Тема лекции: Обмен веществ

Лекция № 1

План лекции:

Около столетия тому назад французский физиолог Клод Бернар установил, что живой организм и среда образует единую систему, внутри которой происходит непрерывный обмен веществ и энергии.

Сущность обмена веществ в организме

Обмен веществ и энергии – основа процессов жизнедеятельности организма он принадлежит к числу важнейших специфических признаков живой материи.

Обмен веществ – это совокупность изменений, которые претерпевают вещества от момента их поступления в пищеварительный тракт, до образования конечных продуктов распада (кот, способствует росту, выживанию и воспроизведению человека).

Питательные вещества являются для человека единственным источником энергии. Пластическая роль питательных веществ состоит в том, что из них после сложных химических превращений образуются собственные структурные компоненты клеток и тканей.

Потребность в питательных веществах варьирует в зависимости от генетической конституции, размеров тела, возраста, пола, состояния эндокринной системы, физической активности, репродуктивной функции и др.

Процесс обмена веществ подчиняется всеобщему закону сохранения материи: при всех явлениях природы видоизменяется только форма вещества, количество же его остается постоянным.

В организме человека, в его органах, тканях и клетках идет непрерывный процесс образования сложных веществ из более простых. Одновременно с этим происходит распад, окисление сложных органических веществ до СО₂ и Н₂О.

Работа органов сопровождается непрерывным их обновлением: одни клетки погибают, другие их заменяют. У взрослого человека в течение суток гибнет и заменяется 1/20 клеток кожного эпителия. Через каждые 80 дней половина белков в организме обновляются.

Рост и обновление клеток организма возможны только в том случае, если в организме непрерывно поступают О₂ и питательны вещества (строительный материал).

М е т а б о л и з м – совокупность физических, химических и физиологических процессов, обеспечивающих получение и доставку к клеткам, органам и тканям энергии из экзо - и эндогенных источников, обеспечение пластических потребностей с целью обновления структур и выведения из организма продуктов метаболизма.

Условно в процессе обмена веществ можно выделить три этапа:

Первый этап - ферментативное расщепление питательных веществ.

Второй этап –транспорт питательных веществ жидкими средами организма к тканям и клеточный метаболизм, результатом которого является их ферментативное расщепление до конечных продуктов.

Третий этап – выведение конечных продуктов метаболизма из организма в составе мочи, кала, пота, через легкие в виде СО₂ , воды и т.д.

Промежуточный обмен веществ – совокупность химических превращений питательных веществ с момента поступления их в кровь до начала выделения конечных продуктов жизнедеятельности из организма.

Промежуточный обмен состоит из 2 взаимосвязанных процессов: катаболизма (диссимиляция) и анаболизма (ассимиляция).

Катаболизм – это ферментативное расщепление в процессе окислительных реакций крупных органических молекул питательных веществ на

более простые (расщепление сложных органических веществ сопровождается высвобождением энергии) до СО₂ и Н₂О, т.е. эти 2-а процесса взаимосвязаны.

Анаболизм – это ферментативный синтез из простых органических молекул крупномолекулярных клеточных компонентов- полисахаридов, нуклеиновых кислот, белков, липидов- т.е. это совокупность процессов направленных на построение структур организма – через синтез сложных органических веществ - протекает с потреблением энергии.. Основным аккумулятором и переносчиком энергии является АТФ. При освобождении фосфатной группы освобождается энергия. В энергообмене клетки до 15% - энергии, заключенной в АТФ, расходуется на поддержание целостности и 50% на ее функциональную готовность. Энергия расходуется для синтеза белков, поддержания трансмембранных градиентов ( Na / K насос. и др.) проведения нервного импульса, секреции мышечных сокращений и др. форм жизнедеятельности. Основным показателем активности анаболических процессов является положительный азотистый баланс.

Т.о., обмен веществ – это совокупность изменений, которые претерпевают вещества от момента их поступления в пищеварительный тракт, до образования конечных продуктов распада.

Химические превращения пищевых веществ начинаются в пищеварительном тракте. Сложные вещества белки, жиры и углеводы под действием ферментов пищеварительного тракта расщепляются до более простых :

белки – до аминокислот;

жиры – до триглицеридов и жирных кислот;

углеводы – до моносахаридов, затем они всасываются в кровь и лимфу и переносятся в клетки.

Потребность живых организмов обеспечивается не только у б, ж и у ., но так же необходимые витамины, минеральные вещества и вода. Крайние формы нарушения обмена веществ и энергии – кахексия и ожирение.

Ведущими гомеостатическими показателями, которые определяют оптимальный для нормальной жизнедеятельности метаболизм, являются константы крови.

Нервные и гуморальные влияния регулируют концентрацию ферментов и скорость их синтеза – соответственно и скорость обменных процессов (реакций), которые катализируются этими ферментами. Гормоны регулируют мембранный транспорт веществ, изменяя интенсивность метаболических процессов.

О б м е н б е л к о в

Среди органических элементов белки занимают в обмене веществ особое место. Везде где есть, жизнь – находятся белки. Белки – это природные органические соединения. Через белки происходит передача генетической информации. Большое значение в синтезе белков организма принимают белки плазмы крови – альбумины и глобулины.

Функции белков в организме многообразны:

Белки поддерживают онкотическое давление, вязкость, участвуют в поддержании рН крови (буферные свойства), они поддерживают постоянство водно-солевого обмена организма, креаторные связи, и т.д

1. Пластическое или структурное значение белков – они входят в состав всех клеток и межтканевых структур, цитоплазмы гемоглобина, плазмы крови, а также обеспечивают рост и развитие организма за счет процессов биосинтеза (являются резервом для построения тканевых белков).

2. Каталитическая, или ферментативная, активность белков регулирует скорость биохимических реакций. Белки-ферменты определяют все стороны обмена веществ и образование энергии не только из самих протеинов, но и из углеводов и жиров. Белки входят в состав многих гормонов.

3. Защитная функция заключается в образовании иммунных белков-антител (иммунные реакции). Белки способны связывать токсины и яды; обеспечивают свертывание крови (гемостаз).

4. Транспортная функция – перенос кислорода и двуокиси углерода эритроцитарным белком - гемоглобином; связывание и перенос некоторых ионов (железо, медь, водород) лекарственных веществ, токсинов.

5.Энергетическая функция белков определяется их способностью освобождать при окислении энергию: 1 г белка аккумулирует 16,7 кДж (4,0 ккал).

По степени важности пластическая роль белков в метаболизме превосходит их собственную энергетическую, а также пластическую роль других питательных веществ. Использовать белки для энергетических нужд слишком не выгодно. Это все равно, что делать ложки и вилки из золота.

Особенно велика потребность в белке в периоды роста, беременности, выздоровления после тяжелых заболеваний.

В пищеварительном тракте белки расщепляются до аминокислот и простейших полипептидов, из которых в дальнейшем клетками различных тканей и органов, в частности печени, синтезируются специфические белки, которые используются для восстановления разрушенных и роста новых клеток, синтеза ферментов и гормонов.

Выделяют 2-а пути превращения белков:

I – путь – белки пищи используются для синтеза специфических белков и других веществ.

II –путь – эндогенный гидролиз белков, который направлен на обновление белков ткани.

Превращение аминокислот:

Метаболизм аминокислот складывается из общих превращений – транс-аминирования, окислительного дезаминирования и др., а также из частных реакций обмена отдельных аминокислот.

В ходе общих реакций аминокислоты взаимопревращаются: образуются кетокислоты, которые включаются в цикл трикарбоновых кислот. Синтезируются биогенные амины, небелковые органические соединения – креатинин, глютатион, пурины, гем и др.

Аминокислоты подвергаются расщеплению, образуя промежуточные метаболиты - меланин, производные индола, нелетучие кислоты - серную, ацетоуксусную и др.

Многие аминокислоты являются источником медиаторов ЦНС, например гамма-аминомаслянной кислоты (ГАМК), играющей важную роль в процессах торможения и сна.

Эндогенный гидролиз

Распад тканевых белков происходит под действием протеолитических ферментов. Аминокислоты, возникающие в процессе распада тканевого белка, отдаются тканями в кровь, попадают в печень, где подвергаются дезаминированию от азотистого комплекса отщепляется молекула аммиака. Этот процесс имеет основное значение для всех дальнейших превращений, в которых продукты белкового обмена используются как энергетический материал.

Аммиак (NH₃) синтезируется в печени в мочевину и выделяется с мочой. Безазотистый остаток молекулы аминокислоты проходит ряд промежуточных стадий, превращается в глюкозу – гликоген (может откладываться в печени) и затем участвовать в углеводном обмене.

Некоторая часть удерживаемых печенью аминокислот, ресинтезируется в белок, который служит для пополнения белков плазмы.

Таким образом, подтверждается пластическая и энергетическая функции

белков в организме.

Биологическая ценность аминокислот

Существует специфичность белков – органная, тканевая и видовая. Белки – это нерегулярные полимеры, мономером которых являются аминокислоты. Они характеризуются спектром аминокислот. Известно около 80 аминокислот и только 20 являются основными. Для нормального метаболизма имеет значение не только абсолютное количество получаемого человеком белка, но и его качественный состав, а именно заменимые и незаменимые аминокислоты, и те и другие важны . Та часть аминокислот, которая может синтезироваться самим организмом из других аминокислот – заменимые. К ним относятся кликохол, аланин, цистеин, глутаминовая и аспарагиновая кислота, кислоты тирозин, пролин, серин, глицин условно аргинин и гистидин.

Аминокислоты, которые не могут синтезироваться, но обязательно должны поступать с пищей – незаменимые (желатин, белок кукурузы, пшеницы). Экспериментально установлено, что в организме высших животных и человека 10 из 20 аминокислот не синтезируется.

Незаменимые аминокислоты – лейцин, изойлецин, валин, метионин, лизин, треонин, финилаланин, триптофан; условно – аргинин и гистидин.

Белки пищи, которые содержат весь необходимый набор аминокислот, называются полноценными, т.е. ценность белка определяется не количеством, а качеством. К ним относят преимущественно животные белки, т.к. они способы полностью превращаться в собственные белки организма. Наиболее высокая биологическая ценность у белков яиц, мяса, рыбы, молока.

Биологическая ценность растительных белков ниже.(коэффициент превращения составляет 0,6-0,7 вследствие дисбаланса незаменимых аминокислот в животных и растительных белках). При питании растительными белками действует правило минимума, согласно которому синтез собственного белка зависит от незаменимой аминокислоты, которая поступает с пищей в минимальном количестве. Белки растительного происхождения – бобовые, зерновые, крупяные культуры, орехи, семена масличных культур. Есть белок и в картофеле – одна картофелина дает 5 % от суточной нормы белка. Отсутствие белков в пище приводит к задержке роста ребенка, к истощению его мышечной системы. Например, недостаток валина – вызывает расстройство равновесия. При смешанном питании, когда в пище есть продукты животного и растительного происхождения – в организм поступает необходимый для синтеза набор аминокислот – это особенно важно для растущего организма. Белковая недостаточность неизбежно приводит к ослаблению организма, задержки роста, тяжелым расстройствам в обмене веществ, снижению иммунитета, нарушению функции желез внутренней секреции и другие заболевания.

При избыточном потреблении мяса в кишечнике активизируются процессы гниения, подавляется деятельность полезной микрофлоры. Все это провоцирует накопление токсических продуктов, нарушение обмена веществ, проявляющиеся поражением суставов, почек и других органов.

В странах дальнего Востока как отмечают историки, существовала своеобразная казнь: приговоренных к смерти кормили только вареным мясом и они умирали от самоотравления на 28 – 30 день, т.е. гораздо раньше, чем при полном голодании.

Потребность человеческого организма в белке зависит от пола, возраста, климатического региона и национальности. За одни сутки в организм взрослого человека должно поступать около 80-100 г белка. Физиологический оптимум белка из расчета (1 г на 1 кг массы тела), причем 30 г белка животного происхождения. При физической нагрузке взрослый человек должен получать 100-120 г белка, при тяжелом труде – до 150 г.