Обмен веществ в организме человека #40

О Обмен веществ является неотъемлемой частью функционирования человеческого организма. Обмен веществ включает: пластический, энергетический, водно-минеральный, а также обмен белков, жиров и углеводов.

Пластический и энергетический обмен

Обмен веществ и энергии является одним из основных признаков живого вещества. Обмен веществ – это совокупность процессов химического превращения веществ от момента их поступления в организм до выделения конечных предуктов обмена. В клетках постоянно идет синтез сложных органических соединений с использованием энергии и одновременно с этим – их расщепление и окисление с выделением энергии и образованием низкомолекулярных веществ.

Обмен веществ – совокупность реакций пластического (ассимиляции) и энергетического (диссимиляции) обменов.

Пластический обмен (ассимиляция) – совокупность реакций синтеза сложных органических веществ (белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот) из более простых. Реакции пластического обмена являются эндотермическими (идут с поглощением энергии).

Энергетический обмен (диссимиляция) – совокупность реакций, обеспечивающих клетку энергией, в ходе которых происходит расщепление и окисление сложных органических веществ: белков – до СО2‚ Н2О‚ NН3 или мочевины; жиров и углеводов – до СО2 и Н2О.

Источником энергии для организма являются органические вещества: углеводы, жиры, белки. Образовавшаяся в реакциях энергетического обмена химическая энергия преобразуется в дальнейшем в электрическую, тепловую и механическую энергию. Для нормального обмена необходимы также вода, минеральные соли и витамины.

Этапы обмена веществ: поступление веществ в организм; изменение веществ в ходе ассимиляции и диссимиляции; выведение конечных продуктов обмена.

Ассимиляция и диссимиляция неразрывно связаны между собой:

  • для ассимиляции необходима энергия, которая образуется в реакциях энергетического обмена;
  • для реакций диссимиляции необходимы ферменты, которые образуются в реакциях пластического обмена;
  • ассимиляция и диссимиляция протекают в клетке одновременно и заключительные этапы одного обмена являются начальными стадиями другого.

Водно-минеральный обмен

Вода входит в состав клеток, межклеточного вещества, тканевой жидкости и лимфы. Она составляет 65 — 70% массы тела человека (у детей больше), а плазма крови и лимфа содержат свыше 90% воды.

Значение воды в организме: определяет физические свойства клетки (объем, массу, тургор); универсальный растворитель; основной компонент внутренней среды, место протекания большинства биохимических реакций в клетке; участник реакций гидролиза.

АТФ + H20 = АДФ + Н3Р04 < 40кДж; участвует в транспорте веществ: поглощение питательных веществ, их передвижение и выведение конечных продуктов обмена происходит в виде водных растворов; обеспечивает терморегуляцию, обеспечивая одинаковую температуру во всех частях тела организма.

Связанная вода образует сольватные (водные) оболочки вокруг белков, благодаря чему белки не слипаются друг с другом. Гидрофобно-гидрофильные взаимодействия между разными частями белковой молекулы обеспечивают образование ее четвертичной структуры.

Суточная потребность человека в воде меняется в зависимости от условий внешней среды и в среднем составляет 2 — 2,5 л.

Вода поступает в организм при питье (около 1 л), с пищей (около 1 л) и небольшое количество (300 — 350 мл) ее образуется в результате окисления органических веществ.

Вода всасывается в кишечнике (тонком и толстом), и небольшое количество ее может всасываться в ротовой полости и желудке.

Из организма вода выводится с мочой (1,2 — 1‚5 л), с потом (500 — 700 мл), с выдыхаемым воздухом (350 — 800 мл), с калом (100 — 150 мл).

Минеральные соли в организме могут быть в твердом состоянии в виде кристаллов – СаЗ(РО4)2 и СаСО3 в костной ткани; в диссоциированном состоянии в виде катионов и анионов.

Анионы фосфорной и угольной кислот обладают буферными свойствами, т.е. способны поддерживать рН (концентрацию ионов водорода) на определенном уровне. Анионы фосфорной кислоты НРО42- создают фосфатную буферную систему, поддерживающую внутри клеток слабокислую среду (рН = 6,9), а угольная кислота и ее анионы НСО3 создают бикарбонатную буферную систему, которая поддерживает слабощелочную реакцию внеклеточной среды (например, плазма крови) (рН = 7,4).

Некоторые ионы участвуют в активации ферментов, создании осмотического давления в клетке (К+‚ Na+,Сl)‚ в процессах мышечного сокращения, свертывании крови (Са2+)‚ другие необхолимы для синтеза важных органических веществ. Например, остатки фосфорной кислоты входят в состав нуклеотидов, АТФ, ион Fe2+ – в состав гемоглобина, Mg2+ в состав ферментов. Ионы NO3, NH4+ являются источником атомов азота, ион SO42- – атомов серы, которые необходимы для синтеза аминокислот. Минеральные соли создают осмотическое давление, которое обеспечивает транспорт веществ между клетками организма.

Общее количество минеральных солей в организме человека – около 4,5%.

Потребности организма в минеральных солях удовлетворяются продуктами питания. Железа много в яблоках, йода – в морской капусте, кальция – в молочных продуктах. Человек нуждается в постоянном поступлении натрия и хлора. Поваренную соль (хлористый натрий) добавляют к пище (до 10 г в сутки). В некоторых регионах в поваренную соль добавляют йод (в связи с недостатком его в воде и местных продуктах питания).

Всасывание минеральных солей происходит вместе с водой в основном в толстом кишечнике. Попавшие в кровь минеральные соли доставляются клеткам организма.

Излишки минеральных солей выводятся из организма с мочой, потом и калом.

Белковый

Все белки построены из 20 аминокислот, но, несмотря на это, разнообразие белковых молекул огромно. Они обладают специфичностью, которая определяется количеством и порядком расположения аминокислот, различным сочетанием аминокислот, способностью белков присоединять другие вещества.

Роль белков в организме: входят в состав мембран и органелл клетки; из кератина и коллагена состоят хрящи, сухожилия, волосы, ногти; некоторые белки способны присоединять и переносить различные вещества (гемоглобин переносит кислород и диоксид углерода, альбумины крови транспортируют жирные кислоты, глобулины – ионы металлов и гормоны); актин и миозин входят в состав миофибрилл мышечной ткани; иммуноглобулины (антитела) обеспечивают защитные реакции иммунитета, протромбин и фибриноген участвуют в защитной реакции свертывания крови; некоторые белки, встроенные в плазмалемму, способны изменять свою пространственную конфигурацию под действием факторов внешней среды (родопсин палочек сетчатки глаза); многие гормоны имеют белковую природу (инсулин, глюкагон, АКТГ ); все ферменты являются белками (трипсин, ДНК-полимераза).

Суточная потребность в белках составляет 72 — 92г. Источником белков для человека служат преимущественно продукты животного. Большое количество белков содержится в мясе (от 14 до 21%), рыбе, молоке и продуктах его переработки. Продукты растительного происхождения содержит 8 — 23% белков (бобовые растения).

По содержанию необходимых для организма аминокислот белки делятся на полноценные (белки молока, мяса, рыбы и др.) и неполноценные, которые не содержат хотя бы одной из незаменимых кислот. Особенно важны 10 аминокислот, которые не могут синтезироваться в организме и называются незаменимыми (лизин, валин, лейцин, изолейцин, треонин, фенилаланин, триптофан, метионин, аргинин и гистидин). Отсутствие в пище некоторых из них приводит к нарушению синтеза белков. При отсутствии в пище лизина замедляется рост ребенка, при недостатке валина – нарушается чувство равновесия и т.д.

Протеолитические ферменты (пепсин и химозин желудочного сока, трипсин и химотрипсин сока поджелудочной железы, энтерокиназа, аминопептидаза, карбоксипептидаза кишечного сока) расщепляют белки до полипептидов и аминокислот.

Аминокислоты всасываются в кровеносные капилляры ворсинок тонкого кишечника и разносятся кровью по всему организму. В клетках из аминокислот образуются белки, свойственные данному организму. При избытке белки преобразуются в углеводы и жиры. Часть аминокислот, не использованных в синтезе белка, окисляется с освобождением энергии (17,6 кДж на 1 г вещества) и образованием воды, диоксида углерода, аммиака и др. Аммиак в печени обезвреживается и превращается в мочевину.

Продукты диссимиляции белков выводятся из организма с мочой, потом и частично с выдыхаемым воздухом.

Углеводный

Углеводы – представляют собой первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты для биосинтеза всех других органических веществ. Углеводы подразделяются на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Значение углеводов в организме: олигосахарилы входят в состав цитоплазматической мембраны клетки и образуют гликокаликс; гликоген составляет энергетический запас в клетках; глюкоза является основным источником энергии, высвобождаемой в клетках живых организмов в ходе дыхания; моносахариды являются основой для синтеза многих органических веществ в клетке – полисахаридов, нуклеиновых кислот и др.

В сутки человек должен получать 358 — 484 г углеводов. Основным их источником являются продукты растительного происхождения (картофель, хлеб, фрукты и др.). Углеводы в организме могут образовываться из белков и жиров.

Амилолитические ферменты (амилаза и мальтаза слюны, амилаза, мальтаза, лактаза, сахараза сока поджелудочной железы и тонкого кишечника) расщепляют углеводы до дисахаридов и моносахаридов.

Моносахариды всасываются в кровеносные капилляры ворсинок тонкого кишечника и разносятся кровью по всему организму. Уровень глюкозы в крови относительно постоянен и составляет 4‚4 — 7‚0 ммоль/л.

Избыток глюкозы превращается в печени в гликоген. При чрезмерном поступлении в организм углеводов они могут превращаться в жиры.

В клетках глюкоза окисляется до диоксида углерода и воды, которые удаляются с выдыхаемым воздухом, мочой, потом, при этом выделяется энергия (17,6 кДж на 1 г глюкозы).

Жировой

Липиды – органические соединения, не растворимые в воде, но хорошо растворимые в органических растворителях (эфире, бензине, бензоле, хлороформе и др.). Из всех биомолекул липиды обладают наименьшей относительной молекулярной массой. Молекула жира образована молекулой трехатомного спирта глицерина и присоединенными к ней эфирными связями тремя молекулами высших карбоновых кислот: пальмитиновой, стеариновой, арахидоновой, олеиновой, линолевой, линоленовой.

Значение жиров и жироподобных веществ в организме: входят в состав клеточных мембран, цитоплазмы, ядра; в форме липидов хранится значительная часть энергетических запасов организма; накапливаясь в подкожной жировой клетчатке и вокруг некоторых органов (почки, кишечник), жировой слой защищает организм и отдельные органы от механических, повреждений; благодаря низкой теплопроводности слой подкожного жира помогает сохранять тепло; многие биологически активные вещества (гормоны и витамины) являются стероидами (тестостерон у мужчин и прогестерон у женщин, кортикостероиды‚ витамин D).

Суточная потребность в жирах составляет 81 — 110 г. Жиры поступают в организм с растительной и животной пищей. Животные жиры поступают в организм в виде сливочного масла, сыра, сметаны, свиного сала. Растительные жиры поступают в организм в виде растительного масла.

Липолитические ферменты (липазы желудочного сока, сока поджелудочной железы и тонкого кишечника) расщепляют жиры до глицерина и жирных кислот. Жирные кислоты соединяются со щелочами и желчными кислотами, омыляются, образуя растворимые соли, которые всасываются через стенки ворсинок. В ворсинках из глицерина и жирных кислот синтезируются жиры, поступающие в лимфатические капилляры ворсинок тонкого кишечника. Жиры всасываются в лимфу, затем поступают в кровь и разносятся по всем клеткам.

Часть жира, попавшего в клетки, является строительным материалом. Большая же его часть откладывается в подкожной клетчатке, в сальнике, печени, мышцах. Жиры также являются важным источником энергии: при окислении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии. В организме человека жиры могут синтезироваться из углеводов и белков.

Конечными продуктами окисления жиров являются диоксид углерода и вода, которые удаляются с выдыхаемым воздухом, мочой, потом.

Витамины и их роль в обмене веществ

Определение и свойства витаминов

Витамины – низкомолекулярные вещества, обладающие большой биологической активностью, необходимые для жизнедеятельности организмов.

В 1881 г. и русским ученым Н. И. Луниным было обнаружено, что мыши погибают, если их кормить пищевой смесью, состоящей из очищенных продуктов. Если же добавить в рацион 1 мл молока, мыши остаются здоровыми. В 1911 — 1912 г. польский ученый К. Функ выделил препарат из отрубей и назвал его витамином. С этого времени началось интенсивное изучение витаминов.

Витамины обозначают буквами латинского алфавита А, В, С, D, Е, Р и т. д. Натуральные (естественные) витамины содержатся в продуктах растительного и животного происхождения и, за редким исключением, не синтезируются в организме человека. Витамины бывают водорастворимые (С, Р, группы В) и жирорастворимые (А, D, Е, К).

Свойства витаминов:

  • входят в состав молекул многих ферментов и некоторых физиологически активных веществ;
  • непрочные соединения: быстро разрушаются при нагревании пищевых продуктов;
  • действие их проявляется в малых количествах и выражается в регуляции процессов обмена веществ.

Отсутствие витаминов в организме называется авитаминозом, недостаток – гиповитаминозом. Избыточное поступление витаминов в организм – гипервитаминоз – наблюдается при употреблении синтетических препаратов витаминов. Наиболее токсичны витамины А и D. Иногда гипервитаминоз А возникает при приеме в пищу продуктов, содержащих большое количество этого витамина (овощи, печень морских животных). Из водорастворимых витаминов наиболее токсичен В12 (в больших дозах вызывают сильные аллергические реакции).

Ретинол – витамин А

Витамин А (ретинол) участвует в окислительно-восстановительных реакциях. Содержится в сливочном масле, печени, молоке, рыбьем жире. В овощах (морковь) содержится провитамин А – каротин. Он превращается в витамин А в печени. Суточная доза – 1,5 мг. Признаки гипо- и авитаминоза: задержка роста, сухость и помутнение роговицы, «куриная слепота» (нарушение сумеречного зрения), сухость кожи, снижение сопротивляемости к заболеваниям.

Кальциферол — витамин D

Витамин D (антирахитический, кальциферол) стимулирует образование костной ткани, регулирует обен кальция и фосфора. Содержится в сливочном масле, печени трески, курином желтке, рыбьем жире. Может образовываться в коже из эргостерина (провитамин D) под действием ультрафиолетовых лучей. Суточная доза – 0‚01 — 0‚02 мг. Признаки гипо- и авитаминоза: рахит (размягчение костей, искривление костей ног, уплощение груди‚ незарастание родничков, позднее появление зубов у детей).

Токоферол – витамин Е

Витамин Е (токоферол) предохраняет мембраны клеток и митохондрий от повреждений, участвует в окислительно-восстановительных процессах, в обмене белков, сокращении мышц, укрепляет стенки сосудов, разрушает свободные радикалы. Содержится в зеленых листьях овощей, орехах, семечках, гречневой крупе, проросших ростках пшеницы, в яйцах, растительных маслах. Суточная доза 10 — 12 мг. Признаки гипо- и авитаминоза: дистрофия скелетных мышц, нарушение половой функции.

Викасол – витамин К

Витамин К (викасол) участвует в свертывании крови. Синтезируется микрофлорой кишечника, содержится в капусте, зеленых томатах, шпинате, ягодах рябины. Из животных продуктов его источником является печень. Суточная доза – 1 мг. Признаки гипо- и авитаминоза: замедление свертывания крови, самопроизвольные кровотечения.

Аскорбиновая кислота – витамин С

Витамин С (аскорбиновая кислота) участвует в окислительно-восстановительных реакциях. Седержится в смородине, лимонах, клюкве, зеленом луке, картофеле. Суточная доза – 50 мг. Признаки гипо- и авитаминоза: пинга (повышенная утомляемость, кровоточивость десен, выпадение зубов, кровоизлияния, снижение иммунитета).

Тиамин – витамин B1

Витамин В1 (тиамин) участвует в регуляции обмена белков, жиров и углеводов. Содержится в дрожжах, орехах, неполированном рисе, печени, желтке куриного яйца. Суточная доза – 2,5 мг. Гипо- и авитаминоз – бери бери (поражение нервной системы с параличом конечностей и атрофией мышц).

Рибофлавин – витамин B2

Витамин В2 (рибофлавин) участвует в регуляции обмена веществ, в окислительно-восстановительных реакциях. Седержится в мясе, яйцах, молоке, печени, фруктах, овощах. Суточная доза – 2,5 мг. Признаки гипо- и авитаминоза: поражение роговицы, «заеды» (ангулярный стоматит), задержка роста.

Пантотеновая кислота – витамин B3

Витамин В3 (пантотеновая кислота) является коферментом ключевых реакций метаболизма жиров. Содержится в пчелином маточном молочке и пивных дрожжах. Достаточно много его в печени животных, яичном желтке, гречихе, овсе, бобовых. Суточная доза – 10 — 15 мг. Признаки гипо- и авитаминоза: психоэмоциональная неустойчивость, склонность к обморокам, изменение походки, чувство жжения стоп.

Никотиновая кислота – витамин B5

Витамин В5 (витамин РР, никотиновая кислота) входит в состав ферментов, являющихся катализаторами окислительно-восстановительных реакций, обмена белков и т-РНК. Источником витамина являются животные (особенно печень, мясо) и многие растительные продукты (рис, хлеб, картофель). Суточная доза – 10 — 20 мг. Признаки гипо- и авитаминоза: дерматит (воспаление открытых участков кожи), диарея (поносы), деменция (слабоумие).

Пиридоксин – витамин В6

Витамин В6 (пиридоксин) участвует в регуляции обмена аминокислот. Содержится в дрожжах, рисе, мясе, бобах. Суточная доза – 2,5 мг. Признаки гипо- и авитаминоза: воспаление кожи и нервов.

Фолиевая кислота – витамин В9

Витамин В9 (фолиевая кислота, витамин Вс) участвует в обмене белков и нуклеиновых кислот. Витамина много в лиственных овощах, например в шпинате. Он содержится в салате, капусте, томатах, землянике. Богаты им печень и мясо, яичный желток. Суточная доза – 0,3 — 1 мг. Признаки гипо- и авитаминоза: анемия – в крови появляются большие незрелые кроветворные клетки; снижается количество эритроцитов и гемоглобина в крови.

Антианемический или витамин В12

Витамин В12 (аитианемический) – участвует в регуляции обмена белков, жиров и углеводов. Содержится в печени, мясе, твороге, яйцах. Суточная доза – 200 – 300 мкг. Гипо- и авитаминоз: злокачественное малокровие (анемия).

Биотин – Витамин Н

Витамин Н (биотин) – участвует в транспорте диоксида углерода, в обмене углеводов и жиров. Содержится в молоке, яйцах, печени, цветной капусте, грибах, синтезируется бактериями кишечника. Суточная доза – 150 — 200 мкг. Гипо- и авитаминоз – заболевания кожи, выпадение волос.

Методы сохранения витаминов

Методами сохранения витаминов в пищевых продуктах являются:

  • консервирование (метод сохранения продуктов со сравнительно небольшими потерями витаминов);
  • замораживание с образованием в цитоплазме клеток кристаллов льда (быстрое замораживание хорошо сохраняет витамины);
  • в наибольшей степени обеспечивает сохранность витаминов вакуумная сушка. Проводится в условиях разряжения при температуре не выше 50 °С;
  • квашение овощей и фруктов (в процессе молочнокислого брожения образуется молочная кислота, способствующая сохранению в заквашиваемых продуктах витамина С).

Оставьте комментарий