Обмен веществ и энергии(метаболизм)-совокупность физиологических процессов направленных на обеспечение организма необходимыми для его жизнедеятельности веществами, их превращение и использование для получения энергии и построения клеточных структур, а также удаление во внешнюю среду ненужных продуктов произошедших реакций. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды.
Метаболизм обычно делят на 2 стадии: катаболизм и анаболизм.В процессах анаболизма — из более простых синтезируются более сложные вещества и это сопровождается затратами энергии. Часть обмена веществ которые включают все анаболические реакции происходящие в организме называют пластическим обменом(анаболизмом, ассимиляцией). В ходе катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых, обычно выделяя энергию. Все катаболитические реакции составляеют энергетический обмен
Анаболизм и катаболизм протекают в организме совместно в течении всей жизни. Преобладание одного из них приводит к соответствующим изменением в обмене веществ. При повышенной ассимиляции -анаболизме -организм растёт, развивается. В случае преобладания реакций диссимиляции происходит активный распад структурных элементов клеток, что ведет к истощению строение человека
Все реакции пластического и энергетического обмена осуществляется с помощью биологических катализаторов- ферментов (энзимов).
Обмен воды и минеральных солей:
Основные вещества поступающие в организм это вода и растворенные в ней минеральные соли, белки, жиры, углеводы и витамины
В различных тканях вода составляет от 10% (в жировой) до 90% (кровь, лимфа) массы. В нормальных условиях человек потребляет обычно 1,5-2,5 л воды. Такое же количество выводится почками с мочой, через кожу с потом, через легкие в виде водяных паров.
Функции воды:
⦁ служит универсальным растворителем практически все вещества клеток и внеклеточных структур растворимы в воде, поэтому именно в ней происходят основные метаболические процессы
⦁ обеспечивает поступление в организм растворенных в ней минеральных веществ и водорастворимых витаминов
⦁ препятствует переохлаждению организма так как обладает большой теплоемкостью
⦁ обеспечивают защиту организма от перегревания за счет испарения с поверхности кожи и слизистых оболочек
⦁ включается в важнейшиие биохимических процессы, образуется в их ходе
Функции минеральных веществ
Натрий - содержится во внеклеточное пространстве и плазме крови, проводит импульсы в нервной системе, играет важную роль в процессе выделения, необходим для поддержания осмотического давления жидкости в организме (избыточное гидростатическое давление на раствор отделенный от растворителя полупроницаемой мембраной при котором прекращается диффузия через мембрану молекул растворителя называется осмотическим давлением)
Калий содержится преимущественно в цитоплазме клеток. Необходим организму для проведения нервных импульсов, нормальной работы сердечной мышцы
Кальций и фосфор в больших количествах содержится в костях, калий, фосфор и фтор - эмали зубов.
Кальций необходим для мышечного сокращения, синаптической передачи нервного импульса. Он является одним из факторов свертывающей системы крови.
Железо входит в состав гемоглобина.При его недостатке возникает железодефицитные анемии
Йод играет важную роль в гуморальной регуляции функций организма, тк входит в состав гормонов щитовидной железы
Хлор - основной анион внутри- и внеклеточной жидкости организма.Участвует в процессах передачи нервного импульса, образование соляной кислоты желудочного сока.
Обмен белков
Белки состоят из аминокислот. В организме человека выделено 20 белково образующих аминокислот, 10 из них являются замененными, a 10- незаменимыми. Заменимые аминокислоты могут быть синтезированы клетками организма из других аминокислот, незаменимы не могут синтезироваться из других веществ и должны поступать с пищей.
Белки пищи содержащей полный набор аминокислот называются полноценными(как правило имеют животное происхождение)
Переваривание белков начинается в желудке под действием пепсина который расщепляет их на молекулы меньшего размера - полипептиды.
В тонкой кишке на полипептиды воздействует ферменты кишечного и панкреатического сока - трипсин, химотрипсин, карбоксипептидаза, аминопептидаза - они расщепляют белки до аминокислот которые всасываются в кровь в тонкой кишке.
С током крови аминокислоты проходит через печень, где гепатоциты синтезируют из части поступивших аминокислот белки крови, в том числе белки свертывающей системы.
Затем аминокислоты поступают в общий кровоток и переносится ко всем органам и тканям.
Обязательным компонентом молекул аминокислот является азот, поэтому определив количество азота поступившего с пищей и удаленного из организма, можно охарактеризовать белковый обмен.
Соотношение количества азота поступившего в организм и удаленного из него называют азотистым балансом. Соотношение поступившего равное количеству распавшегося называют азотистым равновесием. Преобладание поступления белка над выделением называют положительным азотистым балансом(у детей) Когда процесс распада белка преобладает над его поступлением, азота из организма выделяется в больших говорят об отрицательном азотистом равновесии.
Функции белков
1 пластическая (построение клеточных мембран, органелл, внеклеточных структур)
2 ферментативная(все ферменты в природе -белки)
3 регуляторную (белково пептидные гормоны например инсулин, гормоны и медиаторы(адреналин норадреналин дофамин) это производные аминокислот
4 энергетическую при расщеплении 1 г белка образуется 17, 6 кДж энергии
5 специфическую:
а)сократительную (актин и миозин в мышечной ткани)
б) свертывающую (фибриноген сыворотке крови) и
в)защитную (иммуноглобулины крови)
Белки не депонируются в организме и при их дефиците происходит разрушение белков крови (например антител)или белковых структур некоторых органов и тканей.
Конечными продуктами распада белков является вода, углекислый газ и аммиак,который затем преобразуется в мочевину.
Период обновления общего белка в организме человека составляет 80 дней.
Обмен углеводов
Углеводы поступают в организм преимущественно в виде полисахаридов (крахмала и гликогена) и дисахаридов (например сахарозы)
Под действием амилазы содержащейся в слюне, а также в кишечном и панкреатическом соках, из них образуются моносахариды(глюкоза, фруктоза) которые всасываются в кишечнике.
По воротной вене глюкоза поступает в печень. Здесь большая её часть идет на образование гликогена.По мере увеличения потребности организма в глюкозе от гликогена отщепляется остатки этого моносахарида. Они и переходят в кровь для доставки к органам и тканям.
Гликоген образуется также в мышечной ткани и в небольшом количестве в других внутренних органах за исключением головного мозга.
Поступление глюкозы в клетки регулирует гормон инсулин. Он увеличивает её количество в клетках и уменьшает в плазме крови.К гормонам увеличивающим количество свободной глюкозы в плазме крови относится адреналин и глюкагон.
Нормальная концентрация глюкозы в крови 4, 2/6,4 моль на литр. Уровень глюкозы ниже 4,2 называется гипогликемией. Концентрация глюкозы в крови превышающая норму называется гипергликемией.
Большая часть глюкозы идет на обеспечение энергетических потребностей.
При недостатке в организме жиров часть углеводов может расходоваться на их синтез. Однако для образования аминокислот они используются не могут
Обмен жиров
Жиры состоят из глицерина и высших карбоновых кислот, они являются гидрофобными соединениями, то есть плохо растворяются в воде.
После обработки пищи в ротовой полости и желудке химус содержит их в виде крупных скоплений, капель. Желчные кислоты, содержащиеся в желчи эмульгирует жиры.
После этого начинает действовать липазы кишечного и панкреатического сока.
Они последовательно отщепляют от глицерина остатки жирных кислот с образованием 3 молекул высших карбоновых кислот и одной молекулы глицерина, которые переносятся из просвета кишечника в эпителии ворсинок тонкой кишки.
Там образуются молекулы липидов, свойственные данному организму
Эти молекулы переходят из клеток эпителия в лимфатический(млечный) капилляр ворсинки тонкой кишки.
С током лимфы минуя печень липиды попадают в кровь и направляются ко всем клеткам и тканям.
Наибольшее количество липидов содержится в жировой ткани до 90%
функции
⦁ служат компонентами клеточных структур (например фосфолипиды мембран)
⦁ используется как резерв энергии при недостаточном питании
⦁ участвуют в гуморальной регуляции в скобках(многие гормоны имеет липидную природу)
⦁ обеспечивает поступление в организм жирорастворимых витаминов
⦁ принимают участие в поддержании температурного гомеостаза организма (жиры подкожной жировой клетчатки плохо проводят тепло)
Жиры могут синтезироваться из углеводов и белков.
При высоком содержании липидов в плазме крови они оседают на стенках сосвудов
Витамины
биологически активные вещества, необходимые в малых количествах для процессов обмена веществ и поддержания нормальной жизнедеятельности организма.
Большинство витаминов необходимо для нормального протекания ферментативных процессов, многие из них являются коферментами - веществами которые соединяются с белковой молекулой фермента и делают её способной к осуществлению своей функции.
Витамины
⦁ поступают с пищей
⦁ некоторые вырабатывается бактериями в кишечнике
⦁ синтезируются в организме
При недостаточном поступлении витаминов возникают гиповитаминоз,
Если в пище полностью отсутствуют необходимые витамины это называется авитаминоз
Нарушение обмена веществ связанное с избыточное поступление витаминов называется гипервитаминоз Витамины подразделяются на жирорастворимые и водорастворимые.
1.Жирорастворимые витамины поступают в организм с жирами пищи без которых невозможно их всасывание. Это витамины А,Д,Е,К.
Витамин А -ретинол который является составной частью зрительного пигмента родопсина
Оказывает влияние на регенерация эпителия кожи, роговицы. При недостатке витамина возникает куриная слепота (утрата способности видеть в условиях слабого освещения)
Ретинол содержится в виде провитамина А (каротина) в моркови, перце, шпинате.В печени, яйцах, масле, вмолоке содержится в собственно витамин А.
Суточная потребность витамина -2,5 мг
Витамин Д -кальциферол, антирахитический витамин.
Участвует в регуляции обмена кальция и фосфора в организме, влияет на нормальное развитие костной ткани. Недостаток кальциферола вызывает заболевание рахит (сопровождается размягчением искривлением костей нарушением в работе нервной системы)
Содержится в рыбьем жире, яйцах, масле, молоке.
Его активные формы могут образовываться в коже под действием УФ лучей солнечного цвета.
Суточная потребность в витамине Д составляет 2,5 мкг
Витамин Е - токоферол, антистериальный витамин
Отвечает за половую функцию, препятствует старению, снижает интенсивность процессов перекисного окисления липидов клеточных мембран антиоксидантный эффект уменьшает потребность клеток в кислороде развивает у них устойчивость к повышенным концентрациям углекислого газа(антигипоксантный эффек)Содержится в злаках, маслах, зеленых овощах.
Суточная потребность -15мг
Витамин К (группа веществ получивших общее название филлохиноны)
Они необходимы для синтеза многих факторов свертывания крови
Недостаток витамина К вызывает нарушения в процессе образования тромба, следовательно при авитаминозах и гиповитаминозах часто возникают неожиданные кровотечения.
Содержится в овощах, шпинате, капусте, печени. Может быть синтезирован микрофлорой кишечника.
Суточная потребность 1мг.
2.Водорастворимые витамины витамины группы В и С
Витамин С, противоцинготный витамин
Участвует в образовании основного белка соединительной ткани -коллагена. Необходим для укрепления клеточных мембран, стенок сосудов, формирования здоровой кожи. Увеличивает устойчивость организма к инфекциям. При недостатке возникает цинга (поражаются кровеносные сосуды, стенка их значительно ослабевает, в результате часто возникают небольшие кровоизлияния, появляется кровоточивость дёсен, выпадают зубы, снижается также сопротивляемость организма инфекционным заболеваниям, плохо заживают раны)
Содержится в свежих фруктах, ягодах, овощах,шиповник,черная смородина, клюква, цитрусовые.
Суточная потребность витамина c ставляет 50/ 100 мг
Витамин В1- тиамин, антиневритный витамин. Необходим для нормального функционирования ферментных систем, отвечающих за обмен У и Ж. При недостатке витамина возникает заболевание бери-бери (проявляется нарушением функционирования нервной и сердечно-сосудистой систем, органов желудочно-кишечного тракта)Содержится в злаковых и бобовых культурах, печени,яйцах, молоке, пивных дрожжах
Витамин В2 -рибофлавин. Входит в состав ферментов принимающих участие в обеспечении тканевого дыхания. При недостатке возникает нарушение зрения, остановка роста (у детей), выпадение волос, воспаление слизистых оболочек, мышечная слабость. Содержится в зерновых и бобовых культурах, печени, яйцах, молоке, пивных дрожжах.
Витамин В3, пантотеновая кислота. Является составной частью кофермента А, который играет важную роль практически во всех процессах обмена веществ. Гиповитаминоз встречается крайне редко. Имеется практически во всех растительных и животных продуктах
Витамин В5, никотиновая кислота, антипеллагрический витамин, витамин PP.
Необходим для синтеза ферментов принимающих участие в тканевом дыхании, окислительно-восстановительных реакциях, белковом, жировом и углеводном обменах. Авитаминоз витамина PP -пеллагра -сопровождается воспалением кожи, нарушением функций ЦНС и органов ЖКТ.
Содержаится в мясе, печени, яйцах, рыбе, пивных дрожжах, некоторых зерновых и бобовых культурах.
Витамин В6,пиридоксин
Витамин В8, биотин, Витамин Н, Является коферментом многих энзимов, которые принимают участие в метаболизме У и жирных кислот. При авитаминозе возникает поражение кожи.
Витамин В9, фолиевая кислота, Витамин ВС.
Участвует в синтезе пуриновых нуклеотидов и влияет на образование ДНК и РНК.При авитаминозе нарушается нормальное кроветворение, возникает анемия
Витамин В12, цианкобаламин. Участвует в кроветворении.
Его всасывание возможно только после воссоединения с внутренним фактором Кастла, который вырабатывается железами желудка, поэтому дефицит цианкобаламина возникает вследствие двух причин:
1. при недостаточном поступлении витаминов с пищей
2. при недостаточной выработке внутреннего фактора Касла (в результате оперативного удаления желудка, хронического гастрита) Дефецит витамина приводит к злокачественной анемии, при этом в крови появляются гигантские эритроциты, которые плохо переносят кислород.
Суточная потребность 20/25 мг
Основной обмен энергией -это минимальный уровень энергозатрат который необходим для поддержания жизненных функций организма в условиях полного физического и эмоционального покоя
Данный показатель характеризует количество энергии необходимое только для функционирования внутренних органов (сердца и легких почек печени) и поддержание температуры тела. Его определяют методом прямой калориметрии с помощью специальных приборов калориметра. Изменения происходят в утренние часы натощак при расслаблении мышц и внешней температуре на уровне 22 градусов. Испытуемый лежит, прибор фиксирует выделяемое организмом тепло. Чаще использует метод непрямой калориметрии -определяют объем легочной вентиляции, а затем количество поглощенного кислорода и выделение углекислого газа. Соотношение объема выделенного углекислого газа к объему поглощенного кислорода называют дыхательным коэффициентом
Человек относится к гомойотермным (теплокровным) организмам. Образование тепла происходит во внутренних органах и мышцах, а теплообмен обеспечивается кожей, слизистой оболочками, полостью рта и глотки, глазного яблока и дыхательными путями.
Теплопродукции осуществляется в основном в результате реакций распада и окисления органических веществ.
Отдача тепла во внешней среды осуществляется несколькими способами:
⦁ излучением посредством инфракрасных волн
⦁ конвекцией при контакте тел с движущимися потоками воздуха
⦁ теплопроведением через непосредственное соприкосновение
⦁ испарением (потоотделение)
При охлаждении сокращаются гладкие мышечные клетки, образующие мышцу поднимающую волос. Стержень волоса приподнимается - происходит выделение тепла. В тоже время эта мышца вызывает некоторые сжатие кожи и лежащих в её верхних слоях кровеносных сосудов. Возникает гусиная кожа
Центр терморегуляции находится в гипоталамусе (промежуточном мозге). По проводящим путям гипоталамуса поступают импульсы от терморецепторов. Термочувствительные клетки центра терморегуляции способны различать температуры разницу температура 0,01 градуса.
АТФ - универсальный аккумулятор энергии в клетке.
Аденозинтрифосфат или аденозинтрифосфорная кислота – нуклеотид, состоящий из трёх частей:
аденина – пуринового азотистого основания;
рибозы – моносахарида, относящегося к пентозам;
трёх остатков фосфорной кислоты.
АТФ — это особое соединение, содержащее связи, при гидролизе которых высвобождается большое количество энергии
Гликолиз - анаэробное окисление глюкозы без участия кислорода в цитоплазме клетки.
При гликолизе происходит 10 биохимических реакций, конечным продуктом анаэробного окисления является пировиноградная кислота ПВК. В случае недостатка кислорода в клетке происходит ещё одна 11 реакция гликолиза в результате которой из ПВК образуется молочная кислота.
Дефицит кислорода наблюдается в клетках например в случае чрезмерной физической нагрузки при этом в цитоплазме происходит активация гликолитических процессов и в большом количестве из глюкозы образуется молочная кислота- лактат. Это вещество не может быть использовано клеткой и в дальнейшем удаляется из неё.
При накопление лактата возникают болезненные ощущения, связанные с закислением внутренней среды организма.
Аэробное окисление это процесс окисления глюкозы до ПВК, протекающий в присутствии О2.
Тканевое дыхание - обмен газов, происходящий в клетках при биологическом окислении питательных веществ. В ходе окислительных процессов клетки выделяют конечный продукт метаболизма - углекислый газ и одновременно поглощают из кровеносных капилляров кислород. При этом ионы водорода переносится на ферменты внутренней мембраны митохондрий. Это так называемая дыхательная транспортная цепь.
Энергия аккумулированная в АТФ используется организмом для поддержания всех функций жизненных процессов:
⦁ синтеза новых органических веществ свойственных организму (белков жиров углеводов ДНК)
⦁ осуществление основных жизненных процессов в клетке (митоза, транспорта веществ в клетку)
⦁ поддержание температурного гомеостаза организма