Обмен веществ. Теория

Обмен веществ. Витамины .
Обмен веществ – метаболизм состоит из двух взаимосвязанных процессов:
1. Диссимиляция (катаболизм) – распад сложных веществ на простые с выделением энергии.
2. Ассимиляция (анаболизм) – синтез сложных веществ из простых с поглощением энергии.
Макроэргические соединения – вещества, в которых запасается энергия – АТФ, ГТФ, КФ
(креатинфосфат).
Обмен белков
Белки (протеины) – высокомолекулярные органические вещества, построенные из 20 аминокислот.
Функции белков:
1. Структурная
(пластическая) – белки являются составной частью всех клеток и
межклеточного вещества, входят в состав костей, хрящей, кожи, определяют рост и развитие
организма.
2. Каталитическая (ферментативная) – белки являются катализаторами в организме, ускоряя
различные процессы в миллионы раз.
3. Защитная – белки образуют антитела, способствуют выработке иммунитете, связывают
токсины и яды, обеспечивают свертывание крови и остановку кровотечений.
4. Транспортная – перенос газов (кислорода, углекислого), питательных веществ.
5. Регуляторная – белки-гормоны.
6. Энергетическая – при сжигании 1 г белков выделяется 17 кДж энергии.
7. Запасная – многие белки являются запасным веществом клеток: казеин – белок молока,
ихтуллин – белок икры.
Потребность в белках – 80-100 г в сутки
Единственным источником синтеза нового белка в организме являются белки пищи
После расщепления белков ферментами до аминокислот в пищеварительном тракте в тонком
кишечнике происходит их всасывание. Одновременно с аминокислотами могут частично
всасываться и простейшие пептиды. Из аминокислот и простейших пептидов клетки синтезируется
собственный белок, который характерен только для данного организма.
Белки не могут быть заменены другими веществами. Но белок может замещать собой жиры и
углеводы, т.е. из аминокислот в организме могут быть синтезированы эти вещества.
Биологическая ценность белков
Не все аминокислоты, входящие в состав белков, являются равноценными для человека. 10
аминокислот (валин, метионин, треонин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, триптофан, лизин,
аргинин, гистидин) не могут синтезироваться в организме человека и должны обязательно
поступать с пищей в готовом виде – незаменимые аминокислоты.
Недостаток незаменимых кислот в пище приводит к нарушению белкового обмена в организме.
Заменимые аминокислоты – могут образовываться в организме из других веществ.
Белки, содержащие весь необходимый набор аминокислот, называют биологически полноценными
(белки молока, яиц, рыбы, мяса). Биологически неполноценные –белки, в составе которых
отсутствует хотя бы одна незаменимая аминокислота (белки кукурузы, пшеницы, ячменя).
Два или три неполноценных белка могут дополнить друг друга и обеспечить сбалансированное
питание.
Азотистый баланс
О распавшемся белке в организме судят по содержанию азота в моче, т.к. азот выводится из
организма преимущественно с мочой.
Азотистый баланс – разность между количеством азота, содержащегося в пище человека или
животного, и его уровнем в выделениях.
Азотистое равновесие – такое 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, т.е. наблюдается задержка азота в
организме (у детей в связи с ростом, у беременных, при усиленных тренировках, при заживлении
ран, после длительной болезни).
Отрицательный азотистый баланс – состояние, при котором количество выделяющегося азота
больше его содержания в пище, поступающей в организм (при белковом голодании, лихорадке,
нарушениях нейроэндокринной регуляции белкового обмена)
Распад белка и синтез мочевины
При распаде белка образуются мочевина, мочевая кислота, аммиак.
При окислении аминокислот образуется аммиак, токсичное вещество. Он обезвреживается в
печени, превращаясь в мочевину, и в тканях мозга, превращаясь в глутамин.
Обмен жиров
К жирам относятся:
1. Простые липиды (нейтральные жиры, воски);
2. Сложные липиды (фосфолипиды, гликолипиды, сульфолипиды);
3. Стероиды (холестерин)
Больше всего в организме нейтральных жиров.
Функции жиров:
1. Энергетическая (при сжигании 1 г жира образуется 39 кДж энергии)
2. Образование эндогенной воды (при окислении 100 г жира выделяется 0.107 л воды)
3. Структурная – жиры являются обязательными компонентами мембран.
4. Запасающая
5. Защитная
6. Термоизоляция
7. Плавучесть
8. Способствуют проведению нервного импульса
9. Всасывание жирорастворимых витаминов
10. Регуляторная (простагландины, стероидные гормоны)
Суточная потребность – 70-80 г.
Нейтральные жиры могут содержать насыщенные (животные, твердые) и ненасыщенные
(растительные, жидкие) жирные кислоты. Ненасыщенные жирные кислоты называют
незаменимыми, т.е. они обязательно должны присутствовать в пище (линолевая, линоленовая,
арахидоновая).
Печень – основной орган, в котором происходит
 образование кетоновых тел (оксимасляной, ацетоуксусной кислот, ацетона). Кетоновые
тела используются как источник энергии.
 Поддержание уровня фосфолипидов в крови.
 Синтез холестерина (неиспользованный холестерин превращается в желчные кислоты).
Образование жиров из углеводов
Избыточное потребление в пищу углеводов приводит к отложению жира в организме. В норме 2530% углеводов превращается в жиры.
Обмен углеводов
Функции углеводов:
1. Энергетическая (1г углеводов – 17 кДж энергии)
2. Запасная (в печени запасается гликоген)
3. Регуляторная (клетчатка раздражает стенки кишок и вызывает перистальтику, глюкоза в
крови регулирует давление)
4. Рецепторная (гликопротеины – рецепторы на поверхности мембран)
5. Питательная (быстрее всего в организме сгорает глюкоза)
Суточная потребность в углеводах – 500 г. Из них 70% окисляется до углекислого газа и воды, 2528% превращается в жиры, 2-5% превращаются в гликоген.
Гликогенез – синтез гликогена из глюкозы в печени.
Гликогенолиз – распад гликогена до глюкозы в печени.
Глюконеогенез – образование углеводов из кетокислот, продуктов распада жиров и белков.
Гомеостатический механизм – способность печени поддерживать уровень сахаров в крови на
постоянном уровне.
Гликолиз – процесс бескислородного (анаэробного) окисления глюкозы в мышцах до молочной
кислоты с образованием 2 молекул АТФ. В печени из молочной кислоты образуется гликоген.
Гипергликемия – повышение уровня глюкозы в крови.
Гипогликемия – понижение уровня глюкозы в крови.
Роль печени в обмене веществ
1. Печень – важнейшая «биохимическая лаборатория организма» -- участвует в синтезе белка,
мочевины, гликогена, липидов, глутамина, креатина.
2. Через печень за 1 час протекает 100 л крови.
3. Белки печени обновляются за 7 дней. (в других органах белки обновляются через 17 дней и
более)
4. В печени синтезируется большинство белков плазмы (100% альбуминов и 80% глобулинов).
5. При голодании организма печень отдает в кровь больше белков, чем другие органы.
6. В печени образуется желчь (желчные кислоты и их соли) для переваривания жиров.
7. В печени осуществляется синтез и распад гликогена, окисление глюкозы, глюконеогенез,
образование глюкуроновой кислоты.
8. Печень поддерживает уровень сахара в крови.
9. Печень выполняет барьерную функцию – обезвреживает внешние и внутренние токсические
вещества ( из аммиака образуется мочевина; при распаде белков образуются и
обеззараживаются фенол, крезол, скатол, индол).
10. Обезвреживание токсических соединений в печени происходит посредством соединения их
с серной и глюкуроновой кислотами, а также глицином.
11. В печени происходит окисление гормонов, что способствует поддержанию их оптимальных
количеств в жидкостях и тканях организма.
Водно – солевой обмен
Функции воды в организме:
1. Среда для химических реакций.
2. Растворитель продуктов питания и обмена.
3. Транспортирует растворенные в ней вещества.
4. Ослабляет трение между соприкасающимися поверхностями в теле человека.
5. Участвует в регулировании теплообмена в организме.
6. Удаляет продукты обмена веществ.
Содержание воды в организме 60-65% от массы тела.
Вода делится на:
 Внутриклеточную (интрацеллюлярную) – 72% всей воды в организме. Преобладают катион
калия, анион белка и фосфорной кислоты.
 Внеклеточную (экстрацеллюлярную) – находится в составе крови, лимфы, спинномозговой
жидкости, в межклеточном веществе. Преобладают хлорид натрия, бикарбонаты.
По происхождению вода бывает:
 Экзогенная (поступает в организм с пищей)
 Эндогенная (образуется в организме при окислении веществ): при окислении 100 г жира
образуется 107 г воды, 100 г углеводов – 50 г воды, 100 г белков – 41 г воды. У взрослого
человека в течение суток образуется 0.5 л воды на 1 кг веса.
Потеря 10% воды приводит к обезвоживанию, 20% -- к смерти.
Водно-солевой обмен регулируется антидиуретическим гормоном (вазопрессином).
Роль химических элементов в организме
Натрий обеспечивает постоянство осмотического давления внеклеточной жидкости, участвует в
регуляции кислотно-щелочного состояния, обеспечивает проведение нервного импульса,
депонируется в костной ткани.
Калий обеспечивает осмотическое давление внутриклеточной жидкости, стимулирует образование
ацетилхолина. Синтез и запасание гликогена в тканях происходит с поглощением ионов калия.
Недостаток калия в организме тормозит процессы анаболизма в организме.
Хлор обеспечивает постоянство осмотического давления, образует соляную кислоту.
Кальций и фосфор определяют состав соединительной ткани, контролируют работу мышц.
Фосфор участвует при образовании АТФ. В регуляции обмена кальция и фосфора участвует
паратгормон, тирокальцитонин, витамин Д, почки.
Железо входит в состав гемоглобина, миоглобина, в состав ферментов – оксидоредуктаз.
Йод входит в состав гормонов щитовидной железы, оказывает влияние на все обменные процессы в
организме.
Витамины – минералоорганические вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности
организма. Открыл Н. И. Лунин.
Витаминология – наука о витаминах.
Гиповитаминоз – недостаток витаминов в организме.
Авитаминоз – сильная нехватка витамина в организме.
Гипервитаминоз – избыток витаминов в организме (характерен только для жирорастворимых
витаминов, т.к. они накапливаются в печени, водорастворимые выводятся с мочой).
Классификация витаминов:
1. Жирорастворимые – К Е Д А
К (нафтохиноны) – антигеморрагический – влияет на свертывание крови, стимулирует
мышечную активность, воздействуя на миозин. Суточная потребность 100 мкг
При нехватке происходят кровоизлияния – геморрагии. Богаты витамином К зеленые части
растений (шпинат, капуста, крапива, томат).
Е (токоферолы) – антиокислители – регулируют обмен веществ в мышечной ткани, выработку
ацетилхолина, замедляет свертывание крови, способствует накоплению витамина А в печени,
влияет на состояние мембран (старение клеток), на половые функции. При нехватке –
бесплодие, дистрофия. Суточная потребность 15-20 мг. Содержится в зеленых частях растения,
проростках пшеницы, яичном желтке, печени, масле, молоке. В организме откладывается в
жировой ткани.
Д (кальциферол) – антирахитический – регулирует обмен фосфора и кальция в организме. При
нехватке развивается рахит (размягчение костной ткани – остеомаляция). При избытке –
отложение кальция не только в костях, но и в мягких тканях – мышце сердца, стенке аорты,
сосудах почек. Суточная потребность 7-12 мкг.
Особенно богаты витамином Д рыбий жир, печень морских животных, молоко, яйца.
Витамин Д может образовываться в коже при загаре.
А (ретинол) – антиксерофтальмический – обеспечивает рост, иммунитет, остроту зрения,
участвует в обмене фосфора, образовании холестерина.
При нехватке развивается куриная слепота (гемералопия), , замедляется рост, слабеет
иммунитет, развивается сухость глаз (ксерофтальмия).
Содержится в печени морских животных. В желто-оранжевых растениях (каротиноиды).
Суточная потребность 1.5 мг.
2. Водорастворимые витамины
 В1 (тиамин) – антиневритический -- регулирует процессы обмена веществ. При недостатке –
полиневрит (множественное воспаление нервов), заболевание бери-бери.
 В2 (рибофлавин) – участвует в окислительно-восстановительных реакциях. При нехватке
происходит воспаление слизистой рта, губ, воспаление языка, кожи.
 В3 ( пантотеновая кислота) -- антидерматитный – принимает участие в обмене веществ,
деятельности нервной системы. При нехватке – воспаления нервов.
 В5 – РР (никотиновая кислота) – антипеллагрический – входит в состав ферментов, участвует в
обмене веществ. При нехватке – пеллагра (болезнь трех Д: диарея, деменция, дерматит). В
организме человека синтезируется бактериями кишечника.
 В6 (пиридоксин) – антидерматитный – участвует в обмене и синтезе аминокислот в организме.
При недостатке у детей судороги, у взрослых – дерматит.
 В12 (цианокобаламин) – антианемический – активирует процесс образования клеток крови
эритроцитов. При нехватке развивается злокачественная анемия. Образуется бактериями в
кишечнике. Накапливается в печени.
 Вс (фоливая кислота) – антианемический – повышает гемоглобин, образование клеток крови.
При недостатке нарушается кроветворение.
 С (аскорбиновая кислота) – антицинготный – обезвреживает токсины, необходим для
образования коллагена, активирует ферменты, повышает иммунитет при простудных
заболеваниях. При недостатке возникает цинга, при этом возникают кровоизлияния,
хрупкость костей, мышечная атрофия, нарушения нервной системы.
 Р (рутин) – усиливает действие витамина С, способствует его накоплению в организме.
Все водорастворимые витамины содержатся в овощах, фруктах, злаках, бобовых, животной пище,
дрожжах.
Образование и расход энергии в организме
1. При расщеплении пищевых веществ в пищеварительной системе вся выделившаяся энергия
рассеивается в виде тепла.
2. При окислении веществ в клетках происходит запасание энергии в виде АТФ: при
бескислородном дыхании, т.е. гликолизе (брожении), при окислении одной молекулы глюкозы в
цитоплазме клеток образуется 2 молекулы молочной или пировиноградной кислоты и 2 молекулы
АТФ.
3. При кислородном окислении глюкозы в митохондриях образуется 36 молекул АТФ.
4. В общем при окислении одной молекулы глюкозы в клетке образуется 6 СО2, 6 Н2О, 38 АТФ
Методы измерения затрат энергии
1. Прямая
калориметрия
основана
на
непосредственном
определении
тепла,
высвобождающегося в процессе жизнедеятельности организма. Человека помещают в
специальную калориметрическую камеру, в которой учитывают все количество тепла,
отдаваемое телом человека. Метод очень громоздок.
2. Непрямая калориметрия определяют объем легочной вентиляции, затем количество
поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа. Отношение объема выделенного
углекислого газа к объему поглощенного кислорода называют дыхательным
коэффициентом. По его величине судят о характере окисляемых веществ в организме.
При окислении углеводов ДК = 1
При окислении белков ДК = 0.8
При окислении жиров ДК = 0.7
Количество тепла, высвобождающееся в организме при потреблении 1 л кислорода, называют
калорическим эквивалентом кислорода. Он зависит от того, на окисление каких веществ
используется кислород. Чем больше ДК, тем больше калорический эквивалент.
Основной обмен – минимальное количество энергии, необходимое для поддержания
нормальной жизнедеятельности организма в состоянии полного покоя при исключении всех
внутренних и внешних влияний, которые могли бы повысить уровень обменных процессов.
 Основной обмен определяют утром натощак в положении лежа на спине, при полном
расслаблении мышц, в комфортных условиях окружающей среды. Выражают
количеством энергии, выделенной организмом (кДж, ккал).
В состоянии полного физического и психического покоя организм расходует энергию на:
1. постоянно совершающиеся химические процессы;
2. механическую работу, выполняемую отдельными органами;
3. непрекращающуюся деятельность железисто-секреторного аппарата.
 Основной обмен зависит от возраста, роста, массы тела, пола.
 Самый интенсивный основной обмен у детей в расчете на 1 кг массы тела.
 Средняя величина основного обмена у взрослого – 4.2 кДж (1 ккал) в 1 ч на 1 кг массы
тела.
 Более активно расходуют энергию внутренние органы, менее активно – мышцы.
 Худые люди производят больше тепла, чем полные.
 У мужчин основной обмен выше, чем у женщин (это связано с размерами тела).
 Основной обмен повышается весной, снижается зимой.
Расход энергии при работе
 Зависит от состояния организма и мышечной деятельности. При увеличении мышечной
нагрузки энергозатраты увеличиваются.
 При кратковременных нагрузках энергия расходуется за счет окисления углеводов.
 При длительных мышечных нагрузках в организме сгорают преимущественно жиры.
 У тренированных спортсменов энергия мышечных сокращений обеспечивается
исключительно за счет сгорания жиров.
 По энергетическим затратам все профессии разделяются на несколько групп.
Пищевой рацион – количество и состав продуктов питания, необходимых человеку в сутки.
 Он должен восполнять суточные энергозатраты организма и включать в достаточном
количестве все питательные вещества.
 Для составления пищевого рациона необходимо знать содержание белков, жиров, углеводов в
продуктах и их энергетическую ценность.
 Пища должна быть вкусной, вид и запах ее должны вызывать аппетит.
Рациональное питание – питание, которое
 способно полностью удовлетворить потребность в пище в количественном и качественном
отношении,
 возмещает все энергетические затраты,
 содействует правильному росту и развитию организма,
 увеличивает его сопротивляемость вредным воздействиям окружающей среды,
 способствует развитию функциональных возможностей организма,
 повышает интенсивность труда.
Теплообмен организма –теплообразование и теплоотдача. Температура тела зависит от
1. образования тепла, т.е. от интенсивности обменных процессов в организме;
2. отдачи тепла в окружающую среду.
Постоянство температуры тела называют изотермией.
У человека температура в подмышечной впадине 36-37 0С. Минимальная температура в 2-4 ч ночи,
максимальная – в 16-19 ч. Самый горячий орган тела – печень (38-38.50С).
Химическая терморегуляция – процесс образования тепла в организме.
Физическая терморегуляция – процесс, обеспечивающий удаление тепла из организма:
1. Конвекция – непосредственная отдача тепла прилегающим к коже предметам.
2. Теплоизлучение – излучение инфракрасного излучения с поверхности тела.
3. Испарение воды (потение). Испарение 1 л пота у человека массой тела 75 кг может понизить
температуру тела на 100.
Терморегуляция осуществляется рефлекторно. Больше всего терморецепторов на коже лица, меньше
всего – на коже нижних конечностей.
Холодовых рецепторов 250000, тепловых 30000. Центр регуляции теплообмена находится в
гипоталамусе и коре больших полушарий.
Гормон щитовидной железы тироксин повышает обмен веществ, увеличивает теплообразование.
Адреналин сужает сосуды и уменьшает теплоотдачу.