ЧАСТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «МЕДИНСКИЙ КОЛЛЕДЖ ИМЕНИ БАШЛАРОВА» КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине ОУД 11 «Биология» «Обмен веществ и энергии в живых организмах» Алиева Меседу Адамовна Специальность 34.02.01 «Сестринское дело» Курс 1, группа 11 Преподаватель: Абдулаева З.Т. Махачкала 2024г. 1 Содержание Введение ............................................................................................................. 3 Глава 1. Обмен веществ в живых организмах ............................................... 5 1.1 Общее представление об обмене веществ и энергии .............................. 5 1.2 Белки пищи .................................................................................................. 7 1.3 Липиды пищи............................................................................................... 10 1.4 Углеводы пищи............................................................................................ 11 Глава 2. Энергетический обмен в живых организмах ................................... 13 2.1 Превращение и использование энергии.................................................... 13 2.2 Энергетический эквивалент пищи............................................................. 18 2.3Дыхательный коэффициент ........................................................................ 19 Заключение ........................................................................................................ 22 Список литературы ........................................................................................... 24 2 Введение Во всем мире все более актуальной становится проблема нарушения обмена веществ в организме человека. Ведь от его налаженной работы зависит снабжение наших клеток полезными веществами. В основе обмена веществ лежат два взаимосвязанных противоположных процесса, протекающих одновременно, в результате которых происходит усвоение веществ, поступающих из окружающей среды и их биологическое превращение в потенциальную энергию (ассимиляция), а второй процесс, связанный с постоянным распадом веществ и выведение из организма продуктов распада (диссимиляция). Эти процессы согласованы между собой и образуют целостную систему, обеспечивающую нормальную функциональную жизнедеятельность организма человека. Как бы ни были разнообразны формы проявления жизни, они всегда неразрывно связаны с превращением энергии. Энергетический обмен является особенностью, присущей каждой живой клетке. Богатые энергией питательные вещества усваиваются и химически преобразуются, а конечные продукты обмена веществ с более низким содержанием энергии выделяются из клетки. Согласно первому закону термодинамики, энергия не исчезает и не возникает вновь. Организмы должны получать энергию в доступной для них форме из окружающей среды и возвращать в среду соответствующее количество энергии в форме, менее пригодной для дальнейшего использования. Около столетия тому назад французский установил, что так как между и энергией. регуляцией живой организм ними внутренних и среда образуют происходит Нормальная физиолог Клод Бернар единую непрерывный обмен систему, веществами жизнедеятельность организма поддерживается компонентов, требующей затраты энергии. Использование химической энергии в организме называют энергетическим 3 обменом: именно он служит показателем общего состояния и физиологической активности организма. Обменные (или метаболические) которых специфические элементы процессы, в ходе организма синтезируются из поглощенных пищевых продуктов, называют анаболизмом; соответственно те метаболические процессы, в ходе которых структурные элементы организма или поглощенные пищевые продукты подвергаются распаду, называют катаболизмом. Объектом исследования являются основные функции организма человека. Предметом исследования выступает обмен веществ как основная функция организма человека. Цель работы: рассмотреть физиологию процессов обмена веществ и энергии в организме. Задачи работы: - изучить влияние составных частей пищи жиров и углеводов) на формирование энергии в организме; - рассмотреть методы изучения обмена веществ; 4 (белков, Глава 1. Обмен веществ в живых организмах 1.1 Общее представление об обмене веществ и энергии Питание — это процесс усвоения организмом веществ, необходимых для построения и обновления тканей его тела, а также для покрытия энергетических затрат. Использование пищевых средств, сложных соединений состоящих растительного или животного в основном из происхождения, для энергетических или пластических нужд организма возможно только после гидролиза этих простые соединения, потребности разных средств и превращения в лишенные сравнительно видовой специфичности. видов животных различны Пищевые в зависимости от того, какие пищевые вещества организм способен синтезировать и какие должны поступать извне. И все же в основном различия в пищевых потребностях обусловлены способами переваривания (гидролиза) пищи. Это связано с тем, что у высших животных организмов промежуточные процессы обмена веществ протекают сходным образом. В обмене веществ (метаболизм) и энергии различают два направленных процесса: анаболизм и катаболизм. Под анаболизмом понимают совокупность процессов, направленных на построение структур организма главным образом через синтез сложных органических веществ; под катаболизмом — совокупность процессов распада сложных органических соединений и использование образовавшихся при этом сравнительно простых веществ в процессах энергообмена. В основе анаболизма и катаболизма лежат соответственно процессы ассимиляции и диссимиляции, которые в организме взаимосвязаны и в нормальном организме сбалансированы. В целом потребности животных они нуждаются в сходных по достаточно однородны: структуре питательных веществах для энергообмена; в веществах типа аминокислот, пуринов и некоторых 5 липидов для построения сложных белковых молекул и клеточных структур; в специальных катализаторах обмена веществ и стабилизаторах клеточных мембран; в неорганических ионах и соединениях для физико-химических процессов в организме и, наконец, в универсальном биологическом растворителе — воде — для создания среды клеточного обмена веществ. В конечном итоге в состав пищи высокоорганизованных организмов входят органические вещества, подавляющая часть которых относится к белкам, липидам и углеводам. Продукты их гидролиза — аминокислоты, жирные кислоты, глицерин и моносахара — тратятся на энергообеспечение организма. В процессах энергообмена аминокислоты, жирные кислоты и моносахара взаимосвязаны общими путями их превращения. Поэтому как энергоносители пищевые вещества могут взаимозаменяться в соответствии с энергетической ценностью (правило изодинамии). Энергетическую (калорическую) количеству тепловой энергии, г пищевого вещества (физиологическая ценность пищи высвобождающейся теплота оценивают по при сгорании сгорания), 1 которую выражают традиционно в килокалориях или по СИ — в джоулях (1 ккал = 4,187 кДж). Расчеты показали, что энергетическая ценность жиров (38,9 кДж/г; 9,3 ккал/г) в два раза выше, чем белков и углеводов (17,2 кДж/г; 4,1 ккал/г). Белки и углеводы имеют одинаковую энергетическую ценность и могут заменяться 1:1 в весовом соотношении. Для поддержания стационарного состояния организма общие затраты энергии должны покрываться поступлением пищевых веществ, несущих в своих химических связях эквивалентный запас энергии. Если количества поступающей пищи для покрытия энерготрат недостаточно, то энерготраты компенсируются за счет внутренних резервов, главным образом — жира. Если же масса поступающей пищи по энергоносителям превышает расход энергии, то идет процесс запасания жира независимо от состава пищи. 6 Однако следует всегда помнить, что эти три источника энергии являются и пластическим материалом животного организма. Поэтому длительное исключение одного из трех питательных веществ из пищевого рациона и замена энергетически эквивалентным количеством другого вещества недопустимы. 1.2 Белки пищи Белки, как известно, состоят из аминокислот. Аминокислоты являются как источником синтеза структурных белков, ферментов, гормонов белковой и пептидной природы и т.д., так и источником энергии. Характеристика белков, входящих в состав пищевого рациона, включает не только энергетическую ценность, но и спектр аминокислот. Это важный показатель, так как даже после завершения роста организм постоянно обновляет белковые структуры. Средний полупериод распада белков тела — условная величина и резко отличается у разных видов. Так, полупериод распада белка тела человека составляет 80 сут, а тела крысы — всего лишь 17 сут. При этом следует иметь в виду, что многие белковые структуры даже у одного вида обновляются с разной скоростью. Наиболее медленно обновляются мышечные белки. Полупериод распада их у человека составляет примерно 180 сут, а у крысы — около 30 сут. Белки плазмы крови у человека имеют полупериод распада около 10 сут, а гормоны белково-пептидной природы «живут» всего несколько минут. У человека за 1 сут деградации и синтезу подвергается около 400 г белка. Примерно 2/3 образовавшихся свободных аминокислот в используется результате на деградации новый синтез белка белка, но 1/3 безвозвратно окисляется в энергетических цепях и должна пополняться экзогенными аминокислотами из пищи. Каждый вид животных имеет широкий набор видоспецифических белков. Но все многообразие белковых структур построено из неповторимых комбинаций всего лишь 20 аминокислот. 7 Часть этих аминокислот синтезируется самим организмом из других аминокислот, другая часть не может синтезироваться, но должна обязательно поступать с пищей — незаменимые аминокислоты. Этот термин означает лишь только, должны или не должны те или иные аминокислоты обязательно содержаться в пище. Заменимые аминокислоты также важны для организма, как и незаменимые. В организме высших животных и человека 10 из 20 аминокислот не синтезируются, а следовательно, являются незаменимыми. Другие 10 аминокислот, заменимые, могут быть синтезированы в организме из незаменимых аминокислот, а также из продуктов обмена углеводов и липидов. Белки, содержащие полный набор незаменимых аминокислот, носят название биологически полноценных белков. За 1 сут в организм взрослого человека должно поступать с пищей около 80−100 г белка (1 г на 1 кг массы тела — белковый оптимум), причем 30 г белка должно быть животного происхождения. Животный белок почти полностью способен превратиться в белковые структуры организма, в то время как синтез животного белка из растительного идет менее эффективно: коэффициент превращения составляет 0,6−0,7. Это связано главным образом с диспропорциями незаменимых аминокислот между животным и растительным белками. Поэтому при питании растительными белками вступает в силу «правило минимума», согласно которому синтез животного белка зависит от той незаменимой аминокислоты, которая поступает с пищей в минимальном количестве. Взрослый человек, подвергающийся средней физической нагрузке, должен получать 100−120 г белка в сутки, а при тяжелом физическом труде суточная норма животного белка возрастает до 150 г. О количестве белка, подвергшегося в организме разрушению, судят по количеству азота> выводимого из организма (моча, пот). Это делается на том основании, что азот входит почти исключительно в состав белков (аминокислот). Состояние, при котором количество поступившею с пищей 8 азота равно его количеству, выводимому из организма, называют азотистым равновесием. При расчетах азотистою баланса среднем в белке содержится примерно исходят из 16 % тою факта, азота, т.е. что в каждые 16 г азота соответствуют 100 г белка, а следовательно, 1 г азота соответствует 6,25 г белка. Состояние, при котором количество введенною с пищей азота меньше его количества, выведенного из организма, называют отрицательным азотистыми балансом. Под этим термином подразумевают, что деградация белка доминирует над его синтезом. Существует понятие коэффициент изнашивания Рубнера, который указывает, что потеря белка составляет 0,028−0,065 г азота на 1 кг массы взрослою человека в условиях покоя в 1 сут (потеря белка у взрослою человека массой 70 кг равна примерно 23 г/сут). Однако потребление такою количества белка не является минимально достаточным в суточном рационе. Это связано с тем, что потребление белка вызывает так называемое специфически-динамическое действие пищи — повышение энергообмена организма после приема белковой пищи. Давно установлено, что после приема возникает повышение энергообмена. Так, при пищи потреблении сбалансированной пищи энергообмен возрастает примерно на 6 % и составляет около 630−840 кДж, т.е. около 10 % основного обмена. Раздельный прием белков, жиров и углеводов показал, что наиболее выраженная активация энергообмена наблюдается после приема белков. При белковом питании повышение энергообмена может составить 30−40 % общей энергетической ценности белка, введенною в организм. Повышение обмена начинается примерно через 1,5−2 ч, достигает максимума через 3 ч и продолжается 7−8 ч после приема белка. Полагают, что это обусловлено большими энерготратами на синтез АТФ из аминокислот, чем из моносахаридов и жирных кислот. Поэтому для поддержания азотистого 9 равновесия в организме требуется как минимум 30−45 г животного белка в 1 сут. Данная величина и составляет так называемый физиологический минимум белка. Белок пищи в принципе не может депонироваться. Однако в условиях белкового голодания в ряде тканей активируется с помощью тканевых протеиназ процесс деградации белка. Такими источниками свободных аминокислот являются белки плазмы, ферментные белки, белки печени, слизистой оболочки кишечника и мышц, что позволяет достаточно длительное время поддерживать без потерь обновление белков мозга и сердца. Избыточная белковая диета у человека и высших животных, не подвергавшихся предварительному белковому голоданию, не приводит к положительному азотистому балансу, так как избыток аминокислот тратится на энергетические нужды организма, а синтез углеводов и липидов из аминокислот осуществляется после предварительного дезаминирования и выделения азота из организма. Однако после длительного белкового голодания, во время беременности, когда идет рост плода, а также у растущего организма может наблюдаться положительный белковый баланс. 1.3 Липиды пищи Липиды играют Некоторые из важную роль них (фосфолипиды) в жизнедеятельности составляют основной организма. компонент клеточных мембран или являются источником синтеза стероидных гормонов (холестерин). Основным компонентом животной пищи является нейтральный жир, который и запасается в жировой ткани. Мобилизация жира на энергетические нужды заключается в гидролизе триглицеридов и образовании свободных жирных кислот. Свободные жирные кислоты используются в энергообмене главным образом путем так называемого бета- 10 окисления Кноопа. В энергетическом отношении окисление жирных кислот в два раза эффективнее, чем окисление аминокислот и моносахаридов. В среднем взрослому человеку требуется 70−80 г жиров в сутки. Жиры имеют не только энергетическое значение. В них растворены и с ними вводятся в организм так называемые незаменимые жирные кислоты. Это полиненасыщенные кислоты (линолевая, линоленовая, арахидоновая), которые условно объединены в группу под общим названием витамин F, а также жирорастворимые витамины (витамины A, D, Е, К). 1.4 Углеводы пищи В организме высших животных и человека до 60 % энергообмена зависит от превращений углеводов, причем энергообмен мозга почти исключительно обеспечивается глюкозой. Однако при этом не надо забывать и о пластической роли углеводов. Они входят в состав сложных клеточных структур (гликопептиды, гликопротеины, гликолипиды, липополисахариды, гликолипопротеины и др.). В организме углеводы депонируются в виде гликогена главным образом в печени и отчасти в мышцах. Запасы гликогена составляют у человека около 400 г. Но эти малые запасы углеводов (по сравнению с жировыми) легко мобилизуются на срочные нужды энергообмена. Минимальные потребности в углеводах у человека составляют 100−150 г/сут. Оптимальная же суточная доза углеводов для человека составляет около 500 г. Эта величина в зависимости от энергетических потребностей организма может существенно колебаться. Следует учитывать, что в организме жиров и белков взаимосвязаны, процессы обмена углеводов, а также возможны их взаимопревращения в определенных пределах. Дело в том, что процесс промежуточного обмена углеводов, жиров и белков приводит к образованию немногих ключевых соединений, 11 которые являются теми общими промежуточными веществами (метаболический котел), которые и обеспечивают взаимосвязь между обменом углеводов, жиров и белков (см. рис. 2). Основным же ключевым продуктом взаимодействия обмена белков, жиров и углеводов является ацетилкоэнзим А. С помощью этого нуклеотида обмен белков, жиров и углеводов сводится к общему пути — циклу трикарбоновых кислот, в результате окисления в котором высвобождается 2/3 всей энергии превращений. Конечные продукты обмена веществ составляют немногие простые соединения. Азот выделяется в виде азотсодержащих соединений (главным образом мочевина и аммиак), углерод — в виде СO2 , водород — в виде H2O. 12 Глава 2. Энергетический обмен в живых организмах 2.1 Превращение и использование энергии Для всех живых клеток источником энергии является Солнце. Растительные клетки улавливают энергию солнечного света с помощью хлорофилла, используя ее для реакций ассимиляции в процессе фотосинтеза. Клетки животных, грибов, бактерий используют солнечную энергию косвенно, при расщеплении органических веществ, синтезированных земным растением. Часть питательных веществ клетки расщепляется в процессе клеточного дыхания, поставляя таким образом энергию, необходимую для разного рода клеточной активности. Протекает этот процесс в органеллах, называемых митохондриями. Митохондрия состоит из двух мембран: наружной, отделяющей органеллу от цитоплазмы, и внутренней, образующей многочисленные складики. Главным продуктом дыхания является АТФ. Он покидает митохондрии и используется в качестве источника энергии для многих химических реакций в цитоплазме и клеточной мембране. Если для осуществления клеточного дыхания требуется кислород, то дыхание называют аэробным, если же реакции идут в отсутствие кислорода, то говорят об анаэробном дыхании. Для любого вида работы, выполняемой в клетке, используется энергия в одной-единственной форме - в форме энергии фосфатных связей АТФ. АТФ - легко подвижное соединение. Образование АТФ происходит на внутренней мембране митохондрий. АТФ синтезируется во всех клетках при дыхании за счет энергии окисления углеводов, жиров и других органических веществ. В клетках зеленых растений основное количество АТФ синтезируется в хлоропластах за счет солнечной энергии. В них при фотосинтезе образуется во много раз больше АТФ, чем в митохондриях. Разлагается АТФ с разрывом фосфорно-кислородных связей и выделением энергии. Это происходит под действием фермента АТФазы в процессе 13 гидролиза АТФ - присоединения воды с отщеплением молекулы фосфорной кислоты. В результате АТФ превращается в АДФ, а если отщепляются две молекулы фосфорной кислоты, то в АМФ. Реакция отщепления каждой грамм-молекулы кислоты сопровождается освобождением 40 кДж. Это очень большой выход энергии, поэтому фосфорно-кислородные связи АТФ принято называть макроэргитическими (высокоэнергетическими). Использование АТФ в реакциях пластического обмена осуществляется путем их сопряжения с гидролизом АТФ. Молекулы разных веществ заряжаются энергией путем присоединения освобожденной при гидролизе фосфорной группы от молекулы АТФ, т. е. путем фосфорилирования. Особенность фосфатных производных состоит в том, что они не могут покинуть клетку, хотя их «разряженные» формы свободно проходят через мембрану. Благодаря этому фосфорилированные молекулы остаются в клетке до тех пор, пока они не будут использованы в соответствующих реакциях. Обратный процесс превращения АДФ в АТФ происходит путем присоединения молекулы фосфорной кислоты к АДФ с выделением воды и поглощением большого количества энергии. Таким образом АТФ - универсальный и непосредственный источник энергии для деятельности клетки. Это создает единый клеточный фонд энергии и делает возможным ее перераспределение и транспортировку из одних участков клетки в другие. Перенос фосфатной группы играет важную роль в химических реакциях типа сборки макромолекул из мономеров. Например, аминокислоты могут соединяться в профосфорилированными. пептиды, лишь Механические будучи процессы предварительно сокращения или движения, перенос растворенного вещества против градиента концентрации и другие процессы сопряжены с расходованием энергии, запасенной в АТФ. Процесс энергетического обмена может быть представлен следующим образом. Высокомолекулярные органические вещества в цитоплазме ферментативно, путем гидролиза превращаются в более простые, из которых 14 они состоят: белки - в аминокислоты, поли- и дисахариды - в моносахариды (+ глюкозу), жиры в глицерин и жирные кислоты. Окислительные процессы отсутствуют, освобождается мало энергии, которая не используется и переходит в тепловую форму. Большинство клеток в первую очередь тратят углеводы. Полисахариды (крахмал у растений и гликоген у животных) гидрализуются до глюкозы. Окисление глюкозы происходит в три фазы: гликолиз, окислительное декарбоксилирование (цикл Кребса - цикл лимонной кислоты) и окислительное фосфорилирование (дыхательная цепь). Гликолиз, в результате которого одна молекула глюкозы расщепляется на две молекулы пировиноградной кислоты с выделением двух молекул АТФ, протекает в цитоплазме. При отсутствии кислорода пировиноградная кислота превращается либо в этанол (брожение), либо молочную кислоту (анаэробное дыхание). Если гликолиз осуществляется в клетках животных, шестиуглеродная молекула глюкозы распадается на две молекулы молочной кислоты. Процесс этот многоступенчатый. Его последовательно осуществляют 13 ферментов. При спиртовом брожении из молекулы глюкозы образуется две молекулы этанола и две молекулы СО2. Гликолиз - фаза, общая для анаэробного и аэробного дыхания, две остальные осуществляются лишь в аэробных условиях. Процесс бескислородного окисления, при котором выделяется и используется лишь часть энергии метаболитов, для анаэробных организмов является конечным. В присутствии же кислорода пировиноградная кислота переходит в митохондрии, где в результате целого ряда последовательных реакций она полностью окисляется аэробным путем до Н2O и СО2 с одновременным фосфорилированием АДФ до АТФ. При этом две молекулы АТФ дает гликолиз, две - цикл Кребса, 34 - дыхательная цепь. Чистый выход при полном окислении одной молекулы глюкозы до Н2O и СО2 составляет 38 молекул. 15 Таким образом, у аэробных организмов окончательный распад органических веществ осуществляется путем окисления их кислородом воздуха до простых неорганических: СО2 и Н2O. Процесс этот протекает на кристах митохондрий. При этом выделяется максимальное количество свободной энергии, значительная часть которой резервируется в молекулах АТФ. Легко видеть, что аэробное окисление в наибольшей степени обеспечивает клетку свободной энергией. В результате катаболизма в клетке накапливаются богатые энергией молекулы АТФ, а во внешнюю среду выделяется СО2 и избыточное количество воды. Молекулы сахаров, не требующиеся для дыхания, могут запасаться в клетке. Избыточные липиды либо расщепляются, после чего продукты их расщепления поступают в митохондрии в качестве субстрата для дыхания, либо отлагаются про запас в цитоплазме в виде жировых капель. Из поступающих в клетку аминокислот строятся белки. Синтез белка происходит в органеллах, называемых рибосомами. Каждая рибосома состоит из двух субчастиц - большой и малой: в состав обеих субчастиц входят белковые молекулы и молекулы РНК. Рибосомы часто бывают прикреплены к особой системе мембран, состоящей из цистерн и пузырьков, - к так называемому эндоплазматическому ретикулуму (ЭР); в клетках, вырабатывающих много белка, эндоплазматический ретикулум часто развит очень хорошо и весь усеян рибосомами. Некоторые ферменты эффективны лишь в том случае, если они прикреплены к мембране. Здесь находится большая часть ферментов, участвующих в синтезе липидов. Таким образом, эндоплазматический ретикулум - это как бы своеобразный рабочий стол клетки. Кроме того, ЭР делит цитоплазму на отдельные отсеки, или компартменты, т. е. разобщает различные 16 химические процессы, одновременно протекающие в цитоплазме, и тем самым снижает вероятность того, что эти процессы будут мешать друг другу. Часто образуемые данной клеткой продукты используются вне этой клетки. В подобных случаях синтезированные на рибосомах белки проходят через мембраны эндоплазматического ретикулума и упаковываются в формирующиеся вокруг них мембранные пузырьки, которые затем отшнуровываются от ЭР. Эти пузырьки, уплощаясь и укладываясь друг на друга, как блины в стопке, образуют характерную структуру, называемую комплексом Гольджи, или аппаратом Гольджи. Во время своего пребывания в аппарате Гольджи, белки претерпевают определенные изменения. Когда для них наступает время покинуть клетку, мембранные пузырьки сливаются с клеточной мембраной и опорожняются, изливая свое содержимое наружу, т. е. секреция происходит путем экзоцитоза. В аппарате Гольджи образуются также лизосомы - мембранные мешочки, содержащие пищеварительные ферменты. Выяснение того, как клетка производит, упаковывает и экспортирует некоторые белки, а также как она «узнает», какие белки ей следует сохранять для себя, составляет один из увлекательнейших разделов современной цитологии. Мембраны любой клетки непрерывно перемещаются и видоизменяются. Мембраны ЭР медленно перемещаются по клетке. Отдельные участки этих мембран отделяются и образуют пузырьки, которые на время становятся частью аппарата Гольджи, а затем, в процессе экзоцитоза, сливаются с клеточной мембраной. Позже мембранный материал возвращается в цитоплазму, где он используется вновь. Основной обмен - совокупность процессов обмена веществ и энергии, происходящих при покое, в организме животного натощак, при оптимальной Количество энергии, расходуемой (работу сердца, в бодрствующем (комфортной) состоянии, температуре. организмом на поддержание жизни кровообращение, дыхание, 17 сохранение постоянной температуры тела), называется уровнем основного обмена. Он зависит от массы и поверхности тела, роста, возраста и пола, а также от вида животного, характера питания, условий местообитания и др. Энергетические затраты основного обмена обычно выражают в ккал за 1 ч (или сутки) и рассчитывают на 1 кг массы тела или на 1 м2 его поверхности. Величина основного обмена у теплокровных животных в большей мере зависит от поверхности тела, чем от массы — закон поверхности тела. 2.2 Энергетический эквивалент пищи Количество энергии, выделяемой при сгорании какого-либо вещества, не зависит от числа промежуточных этапов его распада. Например, 1 моль глюкозы дает 2826 кДж (675 ккал) независимо от того, сгорел он сразу в пробирке или окислился в организме в результате катаболических процессов. Расчеты показывают, что энергетическая ценность глюкозы составляет 15,7 кДж/г (3,75 ккал/г). Углеводы дают в среднем 17,16 кДж/г (4,1 ккал/г). Самой высокой энергетической ценностью обладают жиры: 1 г жира дает вдвое больше энергии, чем 1 г углеводов. Запасание в форме жира является самым экономичным способом длительного хранения энергии в организме, так как единица запасаемой энергии оказывается в меньшем объеме вещества. Белки окисляются в организме Аминогруппы отщепляются от с мочой в форме мочевины. Поэтому не полностью. молекул белка и выводятся при сжигании белка в «калориметрической бомбе» выделяется больше энергии, чем при его окислении в организме. Разница приходится на ту энергию, которая выделяется при сжигании мочевины. Так, при сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется 22,61 кДж/г (5,4 ккал/г), а при окислении в организме человека — 17,17 кДж/г (4,1 ккал/г). 18 Калориметрическая бомба представляет собой специальный калориметр, наполненный чистым кислородом под давлением 200 атм. Сжигание вещества достигается пропусканием через бомбу электрического разряда. 2.2. Дыхательный коэффициент Дыхательный коэффициент, или соотношение легочного газообмена (ДК), характеризует тип использования пищевых продуктов в обмене веществ. Этот показатель определяют следующим образом: где VCO2 — выделение СO2 , a O2 — потребление O2 . В случае окисления глюкозы количество потребляемого кислорода и количество выделяемого углекислого газа равны, так что ДК = 1. Таким образом, значение ДК, равное единице, является показателем окисления углеводов (табл. 1). Таблица 1. Значения дыхательных коэффициентов (ДК) и энергетических эквивалентов при окислении различных пищевых веществ Пищевые ДК вещества Энергетические эквиваленты кДж/л О2 ккал/л О2 Углеводы 1,00 21,1 5,05 Жиры 0,70 19,6 4,69 Белки 0,81 18,8 4,48 Значение ДК в случае окисления жиров может иметь простое объяснение. В связи с тем что в жирных кислотах на 1 атом углерода приходится меньше атомов кислорода, чем в углеводах, их окисление характеризуется значительно более низким дыхательным коэффициентом (ДК = 0,7). В случае окисления чисто белковой пищи ДК оказывается равным 0,81 (табл. 1). При смешанной пище у человека дыхательный коэффициент обычно составляет 0,83−0,9. Определенному ДК соответствует определенный 19 энергетический (калорический) эквивалент кислорода (табл. 2), который означает количество теплоты, высвобождающейся после потребления организмом 1 л O2. Соотношение между количеством выделяемого СO2 и потребляемого O2 зависит как от типа пищевых веществ, так и от преобразования одних пищевых веществ в другие. В тех случаях, когда преимущественную часть рациона составляют углеводы, они могут преобразовываться в жиры. В связи с тем что жиры содержат в своем составе меньше кислорода, чем углеводы, такой процесс количества сопровождается кислорода. При высвобождением перенасыщении соответствующего углеводами количество поглощаемого в тканях кислорода снижается, а ДК увеличивается. В случае насильственного питания (гуси и свиньи) были зарегистрированы такие значения ДК, как 1,38. В периоды голодания и при сахарном диабете ДК может снижаться до величины, равной 0,6. Это связано с усилением интенсивности обмена жиров и белков наряду со снижением метаболизма глюкозы. Таблица 2. Энергетический эквивалент 1 л O2 при разных дыхательных коэффициентах Дыхательный Энергетический эквивалент коэффициент кДж ккал 0,707 19,62 4,686 0,75 19,84 4,739 0,80 20,10 4,801 0,85 20,36 4,862 0,90 20,62 4,924 0,95 20,87 4,985 1,00 21,13 5,047 Важным фактором, гипервентиляция. влияющим Дополнительное на величину количество 20 СO2, ДК, является выдыхаемое при гипервентиляции, поступает из тех обширных запасов СО2 , которые содержатся в тканях и крови, и не связано с его образованием в ходе обменных процессов. В практике энергетического при приближенных расчетах среднее значение эквивалента принимают равным 20,2 кДж/л O2 , что соответствует величине метаболического ДК = 0,82. Диапазон колебаний энергетического эквивалента в зависимости от значения ДК, как правило, невелик. Поэтому погрешность, связанная с использованием среднего значения энергетического эквивалента, не превышает ± 4 %. 21 Заключение В организме человека главным фактором, определяющим нормальный обмен веществ, является соотношение между поступлением пищи и расходом энергии. Обмен веществ (по теории сбалансированного питания) определяется уровнем аминокислот, моносахаридов (простых углеводов), жирных кислот, витаминов и минеральных солей. Согласно теории адекватного питания, оно должно быть адекватным как характеру обмена веществ, так и особенностям переработки пищи в желудочно-кишечном тракте. Недостаточное питание с отсутствием или минимумом в пище витаминов и микроэлементов быстро приводит к нарушению всех видов обмена: белкового, жирового, углеводного и водно-солевого, и как результат, к развитию авитаминозов и гиповитаминозов, к дистрофии. Систематическое переедание также чревато развитием патологического состояния - ожирения и требует применения определенных методов лечения и коррекции, очищения организма. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из нее вещества, необходимые для питания, и выделяя продукты жизнедеятельности. В круговороте органических веществ самыми существенными стали процессы синтеза и распада. Живые организмы поглощают из окружающей среды различные вещества. Вследствие целого ряда сложных химических превращений вещества из окружающей среды уподобляются веществам живого организма, и из них строится его тело. Эти процессы называются ассимиляцией, или пластическим обменом. Другая сторона обмена веществ - процессы диссимиляции, в результате которых сложные органические соединения распадаются на простые, при этом утрачивается их сходство с веществами организма и выделяется энергия, необходимая для реакции биосинтеза. Поэтому диссимиляцию называют энергетическим обменом. 22 Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава и строения всех частей организма и, как следствие, - постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды. Поскольку все организмы состоят из клеток, то каждая клетка должна осуществлять все процессы, от которых зависит ее жизнь, т. е. поглощать пищу, извлекать из нее энергию, избавляться от отходов жизнедеятельности и, наконец, воспроизводить самое себя. В многоклеточном организме каждая клетка выполняет, сверх того, еще некоторые специализированные функции, составляющие ее вклад в общую экономику организма как целого. В эукариотических клетках для осуществления этих процессов имеются следующие важные структуры: - клеточная мембрана, регулирующая поступление веществ в клетку и выход их из клетки; эта регуляция удерживает химический состав клеток в неких узких пределах, в которых только возможна жизнь. Липидный слой мембраны пропускает сквозь себя молекулы, растворимые в липидах; часть мембранных белков помогает перемещаться в обоих направлениях многим полярным молекулам и ионам. Крупные частицы клетка поглощает путем эндоцитоза (фагоцитоза): мембрана окружает их, а затем вместе с захваченной частицей отшнуровывается, так что частица попадает в клетку, находясь в мембранном пузырьке. Многие клетки для выведения веществ наружу используют обратный процесс - экзоцитоз; К полноте каждый приходит своим путем, поэтому средства ее преодоления должны быть, по возможности, индивидуальными. Мозг, сердце, почки, печень и другие органы работают 24 часа в сутки без выходных. Постоянно обновляются и клетки мышц. Все эти процессы требуют энергии в виде калорий, просто для того чтобы поддерживать нашу жизнь. Поэтому, если мы слышим, что какие-либо таблетки улучшают обмен веществ, это означает, что они заставляют наш организм сжигать больше калорий без дополнительных усилий с нашей стороны. 23 Список литературы 1. Бартон А, Эдхолм О. Человек в условиях холода. М, 2020 2. Мак-Мюрей В. Обмен веществ у человека. М., 2019 3. Основы физиологии / Под ред. П. Стерки. М., 2018 4. Слонам А.Д. Эволюция терморегуляции. Л., 2017 5. Сравнительная физиология животных / Под ред. Л. Проссера. М., 2020 Т. 2. 6. Физиология терморегуляции: Руководство по физиологии / Под ред. К.П. Иванова. Л., 2021 7. Физиология человека / Под ред. Р. Шмидта, Г. Тевса. М., 2020 Т.4. 8. Шмидт-Ниельсон К. Физиология животных. Приспособление и среда. М., 2021. Кн. 1. 9. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология. М., 2020. 10.Биология (пособие для подготовительных отделений). М., 2021. 11.Дедюв Кристиан. Путешествие в мир живой клетки. М., 2019. 12.Либерман Е. А. Как работает живая клетка. Журнал: «Знание» N 4, 2018. 13.Кемп П., Армс К. Введение в биологию. Пер. с англ. М.: Мир, 2018, 671 14.Мамонтов С. Н., Захаров В. Б. Общая биология. М., 2016. 15.Николаев А. Я. Биологическая химия. М., 2018. 24