Обмен веществ и энергии
Общая характеристика обмена веществ и энергии
Живой организм и окружающая среда образуют единую систему. Между ними происходит непрерывный обмен веществ и энергии.
Обмен веществ или метаболизм является основным признаком жизни. Если прекращается обмен веществ и энергии – наступает смерть.
В органах, тканях, клетках идет непрерывный процесс создания и образования сложных веществ и новых клеток - это называется анаболизм (пластический процесс). Для осуществления пластических процессов организм получает из внешней среды с пищей необходимые вещества: белки, жиры, углеводы, воду, минеральные вещества, витамины. Из этих веществ организм синтезирует живую ткань.
Одновременно в клетках происходит окисление (распад) органических веществ, богатых энергией. При окислении из питательных веществ освобождается энергия и конечные продукты – вода и углекислый газ. Накопление энергии происходит в молекулах АТФ. Совокупность процессов распада соединений, протекающих с освобождением энергии, называется катаболизм (энергетический обмен).
Процессы анаболизм и катаболизм неразрывно связаны между собой, но в разные периоды жизни их интенсивность не одинакова. У детей в период роста преобладает анаболизм. Во взрослом организме устанавливается относительное равновесие между анаболизмом и катаболизмом. В старческом возрасте преобладает катаболизм.
Обмен белков
Белки или протеины – это органические соединения, построенные из аминокислот. Их молекула обязательно содержит азот. Функции белков:
-
Пластическая функция – белки являются главной составной частью всех клеток организма, входят в состав ферментов, гормонов. Биосинтез белков определяет рост и развитие детей, у взрослых и больных людей обеспечивают регенерацию тканей.
-
Передача наследственных свойств организма происходит с помощью нуклеиновых кислот – ДНК и РНК, молекулы которых состоят из аминокислот, определяют видовую и индивидуальную особенность организма.
-
Транспортная функция – белки переносят многие вещества: гемоглобин переносит кислород и углекислый газ, альбумины переносят лекарственные вещества.
-
Защитная функция – белки необходимы для синтеза антител (глобулины), обеспечивающие иммунитет; белки фибриноген и протромбин необходимы для свертывания крови.
Белки разных людей имеют индивидуальную специфичность. Это обязательно учитывают при пересадке (трансплантации) донорских органов. В организме постоянно происходит распад старых и синтез новых белков. Средний период распада белков у человека примерно 80 суток. Медленнее всего обновляются белки мышечной ткани, гормоны белковой природы живут всего несколько минут. За сутки у человека разрушаются и синтезируются примерно 400г белка.
Единственным источником белка являются белки пищи. В тонком кишечнике аминокислоты, поступившие с пищей, всасываются в кровь и в клетках органов синтезируется собственный белок данного организма. Белки не могут быть заменены другими пищевыми веществами и не депонируются в организме. В пищевых продуктах, которые использует человек, содержится 20 аминокислот. Аминокислоты делят на заменимые и незаменимые.
Незаменимые аминокислоты не могут синтезироваться организмом и поступают только с пищей (метионин, аргинин, триптофан). Недостаток их в пище приводит к заболеваниям.
Белки, содержащие весь необходимый набор аминокислот, называют полноценными белками. К ним относятся белки рыбы, мяса, творога, яиц, молока, сыра, икры. При недостатке полноценного белкового питания у детей задерживается или полностью прекращается рост, снижаются защитные силы организма (иммунитет). У больных людей задерживаются процессы регенерации (заживление ран) и выздоровление.
При средней нагрузке человек должен получать 100 – 120г белка в сутки, причем 30г белка растительного происхождения. При тяжелой мышечной работе, занятиях спортом, для беременных женщин и выздоравливающих больных суточная норма белка равна 130 – 150г.
О количестве расщепленного в организме белка судят по количеству выделяемого из организма азота с мочой и потом т.к. азот входит только в состав белков. Азотистыми продуктами, выделяемыми из организма являются мочевина, мочевая кислота, аммиак. Аммиак – это токсическое вещество, поступая с током крови в печень, аммиак превращается в мочевину.
На регуляцию белкового обмена влияют нервная система (гипоталамус промежуточного мозга), гормоны гипофиза, щитовидной железы, надпочечников.
Обмен углеводов
Углеводы – это органические вещества, физиологическая роль углеводов определяется их энергетической функцией. 60% энергетического обмена удовлетворяется за счет углеводов. Головной мозг и сердечная мышца для своей деятельности используют только энергию глюкозы.
Углеводы выполняют и пластическую функцию, т.к. входят в состав протоплазмы клеток, в состав соединительной ткани. Поступая в пищеварительный тракт с пищей, сложные углеводы расщепляются до глюкозы, которая всасывается в кровь. Основным источником углеводов является растительная пища: хлеб, овощи, крупы, фрукты. Суточная норма потребления углеводов 400 – 500г.
Основная часть углеводов (70%) в клетках окисляется до воды и углекислого газа. При окислении 1 молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ, в которых запасается энергия. Примерно 25% глюкозы превращается в жир, 5% глюкозы поступает в печень, где из нее синтезируется гликоген – этот процесс называется гликогенез. Гликоген используется для неотложных потребностей организма, когда в крови снижается уровень глюкозы. Снижение количества глюкозы в крови называется гипогликемия. При гипогликемии усиливается распад гликогена в печени до глюкозы и содержание глюкозы в крови повышается до нормы. Этот процесс регулируют гормоны глюкагон и адреналин.
Повышение количества глюкозы в крови называется гипергликемия. В этом случае увеличивается синтез гликогена, который накапливается в печени и в скелетных мышцах под влиянием гормона инсулина. Норма глюкозы в крови 3.3-5.5 милли моль /литр. Между двумя основными источниками энергии – углеводами и жирами существует тесная физиологическая связь. Частое повышение содержания глюкозы в крови (у сладкоежек) способствует повышенному синтезу жиров и уменьшению их распада, сжиганию в жировой ткани. И постепенно развивается ожирение.
Обмен углеводов регулирует нервная система (гипоталамус промежуточного мозга), гормоны поджелудочной железы (инсулин и глюкагон), надпочечников, гипофиза.
Обмен жиров
Жиры или липиды - сложные органические вещества, к которым относятся нейтральные жиры, состоящие из глицерина и жирных кислот. Функции жиров:
-
Энергетическая, за счет окисления жиров образуется 50% энергии взрослого человека.
-
Пластическая, липиды являются составной частью протоплазмы клеток, клеточных мембран. Фосфолипиды входят в состав нервных клеток (лецитин).
-
Необходимы (холестерин) для синтеза стероидных гормонов коры надпочечников, половых гормонов, витамина «Д».
-
Необходимы для всасывания жирорастворимых витаминов из кишечника (А, Д, Е, К).
-
Жир депонируется в подкожной жировой клетчатке (10% - 30%) от массы тела и защищает организм от усиленной отдачи тепла, защищает внутренние органы от травматических повреждений.
Суточная потребность в жирах 70 – 80г, из них 10 – 15г должны быть жиры растительного происхождения (подсолнечное масло, оливковое масло). Растительные жиры содержат незаменимые жирные кислоты (линолевая, арахидоновая), которые необходимы для нормального роста детей и репродуктивной деятельности человека.
Жировой обмен регулирует нервная система (гипоталамус промежуточного мозга), гормоны гипофиза, щитовидной железы, надпочечников, половые гормоны.
Обмен воды и минеральных веществ
Вода – источник жизни! Вода выполняет важные функции:
-
Все химические реакции обмена веществ и энергии в организме осуществляются в водных растворах, жизнь без воды невозможна!
-
Является важной составной частью любых клеток (в нервной ткани ее содержится 85%, в почках 80%, в крови 90%). В среднем вода составляет 70% массы тела.
-
Транспортирует растворенные в ней вещества.
-
Серозная жидкость ослабляет трение между листками серозных оболочек (плевры, брюшины, перикарда); синовиальная жидкость уменьшает трение между суставными поверхностями костей в суставах.
-
Участвует в терморегуляции, регулирует постоянную температуру тела за счет испарения пота, водяных паров выдыхаемого воздуха.
-
Входит в состав крови, лимфы, тканевой жидкости, пищеварительных соков, слезной жидкости.
Вода поступает в организм через пищеварительный тракт. Некоторая часть воды (0.5л) образуется в самом организме в процессе метаболизма. Суточная потребность взрослого человека 2.5л воды. У детей наблюдается положительный водный баланс в связи с активным образованием новых клеток, ростом организма (вода задерживается в организме). Потеря 10% воды вызывает обезвоживание организма - дегидратацию, потеря 20% вызывает смерть. Без воды человек может прожить только 7 дней.
Нервный центр регуляции водного обмена находится в гипоталамусе промежуточного мозга и называется центром жажды. Гуморальную регуляцию осуществляют гормоны: вазопрессин гипофиза и альдостерон надпочечников.
Вместе с водой и пищей в организм поступают минеральные вещества.
В сутки должно поступать 4% минеральных веществ. Если уменьшается поступление минеральных веществ, наступает минеральный голод, что отрицательно отражается на обмене веществ.
Кальций необходим для формирования костей скелета и зубов, для сокращения мышц, для свертывания крови.
Фосфор входит в состав костей и зубов, в состав молекул АТФ, фосфолипидов. Обмен кальция и фосфора регулируют гормон паращитовидной железы и витамин «Д»
Натрий обеспечивает постоянство осмотического давления крови и тканевой жидкости.
Хлор необходим для синтеза соляной кислоты желудочного сока.
Йод входит в состав гормонов щитовидной железы.
Железо является составной частью гемоглобина и миоглобина крови.
Кобальт является компонентом молекулы витамина «В12»
Цинк-фактор способствует вместе с гормоном инсулином переходу глюкозы в клетки органов.
Фтор участвует в синтезе костных структур прочности эмали зубов.
Микроэлементы: никель, ванадий, олово, селен, марганец, молибден, медь, мышьяк, магний являются составными частями клеточных ферментов, гормонов, витаминов, клеточных структур т.е. также необходимы для нормального обмена веществ и энергии.
Вопросы контрольной работы
1.Дать определение понятия метаболизм, почему он является основным признаком жизни?
2.Что такое анаболизм, его роль в обмене веществ?
3.Что такое катаболизм, его роль в обмене веществ?
4.Что такое белки? Почему белки нельзя заменить другими питательными веществами?
5.Доказать физиологическую роль белков?
6.Что такое незаменимые аминокислоты?
7.Что такое полноценные белки, какие продукты их содержат?
8.Суточная норма потребления белка, может ли она изменяться?
9. Чем опасен белковый голод?
10.Какие конечные продукты образуются при распаде белков в клетках?
11.Что такое углеводы, доказать физиологическую роль углеводов?
12.В какой форме углеводы находятся в крови, норма углеводов в крови?
13.В какой форме углеводы запасаются, депонируются в организме и где?
14.Что такое гипергликемия, когда она возникает?
15.Какие гормоны поджелудочной железы регулируют углеводный обмен, их влияние на уровень глюкозы в крови?
17.Что такое жиры, доказать физиологическую роль жиров? Суточная норма потребления жиров?
18.Почему диетологи рекомендуют употреблять в пищу жиры растительного происхождения?
19.Что регулирует обмен жиров?
20.Доказать физиологическую роль воды?
21.Почему нельзя ограничивать прием воды у детей?
22.Что такое дегидратация?
23.Что регулирует обмен воды в организме?
24.Роль кальция, какие продукты богаты кальцием?
25.Роль железа, какие продукты богаты железом?
26.Роль йода, какие продукты богаты йодом?
27.Роль цинка…
28. Что такое минеральный голод?