Лекція 8
Обмін речовин і енергії
Обмін речовин і енергії – це фізичні і хімічні перетворення в організмі в процесі життєдіяльності у взаємодії з навколишнім середовищем. З цього визначення маємо два положення:
Обмін речовин і енергії відображає живу систему.
Організм – це відкрита система, так як є його зв’язок з навколишнім середовищем через прийняття їжі, вживання кисню.
Обмінні або метаболічні процеси, в процесі яких специфічні елементи організму синтезуються із поглинутих продуктів їжі називаються АНАБОЛІЗМОМ (асиміляцією). Метаболічні процеси, у ході яких структурні елементи організму або поглинуті продукти їжі підлягають розпаду, називається КАТАБОЛІЗМОМ (дисиміляцією).
Обмін жирів і вуглеводів служить головним чином для енергетичного забезпечення фізіологічних функцій – ФУНКЦІОНАЛЬНИЙ МЕТАБОЛІЗМ. Білковий обмін в першу чергу підтримує і реконструює структури організму – СТРУКТУРНИЙ МЕТАБОЛІЗМ.
Обмін речовин важливо вивчати, так як ми пізнаємо закономірність життя, а також змогу керувати цими процесами. Крім теоретичного значення є і практичне – на законах обміну, його специфіці засновано цілий ряд медичних наук – гігієна харчування, гігієна праці, шкільна гігієна і т. д.
Обмін речовин і енергії між собою взаємопов’язані, але ми зараз розглянемо обмін речовин, а обмін енергії в наступний раз.
Обмін речовин включає 3 етапи:
Переробка їжі (травлення із засвоєнням мономерів при всмоктуванні). На цей процес не потрібно великої затрати енергії – до 1 %.
Проміжний обмін. Відбувається синтез речовин необхідних для обновлення клітин. Утворюється енергія обмінних процесів. Частина енергії – до 30 % виділяється із організму, а до 60 % затримується в організмі завдяки креатинфосфату і іншим фосфатам, які утримують енергію про запас.
Утворення кінцевих продуктів обміну і їх виділення із організму (вода, СО2, азот, сірка залізо і т. п.).
Обмін білків.
Давайте іще раз згадаємо функції білків:
Обумовлюють онкотичний тиск.
Резерв для побудови тканинних білків.
Підтримують рН крові.
Забезпечують в’язкість плазми крові.
Перешкоджають зсіданню еритроцитів.
Учасники згортання крові.
Необхідні фактори імунітету.
Дихальна функція.
Скорочувальний білок.
Переносники деяких гормонів, ліпідів, холестерину, мінеральних речовин.
Забезпечують креаторні зв’язки, тобто передачу інформації, впливаючої на генетичний апарат клітини.
Енергетична функція. При згоранні 1,0 білка виділяється 22,6 кДж (5,4 Ккал) енергії (бомба Бертло). В організмі згорання відбувається не до кінцевих продуктів, тому енергії виділяється менше – 17,1 кДж (4,1 Ккал). Кінцеві продукти обміну в організмі – сечовина, сечова кислота при згоранні в бомбі Бертло дають іще 5,3 кДж (1,3 Ккал) енергії.
1
За добу дорослій людині необхідно 100 – 110 гр. білка. В процесі проміжного обміну відбувається не тільки синтез білка, а й структурні зміни. За добу обмінюється 400,0 білка, 50 % сухої маси тіла людини складають білки.
Їжа, яку людина з’їла, на 30 % виводиться із організму, а 70 % буде включено в живі структури. Через 5 – 7 днів половина білка буде відновлена. Особливо інтенсивно відновлюється слизова оболонка кишечника, білки крові. Із одних амінокислот можуть утворюватися інші, але це лише для замінних амінокислот – ВАЛІН, ЛЕЙЦИН, ІЗОЛЕЙЦИН, ЛІЗИН, ТРИПТОФАН, МЕТІОНІН, ТРЕНІН, ФЕНІЛАЛАНІН. Для цього існує „закон мінімума“ – синтез білка в організмі обмежується тією незамінною амінокислотою, яка поступає в організм в мінімальній кількості.
ТРИПТОФАН – забезпечує нормальний склад плазми, а із неї мобілізуються білки тканинами. При відсутності її порушується синтез білка, зменшується вміст серотоніну в мозку і інших тканинах, може привести до розвитку пелагри.
ВАЛІН – при недостачі цієї амінокислоти порушується рівновага, нервові розлади.
ФЕНІЛАЛАНІН – необхідна для нормальної життєдіяльності людини, входить до складу молекул усіх білків і ферментів тваринного і рослинного походження, а також являється біосинтетичним попередником тирозину і інших азотвмісних з’єднань. Генетично обумовлені або вторинні порушення обміну фенілаланіну у людини призводять до розвитку тяжких захворювань.
ІЗОЛЕЙЦИН – у дітей при відсутності її після народження появляються неврологічні захворювання з дегенерацією мозку, у важких випадках – смерть.
ЛЕЙЦИН – при відсутності є причиною тяжких спадкових захворювань, стимулятор β-клітин підшлункової залози.
Для повного засвоєння білка їжі вміст в ньому амінокислот повинен відповідати певним співвідношенням, тобто бути збалансованим. Недостача хоча б однієї амінокислоти погіршує використання інших для побудови білків організму. Білки високої біологічної цінності відрізняються збалансованістю амінокислот, легким перетравлюванням і добрим засвоєнням. До таких білків відносять білки яєць і молочних продуктів, а також м’яса і риби, включаючи сполучну тканину.
Тривале життя тварин і нормальний їх стан неможливі при відсутності в їжі хоча б однієї з незамінних амінокислот. Необхідно пам’ятати про повноцінні і неповноцінні білки.
БІОЛОГІЧНО ПОВНОЦІННИМИ називають такі білки, які мають необхідний набір усіх амінокислот в такому співвідношенні, що забезпечує нормальні процеси синтезу. Якщо білки не мають тих або інших амінокислот, або мають в дуже малій кількості, називаються БІОЛОГІЧНО НЕПОВНОЦІННИМИ. Желатин (мало цистіну, відсутній триптофан), зеін (білок кукурудзи – мало триптофану і лізину), глиадін (білок пшениці – мало лізину) являються неповноцінними білками. В цьому відношенні кращими є тваринні білки, так як там багато незамінних амінокислот.
В процесі обміну утворюються речовини, що містять азот і виділяються з сечею – сечовина (30 % виводиться за добу), сечова кислота, креатинін, аміак. Коли необхідно оцінити білковий обмін, то збирають сечу за добу і визначають там вміст азоту. По азоту можна визначити кількість білка, що розпався в організмі. Всякий білок містить 16 % азоту. На цьому заснований розрахунок БІЛКОВОГО КОЄФІЦІЄНТА – це кількість грам білка, що містить 1,0 азоту. БК = 100 : 16 = 6,25. Отже, 1,0 азоту міститься у 6,25 білка.
РЕГУЛЯЦІЯ БІЛКОВОГО ОБМІНУ. Обмін білка регулюється нервовою системою – асиміляція і дисиміляція:
Гормони передньої долі гіпофіза – соматотропні – забезпечує синтез білка за рахунок збільшення проникності клітинних мембран для амінокислот.
Гормони щитовидної залози – тироксин і трийодтиронін – сприяють розпаду білка.
Гормони кори наднирників – глюкокортикоїди – також сприяють розпаду білка.
Сама їжа є регулятором білкового обміну. Чим більше білка вживається, тим більше його розпадається. Депо білка в організмі немає, хоча організм побудований із білків. У здорової людини повинна бути білкова рівновага. Вона називається азотна – це стан організму, при якому кількість засвоєного білка організмом із їжі дорівнює кількості виведеного білка в процесі обміну.
Для визначення кількості білка, що розпався в організмі знаходять кількість азоту в сечі і множать на білковий коефіцієнт – 6,25. Збирають за добу сечу і визначають там кількість азоту.
2
N сечі = N їжі – N кала
Кількість N, що виводиться з каловими масами не бере участі в обміні речовин.
Але буває так, що кількість білка, що розпадається не відповідає кількості засвоєного білка. Якщо кількість засвоєного білка по азоту із їжі менше кількості виведеного азоту – називається ВІД’ЄМНИМ АЗОТНИМ БАЛАНСОМ.
N сечі > N їжі – N кала
Це можливо при білковому голоді, вживання в їжу неповноцінних білків, при важкій фізичній праці, при деяких захворюваннях.
БІЛКОВИЙ МІНІМУМ вимірюється тією найменшою кількістю білка їжі, при якій іще підтримується в організмі азотна рівновага.
КОЄФІЦІЄНТ ВИСНАЖЕННЯ показує ту найменшу кількість білка, що розпадається в організмі при безбілковому харчуванні – 13,5 – 28 гр. Значення його в тому , що він показує, скільки необхідно білка для підтримування життєдіяльності таких важливих органів як печінка, серце і ін.
Існує також і ПОЗИТИВНИЙ АЗОТНОЙ БАЛАНС – це кількість засвоєного білка по азоту із їжі більше кількості виведеного.
N сечі < N їжі – N кала
Такий баланс ми бачимо у дітей, що ростуть, під час вагітності, в період видужування після важкої хвороби, при підсилених тренувальних вправах, коли збільшується маса м’язів.