Обмен веществ и энергии

Поступив в организм, молекулы пищевых веществ участвуют в множестве различных реакций. Эти реакции, а так же остальные химические проявления жизнедеятельности называются обменом веществ или метаболизмом. Пищевые вещества либо используются в качестве сырья для синтеза новых клеток, либо окисляются, доставляя организму энергию. Часть этой энергии необходима для непрерывного построения новых тканевых компонентов. Другая часть расходуется в процессе функционирования клеток: при сокращении мышц, передаче нервных импульсов, секреции клеточных продуктов. Остальная энергия освобождается в виде тепла.

Процессы обмена веществ принято разделять на анаболические и катаболические. Анаболизмом (ассимиляцией) называют химические процессы, при которых более простые вещества соединяются между собой с образованием более сложных веществ, что приводит к накоплению энергии, построению новой протоплазмы и росту. Катаболизмом (диссимиляцией) называют расщепление этих сложных веществ, приводящее к освобождению энергии. При этом происходит разрушение протоплазмы и расходование составляющих её веществ. Таким образом, сущность обмена веществ заключается:

1. в поступлении в организм из внешней среды различных питательных веществ;

2. в усвоении и использовании их в процессе жизнедеятельности как источников энергии и материала для построения тканей;

3. в выделении образующихся продуктов обмена во внешнюю среду.

В этой связи выделяют 4 специфические функции обмена веществ:

1. извлечение энергии из окружающей среды в форме химической энергии органических веществ;

2. превращение экзогенных веществ в строительные блоки, т.е. предшественники макромолекулярных компонентов клетки;

3. сборка белков, нуклеиновых кислот и других клеточных компонентов из этих строительных блоков;

4. синтез и разрушение тех биомолекул, которые необходимы для выполнения различных специфических функций данной клетки.

Обмен белков – это совокупность пластических и энергетических процессов превращения белков в организме, включая обмен аминокислот и продуктов их распада. Белки составляют основу всех клеточных структур и являются материальными носителями жизни. Биосинтез белков определяет рост, развитие и самообновление всех структурных элементов в организме и тем самым их функциональную надежность. Суточная потребность в белках для взрослого человека в среднем составляет 100-200 г (при трате энергии 3000 ккал/сутки). В распоряжении организма должны быть все аминокислоты в определенном соотношении и количестве, иначе белок не может быть синтезирован. Многие составляющие белок аминокислоты (10 – валин, лейцин, изолейцин, лизин, аргинин, метионин, треонин, фенилаланин, триптофан, гистидин) не могут быть синтезированы в организме и должны поступать с пищей. Это так называемые незаменимые аминокислоты. Другие аминокислоты, которые могут быть синтезированы в организме, называются заменимыми (их тоже 10: гликокол, аланин, глутаминовая кислота, глицин, тирозин, цистеин и др.). Исходя из этого, белки делят на биологически полноценные и неполноценные.

Основными этапами обмена белков являются:

1. ферментативное расщепление белков пищи до аминокислот и всасывание последних;

2. превращение аминокислот;

3. биосинтез белков;

4. расщепление белков;

5. образование конечных продуктов распада аминокислот.

Всосавшись в кровеносные капилляры ворсинок слизистой оболочки тонкого кишечника, аминокислоты по воротной вене поступают в печень, где они либо немедленно используются, либо задерживаются в качестве небольшого резерва. Часть аминокислот остается в крови и попадает в другие клетки тела, где они включаются в состав новых белков. Период обновления общего белка в организме составляет у человека 80 дней.

Обмен жиров -это совокупность процессов превращения липидов (жиров) в организме. Жиры являются энергетическим и пластическим материалом, входят в состав оболочки и цитоплазмы клеток. Часть жиров накапливается в виде запасов, составляющих 10-30 % массы тела. Основная масса жиров – это нейтральные липиды. Суточная потребность в жирах для взрослого человека в среднем составляет 70-100 грамм. Биологическая ценность жиров определяется тем, что некоторые, ненасыщенные жирные кислоты (линолевая, линоленовая, арахидоновая), необходимы для жизнедеятельности, являются незаменимыми. Поэтому они должны обязательно поступать с пищей.

Основными этапами жирового обмена являются:

1. ферментативное расщепление жиров пищи в ЖКТ до глицерина и жирных кислот и всасывания последних в тонком кишечнике;

2. образование липопротеидов в слизистой оболочке кишечника и в печени и транспорт их кровью;

3. гидролиз этих соединений на поверхности клеточных мембран, всасывание ЖК и глицерина в клетки, где они используются для синтеза собственных жиров.

Обмен углеводов – это совокупность процессов превращения углеводов в организме. Углеводы являются источниками энергии для непосредственного использования (глюкоза) или образуют депо энергии (гликоген), являются компонентами ряда сложных соединений используемых для построения клеточных структур. Суточная потребность в углеводах взрослого человека в среднем составляет 400-500 грамм.

Основными этапами углеводного обмена являются:

1. расщепление углеводов пищи в ЖКТ и всасывание моносахаридов в тонком кишечнике;

2. депонирование глюкозы в виде гликогена в печени и мышцах или непосредственное её использование в энергетических целях;

3. расщепление гликогена в печени и поступление глюкозы в кровь по мере её убыли в крови;

4. синтез глюкозы из промежуточных продуктов и неуглеводных предшественников;

5. превращение глюкозы в жирные кислоты;

6. окисление глюкозы с образованием СО₂ и Н₂О;

Углеводы всасываются в ЖКТ в виде глюкозы, галактозы и фруктозы. Они поступают в печень и накапливаются в виде гликогена. Процесс синтеза гликогена в печени из глюкозы называется гликогенезом. Часть глюкозы попадает в общий кровоток и разносится по всему организму, используясь как основной энергетический материал и как компонент сложных соединений.

Водно-солевой обмен – это совокупность процессов распределения воды и минеральных веществ между вне- и внутри клеточным пространствами организма, а так же между организмом и внешней средой. Обмен воды в организме неразделимо связан с минеральным (электролитным) обменом. Распределение воды между водными пространствами организма зависит от осмотического давления жидкостей в этих пространствах, что во многом определяется их электролитным составом. От количественного и качественного состава минеральных веществ в жидкостях организма зависит протекание всех жизненно важных процессов. Вода необходима любому животному организму и выполняет следующие важные функции:

1. является обязательной составной частью протоплазмы клеток и тканей;

2. является хорошим растворителем и переносчиком многих питательных и минеральных веществ, продуктов обмена;

3. принимает активное участие во многих реакциях обмена;

4. ослабляет трение между соприкасающимися поверхностями в теле человека;

5. является основным компонентом водно-электролитного гомеостаза входя в состав плазмы, лимфы, тканевой жидкости;

6. участвует в регуляции температуры тела человека;

7. обеспечивает гибкость и эластичность тканей;

8. входит вместе с минеральными солями в состав пищеварительных соков.

Суточная потребность около 2,5 литров. Организм нуждается в постоянном поступлении не только воды, но и минеральных солей. Они поступают с пищей и водой. Потребность организма в различных минеральных веществах весьма различна.

Функции минеральных солей:

1. являются биологическими константами гомеостаза;

2. создают и поддерживают осмотическое давление в крови и тканях;

3. поддерживают постоянство активной реакции крови (рН= 7.36-7.42);

4. участвуют в ферментативных реакциях;

5. участвуют в водно-солевом обмене;

6. ионы натрия, калия, кальция, хлора играют большую роль в процессах возбуждения и торможения, мышечного сокращения, свертывания крови;

7. являются составной частью костей (фосфор, кальций), гемоглобина (железо), гормона тироксина (йод).

Витамины – поступающие с пищей незаменимые вещества, необходимые для поддержания жизненных функций организма. В настоящее время известно более 50 витаминов. Функции витаминов многообразны:

1. они являются биологическими катализаторами и активно взаимодействуют с ферментами и гормонами;

2. многие из них являются коферментами;

3. принимают участие в регуляции процесса обмена веществ в виде ингибиторов или активаторов;

4. некоторые из них играют определенную роль в образовании гормонов и медиаторов;

5. отдельные витамины снижают воспалительные явления и способствуют восстановлению поврежденной ткани;

6. способствуют росту, улучшению минерального обмена, сопротивляемости к инфекциям;

7. обеспечивают высокую работоспособность.

Для жизнедеятельности организма необходима энергия. Она существует в нем в 4 основных формах: химической, механической, электрической, тепловой. Центральное место из этих форм принадлежит химической энергии (АТФ), которая может необратимо превращаться во все другие виды энергии. Т.о., обмен энергии – это совокупность процессов превращения различных форм энергии между собой, а так же накопление и использование макроэргических соединений. Энергия расходуется на процессы синтеза клеток, на осуществление различных физиологических функций, на внешнюю работу, поддержание температуры тела и т.д. Продолжение жизни возможно лишь при постоянном пополнении запасов энергии что и происходит благодаря приему пищи.

Дата добавления: 2014-01-04