Пластический и энергетический обмен, значение белков, жиров и минеральных веществ для организма, значение воды

Основным свойством организма является осуществление им постоянного обмена веществ и энергии с окружающей его внешней средой. Это показывает, что обмен веществ и энергии между организмом человека и окружающей средой протекает непрерывно. Обмен веществ организма с внешней средой начинается с поступления в него животных и растительных продуктов или воды и минеральных веществ. Пища из животных и растительных продуктов является необходимой для организма. Происходит переваривание ее (превращение из сложных соединений в простые) в органах пищеварения. Затем в виде простых соединений всасывается через стенки тонкого кишечника в кровь, лимфу и с током крови и лимфы разносится по организму, доставляется в клетки и ткани. Клетки каждого органа из этих соединений синтезируют вещества, необходимые для своего роста, развития, размножения. Энергия, образованная при распаде сложных соединений в простые, используется клетками для протекания физиологических процессов (возбуждение, проведение возбуждения, ритмические процессы, например, возникновение импульсов в синусовом узле сердца, в ответ на которое происходит сокращение сердечных мышечных волокон). Излишки поступивших питательных веществ клетки, ткани оставляют у себя в виде депо (например гликоген, жиры). А конечные продукты, образованные в процессе жизнедеятельности тканей и клеток, которые должны быть выведены из них, поступают в кровь и с током крови доставляются в легкие (углекислый газ), почки (в виде мочи), в кожу (потоотделение), в кишечник (каловая масса) и через эти органы удаляются из организма во внешнюю среду.

Регуляция обмена веществ и энергии происходит нервногуморальным путем, который состоит из нескольких цепочек сложных процессов. Первая цепочка - поступление питательных веществ в организм. Вторая - переваривание питательных веществ в органах пищеварения, поступление переваренных продуктов во внутреннюю среду организма - в кровь и лимфу, потребление их клетками и тканями. Третья цепочка - выделение из организма во внешнюю среду вредных и ненужных веществ, образованных в процессе жизнедеятельности клеток и тканей.

Пластический и энергетический обмен и их взаимосвязь. Обмен веществ состоит из двух тесно взаимосвязанных процессов: всасывание питательных веществ - ассимиляция и расщепление веществ - диссимиляция. Всасывание (усвоение) веществ, образование клеточных структур называют пластическим обменом. При пластическом обмене происходит обновление состава клетки и энергия переходит в депо. Энергетическим обменом называют расщепление (диссимиляция) энергобогатых веществ, обеспечивающее клетки энергией для выполнения актов жизнедеятельности. Выделенная энергия используется для совершения трудовых процессов - умственного и физического труда — организмом человека. Для расщепления веществ используется кислород, поэтому этот процесс связан с процессом окисления, а энергия, выделяемая при этом, необходима для пластического обмена. Следовательно, ассимиляция и диссимиляция не только противоположные явления, они между собой тесно связаны, неразрывны, это - две стороны единого процесса обмена веществ. Ослабление одного из них вредно влияет на протекание другого процесса. Эту взаимосвязь необходимо учитывать при определении энергетического уровня питательных веществ, т.е. количество белков, жиров, углеводов не должно превышать положенного (необходимого) объема (нормы) для нормального протекания физиологических процессов.

Значение белков, жиров, углеводов и минеральных солей для организма. Белки. Основным структурным материалом для обновления тканей являются белки пищи. Из белков образуются клетки и ткани, синтезируются ферменты и некоторые гормоны. Вместо белка нельзя использовать другие вещества (жиры, углеводы). Белки пищи под влиянием ферментов в органах пищеварения расщепляются на отдельные аминокислоты и ворсинками тонкой кишки всасываются в кровь. С током крови аминокислоты доставляются к клеткам. При участии нуклеиновых кислот аминокислоты используются для синтеза в рибосомах свойственных клеткам белков. Например, в клетках мышечных волокон образуется миозин, а в молочных железах - казеин. Наряду с образованием одновременно происходит расщепление старой молекулы белков. При расщеплении 1 г вещества выделяется 17,6 кДж энергии и выделяются входящие в состав белка вода, двуокись углерода, образуются аммиак, мочевина и т.д. Эти вещества для клеток и тканей вредны, поэтому они выводятся из организма. Белки организма человека отличаются от белков животных и растений. Суточная потребность в белках одного взрослого человека соответствует 100-118 г. У растущего организма детей и подростков усвоение белков выше, чем их расщепление. Не следует забывать это при расчете и составлении нормы питания.

Обмен жиров. Жиры - основной энергетический и пластический материал организма. Жиры входят в состав клеток и тканей. Например, белки, образующие мембрану клеток, окружены молекулами жиров, что облегчает вращение молекулы мембранного белка, а отсюда поступление или выход необходимых веществ для жизнедеятельности клеточных органоидов очень важны. Это благотворно сказывается на протекании физиологических процессов - возникновении возбуждения, проведении возбуждения, проницаемости мембраны.

Жиры под влиянием фермента в пищеварительной системе расщепляются на глицерин и жирные кислоты. До всасывания они вновь соединяются друг с другом в кишечных ворсинках и образуют новые жиры, свойственные только организму человека. В тонком кишечнике жиры всасываются в лимфу, а затем в кровь, с током крови разносятся по всему организму. Жиры - важное энергетическое депо. При окислении жиров выделяются двуокись углерода, вода и энергия. При расщеплении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии. Суточная потребность взрослого человека соответствует 100 г. Рост и развитие детей, подростков, особенно их нервной системы, связаны не только с белками, но и с достаточным поступлением в организм жиров, в основном животных. При большем поступлении жиров часть их откладывается в запас (в депо) в подкожной клетчатке, в области почек и т.д. Эти запасы используются при недостаточном питании.

Углеводный обмен. Углеводы - основное энергетическое депо. Углеводы под влиянием ферментов пищеварительной системы расщепляются на глюкозу. Глюкоза всасывается в ворсинках кишечника в кровь и разносится по всему организму. В печени и в мышцах из глюкозы образуется гликоген. Глюкоза входит в состав клетки (цитоплазму). Содержание глюкозы в крови - относительно постоянная величина (0,8-0,12 %). Если в крови количество глюкозы повышается, тогда глюкоза в печени откладывается в виде энергетического фонда. При расщеплении 1 г углевода выделяется 17,6 кДж энергии. Расход энергии непосредственно связан с двигательной активностью организма человека. Чем больше работа и длительнее ее выполнение, тем расход энергии более значительный.

При большом количестве углеводов в организме они могут превращаться в жиры. Суточная потребность взрослого человека в углеводах соответствует 450-500 г. К углеводсодержащим продуктам относятся сахар, хлеб, крупы, картофель и др.

Обмен белков, жиров и углеводов тесно связан между собой. Нарушение углеводного обмена приводит к нарушению белкового и жирового обменов. При недостаточном расщеплении белков, жиров и углеводов в организме накапливаются ядовитые вещества, что приводит к его отравлению.

Обмен минеральных солей. В организм минеральные вещества поступают в составе пищевых продуктов и питьевой воды. Они образуют соли, накапливаются в организме и входят в состав

клеток и тканей. Например, атом железа входит в состав гемоглобина эритроцитов и переносит кислород и углекислый газ. Йод входит в состав гормонов щитовидной железы, сера и цинк - в состав гормонов поджелудочной железы. Для нормальной деятельности кроветворных органов необходимы железо, кобальт, медь. В составе костей много кальция и фосфора. Хлор входит в состав соляной кислоты желудочного сока. Калий и натрий входят в состав клеток, участвуют в процессе возникновения возбуждения и торможения в мембране клетки. При недостатке калия изменяется работа сердца, возникают болезни. В организме человека общее количество минеральных веществ соответствует примерно 4,5 %.

Обмен воды. Обмен минеральных солей тесно связан с объемом воды. Суточная потребность взрослого человека в воде соответствует 2,6-3 л. Этот объем воды зависит от трудовой деятельности человека и температуры окружающей его внешней среды. При длительной физической работе, если температура внешней среды будет соответствовать температуре тела человека, потребность в воде возрастает. В норме общий объем воды в организме человека составляет 70%. В клетках вода, белки, углеводы и другие вещества находятся в виде химических соединений. Вода превращает органические и неорганические вещества в растворы, создает возможность их всасывания. Ненужные, ядовитые вещества из организма выводятся через воду. Вода участвует во всех гидролизных реакциях. В поддержании постоянства внутренней среды организма вода и минеральные соли играют важную роль, это особенно видно в условиях высокой температуры (в жаркие дни), в пустынных зонах. При нарушении постоянства внутренней среды (кровь, лимфа, межтканевая жидкость) изменяются условия для жизнедеятельности клеток и тканей, в связи с чем становится невозможным выполнение ими физиологических процессов. Это оказывает вредное влияние на деятельность организма. В условиях высокой температуры среды происходит перегрузка системы терморегуляции, отсюда может повыситься температура тела. При обильном потоотделении такой организм может спастись от перегревания. Вода на потоотделение поступает из крови и межтканевой жидкости. Вместе с водой из них уходят и минеральные соли. В результате этого снижается объем воды и содержание минеральных веществ в организме, и это оказывает влияние на падение энергетического уровня организма человека. Однако в стенках кровеносных сосудов имеется густоразветвленная сеть нервных окончаний (рецепторы), которые очень чувствительны к изменению состава крови, чутко реагируют на возникшие изменения, запускают реакции, направленные на удержание воды и минеральных веществ. Благодаря активности осморецепторов мобилизуются защитные реакции. Эти реакции выражены в следующем: во вдыхаемом воздухе содержание водяных паров снижается, выдыхаемый воздух содержит воды меньше, усиливается обратное всасывание (реабсорбция) воды из состава первичной мочи в кровь, в результате выделяется вторичная моча, более концентрированная; снижается уровень обмена веществ, что способствует экономному использованию воды и кислорода; увеличивается количество натрия (гидрофильный химический элемент) и уменьшается количество калия (гидрофобный химический элемент). Это механизм адаптации к условиям жаркого пустынного климата.

1. Каково значение обмена веществ?

2. Что такое ассимиляция?

3. Что такое диссимиляция?

4. Для чего нужен пластический обмен?

5. Каково значение энергетического обмена?

6. Каково значение белков?

7. Почему при нарушении обмена углеводов в организме образуется больше ядовитых веществ?

8. Каково значение минеральных солей?

9. Что влияет на изменение количества воды в организме?

10. Как сохраняется постоянство внутренней среды организма в условиях жаркого, пустынного климата?

11. Почему человек в жару, в дороге употребляет соль и сахар?

Задание № 1.

Превращение энергии в организме

Задание № 2.

Форма отчетности выполнения заданий № 1 и № 2: письменно оформить ответы на каждый вид задания и по возможности проиллюстрировать графиками и таблицами.