УГЛЕВОДЫ, ЖИРЫ И БЕЛКИ — ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ

ЭкоЦентр "Экосистема" разработал более 140 методических материалов по изучению природы:


Полевые определители для смартфонов и планшетов в магазинах RuStore, RuMarket, Google Play и App Store

Определители растений и животных для PC Windows

Определители
для PC

Сборники MP3 записей голосов птиц в природе

Голоса
птиц

Методики полевых экологических исследований

Методики
исследований

Учебные
видеофильмы

Определительные
таблицы

Карманные
определители

Всё это можно приобрести в нашем некоммерческом Интернет-магазине

ГЛАВНАЯ >>> РЕФЕРАТЫ И СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ПРИРОДЕ

Главная
English
Биологический кружок ВООП
Гостю кружка
Планы кружка
Экспедиции и выезды
Исследовательская работа
Программа "Parus"
История кружка
Контакты кружка
Полевой центр
Фотогалерея
Летопись биостанции
Статьи о биостанции
Исследовательские работы
Учебные программы
Полевые практикумы
Методические семинары
Вебинары
Исследовательская работа
Проектная деятельность
Экспедиции и лагеря
Экологические тропы
Экологические игры
Публикации (статьи)
Методические материалы
Наглядные определители
Карманные определители
Определительные таблицы
Энциклопедии природы России
Компьютерные определители
Мобильные определители
Учебные фильмы
Методические пособия
Полевой практикум
Природа России
Минералы и горные породы
Почвы
Грибы
Лишайники
Водоросли
Мохообразные
Травянистые растения
Деревья и кустарники
Ягоды и сочные плоды
Насекомые-вредители
Водные беспозвоночные
Дневные бабочки
Рыбы
Амфибии
Рептилии
Птицы, гнезда и голоса
Млекопитающие и следы
Фото растений и животных
Систематический каталог
Алфавитный каталог
Географический каталог
Поиск по названию
Галерея
Природные ландшафты мира
Физическая география России
Физическая география мира
Европа
Азия
Африка
Северная Америка
Южная Америка
Австралия и Новая Зеландия
Антарктика
Рефераты о природе
География
Геология и почвоведение
Микология
Ботаника
Культурные растения
Зоология беспозвоночных
Зоология позвоночных
Водная экология
Цитология, анатомия, медицина
Общая экология
Охрана природы
Заповедники России
Экологическое образование
Экологический словарь
Географический словарь
Художественная литература
Международные программы
Общая информация
Полевые центры (Великобритания)
Международные экспедиции (США)
Курс полевого образования (США)
Международные контакты
Интернет-магазин
Карманные определители
Цветные таблицы
Компьютерные определители
Энциклопедии природы
Методические пособия
Учебные фильмы
Комплекты материалов
Контакты
Гостевая книга
Ссылки
Партнеры
Наши баннеры
Карта сайта

Видео-360 по экологии на нашем Youtube канале

Если Вам понравился и пригодился наш сайт - кликните по иконке "своей" социальной сети:

Объявления:

Международные дни наблюдений за птицами!
Союз охраны птиц России приглашает российских любителей птиц принять участие в акции и загрузить результаты своих наблюдений на www.biodat.ru Подробнее >>>

Здесь может быть бесплатно размещено Ваше объявление о проводимом Всероссийском конкурсе, Слёте, Олимпиаде, любом другом важном мероприятии, связанном с экологическим образованием детей или охраной и изучением природы. Подробнее >>>

Мы публикуем на нашем сайте авторские образовательные программы, статьи по экологическому образованию детей в природе, детские исследовательские работы (проекты), основанные на полевом изучении природы. Подробнее >>>

[ sp ] : ml об : { lf }

Пожалуйста, ставьте гиперссылку на сайт www.ecosystema.ru если Вы копируете материалы с этой страницы! Во избежание недоразумений ознакомьтесь с правилами использования и копирования материалов с сайта www.есоsystеmа.ru
Пригодилась эта страница? Поделитесь ею в своих социальных сетях:

УГЛЕВОДЫ, ЖИРЫ И БЕЛКИ — ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ

КОЗЛОВ Д.А., МОСКВА, 1998

План

I. Введение

II. Значение пищеварения для жизнедеятельности организма
1. Организм — единое целое
2. Пищеварительная система

III. Углеводы
1. Общие свойства углеводов
2. Свойства моносахаридов (глюкоза)
3. Свойства дисахаридов (сахароза, лактоза)
4. Свойства полисахаридов (крахмал, целлюлоза)
5. Углеводный обмен

IV. Жиры
1. Свойства липидов
2. Свойства жиров
3. Жировой обмен

V. Белки
1. Свойства аминокислот
2. Свойства белков
3. Белковый (азотный) обмен

VI. Обмен веществ и энергии
1. Понятие метаболизма
2. Биологическое окисление
3. АТФ (аденозинтрифосфотная кислота)
4. Особенности обмена веществ у детей
5. Нарушения обмена веществ

VII. Заключение

ВВЕДЕНИЕ

ХХ век — век прогресса, многих нововведений в жизнь человека, но и век новых болезней. На первый план выступили такие болезни, как СПИД, венерические, психосоматические и другие недуги, не столь распространенные в прошлом. Но мы как то забыли о еще одной болезни прогресса. Это — ожирение и, как не странно, дистрофия. В природе мы не встретим таких явлений, как избыточный вес, а тем более, ожирение. В животном мире фактически нет и следа этого, если не принимать во внимание домашних животных, жизнь которых непосредственно связана с человеком. И на это есть свое объяснение — прогресс в социальной и экономической жизни человека.

В примитивных обществах ожирение, как правило, было очень редким явлением. Отдельные случаи ожирения могли объясняться серьезными проблемами со здоровьем, особенно гормонального характера. В некоторых племенах именно исключительная природа ожирения дала начало настоящему культу тучности. На деле это явление было уникальным. В последующие столетия, во времена великих цивилизаций, которые хорошо описаны в документальных источниках, ожирение было большей частью атрибутом богатых, которым, вследствие их жизненного уровня, была доступна более "обработанная" пища. Богатые в прошлом были более тучными, чем бедняки, потому что они по-другому питались. Их пища была ближе к природной. Сегодня эта тенденция меняется, и вероятность обнаружить ожирение в наименее благополучных классах выше, тогда как богатые люди стали стройнее, поскольку активно стали следить за своим состоянием здоровья. Но это лишь только тенденция, не ставшая явлением повсеместным. Если история говорит нам, что ожирение — побочный продукт цивилизации (как в случае с Египтом и Римской Империей), то становится понятным, почему это явление проявляется в США. Несмотря на активную пропаганду здорового образа жизни, по данным специалистов, 64 % американцев — слишком тучные, 20 % — страдают ожирением. "Не эта ли страна действительно представляет передовую модель развития цивилизации, уже вступившей в фазу своего заката?".

Я также страдаю ожирением. Поэтому я хотел бы побольше узнать о процессах, происходящих при метаболизме, выяснить причины ожирения и других заболеваний, связанных с неправильным обменом веществ в организме.

В своей работе я хотел бы рассмотреть свойства питательных веществ, поступающих в организм в процессе обмена с окружающей средой. Эти питательные вещества могут быть сгруппированы в две категории: питательные вещества, обеспечивающие энергию (белки, углеводы и жиры), и питательные вещества, не связанные с обеспечением организма энергетическими запасами (клетчатка, вода, минеральные соли, микроэлементы, витамины). Роль питательных веществ, обеспечивающих энергию, состоит не только в том, чтобы дать живому организму энергетический потенциал, но и служить сырьем для многих процессов синтеза, который происходит при создании и перестройке живого организма. Одновременно я хотел бы рассказать о биологическом окислении, особенностях обмена веществ в детском организме, а также патологиях обмена веществ.

В своей работе я использовал разнообразные источники на русском и английском языках: энциклопедии, монографические издания, учебную литературу, специальные словари, список которых дан в библиографическом списке.

I. ЗНАЧЕНИЕ ПИЩЕВАРЕНИЯ

1. Организм — единое целое.

По определению, организм — совокупность систем органов, взаимосвязанных между собой. Какая связь, например, существует между мочевыделительной системой и опорно-двигательной? На первый взгляд, никакой прямой связи не видно. Однако, на самом деле, опорно-двигательная система защищает органы мочевыделительной системы от неблагоприятных воздействий окружающей среды. Нервная система контролирует все остальные системы, а пищеварительная система делает возможным процесс питания, как необходимое условие для нормального роста организма, его развития и жизнедеятельности. Пищеварительная система связана с мочевыделительной системой, с кровеносной системой, с опорно-двигательной системой и другими. Связи эти не только односторонни (обеспечение питательными веществами других систем), но и многофункциональны. На пищеварительную систему оказывают свое влияние практически все другие системы человека. Клеткам пищеварительной системы необходим кислород, который им поставляет кровеносная система, связанная, в свою очередь, со всеми без исключения системами организма. А если пищеварительная система дает какие-либо сбои, то все внутренние и внешние органы человека недополучают или получают в чрезмерно избыточном количестве вещества, что приводит к патологическим изменениям данного органа.

Рассмотрим подробнее пищеварительную систему и сам процесс пищеварения животного организма.

2. Пищеварительная система

Пищеварительная система — это совокупность взаимосвязанных органов, обеспечивающих переваривание пищи, необходимой для жизнедеятельности организма. Все органы пищеварительной системы соединены в единый анатомический и функциональный комплекс. Они образуют пищевой канал, который начинается ротовым отверстием и заканчивается задним проходом. Нормальное пищеварение происходит при участии всех органов пищеварительной системы. Вся пищеварительная система может быть разделена на отделы: 1) воспринимающий; 2) проводящий; 3) собственно пищеварительный отдел; 4) отдел всасывания воды, резидуального пищеварения, обратного всасывания солей, различных эндогенных компонентов.

Стенки пищеварительной системы на всем ее протяжении состоят из четырех слоев: серозной, мышечной, подслизистой и слизистой оболочек. Серозная оболочка — наружный слой пищеварительной трубки, построенной из рыхлой волокнистой соединительной ткани. Мышечная оболочка состоит из внутреннего слоя кольцеобразных и наружного слоя продольных мышц. Волнообразные сокращения — перистальтика — обусловлены координированной работой этих мышц. В желудке мышечная оболочка представлена тремя слоями: продольный (наружный), циркулярный (средний) и внутренний. Подслизистая основа состоит из соедительной ткани, содержащей эластичные волокна и коллаген. В ней расположены нервные сплетения, кровеносные и лимфатические сосуды. Здесь же могут находиться железы, выделяющие слизь. Слизистая оболочка представлена железистым эпителием, секретирующим в некоторых местах слизь и пищевые ферменты. Его клетки расположены на базальной мембране, под которой находятся соединительная ткань и мышечные волокна.

Пищеварение — это расщепление питательных веществ, обеспеченных системой механических, физико-химических и химических процессов. Расщепление большинства органических компонентов осуществляется под действием гидролитических ферментов, синтезируемых специальными клетками на всем протяжении желудочно-кишечного тракта. Эндогидролазы и другие специальные вещества обеспечивают расщепление крупных молекул и образование промежуточных продуктов. Последующая обработка пищи осуществляется в результате ее постепенного перемещения по желудочно-кишечному тракту.

Далее мы рассмотрим по отдельности основные компоненты питательных веществ, непосредственно участвующих в процессе пищеварения. Это — углеводы, жиры и белки.

II. УГЛЕВОДЫ

1. Общие свойства углеводов

Углеводы — группа органических веществ общей формулы — Cm H₂n On. Формально Cm(H₂O) n — соединение углерода и воды. Отсюда и название: углеводы.

Основные функции углеводов:

1) энергетическая (при окислении простых сахаров, в первую очередь, глюкозы организм получает основную часть необходимой ему энергии) ;

2) запасающая (такие полисахариды, как крахмал и глюкоген, играют роль источников глюкозы, высвобождая ее по мере необходимости) ;

3) опорно-строительная (из хитина, например, построен панцирь насекомых).

Углеводы делят на простые или моносахариды, не способные к гидролизу, и сложные углеводы, гидролизующиеся на ряд простых. По числу атомов углерода углеводы делят на тетрозы, пентозы, гексозы и т.д., а по химическому строению — это многоатомные альдегидо — и кетоноспирты — альдозы и кетозы. Наибольшее значение для питания имеют гекзозы. Сложные углеводы по количеству получающихся при гидролизации простых углеводов делят на дисахариды, трисахариды и т.д. и полисахариды, дающие при гидролизе много атомов простых углеводов. Полисахариды делят на гомополисахариды, которые дают при гидролизе один вид простых углеводов и гетеросахариды, которые дают при гидролизе смесь простых углеводов и их производных.

2. Свойства моносахаридов.

Моносахариды — бесцветные кристаллические вещества, хорошо рстворимые в воде, плохо — в спирте, нерастворимые в эфире. Моносахариды — основной источник энергии в организме человека.

Самый важный моносахарид — глюкоза. Название произошло от греческого — glykys — сладкий. Химическая формула — C₆H₁₂O₆. Молекулы глюкозы выполняют роль биологического топлива в одном из важнейших энергетических процессов в организме — в процессе гликолиза. В пентозном цикле глюкоза окисляется до СO₂ и воды, генерируя энергию для некоторых реакций. В природе встречается D — глюкоза.

Глюкоза очень легко окисляется оксидами и гидроксидами тяжелых металлов. Полное окисление глюкозы идет по уравнению:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6 H₂O + 686 ккал.

Значительная часть выделенной энергии аккумулируется в АТФ. Постоянный источник глюкозы в организме — гликоген. В растворах глюкоза существует в виде пяти таутомерных форм — a — и b-глюкоприраноз с шестичленным кольцом, a — и b-глюкофураноз с пятичленным кольцом, а также в виде открытой формы со свободной альдегидной группой. a — и b-формы отличаются простраственным расположением полуацетального гидроксида.

Недостаток глюкозы вызывает ацидоз и кетоз. Избыток — диабет. Норма содержания в крови — 0,1 %.

3. Свойства дисахаридов

Основным представителем дисахаридов является сахароза. Молекула сахарозы состоит из остатков молекулы D-глюкозы и D-фруктозы. Химическая формула — C12H₂2O11. Сахароза — один из главных углеводов в организме человека, бесцветное кристаллическое вещество. При температуре выше 200є C разлагается с образованием так называемых карамелей. Сахароза не растворима в неполярных органических растворителях, в абсолютном метаноле и этаноле, умеренно растворима в атилацетате, анилине, в водных растворах метанола и этанола. Хорошо растворима в воде. Сахароза не обладает редуцентными свойствами, поэтому она устойчива к действию щелочей, но гидрализуется под влиянием кислот и ферментов сахараз с образованием D — глюкозы и D-фруктозы. Со щелочным металлами образует сахараты. Сахароза является одним из основных дисахаридов. Она гидролизуется HCl желудочного сока и сахаразой слизистой оболочкой тонкой кишки человека.

Сахароза входит в состав сахара (99,75 %), используемого для придания пище сладкого вкуса. Сахарозу также называют свекловичным сахаром.

Другой представитель дисахаридов — лактоза (молочный сахар). Она состоит из остатков гелактозы и глюкозы. Лактоза — важная составная часть молока млекопитающих и человека. Образуется в процессе лактации в молочной железе из глюкозы и является для новорожденных ее источником. Лактоза облегчает всасывание кальция их кишечника. Содержание лактозы в женском молоке — 7 г/ 100 мл. В молоке коров и коз — 4,5г/100 мл.

4. Свойства полисахаридов

Основным источником полисахаридов является крахмал. Крахмал — основной резервный полисахарид растений. Образуется в клеточных органеллах зеленых листьев в результате процесса фотосинтеза. Крахмал является основной частью важнейших продуктов питания. Конечные продукты ферментативного расщепления — глюкозо — один — фосфат — представляет собой важнейшие субстраты как энергетического обмена, так и синтетических процессов. Химическая формула крахмала — (C₆H₁₀O₅) n. Переваривание крахмала в пищеварительном тракте осуществляется при помощи a-амилазы слюны, дисахааридаз и глюкоамилаз щеточной каймы слизистой оболочки тонкой кишки. Глюкоза, являющаяся конечным продуктом распада пищевого крахмала, всасывается в тонкой кишке. Калорийность крахмала — 4,2 ккал/г.

Целлюлоза. Химическая формула целлюлозы (C₆H₁₀O₅) n, такая же как и у крахмала. Цепи целлюлозы построены в основном из элементарных звеньев ангидро — D-глюкозы, соединенных между собой 1,4 — b-глюкозидными связями. Целлюлоза, содержащаяся в пище, является одним из основных балластных веществ, или пищевых волокон, играющих чрезвычайно важную роль в нормальном питании и пищеварении. Эти волокна не перевариваются в желудочно-кишечном тракте, но способствуют его нормальному функционированию. Они адсорбируют на себе некоторые токсины, препятствуют их всасыванию в кишечник.

5. Углеводный обмен

Углеводный обмен представляет собой совокупность процессов превращений углеводов в организме человека и животных.

Процесс превращений углеводов начинается с переваривания их в ротовой полости, где происходит частичное расщепление крахмала под действием фермента слюны — амилазы. В основном углеводы перевариваются и всасываются в тонком кишечнике и затем с током крови разносятся в ткани и органы, а основная часть их, главным образом глюкоза, накапливается в печени в виде гликогена. Глюкоза с кровью поступает в те органы и ткани, где возникает потребность в ней, причем скорость проникновения глюкозы в клетки определяется проницаемостью клеточных оболочек. В клетки печени глюкоза проникает свободно, в клетки мышечной ткани проникновение глюкозы связано с затратой энергии; во время мышечной работы проницаемость клеточной стенки значительно возрастает. В клетках глюкоза претерпевает процесс превращений на молекулярном уровне в процессе биологического окисления с накоплением энергии.

Пр окислении глюкозы в пентозном (аэробном) цикле образуется восстановленный никотинамид-адениннуклеотидфосфат, необходимый для восстановительных синтезов. Кроме того промежуточные продукты этого цикла являются материалом для синтеза многих важных соединений.

Регуляция углеводного обмена в основном осуществляется гормонами и центральной нервной системой. О состоянии углеводного обмена можно судить по содержанию сахара в крови (в норме 70-120 мг %). При сахарной нагрузке эта величина возрастает, но затем быстро достигает нормы. Нарушения углеводного обмена возникают при различных заболеваниях. Так, при недостатке инсулина наступает сахарный диабет, а понижение активности одного из ферментов углеводного обмена — мышечной фосфорилазы — ведет к мышечной дистрофии.

III. ЖИРЫ

1. Свойства липидов

Липиды представляют собой разнородную группу биоорганических соединений, общим свойством которых является их нерастворимость в воде и хорошая растворимость в неполярных растворителях. К липидам относятся вещества с различным химическим строением. Большая их часть является сложными эфирами спиртов и жирных кислот. Последние могут быть как насыщенными, так и ненасыщенными. Наиболее часто в состав липидов входит пальмитииновая, стереатиновая, олеиновая, линоливая и линоленовая кислоты. Спиртами обычно являются глицерин и сфингоцин, а также некоторые другие вещества. В состав молекул сложных липидов могут входить и другие компоненты.

При присоединении остатка ортофосфорной кислоты образуются фосфолипиды. Стероиды составляют совершенно особую группу липидов. Они построены на основе высокомолекулярного спирта — холистерола. В организме липиды выполняют следующие функции: 1) строительную, 2) гормональную, 3) энергетическую, 4) запасающую, 5) защитную, 6) участие в метаболизме.

2. Свойства жиров

Все природные жиры — смесь глицеридов, не только симметричных, т.е. с тремя одинаковыми остатками жирных кислот, но и смешанных. Симметричные глицериды встречаются чаще в растительных маслах. Животные жиры отличаются весьма разнообразным составом жирных кислот. Жирные кислоты, входящие в состав триглициридов, определяют их свойства. Триглицириды способны вступать во все химические реакции, свойственные эфирам. Наибольшее значение имеет реакция омыления, в результате которой из триглицирида образуется глицерин и жирные кислоты.

Омыление происходит как при гидролизе, так и при действии кислот или щелочей.

Жиры — питательное вещество, является обязательной составной частью сбалансированного пищевого рациона человека. Они — важный источник энергии, который можно рассматривать как природный пищевой концентрат большой энергетической ценности, способный в небольшом объеме обеспечить организм энергией. Средняя потребность жиров для человека — 80-100 г в сутки. Один грамм жиров при окислении дает 9,3 ккал. Жиры также являются растворителями витаминов A, D и E. Обеспеченность организма в этих витаминах зависит от поступления жиров в составе пищи. С жирами в организм вводится комплекс биологически активных веществ, играющих важнейшую роль в нормальном жировом обмене.

3. Жировой обмен.

Жировой обмен представляет собой совокупность процессов превращений жиров в организме. Обычно различают три стадии жирового обмена : 1) расщепление и всасывание жиров в желудочно-кишечном тракте; 2) превращение всосавшихся жиров в тканях организма; 3) выделение продуктов жирового обмена из организма. Основная часть пищевых жиров подвергается перевариванию в верхних отделах кишечника при участии фермента липазы, который выделяется поджелудочной железой и слизистой оболочкой желудка. В результате расщепления образуется смесь жирных кислот, ди — и моноглицеридов.

Процессу расщепления и всасывания жиров и других липидов способствует выделение в кишечник желчных кислот, благодаря которым жиры переходят в эмульгированное состояние. Часть жиров всасывается в кишечнике в нерасщепленном виде. Всосавшиеся жирные кислоты частично используются в слизистой оболочке кишечника для ресинтеза триглицеридов и фосфолипидов, а частично переходят в кровь системы воротной вены или в лимфатические сосуды.

Количество нейтральных жиров и жирных кислот в крови непостоянно и зависит от поступления жиров с пищей и от скорости отложения жира в жировых депо. В тканях жиры расщепляются под действием различных липаз, а образовавшиеся жирные кислоты входят в состав других соединений (фосфолипиды, эфиры холестерина и т.д.) или окисляются до конечных продуктов. Окисление жирных кислот совершается несколькими путями. Часть жирных кислот при окислении в печени дает ацетоуксусную и b-оксимасляную кислоты, а также ацетон. При тяжелом сахарном диабете количество ацетоновых тел в крови резко увеличивается. Синтез жиров в тканях происходит из продуктов жирового обмена, а также из продуктов углеводного и белкового обмена.

Нарушения жирового обмена обычно разделяют на следующие группы: 1) нарушения всасывания жира, его отложения и образования в жировой ткани; 2) избыточное накопление жира в органах и тканях, не относящихся к жировой ткани; 3) нарушения промежуточного жирового обмена; 4) нарушения перехода жиров из крови в ткани и их выделения.

IV. БЕЛКИ

1. Свойства аминокислот

Особо важное место среди низкомолекулярных природных органических соединений принадлежит аминокислотам. Они являются производными карбоновых кислот, где один из атомов водорода в углеводородном радикале кислоты замещен на аминогруппу, располагающуюся, как правило, по соседству с карбоксильной группой. Многие аминокислоты являются предшественниками биологически активных соединений: гормонов, витаминов, алкалоидов, антибиотиков и др.

Подавляющее большинство аминокислот существует в организмах в свободном виде. Но несколько десятков из них находятся в преимущественно связанном состоянии, т.е. в соединении с другими органическими веществами: b-аланин, например, входит в состав ряда биологически активных соединений, а многие a-аминокислоты — в состав белков. Таких a-аминокислот насчитывается 18. В состав белков также входят два амида аминокислот — аспарагин и глутамин. Эти аминокислоты получили название белковых или протеиногенных. Именно они составляют важнейшую группу природных аминокислот, так как только им присуще одно замечательное свойство — способность при участии ферментов присоединяться по аминным и карбоксильным группам и образовывать полипептидные цепи.

Искусственно синтезированные w-аминокислоты служат сырьем для производства химических волокон.

2. Свойства белков

Особенно характерен для белков 15-18 % уровень содержания азота. На заре белковой химии, когда не умели еще определять ни молекулярную массу белков, ни их химический состав, ни тем более структуру белковой молекулы, этот показатель играл большую роль при решении вопроса о принадлежности высокомолекулярного вещества к классу белков. Естественно, что сейчас данные об элементарном составе белков утратили свое былое значение для их характеристики.

Белки вступают во взаимодействие с самыми различными веществами. Объединяясь друг с другом или нуклеиновыми кислотами, полисахаридами и липидами, они образуют рибосомы, митохондрии, лизосомы, мембраны эндоплазматической сети и другие субклеточные структуры, в которых благодаря пространственной организации белков и свойственной ряду из них ферментативной активности осуществляются многообразные процессы обмена веществ. Поэтому именно белки играют выдающуюся роль в явлениях жизни. По своей химической природе белки являются гетерополимерами протеиногенных аминокислот. Их молекулы имеют вид длинных цепей, которые состоят из аминокислот, соединенных пептидными связями.

В самых маленьких полипептидных цепях белков содержится около 50 аминокислотных остатков. В самых больших — около 1500.

В настоящее время первичная структура белка выявлена примерно у 2 тысяч белков. У инсулина, рибонуклеазы, лизоцима и гормона роста она подтверждена путем химического синтеза.

Белки составляют важнейшую часть пищи человека. В наше время 10-15 % населения Земли голодают, а 40 % получают неполноценную пищу с недостаточным содержанием белка. Поэтому человечество вынуждено индустриальным путем производить белок — наиболее дефицитный продукт на Земле. В качестве заменителя белка перспективно также промышленное производство незаменимых аминокислот.

3. Белковый обмен

У животных и человека белковый обмен слагается из трех основных этапов: 1) гидролитического распада азотосодержащих веществ в желудочно-кишечном тракте и всасывание образовавшихся продуктов; 2) превращение этих продуктов в тканях, приводящее к образованию белков и аминокислот; 3) выделение конечных продуктов белкового обмена из организма.

Во взрослом организме в норме количество синтезируемого белка равно суммарному количеству распадающихся тканевых и пищевых белков (в сутки, т.е. азотистый баланс близок к нулю). Такое состояние называется белковым равновесием. Белковое равновесие является динамическим, так как в организме практически не создается запаса белков, и равновесие может устанавливаться при различных количествах потребляемого белка (в определенных пределах). В период роста или восстановления сил после болезни (белкового голодания) в организме наблюдается интенсивная задержка азота, азотистый баланс становится положительным. Основные процессы, связанные с белковым обменом, — дезаминирование аминокслот, взаимопревращение аминокислот, протекающее с переносом аминогрупп (переаминирование), аминирование кетокислот, распад белка на аминокислоты и новообразования белков органов и тканей, в том числе белков ферментов.

V. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

1. Понятие метаболизма

Метаболизм — совокупность химических реакций и сопутствующих им химических процессов в организме, в результате которых происходит поступление веществ, их усвоение, использование в процессах жизнедеятельности и выделение ненужных соединений в окружающую среду. Питательные вещества, поступающие с пищей, являются, с одной стороны, источником энергии, необходимой для осуществления всех процессов, а с другой стороны, пластическим материалом, из которого строится тело организма. Помимо трех основных классов питательных веществ — белков, жиров, углеводов, пища содержит ряд соединений — соли, витамины, не имеющие большой энергетической ценности и не выполняющие функции строительных блоков, однако играющие важнейшую роль в протекании различных биохимических реакций и участвующие в регуляции обмена веществ.

2. Биологическое окисление

При биологическом окислении от органической молекулы под действием соответствующего фермента отщепляются два атома водорода. В ряде случаев при этом между ферментами и окисленной молекулой образуется неустойчивая, богатая энергией (макроэнергетическая) связь. Она используется для образования АТФ — "конечной цели" большинства процессов биологического окисления. А два отнятых атома водорода оказываются в результате реакции связанными с коферментом НАД (никотинамидадениндинуелеотидом) или с НАДФ (никотинамидадениндинуелеотидфосфатом).

Дальнейшая судьба водорода может быть различной. При анаэробном окислении он переносится на некоторые органические молекулы. При аэробном окислениии водород передаётся на кислород с образованием воды. Основная часть цепи переноса водорода расположена в мембранах митохондрий. При этом из АДФ и неорганического фосфата образуется АТФ.

Надо отметить, что аэробное окисление намного эффективнее анаэробного. В первом случае из 1 молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ, а во втором — 36, где глюкоза "сжигается" до CO₂ и воды. Это и объясняет широкое распространение и бурную эволюцию аэробных организмов.

3. АТФ (аденозинтрифосфорная кислота)

Так как АТФ является универсальным аккумулятором энергии в организме человека и животных, я счел нужным рассказать и про нее.

АТФ — нуклеозидтрифосфат, состоит из гетероциклического основания — аденина, углеводного компонента — рибозы и трех остатков фосфорной кислоты, соединенных последовательно друг с другом. В молекуле АТФ имеются три макроэнергетические связи.

АТФ содержится в каждой клетке животных и растений — в растворимой фракции цитоплазмы клетки — митохондриях, и ядрах. Она служит главным переносчиком химической энергии в клетки и играет важную роль в ее энергетике.

АТФ образуется из АДФ (аденозиндифосфорной) кислоты и неорганического фосфата (Фн) за счет энергии окисления в специфических реакциях фосфорилирования, происходящих в процессах гликолиза, внутримышечного дыхания и фотосинтеза. Эти реакции протекают в мембранах фторопластов и митохондрий, а также в мембранах фотосинтезирующих бактерий.

При химических реакциях в клетке потенциальная химическая энергия, запасенная в макроэнергетических связях АТФ, может переходить во вновь образующиеся фосфорилированные соединения: АТФ + D-глюкоза= АДФ + D — глюкозо-6-фосфат.

При гидролизе АТФ (АТФ + H₂О у АДФ + Фн.).

Она преобразуется в энергию тепловую, лучистую, электрическую, механическую и т.п., то есть служит в организме для теплообразования, свечения, накопления электричества, выполнения механической работы, биосинтеза белков, нуклеиновых кислот, сложных углеводов, липидов.

АТФ — единый универсальный источник энергии для функциональной деятельности клетки.

4. Особенности обмена веществ у детей

Основные этапы обмена веществ у детей с момента рождения до формирования взрослого организма имеет ряд своих особенностей. При этом меняются количественные характеристики, происходит качественная перестройка обменных процессов. У детей, в отличие от взрослых, значительная часть энергии расходуется на рост и пластические процессы, которые наиболее велики у новорожденных и детей раннего возраста.

Основной обмен веществ у детей меняется в зависимости от возраста ребенка и типа питания. По сравнению с первыми днями жизни, к полутора годам обмен веществ увеличивается более чем вдвое. Однако к периоду полового созревания расход энергии на основной обмен уменьшается на 300 ккал/куб.м. При этом у мальчиков энергетические затраты на основной обмен в пересчете на один килограмм веса выше, чем у девочек. С ростом увеличиваются расходы энергии на мышечную деятельность.

Незавершенность развития гуморальных и нервных механизмов регуляции является главной причиной во многом, определяющей особенности обмена веществ у детей. Выражением незрелости регуляторных механизмов является, например, значительное колебание осмотического давления плазмы крови, тенденция к гиперкалиемии и др.

Со второй недели жизни ребенка белковый обмен характеризуется положительным азотистым балансом и повышенной потребностью в белке. Ребенку требуется в 4-7 раз больше аминокислот, чем взрослому. У ребенка также имеется большая потребность в углеводах. За их счет главным образом покрываются калорийные потребности. Углеводный обмен тесным образом связан с белковым. Энергия реакций углеводного обмена требуется для полного использования жира. Жир составляет 1/8 части тела ребенка и является носителем энергии, способствует усвоению жирорастворимых витаминов, защищает организм от охлаждения, является структурной частью многих тканей. Отдельные ненасыщенные жирные кислоты необходимы для роста и нормальных функций кожи.

У детей имеется физиологическая тенденция к кетозу, в возникновении которого могут играть роль незначительные запасы гликогена. Содержание воды в тканях ребенка высокое и составляет у грудных детей 3/4 веса и с возрастом уменьшается.

5. Нарушения обмена веществ.

Нарушения обмена веществ лежат в основе всех функциональных и органических повреждений тканей и органов, ведущих к возникновению болезней. Происходящие изменения в протекании химических реакций сопровождаются большими или меньшими сдвигами в энергетических процессах. Различают четыре уровня, в которых происходят нарушения обмена веществ: 1) молекулярный; 2) клеточный; 3) органный и тканевый; 4) целостного организма.

Причинами нарушения обмена веществ на молекулярном уровне являются генетические дефекты, действия ингибиторных ферментов, а также недостаточное поступление в организм эссенциальных веществ метаболизма. Причинами обмена веществ могут служить также нарушения метаболизма на других уровнях. На этом уровне наблюдается изменение концентрации участков метаболической реакции; изменения активности ферментов или количество ферментов в результате нарушения скорости их синтеза, а также изменения в содержании кофакторов ферментарных реакций.

При нарушении обмена веществ на клеточном уровне повреждены мембраны митохондрий, лизосом, эндоплазматической сети, ядра и др. Причинами нарушения обмена веществ на клеточном уровне являются: нарушения биоэнергетических и анаболических процессов, прежде всего биосинтеза нуклеиновых кислот и белков, а также липидов, нарушения постоянства внутренней среды, нарушения нервной и гуморальной регуляции и др.

При нарушениях обмена веществ на органном и тканевом уровне изменяются специфические функции отдельных органов тканей. Его причины: органная гипоксия, регионарные нарушения гомеостаза, повреждения специальных метаболических процессов, обеспечивающих особые функции данного органа или ткани.

Наиболее опасным является нарушение обмена веществ на уровне целого организма. Его причинами чаще всего бывают заболевания центральной нервной системы и желез внутренней секреции, нарушения иннерваций тканей, гормональный дисбаланс, повреждения органов, обеспечивающих постоянство внутренней среды организма. При этом наблюдаются нарушения регуляторной функции нервной системы, а также гормональной системы; сдвиги в метаболическом гомеостазе организма.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Нормальный обмен веществ в организме, при котором совершаются многочисленные сложные превращения белков, жиров, углеводов и других веществ, и которые приходят в организм человека с пищей, подразумевает нормальный здоровый образ жизни человека. Причем, очевидно, при нормальном обмене веществ речь идет не только о количестве потребляемой пищи, какой бы высоко или низкокалорийной она не была, но и о культуре питания.

Ожирение или избыточное отложение жира, как результат деформированного обмена веществ, является результатом не избытка энергии из потребляемых продуктов питания, а определяется характером потребляемых продуктов, то есть их составом — содержанием в них белков, жиров и углеводов.

В данной работе объяснялось, что функцию топлива в нашем организме выполняет глюкоза, получаемая либо из углеводов в процессе пищеварения, либо путем ее создания из резервных жиров. Постоянный источник, заставляющий функционировать все органы, нуждающиеся в глюкозе (мозг, сердце, почки и др.), — это кровь. Поэтому, если уровень глюкозы в крови превышает норму (приблизительно один грамм на литр крови), это будет свидетельствовать об ее избытке и соответственно сигнализировать о начале процесса патологического накопления жиров.

В этом случае необходимо пересмотреть не только свою диету, но и изменить отношение к еде. Обменные процессы в организме нарушаются не только вследствие количества и качества потребляемых продуктов питания, но и вследствие нарушения системы питания, к которым относятся отсутствие режима в приеме пищи, пренебрежение горячей едой, полноценным обедом и др.

Несмотря на то, что в данной работе мы рассматривали участие белков, жиров, углеводов в обмене веществ с точки зрения биологии человека, тем не менее, такой подход (чисто физиологический) не может явиться моделью для нормального образа жизни. Более того, как свидетельствуют многие ученые, отношение к еде как к физиологической потребности, как это произошло, например в США, привело к неправильному питанию, следствием которого является избыточный вес и другие нарушения обмена веществ — диабет, сердечно-сосудистые заболевания и т.д.

В заключение необходимо отметить, что любые знания, в том числе и знания о сложных обменных процессах, происходящих в организме человека, должны способствовать повышению общей культуры человека, в том числе и культуры здорового образа жизни, в свою очередь, частью которой является правильное питание. Я уверен, что повышение уровня общей культуры человека позволит ему избежать многих неприятностей, связанных с болезнями и другими нарушениями в функционировании его организма.

БИБЛИОГРАФИЯ

Большая Медицинская Энциклопедия. Под ред. Б. В. Петровского. Издание 3-е. М., "Советская Энциклопедия", 1980.

Книга для чтения по органической химии. Пособие для учащихся. М., Просвещение, 1975.

Краткая медицинская энциклопедия. В трех томах. М., 1973.

Монтиньяк М. Метод похудения Монтиньяка. М., 1997.

Павлов И.Ю., Валненко Д.В., Москвичев Д.В. Биология. Словарь-справочник. Ростов-на-Дону, 1997.

Популярная медицинская энциклопедия в одном томе. Под ред. Б.В. Петровского. М.: С Э., 1983

Рудзитис Г.Е. Фельдман Ф.Т. Химия: Органическая химия. Учебник для 10-х классов средней школы. М.: Просвещение, 1991.

Cоветский Энциклопедический Словарь. М., 1980.

Энциклопедический словарь юного биолога. Сост. М.Е. Асниц. М.: Педагогика, 1986.

Сhildren’s Illustrated Encyclopedia. The Dorling Kindersley. London, 1991

Панорамный фильм по экологии (VR-360) на нашем Youtube канале

Поделиться/Share:

: ml :

Порекомендуйте нас в "своих" социальных сетях:

- share this page with your friends!

Панорамный фильм по экологии (VR-360) на нашем Youtube канале