Кроме всех перечисленных компонентов пищи, организм человека нуждается в некотором количестве грубоволокнистых веществ, переваривание которых в пищеварительном тракте затруднено или невозможно. Это компоненты стенки растительных клеток, в частности целлюлоза (клетчатка), которая стимулирует перистальтику кишечника, способствуя, тем самым, нормальному осуществлению его функций. Кроме того, волокна клетчатки задерживают в кишечнике воду, поддерживая мягкую консистенцию экскрементов. Злоупотребление высококалорийной пищей, не содержащей балластных веществ, приводит к задержке экскрементов в кишке и их уплотнению, что в свою очередь может приводить к задержке дефекации.

Значение обмена воды и минеральных веществ

Обмен воды и минеральных веществ

Вода – самый необходимый из компонентов питания. В сутки человек потребляет около 2,5 л воды. В процессе метаболизма к этому добавляется еще 300 мл так называемой метаболической воды, образующейся в процессе окисления липидов и углеводов. В жировой ткани воды очень мало (10 %), поэтому содержание воды в организме находится в обратной зависимости от количества жировой клетчатки: у худых людей на долю воды приходится до 75 % общей массы тела, у страдающих ожирением — от 45 %.

Вода — главный по массе компонент всех сред организма, растворитель и переносчик различных веществ. В сутки человек теряет с мочой 1,8 л воды, испарением через кожу (перспирация) — 0,6 л, дыханием — 0,3 л и с калом — 0,1 л. В условиях повышенного потоотделения потребление и выведение воды могут многократно возрастать. Даже при полном отсутствии питьевой воды ежедневно примерно 150 мл ее расходуется на образование мочи, что спасает организм от развития уремии (от греч. uron – моча и haima – кровь) – накопления в крови продуктов обмена (главным образом – белкового).

Минеральные вещества, необходимые организму человека, подразделяют на макроэлементы (суточная потребность более 100 мг) и микроэлементы (суточная потребность менее 100 мг). К макроэлементам относят натрий, калий, кальций, хлор, магний, фосфор, к микроэлементам – железо, медь, йод, хром, марганец, молибден, селен, цинк, фтор.

Потребность в витаминах

Практическое задание. Далее, по тексту п. 3 лекции, заполните таблицу:

Витамины выполняют роль коферментов многочисленных биохимических реакций. Различают жирорастворимые (A, D, Е, К) и водорастворимые (С, Р, группа В) витамины. Жирорастворимые витамины, поступающие в организм с пищей, накапливаются в значительных количествах в печени (A, D и К) или в жировой ткани (Е).

Функции жирорастворимых витаминов и суточная потребность человека в них:

А (ретинол, 1 – 2 мг) —компонент зрительных пигментов (родопсина и др.), необходим для роста эпителиальной и нервной тканей;

D (антирахитический, кальциферолы, 12 – 25 мкг – для детей) — регулятор обмена кальция и фосфора в костях;

Е (токоферолы и токотриенолы) – сильный антиоксидант, участвует в репродуктивной функции;

К (антигеморрагический, филлохинон и менахинон, 20 – 30 мг) – активатор нескольких факторов свертывания крови.

F (незаменимые жирные кислоты) – не синтезируются в организме и поступают в него с пищей. Водорастворимые витамины содержатся преимущественно в расти- тельной пище, в значительных количествах накапливаться в организме человека не могут.

Функции водорастворимых витаминов и суточная потребность в них:

B1 (тиамин, 1 – 2 мг) – окислительное декарбоксилирование α – кето-кислот например, пировиноградной кислоты;

В2 (рибофлавин, 2 – 3 мг) – перенос электронов (тканевое дыхание);

В3 (пантотеновая кислота, 10 мг) – окисление пировиноградной кислоты, синтез жирных кислот, стероидных гормонов, гема, ацетилхолина и др.;

B6 (пиридоксин, пиридоксаль, 2 мг) – трансаминирование и декарбоксилирование аминокислот, в том числе с образованием биогенных аминов;

B9 (фолиевая кислота, фолацин, Вс, 200 мкг) – биосинтез пуриновых и пиримидиновых оснований;

B12 (кобаламин, 2—5 мкг) – взаимопревращения некоторых аминокислот, синтез метионина;

РР (никотиновая кислота, ниацин, никотинамид, 15—25 мг) – участие (в виде НАД и НАДФ) в окислительно-восстановительных реакциях;

С (аскорбиновая кислота, 50—100 мг) – антиоксидант, участвует в реакциях синтеза коллагена – белка соединительной ткани);

Н (биотин, 150 – 200 мкг) — участие в синтезе белков, жирных и нуклеиновых кислот. Недостаточное поступление витаминов с пищей приводит к развитию

гиповитаминозов.

Кроме собственно витаминов выделяют группу веществ, называемых витаминоподобными веществами, к которым относятся, например, парааминобензойная кислота (витамин Вх), пангамовая (витамин B15) и липоевая кислоты, инозит (витамин B8), убихинон (кофермент Q), S-метилметионин (витамин U) и др.

Обмен энергии

Обмен веществ тесно связан с превращением энергии. Единственным источником энергии для живого организма служит химический процесс биологического окисления белков, жиров и углеводов. Одни вещества в ходе метаболизма могут превращаться в другие: избыток белков - в жиры и углеводы, а избыток углеводов - в жиры. Если организм некоторое время лишен пищи, то его жизнедеятельность поддерживается за счет окисления накопленных заранее резервов углеводов (в печени и мышцах), жиров (жировая ткань), а также белков (мышечная ткань). Главным в этом случае является энергоснабжение нервных клеток, от которых зависит управление всеми функциями организма. Гибель нервных клеток приводит к гибели всего организма. В том числе, энергия необходима для совершения внешней работы: мышечного сокращения и секреторной деятельности.

С точки зрения физики человеческий организм представляет собой открытую энергетическую систему, которая получает энергию из окружающей среды в виде химических связей и преобразует ее в тепло или работу.

Причем вещества, поступающие из пищи в организм, сами по себе не способны непосредственно передавать энергию своих химических связей ее потребителям, например калий-натриевому насосу или актину и миозину мышц. Между пищевыми «энергоносителями» и «потребителями» энергии есть универсальный посредник – аденозинтрифосфат (АТФ):

Именно АТФ является непосредственным источником энергии для любых процессов в живом организме. В формуле АТФ присутствуют макроэргические связи. Эти связи содержат в себе значительное количество энергии. При отщеплении концевого остатка фосфорной кислоты АТФ превращается в аденозиндифосфат (АДФ). При этом высвобождается 7,3 ккал/моль энергии. Энергия химических связей в молекулах пищевых веществ используется для обратного получения АТФ из АДФ. АТФ образуется из АДФ и остатка фосфорной кислоты в длинной цепи биохимических превращений. Если рассматривать получение АТФ на примере глюкозы, то первый этап, происходящий в цитоплазме, в этой метаболической цепи называется анаэробным (бескислородным) гликолизом. В ходе гликолиза молекула глюкозы превращается в 2 молекулы пировиноградной кислоты (пируват), давая при этом энергию для ресинтеза АТФ. Однако в этом процессе число получаемых молекул АТФ невелико, всего 2 молекулы. Гликолиз - это быстрый, но малоэффективный процесс, так как пировиноградная кислота содержит еще много потенциальной химической энергии, но для ее окисления необходимы специальные ферменты и кислород. Затем пировиноградная кислота превращается в молочную, которая порой в больших количествах выходит в кровь и организму приходится включать процессы саморегуляции для нормализации кислотного состава крови.

Процесс дальнейшего окисления пировиноградной кислоты происходит в митохондриях, где процесс окисления протекает с участием кислорода - аэробный гликолиз. Поэтому далее пируват превращается в ацетилкоэнзим А – исходный продукт для следующего этапа утилизации, цикла Кребса.

Вещества, образовавшиеся в цикле Кребса, идут в дыхательную цепь, где происходит еще один этап – окислительное фосфорилирование, в результате которого также образуется АТФ. Таким образом, каждая молекула пировиноградной кислоты, пройдя полный цикл окисления позволяет получить 17 молекул АТФ. В результате благодаря распаду 1 молекулы глюкозы организм получает 38 молекул АТФ (2 при анаэробном окислении и 36 при аэробном). В качестве единицы измерения энергии в физиологии традиционно применяется килокалория (1 ккал) – количество энергии, необходимое, для нагревания 1 кг чистой воды на 1 °С (от 14,5 до 15,5 °С). Используются также системные единицы – джоули (Дж) и килоджоули (1 кДж = 0,24 ккал; 1 ккал = 4,19 кДж). Интенсивность обмена (скорость метаболизма) измеряется в ккал/мин, ккал/ч или ккал/сут.