Обмен веществ. Витамины . Обмен веществ – метаболизм состоит из двух взаимосвязанных процессов: 1. Диссимиляция (катаболизм) – распад сложных веществ на простые с выделением энергии. 2. Ассимиляция (анаболизм) – синтез сложных веществ из простых с поглощением энергии. Макроэргические соединения – вещества, в которых запасается энергия – АТФ, ГТФ, КФ (креатинфосфат). Обмен белков Белки (протеины) – высокомолекулярные органические вещества, построенные из 20 аминокислот. Функции белков: 1. Структурная (пластическая) – белки являются составной частью всех клеток и межклеточного вещества, входят в состав костей, хрящей, кожи, определяют рост и развитие организма. 2. Каталитическая (ферментативная) – белки являются катализаторами в организме, ускоряя различные процессы в миллионы раз. 3. Защитная – белки образуют антитела, способствуют выработке иммунитете, связывают токсины и яды, обеспечивают свертывание крови и остановку кровотечений. 4. Транспортная – перенос газов (кислорода, углекислого), питательных веществ. 5. Регуляторная – белки-гормоны. 6. Энергетическая – при сжигании 1 г белков выделяется 17 кДж энергии. 7. Запасная – многие белки являются запасным веществом клеток: казеин – белок молока, ихтуллин – белок икры. Потребность в белках – 80-100 г в сутки Единственным источником синтеза нового белка в организме являются белки пищи После расщепления белков ферментами до аминокислот в пищеварительном тракте в тонком кишечнике происходит их всасывание. Одновременно с аминокислотами могут частично всасываться и простейшие пептиды. Из аминокислот и простейших пептидов клетки синтезируется собственный белок, который характерен только для данного организма. Белки не могут быть заменены другими веществами. Но белок может замещать собой жиры и углеводы, т.е. из аминокислот в организме могут быть синтезированы эти вещества. Биологическая ценность белков Не все аминокислоты, входящие в состав белков, являются равноценными для человека. 10 аминокислот (валин, метионин, треонин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, триптофан, лизин, аргинин, гистидин) не могут синтезироваться в организме человека и должны обязательно поступать с пищей в готовом виде – незаменимые аминокислоты. Недостаток незаменимых кислот в пище приводит к нарушению белкового обмена в организме. Заменимые аминокислоты – могут образовываться в организме из других веществ. Белки, содержащие весь необходимый набор аминокислот, называют биологически полноценными (белки молока, яиц, рыбы, мяса). Биологически неполноценные –белки, в составе которых отсутствует хотя бы одна незаменимая аминокислота (белки кукурузы, пшеницы, ячменя). Два или три неполноценных белка могут дополнить друг друга и обеспечить сбалансированное питание. Азотистый баланс О распавшемся белке в организме судят по содержанию азота в моче, т.к. азот выводится из организма преимущественно с мочой. Азотистый баланс – разность между количеством азота, содержащегося в пище человека или животного, и его уровнем в выделениях. Азотистое равновесие – такое состояние, при котором количество выведенного азота равно количеству поступившего в организм. Азотистое равновесие наблюдается у здорового взрослого человека. Положительный азотистый баланс – состояние, при котором количество азота в выделениях организма значительно меньше, чем содержание его в пище, т.е. наблюдается задержка азота в организме (у детей в связи с ростом, у беременных, при усиленных тренировках, при заживлении ран, после длительной болезни). Отрицательный азотистый баланс – состояние, при котором количество выделяющегося азота больше его содержания в пище, поступающей в организм (при белковом голодании, лихорадке, нарушениях нейроэндокринной регуляции белкового обмена) Распад белка и синтез мочевины При распаде белка образуются мочевина, мочевая кислота, аммиак. При окислении аминокислот образуется аммиак, токсичное вещество. Он обезвреживается в печени, превращаясь в мочевину, и в тканях мозга, превращаясь в глутамин. Обмен жиров К жирам относятся: 1. Простые липиды (нейтральные жиры, воски); 2. Сложные липиды (фосфолипиды, гликолипиды, сульфолипиды); 3. Стероиды (холестерин) Больше всего в организме нейтральных жиров. Функции жиров: 1. Энергетическая (при сжигании 1 г жира образуется 39 кДж энергии) 2. Образование эндогенной воды (при окислении 100 г жира выделяется 0.107 л воды) 3. Структурная – жиры являются обязательными компонентами мембран. 4. Запасающая 5. Защитная 6. Термоизоляция 7. Плавучесть 8. Способствуют проведению нервного импульса 9. Всасывание жирорастворимых витаминов 10. Регуляторная (простагландины, стероидные гормоны) Суточная потребность – 70-80 г. Нейтральные жиры могут содержать насыщенные (животные, твердые) и ненасыщенные (растительные, жидкие) жирные кислоты. Ненасыщенные жирные кислоты называют незаменимыми, т.е. они обязательно должны присутствовать в пище (линолевая, линоленовая, арахидоновая). Печень – основной орган, в котором происходит образование кетоновых тел (оксимасляной, ацетоуксусной кислот, ацетона). Кетоновые тела используются как источник энергии. Поддержание уровня фосфолипидов в крови. Синтез холестерина (неиспользованный холестерин превращается в желчные кислоты). Образование жиров из углеводов Избыточное потребление в пищу углеводов приводит к отложению жира в организме. В норме 2530% углеводов превращается в жиры. Обмен углеводов Функции углеводов: 1. Энергетическая (1г углеводов – 17 кДж энергии) 2. Запасная (в печени запасается гликоген) 3. Регуляторная (клетчатка раздражает стенки кишок и вызывает перистальтику, глюкоза в крови регулирует давление) 4. Рецепторная (гликопротеины – рецепторы на поверхности мембран) 5. Питательная (быстрее всего в организме сгорает глюкоза) Суточная потребность в углеводах – 500 г. Из них 70% окисляется до углекислого газа и воды, 2528% превращается в жиры, 2-5% превращаются в гликоген. Гликогенез – синтез гликогена из глюкозы в печени. Гликогенолиз – распад гликогена до глюкозы в печени. Глюконеогенез – образование углеводов из кетокислот, продуктов распада жиров и белков. Гомеостатический механизм – способность печени поддерживать уровень сахаров в крови на постоянном уровне. Гликолиз – процесс бескислородного (анаэробного) окисления глюкозы в мышцах до молочной кислоты с образованием 2 молекул АТФ. В печени из молочной кислоты образуется гликоген. Гипергликемия – повышение уровня глюкозы в крови. Гипогликемия – понижение уровня глюкозы в крови. Роль печени в обмене веществ 1. Печень – важнейшая «биохимическая лаборатория организма» -- участвует в синтезе белка, мочевины, гликогена, липидов, глутамина, креатина. 2. Через печень за 1 час протекает 100 л крови. 3. Белки печени обновляются за 7 дней. (в других органах белки обновляются через 17 дней и более) 4. В печени синтезируется большинство белков плазмы (100% альбуминов и 80% глобулинов). 5. При голодании организма печень отдает в кровь больше белков, чем другие органы. 6. В печени образуется желчь (желчные кислоты и их соли) для переваривания жиров. 7. В печени осуществляется синтез и распад гликогена, окисление глюкозы, глюконеогенез, образование глюкуроновой кислоты. 8. Печень поддерживает уровень сахара в крови. 9. Печень выполняет барьерную функцию – обезвреживает внешние и внутренние токсические вещества ( из аммиака образуется мочевина; при распаде белков образуются и обеззараживаются фенол, крезол, скатол, индол). 10. Обезвреживание токсических соединений в печени происходит посредством соединения их с серной и глюкуроновой кислотами, а также глицином. 11. В печени происходит окисление гормонов, что способствует поддержанию их оптимальных количеств в жидкостях и тканях организма. Водно – солевой обмен Функции воды в организме: 1. Среда для химических реакций. 2. Растворитель продуктов питания и обмена. 3. Транспортирует растворенные в ней вещества. 4. Ослабляет трение между соприкасающимися поверхностями в теле человека. 5. Участвует в регулировании теплообмена в организме. 6. Удаляет продукты обмена веществ. Содержание воды в организме 60-65% от массы тела. Вода делится на: Внутриклеточную (интрацеллюлярную) – 72% всей воды в организме. Преобладают катион калия, анион белка и фосфорной кислоты. Внеклеточную (экстрацеллюлярную) – находится в составе крови, лимфы, спинномозговой жидкости, в межклеточном веществе. Преобладают хлорид натрия, бикарбонаты. По происхождению вода бывает: Экзогенная (поступает в организм с пищей) Эндогенная (образуется в организме при окислении веществ): при окислении 100 г жира образуется 107 г воды, 100 г углеводов – 50 г воды, 100 г белков – 41 г воды. У взрослого человека в течение суток образуется 0.5 л воды на 1 кг веса. Потеря 10% воды приводит к обезвоживанию, 20% -- к смерти. Водно-солевой обмен регулируется антидиуретическим гормоном (вазопрессином). Роль химических элементов в организме Натрий обеспечивает постоянство осмотического давления внеклеточной жидкости, участвует в регуляции кислотно-щелочного состояния, обеспечивает проведение нервного импульса, депонируется в костной ткани. Калий обеспечивает осмотическое давление внутриклеточной жидкости, стимулирует образование ацетилхолина. Синтез и запасание гликогена в тканях происходит с поглощением ионов калия. Недостаток калия в организме тормозит процессы анаболизма в организме. Хлор обеспечивает постоянство осмотического давления, образует соляную кислоту. Кальций и фосфор определяют состав соединительной ткани, контролируют работу мышц. Фосфор участвует при образовании АТФ. В регуляции обмена кальция и фосфора участвует паратгормон, тирокальцитонин, витамин Д, почки. Железо входит в состав гемоглобина, миоглобина, в состав ферментов – оксидоредуктаз. Йод входит в состав гормонов щитовидной железы, оказывает влияние на все обменные процессы в организме. Витамины – минералоорганические вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности организма. Открыл Н. И. Лунин. Витаминология – наука о витаминах. Гиповитаминоз – недостаток витаминов в организме. Авитаминоз – сильная нехватка витамина в организме. Гипервитаминоз – избыток витаминов в организме (характерен только для жирорастворимых витаминов, т.к. они накапливаются в печени, водорастворимые выводятся с мочой). Классификация витаминов: 1. Жирорастворимые – К Е Д А К (нафтохиноны) – антигеморрагический – влияет на свертывание крови, стимулирует мышечную активность, воздействуя на миозин. Суточная потребность 100 мкг При нехватке происходят кровоизлияния – геморрагии. Богаты витамином К зеленые части растений (шпинат, капуста, крапива, томат). Е (токоферолы) – антиокислители – регулируют обмен веществ в мышечной ткани, выработку ацетилхолина, замедляет свертывание крови, способствует накоплению витамина А в печени, влияет на состояние мембран (старение клеток), на половые функции. При нехватке – бесплодие, дистрофия. Суточная потребность 15-20 мг. Содержится в зеленых частях растения, проростках пшеницы, яичном желтке, печени, масле, молоке. В организме откладывается в жировой ткани. Д (кальциферол) – антирахитический – регулирует обмен фосфора и кальция в организме. При нехватке развивается рахит (размягчение костной ткани – остеомаляция). При избытке – отложение кальция не только в костях, но и в мягких тканях – мышце сердца, стенке аорты, сосудах почек. Суточная потребность 7-12 мкг. Особенно богаты витамином Д рыбий жир, печень морских животных, молоко, яйца. Витамин Д может образовываться в коже при загаре. А (ретинол) – антиксерофтальмический – обеспечивает рост, иммунитет, остроту зрения, участвует в обмене фосфора, образовании холестерина. При нехватке развивается куриная слепота (гемералопия), , замедляется рост, слабеет иммунитет, развивается сухость глаз (ксерофтальмия). Содержится в печени морских животных. В желто-оранжевых растениях (каротиноиды). Суточная потребность 1.5 мг. 2. Водорастворимые витамины В1 (тиамин) – антиневритический -- регулирует процессы обмена веществ. При недостатке – полиневрит (множественное воспаление нервов), заболевание бери-бери. В2 (рибофлавин) – участвует в окислительно-восстановительных реакциях. При нехватке происходит воспаление слизистой рта, губ, воспаление языка, кожи. В3 ( пантотеновая кислота) -- антидерматитный – принимает участие в обмене веществ, деятельности нервной системы. При нехватке – воспаления нервов. В5 – РР (никотиновая кислота) – антипеллагрический – входит в состав ферментов, участвует в обмене веществ. При нехватке – пеллагра (болезнь трех Д: диарея, деменция, дерматит). В организме человека синтезируется бактериями кишечника. В6 (пиридоксин) – антидерматитный – участвует в обмене и синтезе аминокислот в организме. При недостатке у детей судороги, у взрослых – дерматит. В12 (цианокобаламин) – антианемический – активирует процесс образования клеток крови эритроцитов. При нехватке развивается злокачественная анемия. Образуется бактериями в кишечнике. Накапливается в печени. Вс (фоливая кислота) – антианемический – повышает гемоглобин, образование клеток крови. При недостатке нарушается кроветворение. С (аскорбиновая кислота) – антицинготный – обезвреживает токсины, необходим для образования коллагена, активирует ферменты, повышает иммунитет при простудных заболеваниях. При недостатке возникает цинга, при этом возникают кровоизлияния, хрупкость костей, мышечная атрофия, нарушения нервной системы. Р (рутин) – усиливает действие витамина С, способствует его накоплению в организме. Все водорастворимые витамины содержатся в овощах, фруктах, злаках, бобовых, животной пище, дрожжах. Образование и расход энергии в организме 1. При расщеплении пищевых веществ в пищеварительной системе вся выделившаяся энергия рассеивается в виде тепла. 2. При окислении веществ в клетках происходит запасание энергии в виде АТФ: при бескислородном дыхании, т.е. гликолизе (брожении), при окислении одной молекулы глюкозы в цитоплазме клеток образуется 2 молекулы молочной или пировиноградной кислоты и 2 молекулы АТФ. 3. При кислородном окислении глюкозы в митохондриях образуется 36 молекул АТФ. 4. В общем при окислении одной молекулы глюкозы в клетке образуется 6 СО2, 6 Н2О, 38 АТФ Методы измерения затрат энергии 1. Прямая калориметрия основана на непосредственном определении тепла, высвобождающегося в процессе жизнедеятельности организма. Человека помещают в специальную калориметрическую камеру, в которой учитывают все количество тепла, отдаваемое телом человека. Метод очень громоздок. 2. Непрямая калориметрия определяют объем легочной вентиляции, затем количество поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа. Отношение объема выделенного углекислого газа к объему поглощенного кислорода называют дыхательным коэффициентом. По его величине судят о характере окисляемых веществ в организме. При окислении углеводов ДК = 1 При окислении белков ДК = 0.8 При окислении жиров ДК = 0.7 Количество тепла, высвобождающееся в организме при потреблении 1 л кислорода, называют калорическим эквивалентом кислорода. Он зависит от того, на окисление каких веществ используется кислород. Чем больше ДК, тем больше калорический эквивалент. Основной обмен – минимальное количество энергии, необходимое для поддержания нормальной жизнедеятельности организма в состоянии полного покоя при исключении всех внутренних и внешних влияний, которые могли бы повысить уровень обменных процессов. Основной обмен определяют утром натощак в положении лежа на спине, при полном расслаблении мышц, в комфортных условиях окружающей среды. Выражают количеством энергии, выделенной организмом (кДж, ккал). В состоянии полного физического и психического покоя организм расходует энергию на: 1. постоянно совершающиеся химические процессы; 2. механическую работу, выполняемую отдельными органами; 3. непрекращающуюся деятельность железисто-секреторного аппарата. Основной обмен зависит от возраста, роста, массы тела, пола. Самый интенсивный основной обмен у детей в расчете на 1 кг массы тела. Средняя величина основного обмена у взрослого – 4.2 кДж (1 ккал) в 1 ч на 1 кг массы тела. Более активно расходуют энергию внутренние органы, менее активно – мышцы. Худые люди производят больше тепла, чем полные. У мужчин основной обмен выше, чем у женщин (это связано с размерами тела). Основной обмен повышается весной, снижается зимой. Расход энергии при работе Зависит от состояния организма и мышечной деятельности. При увеличении мышечной нагрузки энергозатраты увеличиваются. При кратковременных нагрузках энергия расходуется за счет окисления углеводов. При длительных мышечных нагрузках в организме сгорают преимущественно жиры. У тренированных спортсменов энергия мышечных сокращений обеспечивается исключительно за счет сгорания жиров. По энергетическим затратам все профессии разделяются на несколько групп. Пищевой рацион – количество и состав продуктов питания, необходимых человеку в сутки. Он должен восполнять суточные энергозатраты организма и включать в достаточном количестве все питательные вещества. Для составления пищевого рациона необходимо знать содержание белков, жиров, углеводов в продуктах и их энергетическую ценность. Пища должна быть вкусной, вид и запах ее должны вызывать аппетит. Рациональное питание – питание, которое способно полностью удовлетворить потребность в пище в количественном и качественном отношении, возмещает все энергетические затраты, содействует правильному росту и развитию организма, увеличивает его сопротивляемость вредным воздействиям окружающей среды, способствует развитию функциональных возможностей организма, повышает интенсивность труда. Теплообмен организма –теплообразование и теплоотдача. Температура тела зависит от 1. образования тепла, т.е. от интенсивности обменных процессов в организме; 2. отдачи тепла в окружающую среду. Постоянство температуры тела называют изотермией. У человека температура в подмышечной впадине 36-37 0С. Минимальная температура в 2-4 ч ночи, максимальная – в 16-19 ч. Самый горячий орган тела – печень (38-38.50С). Химическая терморегуляция – процесс образования тепла в организме. Физическая терморегуляция – процесс, обеспечивающий удаление тепла из организма: 1. Конвекция – непосредственная отдача тепла прилегающим к коже предметам. 2. Теплоизлучение – излучение инфракрасного излучения с поверхности тела. 3. Испарение воды (потение). Испарение 1 л пота у человека массой тела 75 кг может понизить температуру тела на 100. Терморегуляция осуществляется рефлекторно. Больше всего терморецепторов на коже лица, меньше всего – на коже нижних конечностей. Холодовых рецепторов 250000, тепловых 30000. Центр регуляции теплообмена находится в гипоталамусе и коре больших полушарий. Гормон щитовидной железы тироксин повышает обмен веществ, увеличивает теплообразование. Адреналин сужает сосуды и уменьшает теплоотдачу.