Пластичний і енергетичний обмін

Між організмом і навколишнім середовищем безперервно відбувається обмін речовинами і енергією. Обмін речовин починається з надходження в організм води і харчових продуктів. У процесі переробки цих речовин організм отримує енергію і матеріали, які необхідні йому для побудови власних клітин і тканин. Не використані в результаті перетворень речовин залишки, а також деякі продукти життєдіяльності виводяться з організму.

Таким чином, обмін речовин в організмі являє собою не просто постійний струм речовин через його основні структури, а сукупність всіх хімічних реакцій, що відбуваються в ньому. При цьому реакції, пов’язані з перетворенням речовин, можна віднести до двох процесів: пластичного і енергетичного обміну.

Пластичний обмін – це процеси, при яких відбувається побудова власних молекул і органоїдів (біосинтез), ділення клітин, ріст організму, заміна пошкоджених молекул і клітин. Іншими словами, пластичний обмін – сукупність реакцій синтезу органічних речовин в клітині з використанням енергії.

У процесах енергетичного обміну відбувається руйнування (розпад) отриманих з їжею поживних речовин до простих сполук. Ці процеси, названі біологічним окисленням, протікають досить повільно і призводять до вивільнення енергії, запасеної в хімічних зв’язках органічних молекул їжі. Вивільняється енергія частково розсіюється у вигляді тепла, але значна її частина витрачається на синтез АТФ (див. § 11, 20).

Якщо в клітинах виникає потреба в енергії, то АТФ розпадається. При цьому виділяється енергія, за рахунок якої і протікають різні процеси життєдіяльності. Організм людини споживає дуже багато енергії, тому що робота м’язів, нирок, мозку і будь-яких інших систем вимагає постійних її витрат. Різні поживні речовини при окислюванні виділяють різну кількість енергії, одиницею виміру якої є джоуль (Дж).

Раніше кількість теплоти визначали по зміні температури 1 г води на 1 ° С. Ця одиниця отримала назву калорія (кал). 1 калорія приблизно дорівнює 4,19 Дж. Фахівці, що займаються проблемами харчування людини, часто вживають ще одну одиницю – Калорія (пишеться з великої літери). Насправді вона є кілокалорій (1 ккал), рівної 1000 калорій. Всі перераховані одиниці вимірювання використовують при розрахунках енергетичної цінності продуктів і енерговитрат організму при різних видах навантаження.

Обмін білків. До складу білків організму людини входить приблизно 20 видів амінокислот, які з’єднуються в строго певному порядку для кожного виду білка в довгі ланцюжки. Білки їжі, розпадаючись в шлунково-кишковому тракті до окремих амінокислот, всмоктуються в тонкому кишечнику в кров’яне русло і розносяться до окремих клітин організму, в яких і відбувається синтез нових білків, властивих людині.

Розпадаючись, амінокислоти утворюють воду, вуглекислий газ і отруйний аміак. У клітинах печінки аміак перетворюється на сечовину. Вода і сечовина виводяться з організму в складі сечі, а вуглекислий газ видихається через легені.

При окислюванні 1 г білка виділяється 17,2 кДж (4,1 ккал) енергії. Проте організм рідко використовує велику кількість білків для покриття своїх енергетичних витрат, так як білки потрібні для виконання інших функцій.

Підраховано, що за 80 діб розпадається половина всіх білків тіла людини, тобто приблизно 400 г білків на добу. Однак амінокислоти, що утворилися при розпаді власних білків організму, не виводяться з нього, а використовуються знову, включаючись до складу синтезованих білків. В добу з їжею в організм має надходити не менше 40 г білків (краще 100-150 г). Рослинні білки є неповноцінними для людини, тому при вегетаріанській дієті необхідно правильно підбирати раціон, щоб декількома рослинними білками замінити повноцінний тваринний білок.

Обмін вуглеводів. В організм вуглеводи надходять у вигляді різних сполук: крохмаль, глікоген, сахароза або фруктоза та ін. Всмоктуються вуглеводи у вигляді глюкози ворсинками тонкого кишечника і потрапляють в кров. При великій кількості вуглеводів в їжі їх надлишок перетворюється в полісахарид глікоген і відкладається «про запас». Наприклад, в печінці людини може відкладатися до 300 г глікогену. Продукти розпаду вуглеводів виводяться з організму через нирки (вода) і легкі (вуглекислий газ).

Вуглеводи є головним джерелом енергії в організмі. При окислюванні 1 г вуглеводів виділяється 17,2 кДж (4,1 ккал) енергії. Глюкоза особливо необхідна для нормальної роботи мозку. Зниження вмісту глюкози в плазмі крові з 0,1 до 0,05% призводить до швидкої втрати свідомості, судом і загибелі.

Дорослій людині необхідно одержувати з їжею не менше 150 г вуглеводів на добу. Отже, запасу глікогену в печінці може вистачити не більше ніж на дві доби або навіть на менший термін, так як при активній діяльності вуглеводів потрібно набагато більше – до 500 г на добу.

Обмін жирів. Жири є сполуками, що включають в себе жирні кислоти і гліцерин. Під дією ферментів підшлункової залози і тонкого кишечника, а також за участю жовчі жири перетравлюються і всмоктуються в лімфатичні капіляри ворсинок тонкого кишечника і далі з током лімфи потрапляють в кров.

В організм людини жири надходять як з тваринною, так і з рослинною їжею. Надлишок жиру відкладається в підшкірній жировій клітковині, причому можуть утворюватися жирові депо, що покривають витрати жиру протягом багатьох діб. Як і вуглеводи, жири розпадаються до вуглекислого газу і води і виводяться тим же шляхом.

Жири є найважливішим джерелом енергії для організму людини. Окислення 1 г жирів призводить до вивільнення 38,9 кДж (9,3 ккал) енергії. Потреба в жирах визначається енергетичними потребами організму в цілому і становить у середньому 80-100 г на добу. Значна частина енергетичних потреб печінки, м’язів, нирок (але не мозку) покривається за рахунок окислення жирів.

Обмін води і мінеральних солей. Вода найбільш поширене речовина в нашому організмі. Доросла людина складається з води приблизно на 65%, а людський зародок містить близько 90% води. В добу організм людини втрачає близько 2,0-2,5 л води. Стільки ж він отримує в сумі з питвом (1 л) і їжею (1 л). Вода і розчинені в ній мінеральні солі всмоктуються по всьому шлунково-кишковому тракту, але найбільше через ворсинки тонкого кишечника. Зневоднення організму призводить до швидкої загибелі. Людина без води може прожити не більше 5 6 днів, тоді як без їжі він може обходитися більше 50 днів.

Організм, крім води, потребує постійного надходження мінеральних солей. І хоча вони складають не більше 4% від маси тіла, набір їх дуже різноманітний. За добу в організм людини має надходити з їжею і питвом не менше 4,4 г натрію, 5 г хлору, 2 г калію, 1 г кальцію, 1 г фосфору, 0,2 г заліза. Ці речовини називають мaкроелеменmaмu.

Хімічні елементи, що містяться в організмі в низьких концентраціях (частках міліграма), але необхідні для його нормальної життєдіяльності, називають мікроелементами. Вони впливають на ріст, розмноження, кровотворення та інші процеси. До мікроелементів відносять мідь, йод, цинк, фтор, магній і багато інших речовин. Можна сказати, що в організмі людини виявлена велика частина елементів таблиці Д. І. Менделєєва.

Посилання на основну публікацію