1)Внешние биохимические процессы в пищеварении

Пищеварительная система человека

При нормальном функционировании организма, его росте и развитии необходимы большие затраты энергии. Эта энергия тратится на увеличение размеров органов и мышц при росте, а также в процессе жизнедеятельности человека на движение, поддержание постоянной температуры тела и т.д. Приход этой энергии обеспечивается регулярным поступлением пищи, которая содержит сложные органические вещества (белки, жиры, углеводы), минеральные соли, витамины и воду. Все перечисленные вещества нужны также и для поддержания биохимических процессов, которые протекают во всех органах и тканях. Органические соединения применяются также как строительный материал при росте организма и воспроизведении новых клеток взамен отмирающих.

Основные питательные вещества в том виде и в той форме, как они находятся в пище, не воспринимаются организмом. Таким образом, можно сделать вывод, что их необходимо подвергнуть специальной обработке - пищеварению.

Пищеварение - это процесс физической и химической обработки пищи, превращение ее в более простые и растворимые соединения. Такие более простые соединения могут всасываться, переноситься кровью, усваиваться организмом.

Физическая обработка представляет собой измельчение пищи, ее перетирание, растворение. Химические изменения заключаются в сложных реакциях, которые происходят в различных отделах пищеварительной системы, где под действием ферментов, которые находятся в секретах пищеварительных желез, осуществляется расщепление сложных нерастворимых органических соединений, находящихся в пище.

Они превращаются в растворимые и легко усваиваемые организмом вещества.

Ферменты представляют собой биологические катализаторы, которые выделяются организмом. Они отличаются определенной специфичностью. Каждый фермент воздействует только на строго определенные химические соединения: некоторые расщепляют белки, другие - жиры, третьи - углеводы.

В пищеварительной системе в результате химической обработки белки превращаются в набор аминокислот, жиры расщепляются до глицерина и жирных кислот, углеводы (полисахариды) - до моносахаридов.

В каждом определенном отделе пищеварительной системы осуществляются специализированные операции по обработке пищи. Они, в свою очередь, связаны с наличием в каждом из отделов пищеварения специфических ферментов.

Ферменты вырабатываются в различных органах пищеварения, среди которых отдельно следует выделить поджелудочную железу, печень и желчный пузырь.

Система органов пищеварения включает в себя ротовую полость с тремя парами крупных слюнных желез (околоушные, подъязычные и подчелюстные слюнные железы), глотку, пищевод, желудок, тонкую кишку, в состав которой входит двенадцатиперстная кишка (в нее открываются протоки печени и поджелудочной железы, тощая и подвздошная кишки), и толстая кишка, в которую входят слепая, ободочная и прямая кишки. В ободочной кишке можно выделить восходящую, нисходящую и сигмовидную кишки.

Кроме того, на процесс пищеварения воздействуют такие внутренние органы, как печень, поджелудочная железа, желчный пузырь.

Ферменты - это белковые вещества, играющие очень важную роль в различных биохимических процессах в организме.

Они необходимы для переваривания пищевых продуктов, стимуляции деятельности головного мозга, процессов энергообеспечения клеток, восстановления органов и тканей.

Наиболее важной функцией ферментов является канализация биохимических реакций в организме, многие, если не большинство которых, идут только в присутствии соответствующих энзимов.

Функция каждого из ферментов уникальна, т. е. каждый фермент активизирует только один биохимический процесс.

В связи с этим в организме существует огромное количество энзимов.

В зависимости от того, какие виды реакций организма катализируют ферменты, они выполняют различные функции.

Чаще всего их подразделяют на две основные группы: пищеварительные и метаболические.

Пищеварительные ферменты выделяются в желудочно-кишечном тракте, разрушают питательные вещества, способствуя их абсорбции в системный кровоток.

Различают три основные категории таких ферментов: амилаза, протеазы, липаза.

Амилаза расщепляет углеводы и находятся в слюне, панкреатическом секрете и в содержимом кишечника. Различные виды амилазы расщепляют различные сахара.

Протеазы, находящиеся в желудочном соке, панкреатическом секрете и в содержимом кишечника, помогают переваривать белки.

Липаза, находящаяся в желудочном соке и панкреатическом секрете, расщепляет жиры.

Метаболические ферменты катализируют биохимические процессы внутри клеток.

Каждый орган или ткань организма имеет свою сеть ферментов.

Некоторые виды пищевых продуктов содержат ферменты.

К сожалению, ферменты очень чувствительны к высокой температуре и легко разрушаются при нагревании.

Для того чтобы организм получил дополнительное количество ферментов, следует или есть продукты, содержащие их, в сыром виде или принимать биологически активные пищевые добавки с такими ферментами.

Ферментами богаты продукты растительного происхождения: авокадо, папайя, ананасы, бананы, манго, ростки.

5) Глико́лиз, или путь Эмбдена — Мейергофа — Парнаса— процесс окисления глюкозы, при котором из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты. Гликолиз состоит из цепи последовательных ферментативных реакций и сопровождающийся запасением энергии в форме АТФ и НАДH. Гликолиз является универсальным путём катаболизма глюкозы и одним из трёх (наряду с пентозофосфатным путём и путём Энтнера — Дудорова) путей окисления глюкозы, встречающихся в живых клетках. Реакция гликолиза в суммарном виде выглядит следующим образом:

Глюкоза + 2НАД+ + 2АТФ + 2Pi → 2 пируват + 2НАДH + 2Н+ + 2АТФ + 2Н2O.

Кислород не требуется для протекания гликолиза. В аэробных условиях пировиноградная кислота далее декарбоксилируется, соединяется с коферментом А и вовлекается в цикл Кребса, а в анаэробных условиях или при гипоксии претерпевает дальнейшие превращения в ходе брожения.

Гликолиз — катаболический путь. Он обеспечивает энергией клеточные реакции, в том числе и синтез белка. Промежуточные продукты гликолиза используются при синтезе жиров. Благодаря гликолизу производительность митохондрий и доступность кислорода не ограничивают мощность мышц при кратковременных предельных нагрузках. ( разложение, растворение, распад) , анаэробное (без участия О2) негидролитическое. расщепление углеводов в цитоплазме под действием ферментов, сопровождающееся синтезом АТФ и заканчивающееся образованием молочной к-ты.

Гликолиз - процесс расщепления углеводов (глюкозы) в отсутствие кислорода под действием ферментов. Энергия, освобождающаяся при гликолизе, используется в процессах жизнедеятельности организма.

В клетках животных конечным продуктом гликолиза является молочная кислота.

В клетках растений конечным продуктом гликолиза является пировиноградная кислота.

Гликолиз - это главный путь утилизации глюкозы- важнейший физиологический процесс, осуществляющийся в цитоплазме практически всех живых, как прокариотических, так и эукараотических, клеток. Гликолиз - это анаэробный (в отсутствие кислорода) процесс расщепления углеводов с освобождением энергии. В растениях в результате гликолиза образуется пируват(кислота пировиноградная)

СН3-СО-СООН - пируват.

В ходе гликолиза фруктозо-1,6-бифосфат превращается в пируват (пировиноградная кислота) - ключевое соединение в энергетическом обмене клетки: одна молекула глюкозы превращается в две молекулы пирувата , а энергия оказывается запасенной в виде четырех молекул: 2 АТФ и 2 NADH2), молекулы которого далее окисляются до двуокиси углерода и воды в цикле Кребса и электроннотранспортной цепи.

Конечные продукты, преимущественно: лактат в анаэробных условиях, CO2 и H2O в аэробных.

АТФ - аденозинтрифосфорная кислота.

Минимальные потребности в глюкозе имеют все ткани, но у некоторых из них (например, тканей мозга, эритроцитов) эти потребности весьма значительны. Гликолиз протекает во всех клетках. Это уникальный путь, поскольку он может использовать кислород, если последний доступен (аэробные условия), но может протекать и в отсутствие кислорода (анаэробные условия).

Уже на ранних этапах изучения метаболизма углеводов было установлено, что процесс брожения в дрожжах во многом сходен с распадом гликоген а в мышце. Исследования гликолитического пути проводили именно на этих двух системах.

При изучении биохимических изменений в ходе мышечного сокращения было установлено, что при функционировании мышцы в анаэробной (бескислородной) среде происходит исчезновение гликогена и появление пирувата и лактата в качестве главных конечных продуктов. Если затем обеспечить поступление кислорода, наблюдается "аэробное восстановление": образуется гликоген, и исчезают пируват и лактат. При работе мышцы в аэробных условиях накопления лактата не происходит, а пируват окисляется далее, превращаясь в CO2, и H2O. В анаэробных условиях реокисление NADH путем переноса восстановительных эквивалентов на дыхательную цепь и далее на кислород происходить не может. Поэтому NADH восстанавливает пируват в лактат. Реокисление NADH путем образования лактата обеспечивает возможность протекания гликолиза в отсутствие кислорода, поскольку поставляется NAD+ необходимый для глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназной реакции. Таким образом, в тканях, функционирующих в условиях гипоксии , наблюдается образование лактата ( Пентозофосфатный путь, гликолиз, глюконеогенез: метаболическая карта ). Это в особенности справедливо в отношении скелетной мышцы, интенсивность работы которой в определенных пределах не зависит от поступления кислорода. Образующийся лактат может быть обнаружен в тканях, крови и моче. Гликолиз в эритроцит ах даже в аэробных условиях всегда завершается образованием лактата, поскольку в этих клетках отсутствуют митохондрии, содержащие ферментные системы аэробного окисления пирувата. Эритроциты млекопитающих уникальны в том отношении, что около 90% их потребностей, в энергии обеспечивается гликолизом. Помимо скелетной мышцы и эритроцитов ряд других тканей ( мозг , желудочно-кишечный тракт , мозговой слой почек , сетчатка и кожа ) в норме частично используют энергию гликолиза и образуют молочную кислоту. Печень, почки и сердце обычно утилизируют лактат, но в условиях гипоксии образуют его.

Как происходит окисление глюкозы в клетке?

В этом процессе участвует множество ферментов. Ферментативное расщепление и окисление глюкозы называют гликолизом (греч. glycos - сладкий, lysis - расщепление). Ферменты, окисляющие глюкозу, составляют своего рода ферментативный "конвейер". Гликолиз происходит в цитоплазме. При этом одна шестиуглеродная молекула глюкозы С6Н12О6 ступенчато расщепляется и окисляется при участии ферментов до двух трехуглеродных молекул пировиноградной кислоты В этом превращении глюкозы последовательно участвуют девять ферментов. Если мы сравним число атомов в двух молекулах пировиноградной кислоты СН3СОСООН и в молекуле глюкозы С6Н]206, то увидим, что в процессе гликолиза молекула глюкозы не только расщепляется на две трехуглеродные молекулы, но и теряет четыре атома водорода, т. е. происходит окисление ее. Акцептором водорода (и электронов) в этих реакциях служат молекулы никотинамидадениндинуклеотида ( НАД ), которые похожи по структуре на НАДФ и отличаются только отсутствием остатка фосфорной кислоты при молекуле рибозы. В процессе аэробного гликолиза происходит восстановление окисленного НАД+ в НАДН. За счет энергии окисления глюкозы до пировиноградной кислоты фосфорилируются также четыре молекулы АДФ в АТФ . Что касается молекул НАДН , то запасенная ими энергия используется далее для получения АТФ.

На этапе окисления глюкозы кислород еще не участвует непосредственно, однако присутствие его в клетке обеспечивает дальнейшее окисление пировиноградной кислоты