Текст для учителя Пластический и энергетический обмен

Под пластическим обменом подразумеваются процессы, в ходе которых в клетках создаются новые соединения и новые структуры, характерные для данного организма. Под энергетическим обменом понимают такие превращения энергии, в ходе которых в результате биологического окисления выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности клеток, тканей и всего организма в целом. Результатом биологического окисления является образование углекислого газа, аммиака, соединений фосфора, натрия, хлора, которые выделяются из организма, что является заключительной стадией обмена веществ. Она осуществляется кровью, легкими, потовыми железами, органами мочевыделения.

Пищевые белки в ходе подготовительной стадии обмена расщепляются в желудке пепсином, а затем в двенадцатиперстной кишке ферментом поджелудочной железы трипсином до аминокислот, которые через кровеносные капилляры ворсинок поступают в печень. Здесь избыточные аминокислоты теряют свой азот и превращаются в жиры и углеводы. В клетках из аминокислот строятся белки тела. Белки входят в состав ядер, цитоплазмы и мембран клеток. Они также являются ферментами, входят в состав антител. Белки принимают участие в свертывании крови (фибриноген) и транспортировке газов (гемоглобин). Белки входят в состав костей. Белки способны к биологическому окислению с выделением энергии, которая может быть использована организмом.

Итак, белки выполняют следующие функции: структурно-пластическую; опорную; каталитическую; защитную; транспортную; антитоксическую; энергетическую.

Обмен жиров

В органах пищеварения во время подготовительной фазы жиры распадаются на глицерин и жирные кислоты. В эпителии кишечника синтезируется жир, характерный для организма, и через лимфатическую систему направляется в жировые депо и клетки, где он используется как запасное вещество и строительный материал.

Жиры в организме выполняют очень много функций. Они входят в состав клеточных мембран, в них растворяются некоторые витамины. Из жиров образуются некоторые гормоны и биологически активные вещества. Их производные участвуют в работе синапсов – особых образований, через которые передаются возбуждающие или тормозящие сигналы от одной нервной клетки к другой или от нервной клетки к исполнительному органу.

В организме человека жиры выполняют защитную роль, предохраняя важные органы от сотрясения. Жиры – хорошие теплоизоляторы. Выделяемые кожными сальными железами жиры делают кожу мягкой, эластичной и водонепроницаемой. Жиры являются богатым источником энергии. При окислении они выделяют больше энергии, чем белки и углеводы вместе взятые. При распаде жиров не только выделяется много энергии, но и образуется много воды, что необходимо для поддержания водного обмена. Итак, жиры выполняют следующие функции: структурно-пластическую, регуляторную, теплоизоляционную, энергетическую.

Сложные углеводы начинают расщепляться в ротовой полости под действием фермента слюны – амилазы. В двенадцатиперстной кишке под действием ферментов, выделяемых поджелудочной железой, они расщепляются до глюкозы и других простых углеводов. В тонкой кишке продукты распада всасываются кишечными ворсинками в кровь и направляются в печень. Здесь излишки сахаров задерживаются и превращаются в гликоген и другие соединения, а оставшаяся часть глюкозы в необходимом количестве направляется в кровь и распределяется между клетками тела. В организме глюкоза, прежде всего, является источником энергии. В частности, головной мозг может функционировать только в том случае, если к нему в качестве энергетического материала поступает глюкоза. Распадаясь на углекислый газ и воду, она освобождает энергию молекулярных связей, которая используется на многие нужды, в том числе и на передачу нервных импульсов. В составе нуклеиновых кислот углеводы участвуют в передаче наследственной информации. Межклеточное вещество ряда соединительных тканей содержит и углеводы. Большое значение они имеют и в защите организма от некоторых ядовитых веществ. Углеводы взаимодействуют в печени со многими ядовитыми соединениями, переводя их в безвредные и легко растворимые вещества.

Итак, углеводы выполняют следующие функции: структурно-пластическую; защитную; энергетическую.

Водно-солевой обмен

Вода и минеральные соли не являются источниками энергии, но они необходимы для осуществления важных функций организма.

Вода – универсальный растворитель. Все жизненные процессы, все биохимические реакции происходят в водной среде. Внутренняя среда человека содержит до 90 % воды. Вода в организме либо химически связана с другими соединениями, либо содержит в себе растворенные минеральные соли и органические вещества. Пищеварительные соки содержат воду. Транспорт питательных веществ и кислорода осуществляется в жидкой среде. Продукты распада тоже выносятся водой.

Таким образом, в организме поддерживается определенный баланс между поступающей и выделяемой водой. В среднем человек потребляет и выделяет около 1,7-2,2 литра воды ежедневно. Выделение воды происходит не только через почки, но и путем потоотделения, при дыхании. Сохранение водно-солевого равновесия очень важно для организма. Если концентрация солей в крови и тканевой жидкости станет больше нормальной, вода будет выходить из клеток и они могут погибнуть от обезвоживания. Если концентрация солей в межтканевой жидкости и крови будет меньше, чем в клетках, вода будет поступать в клетки. Они начнут разбухать, их нормальная работа будет нарушена.

Минеральные соли содержатся в клеточных ядрах и цитоплазме, в жидкостях, образующих внутреннюю среду, в пищеварительных соках и других биологических жидкостях. В зависимости от величины потребностей организма в минеральных солях входящие в них элементы подразделяются на макро- и микроэлементы. К макроэлементам относят кальций, калий, натрий, фосфор, хлор. На 100 грамм тканей приходятся десятки и сотни миллиграммов макроэлементов. Микроэлементов значительно меньше: в среднем в 100 граммах ткани могут быть обнаружены десятые, сотые, а то и тысячные доли миллиграммов этих веществ. К микроэлементам относятся железо, кобальт, цинк, фтор, йод и другие элементы. Минеральные соли необходимы для поддержания кислотно-щелочного равновесия в клетках тела и во внутренней среде организма.

Витамины

Витаминами называют поступающие с пищей органические вещества, необходимые для регуляции обмена веществ и нормального течения процессов жизнедеятельности. Очень редко витамины не вырабатываются в организме человека, а синтезируются растениями и животными, которые служат ему пищей.

Витамины – сложные органические вещества, содержащиеся в продуктах питания в очень малых количествах. Они не служат источником энергии, но абсолютно необходимы для обеспечения обмена веществ. Витамины входят в состав ферментов. При недостатке того или иного витамина активность соответствующего фермента снижается. Соответственно, реакции, которые он катализирует, замедляются или прекращаются полностью, вследствие чего нарушается обмен веществ, развиваются болезни. Недостаточность того или иного витамина приводит к нарушению обмена веществ; данное состояние называется гиповитаминозом. Его можно прекратить, добавляя нужный витамин в рацион. Отсутствие витамина ведет к особому нарушению обмена веществ – авитаминозу.

Все витамины делятся на две большие группы: водорастворимые и жирорастворимые. К первой группе (водорастворимые) относятся: витамин С (аскорбиновая кислота) – содержится во многих фруктах, нехватка вызывает заболевание цингу; витамины группы В – оказывают влияние на состояние эпителия, обеспечивают нормальную работу нервной системы, а также способствуют нормальной работе красного костного мозга. Ко второй группе (жирорастворимые) относятся: витамин А – необходим для нормальной работы ферментов при образовании зрительного пигмента родопсина; витамин D – необходим для нормального развития костей, синтезируется в организме; витамин Е – необходим для нормального функционирования органов размножения.

Энерготраты организма постоянно меняются в зависимости от интенсивности мышечной работы, от времени, прошедшего с момента предшествующего приема пищи, от температуры окружающей среды. Для того чтобы определить постоянный уровень обмена веществ, было принято решение измерять наименьшие энерготраты человека в определенных стандартных условиях: суточное голодание, исключение из рациона в течение трех дней белковых продуктов, температура комфорта (то есть когда не холодно и не жарко), состояние полного психологического покоя (нельзя читать, писать, совершать какую-либо умственную или физическую работу), отсутствие сна.

Интенсивность обмена веществ при соблюдении стандартных условий называется основным обменом. Данный обмен зависит от возраста, пола, генетических особенностей организма. У мужчин основной обмен несколько выше, чем у женщин. У детей он больше, чем у взрослых, что связано с процессами роста и развития. К старости основной обмен снижается.

Общий обмен

Общим обменом называют фактические энерготраты, совершаемые человеком за единицу времени. Они значительно превышают основной обмен, потому что часть энергии расходуется на мышечную работу, еду и переваривание пищи, на борьбу с жарой или холодом. Всем известно, что при увеличении физической нагрузки резко увеличиваются энерготраты организма.

Согласно первому началу термодинамики энергия не возникает и не исчезает, она лишь переходит из одной формы в другую. Согласно второму началу термодинамики при любых превращениях энергии часть ее теряется в виде тепла. Организм – открытая система, через которую проходят потоки веществ и энергии. Органические вещества пищи содержат энергию, которая на подготовительном этапе обмена выделяется в виде тепла. Энергия веществ, усвоенных организмом, может быть реализована как механическая, для поведения нервных импульсов, и как тепловая. Разные виды энергии позволяют осуществлять жизнедеятельность организма.