Обмен веществ и энергии. Что такое обмен веществ в биологии: определение Обмен веществ и энергии определение

Буранов Разиль Альбертович

План

1.Обмен веществ и энергии /метаболизм /.

2.Превращение и использование энергии.

3. Определение уровня метаболизма.

Обмен веществ и энергии

Обмен веществ и энергии - это совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в живых организмах, а также обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Обмен веществ у живых организмов заключается в поступлении из внешней среды различных веществ, в превращении и использовании их в процессах жизнедеятельности и в выделении образующихся продуктов распада в окружающую среду.

Все происходящие в организме преобразования вещества и энергии объединены общим названием - метаболизм (обмен веществ). На клеточном уровне эти преобразования осуществляются через сложные последовательности реакций, называемые путями метаболизма, и могут включать тысячи разнообразных реакций. Эти реакции протекают не хаотически, а в строго определенной последовательности и регулируются множеством генетических и химических механизмов. Метаболизм можно разделить на два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса: анаболизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция).

Анаболизм - это совокупность процессов биосинтеза органических веществ (компонентов клетки и других структур органов и тканей). Он обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также накопление энергии (синтез макроэргов). Анаболизм заключается в химической модификации и перестройке поступающих с пищей молекул в другие более сложные биологические молекулы. Например, включение аминокислот в синтезируемые клеткой белки в соответствии с инструкцией, содержащейся в генетическом материале данной клетки.

Катаболизм - это совокупность процессов расщепления сложных молекул до более простых веществ с использованием части из них в качестве субстратов для биосинтеза и расщеплением другой части до конечных продуктов метаболизма с образованием энергии. К конечным продуктам метаболизма относятся вода (у человека примерно 350 мл в день), двуокись углерода (около 230 мл/мин), окись углерода (0,007 мл/мин), мочевина (около 30 г/день), а также другие вещества, содержащие азот (примерно б г/день).

Катаболизм обеспечивает извлечение химической энергии из содержащихся в пище молекул и использование этой энергии на обеспечение необходимых функций. Например, -1-

образование свободных аминокислот в результате расщепления поступающих с пищей белков и последующее окисление этих аминокислот в клетке с образованием СО2, и Н2О, что сопровождается высвобождением энергии.

Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динамического равновесия.

Преобладание анаболических процессов над катаболическими приводит к росту, накоплению массы тканей, а преобладание катаболических процессов ведет к частичному разрушению тканевых структур.

Состояние равновесного или неравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от возраста (в детском возрасте преобладает анаболизм, у взрослых обычно наблюдается равновесие, в старческом возрасте преобладает катаболизм), состояния здоровья, выполняемой организмом физической или психоэмоциональной нагрузки.

Превращение и использование энергии. Энергетический эквивалент пищи

В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: энергия сложных органических соединений, поступивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и электрическую. Человек и животные получают энергию из окружающей среды в виде потенциальной энергии, заключенной в химических связях молекул жиров, белков и углеводов. Все процессы жизнедеятельности обеспечиваются энергией за счет анаэробного и аэробного метаболизма. Получение энергии без участия кислорода, например, гликолиз, (расщепление глюкозы до молочной кислоты) называется анаэробным обменом.

В ходе анаэробного расщепления глюкозы (гликолиза) или ее резервного субстрата гликогена (гликогенолиза) превращение 1 моля глюкозы в 2 моля лактата приводит к образованию 2 молей АТФ. Энергии, образующейся в ходе анаэробных процессов, недостаточно для осуществления активной жизни, реакции, происходящие с участием кислорода, энергетически более эффективны. Все процессы, генерирующие энергию с участием кислорода, называются аэробным обменом . При окислении сложных молекул химические связи разрываются, сначала органические молекулы распадаются до трехуглеродных соединений, которые включаются в цикл Кребса (цикл лимонной кислоты), а далее окисляются до СО2 и Н2О.

Высвободившиеся в этих реакциях протоны и электроны вступают в цепь переноса электронов, в которой кислород служит конечным акцептором электронов. Биологическое окисление в сущности представляет собой "сгорание" вещества при низкой температуре, часть энергии, высвобождающейся при окислении, запасается в высокоэнергетических фосфатных связях аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ является аккумулятором химической энергии и средством ее переноса, диффундируя в те места, где она требуется. Общее количество молекул АТФ, образующихся при полном

окислении 1 моля глюкозы до СО2, и Н2О, составляет 25,5 молей. При полном окислении молекулы жиров образуется большее количество молей АТФ, чем при окислении молекулы углеводов.

Динамика химических превращений, происходящих в клетках, изучается биологической химией. Задачей физиологии является определение общих затрат веществ и энергии организмом и того, как они должны восполняться с помощью полноценного питания. Энергетический обмен служит показателем общего состояния и физиологической активности организма.

Единица измерения энергии, обычно применяемая в биологии и медицине, - калория (кал). Она определяется как количество энергии, необходимое для повышения температуры 1 г воды на 1°С. В Международной системе единиц (СИ) при измерении энергетических величин используется джоуль (1 ккал= 4,19 кДж).

Количество энергии, выделяемой при окислении какого-либо соединения, не зависит от числа промежуточных этапов его распада, т.е. от того, сгорело ли оно или окислилось в ходе катаболических процессов. Запас энергии в пище определяется в колориметрической бомбе - замкнутой камере, погруженной в водяную баню. Точно взвешенную пробу помещают в эту камеру, наполненную чистым О2 и поджигают. Количество выделившейся энергии определяется по изменению температуры воды, окружающей камеру.

При окислении углеводов выделяется 17,17 кДж/г (4,1 ккал/г), окисление 1 г жира дает 38,96 кДж (9,3 ккал). Запасание энергии в форме жира является наиболее экономичным способом длительного хранения энергии в организме. Белки окисляются в организме не полностью. Аминогруппы отщепляются от молекулы белка и выводятся с мочой в форме мочевины. Поэтому при сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется больше энергии, чем при его окислении в организме: при сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется 22,61 кДж/г 5,4 ккал/г), а при окислении в организме - 17,17 кДж/г 4,1 ккал/г). Разница приходится на ту энергию, которая выделяется при сжигании мочевины.

Определение уровня метаболизма. Основной обмен

Почти половина всей энергии, получаемой в результате катаболизма, теряется в виде тепла в процессе образования молекул АТФ. Мышечное сокращение - процесс еще менее эффективный. Около 80% энергии, используемой при мышечном сокращении, теряется в виде тепла и только 20% превращается в механическую работу (сокращение мышцы). Если человек не совершает работу, то практически вся генерируемая им энергия теряется в форме тепла (например, у человека, лежащего в постели). Следовательно, величина теплопродукции является точным выражением величины обмена в организме человека.

Для определения количества затрачиваемой организмом энергии применяют прямую и непрямую калориметрию.

Первые прямые измерения энергетического обмена провели в 1788 г. Лавуазье и Лаплас.

Прямая калориметрия заключается в непосредственном измерении тепла, выделяемого организмом. Для этого животное или человек помещается в специальную герметическую камеру, по трубам, проходящим через нее, протекает вода. Для вычисления теплопродукции используются данные о теплоемкости жидкости, ее объеме, протекающем через камеру за единицу времени, и разности температур поступающей в камеру и вытекающей жидкости.

Непрямая калориметрия основана на том, что источником энергии в организме являются окислительные процессы, при которых потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Поэтому энергетический обмен можно оценивать, исследуя газообмен. Наиболее распространен способ Дугласа-Холдейна, при котором в течение 10-15 мин собирают выдыхаемый обследуемым человеком воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани (мешок Дугласа). Затем определяют объем выдохнутого воздуха и процентное содержание в нем О2 и СО2.

По соотношению между количеством выделенного углекислого газа и количеством потребленного за данный период времени кислорода - дыхательному коэффициенту (ДК) - можно установить, какие вещества окисляются в организме. ДК при окислении белков равен 0,8, при окислении жиров - 0,7, а углеводов - 1,0. Каждому значению ДК соответствует определенный холерический эквивалент кислорода, т.е. то количество тепла, которое выделяется при окислении какого-либо вещества на каждый литр поглощенного при этом кислорода. Количество энергии на единицу потребляемого 02 зависит от типа окисляющихся в организме веществ. Калорический эквивалент кислорода при окислении углеводов равен 21 кДж на 1 л 02 (5 ккал/л), белков - 18,7 кДж (4,5 ккал), жиров - 19,8 кДж (4,74 ккал).

Для косвенного определения интенсивности обмена могут быть использованы некоторые физиологические параметры, связанные с потреблением кислорода: частота дыханий и вентиляционный объем, частота сокращений сердца и минутный объем кровотока - все они отражают затраты энергии. Однако эти показатели недостаточно точны.

Интенсивность энергетического обмена значительно варьирует и зависит от многих факторов. Поэтому для сравнения энергетических затрат у разных людей была введена условная стандартная величина - основной обмен. Основной обмен - это минимальные для бодрствующего организма затраты энергии, определенные в строго контролируемых стандартных условиях:

1) при комфортной температуре (18-20 градусов тепла);

2) в положении лежа (но обследуемый не должен спать);

3) в состоянии эмоционального покоя, так как стресс усиливает метаболизм;

4) натощак, т.е. через 12- 16 ч после последнего приема пищи.

Основной обмен зависит от пола, возраста, роста и массы тела человека. Величина основного обмена в среднем составляет 1 ккал в 1 ч на 1 кг массы тела. У мужчин в сутки основной обмен приблизительно равен 1700 ккал, у женщин основной обмен на 1 кг массы тела примерно на 10% меньше, чем у мужчин, у детей он больше, чем у взрослых, и с увеличением возраста постепенно снижается.

Суточный расход энергии

Суточный расход энергии у здорового человека значительно превышает величину основного обмена и складывается из следующих компонентов: основного обмена; рабочей прибавки, т.е. энергозатрат, связанных с выполнением той или иной работы; специфического-динамического действия пищи. Совокупность компонентов суточного расхода энергии составляет рабочий обмен. Мышечная работа существенно изменяет интенсивность обмена. Чем интенсивнее выполняемая работа, тем выше затраты энергии. Степень энергетических затрат при различной физической активности определяется коэффициентом физической активности - отношением общих энергозатрат на все виды деятельности в сутки к величине основного обмена.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Конкурсная работа по биологии

Тема: « Обмен веществ и энергии -

основное свойство жизни ».

Работу выполнил ученик 8 класса Буранов Разиль Альбертович .

Преподаватель: Баязитов Р.З.

2013г

План

1.Обмен веществ и энергии / метаболизм /.

2.Превращение и использование энергии.

/Анаэробный и аэробный обмен/.

3. Определение уровня метаболизма.

Обмен веществ и энергии

Обмен веществ и энергии - это совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в живых организмах, а также обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Обмен веществ у живых организмов заключается в поступлении из внешней среды различных веществ, в превращении и использовании их в процессах жизнедеятельности и в выделении образующихся продуктов распада в окружающую среду.

Все происходящие в организме преобразования вещества и энергии объединены общим названием - метаболизм (обмен веществ). На клеточном уровне эти преобразования осуществляются через сложные последовательности реакций, называемые путями метаболизма, и могут включать тысячи разнообразных реакций. Эти реакции протекают не хаотически, а в строго определенной последовательности и регулируются множеством генетических и химических механизмов. Метаболизм можно разделить на два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса: анаболизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция).

Анаболизм - это совокупность процессов биосинтеза органических веществ (компонентов клетки и других структур органов и тканей). Он обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также накопление энергии (синтез макроэргов). Анаболизм заключается в химической модификации и перестройке поступающих с пищей молекул в другие более сложные биологические молекулы. Например, включение аминокислот в синтезируемые клеткой белки в соответствии с инструкцией, содержащейся в генетическом материале данной клетки.

Катаболизм - это совокупность процессов расщепления сложных молекул до более простых веществ с использованием части из них в качестве субстратов для биосинтеза и расщеплением другой части до конечных продуктов метаболизма с образованием энергии. К конечным продуктам метаболизма относятся вода (у человека примерно 350 мл в день), двуокись углерода (около 230 мл/мин), окись углерода (0,007 мл/мин), мочевина (около 30 г/день), а также другие вещества, содержащие азот (примерно б г/день).

Катаболизм обеспечивает извлечение химической энергии из содержащихся в пище молекул и использование этой энергии на обеспечение необходимых функций. Например, -1-

образование свободных аминокислот в результате расщепления поступающих с пищей белков и последующее окисление этих аминокислот в клетке с образованием СО 2 , и Н 2 О, что сопровождается высвобождением энергии.

Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динамического равновесия.

Преобладание анаболических процессов над катаболическими приводит к росту, накоплению массы тканей, а преобладание катаболических процессов ведет к частичному разрушению тканевых структур.

Состояние равновесного или неравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от возраста (в детском возрасте преобладает анаболизм, у взрослых обычно наблюдается равновесие, в старческом возрасте преобладает катаболизм), состояния здоровья, выполняемой организмом физической или психоэмоциональной нагрузки.

Превращение и использование энергии. Энергетический эквивалент пищи

В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: энергия сложных органических соединений, поступивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и электрическую. Человек и животные получают энергию из окружающей среды в виде потенциальной энергии, заключенной в химических связях молекул жиров, белков и углеводов. Все процессы жизнедеятельности обеспечиваются энергией за счет анаэробного и аэробного метаболизма. Получение энергии без участия кислорода, например, гликолиз, (расщепление глюкозы до молочной кислоты) называется анаэробным обменом.

В ходе анаэробного расщепления глюкозы (гликолиза) или ее резервного субстрата гликогена (гликогенолиза) превращение 1 моля глюкозы в 2 моля лактата приводит к образованию 2 молей АТФ. Энергии, образующейся в ходе анаэробных процессов, недостаточно для осуществления активной жизни, реакции, происходящие с участием кислорода, энергетически более эффективны. Все процессы, генерирующие энергию с участием кислорода, называются аэробным обменом . При окислении сложных молекул химические связи разрываются, сначала органические молекулы распадаются до трехуглеродных соединений, которые включаются в цикл Кребса (цикл лимонной кислоты), а далее окисляются до СО 2 и Н 2 О.

Высвободившиеся в этих реакциях протоны и электроны вступают в цепь переноса электронов, в которой кислород служит конечным акцептором электронов. Биологическое окисление в сущности представляет собой "сгорание" вещества при низкой температуре, часть энергии, высвобождающейся при окислении, запасается в высокоэнергетических фосфатных связях аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ является аккумулятором химической энергии и средством ее переноса, диффундируя в те места, где она требуется. Общее количество молекул АТФ, образующихся при полном

окислении 1 моля глюкозы до СО 2 , и Н 2 О, составляет 25,5 молей. При полном окислении молекулы жиров образуется большее количество молей АТФ, чем при окислении молекулы углеводов.

Динамика химических превращений, происходящих в клетках, изучается биологической химией. Задачей физиологии является определение общих затрат веществ и энергии организмом и того, как они должны восполняться с помощью полноценного питания. Энергетический обмен служит показателем общего состояния и физиологической активности организма.

Единица измерения энергии, обычно применяемая в биологии и медицине, - калория (кал). Она определяется как количество энергии, необходимое для повышения температуры 1 г воды на 1°С. В Международной системе единиц (СИ) при измерении энергетических величин используется джоуль (1 ккал= 4,19 кДж).

Количество энергии, выделяемой при окислении какого-либо соединения, не зависит от числа промежуточных этапов его распада, т.е. от того, сгорело ли оно или окислилось в ходе катаболических процессов. Запас энергии в пище определяется в колориметрической бомбе - замкнутой камере, погруженной в водяную баню. Точно взвешенную пробу помещают в эту камеру, наполненную чистым О2 и поджигают. Количество выделившейся энергии определяется по изменению температуры воды, окружающей камеру.

При окислении углеводов выделяется 17,17 кДж/г (4,1 ккал/г), окисление 1 г жира дает 38,96 кДж (9,3 ккал). Запасание энергии в форме жира является наиболее экономичным способом длительного хранения энергии в организме. Белки окисляются в организме не полностью. Аминогруппы отщепляются от молекулы белка и выводятся с мочой в форме мочевины. Поэтому при сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется больше энергии, чем при его окислении в организме: при сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется 22,61 кДж/г 5,4 ккал/г), а при окислении в организме - 17,17 кДж/г 4,1 ккал/г). Разница приходится на ту энергию, которая выделяется при сжигании мочевины.

Определение уровня метаболизма. Основной обмен

Почти половина всей энергии, получаемой в результате катаболизма, теряется в виде тепла в процессе образования молекул АТФ. Мышечное сокращение - процесс еще менее эффективный. Около 80% энергии, используемой при мышечном сокращении, теряется в виде тепла и только 20% превращается в механическую работу (сокращение мышцы). Если человек не совершает работу, то практически вся генерируемая им энергия теряется в форме тепла (например, у человека, лежащего в постели). Следовательно, величина теплопродукции является точным выражением величины обмена в организме человека.

Для определения количества затрачиваемой организмом энергии применяют прямую и непрямую калориметрию.

Первые прямые измерения энергетического обмена провели в 1788 г. Лавуазье и Лаплас.

Прямая калориметрия заключается в непосредственном измерении тепла, выделяемого организмом. Для этого животное или человек помещается в специальную герметическую камеру, по трубам, проходящим через нее, протекает вода. Для вычисления теплопродукции используются данные о теплоемкости жидкости, ее объеме, протекающем через камеру за единицу времени, и разности температур поступающей в камеру и вытекающей жидкости.

Непрямая калориметрия основана на том, что источником энергии в организме являются окислительные процессы, при которых потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Поэтому энергетический обмен можно оценивать, исследуя газообмен. Наиболее распространен способ Дугласа-Холдейна, при котором в течение 10-15 мин собирают выдыхаемый обследуемым человеком воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани (мешок Дугласа). Затем определяют объем выдохнутого воздуха и процентное содержание в нем О 2 и СО 2 .

По соотношению между количеством выделенного углекислого газа и количеством потребленного за данный период времени кислорода - дыхательному коэффициенту (ДК) - можно установить, какие вещества окисляются в организме. ДК при окислении белков равен 0,8, при окислении жиров - 0,7, а углеводов - 1,0. Каждому значению ДК соответствует определенный холерический эквивалент кислорода, т.е. то количество тепла, которое выделяется при окислении какого-либо вещества на каждый литр поглощенного при этом кислорода. Количество энергии на единицу потребляемого 02 зависит от типа окисляющихся в организме веществ. Калорический эквивалент кислорода при окислении углеводов равен 21 кДж на 1 л 02 (5 ккал/л), белков - 18,7 кДж (4,5 ккал), жиров - 19,8 кДж (4,74 ккал).

Для косвенного определения интенсивности обмена могут быть использованы некоторые физиологические параметры, связанные с потреблением кислорода: частота дыханий и вентиляционный объем, частота сокращений сердца и минутный объем кровотока - все они отражают затраты энергии. Однако эти показатели недостаточно точны.

Интенсивность энергетического обмена значительно варьирует и зависит от многих факторов. Поэтому для сравнения энергетических затрат у разных людей была введена условная стандартная величина - основной обмен. Основной обмен - это минимальные для бодрствующего организма затраты энергии, определенные в строго контролируемых стандартных условиях:

1) при комфортной температуре (18-20 градусов тепла);

2) в положении лежа (но обследуемый не должен спать);

3) в состоянии эмоционального покоя, так как стресс усиливает метаболизм;

4) натощак, т.е. через 12- 16 ч после последнего приема пищи.

Основной обмен зависит от пола, возраста, роста и массы тела человека. Величина основного обмена в среднем составляет 1 ккал в 1 ч на 1 кг массы тела. У мужчин в сутки основной обмен приблизительно равен 1700 ккал, у женщин основной обмен на 1 кг массы тела примерно на 10% меньше, чем у мужчин, у детей он больше, чем у взрослых, и с увеличением возраста постепенно снижается.

Суточный расход энергии

Суточный расход энергии у здорового человека значительно превышает величину основного обмена и складывается из следующих компонентов: основного обмена; рабочей прибавки, т.е. энергозатрат, связанных с выполнением той или иной работы; специфического-динамического действия пищи. Совокупность компонентов суточного расхода энергии составляет рабочий обмен. Мышечная работа существенно изменяет интенсивность обмена. Чем интенсивнее выполняемая работа, тем выше затраты энергии. Степень энергетических затрат при различной физической активности определяется коэффициентом физической активности - отношением общих энергозатрат на все виды деятельности в сутки к величине основного обмена.

1. Общее понятие об обмене веществ и энергии.

2. Обмен белков.

3. Обмен жиров.

4. Обмен углеводов.

5. Водный и минеральный обмен.

6. Витамины.

7. Обмен энергии.

8. Терморегуляция.

Общее понятие об обмене веществ и энергии.

Обмен веществ - одно из основных свойств живых организмов. Суть его состоит в постоянном обмене веществ и энергии между организмом и внешней средой. Вещества, поступающие с пищей, распадаются на относительно простые химические соединения, кото-рые усваиваются организмом и служат пластическим материалом для его построения. При распаде и превращении различных компо-нентов пищи выделяется энергия, расходуемая для осуществления ряда функций.

Конечные продукты распада выводятся из организма. Совокупность всех химических превращений (процессов ассимиляции и диссимиляции) в живом организме, обеспечивающих его жизне-деятельность, называют обменом веществ, или метаболизмом. В пе-риод роста организма преобладает ассимиляция . Во взрослом орга-низме устанавливается относительное равновесие между ассимиляци-ей и диссимиляцией. В старческом возрасте ассимиляция отстает от диссимиляции.

Обмен белков.

Белки - это сложные высокомолекулярные соедине-ния, состоящие из аминокислот. Роль белков в организме чрезвычай-но велика, так как их функции многообразны. Белки входят в состав ядра, протоплазмы, мембран клеток всех органов и тканей, т.е. выпол-няют пластическую функцию. Белки входят в состав нуклеопротеидов, таким образом, участвуют в процессах воспроизводства живой материи. Белки костей, хрящей выполняют опорную функцию. Актин и миозин обеспечивают сокращение мышц. Белки обладают каталити-ческой активностью (ферменты). Защитные реакции организма связа-ны с белками, в частности, антитела, образующиеся при поступлении чужеродных веществ, являются протеинами. Белки выполняют и антитоксическую функцию, участвуют в свертывании крови, являются источником энергии.

Биологическая ценность белков пищи обусловлена наличием в них незаменимых аминокислот, их соотношением с заменимыми. Заме-нимые аминокислоты (глицин , аланин, цистеин и др.) могут синтезироваться в организме. Незаменимые аминокислоты (аргинин , лейцин, лизин , триптофан и др.) не синтезируются в организме и обязательно должны поступать с пищей. Наиболее полноценными по аминокислотному составу продуктами являются белки яйца, молока, мяса. Бел-ки растительного происхождения биологически менее полноценны, т.к. в них либо мало некоторых незаменимых аминокислот, либо они отсутствуют.

Белки расщепляются в пищеварительном тракте до аминокислот и низкомолекулярных полипептидов, которые всасываются в кровь. С током крови они поступают в печень, где подвергаются дезаминированию и переаминированию. Из части аминокислот в печени син-тезируются специфические белки альбумины, глобулины, фибриноген. Основная часть аминокислот поступает к тканям организма и ис-пользуется для синтеза тканевых белков. Конечными продуктами расщепления белков в тканях являются аммиак , мочевина, мочевая кислота, креатинин и другие вещества.

Об использовании белков в организме судят по азотистому ба-лансу. Его можно рассчитать по количеству азота, поступившего с пищей и выделенного с мочой, потом и. калом.

Суточная потребность в белках зависит от возраста, вида и усло-вий деятельности, от состояния организма. Для взрослых здоровых людей, выполняющих среднюю по тяжести работу, суточная потреб-ность в белке составляет 100-110 г.

Регуляция белкового обмена осуществляется нервной системой через железы внутренней секреции. На белковый обмен оказывают влияние соматотропный гормон передней доли гипофиза, гормон щи-товидной железы тироксин иглюкокортикоиды коркового вещества надпочечников.

Обмен жиров (липидов).

Под липидами понимают сложные орга-нические вещества, к которым относятся нейтральные жиры, со-стоящие из глицерина и жирных кислот, и близкие к ним по фи-зико-химическим свойствам липоиды: лецитин, холестерин. В, состав липоидов, кроме жирных кислот, входят многоатомные спирты, фосфаты и азотистые соединения.

Жиры выполняют несколько функций:

1) окисляются, освобождая при этом энергию;

2) служат пластическим веществом для образова-ния тканевых структур;

3) превращаются в печени в гликоген, кото-рый затем используется как источник глюкозы;

4) откладываются в виде жировых отложений (жировых депо) и по мере надобности ис-пользуются организмом;

5) являются растворителями витаминов (А, D, Е, К) и способствуют их усвоению.

Жиры пищи под действием ферментов поджелудочного и кишечных соков (при участии желчи) расщепляются на глицерин и жирные ки-слоты. Из глицерина и жирных кислот в эпителиальных клетках вор-синок тонкого кишечника синтезируется жир, свойственный орга-низму человека. Эти жиры попадают в лимфу и далее разносятся кровью по всем органам и тканям.

Конечными продуктами распада жиров является вода и углекислый газ. Суточная потребность в жирах в среднем составляет 100 г.

В регуляции жирового обмена существенную роль играют централь-ная нервная система, а также железы внутренней секреции (половые и щитовидные железы, гипофиз, надпочечники).

Обмен углеводов.

Углеводы делятся на простые и сложные. С пищей поступают главным образом сложные углеводы: полисахари-ды - крахмал, гликоген и дисахариды - молочный, свекловичный, тро-стниковый и Другие сахара. При их расщеплении в пищеварительном тракте образуются простые моносахариды: глюкоза, фруктоза и га-лактоза, которые всасываются из кишечника в кровь.

В крови углеводы содержатся в виде глюкозы (3,3-5,5 ммоль/л); в печени и мышцах - в виде небольших запасов гликогена. При сни-жении концентрации глюкозы в крови ниже физиологической нормы происходит распад гликогена в печени. Таким образом, сущность углеводного обмена сводится к поддержанию оптимальной концентра-ции глюкозы в крови. Суточная потребность в углеводах у взрослого человека составляет 400-500 г.

В регуляции углеводного обмена принимают участие нервная система и железы внутренней секреции. Адреналин, глюкагон и адренокортикотропный гормон вызывают повышение расщепления гликогена, тогда как инсулин тормозит распад гликогена и способствует его синтезу из глюкозы в печени.

Водный и минеральный обмен.

Вода составляет около 70% мас-сы тела. Она является непременной составной частью каждой клет-ки, имеется в межклеточной жидкости, составляет жидкую основу крови и лимфы. Суточная потребность в воде для взрослого организ-ма составляет 2,5-3 л. Воду, которую человек получает в виде питья (1500 мл) и в составе пищевых продуктов (1000-1200 мл), называют экзогенной. Воду, которая образуется при окислительном распаде в организме белков, жиров и углеводов, называют эндогенной (500 мл).

В нормальных условиях организм взрослого человека находится в состоянии равновесия относительно потребления воды и ее выделения, которое осуществляется почками - 1200-1500 мл, кожей - 800 мл, легкими 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 возбуж-дении питьевого центра в гипоталамусе.

Организм нуждается в поступлении не только воды, но и мине-ральных веществ. Минеральные вещества участвуют в построении ор-ганоидов клетки, входят в состав ферментов, гормонов, участвуют в мышечном сокращении, нервной проводимости и т.д.

В сутки человеку необходимо не менее 8 г натрия, 4 г хлора, 3 г ка-лия, 0,8 г кальция, 2 г фосфора, 15-20 мг железа и др. Натрий, калий и хлор необходимы для поддержания кислотно-щелочного равновесия, калий участвует в обеспечении процессов возбудимости нервной и мы-шечной тканей, фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, АТФ и некоторых ферментов. В соединении с кальцием и магнием фосфор об-разует костный скелет. Железо необходимо в составе гемоглобина , миоглобина , а также ферментов, участвующих в окислительно-восста-новительных реакциях. Большое значение имеют микроэлементы: йод входит в состав гормонов щитовидной железы; цинк - поджелудочной; фтор придаёт прочность эмали зубов; кобальт является компонентом витамина В, 2 ; медь необходима для процесса кроветворения, синтеза гемоглобина, влияет на рост.

Витамины.

Витамины - это сложные биоорганические соединения, необходимые для нормального протекания процессов обмена веществ. Впервые наличие таких веществ в пище было обнаружено русским врачом Н. И. Луниным в 1880 году.

Роль витаминов многообразна:

1) они ускоряют биохимические реак-ции в организме;

2) взаимодействуя с гормонами и ферментами, повы-шают их эффективность;

3) участвуют в образовании пищеваритель-ных ферментов.

При отсутствии какого-либо витамина или его предшественника возникает болезненное состояние - авитаминоз , при недостаточном по-ступлении витамина с пищей - гиповитаминоз.

Витамины делят на две группы: жирорастворимые (A, D, Е, К) и во-дорастворимые (В, В 2 , В 6 , В 12 , РР, Р, С и др.). (

Витамин А (ретинол). Биологическая роль ретинола многообразна: он необходим для роста костей, формирования клеток эпителия, участвует в процессах фоторецепции. При авитаминозе происходит нарушение процессов сумеречного зрения (куриная слепота), поврежде-ние роговицы глаз, сухость эпителия. Витамин А широко распростра-нен в продуктах животного происхождения (мясе, печени, рыбьем жире, молоке, яйцах). В растениях находится провитамин А - каротин, кото-рый в организме животных превращается в витамин А. Источники каротина - морковь, абрикосы, крапива. Суточная потребность в вита-мине А - 1,0-1,5 мг.

Витамин D (кальциферол). Регулирует обмен кальция и фосфора. При недостатке данного витамина в детском возрасте развивается ра-хит (нарушается процесс костеобразования). Приём больших доз вита-мина D ведёт к тяжёлому заболеванию, которое характеризуется отло-жением кальция в органах и тканях. Витамин D содержится в яич-ном желтке, рыбьем жире, печени, растительных маслах, образуется в коже под влиянием ультрафиолетовых лучей. Суточная потребность - 2,5 мкг.

Витамин Е (токоферол). Обладает противоокислительным действи-ем на внутриклеточные липиды. Играет важную роль в обеспечении функции размножения. При недостатке витамина Е развивается дис-трофия скелетных мышц, ослабляется половая функция. В большом ко-личестве витамин Е содержится в салате, петрушке, растительном мас-ле, кукурузе, овсяной муке. Суточная потребность - 14-15 мг.

Витамин К (филлохинон). Участвует в синтезе протромбина, способ-ствует нормальной свёртываемости крови. При К-авитаминозе понижа-ется свёртываемость крови, наблюдаются кровоизлияния. Источником витамина К являются зелёные листья шпината, салата, капусты. Много его в томатах, ягодах рябины. Суточная потребность в этом витамине равна 0,2-0,3 мг.

Витамин В (тиамин). Участвует в обмене жиров, белков и углево-дов, в проведении нервного импульса. При недостатке возникают рас-стройства двигательной активности, параличи, нарушения работы желу-дочно-кишечного тракта. Витамином Bi наиболее богаты зерновые и бобовые культуры, печень, куриный желток. Суточная потребность в витамине - 1,5-2 мг.

Витамин В(рибофлавин). Участвует в клеточном дыхании. При недостатке развивается помутнение хрусталика, поражение слизистой оболочки рта, слабость мышц. Витамин В 2 содержится в пивных дрож-жах, печени, яйцах, томатах, зерновых и бобовых культурах. Суточная потребность - 2-3 мг.

Витамин В 6 (пиридоксин). Участвует в обмене белков, синтезе фер-ментов, обеспечивающих обмен аминокислот. Влияет на кроветворение. При его недостатке наблюдаются потеря аппетита, тошнота, слабость, воспалительные поражения кожи и нервов. Витамин В 6 содержится в молоке, яйцах, овощах, мясе и рыбе, кроме того, он частично синтезиру-ется микрофлорой кишечника. Суточная потребность в нем составляет 1,5-3 мг.

Витамин В 12 (цианокобаламин). Оказывает влияние на функцию кроветворения. Для всасывания его из кишечника необходим гастромукопротеид (внутренний фактор Касла), который находится в желу-дочной слизи. Гиповитаминоз В приводит к развитию анемии. Содер-жится в печени, почках, мясе. Может синтезироваться и микрофлорой кишечника при условии поступления с пищей кобальта. Суточная по-требность - 2 мкг.

Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид). Участвует в кле-точном дыхании. Нехватка и отсутствие витамина РР в пище приводит к развитию заболевания с названием пеллагра, которое проявляется в поражении кожи, пищеварительной и нервной систем. Витамин РР содержится в мясе, рыбе, молоке, печени, чае, пшенице, рисе, ячмене. Суточная потребность в нем - 15 мг.

Витамин Р (рутин). Уменьшает проницаемость и ломкость капилля-ров. ПриР-авитаминозе возникают общая слабость, боли в ногах, крово-излияния. Наиболее богаты витамином Р лимоны, гречневая крупа, чер-ная смородина, плоды шиповника. Суточная потребность - около 50 мг.

Витамин С (аскорбиновая кислота). Участвует в окислительно-восстановительных процессах. Увеличивает устойчивость к инфекциям. При недостатке аскорбиновой кислоты развивается цинга (поражение стенок кровеносных сосудов, развитие мелких кровоизлияний в коже, кровоточивость десен). Источником витамина С являются шиповник, лимоны, перец, зелёный лук, чёрная смородина, картофель, капуста и др. Суточная потребность в витамине С составляет 50-100 мг.

Обмен энергии.

Для жизнедеятельности организма необходима энер-гия. Она освобождается в процессе диссимиляции сложных органиче-ских соединений: белков, жиров и углеводов, потенциальная энергия которых при этом переходит в кинетические виды энергии, в основном, тепловую, механическую и частично в электрическую. Расщепление идет путем присоединения кислорода - окисления. При окислении 1 г жира в организме выделяется 9,3 ккал энергии, 1 г углеводов - 4,1 ккал, 1 г белка - 4,1 ккал. То количество тепла, которое выделяется при окис-лении в организме 1 г вещества, называют теплотой сгорания. Часть освобождающейся энергии используется для синтетических процессов восстановления изнашиваемых и построения новых клеток и тканей, часть потребляется в процессе функционирования органов и тканей: сокращения мышц, проведения нервных импульсов, синтеза ферментов и гормонов и др. Большая часть химической энергии переходит в теп-ло, которое идет на поддержание постоянной температуры тела.

Обмен энергии человека, или так называемый общий обмен, скла-дывается из основного обмена и рабочей прибавки. Если человек нахо-дится в состоянии полного мышечного покоя: лежа с расслабленной мускулатурой, натощак (через 14 часов после последнего приема пищи), при температуре комфорта (18-22° С), то расход энергии составляет примерно 1700 ккал в сутки и называется основным обменом. В услови-ях основного обмена энергия расходуется на поддержание жизнедея-тельности организма, работу внутренних органов (сердце, дыхатель-ный аппарат и др.), а также на поддержание температуры тела. Основ-ной обмен нарушается при заболевании эндокринных желез. При ги-перфункции щитовидной железы он может повышаться до 150%. При недостаточности гипофиза основной обмен понижается - наступает гипофизарное ожирение.

Повышение энергетического обмена сверх основного обмена назы-вают рабочей прибавкой. Факторами, повышающими расход энергии, являются прием пищи, низкая или высокая (свыше 30° С) внешняя тем-пература и мышечная работа.

Терморегуляция.

В живом организме, благодаря непрерывному об-мену веществ, постоянно образуется тепло. Одновременно с поверх-ности тела происходит постоянная отдача тепла в окружающую среду. Следовательно, температура тела должна зависеть от соотношения двух процессов - теплообразования и теплоотдачи.

В организме тепло образуется главным образом в мышцах и печени. Образование тепла происходит за счет окисления углеводов и жиров.

Теплоотдача происходит несколькими путями:

1) проведением (пря-мой отдачей тепла от тела);

2) конвекцией (прямой передачей тепла перемещающимся частицам воздуха, воды);

3) излучением (в виде лучи-стой энергии инфракрасных лучей);

4) испарением влаги с кожных по-кровов.

Пластический и энергетический обмены. С момента возникновения живой организм устанавливает об­менные взаимоотношения с внешней средой. В него непрерывно поступают питательные вещества и выделяются продукты обмена веществ. Таким образом, тело человека представляет собой открытую систему, в которой происходит непрерывное движение веществ из внешней среды в организм и из организма во внешнюю среду.

Под обменом веществ понимают сложную цепь химических и физиче­ских превращений веществ в орга­низме с момента их поступления из внешней среды и кончая удалением продуктов распада. Энергетическое «топливо», необходимое для жизне­деятельности, животные и человек получают вместе с пищей и кислоро­дом воздуха. Энергия извлекается главным образом из углеводов, жи­ров и белков. Из пищеварительного тракта эти вещества попадают в кровь и лимфу в виде аминокислот, глюкозы, жирных кислот. Далее эти вещества поступают в ткани и клетки организма человека. Часть веществ используется для построения специ­фических для данного организма молекул белков, жиров и углеводов, для обменных процессов в тканях и органах, из другой части посту­пивших в организм веществ в резуль­тате распада крупных химических молекул на более мелкие и простые выделяется энергия. Эта энергия расходуется на реакции биологиче­ского синтеза, клеточного деления, мышечного сокращения и т. д. Одно­временно в организме человека из мелких молекул синтезируются более крупные специфические для данной клетки структуры.

Таким образом, обмен веществ представляет собой совокупность двух противоположных типов ре­акций: анаболических и катаболических. Анаболические реакции – это реакции синтеза новых молекул. Протекают они с поглощением энер­гии, обеспечивая постоянство хими­ческого состава клеток и тканей организма. Совокупность этих ре­акций носит название пластического обмена.

Катаболические реакции – это реакции распада крупных молекул на более мелкие, простые. При расщеп­лении высокомолекулярных соедине­ний выделяется энергия. Поэтому совокупность реакций, обеспечиваю­щих организм энергией, называют энергетическим обменом.

Оба вида обмена неразрывно связаны и представляют собой не­отделимые друг от друга процессы. Реакции пластического и энергетиче­ского обмена происходят при обяза­тельном участии ферментов и регули­руются нервной и эндокринной систе­мами.

Для сохранения массы тела, роста и возмещения энергозатрат орга­низму необходимы органические ве­щества (белки, углеводы, жиры, витамины) и неорганические веще­ства (минеральные соли, вода и кис­лород) . Их количество должно со­ответствовать состоянию организма и условиям его существования. За период, равный средней продолжи­тельности жизни человека, им по­требляется примерно 1,3 т жиров, 2,5 т белков, 12,5 т углеводов и 75 т воды. Организм постоянно очищается от конечных продуктов обмена, образующихся при расщеп­лении веществ, что достигается рабо­той органов выделения.

Обмен белков. Белки занимают важнейшее место среди органических элементов клетки. На их долю прихо­дится более 50% сухой массы клетки. В живом организме постоянно про­исходит синтез и распад белков. Синтез белков осуществляется при участии аминокислот, постоянным источником которых являются белки пищи.

В пищеварительном тракте белки распадаются до аминокислот. Амино­кислоты всасываются в кровь. Прой­дя через сосуды и клетки печени, они доставляются в клетки тканей орга­нов, где вновь синтезируются белки, но уже специфичные для данной клетки, для данного органа. Так, в мышечных клетках и волокнах синтезируются белки актин и мио­зин, а в клетках молочной железы – казеин и т. д. Из 20 входящих в состав белков аминокислот 10 син­тезируются в организме, а 10 не синтезируются (незаменимые амино­кислоты) . Без незаменимых амино­кислот нарушается синтез белков, останавливается рост, уменьшается масса тела. Жизнь и нормальное состояние организма невозможны при отсутствии в пище хотя бы одной из незаменимых аминокислот.

Для человека важно поступление с пищей полноценных белков. Только из них в организме могут синтезиро­ваться свои специфические белки. Особенно большое значение полно­ценные белки имеют для растущего организма, так как в нем в боль­шом количестве создаются новые клетки.

Важна не только биологическая ценность поступающих с пищей бел­ков, но и их количество. При недоста­точном количестве белков нормаль­ный рост организма приостанавлива­ется или задерживается. К полно­ценным белкам относят преимуще­ственно белки животного происхож­дения. Особенно большую ценность для организма представляют белки мяса, рыбы, яиц, молока и других продуктов питания. Неполноценные белки преимущественно растительно­го происхождения. Пища человека должна содержать такое количество белков, чтобы полностью удовлетво­рять все потребности организма. Количество белка, необходимое орга­низму, различно для людей разного возраста, пола и профессий. Су­точная потребность в белках у детей от 4 до 7 лет – около 70 г, после 7 лет – 80 г, у взрослых людей – 118 г. Если человек занимается тя­желым физическим трудом, то нор­ма белка в пище должна быть увели­чена до 130 – 140 г в сутки. Белки в организме не откладываются в запас.

Если в организм поступает боль­ше белков, чем требуется, излишек подвергается распаду. При уменьше­нии количества белков в потребляе­мой пище распад их уменьшается. Таким образом организм поддержи­вает свое химическое равновесие. При недостатке белковых веществ в пище (например, при голодании) организм расходует белок собствен­ных тканей.

Обмен углеводов. Углеводы также играют важную роль в организме. Они – основной источник энергии. Углеводы поступают в организм человека главным образом в виде полисахаридов, дисахаридов, крах­мала. Особенно богата углеводами растительная пища: хлеб, крупы, ово­щи, фрукты. Расщепляясь под дей­ствием растительных ферментов до простых Сахаров и глюкозы, углеводы всасываются в кровь. Уровень глюкозы в крови в норме 4,6 – 6,7 ммоль1л. Особенно чувствительны к пониже­нию уровня сахара в крови нервные клетки.

Глюкоза, поступившая в кровь из кишечника, транспортируется в пе­чень, где из нее синтезируется глико­ген – резервный запас углеводов. Количество гликогена в клетках пече­ни у взрослого человека может достигать 150 – 200 г. Гликоген от­кладывается также и в мышцах. При недостатке углеводов в пище глико­ген расщепляется и глюкоза по мере надобности поступает в клетки тка­ней, где она используется как источ­ник энергии. В клетках осуществля­ется дальнейшее превращение угле­водов. Конечные продукты распада углеводов – вода и углекислый газ. При употреблении с пищей большого количества обычного сахара (до 150 – 200 г) содержание глюкозы в крови резко возрастает. Это явле­ние называют пищевой (алиментарной) гипергликемией. В этом случае избыток сахара выводится из орга­низма с мочой. Повышенную кон­центрацию сахара в моче называют глюкозурией. Значительное пониже­ние уровня глюкозы в крови – гипогликемия может вызвать нер­вные расстройства (потерю сознания, судороги) и даже привести к смерти. Суточная потребность в различных углеводах у ребенка 4 – 7 лет равна 287 г, у подростков 14 – 17 лет – 470 г, у взрослого – 500 г.

Обмен жиров. Жиры, как и угле­воды, являются энергетическим мате­риалом и используются как источник энергии. Известно, что при расщепле­нии 1 г жира образуется в два с лишним раза больше энергии, чем при окислении такого же количества белков или углеводов. Поступивший с пищей жир в пищеварительном тракте расщепляется до глицерина и жирных кислот. Попав в кишечные ворсинки, глицерин и жирные кисло­ты вновь соединяются друг с другом. образуя новые, свойственные данно­му организму жиры. Большая часть вновь образовавшихся жиров посту­пает в лимфу, меньшая – непосред­ственно в кровь и разносится ко всем органам и тканям. Много жиров поступает непосредственно в жиро­вую ткань, которая имеет значение жирового депо для организма. Жиры содержатся в подкожной клетчатке. вокруг некоторых внутренних орга­нов (например, почек). Они входят в состав клеток (цитоплазмы, ядра, клеточных мембран). С жирами в ор­ганизм поступают растворимые в них витамины (A, D, Е и др.), имеющие для человека жизненно важное зна­чение. Суточная потребность в жирах для взрослого человека 100 г, для детей 8 – 13 лет – 38 г.

Обмен воды и минеральных ве­ществ. Значение воды в организме очень велико (см. с. 146). За сутки в организм поступает в виде жидко­стей и с пищей 1,5 – 2 л воды. Выделение воды происходит через почки, кожу, легкие и кишечник. Через почки выделяется 1,2 – 1,5л во­ды, через легкие вместе с газами 250 – 350 мл, через кишечник 50 – 200 мл, через кожу – до 1 л.

Организм не может длительно существовать и без минеральных веществ. Они необходимы для осуще­ствления обмена веществ, для по­строения костей, входят в состав гемоглобина и участвуют в переносе кислорода кровью. Минеральные ве­щества имеют большое значение в поддержании постоянства внутрен­ней среды. Потребность организма в различных элементах неодинакова (см. с. 145).

Образование и расход энергии в организме человека. Для различ­ных процессов жизнедеятельности организма (синтеза веществ, мышечной работы, поддержания темпе­ратуры тела) необходима энергия – около 10 500 кДж в сутки. Это значит, что при оптимальном (спокойном) состоянии в организме человека дол­жно расщепляться столько белков, жиров и углеводов, сколько необхо­димо для освобождения 10 500 кДж энергии. Источник энергии заключен в химических связях молекул органи­ческих веществ (белков, жиров и уг­леводов), получаемых с пищей. Пре­вращение этих веществ из сложных в простые и приводит к высвобожде­нию энергии. Основным аккумулято­ром энергии является аденозинтри-фосфорная кислота (АТФ). Химиче­ские реакции при обмене веществ обеспечивают синтез белков, деление клеток, мышечное сокращение. Часть образующегося при химических ре­акциях тепла используется для под­держания постоянства температуры тела, а его избыток организм отдает в окружающую среду. Таким обра­зом, обмен веществ и энергии, состав­ляя единое целое, подчиняется уни­версальному закону естествозна­ния – закону сохранения материи и энергии.

Энерготраты организма определя­ют по величине выделения теплоты. Единицей измерения тепла служит калория (кал). Ее определяют как количество энергии, необходимое для повышения температуры 1 г воды на 1 °С (1 ккал – 4,2 кДж). Поэтому энергообмен организма выражается в джоулях или калориях. Данные о потребностях в энергии у работни­ков различных видов труда приведе­ны в таблице 9.

Таблица 9 Суточная потребность энергии для лиц разных категорий труда

Мы часто слышим, что причиной болезней является нарушение обмена веществ (метаболизма). Этот процесс является основой существования всего живого мира. Что же собой представляет обмен веществ? Как мы получаем энергию в результате такого процесса?

Ассимиляция и диссимиляция

В клетках всех живых организмов постоянно происходит процесс синтеза молекулярных соединений и распад их с выделением энергии. Синтез органических веществ - это ассимиляция (анаболизм). Она позволяет обновлять клетки, накапливать запас энергии.

Распад органических веществ - процесс, противоположный ассимиляции. Это диссимиляция (катаболизм). Такие реакции происходят с поглощением кислорода. Именно катаболизм всегда связан с окислением. При этом освободившаяся энергия идет на синтез аденозинтрифосфорной кислоты. Конечные продукты распада выводятся за пределы клеток, а позже и вовсе из организма.

Как видим, ассимиляция и диссимиляция - два противоположных и тесно связанных процесса, на которых базируется обмен веществ. Нарушение одной из составляющих всегда приводит к сбою в метаболизме. Он, в свою очередь, делится на белковый, жировой, углеводный и водно-солевой. Здоровый обмен веществ возможен, только когда в организм постоянно поступает необходимое количество жиров, белков и углеводов.

Потребность организма в этих в веществах неодинаковая. Она зависит от затрат энергии конкретного человека, его двигательной активности, возраста, пола, генетики. В процессе жизнедеятельности энергетические запасы организма уменьшаются, и пополняться они должны за счет пищи. Соотношение энергии, поступающей с пищей, и той, которая организмом расходуется, называют энергетическим балансом. Если у человека с едой поступает больше энергии, чем он расходует, то она начинает откладываться в организме в виде жира. Ожирение - один из видов нарушения обмена веществ. Вот почему важно, чтобы количество потребляемой пищи соответствовало энергетическим затратам.

Обмен белков

Они являются пластическим материалом, из которого строятся ткани и клетки организма. Белки разнообразны. Их состав - это комбинации 20 аминокислот.

Белки в пищеварительном тракте расщепляются до аминокислот. Из них же в тканях синтезируются те белки, которые им нужны. Например, в мышечных клетках происходит синтез белка миозина. Продукты распада белка из организма выделяются с потом, мочой, выдыхаемым воздухом.

При избыточном потреблении человеком белковой пищи она преобразуется в гликоген и жир. Средняя суточная потребность взрослого человека в белках составляет 100-118 граммов. Особенность организма детей в том, что у них синтез белка превышает распад, потому что происходит рост, нарастание мышечной массы.

Углеводный обмен

В организм человека больше углеводов поступает с пищей растительного происхождения. Они расщепляются до глюкозы. Последняя всасывается в кровь. У здорового человека стабильное содержание глюкозы в крови. Это 0,08-0,12%. Если же ее поступает в кровь слишком много, то избыток превращается в печени в гликоген (животный крахмал). Он накапливается, а при необходимости вновь распадается и трансформируется в глюкозу. Необходимость в ней возрастет, когда человек работает физически. Если организм получает избыток углеводов с пищей, то они превращаются в жиры. Средняя суточная потребность человека в углеводах составляет 450-500 граммов.

Обмен липидов

Жиры человек получает с животной и растительной пищей. Последние - более ценные и полезные. Определенная часть синтезированного организмом жира откладывается про запас. Некоторое количество его поступает в клетки и служит составляющей их мембран.

Жиры - ценный источник энергии. Когда они окисляются, выделяется углекислый газ, освобождается энергия. Жиры в организме могут синтезироваться из белков и углеводов. Суточная потребность в этих веществах в среднем составляет 100 граммов.

Обмен липидов, белков, углеводов взаимосвязан. Например, при нарушении жирового обмена происходит также сбой и в углеводном. Поэтому важно контролировать энергетический баланс организма, проще говоря, не переедать.

Обязательным условием существования любого живого организма является постоянное поступление и выведение конечных продуктов распада.

Что такое обмен веществ в биологии

Обмен веществ, или метаболизм, - это особый набор химических реакций, которые протекают в любом живом организме для поддержания его деятельности и жизни. Такие реакции дают организму возможность развиваться, расти и размножаться, при этом сохраняя свою структуру и отвечая на раздражители окружающей среды.

Обмен веществ принято разделять на два этапа: катаболизм и анаболизм. На первой стадии все сложные вещества расщепляются и становятся более простыми. На втором же вместе с затратами энергии синтезируются нуклеиновые кислоты, липиды и белки.

Самую важную роль в процессе метаболизма играют ферменты, которые являются активными Они способны снизить энергию активации физической реакции и регулировать обменные пути.

Метаболические цепи и компоненты абсолютно идентичны для многих видов, что является доказательством единства происхождения всех живых существ. Такое сходство показывает сравнительно раннее появление эволюции в истории развития организмов.

Классификация по типу обмена веществ

Что такое обмен веществ в биологии, подробно описано в данной статье. Все живые организмы, существующие на планете Земля, можно разделить на восемь групп, руководствуясь при этом источником углерода, энергии и окисляемого субстрата.

Живые организмы в качестве источника питания могут использовать энергию химических реакций или света. В качестве окисляемого субстрата могут быть как органические, так и Источником углерода является углекислый газ или органика.

Существуют такие микроорганизмы, которые, находясь в разных условия существования, используют метаболизм разного типа. Это зависит от влажности, освещения и других факторов.

Могут характеризоваться тем, что один и тот же организм может иметь клетки с разным типом метаболических процессов.

Катаболизм

Биология обмен веществ и энергии рассматривает через такое понятие, как "катаболизм". Данным термином называют во время которых крупные частицы жиров, аминокислот и углеводов расщепляются. Во время катаболизма появляются простые молекулы, участвующие в реакциях биосинтеза. Именно благодаря данным процессам организм способен мобилизовать энергию, превращая ее в доступную форму.

У организмов, которые живут благодаря фотосинтезу (цианобактерии и растения), реакция переноса электрона не высвобождает энергию, а накапливает, благодаря солнечному свету.

У животных реакции катаболизма связаны с расщеплением сложных элементов до более простых. Такими веществами являются нитраты и кислород.

Катаболизм у животных делится на три этапа:

1. Расщепление сложных веществ до более простых.
2. Расщепление простых молекул до еще более простых.
3. Высвобождение энергии.

Анаболизм

Обмен веществ (биология 8 класса рассматривает данное понятие) характеризуется и анаболизмом - совокупностью метаболических процессов биосинтеза с затратой энергии. Сложные молекулы, которые являются энергетической основой клеточных структур, последовательно образуются из самых простых предшественников.

Сначала синтезируются аминокислоты, нуклеотиды и моносахариды. Затем вышеперечисленные элементы становятся активными формами благодаря энергии АТР. И на последнем этапе все активные мономеры объединяются в сложные структуры, такие как белки, липиды и полисахариды.

Стоит обратить внимание, что не все живые организмы синтезируют активные молекулы. Биология (обмен веществ подробно описан в данной статье) выделяет такие организмы, как автотрофы, хемотрофы и гетеротрофы. Они получают энергию из альтернативных источников.

Энергия, получаемая из солнечного света

Что такое обмен веществ в биологии? Процесс, благодаря которому существует все живое на Земле, и отличающий живые организмы от неживой материи.

Энергией солнечного света питаются некоторые простейшие, растения и цианобактерии. У данных представителей обмен веществ происходит благодаря фотосинтезу - процессу поглощения кислорода и выделению углекислого газа.

Пищеварение

Такие молекулы, как крахмал, белки и целлюлоза, расщепляются еще до того, как они используются клетками. В процессе пищеварения принимают участие особые ферменты, которые расщепляют белки до аминокислот, и полисахариды - до моносахаридов.

Животные могут выделять такие ферменты только из специальных клеток. А вот микроорганизмы такие вещества выделяют в окружающее пространство. Все вещества, которые вырабатываются благодаря внеклеточным ферментам, поступают в организм с помощью «активного транспорта».

Контроль и регуляция

Что такое обмен веществ в биологии, вы можете прочитать в данной статье. Каждый организм характеризуется гомеостазом - постоянством внутренней среды организма. Наличие такого условия очень важно для любого организма. Так как все их окружает среда, которая постоянно меняется, для поддержания оптимальных условий внутри клеток все реакции метаболизма должны правильно и точно регулироваться. Хороший обмен веществ дает возможность живым организмам постоянно контактировать с окружающей средой и отвечать на ее изменения.

Исторические сведения

Что такое обмен веществ в биологии? Определение находится в начале статьи. Понятие «метаболизм» первый раз употребил Теодор Шванн в сороковых годах девятнадцатого века.

Изучением метаболизма ученые занимаются уже несколько веков, и начиналось все с попыток изучить организмы животных. А вот термин «обмен веществ» впервые употребил Ибн-аль-Нафиса, который считал, что все тело постоянно находится в состоянии питания и распада, поэтому для него характерны постоянные изменения.

Урок биологии «Обмен веществ» откроет всю суть данного понятия и опишет примеры, которые помогут увеличить глубину знаний.

Первый контролируемый опыт по изучению обмена веществ был получен Санторио Санторио в 1614 году. Он описывал свое состояние до и после приема пищи, работы, питья воды и сна. Он был первым, кто заметил, что большая часть употребленной пищи утрачивалась во время процесса «незаметного испарения».

В начальных исследованиях обменные реакции были не обнаружены, и ученые считали, что живой тканью управляет живая сила.

В двадцатом веке Эдуард Бухнер ввел понятие ферментов. С этих пор изучение обмена веществ начиналось с изучения клеток. В этот период биохимия стала наукой.

Что такое обмен веществ в биологии? Определение можно дать следующее - это особый набор биохимических реакций, поддерживающих существование организма.

Минералы

В метаболизме очень большую роль играют неорганические вещества. Все органические соединения состоят из большого количества фосфора, кислорода, углерода и азота.

Большинство неорганических соединений позволяют контролировать уровень давления внутри клеток. Также их концентрация положительно влияет на функционирование мышечных и нервных клеток.

(железо и цинк) регулируют активность транспортных белков и ферментов. Все неорганические микроэлементы усваиваются благодаря транспортным белкам и никогда не пребывают в свободном состоянии.