| Головна |
| «« | ЗМІСТ | »» |
|---|
В результаті освоєння даного розділу студент повинен: знати
володіти
- знаннями про участь харчових речовин в обміні речовин.
Обмін речовин, або метаболізм (Від грец. metabole - перетворення), - це сукупність хімічних і фізичних перетворень, що відбуваються в живому організмі і забезпечують його життєдіяльність у взаємозв'язку з зовнішнім середовищем. В обміні речовин і енергії виділяють два протилежних взаємопов'язані процеси: анаболізм, що лежить в основі асиміляції, і катаболізм, основу якого становить дисиміляція.
анаболизм (Від грец. anabole - підйом) - сукупність процесів синтезу тканинних і клітинних структур, а також необхідних для життєдіяльності організму сполук. Анаболизм забезпечує зростання, розвиток і оновлення біологічних структур, накопичення енергетичного субстрату. Енергія накопичується у вигляді високоенергетичних фосфатних сполук (макроергів), таких як АТФ.
катаболізм (Від грец. katabole - скидання вниз) - сукупність процесів розпаду тканинних і клітинних структур і розщеплення складних сполук для енергетичного і пластичного забезпечення процесів життєдіяльності. При катаболизме вивільняється хімічна енергія, яка використовується організмом для підтримки структури і функції клітини, а також для забезпечення специфічної клітинної активності: скорочення м'язів, виділення секрету залоз і т. Д. Кінцеві продукти катаболізму - вода, вуглекислий газ, аміак, сечовина, сечова кислота и др видаляються з організму.
Таким чином, катаболичні процеси постачають енергію і вихідні речовини для анаболізму. Анаболічні процеси необхідні для побудови і відновлення структур і клітин, формування тканин в процесі росту, для синтезу гормонів, ферментів та інших сполук, необхідних для життєдіяльності організму. Для реакцій катаболізму вони поставляють підлягають розщепленню макромолекули. Процеси анаболізму і катаболізму взаємопов'язані і знаходяться в організмі в стані динамічної рівноваги. Стан рівноважного або нерівноважного співвідношення анаболізму і катаболізму залежить від віку, стану здоров'я, виконуваної фізичної або психічної навантаження. У дітей переважання анаболічних процесів над катаболичними характеризує процеси росту і накопичення маси тканин. Найбільш інтенсивне збільшення маси тіла спостерігається в перші три місяці життя - 30 г / добу. До року вона знижується до 10 г / добу, в наступні роки зниження триває. Енергетична вартість зростання також найбільш велика в перші три місяці і становить близько 140 ккал / добу або 36% енергетичної цінності їжі. Від трьох років і до періоду статевого дозрівання вона знижується до 30 ккал / добу, а потім знову зростає - до 110 ккал / добу. Анаболічні процеси більш інтенсивні у дорослих людей в період одужання після хвороби. Переважання катаболічних процесів характерно для людей старих або виснажених важкою тривалою хворобою. Як правило, це пов'язано з поступовим руйнуванням тканинних структур і виділенням енергії.
Суть обміну речовин полягає в надходженні в організм різних поживних речовин із зовнішнього середовища, засвоєнні і використанні їх в якості джерел енергії та матеріалу для побудови структур організму і виділенні утворюються в процесі життєдіяльності продуктів обміну в зовнішнє середовище. У зв'язку з цим виділяють чотири основні складові функції обміну '.
Обмін речовин в організмі відбувається в кілька етапів. Перший етап - перетворення харчових речовин в травному тракті. Тут складні речовини злиденні розщеплюються до більш простих - глюкози, амінокислот і жирних кислот, здатних всмоктуватися в кров або лімфу. При розщепленні поживних речовин в шлунково-кишковому тракті виділяється енергія, яка отримала назву первинної теплоти. Вона використовується організмом для підтримки температурного гомеостазу.
Другий етап перетворення речовин проходить всередині клітин організму. Це так званий внутрішньоклітинний, або проміжний, обмін. Усередині клітини продукти першого етапу обміну - глюкоза, жирні кислоти, гліцерин, амінокислоти - окислюються і фосфорилюються. Ці процеси супроводжуються вивільненням енергії, велика частина якої запасається в макроергічсскіх зв'язках АТФ. Продукти реакції забезпечують клітину будівельними блоками для синтезу різноманітних молекулярних компонентів. Вирішальна роль при цьому належить численним ферментам. За їх участі всередині клітини здійснюються складні хімічні реакції окислення і відновлення, фосфорилювання, переамінування тощо. Обмін речовин в клітині можливий лише при інтеграції всіх складних біохімічних перетворень білків, жирів і вуглеводів за участю загальних для них джерел енергії (АТФ) і за рахунок існування загальних попередників або загальних проміжних речовин. Загальний енергетичний запас клітини утворюється за рахунок реакції біологічного окислення.
Біологічне окислення буває аеробних і анаеробних. аеробні (Від лат. АЕГ - повітря) процеси вимагають наявності кисню, здійснюються в мітохондріях і супроводжуються накопиченням великої кількості енергії, що покриває основні енерговитрати організму. анаеробні процеси протікають без участі кисню, в основному в цитоплазмі і супроводжуються накопиченням невеликої кількості енергії у вигляді АТФ, використовуваної для задоволення обмежених короткочасних потреб клітини. Так, для м'язової тканини дорослої людини характерні аеробні процеси, в той час як в енергетичному обміні плода і дітей перших днів життя переважають анаеробні процеси.
При повному окисленні 1 М глюкози або амінокислот утворюється 25,5 М АТФ, а при повному окисленні жирів - 91,8 М АТФ. Енергія, запасені в АТФ, використовується організмом для здійснення корисної роботи і перетворюється у вторинну теплоту. Таким чином, енергія, що вивільняється при окисленні поживних речовин в клітині, в кінцевому рахунку, перетворюється в теплову енергію. В результаті аеробного окислення продукти поживних речовин перетворюються в С02 і Н20, нешкідливі для організму.
Однак в клітці може відбуватися і пряме з'єднання кисню з окислювальними речовинами без участі ферментів, що отримало назву вільнорадикального окислення. При цьому утворюються високотоксичні для організму вільні радикали і перекису. Вони пошкоджують мембрани клітини і руйнують структурні білки. Попередженням такого виду окислення є вживання в їжу вітамінів Е, А, С та ін., А також мікроелементів (Se і ін.), Які перетворюють вільні радикали в стабільні молекули і запобігають утворенню отруйних перекисів. Це забезпечує нормальний перебіг біологічного окислення в клітині.
кінцевий етап обміну речовин - виділення продуктів розпаду з сечею і екскретів потових і сальних залоз.
Пластичний і енергетичний обміни виступають в організмі як єдине ціле, проте роль різних харчових речовин в їх здійсненні неоднакова. У дорослої людини продукти розщеплення жирів і вуглеводів в основному використовуються для забезпечення енергетичних процесів, а білків - для побудови та відновлення структур клітин. У дітей в зв'язку з інтенсивним зростанням і розвитком організму в пластичних процесах беруть участь вуглеводи. Біологічне окислення служить джерелом не тільки багатих енергією фосфатів, а й вуглецевих сполук, що використовуються при біосинтезі амінокислот, вуглеводів, ліпідів і інших компонентів клітини. Цим пояснюється значно вища інтенсивність енергетичного обміну у дітей.
Вся енергія хімічних зв'язків надходять в організм поживних речовин в результаті перетворюється в тепло (первинну і вторинну теплоту), тому за кількістю утворився тепла можна судити про величину енергетичних витрат для здійснення життєдіяльності.
Для оцінки енерговитрат організму застосовуються методи прямої і непрямої калориметрії, за допомогою яких можна визначити кількість тепла, виділеного організмом людини. пряма калориметрія заснована на вимірі кількості тепла, яке організм виділяє в навколишнє середовище (наприклад, за годину або за добу). З цією метою людини поміщають в спеціальну камеру - калориметр (Рис. 12.1). Стінки калориметр омиває вода, по температурі нагріву якою судять про кількість виділеної енергії. Пряма калориметрія забезпечує високу точність оцінки енерговитрат організму, але через громіздкість і складності цей спосіб використовується тільки для спеціальних цілей.
Для визначення енерговитрат людини частіше використовується більш простий і доступний метод непрямий калорімет-
Мал. 12.1. Метод прямої калориметрії
Калориметр використовується для досліджень, що проводяться на людину. Сумарна енергія, що виділяється складається з: 1) виникає тепла, вимірюваного по підвищенню температури води, що протікає в змійовику камери; 2) прихованої теплоти пароутворення, вимірюваної але кількістю водяної пари, що витягають із навколишнього повітря першим поглиначем Н20; 3) роботи, спрямованої на об'єкти, що знаходяться поза камерою. споживання 02 вимірюється по його кількості, яке доводиться додавати, щоб зміст його в камері залишалося постійним
рії - за даними газообміну. З огляду на, що загальна кількість енергії, що виділяється організмом, є результатом розпаду білків, жирів і вуглеводів, а також знаючи кількість енергії, що виділяється при розпаді кожного з цих речовин (їх енергетичну цінність), і кількість розпалися речовин за певний проміжок часу, можна обчислити кількість звільняється енергії. Щоб встановити, які речовини піддалися в організмі окисленню (білки, жири або вуглеводи), обчислюють дихальний коефіцієнт (ДК), під яким розуміють відношення обсягу виділеної вуглекислоти до обсягу поглиненого кисню. Дихальний коефіцієнт виявляється різним при окисленні білків, жирів і вуглеводів. При наявності відомостей про обсяги поглиненого кисню і видихнути вуглекислого газу метод непрямої калориметрії називається «повним газовим аналізом». Для його виконання необхідна апаратура, що дозволяє визначити обсяг вуглекислого газу. У класичній біоенергетиці з цією метою використовують мішок Дугласа, газові годинник, а також газоаналізатор Холдена, в якому існують поглиначі вуглекислого газу і кисню. Метод дозволяє оцінити процентне співвідношення 02 і С02 в досліджуваній пробі повітря. За даними вимірів розраховується обсяг поглиненого кисню і видихнути вуглекислого газу.
Розберемо сутність цього методу на прикладі окислення глюкози. Сумарна формула розпаду вуглеводів виражається рівнянням
Для жирів ДК дорівнює 0,7. При окисленні білкової і змішаної їжі величина ДК приймає проміжне значення: між 1 і 0,7.
Випробуваний бере в рот мундштук мішка Дугласа (рис. 12.2), його ніс закривають затискачем, і весь видихається за певний проміжок часу повітря збирається в гумовий мішок.
Обсяг повітря, що видихається визначається за допомогою газових годин. З мішка беруть пробу повітря і визначають в ній вміст кисню і вуглекислого газу. Зміст газів у вдихуваному повітрі відомо. По різниці у відсотках обчислюють кількість спожитого кисню, виділеного вуглекислого газу і ДК:
Знаючи величину ДК, знаходять теплотворний еквівалент кисню (КЕО2) (табл. 12.1), т. Е. Кількість тепла, що утворюється в організмі при споживанні 1 л кисню.
Мал. 12.2. Мішок Дугласа, який використовується для визначення легеневої вентиляції
Помноживши значення ке02 на кількість літрів спожитого 02, отримують величину обміну за той проміжок часу, протягом якого визначався газообмін.
По ній визначають добову величину обміну.
В даний час існують автоматичні газоаналізатори, що дозволяють одночасно визначити обсяг споживаного 02 і обсяг видихнути С02. Однак більшість наявних медичних приладів дозволяє визначити лише обсяг поглиненого 02, тому в практиці широко використовується метод непрямої калориметрії, або неповний газовий аналіз. В цьому випадку визначається лише обсяг поглиненого 02, тому розрахунок ДК неможливий. Умовно приймають, що в організмі окислюються вуглеводи, білки, жири. Вважається, що ДК в цьому випадку дорівнює 0,85. Йому відповідає ке02, рівний 4,862 ккал / л. Подальші розрахунки проводяться, як і при повному газовому аналізі.
Таблиця 12.1
Значення ДК і ке02 при окисленні в організмі різних поживних речовин
|
речовина |
Енергетична цінність, ккал / г |
02, л / г |
С02, л / г |
ДК |
КЕТ2, ккал / л |
|
вуглеводи |
4,0 |
0,81 |
0,81 |
1,0 |
5,05 |
|
білки |
4,0 |
0,94 |
0,75 |
0,80 |
4,46 |
|
жири |
9,0 |
1,96 |
1,39 |
0,70 |
4,69 |