выводимого из организма, то организм находится в состоянии азотистого равновесия.

Если в организм поступает азота больше, чем выделяется, то это свидетельствует о положительном азотистом балансе (ретенция азота). Он возникает при увеличении массы мышечной ткани (интенсивные физические нагрузки), в период роста организма, беременности, во время выздоровления после тяжелого заболевания. Состояние, при котором количество выводимого из организма азота превышает его поступление в организм, называют отрицательным азотистым балансом. Оно возникает при питании неполноценными белками, когда в организм не поступают какие-либо из незаменимых аминокислот, при белковом или полном голодании.

Необходимо потребление не менее 0,75 г белка на 1 кг массы тела в сутки, что для взрослого здорового человека массой 70 кг составляет не менее 52,5 г полноценного белка. Для надежной стабильности азотистого баланса рекомендуется принимать с пищей 85 - 90 г белка в сутки. У детей, беременных и кормящих женщин эти нормы должны быть выше. Физиологическое значение в данном случае означает, что белки в основном выполняют пластическую функцию, а углеводы - энергетическую.

Обмен жиров (липидов)

Липиды являются сложными эфирами глицерина и высших жирных кислот. Жирные кислоты бывают насыщенными и ненасыщенными (содержащими одну и более двойных связей). Липиды играют в организме энергетическую и пластическую роль. За счет окисления жиров обеспечивается около 50% потребности в энергии взрослого организма. Жиры служат резервом питания организма, их запасы у человека в среднем составляют 10 - 20% от массы тела. Из них около половины находятся в подкожной жировой клетчатке, значительное количество откладывается в большом сальнике, околопочечной клетчатке и между мышцами.

В состоянии голода, при действии на организм холода, при физической или психоэмоциональной нагрузке происходит интенсивное расщепление запасенных жиров. В условиях покоя после приема пищи происходит ресинтез и отложение липидов в депо. Главную энергетическую роль играют нейтральные жиры - триглицериды, а пластическую осуществляют фосфолипиды, холестерин и жирные кислоты, которые выполняют функции структурных компонентов клеточных мембран, входят в состав липопротеидов, являются предшественниками стероидных гормонов, желчных кислот и простагландинов.

Липидные молекулы, всосавшиеся из кишечника, упаковываются в эпителиоцитах в транспортные частицы (хиломикроны), которые через лимфатические сосуды поступают в кровоток. Под действием липопротеидлипазы эндотелия капилляров главный компонент хиломикронов - нейтральные триглицериды - расщепляются до глицерина и свободных жирных кислот. Часть жирных кислот может связываться с альбумином, а глицерин и свободные жирные кислоты поступают в жировые клетки и превращаются в триглицериды. Остатки хиломикронов крови захватываются гепатоцитами, подвергаются эндоцитозу и разрушаются в лизосомах.

В печени формируются липопротеиды для транспорта синтезированных в ней липидных молекул. Это липопротеиды очень низкой и липопротеиды низкой плотности, которые транспортируют из печени к другим тканям триглицериды, холестерин. Липопротеиды низкой плотности захватываются из крови клетками тканей с помощью липопротеидных рецепторов, эндоцитируются, высвобождают для нужд клеток холестерин и разрушаются в лизосомах. В случае избыточного накопления в крови липопротеидов низкой плотности, они захватываются макрофагами и другими лейкоцитами. Эти клетки, накапливая метаболически низкоактивные эфиры холестерина, становятся одними из компонентов атеросклеротических бляшек сосудов.

Липопротеиды высокой плотности транспортируют избыточный холестерин и его эфиры из тканей в печень, где они превращается в желчные кислоты, которые выводятся из организма. Кроме того, липопротеиды высокой плотности используются для синтеза стероидных гормонов в надпочечниках.

Как простые, так и сложные липидные молекулы могут синтезироваться в организме, за исключением ненасыщенных линолевой, линоленовой и арахидоновой жирных кислот, которые должны поступать с пищей. Эти незаменимые кислоты входят в состав молекул фосфолипидов. Из арахидоновой кислоты образуются простагландины, простациклины, тромбоксаны, лейкотриены. Отсутствие или недостаточное поступление в организм незаменимых жирных кислот приводит к задержке роста, нарушению функции почек, заболеваниям кожи, бесплодию. Биологическая юность пищевых липидов определяется наличием в них незаменимыx жирных кислот и их усвояемостью. Сливочное масло и свиной жир усваиваются на 93 - 98%, говяжий - на 80 - 94%, подсолнечное масло - на 86- 90%, маргарин - на 94-98%.

Обмен углеводов

Углеводы являются основным источником энергии, а также выполняют в организме пластические функции, в ходе окисления глюкозы образуются промежуточные продукты - пентозы, которые входят в состав нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Глюкоза необходима для синтеза некоторых аминокислот, синтеза и окисления липидов, полисахаридов. Организм человека получает углеводы главным образом в виде растительного полисахарида крахмала и в небольшом количестве в виде животного полисахарида гликогена. В желудочно-кишечном тракте осуществляется их расщепление до уровня моносахаридов (глюкозы, фруктозы, лактозы, галактозы).

Моносахариды, основным из которых является глюкоза, всасываются в кровь и через воротную вену поступают в печень. Здесь фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу. Внутриклеточная концентрация глюкозы в гепатоцитах близка к ее концентрации в крови. При избыточном поступлении в печень глюкозы она фосфорилируется и превращается в резервную форму ее хранения - гликоген. Количество гликогена может составлять у взрослого человека 150-200 г. В случае ограничения потребления пищи, при снижении уровня глюкозы в крови происходит расщепление гликогена и поступление глюкозы в кровь.

В течение первых 12 часов и более после приема пищи поддержание концентрации глюкозы крови обеспечивается за счет распада гликогена в печени. После истощения запасов гликогена усиливается синтез ферментов, обеспечивающих реакции глюконеогенеза - синтеза глюкозы из лактата или аминокислот. В среднем за сутки человек потребляет 400-500 г углеводов, из которых обычно 350 - 400 г составляет крахмал, а 50 - 100 r - моно- и дисахариды. Избыток углеводов депонируется в виде жира.

Обмен воды и минеральных веществ

Содержание воды в организме взрослого человека составляет в среднем 73,2±3% от массы тела. Водный баланс в организме поддерживается за счет равенства объемов потерь воды и ее поступления в организм. Суточная потребность в воде колеблется от 21 до 43 мл/кг (в среднем 2400 мл) и удовлетворяется за счет поступления воды при питье (~1200 мл), с пищей (~900 мл) и воды, образующейся в организме в ходе обменных процессов (эндогенной воды (~300 мл). Такое же количество воды выводится в составе мочи (~1400 мл), кала (~100 мл), посредством испарения с поверхности кожи и дыхательных путей (~900 мл).

Потребность организма в воде зависит от характера питания. При питании преимущественно углеводной и жирной пищей и при небольшом поступлении NaCI потребности в воде меньше. Пища, богатая белками, а также повышенный прием соли обусловливают большую потребность в воде, которая необходима для экскреции осмотически активных веществ (мочевины и минеральных ионов). Недостаточное поступление в организм воды или ее избыточная потеря приводят к дегидратации, что сопровождается сгущением крови, ухудшением ее реологических свойств и нарушением гемодинамики.

Недостаток в организме воды в объеме 20% от массы тела ведет к летальному исходу. Избыточное поступление воды в организм или снижение ее объемов, выводимых организма, приводит к водной интоксикации. В результате повышенной чувствительности нервных клеток и нервных центров к уменьшению осмолярности водная интоксикация может сопровождаться мышечными судорогами.

Обмен воды и минеральных ионов в организме тесно взаимосвязаны, что обусловлено необходимостью поддержания осмотического давления на относительно постоянном уровне во внеклеточной среде и в клетках. Осуществление ряда физиологических процессов (возбуждения, синоптической передачи, сокращения мышцы) невозможно без поддержания в клетке и во внеклеточной среде определенной концентрации Na+, K+, Са2+ и других минеральных ионов. Все они должны поступать в организм с пищей.

Белковый обмен

Белковый обмен - использование и преобразование аминокислот белков в организме человека.

При окислении 1 г белка выделяется 17,2 кДж (4,1 ккал) энергии.

Но организм редко использует большое количество белков для покрытия своих энергетических затрат, так как белки нужны для выполнения других функций (основная функция - строительная ). Организму человека нужны не белки пищи, сами по себе, а аминокислоты, из которых они состоят.

В процессе пищеварения белки пищи, распадаясь в желудочно-кишечном тракте до отдельных аминокислот, всасываются в тонком кишечнике в кровяное русло и разносятся к клеткам, в которых происходит синтез новых собственных белков, свойственных человеку.

Остатки аминокислот используются, как энергетический материал (преобразуются в глюкозу, избыток которой превращается в гликоген).

Углеводный обмен

Углеводный обмен – совокупность процессов преобразования и использования углеводов.

Углеводы являются основным источником энергии в организме. При окислении 1 г углеводов (глюкозы) выделяется 17,2 кДж (4,1 ккал) энергии.

Углеводы поступают в организм человека в виде различных соединений: крахмал, гликоген, сахароза или фруктоза и др. Все эти вещества распадаются в процессе пищеварения до простого сахара глюкозы , всасываются ворсинками тонкого кишечника и попадают в кровь.

Глюкоза необходима для нормальной работы мозга. Снижение содержания глюкозы в плазме крови с 0,1 до 0,05 % приводит к быстрой потере сознания, судорогам и гибели.

Основная часть глюкозы окисляется в организме до углекислого газа и воды, которые выводятся из организма через почки (вода) и лёгкие (углекислый газ).

Часть глюкозы превращается в полисахарид гликоген и откладывается в печени (может откладываться до 300 г гликогена) и мышцах (гликоген является основным поставщиком энергии для мышечного сокращения).

Уровень глюкозы в крови постоянный (0,10–0,15%) и регулируется гормонами щитовидной железы, в том числе инсулином . При недостатке инсулина уровень глюкозы в крови повышается, что ведет к тяжёлому заболеванию - сахарному диабету.

Инсулин также тормозит распад гликогена и способствует повышению его содержания в печени.

Другой гормон поджелудочной железы – глюкагон способствует превращению гликогена в глюкозу, тем самым повышая ее содержание в крови (т.е. оказывает действие, противоположное инсулину).

При большом количестве углеводов в пище их избыток превращается в жиры и откладывается в организме человека.

1 г углеводов содержит значительно меньше энергии, чем 1 г жиров. Но зато углеводы можно окислить быстро и быстро получить энергию.

Обмен жиров

Обмен жиров - совокупность процессов преобразования и использования жиров (липидов).

При распаде 1 г жира выделяется 38,9 кДж (9,3 ккал) энергии (в 2 раза больше, чем при расщеплении 1 г белков или углеводов).

Жиры являются соединениями, включающими в себя жирные кислоты и глицерин. Жирные кислоты под действием ферментов поджелудочной железы и тонкого кишечника, а также при участии желчи всасываются в лимфу в ворсинках тонкого кишечника. Далее с током лимфы липиды попадают в кровоток, а затем в клетки.

Как и углеводы, жиры распадаются до углекислого газа и воды и выводятся тем же путём.

В гуморальной регуляции уровня жиров участвуют железы внутренней секреции и их гормоны.

Значение жиров

Значительная часть энергетических потребностей печени, мышц, почек (но не мозга!) покрывается засчёт окисления жиров.
Липиды являются структурными элементами клеточных мембран, входят в состав медиаторов, гормонов, образуют подкожные жировые отложения и сальники.
Откладываясь в запас в соединительнотканных оболочках, жиры препятствуют смещению и механическим повреждениям органов.
Подкожный жир плохо проводит тепло, что способствует сохранению постоянной температуры тела.

Потребность в жирах определяется энергетическими потребностями организма в целом и составляет в среднем 80-100 г в сутки. Избыток жира откладывается в подкожной жировой клетчатке, в тканях некоторых органов (например, печени), а также и на стенках кровеносных сосудов.

Если в организме недостает одних веществ, то они могут образовываться из других. Белки могут превращаться в жиры и углеводы, а некоторые углеводы - в жиры. В свою очередь, жиры могут стать источником углеводов, а недостаток углеводов может пополняться за счет жиров и белков. Но ни жиры, ни углеводы не могут превращаться в белки.

Подсчитано, что взрослому человеку для нормальной жизнедеятельности необходимо не менее 1500-1700 ккал в сутки. Из этого количества энергии на собственные нужды организма уходит 15-35 %, а остальное затрачивается на выработку тепла и поддержание температуры тела.

Обмен белков

Обмен жиров (липидов)

Обмен углеводов

нормы потребления жиров, белков и углеводов человека в сутки

пропорция 1-1-4

Белка - 1.5 на 1 кг веса (мин- 1г на кг веса)

Суточная норма на животные и растительные жиры в сумме не должна превышать 1г на 1кг веса тела. Причем, около половины потребляемых жиров должно быть растительного происхождения.

Жиров после 50 лет- ограничить 70г в сутки