Обмен веществ и энергии

§ 1. Сущность обмена веществ и энергии

Отличительным признаком живых организмов являются энерге­тические траты и постоянный обмен веществ с окружающей их внешней средой.

Его сущность состоит в том, что из внешней среды в организм поступают разнообразные, богатые потенциальной хи­мической энергией вещества; в организме они расщепляются на более простые; освобождающаяся при этом энергия обеспечивает про­текание физиологических процессов и выполнение внешней работы.

Кроме того, поступающие в организм вещества используются для восстановления изнашиваемых и построения новых клеток и тка­ней и для образования гормонов и ферментов. Некоторые органические вещества при избыточном поступлении могут депонироваться, т. е. откладываться в организме в виде запасов. Образующиеся в процессе обмена продукты распада удаляются из организма во внешнюю среду органами выделения.

Питательными веществами, снабжающими организм энергией и строительным (пластическим) материалом, являются белки, жиры и углеводы. Кроме того, для нормального протекания обмена ве­ществ в организме необходимо поступление витаминов, воды и ми­неральных солей.

Обмен веществ в организме является сложной системой связан­ных друг с другом реакций расщепления (диссимиляции) и синте­за (ассимиляции) органических веществ. При реакциях диссими­ляции происходит освобождение потенциальной химической энер­гии, которая обеспечивает деятельность всех органов и выполнение внешней работы. Реакции синтеза требуют для своего осуществле­ния притока энергии извне. Затрачиваемая при этом энергия пре­вращается в потенциальную химическую энергию сложных молекул.

Все химические реакции в организме, в том числе переварива­ние пищи, окислительно-восстановительные и другие процессы осу­ществляются при участии биологических катализаторов (ферментов).

Обмен веществ и энергии в организме регулируется нервным и гуморальным путями. Регуляция, осуществляемая нервной систе­мой, которой принадлежит особенно большая роль в этом процессе, происходит путем непосредственной посылки эфферентных нерв­ных импульсов к тканям и через железы внутренней секреции, гор­моны которых влияют на уровень обмена веществ и энергии. В из­менении обмена веществ, обеспечивающем приспособление орга­низма к различным условиям жизни, важное значение имеют условные рефлексы. Индифферентные раздражения после повторно­го сочетания с факторами, влияющими на обмен веществ и энергии, могут условнорефлекторным путем изменять его в нужном направ­лении.

§ 2. Обмен белков и его регуляция

Белки построены из аминокислот. Они являются основным пла­стическим материалом, из которого построены клетки и ткани орга­низма. Например, в составе скелетных мышц находится около 20% белка. Наличием белка обусловлена сократительная функция мы­шечной ткани. Из белков состоят многие ферменты и гормоны. Бе­лок крови гемоглобин участвует в транспорте кислорода. Белок фибриноген необходим для свертывания крови. Некоторые сложные белки — нуклеопротеиды имеют значение для передачи наследст­венных свойств.

Белки могут использоваться организмом и как источники энер­гии. При расщеплении белка из безазотистой части его молекулы образуются углеводы, дальнейшее превращение, которых обеспечивает освобождение энергии. Окисление 1 г белка освобождает 5,3 ккал.(17,6 кДж) Но азотистые продукты расщепления белка (мочевина, аммиак и др.) не подвергаются в организме дальнейшему окисле­нию. Поэтому при окислении 1 г белка в организме освобождается столько же энергии, сколько и при окислении 1 г углеводов, т. е. 4,1 ккал.

Поступая в организм с пищей, белки расщепляются в кишечнике до аминокислот и в таком виде всасываются в кровь и транспорти­руются в печень. Часть поступивших в печень аминокислот подвер­гается дезаминированию и переаминированию. Эти процессы обес­печивают синтез некоторых аминокислот и белков. Из печени ами­нокислоты поступают в ткани и используются для синтеза белков. Избыточные белковые вещества, поступающие с пищей, превраща­ются в организме в углеводы и жиры.

Конечными продуктами расщепления белков в тканях являются аммиак, мочевина, мочевая кислота, креатинин и некоторые другие. Они выводятся из организма почками и частично потовыми желе­зами.

О белковом обмене можно судить по азоту, так как он почти целиком поступает в организм с белковой пищей. Поэтому для ха­рактеристики белкового обмена в организме пользуются определе­нием азотистого баланса, т. е. разницы между количеством азота, поступившего в организм, и количеством азота, выведенного из ор­ганизма. У лиц, выполняющих среднюю по тяжести физическую работу, при потреблении 100—110 г белка в сутки наблюдается азотистое равновесие, т. е. выведение азота из организма равно его усвоению. Состояние, при котором усвоение азота превышает его выведение, называется положительным азотистым балансом. Оно характерно для растущего организма (за счет белков пищи проис­ходит рост и увеличение массы тела). Положительный азотистый баланс может быть и у взрослых после голодания и заболеваний, вызвавших усиленный распад тканевых белков без достаточного их восстановления, а также у спортсменов, особенно в подготови­тельном периоде тренировки, одной из задач которого является раз­витие скелетной мускулатуры.

При полном и частичном (белковом) голодании и при некоторых заболеваниях усваивается меньше азо­та, чем выделяется. Такое состояние называется отрицательным азотистым балансом.

Нормальная жизнедеятельность организма возможна лишь при азотистом равновесии, или положительном азотистом балансе.

При поступлении в организм избыточного пищевого белка у взрослого человека азотистое равновесие не нарушается. Чем боль­ше при этом содержится азота в пище, тем больше его выводится с мочой. В виде запасов белок в организме не откладывается. При голодании белки одних органов могут использоваться для поддер­жания жизнедеятельности других, более важных. При этом тратят­ся в первую очередь белки печени и скелетных мышц, и вес этих органов снижается. Вес же мозга и сердца и содержание в них бел­ков остаются почти без изменения.

Обмен белков в организме регулируется нервными центрами, расположенными в подбугровой области промежуточного мозга. При экспериментальном повреждении у животных некоторых ядер этого отдела мозга усиливается белковый обмен, его баланс ста­новится отрицательным, вследствие чего наступает резкое истоще­ние. Нервная система влияет на белковый обмен через гормоны щитовидной железы, передней доли гипофиза (соматотропный гор­мон) и других желез внутренней секреции.