Какие вещества являются продуктами распада жиров являются
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.
БЕЛКИ — полимеры, состоящие из аминокислот, связанных между собой пептидной связью.
В пищеварительном тракте белки расщепляются до аминокислот и простейших полипептидов, из которых в дальнейшем клетками различных тканей и органов, в частности печени, синтезируются специфические для них белки. Синтезированные белки используются для восстановления разрушенных и роста новых клеток, синтеза ферментов и гормонов.
Функции белков:
1. Основной строительный материал в организме.
2. Являются переносчиками витаминов, гормонов, жирных кислот и др. веществ.
3. Обеспечивают нормальное функционировании иммунной системы.
4. Обеспечивают состояние «аппарата наследственности».
5. Являются катализаторами всех биохимических метаболических реакций организма.
Организм человека в нормальных условиях (в условиях, когда нет необходимости пополнения дефицита аминокислот за счет распада сывороточных и клеточных белков) практически лишен резервов белка (резерв – 45 г: 40 г в мыщцах, 5 г в крови и печени), поэтому единственным источником пополнения фонда аминокислот, из которых синтезируются белки организма, могут служить только белки пищи.
Вне зависимости от видоспецифичности все многообразные белковые структуры содержат в своем составе всего 20 аминокислот.
Различают заменимые аминокислоты (синтезируются в организме) и незаменимые аминокислоты (не могут синтезироваться в организме, а поэтому должны поступать в организм в пищей). К незаменимым аминокислотам относятся: валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин.
Недостаток незаменимых аминокислот в пище приводит к нарушениям белкового обмена.
Незаменимыми аминокислотами являются валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, фенилаланин, триптофан, цистеин, незаменимыми условно — аргинин и гистидин. Все эти аминокислоты человек получает только с пищей.
Заменимые аминокислоты также необходимы для жизнедеятельности человека, но они могут синтезироваться и в самом организме из продуктов обмена углеводов и липидов. К ним относятся гликокол, аланин, цистеин, глутаминовая и аспарагиновая кислоты, тирозин, пролин, серин, глицин; условно заменимые — аргинин и гистидин.
Белки, содержащие полный набор незаменимых аминокислот, называются полноценными и имеют максимальную биологическую ценность (мясо, рыба, яйца, икра, молоко, грибы, картофель).
Белки, в которых нет хотя бы одной незаменимой аминокислоты или если они содержатся в недостаточных количествах называются неполноценными (растительные белки). В связи с этим для удовлетворения потребности в аминокислотах наиболее рациональной является разнообразная пища с преобладанием белков животного происхождения.
Кроме основной функции белков — белки как пластический материал, он может использоваться и как источник энергии при недостатке других веществ (углеводов и жиров). При окислении 1 г белка освобождается около 4,1 ккал.
При избыточном поступлении белков в организм, превышающем потребность, они могут превращаться в углеводы и жиры. Избыточное потребление белка вызывают перегрузку работы печени и почек, участвующих в обезвреживании и элиминации их метаболитов. Повышается риск формирования аллергических реакций. Усиливаются процессы гниения в кишечнике — расстройство пищеварения в кишечнике.
Дефицит белка в пище приводит к явлениям белкового голодания — истощению, дистрофии внутренних органов, голодные отеки, апатия, снижению резистентности организма к действию повреждающих факторов внешней среды, мышечной слабости, нарушении функции центральной и периферической нервной системы, нару- шению ОМЦ, нарушение развития у детей.
Суточная потребность в белках — 1 г/кг веса при условии достаточного содержания незаменимых аминокислот (например, при приеме около 30 г животного белка), старики и дети — 1,2-1,5 г/кг, при тяжелой работе, росте мышц — 2 г/кг.
ЖИРЫ (липиды) — органические соединения, состоящие из глицерина и жирных кислот.
Функции жиров в организме:
• являются важнейшим источником энергии. При окислении 1 г вещества выделяется максимальное по сравнению с окислением белков и углеводов количество энергии. За счёт окисления нейтральных жиров образуется 50% всей энергии в организме;
• являются компонентом структурных элементов клетки — ядра, цитоплазмы, мембраны;
• депонированные в подкожной клетчатке, предохраняют организм от потерь тепла, а окружающие внутренние органы — от механических повреждений.
Различают нейтральные жиры (триацилглицеролы), фосфолипиды, стероиды (холестерин).
Поступившие с пищей нейтральные жиры в кишечнике расщепляются до глицерина и жирных кислот. Эти вещества всасываются — проходят через стенку тонкого кишечника, вновь превращаются в жир и поступают в лимфу и кровь. Кровь транспортирует жиры в ткани, где они используются в качестве энергетического и пластического материала. Липиды входят в состав клеточных структур.
Уровень жирных кислот в организме регулируется как отложением (депонированием) их в жировой ткани, так и высвобождением из нее. По мере увеличения уровня глюкозы в крови жирные кислоты под влиянием инсулина, депонируются в жировой ткани.
Высвобождение жирных кислот из жировой ткани стимулируется адреналином, глюкагоном и соматотропым гармоном, тормозится — инсулином.
Жиры, как энергетический материал используется главным образом при выполнении длительной физической работы умеренной и средней интенсивности (работа в режиме аэробной производительности организма). В начале мышечной деятельности используются преимущественно углеводы, но по мере уменьшения их запасов начинается окисление жиров.
Обмен липидов тесно связан с обменом белков и углеводов. Поступающие в избытке в организм углеводы и белки превращаются в жир. При голодании жиры, расщепляясь, служат источником углеводов.
Суточная потребность в жирах — 25-30% от общего числа калорий. Суточная потребность незаменимых жирных кислот около 10 г.
Жирные кислоты являются основными продуктами гидролиза липидов в кишечнике. Большую роль в процессе всасывание жирных кислот играют желчь и характер питания.
К незаменимым жирным кислотам, которые не синтезируются организмом, относятся олеиновая, линолевая, линоленовая и арахидовая кислоты (суточная потребность 10–12 г).
Линолевая и лоноленовая кислоты содержатся в растительных жирах, арахидовая — только в животных.
Недостаток незаменимых жирных кислот приводит к нарушению функций почек, кожным нарушениям, повреждениям клеток, метаболическим расстройствам. Избыток незаменимых жирных кислот приводит к повышенной потребности токоферола (витамина Е).
УГЛЕВОДЫ — органические соединения, содержащиеся во всех тканях организма в свободном виде в соединениях с липидами и белками и являющиеся основным источникам энергии.
Функции углеводов в организме:
• Являются непосредственным источником энергии для организма.
• Участвуют в пластических процессах метаболизма.
• Входят в состав протоплазмы, субклеточных и клеточных структур, выполняют опорную функцию для клеток.
Углеводы делят на 3 основных класса: моносахариды, дисахариды и полисахариды.
Моносахариды — углеводы, которые не могут быть расщеплены до более простых форм (глюкоза, фруктоза).
Дисахариды — углеводы, которые пригидролизе дают две молекулы моносахаров (сахароза, лактоза).
Полисахариды — углеводы, которые при гидролизе дают более шести молекул моносахаридов (крахмал, гликоген, клетчатка).
На углеводы должно приходиться до 50 – 60% энергоценности пищевого рациона.
В пищеварительном тракте полисахариды (крахмал, гликоген; клетчатка и пектин в кишечнике не перевариваются ) и дисахариды под влиянием ферментов подвергаются расщеплению до моносахаридов (глюкоза и фруктоза) которые в тонком кишечнике всасываются в кровь. Значительная часть моносахаридов поступает в печень и в мышцы и служат материалом для образования гликогена.
В печени и мышцах гликоген откладывается в резерв. По мере необходимости гликоген мобилизуется из депо и превращается в глюкозу, которая поступает к тканям и используется ими в процессе жизнедеятельности.
Содержание гликогена в печени составляет 150–200 г.
Продукты распада белков и жиров могут частично в печени превращаться в гликоген. Избыточное количество углеводов превращается в жир и откладывается в жировом «депо».
Около 70% углеводов пищи окисляется в тканях до воды и двуокиси углерода.
Углеводы используются организмом либо как прямой источник тепла (глюкозо–6–фосфат), либо как энергетический резерв (гликоген);
Основные углеводы – сахара, крахмал, клетчатка – содержатся в растительной пище, суточная потребность в которой у человека составляет около 500 г (минимальная потребность 100–150 г/сут).
При недостаточности углеводов развивается похудание, снижение трудоспособности, обменные нарушения, интоксикация организма.
Избыток потребления углеводов может привести к ожирению, развитию бродильных процессов в кишечнике, повышенной аллергизации организма, сахарному диабету.
Материал подготовлен на основе информации из открытых источников
Под действием различных физико-химических факторов внешней среды, а также микроорганизмов жиры могут подвергаться значительным изменениям.
Воздействие микроорганизмов на жир начинается обычно с гидролиза его при участии ферментов липаз на глицерин и свободные Жирные кислоты. Продукты гидролиза подвергаются дальнейшим превращениям. Глицерин используется многими микроорганизмами и может быть полностью окислен до СО2 и Н2О.
Жирные кислоты окисляются медленнее, но и они, в первую очередь ненасыщенные, постепенно окисляются. Некоторые микроорганизмы, помимо липолитических ферментов (липаз), обладают окислительным ферментом — ли-поксигеназой, катализирующей процесс окисления кислородом воздуха некоторых ненасыщенных жирных кислот. В результате образуются перекиси жирных кислот, легко подвергающиеся дальнейшему окислению с образованием различных промежуточных продуктов кето- и оксикислот, альдегидов, кетонов и других, придающих жиру специфические неприятные вкус (прогорклость) и запах.
Промежуточные продукты окисления жирных кислот в свою очередь могут быть использованы микроорганизмами в процессах их метаболизма и в конечном счете могут превратиться в СО2 и Н2О.
Возбудителями процессов разложения жирам жирных кислот являются различные палочковидные бактерии, а также микрококки, многие мицелиальные грибы, некоторые дрожжи» и актиномицеты. Из бактерий очень активны бактерии рода Рзеийотоп аз, особенно продуцирующие пигменты. Из мицелиальных грибов значительной липолитической активностью обладают Oidium iactis. Cladosporiun herbarum, многие виды Aspergillus и Peniillus. Многие жирорасщепляющие микроорганизмы являются психротрофами, способными развиваться при низких положительных температурах.
Порча пищевых жиров и жира, содержащегося в различных продуктах (молочных, рыбных, крупяных и др.), очень распространена и нередко наносит большой ущерб народному хозяйству.
При длительным хранении жиров в условиях, не допускающих развития микробов, порча жира может быть результатом химических процессов. под влиянием света, кислорода воздуха.
Превращения азотсодержащих веществ
Гнилостные процессы
В метаболизме микроорганизмов азотсодержащие вещества подвергаются разнообразным превращениям.
Гниение — это процесс глубокого разложения белковых веществ микроорганизмами. Продукты разложения белков микроорганизмы используют для синтеза веществ клетки, а также в качестве энергетического материала.
Химизм разложения белковых веществ. Гниение — сложный, многоступенчатый биохимический процесс, характер и конечный результат которого зависят от состава белков, условий процесса и видов вызывающих его микроорганизмов.
Белковые вещества не могут поступать непосредственно в клетки микроорганизмов, поэтому использовать белки могут только микробы, которые обладают протеолитическими ферментами — экзопротеазами, выделяемыми клетками в окружающую среду.
Процесс распада простых белков начинается с их гидролиза. Первичными продуктами гидролиза являются пептиды. Они поступают в клетку и гидролизуются внутриклеточными протеазами до аминокислот.
Такие белки, как нуклеопротеиды, под действием гнилостных микробов расщепляются на белковый комплекс и нуклеиновые кислоты. Затем белки разлагаются до аминокислот, а нуклеиновые кислоты распадаются на фосфорную кислоту, углеводы и смесь азотсодержащих оснований.
Лммнокислоты непосредственно используются микроорганизмами на синтез клетки или подвергаются ими дальнейшим изменениям, например дезаминированию, в результате чего образуются аммиак[6]’ и разнообразные органические соединения. Различают дезаминирование гидролитическое, окислительное и восстановительное.
Гидролитическое дезаминирование сопровождается образованием оксикислот и аммиака. Если при этом происходит и декарбоксилирование аминокислоты, то образуются спирт, аммиак и углекислый газ:
RСНМН 2СООН + Н 20 -> RСНОНСООН + NН3
RСНNН 2СООН + Н 2 O — RCH 2ОН + NH3 + СО2
При окислительном дезаминировании образуются кето-кислоты и аммиак:
RСНМН 2СООН + 1/202 —. RСОСООН + NН3;
При восстановительном дезаминировании образуются карбоновые кислоты и аммиак:
RСНМН 2СООН + 2Н — RCH 2 COОН + NН3.
Из приведенных уравнений видно, что среди продуктов разложения аминокислот в зависимости от строения их радикала (R) обнаруживаются различные органические кислоты и спирты. Так, при разложении аминокислот жирного ряда могут накапливаться муравьиная, уксусная, пропио-новая, масляная и другие кислоты; пропиловый, бутиловый, амиловый и другие спирты. При разложении аминокислот ароматического ряда промежуточными продуктами являются характерные продукты гниения: фенол, крезол, скатол, индол — вещества, обладающие очень неприятным запахом. При распаде аминокислот, содержащих серу, получается сероводород или его производные — меркаптаны (например, метилмеркаптан —СН3SH). Меркаптаны обладают запахом тухлых яиц, который ощущается даже при ничтожно малых концентрациях.
Образующиеся при гидролизе белка диаминокислоты могут подвергаться декарбоксилированию без отщепления аммиака, в результате чего получаются диамины и СО2. Например, лизин превращается в кадаверин:
декарбоксилаза
NH2(CH2) CHNH2COOH—————————> NH2(CH2)5NH2+ СО2.
Аналогично этому орнитин превращается в путресцин.
Кадаверин, путресцин и другие амины, образующиеся при гниении, часто объединяют под общим названием птомаины, (трупные яды). Некоторые производные птомаинов (нейрин, мускарин и др.) обладают ядовитыми свойствами.
Дальнейшая «судьба» азотистых и безазотистых органических соединений, получающихся при распаде различных аминокислот, зависит от окружающих условий и состав микрофлоры. Под воздействием аэробных микроорганизмов эти соединения подвергаются окислению, так что могут быть полностью минерализованы. В этом случае конечными продуктами гниения являются аммиак, углекислый газ, вода, соли серной и фосфорной кислот. В анаэробных условиях не происходит полного окисления промежуточных продуктов распада аминокислот. В связи с этим кроме NH3 и СО2, накапливаются различные, указанные выше органические соединения, в числе которых могут быть вещества, обладающие ядовитыми свойствами, и вещества, сообщающие гниющему материалу отвратительный запах.
Возбудители гниения. Наиболее активными возбудителями гнилостных процессов являются бактерии. Среди них есть спорообразующие и бесспоровые, аэробные и анаэробные. Многие из них мезофилы, но есть холодоустойчивые и термостойкие. Большинство их чувствительно к кислотности среды и повышенному содержанию в ней поваренной соли.
Наиболее распространенными гнилостными бактериями являются следующие.
Сенная и картофельная палочки[7] — аэробные, подвижные, грамположительные, спорообразующие бактерии (рис. 25). Споры их отличаются высокой термоустойчивостыо.
Рис. 26. а — Рчеиаотопаа; б
Температурный оптимум развития этих бактерий лежит в пределах 35-45°С, максимум роста — при температуре 55-60°С; при температуре ниже 5°С они не размножаются. Помимо разложения белков эти бактерии способны разлагать пектиновые вещества, полисахариды растительных тканей, сбраживать углеводы. Сенная и картофельная палочки широко распространены в природе и являются возбудителями порчи многих пищевых продуктов.
Бактерии рода Рseudomas — аэробные подвижные палочки с полярным жгутиком, не образующие спор, гра-мотрицательные (рис. 26, а).
Некоторые виды синтезируют пигменты, их называют флуоресцирующими псевдомонасами. Есть холодоустойчивые виды, минимальная температура роста которых от -2 до -5°С. Многие псевдомонасы, помимо протеолитической, обладают и липолитической активностью; они способны окислять углеводы с образованием кислит, выделять слизь. Развитие и биохимическая активность этих бактерий значительно тормозятся при рН ниже 5,5 и 5-6%-ной концентрации NaС1 в среде, Псевдомонасы широко распространены в природе, являются антагонистами ряда бактерий и мицелиальных грибов, так как образуют антибиотические вещества. Некоторые виды РяеиДотопаз являются возбудителями болезней (бактериозов) культурных растений, плодов и овощей.
Протей (Ргоteus vulgaris) — мелкие грамотрицательные, бесспоровые палочки с резко выраженными гнилостными свойствами. Белковые субстраты при развитии в них протея приобретают сильный гнилостный запах. В зависимости от условий жизни эти бактерии способны заметно менять форму и размеры (рис. 26, б).
Протей — факультативный анаэроб; сбраживает углеводы с образованием кислот и газа. Он хорошо развивается как при температуре 25°С, так и при 37°С, прекращает размножаться при температуре около 5-10°С, но может сохраняться и в замороженных продуктах.
Особенностью протея является его очень энергичная подвижность. Это свойство лежит в основе метода выявления протея в пищевых продуктах и отделения его от сопутствующих бактерий. Некоторые виды выделяют токсические для человека вещества.
Clostridium putrificum (рис. 27, а) — анаэробная подвижная, спорообразующая палочка. Относительно крупные Споры ее располагаются ближе к концу клетки, которая при этом приобретает сходство с барабанной палочкой. Споры довольно термоустойчивы. Углеводы эта бактерия не сбраживает. Белки разлагает с образованием большого количества газа (NH3, Н2S). Оптимальная температура развития 37-43°С, минимальная — 5°С.
Рис. 27. а— Clostridium putrificum; б — Clostridium sporogenes
Clostridium sporogenes (рис. 27, б) — анаэробная подвижная, спороносная палочка. Споры термоустойчивы, в клетке они расположены центрально. Характерным является очень быстрое образование спор. Эта бактерия сбраживает углеводы с образованием кислот и газа, обладает липолитическсй способностью. При разложении белков обильно выделяется сероводород. Оптимальная температура развития 35-40°С, минимальная — около 5°С.
Оба вида клостридий известны как возбудители порчи баночных консервов (мясных, рыбных и др.).
Кроме бактерий белки могут разлагать и грибы. Практическое значение процессов гниения. Гнилостные микроорганизмы нередко наносят большой ущерб народному хозяйству, вызывая порчу ценнейших, богатых белками продуктов питания, например мяса и мясопродуктов, рыбы и рыбопродуктов, яиц, молока и др. Но эти же микроорганизмы играют большую положительную роль в круговороте азота в природе, минерализуя белковые вещества, попадающие в почву, воду.