Тема № 16. Обмен веществ и энергии

§ 1.Понятие обмена веществ и энергии

Обмен веществ и энергии - это совокупность физических, химических и физиологических процессов усвоения питательных веществ в организме с освобождением энергии.

В организме динамически уравновешены два процесса обмена веществ – ассимиляция – биосинтез органических веществ, компонентов клеток и тканей и диссимиляция – расщепления сложных компонентов до простых веществ, обеспечивающих энергетические и пластические потребности организма. Жизнедеятельность организма обеспечивается энергией за счет анаэробного и аэробного расщепления поступающих с пищей белков, жиров и углеводов.

Преобладание в организме процессов ассимиляции обеспечивает рост, накопление массы тела; преобладание диссимиляции ведет к частичному разрушению тканевых структур и к уменьшению массы тела. При этом происходит превращение энергии - переход потенциальной энергии химических соединений, освобождаемой при их расщеплении, в энергию кинетическую (тепловую, механическую, электрическую).

Для возмещения энергозатрат организма, сохранения массы тела и удовлетворения потребностей роста необходимо поступление из внешней среды белков, липидов, углеводов, витаминов, минеральных солей и воды. Их количество, свойства и соотношение должны соответствовать состоянию организма и условиям его существования. Это достигается питанием. Необходимо также, чтобы организм очищался от конечных продуктов распада, которые образуются при расщеплении различных веществ. Это достигается работой органов выделения.

§ 2. Обмен белков

Белки являются основным пластическим материалом, из которого построены клетки и ткани организма. Они являются составной частью мышц, гормонов, гемоглобина, антител и других жизненно важных образований. Вся совокупность обмена веществ в организме (дыхание, пищеварение и выделение) обеспечивается деятельностью ферментов, которые являются белками. Все двигательные функции организма обеспечиваются взаимодействием сократительных белков – актина и миозина.

Поступающий с пищей из внешней среды белок имеет пластическое и энергетическое значение.

Пластическое значение белка состоит в восполнении и новообразовании структурных компонентов клетки. Для нормального обмена белков необходимо поступление с пищей в организм различных аминокислот. Из 20 входящих в состав белков аминокислот 12 синтезируются в организме и потому являются заменимыми аминокислотами, 8 – не синтезируются и являются незаменимыми аминокислотами.

Поступившие с пищей белки расщепляются в кишечнике до аминокислот и в таком виде всасываются в кровь и транспортируются в печень. Поступившие в печень аминокислоты подвергаются дезанимированию и переаминированию. Эти процессы обеспечивают синтез видоспецифичных аминокислот. Из печени такие аминокислоты поступают в ткани и используются для синтеза тканеспецифичных белов, т.е. белков, которые образуют различные ткани. При избыточном поступлении белков с пищей, после отщепления от них аминогрупп, они превращаются в углеводы и жиры. Белковых депо в организме нет.

Существует понятие «биологической ценности» белков пищи. Белки, содержащие весь необходимый набор аминокислот в таких соотношениях, которые обеспечивают нормальные процессы синтеза, являются биологически полноценными белками. Белки, не содержащие тех или иных аминокислот или содержащие их в очень малых количествах, являются неполноценными. Наиболее высока биологическая активность белков мяса, яиц, рыбы, икры, молока.

Энергетическое значение белка заключается в обеспечении организма энергией, образующейся при расщеплении белков. При окислении в организме 1 г белка выделяется 4,1 ккал энергии. Конечными продуктами расщепления белков в тканях являются мочевина, мочевая кислота, аммиак, креатин и др. Они выводятся из организма почками и потовыми железами.

О количестве поступивших в организм и разрушенных в нем белков судят по величине азотистого баланса. Количество азота, поступившего с пищей, всегда больше количества усвоенного азота, так как часть его теряется с калом.

Между количеством азота, введенного с белками пищи, и количеством азота, выводимым из организма, существует определенная связь. Увеличение поступления белка в организм приводит к увеличению выделения азота из организма. Это состояние азотистого равновесия.

Когда поступление азота превышает его выделение, наступает положительный азотистый баланс. При этом синтез белка преобладает над его распадом. Устойчивый положительный азотистый баланс наблюдается всегда при увеличении массы тела, в период роста организма, во время беременности, в период выздоровления после тяжелых заболеваний, а также при усиленных спортивных тренировках.

Когда количество выведенного из организма азота превышает количество поступившего азота, наступает отрицательный азотистый баланс. Он отмечается при белковом голодании и в том случае, когда в организм не поступают отдельные, необходимые для синтеза белков аминокислоты, при недостаточном количестве белка. Длительное белковое голодание неизбежно приводит к смерти.

Регуляция обмена белков

Центром регуляции обмена белков в ЦНС является гипоталамус.

Гуморальная регуляция осуществляется рядом гормонов: соматотропный гормон гипофиза во время роста организма стимулирует увеличение массы всех органов и тканей. У взрослого человека данный гормон обеспечивает синтез белков; тироксин - гормон щитовидной железы, стимулируют синтез белка и активируют рост, развитие и дифференциацию тканей и органов.