4. Структурный обмен

Основными процессами структурного обмена являются обмен белков, углеводов, жиров, витаминный и водно-солевой обмен. Белки – самые важные из всех веществ, входящих в состав животных и растений. В организме человека содержится несколько десятков тысяч белков, обладающих разным строением, что обусловливает их способность выполнять специфические функции. Белки, содержащие все необходимые организму в достаточном количестве аминокислоты, называются полноценными (в основном это белки животного происхождения). Белки, в которых отсутствует или находится в недостаточном количестве одна или более незаменимых аминокислот, называются неполноценными (в основном это белки растительного происхождения).

Углеводы (сахара и крахмал) – важные пищевые продукты, за счет которых организм человека получает большую часть необходимой ему энергии (теплота сгорания чистых углеводов около 17 кДж/г : крахмала – 17,5, сахарозы – 16,5, глюкозы  15,6).

Углеводы образуются в процессе фотосинтеза, записываемого суммарной реакцией в виде

,

протекающего при поглощении солнечного света в областях длин волн 425 и 660 нм. Фотосинтез – очень сложный процесс. На первой стадии фотосинтеза происходит превращение АДФ (аденозиндифосфата) в АТФ (аденозинтрифосфат):

АДФ + H₃PO₄ + энергия  АТФ + H₂O

Жиры (глицериды высших жирных кислот) – важные липиды, содержащиеся в тканях растений и животных, ценные пищевые продукты, служащие источником энергии (теплота сгорания чистых жиров более чем в два раза больше, чем при окислении белков и углеводов, и составляет 37,6 кДжг ^–1). Половина энергетических затрат печени, почек, находящихся в покое сердечной и скелетной мышц обеспечивается за счет окисления жирных кислот и глицерина. Жиры состоят в основном (до 98 мас.%) из триглицеридов (ацилглицеринов)  полных эфиров глицерина и неразветвленных жирных кислот, содержащих четное число атомов С (от 4 до 26) как насыщенных, так моно- и полиненасыщенных (в основном это миристиновая, пальметиновая, стеариновая, 9-гексадеценовая, олеиновая, линолевая и линоленовая кислоты).

Витаминами называют группу биологически активных органических соединений различной химической природы, поступающих в организм с продуктами питания растительного и животного происхождения. Они играют очень важную роль в процессах обмена, часто являясь составной частью ферментов. Известно около двадцати соединений, которые могут быть отнесены к витаминам. Организму человека требуется по меньшей мере тринадцать из них: витамины А (важнейшие представители: ретинол, ретиналь и ретиноевая кислота), В₁ (тиамин), В₂ (рибофлавин), В₃ (пантотеновая кислота), В₆ (пиридоксин), В₁₂ (кобаламины), В_с (фолацин), С (аскорбиновая кислота), D (кальциферолы), К (группа соединений – производных 1,4-нафтохинона), Е (группа природных соединений – производных токола), Н (биотин), РР (ниацин), n-аминобензойная кислота, инозит (гексаоксициклогексаны). Все витамины делят на две группы – водорастворимые (В₁, В₂, В₃, В₆, В₁₂, С, РР и др.) и жирорастворимые (А, D, Е, К).

Авитаминоз – при отсутствии какого-либо витамина или его значительном дефиците (клинической картиной витаминной недостаточности является цинга, рахит, бери-бери, пеллагра, злокачественная анемия и др.);

гиповитаминоз – состояние умеренного дефицита со стертыми неспецифическими проявлениями (потеря аппетита, усталость, раздражительность) и отдельными так называемыми микросимптомами (кровоточивость десен, гнойниковые заболевания кожи и др.).

Прием ряда витаминов в дозах, существенно превышающих физиологическую потребность, может давать нежелательные побочные эффекты, а в ряде случаев приводит к серьезным патологическим расстройствам  гипервитаминозам. Особенно опасны в этом отношении витамины D и А.

Важной составляющей метаболизма является водно-солевой обмен. Организм человека примерно на 70 мас.% состоит из воды. Основная масса всей воды содержится в протоплазме клеток (72 мас.%). Это – внутриклеточная вода. Внеклеточная вода входит в состав крови, лимфы, спинно-мозговой жидкости (28 мас.%).

Кроме органических веществ и воды в метаболизме всех живых организмов существенную роль играют минеральные вещества. В организме человека в настоящее время обнаружено 80 элементов Периодической системы. По биологической активности их подразделяют на четыре группы: органогенные элементы, макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы. Доля органогенных элементов в человеческом организме составляет 97,9 мас.%, в т.ч.: кислорода – 61, углерода – 23, водорода – 10, азота – 2,6, серы – 0,2, фосфора – 1,1. Биологическая роль большинства ультрамикроэлементов на сегодня еще не изучена. Органогенные, макро- и микроэлементы необходимы для жизни.