Какие конечные продукты распада белков жиров и углеводов
Белковый обмен — использование и преобразование аминокислот белков в организме человека.
При окислении (1) г белка выделяется (17,2) кДж ((4,1) ккал) энергии.
Но организм редко использует большое количество белков для покрытия своих энергетических затрат, так как белки нужны для выполнения других функций (основная функция — строительная). Организму человека нужны не белки пищи, сами по себе, а аминокислоты, из которых они состоят.
В процессе пищеварения белки пищи, распадаясь в желудочно-кишечном тракте до отдельных аминокислот, всасываются в тонком кишечнике в кровяное русло и разносятся к клеткам, в которых происходит синтез новых собственных белков, свойственных человеку.
Уровень содержания аминокислот в крови регулирует печень. Распадаясь, аминокислоты образуют воду, углекислый газ и ядовитый аммиак. В клетках печени из образовавшегося аммиака синтезируется мочевина (которая затем выводится вместе с водой почками в составе мочи и частично кожей), а углекислый газ выдыхается через лёгкие.
Остатки аминокислот используются как энергетический материал (преобразуются в глюкозу, избыток которой превращается в гликоген).
Углеводный обмен
Углеводный обмен — совокупность процессов преобразования и использования углеводов.
Углеводы являются основным источником энергии в организме. При окислении (1) г углеводов (глюкозы) выделяется (17,2) кДж ((4,1) ккал) энергии.
Углеводы поступают в организм человека в виде различных соединений: крахмал, гликоген, сахароза или фруктоза и др. Все эти вещества распадаются в процессе пищеварения до простого сахара глюкозы, всасываются ворсинками тонкого кишечника и попадают в кровь.
Глюкоза необходима для нормальной работы мозга. Снижение содержания глюкозы в плазме крови с (0,1) до (0,05) % приводит к быстрой потере сознания, судорогам и гибели.
Основная часть глюкозы окисляется в организме до углекислого газа и воды, которые выводятся из организма через почки (вода) и лёгкие (углекислый газ).
Часть глюкозы превращается в полисахарид гликоген и откладывается в печени (может откладываться до (300) г гликогена) и мышцах (гликоген является основным поставщиком энергии для мышечного сокращения).
Уровень глюкозы в крови постоянный ((0,10)–(0,15) %) и регулируется гормонами щитовидной железы, в том числе инсулином. При недостатке инсулина уровень глюкозы в крови повышается, что ведёт к тяжёлому заболеванию — сахарному диабету.
Инсулин также тормозит распад гликогена и способствует повышению его содержания в печени.
Другой гормон поджелудочной железы — глюкагон — способствует превращению гликогена в глюкозу, тем самым повышая её содержание в крови (т. е. оказывает действие, противоположное инсулину).
При большом количестве углеводов в пище их избыток превращается в жиры и откладывается в организме человека.
(1) г углеводов содержит значительно меньше энергии, чем (1) г жиров. Но зато углеводы можно окислить быстро и быстро получить энергию.
Обмен жиров
Обмен жиров — совокупность процессов преобразования и использования жиров (липидов).
При распаде (1) г жира выделяется (38,9) кДж ((9,3) ккал) энергии (в (2) раза больше, чем при расщеплении (1) г белков или углеводов).
Жиры являются соединениями, включающими в себя жирные кислоты и глицерин. Жирные кислоты под действием ферментов поджелудочной железы и тонкого кишечника, а также при участии желчи, всасываются в лимфу в ворсинках тонкого кишечника. Далее с током лимфы липиды попадают в кровоток, а затем в клетки.
Как и углеводы, жиры распадаются до углекислого газа и воды и выводятся тем же путём.
В гуморальной регуляции уровня жиров участвуют железы внутренней секреции и их гормоны.
Значение жиров
- Значительная часть энергетических потребностей печени, мышц, почек (но не мозга!) покрывается за счёт окисления жиров.
- Липиды являются структурными элементами клеточных мембран, входят в состав медиаторов, гормонов, образуют подкожные жировые отложения и сальники.
- Откладываясь в запас в соединительнотканных оболочках, жиры препятствуют смещению и механическим повреждениям органов.
- Подкожный жир плохо проводит тепло, что способствует сохранению постоянной температуры тела.
Потребность в жирах определяется энергетическими потребностями организма в целом и составляет в среднем (80)–(100) г в сутки. Избыток жира откладывается в подкожной жировой клетчатке, в тканях некоторых органов (например печени), а также и на стенках кровеносных сосудов.
Если в организме недостаёт одних веществ, то они могут образовываться из других. Белки могут превращаться в жиры и углеводы, а некоторые углеводы — в жиры. В свою очередь жиры могут стать источником углеводов, а недостаток углеводов может пополняться за счёт жиров и белков. Но ни жиры, ни углеводы не могут превращаться в белки.
Подсчитано, что взрослому человеку для нормальной жизнедеятельности необходимо не менее (1500)–(1700) ккал в сутки. Из этого количества энергии на собственные нужды организма уходит (15)–(35) %, а остальное затрачивается на выработку тепла и поддержание температуры тела.
Обмен веществ начинается с поступления питательных веществ в желудочно-кишечный
тракт и воздуха в легкие.
Первым этапом обмена веществ являются ферментативные процессы
расщепления белков, жиров и углеводов до растворимых в воде аминокислот,
моно- и дисахаридов, глицерина, жирных кислот и других соединений,
происходящие в различных отделах желудочно-кишечного тракта, а также
всасывание этих веществ в кровь и лимфу.
Вторым этапом обмена являются транспорт питательных веществ и
кислорода кровью к тканям и те сложные химические превращения веществ,
которые происходят в клетках. В них одновременно осуществляются
расщепление питательных веществ до конечных продуктов метаболизма,
синтез ферментов, гормонов, составных частей цитоплазмы. Расщепление
веществ сопровождается выделением энергии, которая используется
для процессов синтеза и обеспечения работы каждого органа и организма
в целом.
Третьим этапом является удаление конечных продуктов распада из
клеток, их транспорт и выделение почками, легкими, потовыми железами
и кишечником.
Превращение белков, жиров, углеводов, минеральных веществ и воды
происходит в тесном взаимодействии друг с другом. В метаболизме
каждого из них имеются свои особенности, а физиологическое значение
их различно, поэтому обмен каждого из этих веществ принято рассматривать
отдельно.
Обмен белков
Белки используются в организме в первую очередь в качестве пластических
материалов. Потребность в белке определяется тем его минимальным
количеством, которое будет уравновешивать его потери организмом.
Белки находятся в состоянии непрерывного обмена и обновления. В
организме здорового взрослого человека количество распавшегося за
сутки белка равно количеству вновь синтезированного. Десять аминокислот
из 20 (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, триптофан, треонин,
фенилаланин, аргинин и гистидин) в случае их недостаточного поступления
с пищей не могут быть синтезированы в организме и называются незаменимыми.
Другие десять аминокислот (заменимые) могут синтезироваться в организме.
Из аминокислот, полученных в процессе пищеварения, синтезируются
специфические для данного вида, организма и для каждого органа белки.
Часть аминокислот используются как энергетический материал, т.е.
подвергаются расщеплению. Сначала они дезаминируются — теряют группу
Nh3 в результате образуются аммиак и кетокислоты. Аммиак является
токсическим веществом и обезвреживается в печени путем превращения
в мочевину. Кетокислоты после ряда превращений распадаются на СО2
и Н2О.
Скорость распада и обновления белков организма различна — от нескольких
минут до 180 суток (в среднем 80 суток). О количестве белка, подвергшегося
распаду за сутки, судят по количеству азота, выводимого из организма
человека. В 100 г белка содержится 16 г азота. Таким образом, выделение
организмом 1 г азота соответствует распаду 6,25 г белка. За сутки
из организма взрослого человека выделяется около 3,7 г азота, т.е.
масса разрушившегося белка составляет 3,7 х 6,25 = 23 г, или 0,028-0,075
г азота на 1 кг массы тела в сутки (коэффициент изнашивания Рубнера).
Если количество азота, поступающего в организм с пищей, равно количеству
азота, выводимого из организма, то организм находится в состоянии
азотистого равновесия.
Если в организм поступает азота больше, чем выделяется, то это
свидетельствует о положительном азотистом балансе (ретенция азота).
Он возникает при увеличении массы мышечной ткани (интенсивные физические
нагрузки), в период роста организма, беременности, во время выздоровления
после тяжелого заболевания. Состояние, при котором количество выводимого
из организма азота превышает его поступление в организм, называют
отрицательным азотистым балансом. Оно возникает при питании неполноценными
белками, когда в организм не поступают какие-либо из незаменимых
аминокислот, при белковом или полном голодании.
Необходимо потребление не менее 0,75 г белка на 1 кг массы тела
в сутки, что для взрослого здорового человека массой 70 кг составляет
не менее 52,5 г полноценного белка. Для надежной стабильности азотистого
баланса рекомендуется принимать с пищей 85 — 90 г белка в сутки.
У детей, беременных и кормящих женщин эти нормы должны быть выше.
Физиологическое значение в данном случае означает, что белки в основном
выполняют пластическую функцию, а углеводы — энергетическую.
Обмен жиров (липидов)
Липиды являются сложными эфирами глицерина и высших жирных кислот.
Жирные кислоты бывают насыщенными и ненасыщенными (содержащими одну
и более двойных связей). Липиды играют в организме энергетическую
и пластическую роль. За счет окисления жиров обеспечивается около
50% потребности в энергии взрослого организма. Жиры служат резервом
питания организма, их запасы у человека в среднем составляют 10
— 20% от массы тела. Из них около половины находятся в подкожной
жировой клетчатке, значительное количество откладывается в большом
сальнике, околопочечной клетчатке и между мышцами.
В состоянии голода, при действии на организм холода, при физической
или психоэмоциональной нагрузке происходит интенсивное расщепление
запасенных жиров. В условиях покоя после приема пищи происходит
ресинтез и отложение липидов в депо. Главную энергетическую роль
играют нейтральные жиры — триглицериды, а пластическую осуществляют
фосфолипиды, холестерин и жирные кислоты, которые выполняют функции
структурных компонентов клеточных мембран, входят в состав липопротеидов,
являются предшественниками стероидных гормонов, желчных кислот и
простагландинов.
Липидные молекулы, всосавшиеся из кишечника, упаковываются в эпителиоцитах
в транспортные частицы (хиломикроны), которые через лимфатические
сосуды поступают в кровоток. Под действием липопротеидлипазы эндотелия
капилляров главный компонент хиломикронов — нейтральные триглицериды
— расщепляются до глицерина и свободных жирных кислот. Часть жирных
кислот может связываться с альбумином, а глицерин и свободные жирные
кислоты поступают в жировые клетки и превращаются в триглицериды.
Остатки хиломикронов крови захватываются гепатоцитами, подвергаются
эндоцитозу и разрушаются в лизосомах.
В печени формируются липопротеиды для транспорта синтезированных
в ней липидных молекул. Это липопротеиды очень низкой и липопротеиды
низкой плотности, которые транспортируют из печени к другим тканям
триглицериды, холестерин. Липопротеиды низкой плотности захватываются
из крови клетками тканей с помощью липопротеидных рецепторов, эндоцитируются,
высвобождают для нужд клеток холестерин и разрушаются в лизосомах.
В случае избыточного накопления в крови липопротеидов низкой плотности,
они захватываются макрофагами и другими лейкоцитами. Эти клетки,
накапливая метаболически низкоактивные эфиры холестерина, становятся
одними из компонентов атеросклеротических бляшек сосудов.
Липопротеиды высокой плотности транспортируют избыточный холестерин
и его эфиры из тканей в печень, где они превращается в желчные кислоты,
которые выводятся из организма. Кроме того, липопротеиды высокой
плотности используются для синтеза стероидных гормонов в надпочечниках.
Как простые, так и сложные липидные молекулы могут синтезироваться
в организме, за исключением ненасыщенных линолевой, линоленовой
и арахидоновой жирных кислот, которые должны поступать с пищей.
Эти незаменимые кислоты входят в состав молекул фосфолипидов. Из
арахидоновой кислоты образуются простагландины, простациклины, тромбоксаны,
лейкотриены. Отсутствие или недостаточное поступление в организм
незаменимых жирных кислот приводит к задержке роста, нарушению функции
почек, заболеваниям кожи, бесплодию. Биологическая юность пищевых
липидов определяется наличием в них незаменимыx жирных кислот и
их усвояемостью. Сливочное масло и свиной жир усваиваются на 93
— 98%, говяжий — на 80 — 94%, подсолнечное масло — на 86- 90%, маргарин
— на 94-98%.
Обмен углеводов
Углеводы являются основным источником энергии, а также выполняют
в организме пластические функции, в ходе окисления глюкозы образуются
промежуточные продукты — пентозы, которые входят в состав нуклеотидов
и нуклеиновых кислот. Глюкоза необходима для синтеза некоторых аминокислот,
синтеза и окисления липидов, полисахаридов. Организм человека получает
углеводы главным образом в виде растительного полисахарида крахмала
и в небольшом количестве в виде животного полисахарида гликогена.
В желудочно-кишечном тракте осуществляется их расщепление до уровня
моносахаридов (глюкозы, фруктозы, лактозы, галактозы).
Моносахариды, основным из которых является глюкоза, всасываются
в кровь и через воротную вену поступают в печень. Здесь фруктоза
и галактоза превращаются в глюкозу. Внутриклеточная концентрация
глюкозы в гепатоцитах близка к ее концентрации в крови. При избыточном
поступлении в печень глюкозы она фосфорилируется и превращается
в резервную форму ее хранения — гликоген. Количество гликогена может
составлять у взрослого человека 150-200 г. В случае ограничения
потребления пищи, при снижении уровня глюкозы в крови происходит
расщепление гликогена и поступление глюкозы в кровь.
В течение первых 12 часов и более после приема пищи поддержание
концентрации глюкозы крови обеспечивается за счет распада гликогена
в печени. После истощения запасов гликогена усиливается синтез ферментов,
обеспечивающих реакции глюконеогенеза — синтеза глюкозы из лактата
или аминокислот. В среднем за сутки человек потребляет 400-500 г
углеводов, из которых обычно 350 — 400 г составляет крахмал, а 50
— 100 r — моно- и дисахариды. Избыток углеводов депонируется в виде
жира.
Обмен воды и минеральных веществ
Содержание воды в организме взрослого человека составляет в среднем
73,2±3% от массы тела. Водный баланс в организме поддерживается
за счет равенства объемов потерь воды и ее поступления в организм.
Суточная потребность в воде колеблется от 21 до 43 мл/кг (в среднем
2400 мл) и удовлетворяется за счет поступления воды при питье (~1200
мл), с пищей (~900 мл) и воды, образующейся в организме в ходе обменных
процессов (эндогенной воды (~300 мл). Такое же количество воды выводится
в составе мочи (~1400 мл), кала (~100 мл), посредством испарения
с поверхности кожи и дыхательных путей (~900 мл).
Потребность организма в воде зависит от характера питания. При
питании преимущественно углеводной и жирной пищей и при небольшом
поступлении NaCI потребности в воде меньше. Пища, богатая белками,
а также повышенный прием соли обусловливают большую потребность
в воде, которая необходима для экскреции осмотически активных веществ
(мочевины и минеральных ионов). Недостаточное поступление в организм
воды или ее избыточная потеря приводят к дегидратации, что сопровождается
сгущением крови, ухудшением ее реологических свойств и нарушением
гемодинамики.
Недостаток в организме воды в объеме 20% от массы тела ведет к
летальному исходу. Избыточное поступление воды в организм или снижение
ее объемов, выводимых организма, приводит к водной интоксикации.
В результате повышенной чувствительности нервных клеток и нервных
центров к уменьшению осмолярности водная интоксикация может сопровождаться
мышечными судорогами.
Обмен воды и минеральных ионов в организме тесно взаимосвязаны,
что обусловлено необходимостью поддержания осмотического давления
на относительно постоянном уровне во внеклеточной среде и в клетках.
Осуществление ряда физиологических процессов (возбуждения, синоптической
передачи, сокращения мышцы) невозможно без поддержания в клетке
и во внеклеточной среде определенной концентрации Na+, K+, Са2+
и других минеральных ионов. Все они должны поступать в организм
с пищей.
[ Определение уровня метаболизма. Основной обмен | Теоретические основы питания. Калорийность пищевого рациона
]
Смотрите также:
У нас также читают:
Обмен углеводов. В течение жизни человек съедает около 10т углеводов. Углеводы поступают в организм главным образом в виде крахмала. Расщепившись в пищеварительном тракте до глюкозы, углеводы всасываются в кровь и усваиваются клетками. Особенно богата углеводами растительная пища: хлеб, крупы, овощи, фрукты. Продукты животного происхождения (за исключением молока) содержат мало углеводов.
Углеводы — главный источник энергии, особенно при усиленной мышечной работе. У взрослых людей больше половины энергии организм получает за счет углеводов. Распад углеводов с освобождением энергии может идти как в бескислородных условиях, так и в присутствии кислорода. Конечные продукты обмена углеводов — углекислый газ и вода. Углеводы обладают способностью быстро распадаться и окисляться.
При сильном утомлении, во время трудных спортивных состязаний прием нескольких кусочков сахара улучшает состояние организма.
В крови количество глюкозы поддерживается на относительно постоянном уровне (около 0,11%). Уменьшение содержания глюкозы вызывает понижение температуры тела, расстройство деятельности нервной системы, утомление. В поддержании постоянного уровня сахара в крови большую роль играет печень. Повышение количества глюкозы вызывает ее отложение в печени в виде запасного животного крахмала — гликогена. Гликоген мобилизуется печенью при снижении содержания сахара в крови. Гликоген образуется не только в печени, но и в мышцах, где его может накапливаться до 1—2%. Запасы гликогена в печени достигают 150 г. При голодании и мышечной работе эти запасы сокращаются.
Если содержание глюкозы в крови увеличивается до 0,17%, то она начинает выводиться из организма с мочой.
Обычно при употреблении с пищей большого количества углеводов в моче появляется сахар, и этим самым выравнивается содержание сахара в крови.
Однако в крови может быть и стойкое повышение содержания сахара, которое не выравнивается. Это происходит при нарушении функции желез внутренней секреции (главным образом поджелудочной железы), что приводит к развитию заболевания — сахарного диабета. При этом заболевании утрачивается способность связывать сахар в гликоген и начинается усиленное выделение сахара с мочой. Это расстраивает течение многих жизненных процессов и опасно для организма.
Значение глюкозы для организма не исчерпывается ее ролью как источника энергии. Глюкоза входит в состав цитоплазмы и, следовательно, необходима при образовании новых клеток, особенно в период роста. Входят углеводы и в состав нуклеиновых кислот.
Углеводы имеют важное значение и в обмене веществ центральной нервной системы. При резком снижении количества сахара в крови отмечаются резкие расстройства деятельности нервной системы. Наступают судороги, бред, потеря сознания, изменение деятельности сердца. Если такому человеку ввести в кровь глюкозу или дать съесть обычный сахар, то через некоторое время эти тяжелые симптомы исчезают.
Полностью сахар из крови не исчезает даже при отсутствии его в пище, так как в организме углеводы могут образовываться из белков и жиров.
Потребность в глюкозе различных органов неодинакова. Мозг задерживает до 12% приносимой глюкозы, кишечник — 9%, мышцы—7%, почки—5%. Селезенка и легкие почти совсем не задерживают глюкозы.
Обмен жиров
Общее количество жира в организме человека колеблется в широких пределах и составляет в среднем 10—12% массы тела, а в случаях ожирения может достигать 50% массы тела.
Количество запасного жира зависит от характера питания, количества потребляемой пищи, пола, возраста и т. п.
Поступивший с пищей жир в пищеварительном тракте расщепляется на глицерин и жирные кислоты, которые всасываются в основном в лимфу и лишь частично в кровь.
Уже в клетках кишечного эпителия синтезируется жир, свойственный данному организму.
Через лимфатическую и кровеносную системы жиры поступают главным образом в жировую ткань, которая имеет для организма значение депо жира. Много жира в подкожной клетчатке, вокруг некоторых внутренних органов (например, почек), а также в печени и мышцах. Жир используется организмом как богатый источник энергии.
При распаде 1 г жира в организме освобождается энергии в два с лишним раза больше, чем при распаде такого же количества белков или углеводов. Жиры входят и в состав клеток (цитоплазма, ядро, клеточные мембраны), где их количество устойчиво и постоянно. Скопления жира могут выполнять и другие функции. Например, подкожный жир препятствует усиленной отдаче тепла, околопочечный жир предохраняет почку от ушибов и т. д.
Недостаток жиров в пище нарушает деятельность центральной нервной системы и органов размножения, снижает выносливость к различным заболеваниям.
Жир синтезируется в организме не только из глицерина и жирных кислот, но и из продуктов обмена белков и углеводов. На этом основана практика откорма сельскохозяйственных животных на сало.
Видовая специфичность жиров выражена слабее, чем видовая специфичность белков. Об этом свидетельствуют опыты, проведенные на собаках. Собак заставляли длительно голодать, и, когда они теряли почти весь запасной жир, одной из них давали с пищей льняное масло, а другой — бараний жир. Через некоторое время обнаружилось, что собственный жир первой собаки стал жидким и напоминал по некоторым свойствам льняное масло, а жир второй собаки по консистенции был схож с бараньим жиром.
Некоторые непредельные жирные кислоты, необходимые организму (линолевая, линоленовая и арахидоновая), должны поступать в организм в готовом виде, так как не способны им синтезироваться. Содержатся ненасыщенные жирные кислоты в растительных маслах (больше всего их в льняном и конопляном масле). Много линолевой кислоты и в подсолнечном масле. Этим объясняется высокая питательная ценность маргарина, в котором содержится значительное количество растительных жиров.
С жирами в организм поступают растворимые в них витамины (витамины A, D, Е и др.). имеющие для человека жизненно важное значение.
На 1 кг массы взрослого человека в сутки должно поступать с пищей 1,25 г жиров (80—100 г в сутки).
В клетках организма жиры под действием клеточных ферментов (липаз) расщепляются на глицерин и жирные кислоты. Превращения глицерина (при участии АТФ) заканчиваются образованием углекислого газа и воды. Жирные кислоты под действием множества ферментов подвергаются сложным превращениям с образованием в качестве промежуточного продукта
уксусной кислоты, которая затем превращается в ацетоуксусную кислоту. Конечные продукты обмена жирных кислот — углекислый газ и вода. Превращения непредельных жирных кислот изучены пока недостаточно.
Статья на тему Обмен углеводов и жиров