лекции биология / ОбменВещ

5

Обмен веществ и энергии в организме человека.

Обмен веществ (метаболизм) – одно из основных свойств живого организма. Сущность которого – постоянное поступление и выведение из организма различных веществ. В организм человека поступают кислород, вода, органические и неорганические вещества.

Поступающие в организм сложные вещества расщепляются до простых, всасываются и попадают в клетки, где часть подвергается распаду и окислению до воды, углекислого газа, аммиака, мочевины, молочной кислоты, обеспечивая организм энергией, - реакции диссимиляции, или энергетического обмена (катаболизма).

Другая часть поступивших веществ является строительным материалом для реакций ассимиляции, или пластического обмена (анаболизма).

Из организма удаляется углекислый газ, продукты обмена, выделяется энергия. Реакции ассимиляции и диссимиляции протекают синхронно и взаимосвязанно. Синтез веществ требует энергии, которая образуется в реакциях энергетического обмена, а для реакций энергетического обмена нужны ферменты, синтезируемые в результате ассимиляции.

Питательные вещества. Для поддержания жизнедеятельности и нормального функционирования всех систем организма человека необходим постоянный обмен веществ и энергии с окружающей средой. Источником энергии и пластическим материалом, для построения необходимых организму веществ, является пища и содержащиеся в пищевых продуктах питательные вещества – белки, жиры, углеводы.

Нормы питания. В организме человека непрерывно протекают водный, солевой, белковый, жировой и углеводный обмен. Энергетические запасы непрерывно уменьшаются в процессе жизнедеятельности организма и пополняются за счет пищи. Соотношение количества энергии, поступающей с пищей, и энергии, расходуемой организмом, называется энергетическим балансом.

Количество потребляемой пищи должно соответствовать энергетическим затратам человека. Для составления норм питания необходимо учитывать запас энергии в питательных веществах, их энергетическую ценность. Организм человека не способен синтезировать витамины и должен ежедневно получать их с пищей.

Белковый обмен. Белки составляют около 25% от массы тела. В пище различают белки растительного и животного происхождения. Все они состоят из 20 видов аминокислот, 10 из них являются незаменимыми – не могут синтезироваться в организме и должны поступать вместе с пищей. А 10 считаются заменимыми, так как могут синтезироваться в организме заново. В зависимости от аминокислотного состава белки делят на полноценные, содержащие все виды аминокислот, и неполноценные. Растительные белки чаще неполноценные. Роль белков в организме: структурная, ферментативная, сократительная, гормональная, энергетическая.

Под действием ферментов пищеварительного тракта (пепсина, трипсина, химотрипсина, эрепсина) белки гидролизуются до аминокислот, которые всасываются в кровь и транспортируются в клетки. Они не могут накапливаться «про запас». Часть из них включается в реакции ассимиляции, а избыток аминокислот диссимилируется. Полное окисление аминокислот и белков происходит до углекислого газа, воды и аммиака. Аммиак ядовит и выводится из клеток в кровь. В печени он превращается в мочевину, которая удаляется из организма через мочевыделительную систему. При полном окислении 1 грамма белка выделяется 17,6 кДж или 4,1 ккал энергии.

При положительном азотистом балансе в организм поступает больше азота, чем выделяется, например, во время роста. При отрицательном балансе – наоборот. Выведение 1 г азота соответствует распаду 6,25 г белка. При избытке белки превращаются в углеводы и жиры. Синтезироваться из жиров и углеводов они не могут. Белки содержатся в мясе, яйцах, рыбе, фасоли, горохе, бобах. Норма употребления в сутки 50 – 150 г. белка. В регуляции белкового обмена важную роль играют некоторые гормоны, например, тироксин, который вызывает расщепление белков и превращение их в углеводы. Соматотропный гормон усиливает биосинтез белков организмом.

Жировой обмен. Жиры также входят в состав многих продуктов питания животного и растительного происхождения: мяса, рыбы, молока, сала, масла и др. и должны употребляться ввиду содержащихся в них незаменимых жирных кислот (например, линолевая, линоленовая жирные кислоты не могут синтезироваться в организме). Они составляют 10 – 20% от массы тела. Жиры – сложные эфиры глицерина и жирных кислот. Жирные кислоты могут быть насыщенными (в твердых животных жирах) и ненасыщенными (в растительных маслах). Последние не синтезируются организмом человека. Роль их структурная, энергетическая, источник эндогенной воды, теплоизоляционная, образуют миелиновые оболочки нервных клеток. Под действием желчи жиры эмульгируются, под действием липаз гидролизуются. В клетках кишечного эпителия синтезируются транспортные формы жиров, которые поступают в лимфу. При пластическом обменен фосфолипиды образуют мембраны клеток. Липиды входят в состав медиаторов, гормонов, ферментов. Избыток жиров запасается в жировых клетках сальника, подкожной жировой клетчатки. При окислении 1 г жира выделяется 38,9 кДж или 9,3 ккал энергии. В регуляции жирового обмена большую роль играют гормоны аденогипофиза, щитовидной железы, надпочечников. Жиры способны превращаться в углеводы. Синтез жиров может осуществляться из углеводов и белков. Норма употребления в сутки 80 – 100 грамм липидов.

Углеводный обмен. Углеводы составляют около 1 % от массы тела. В организм они поступают в виде моно - ди - и полисахаридов. Под действием ферментов амилазы, мальтазы, лактазы, сахаразы происходит их гидролиз до глюкозы, которая поступает в кровь. Содержание глюкозы в кровь относительно постоянно в норме 0,12%. Это основной источник энергии для клеток организма. При ее избытке с помощью инсулина активируются ферменты, снижающие уровень глюкозы в крови, и она поступает в клетки печени и мышц, где превращается в гликоген. При недостатке глюкозы ряд гормонов (глюкагон, адреналин, ТТГ, тироксин, АКТГ, СТГ) приводят к расщеплению гликогена и выведению глюкозы в кровь, а затем в клетки, где она подвергается гликолизу и кислородному окислению. Основная роль – энергетическая. Углеводы в большом количестве содержатся в растительной пище: фруктах, овощах, зерновых культурах. Калорийность: 4,1 ккал или 17,6 кДж энергии/грамм углевода. Норма употребления в сутки: 350 – 450 грамм углеводов. В результате пластического обмена из них синтезируется гликоген, углеводы, входящие в состав клеточных мембран, слизи и др. При недостаточном поступлении углеводов с пищей они могут быть образованы из белков и жиров. При избыточном – превращаться в жиры.

Водно-солевой обмен. Вода составляет около 60% от массы тела. В мышцах ее до 80%, в костях до 20%. В сутки в среднем потребляется 2,5 л воды. 1,2 л в виде жидкостей, 1 л с пищей, а также образуется 0,3 л метаболической воды. Вода выводится почками, кишечником, кожей, легкими. Избыток и недостаток воды приводит к отравлению организма. Содержание воды в организме регулируется нейрогипофизом, выделяющим вазопрессин, а также корой надпочечников, секретирующей гормон альдостерон. Оба этих гормона регулируют работу почек.

Функции воды в организме разнообразны. Она необходима для нормального течения многих физиологических процессов, так как является универсальным растворителем, принимает участие в образовании структуры органических молекул, реакциях гидролиза, выполняет транспортные функции и др.

Водный обмен тесно связан с минеральным. Минеральные вещества, составляющие около 4% от массы тела, необходимы организму для самых различных функций: обусловливают осмотическое давление, участвуют в проведении нервного возбуждения, в мышечных сокращениях, свертывании крови. Натрий и калий участвуют в процессах возбуждения клетки, проведении нервных импульсов, поддержании осмотического давления, кислотности среды.

Кальций входит в состав зубов и костей, необходим для свертывания крови, мышечных сокращений, синаптической передачи. Фосфор находится в составе костей и зубов, входит в состав АТФ, ДНК, РНК в состав клеточных мембран. Хлор участвует в создании кислотности желудочного сока, обеспечивает наряду с другими ионами процессы возбуждения и торможения нервных клеток. Железо сходит в состав гемоглобина крови, в состав цитохромов, принимающих участие в окислительном фосфорилировании. Йод входит в состав гормонов щитовидной железы. Сера входит в состав аминокислот, белков, витаминов. Кобальт находится в составе витамина В₁₂. Магний входит в состав многих ферментов в качестве кофермента, необходим для нормального функционирования мышечной, нервной и костной тканей. Фтор -–структурный компонент зубной эмали.

Недостаток минеральных веществ приводит к различным нарушениям обмена веществ. У детей сказывается на росте и развитии.

Поступающие с пищей вода, минеральные соли, витамины, которые усваиваются в неизменном виде. Особый интерес представляют витамины, открытые в 1880 г. русским врачом Н.И.Луниным. Название «витамины» – жизненно необходимые амины – дал К. Функ.

Витамины – низкомолекулярные соединения различной химической природы, необходимые для роста, жизнедеятельности и размножения организма.

Витамины характеризуются тем, что:

• Не синтезируются в организме человека и должны поступать с пищей; эндогенный биосинтез некоторых из них, осуществляемый кишечной микрофлорой не в состоянии покрыть потребность организма.

• Не служат пластическим материалом и источником энергии;

• Потребность в витаминах мала, но обязательна;

• Оказывают влияние на биохимические процессы в организме (входят в состав коферментов, определяют специфичность ферментов);

• При их недостатке происходит нарушение обмена веществ (авитаминозы и гиповитаминозы).

• В повышенных дозах витамины используются в лечебных целях в качестве мощных неспецифических фармацевтических средств.

Витамины как незаменимые компоненты входят в состав активных центров многих ферментов и участвуют в реакциях биокатализа, в регуляции многих биохимических и физиологических процессов. Витамины способствуют укреплению здоровья, увеличивают сопротивляемость организма к простудным и инфекционным заболеваниям, повышают работоспособность. При недостатке того или иного витамина – гиповитаминозе или при отсутствии витамина – авитаминозе наступают глубокие нарушения в процессах обмена веществ.

Жирорастворимые витамины имеют наибольшее значение: А – для развития организма и нормального зрения. Д - для формирования скелета (при его недостатке развивается рахит), к -–для нормального свертывания крови, Е – подавляет свободно-радикальные процессы и нормализует структуру биомембран. Названные витамины содержатся в мясе, рыбе, печени, масле, молоке, яйцах, моркови, капусте.

Водорастворимые витамины играют не менее важную физиологическую роль: С – усиливает иммунные процессы, сопротивляемость организма к инфекциям, В₁ необходим для нормальной деятельности нервной системы, в₂ – для тканевого дыхания, В₆ – нормальной функции нервной системы, кожи, органов кроветворения, РР – для нормальной нервно-психической деятельности, фолиевая кислота и витамин В₁₂ – для кроветворения. Много этих витаминов содержится во фруктах и овощах.

Роль витаминов в жизнедеятельности организма.

Название	Основные источники	Функция	Признаки недостаточности
Жирорастворимые витамины.
А = ретинол	Жир из печени трески и палтуса, печень КРС, молоко и молочные продукты, морковь, шпинат, кресс-салат	Необходим для нормального роста и формирования эпителиальных тканей. Альдегидная форма витамина А необходима для образования зрительного пигмента родопсина, участвующего в темновой адаптации	Кожа становится сухой, развивается сухость роговицы (ксерофтальмия) и дегенерация слизистых оболочек. Ухудшается, а при большом дефиците полностью нарушается адаптация к темноте. При хроническом недостатке может развиться непреходящая слепота.
D = кальциферол	Жир из печени трески и палтуса, яичный желток, маргарин, молоко. Образуется в коже при воздействии солнечного света на липиды.	Регулирует всасывание кальция в пищеварительном тракте и связанные с кальцием обменные процессы. Необходим для образования костей и зубов. Способствует всасыванию фосфора.	Рахит – нарушение кальцификации растущих костей. У маленьких детей характерным признаком рахита являются кривые ноги, а у детей постарше – вывернутые внутрь колени. У девочек – подростков наблюдается деформация тазовых костей, грозящая осложнениями при беременности. Остеомаляция – заболевание взрослых, выражающееся в костных болях и спонтанных переломах.
Е = токоферол	Зародыши пшеницы, ржаная мука, печень, зеленые овощи	Участвует в функциональной активности мышц и половой системы, препятствует гемолизу эритроцитов. Антиоксидант.	Недостаточность может вызвать бесплодие. Наблюдаются атрофия мышц и анемия, связанная с гемолизом эритроцитов.
К = филлохинон	Шпинат, кочанная капуста, брюссельская капуста, синтезируется микрофлорой кишечника	Участвует на конечной стадии синтеза протромбина в печени, являясь незаменимым фактором свертывания крови.	При небольшой недостаточности замедляется свертывание крови. При большом дефиците кровь совсем не свертывается.
Водорастворимые витамины
В1 =Тиамин	Зародыши пшеницы или риса, экстракт дрожжей, непросеянная мука, печень, почки, сердце.	Участвует в качестве кофермента декарбоксилаз в химических реакциях тканевого дыхания, прежде всего в цикле Кребса.	Бери – бери – поражение нервной системы. Мышцы становятся слабыми и болезненными. Возможны параличи. Сердечная недостаточность. Отеки. Замедление роста у детей. В крови накапливаются кетокислоты, особенно ПВК.
В6 = пиридоксин	Яйца, печень, почки, мука грубого помола, свежие овощи.	В фосфорилированной форме участвует как кофермент в обменен аминокислот и жирных кислот	Депрессия и раздражительность. Анемия. Диарея. Дерматиты.
В5 = пантотеновая кислота	Распространена во всех пищевых продуктах	Входит в состав кофермента А, молекула которого активизирует карбоновые кислоты в клеточном метаболизме.	Нарушения нервно- мышечной координации. Утомляемость. Мышечные судороги.
В3 (РР) – никотиновая кислота	Мясо, хлеб грубого помола, дрожжевой экстракт, печень	Незаменимый компонент коферментов НАД и НАДФ, играющих роль акцепторов водорода в составе ряда дегидрогеназ. Входит в состав кофермента А.	Пеллагра. Фотодерматиты. Сыпь. Диареа.
М или Вс = фолиевая кислота	Печень, белая рыба, зеленые овощи.	Участвует в синтезе нуклеопротеинов и в образовании эритроцитов.	Анемия, особенно выраженная у женщин во время беременности.
В12 = цианкобламин	Мясо, молоко, яйца, рыба, сыр.	Участвует в синтезе РНК. Предупреждает развитие пернициозной анемии.	Пернициозная анемия.
Н = биотин	Дрожжи, печень, почки, яичный белок, синтезируется микрофлорой кишечника.	Играет роль кофермента в ряде реакций карбоксилирования. Участвует в синтезе белка и в трансаминировании.	Дерматиты. Мышечные боли.
С = аскорбиновая кислота	Цитрусовые, зеленые овощи, картофель, томаты.	Участвует в метаболизме соединительной ткани и в образовании здоровой кожи. Необходим для синтеза коллагеновых волокон.	Цинга. Десны становятся слабыми и кровоточивыми. Не заживают раны. Не образуются волокна соединительной ткани. Анемия. Сердечная недостаточность.