Обмен веществ и превращение энергии в организме человека

Прежде чем приступить к изучению обмена веществ в организме человека, вспомните об особенностях обмена веществ у растений. Как они получают энергию для процессов жизнедеятельности? А как эту энергию получают животные?

Для чего необходимо питание

Тело человека построено из различных веществ, большая часть которых являются органическими. Как и любой животный организм, организм человека не способен самостоятельно образовывать органические вещества из неорганических. Поэтому для построения своего тела человек должен получать эти вещества из окружающей среды, т. е. вместе с пищей. Кроме того, организму нужна энергия для осуществления соответствующих биохимических реакций.

В организме человека протекает множество химических реакций. В результате образуется и разрушается немало различных веществ. ^вокупность этих превращений называют обменом веществ.

Обмен веществ — совокупность изменений, происходящих с веществами с момента их поступления в организм из окружающей среды до момента образования конечных продуктов распада и выведения их из организма (рис. 4.1).

Процессы обмена веществ можно разделить на две большие группы. Первая — это совокупность процессов, в результате которых

происходит образование органических соединений, необходимых для обеспечения жизнедеятельности клеток. Эти процессы называют ассимиляцией. В ходе ассимиляции организм тратит энергию. Вторая группа — это совокупность процессов, в результате которых происходит расщепление органических соединений на более простые вещества. Их называют диссимиляцией. В процессе диссимиляции организм человека накапливает энергию.

ПреВращение энергии В организме челоВека

Органические вещества, используемые организмом для получения энергии, транспортируются в клетки тела. Там в митохондриях происходит их окисление с использованием кислорода, поступающего в организм человека при дыхании. Собственно, это та же реакция, которая происходит при горении дров. Но в митохондриях значительная часть энергии, образованной во время этой реакции, не выделяется в виде тепла, а запасается в виде энергии химических связей определенных веществ (таких, как АТФ). Когда для протекания реакций в клетках нужна энергия, такие связи расщепляются, выделяя необходимое ее количество.

Вещества, поступающие вместе с пищей, используются для обеспечения организма человека энергией и построения его тела. Совокупность процессов превращения веществ в организме называют обменом веществ.

ПроВерьте сВои знания

1. Для чего человеку нужно питание?

2. Что такое обмен веществ?

3. Чем отличаются ассимиляция и диссимиляция?

4*. Какие превращения энергии происходят в организме человека?

Прежде чем приступить к изучению компонентов пищи, вспомните, для чего она нужна нашему организму. Как называется совокупность превращений веществ в организме? Какие органеллы клеток обеспечивают запасание энергии?

Основные группы веществ, участвующих в обмене веществ в организме человека,— это белки, жиры, углеводы, неорганические соединения (вода и минеральные вещества), витамины. Они содержатся почти во всех продуктах питания в разных количествах (рис. 5.1).

Для нормальной жизнедеятельности организма человеку требуется определенное количество веществ каждой из этих групп. Как нехватка, так и переизбыток любого из веществ может нанести вред здоровью. Именно поэтому пища должна быть разнообразной.

Белки — это органические молекулы, состоящие из аминокислот, которые соединены между собой в виде цепочки.

Белки входят в состав тканей внутренней среды, участвуют в образовании скелета, связок, кожи, волос и других структур. Они катализируют (ускоряют) биохимические реакции, регулируют обмен веществ, обеспечивают в организме перемещение кислорода, органических и неорганических соединений. Также белки образуют комплексы с чужеродными белками, инактивируя (обезвреживая) их, участвуют в процессе свертывания крови. Они обеспечивают сокращение мышц и создание запаса веществ, необходимых организму.

Одной из важнейших групп белков в организме являются ферменты — белки, которые способны во много тысяч раз ускорять химические реакции, происходящие в клетках (рис. 5.2). Они работают только при определенных условиях (температура, соленость и т. д.) и обычно катализируют одну-единственную реакцию. Однако они могут ускорять эту реакцию в миллионы раз! Интересно, что многие ферменты в организме нужны для того, чтобы активировать другие ферменты.

Из продуктов питания большое количество белков содержат мясо, рыба, яйца (особенно яичный белок).

Углеводы являются органическими соединениями, которые вместе с белками образуют сложные комплексы на мембране клеток. Эти комплексы передают различные сигналы внутрь клетки с ее поверхности. Также углеводы участвуют в создании запаса веществ, необходимых организму, например они накапливаются в печени. Углеводы являются важным источником энергии, которую клетка может очень быстро получить из своих запасов. Они составляют основу таких продуктов питания, как мед, конфеты, торты, пирожные, а также хлеб, картофель, борщ, манная каша.

Жиры — это большая группа нерастворимых в воде органических веществ различного химического строения.

Жиры взаимодействуют с белками, участвуют в формировании клеточной оболочки и внутриклеточных мембран. Они выполняют функции гормонов, витаминов и защитных веществ. Также жиры обеспечивают создание запаса веществ, необходимых организму.

Эти соединения составляют основную массу молока, сала, орехов. Жирами являются растительное и сливочное масло.

Вода и минеральные ВещестВа

Вода является универсальным растворителем: она способна растворять большинство веществ в организме человека. Вода участвует в формировании внутренней среды отдельных клеток и организма в целом, создает среду для протекания биохимических реакций.

Минеральные вещества формируют основу скелета, играют важную роль в функционировании клеток. Так, ионы Натрия и Калия обеспечивают прохождение нервного импульса по нервной ткани, а неорганические соединения Кальция обеспечивают прочность костей.

К витаминам относят различные по составу и свойствам органические вещества, которые нужны организму в небольшом количестве, но без которых его жизнедеятельность невозможна. Большинство из них входит в состав ферментов. По растворимости витамины делятся на две большие группы — водорастворимые и жирорастворимые.

Подробная информация о группах витаминов дана в таблице.

Значение некоторых витаминов

Функции в организме

Аскорбиновая кислота (витамин Р

Участвует в синтезе белков и образовании органического вещества костей, повышает иммунитет

Участвует в обмене белков, жиров и углеводов, проведении возбуждения в нервной системе

Рибофлавин (витамин В2)

Участвует в реакциях, необходимых для синтеза ферментов

Никотиновая кислота (витамин PP)

Участвует в важных реакциях обмена веществ

Пиридоксин (витамин В6)

Участвует в обмене белков кожи, работе клеток нервной системы и кроветворении

Кобаламин (витамин В12)

Участвует в важных реакциях обмена веществ, кроветворении

Ретинол (витамин А)

Участвует во многих процессах: обмене веществ, росте, размножении, зрении

Кальциферол (витамин D)

Участвует в регуляции обмена Кальция

Как сохранить витамины в продуктах питания

Больше всего витаминов в свежих продуктах. Любые способы приготовления пищи уменьшают количество этих полезных соединений в ней.

В свежих продуктах витамины лучше сохраняются при температуре около 0 °С. Кроме температуры на сохранение витаминов влияет также свет: он, как и кислород воздуха, стимулирует окисление этих веществ. Поэтому, например, подсолнечное масло, содержащее, скажем, жирорастворимый витамин Е, следует хранить в непрозрачной, герметично закрытой емкости.

Значительно снижается содержание витаминов в продуктах при их нарезке, сушке и хранении в металлической посуде.

Длительное сохранение витаминов в ягодах обеспечивается благодаря перетиранию их с сахаром. Но перетирать их желательно не металлическими, а деревянными пестиками.

Выбрав определенный способ приготовления пищи, можно уменьшить потери витаминов. Больше всего их теряется при варке продуктов, поэтому время этого процесса должно быть минимальным. А лучше всего витамины сохраняются при запекании в духовом шкафу и варке на пару. Овощи, содержащие витамины, желательно варить целиком: так продукты их меньше теряют.

С пищей в организм человека поступают необходимые для его жизнедеятельности вещества. Это белки, углеводы, жиры, вода, минеральные соединения и т. п. Каждая из этих групп веществ выполняет в организме важные функции. Большое значение имеют витамины. Они нужны в небольших количествах, но без них невозможно нормальное протекание обмена веществ.

Проверьте свои знания

1. Какие питательные вещества необходимы организму человека?

2. Какие функции выполняют витамины?

3. Какие витамины являются водорастворимыми?

4. Какие витамины являются жирорастворимыми?

5*. Зачем организму человека нужны белки?

6*. Зачем организму человека нужны жиры?

7*. Почему для сохранения витаминов при приготовлении пищи необходимо придерживаться определенных правил?

Прежде чем приступить к изучению пищевых и энергетических потребностей человека, вспомните, как животные получают энергию для своей жизнедеятельности. Откуда берут энергию растения? Как вы думаете, на что организм человека тратит энергию?

Энергетические потребности челоВека

Любая деятельность организма сопровождается затратами энергии. Поэтому человек ежедневно должен пополнять энергетические запасы своего организма. Понятно, что при разных условиях энергетические затраты будут разными. Сидячая работа требует меньшего расхода энергии, чем туристический поход в горы. Также на затраты энергии влияют такие факторы, как пол, возраст, масса тела человека и т. п. Соответственно и восстановление этих расходов будет у разных людей различным. Более того, у одного и того же человека энергетические потребности каждый день могут отличаться! Так, умственный труд с незначительной физической нагрузкой нуждается в среднем в 167,4 кДж энергии на 1 кг массы тела в сутки, а тяжелая физическая работа — 255,2 кДж энергии на 1 кг массы тела в сутки.

ПищеВые потребности челоВека

В организме человека постоянно отмирает какая-то часть клеток. Их заменяют новые клетки, образующиеся путем деления. Для создания новых клеток организм человека должен ежедневно получать определенное количество веществ. Он может самостоятельно превращать одни органические вещества в другие, но не всегда это возможно.

В процессе обмена веществ организм человека может синтезировать из других органических соединений некоторые аминокислоты. Однако далеко не все: определенные аминокислоты в белках незаменимы, и они попадают в наш организм только с пищей. Незаменимы и другие органические вещества, получить которые человек может только из внешней среды. Поэтому для питания человека важно не только общее количество, но и состав пищи (рис. 6.1 на с. 24).

О количественной характеристике пищевых потребностей человека можно узнать из таблицы.

Суточная потребность организма человека в белках, жирах и углеводах (в граммах)