Обмен веществ. Пластический и энергетический обмен
Теория:
Между организмом и окружающей его средой непрерывно происходит обмен веществ и энергии.
Обменом веществ называют сложную цепь превращений веществ в организме, начиная с момента их поступления из внешней среды и заканчивая удалением продуктов распада.
Обмен веществ начинается с поступления в организм воды и пищевых продуктов. В пищеварительном канале часть веществ с помощью ферментов расщепляется до более простых, которые всасываются в кишечнике и переходят в кровь (и с кровью вещества переносятся к клеткам тела). В клетках происходят процессы их химических превращений (клеточный метаболизм), в ходе которых организм получает энергию и материалы, необходимые ему для построения собственных клеток и тканей.
Не использованные в результате превращений веществ остатки и продукты жизнедеятельности (продукты распада) выводятся из организма (с мочой, калом, потом и выдыхаемым воздухом).
Пластический и энергетический обмен
Обмен веществ в организме — это не просто постоянный ток веществ через его основные структуры, а совокупность всех химических реакций, происходящих в организме. Все реакции, связанные с превращением веществ, можно отнести к двум процессам: пластическому и энергетическому обмену.
Пластический обмен (ассимиляция, или анаболизм) — совокупность реакций синтеза органических веществ в клетке с использованием (затратой) энергии.
В процессах энергетического обмена (диссимиляции, или катаболизма, илибиологического окисления) происходит разрушение (распад) полученных с пищей питательных веществ до простых соединений с высвобождением энергии, запасённой в химических связях органических молекул пищи.
В здоровом организме оба процесса строго сбалансированы (хотя в период быстрого роста ассимиляция может временно преобладать над диссимиляцией).
Совокупность всех реакций, связанных с обменом веществ (ферментативных химических реакций) в организме называется обмен веществ (метаболизм).
Основными видами обмена веществ являются белковый, углеводный, жировой и водно-солевой обмены.
ОБМЕН ВЕЩЕСТВ.
Обмен веществ (метаболизм) — совокупность всех химических реакций, протекающих в организме (совокупность реакций ассимиляции и диссимиляции).
Выделяют две составные части метаболизма — ассимиляция и диссимиляция.
► Диссимиляция (катаболизм, энергетический обмен) — совокупность реакций распада сложных веществ на более простые с выделением энергии (часть простых веществ используется для биосинтеза, а другая часть распадается до конечных продуктов CO2, H2O,NH3 с образованием АТФ).
► Ассимиляция (анаболизм, пластический обмен) — совокупность реакций синтеза сложных веществ из более простых с затратами энергии.
В период роста организма ассимиляция преобладает над диссимиляцией и приводит к накоплению массы. В старческом возрасте ассимиляция отстает от диссимиляции.
Обмен белков.
Белки – это сложные высокомолекулярные соединения, содержащие азот.
Они состоят из разного количества и сочетания 20 аминокислот.
Аминокислоты белков, подразделяют на заменимые и незаменимые.
Заменимые аминокислоты могут синтезироваться в организме из других аминокислот и допускают замену другими аминокислотами (серии, глицин, тирозин).
Незаменимые аминокислоты не могут быть синтезированы в организме (валин, лизин, лейцин, аргинин, триптофан и др.10 штук). Они поступают в организм только с пищей.
Белки, содержащие все необходимые организму аминокислоты называют ▪ полноценными (белки животного происхождения: яйцо, молоко, мясо).
Белки, в которых отсутствует или находится в недостаточном количестве та или иная незаменимая аминокислота, называют ▪ неполноценными (белки растительного происхождения: кукуруза, соя, бобы, фасоль).
Функции белков в организме:
● являются основным пластическим материалом
● входят в состав ферментов и гормонов
● гемоглобин переносит О 2 и СО2
● фибриноген участвует в свёртывании крови
● энергетическая (при окислении 1 г белка выделяется 17,6 кДж)
● сократительная (актин и миозин)
В среднем белки организма человека обновляются за 80 суток.
Суточная потребность человека в белках составляет около 80-150 и зависит от интенсивности физической нагрузки. Ни жиры, ни углеводы не могут компенсировать нехватку в пище белков.
Поступившие в организм белки расщепляются до аминокислот. Аминокислоты доставляются клеткам тела, где из них синтезируются белки свойственные человеческому организму. В то же время белки могут быть использованы в качестве источника энергии. При окислении 1 г белка выделяется 17,6 кДж. Конечные продукты распада белков — углекислый газ, вода, мочевина, мочевая кислота.
В регуляции белкового обмена участвуют гормоны ▪ щитовидной железы (тироксин), ▪ гипофиза (соматотропный) и ▪ коры надпочечников (гидрокортизон, кортикостерон).
Обмен углеводов.
Углеводы делятся на простые и сложные. В пище содержатся главным образом сложные углеводы: крахмал, гликоген, молочный, свекловичный сахар и др.
Поступившие в организм человека углеводы расщепляются до простых сахаров – моносахаридов (глюкозы, фруктозы и галактозы) и поступает в кровь. Далее через воротную вену они поступают в клетки печени. Здесь фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу, часть которой откладывается в мышцах и печени в виде гликогена. Запас гликогена в организме составляет 150-200 г. Распад гликогена в мышцах служит основным источником мышечных сокращений. Избыток углеводов откладывается также в жировых депо в виде жира. Другая часть глюкозы окисляется до воды и углекислого газа.
Углеводы — основной источник энергии в организме. Мозг почти исключительно питается глюкозой. При расщеплении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж энергии. Суточное потребление углеводов должно составлять около 500 г. В организм углеводы поступают главным образом с растительной пищей (хлеб, овощи, крупы, фрукты). При избытке в пище углеводы могут превращаться в жиры, а при недостатке они могут образовываться из белков и жиров.
Образование гликогена идёт под влиянием инсулина, а расщепление под влиянием глюкагона и адреналина. В крови, в норме, уровень глюкозы 4,44-6,66 ммоль/л. Состояние, когда уровень глюкозы в крови становится меньше 4,44 ммоль/л называется гипогликемией, повышение выше 6,66 ммоль/л называется гипергликемией.
Функции углеводов:
1. Энергетическая – основной источник энергии в организме.
2. Структурная – входят в состав клеточных мембран в виде гликопротеидов, используются для синтеза гликолипидов, липополисахаридов, гликопептидов.
Центры углеводного обмена находятся в продолговатом и промежуточном мозге. В регуляции углеводного обмена также принимают участие гормоны щитовидной железы, гипофиза, коры надпочечников.
Обмен жиров.
К липидам относятся ▪ нейтральные жиры, состоящие из глицерина и жирных кислот и ▪ липоиды (лецитин, холестерин) в состав которых входят многоатомные спирты, фосфорные кислоты и азотистые соединения.
Жиры расщепляются до глицерина и жирных кислот. Конечными продуктами распада жиров, как и углеводов, являются углекислый газ и вода.
Жиры содержат наибольшие запасы энергии. При распаде 1 г выделяется 38,9 кДж энергии. Суточная потребность в жирах составляет 80-100 г. Из них 20-25 г. должны составлять растительные масла.
Роль липидов в организме:
1. Являются основными компонентами клеточных мембран (фосфолипиды)
2. Являются источником синтеза стероидных гормонов (прогестерон, тестостерон)
3. Являются источником энергии (1 г жира – 38,9 кДж энергии).
4. Гликолипиды образуют миелиновые оболочки нервов.
5. Являются источником образования эндогенной воды (при расщеплении 100 г. жира образуется 107 г. воды).
6. Триглицериды откладываются в запас в жировых депо – подкожной клетчатке, сальнике.
В регуляции жирового обмена принимает участие центральная нервная система гормоны половых желёз, надпочечников, гипофиза и щитовидной железы.
Процессы превращения жиров, углеводов и белков взаимосвязаны между собой. При распаде этих веществ образуются общие промежуточные продукты, из которых вопределённых условиях могут образовываться либо аминокислоты, либо углеводы, либо жирные кислоты.
Водно-солевой обмен.
● Вода составляет около 70% массы тела (2/3). Содержание воды в разных тканях не одинаково:
• в жировой ткани – 10% • в костях – 20% • в головном мозге – 85% • в крови – 90%
Суточная потребность в воде для взрослого организма около 2,5 л. Воду, используемую организмом, разделяют на экзогенную и эндогенную.
Экзогенная вода поступает в организм человека извне в виде питья (1500 мл) и в составе пищи (1000-1200 мл).
Эндогенная вода образуется в организме при окислении белков, жиров и углеводов(около 300 мл).
В зависимости от места нахождения в организме воду делят на внутриклеточную и внеклеточную. ▪ Внутриклеточная вода содержится в протоплазме клеток (72%).
▪ Внеклеточная вода входит в состав крови, лимфы, спинномозговой жидкости (28%).
► Выделяется вода из организма:
• почками (1200—1500 мл), • кожей (500мл), • лёгкими в виде водяного пара (500 мл), через • кишечник с калом (100-150 мл).
Поступление воды контролируется потребностью в ней, проявляющейся в чувстве жажды. Это чувство возникает при возбуждении питьевого центра в гипоталамусе.
● Минеральные вещества.
Потребность в минеральных солях различная.В основную группу входят 7 так называемых макроэлементов: Nа, К, Са, Сl, S, Р, Fе. Организму необходимы ещё 15 элементов общее количество которых составляет менее 0,01% массы тела. Это микроэлементы: натрий, железо, медь, цинк, кобальт, марганец, молибден, кремний, фтор, йод, никель, ванадий, олово, мышьяк, селен. В большинстве случаев микроэлементы – это составная часть ферментов, гормонов и витаминов.
Витамины.
Витамины — группа биологически активных органических соединений различной химической природы, поступающих в организм с пищей, необходимые для нормального протекания обмена веществ в организме.
Витамины входят в состав многих ферментов. Отсутствие витаминов приводит к нарушению биохимических реакций и к расстройству обмена веществ. Большинство витаминов не образуется в организме человека. Недостаток того или иного витамина называется ▪ гиповитаминоз, его полное отсутствие – ▪ авитаминоз. К нарушению метаболизма приводит и избыток витаминов в организме – ▪ гипервитаминоз.
Авитаминоз и гиповитаминоз возникают при отсутствии витаминов или их предшественников в пище, при нарушении их всасывания, при подавлении антибиотиками микрофлоры кишечника. Авитаминоз имеет свои характерные симптомы. Он быстро излечивается при даче соответствующего витамина.
Известно около 50 витаминов. Их делят на ▪ водорастворимые (В1 В2, В6, В12, РР, С и др.) и ▪ жирорастворимые (A, D, Е, К).
Фотосинтез
В растениях фотосинтез является анаболизмом, а дыхание – катаболизмом. В процессе фотосинтеза образуется глюкоза, которая запасается в качестве энергии и расходуется на построение организма. Дыхание или окисление способствует высвобождению энергии путём расщепления глюкозы до воды и углекислого газа, которые в дальнейшем используются в процессе фотосинтеза.
Схема фотосинтеза у растений
Основные события световой фазы фотосинтеза:
- Возбуждение электронов хлорофилла световой энергией
- Расходование энергии «возбужденных» электронов на синтез АТФ и других сложных органических молекул – носителей энергии.
- Фотолиз молекул воды (расщепление их под действием света, в конечном итоге – до катионов водорода и молекул кислорода). Кислород покидает клетки растений и уходит в атмосферу.
- Катионы водорода (протоны) соединяются с молекулами переносчиками водорода – НАДФ. После захвата водорода НАДФ превращается в НАДФ.Н
Основные события темновой фазы фотосинтеза:
- Осуществляется связывание углекислого газа, водорода и энергии запасенной в молекулах АТФ, в органические соединения (например, углеводы).