Каковы конечные продукты распада белков жиров углеводов. Белковый, углеводный, жировой и водно-солевой обмен веществ

Питание - поступление в организм растений, животных и человека и усвоение ими веществ, необходимых для восполнения энергетических затрат, построения и возобновления тканей. Посредством питания, как составной части обмена веществ, осуществляется связь организма со средой. В зависимости от типа питания все организмы делят на автотрофов и гетеротрофов. Большинству растений свойственно воздушное (фотосинтез) и почвенное (минеральное) питание. Способ питания животных определяется главным образом средой обитания и характером доступной пищи. Недостаточное и избыточное питание приводит к нарушениям обмена веществ.

Питание человека

Энергия химических связей веществ пищи - жиров, углеводов и белков и некоторых других - обеспечивает энергетические потребности организма человека. Современные представления о питании человека нашли отражение в теории. Пища - фактор, обеспечивающий человека энергией и компонентами, необходимыми для роста и развития организма. Рациональное питание способствует сохранению здоровья, работоспособности, используется в профилактике и лечении различных заболеваний. Вкус пищи, ее аромат, внешний вид могут влиять на настроение человека.

Рис.1. Пирамида питания

Согласно современной теории сбалансированного питания для обеспечения нормальной жизнедеятельности организма необходимо его снабжение адекватным количеством энергии и пищевых веществ при соблюдении достаточно строгих взаимоотношений (баланса) между незаменимыми факторами питания, каждому из которых в обмене веществ принадлежит специфическая роль. В экстремальных условиях, например при полном голодании, организм человека может существовать определенное время за счет внутренних запасов и структур. Этот процесс получил название эндогенного питания. Суточные энергозатраты человека и соответствующая им потребность в энергии составляют от 7100 до 21000 кДж (примерно 1700-5000 ккал) и более; они зависят от пола, возраста, характера труда и образа жизни. В пищевых продуктах выделяют такие пищевые вещества (нутриенты) как белки (протеины), углеводы, жиры (липиды), витамины, минеральные вещества.

Белковый обмен организма

Белки являются важнейшими компонентами пищи животных и человека. Пищевая ценность белков определяется содержанием в них незаменимых аминокислот, которые в самом организме не образуются. В этом отношении растительные белки менее ценны, чем животные: они беднее лизином, метионином и триптофаном, труднее перевариваются в желудочно-кишечном тракте. Отсутствие незаменимых аминокислот в пище приводит к тяжелым нарушениям азотистого обмена. В процессе пищеварения белки расщепляются до свободных аминокислот, которые после всасывания в кишечнике поступают в кровь и разносятся ко всем клеткам. Часть из них распадается до простых соединений с выделением энергии, используемой на разные нужды клеткой, а часть идет на синтез новых белков, свойственных данному организму.

Белки составляют примерно 20% массы человеческого тела и более 50% сухой массы клетки. В тканях человека белки не откладываются «про запас», поэтому необходимо ежедневное их поступление с пищей. Десять аминокислот из 20 известных не могут синтезироваться в организме человека. Их называют незаменимыми. К их числу относят триптофан, лизин, метионин, лейцин, изолейцин, валин, фенилаланин, треонин, гистидин, аргинин. Последние две аминокислоты являются незаменимыми только у детей, особенно новорожденных.

Белки пищи отличаются друг от друга по своей биологической ценности. Последняя зависит от наличия в них незаменимых аминокислот, их соотношения с заменимыми, перевариваемости в пищеварительном тракте. В среднем биологическая ценность выше у белков животного происхождения. Белки, содержащиеся в молоке, яйцах, мясе, печени, обладают оптимальным соотношением незаменимых аминокислот. Их усвояемость в пищеварительном тракте составляет 97%.

Растительные белки усваиваются гораздо хуже - лишь на 83-85% - из-за значительного содержания балластных (неперевариваемых) веществ в продуктах растительного происхождения. Растительная пища в большинстве своем содержит небольшое количество белка и часто дефицитна по триптофану, лизину, метионину. Лишь в бобовых (горохе, фасоли, сое) содержится высокий процент белка (24-45%). Семена подсолнечника, орехи имеют в своем составе около 20% белка. По аминокислотному составу к животным белкам приближаются белки сои, риса и ржи.

Потребность в белке зависит от возраста, пола, характера трудовой деятельности, климатических и национальных особенностей питания. В нашей стране для взрослых, не выполняющих существенной физической нагрузки, рекомендуемая суточная норма белка составляет чуть меньше 1 г на кг массы тела. За счет белка пищи должно обеспечиваться 1/6 доля в весовом выражении, 10-13% общей энергетической потребности организма; при этом 55% белка рекомендуемой нормы должны быть животного происхождения. Для детей и занятых физическим трудом взрослых норма белка существенно выше. Потребность детей в белке составляет 1,5-4 г/кг массы тела в связи с преобладанием в организме пластических процессов.

Углеводный обмен организма

Углеводы в состав пищевых продуктов входят в виде моносахаридов (фруктоза, глюкоза), олигосахаридов (сахароза, лактоза) и полисахаридов (крахмал, гликоген, клетчатка, пектиновые вещества). Для человека углеводы являются основным источником энергии. При их окислении из 1 г в организме образуется 4 ккал (16,7 кДж). Средняя потребность в углеводах для людей, не занятых физическим трудом, равна 400-500 г/сут, в весовом выражении - 2/3 от суточного рациона, в калорическом - около 60%. При интенсивной физической нагрузке количество углеводов, необходимых организму, увеличивается.

При питании предпочтение должно отдаваться полисахаридам (крахмал, гликоген, пектин и др.), а не олиго-моносахаридам (сахароза, глюкоза, фруктоза, лактоза и др.). Первые медленнее перевариваются и динамика концентрации конечного продукта переваривания - глюкозы - в жидкостях организма более благоприятна для последующих метаболических процессов. Кроме того, они не обладают сладким вкусом, что значительно снижает опасность их чрезмерного потребления.

В молоке и молочных продуктах содержится дисахарид лактоза. Основным же источником углеводов в питание человека служат растения, в них они составляют 80-90% сухой массы. Растительные продукты очень богаты неперевариваемыми и неусвояемыми полисахаридами, в первую очередь целлюлозой. Грубоволокнистая неперевариваемая пища стимулирует перистальтику кишечника, адсорбирует некоторые катаболиты (в том числе токсические) в толстом кишечнике, способствует выведению холестерина, является одним из источников питания полезных для организма человека бактерий кишечника. Рекомендуемая для взрослого человека суточная доза балластных веществ составляет 25 г/сут.

Жировой обмен организма

Пищевые жиры представляют собой эфиры глицерина и высших жирных кислот. Последние обычно содержат четное число углеродных атомов и делятся на две большие группы: насыщенные и ненасыщенные. Насыщенные жирные кислоты в большом количестве (до 50% от общей массы) содержатся в твердых животных жирах. Ненасыщенные распространены в жидких маслах и продуктах моря. Во многих растительных маслах содержание их доходит до 80-90% (в подсолнечном, кукурузном, льняном, оливковом).

В организме человека в норме содержится 10-20% жира, но при некоторых нарушениях жирового обмена его количество может возрастать до 50%. Жиры и жироподобные вещества входят в состав клеточных мембран и оболочек нервных волокон, участвуют в синтезе желчных кислот, гормонов, витаминов. Жировые отложения - энергетический резерв организма.

Энергетическая ценность жиров более чем вдвое превышает таковую белков и углеводов. При окислении 1 г жиров выделяется 9 ккал (37,3 кДж) энергии. Взрослому здоровому человеку рекомендуется употреблять 80-100 г жира в сутки, что обеспечивает 30-35 % суточной энергетической ценности рациона.

Незаменимые полиненасыщенные жирные кислоты - линолевая и линоленовая - не могут синтезироваться в организме и должны обязательно поступать с пищей. Эти кислоты содержатся в растительных маслах, орехах, жире некоторых рыб и морских млекопитающих. Они и другие высшие ненасыщенные жирные кислоты препятствуют развитию атеросклероза, повышают устойчивость к инфекционным заболеваниям.

Пищевая ценность жира определяется наличием незаменимых жирных кислот, витаминов А, Е, D, перевариваемостью и всасываемостью. Наибольшей биологической ценностью обладают жиры, содержащие незаменимую линолевую кислоту и другие высшие ненасыщенные жирные кислоты. Усвояемость зависит от температуры плавления жира: если точка плавления ниже, чем температура человеческого тела, то усвояемость равна 97-98%, жиры с температурой плавления 50-60 оС усваиваются только на 70-80%.

С пищей в организм человека поступают и такие жироподобные вещества как стерины, фосфолипиды, жирорастворимые витамины. Самым известным из стеринов является холестерин. Он содержится в продуктах животного происхождения, однако может синтезироваться и в организме человека из промежуточных продуктов обмена углеводов и жиров.

Холестерин является источником желчных кислот, гормонов, предшественником витамина D3. В крови, желчи холестерин удерживается в виде коллоидного раствора, благодаря связыванию с белками, ненасыщенными жирными кислотами, фосфатидами. При нарушении обмена этих веществ или их недостатке холестерин выпадает в виде мелких кристаллов, оседающих на стенках кровеносных сосудов, в желчных путях, что способствует развитию атеросклероза, образованию желчных камней.

Водный обмен организма

Кроме белков, жиров, углеводов, витаминов и минеральных веществ организм человека также нуждается в воде, которая составляет около 60% общей массы тела. В сутки человеку требуется в среднем 1,5-2,5 литра жидкости. Большая часть ее поступает в виде напитков, часть - в составе различных пищевых продуктов. Кроме того, вода может синтезироваться в нашем организме за счет окисления жиров, белков, углеводов. Так, при окислении 100 г жира выделяется 107 г эндогенной воды. Без воды невозможен ни один из процессов жизнедеятельности человека.

Таким образом, питание человека должно быть построено так, чтобы оно полностью обеспечивало потребность организма в энергии и веществах, необходимых для его роста и развития. При этом наиболее рациональным признан четырехразовый прием пищи, где по 20-25% суточной потребности удовлетворяется во время первого завтрака и ужина, 10-15% - во время второго завтрака или полдника и 40-45% во время обеда. В идеале пищевой рацион должен подбираться для каждого человека индивидуально в зависимости от особенностей его обмена веществ, возраста, пола, национальности, физической нагрузки, уровня здоровья, климатических условий. Несоблюдение принципов сбалансированного питания может приводить к различным нарушениям обмена веществ (см. Алиментарные заболевания).

Белок занимает одно из самых важных мест среди всех органических элементов живой клетки. Он составляет почти половину клеточной массы. В организме человека происходит постоянный обмен белков, которые поступают вместе с продуктами питания. В пищеварительном тракте осуществляется до аминокислот. Последние проникают в кровь и, пройдя через клетки и сосуды печени, попадают в ткани внутренних органов, где снова синтезируются в специфические для данного органа белки.

Белковый обмен

Человеческий организм использует белок в качестве пластического материала. Его потребность определяется минимальным объёмом, который уравновешивает белковые потери. В теле взрослого здорового человека обмен белков происходит непрерывно. В случае недостаточного поступления этих веществ с пищей десять из двадцати аминокислот могут синтезироваться организмом, в то время как другие десять остаются незаменимыми, и их необходимо восполнять. В противном же случае происходит нарушение белкового синтеза, что приводит к торможению роста и снижению массы тела. Следует отметить, что если отсутствует хотя бы одна организм не может нормально жить и функционировать.

Этапы белкового обмена

Обмен белков в организме происходит в результате поступления питательных веществ и кислорода. Существуют определённые этапы первый из которых характеризуется углеводов и жиров до растворимых аминокислот, моносахаридов, дисахаридов, жирных кислот, глицерина и других соединений, после чего они всасываются в лимфу и кровь. На втором этапе и кислород транспортируются кровью в ткани. При этом происходит их расщепление до конечных продуктов, а также синтез гормонов, ферментов и составных компонентов цитоплазмы. При расщеплении веществ происходит выделение энергии, которая необходима для природных процессов синтеза и нормализации работы всего организма. Вышеперечисленные этапы обмена белков заканчиваются удалением из клеток конечных продуктов, а также их транспортом и выделением легкими, почками, кишечником и потовыми железами.

Для человеческого организма очень важно поступление полноценных белков, ведь только из них могут синтезироваться специфические вещества. Особую роль обмен белков играет в детском организме. Ведь ему необходимо большое количество новых клеток для роста. При недостаточном поступлении белков человеческий организм перестаёт расти, а его клетки обновляются намного медленней. К полноценным относятся животные белки. Из них особую ценность представляют белки рыбы, мяса, молока, яиц и других подобных продуктов питания. Неполноценные же преимущественно содержатся в растениях, поэтому рацион питания необходимо составлять так, чтобы удовлетворить все потребности своего организма. При переизбытке белков их излишек распадается. Это позволяет организму поддерживать необходимое Обмен белков очень важен для жизнедеятельности человека. При его нарушении организм начинает расходовать белок своих же тканей, что ведёт к серьёзным проблемам со здоровьем. Поэтому следует беречь себя и серьёзно подходить к выбору пищи.

В течение жизни человек съедает около 10 т углеводов. Углеводы поступают в организм главным образом в виде крахмала. Расщепившись в пищеварительном тракте до глюкозы, углеводы всасываются в кровь и усваиваются клетками. Особенно богата углеводами растительная пища: хлеб, крупы, овощи, фрукты. Продукты животного происхождения (за исключением молока) содержат мало углеводов.

Углеводы - главный источник энергии, особенно при усиленной мышечной работе. Больше половины энергии организм взрослых людей получает за счет углеводов. Конечные продукты обмена углеводов - углекислый газ и вода.

В крови количество глюкозы поддерживается на относительно постоянном уровне (около 0,11%). Уменьшение содержания глюкозы вызывает понижение температуры тела, расстройство деятельности нервной системы, утомление. В поддержании постоянного уровня сахара в крови большую роль играет печень. Повышение количества глюкозы вызывает ее отложение в печени в виде запасного животного крахмала - гликогена . Гликоген мобилизуется печенью при снижении содержания сахара в крови. Гликоген образуется не только в печени, но и в мышцах, где его может накапливаться до 1-2%. Запасы гликогена в печени достигают 150 г. При голодании и мышечной работе эти запасы сокращаются.

Обычно при употреблении большого количества углеводов в моче появляется сахар, и этим самым выравнивается содержание сахара в крови.

Однако в крови может быть и стойкое повышение содержания сахара, которое не выравнивается. Это происходит при нарушении функции желез внутренней секреции (например, поджелудочной железы), что приводит к развитию заболевания сахарного диабета . При этом заболевании утрачивается способность связывать сахар в гликоген и начинается усиленное выделение сахара с мочой.

Значение глюкозы для организма не исчерпывается ее ролью как источника энергии. Глюкоза входит в состав цитоплазмы и, следовательно, необходима при образовании новых клеток, особенно в период роста.

Углеводы имеют важное значение и в обмене веществ центральной нервной системы. При резком снижении количества сахара в крови отмечаются расстройства деятельности нервной системы. Наступают судороги, бред, потеря сознания, изменение деятельности сердца. Если такому человеку ввести в кровь глюкозу или дать съесть обычный сахар, то через некоторое время эти тяжелые симптомы исчезают.

Полностью сахар из крови не исчезает даже при отсутствии его в пище, так как в организме углеводы могут образовываться из белков и жиров.

Потребность в глюкозе различных органов неодинакова. Мозг задерживает до 12% приносимой глюкозы, кишечник -9%, мышцы - 7%, почки - 5%. Селезенка и легкие почти совсем не потребляют глюкозу.

Обмен жиров

Общее количество жира в организме человека колеблется в широких пределах и составляет в среднем 10-12% массы тела, а в случаях ожирения может достигать 50% массы тела. Количество запасного жира зависит от характера питания, количества потребляемой пищи, пола, возраста и т. п.

Поступивший с пищей жир в пищеварительном тракте расщепляется на глицерин и жирные кислоты, которые всасываются в основном в лимфу и лишь частично в кровь.

Жирные кислоты в процессе всасывания омыляются, т. е. вместе со щелочами и желчными кислотами образуют растворимые комплексы, проходящие через слизистую оболочку кишки. Уже в клетках кишечного эпителия синтезируется жир, свойственный данному организму.

Через лимфатическую и кровеносную систему жиры поступают главным образом в жировую ткань, которая имеет для организма значение депо жира. Много жира в подкожной клетчатке, вокруг некоторых внутренних органов (например, почек), а также в печени и мышцах.

Жир используется организмом как богатый источник энергии. При распаде 1 г жира в организме освобождается энергии в два с лишним раза больше, чем при распаде такого же количества белков или углеводов. Жиры входят и в состав клеток (цитоплазма, ядро, клеточные мембраны), где их количество устойчиво и постоянно. Скопления жира могут выполнять и другие функции. Например, подкожный жир препятствует усиленной отдаче тепла, околопочечный жир предохраняет почку от ушибов и т. д.

Недостаток жиров в пище нарушает деятельность центральной нервной системы и органов размножения, снижает выносливость к различным заболеваниям.

Жиры синтезируются в организме не только из глицерина и жирных кислот, но и из продуктов обмена белков и углеводов.

На этом основана практика откорма сельскохозяйственных животных на сало.

Видовая специфичность жиров выражена слабее, чем видовая специфичность белков. Об этом свидетельствуют опыты, проведенные на собаках. Собак заставляли длительное время голодать, и, когда они теряли почти весь запасный жир, одной из них давали с пищей льняное масло, а другой - бараний жир. Через некоторое время обнаружилось, что собственный жир первой собаки стал жидким и напоминал по некоторым свойствам льняное масло, а жир второй собаки по консистенции был схож с бараньим жиром.

Некоторые непредельные жирные кислоты, необходимые организму (линолевая, линоленовая и арахидоновая), должны поступать в организм в готовом виде, так как не способны им синтезироваться. Непредельные жирные кислоты содержатся в растительных маслах (больше всего их в льняном и конопляном масле). Много линолевой кислоты и в подсолнечном масле. Этим объясняется высокая питательная ценность маргарина, в котором содержится значительное количество растительных жиров.

С жирами в организм поступают растворимые в них витамины (витамины A, D, Е и др.), имеющие для человека жизненно важное значение.

На 1 кг массы взрослого человека в сутки должно поступать с пищей 1,25 г жиров (60-80 г в сутки).

В клетках организма жиры под действием клеточных ферментов (липаз) разлагаются на глицерин и жирные кислоты. Превращения глицерина (при участии АТФ) заканчиваются образованием углекислого газа и воды. Жирные кислоты под действием множества ферментов подвергаются сложным превращениям с образованием в качестве промежуточного продукта уксусной кислоты, которая затем превращается в ацетоуксусную кислоту. Конечные продукты обмена жирных кислот - углекислый газ и вода. Превращения непредельных жирных кислот в организме изучены пока недостаточно.

Белки являются наиболее сложными веществами организма и основой протоплазмы клеток. Белки в организме не могут образовываться ни из жиров, ни из углеводов, ни из каких-либо других веществ. В их состав входят азот, углерод, водород, кислород, а в некоторые - сера и другие химические элементы в крайне незначительных количествах. Аминокислоты являются простейшими структурными элементами («кирпичиками»), из которых состоят молекулы белков клеток, тканей и органов человека. Они представляют собой органические вещества со щелочными и кислотными свойствами. Исследование строения различных белков позволило установить, что в их состав входит до 25 разных аминокислот. Ученые различных стран ведут работы по искусственному синтезу белка. В этом отношении уже имеются некоторые достижения. Белки характеризуются большой специфичностью. Они отличаются друг от друга составом и способом соединения между собой отдельных аминокислот, а также наличием в молекуле других составных частей, таких, как фосфорная кислота, углеводные и липоидные (жироподобные) группы и др. Каждый белок обладает характерными, только ему принадлежащими свойствами. Например, сокращения мышц связаны с особыми свойствами белков миозина и актина, входящих в состав мускулатуры человеческого тела. Белковый пигмент крови - гемоглобин - является переносчиком кислорода. Все ферменты, благодаря которым происходит пищеварение, представляют собой белковые вещества различной природы. Сложное белковое строение имеют некоторые гормоны.

Знание состава тех или иных белков организма, а также белков пищи позволяет точно выяснить потребность человеческого организма в различных аминокислотах. Таким образом, можно правильно определять белковую ценность продуктов питания и, подбирая продукты, активно вмешиваться в обмен белков человеческого организма. Установлено, что наиболее ценными по своему аминокислотному составу являются

белки животного происхождения, т. е. белки мяса, молока и яиц. Из 100 граммов животных белков, принимаемых с пищей, усваиваются 80-90%.

В этих белках имеются незаменимые аминокислоты, те, которые в человеческом организме не образуются и отсутствуют в белках растительных продуктов питания. Советские ученые считают, что из 25 известных аминокислот 12 являются незаменимыми и все они обязательно должны вводиться с пищей. Если в составе пищи отсутствует какая-либо одна из незаменимых аминокислот, то образование белков организма - синтез их - нарушается. Это приводит к потере веса, а в молодом организме - к задержке роста. К числу незаменимых аминокислот относятся треонин, валин, лейцин, изолейцин, лизин, фенилаланин, триптофан, метионин, аргинин, гистидин, тирозин и цистин. Последние четыре аминокислоты хотя и могут образовываться из других аминокислот, однако в незначительном количестве и они также должны вводиться с пищей.

Белки растительного происхождения (хлеба, гороха, фасоли и др.) отличаются более низкой биологической ценностью. В белках растительного происхождения недостает то одних, то других аминокислот, однако при определенном сочетании растительных продуктов организм может получать ценные для него белки.

Как же протекает обмен белков в организме? Для ответа на этот вопрос в первую очередь необходимо проследить за судьбой аминокислот, всосавшихся из кишечника в кровь. Аминокислоты по воротной вене попадают в печень. В этом органе из части их синтезируются более сложные вещества - полипептиды. Из печени аминокислоты и полипептиды разносятся с кровью по всему организму и вступают в соединение с белками различных клеток, занимая место использованных аминокислот. Важнейшими конечными продуктами распада белка в организме являются аммиак, мочевина и мочевая кислота. Аммиак образуется при так называемом дезаминировании аминокислот, т. е. при отщеплении от них аминной группы, о которой говорилось выше. В печени аммиак частично превращается в мочевину. Мочевая кислота, как полагают, поступаете кровь прямо из тканей, являясь продуктом распада сложных белков - нуклеопротеидов. Все продукты распада белка выводятся из организма с мочой и с потом.

Белковый обмен в организме происходит постоянно, причем о его интенсивности с известным приближением можно судить по обмену азота, являющегося главным составным элементом белковой молекулы.

Определив количество азота, введенного с пищей, и количество азота, выделенного из организма с мочой и калом за сутки, можно установить так называемый азотистый баланс.

Если количество вводимого и выделяемого азота одинаково, то налицо азотистое равновесие. Когда количество вводимого с пищей азота больше выделяющегося, имеет место положительный азотистый баланс. Он свидетельствует о преобладании в организме процессов ассимиляции (образования) белка над процессами его разрушения (диссимиляции).

Это чаще бывает у детей и свидетельствует о нормальном развитии. Положительный азотистый баланс характерен также для периода выздоровления взрослых людей после инфекционной болезни. Преобладание выделяемого азота над вводимым вызывает отрицательный азотистый баланс. В этом случае процессы разрушения белка преобладают над процессами образования его. Все это наблюдается при голодании или при инфекционных заболеваниях.

Белковый обмен в организме подвержен сложной регуляции, в которой принимают участие центральная нервная система и железы внутренней секреции. Из гормональных веществ гормон щитовидной железы (тироксин) и гормоны коры надпочечника (глюкокортикоиды) способствуют усилению процессов диссимиляции, распада белков, а гормон поджелудочной железы (инсулин) и соматотропный гормон передней доли гипофиза (гормон роста) усиливают процессы образования (ассимиляции) белковых тел в организме.

Если человек длительно питается продуктами, содержащими мало белка, то у него возникает тяжелое заболевание, так называемая алиментарная дистрофия, или голодание. У заболевших появляются отеки на ногах, руках и лице, скапливается жидкость в полости живота, возникает понос, отмечаются психические расстройства. Кроме общих явлений белковой недостаточности, могут возникнуть специфические расстройства, обусловленные отсутствием в пище какой-либо определенной аминокислоты.

Например, при отсутствии триптофана развивается помутнение хрусталика глаза (катаракта). Если недостает цистина, то возникает задержка роста волос; отсутствие гистидина ведет к малокровию, а аргинина к задержке роста и т. д.

Для того чтобы обеспечить человека всеми необходимыми аминокислотами, нужно включать в суточный рацион питания возможно больше разнообразных продуктов. Разнообразить ежедневное меню следует для того, чтобы восполнять недостаток тех или иных аминокислот. Углеводы - вещества, распространенные главным образом в растительном мире. Они состоят из углерода, водорода и кислорода. В углеводах атом углерода соединен с молекулой воды. Существуют простые и сложные углеводы; простые углеводы называются иначе моносахаридами (monos - по-гречески один), а сложные углеводы - полисахаридами (poly - много). В пищеварительном тракте под влиянием соответствующих ферментов полисахариды распадаются на моносахариды.

Основная роль углеводов в организме заключается в их энергетических свойствах. Они являются основным источником, из которого органы и ткани человека получают энергию для производства движений, образования тепла, деятельности органов кровообращения и дыхания, различных окислительных процессов, т. е. всего того, что может быть определено одним словом «жизнедеятельность». 75% необходимой человеку энергии дают углеводы. В организме углеводы могут образовываться из жиров и белков.

Нормальная жизнедеятельность организма осуществляется при условии более или менее постоянного содержания сахара в крови, колеблющегося в пределах 80-120 мг в 100 г крови. Весь сахар, всосавшийся в кишечнике, поступает по кровеносным сосудам прежде всего в печень, которая обладает способностью задерживать излишки сахара, превращать его в животный крахмал, или гликоген, и откладывать в запас. Установлено, что в человеческой печени содержится примерно 150 граммов запасного гликогена, который расходуется организмом, снова превращаясь в сахар, если количество его в крови становится ниже нормы.

Сахар крови усиленно расходуется организмом при физической работе, умственном напряжении и др. В этих случаях необходимо употреблять повышенное количество сахара в растворенном виде. Он быстро всасывается в кровь и восполняет возникающий дефицит в организме. Крахмал, содержащийся в хлебе и крупах, не так быстро восполняет недостаток сахара в крови, ибо медленно переваривается и образующийся из него

сахар поступает в кровь из кишечника небольшими порциями. Снижение сахара в крови ниже 40 мг на 100 г крови вызывает болезненное состояние организма, выражающееся в слабости, головокружении, чувстве голода и т. д. Такое состояние называется гипогликемией. Оно легко устраняется, если вышить стакан сладкого чая.

При введении с пищей больших количеств углеводов и особенно сахара уровень сахара в крови может быстро повыситься. Объясняется это тем, что печень в этом случае не успевает перерабатывать весь сахар в гликоген и в общий круг кровообращения поступает повышенное количество сахара. Возникает так называемая пищевая гипергликемия с повышением сахара в крови до 150 - 180 мг на 100 г крови. При этом сахар начинает выводиться из организма почками. Выделение сахара с мочой называется глюкозурией и является своего рода целесообразной реакцией организма. Здоровые люди должны помнить, что не следует за один прием употреблять больше 100 граммов сахара. Некоторое количество сахара может откладываться в виде гликогена в мышцах и нервных клетках, но этот гликоген используется в случае надобности только той тканью, в которой отложен.

Сахар потребляется мышцами при работе, причем в это время мышечная ткань не только использует сахар крови, но и гликоген, находящийся в самих мышечных волокнах. Гликоген мышц распадается и из него образуется сахар, который используется для производства мышечной работы. Окисление сахара при этом доходит до стадии молочной кислоты. В условиях нормального кровообращения образовавшаяся во время мышечной работы молочная кислота частично окисляется, а частично превращается снова в гликоген.

При избыточном углеводном питании сахар переходит в организме в жир. При недостаточном углеводном питании углеводы, наоборот, могут образоваться из жира. Регулируется углеводный обмен нервной системой преимущественно через железы внутренней секреции, главным образом через поджелудочную железу и надпочечники. Мозговое вещество надпочечников выделяет адреналин, поступающий в кровь. Адреналин, циркулируя в крови, вызывает повышенное превращение гликогена печени в сахар, что приводит к поднятию уровня сахара в крови. А гипергликемия, как это точно установлено учеными, повышает выработку инсулина поджелудочной железой.

Инсулин способствует превращению сахара в гликоген и помогает использованию его тканями организма, в связи с чем уровень сахара в крови снижается. Однако в регуляции углеводного обмена принимают участие и другие эндокринные железы, тесно связанные с деятельностью центральной нервной системы.

Под влиянием возбуждения головного мозга гипофиз выделяет так называемый гормон роста, который препятствует использованию сахара крови печенью, в связи с чем возникнет гипергликемия. Если указать, что в регуляции углеводного обмена принимают участие еще гормоны коркового вещества надпочечников, то станет ясно, насколько сложно углеводный обмен регулируется центральной нервной системой через железы внутренней секреции.

Жиры, так же как и углеводы, являются «горючим», или энергетическим, материалом, необходимым для обеспечения жизнедеятельности организма. В одном грамме жира содержится в два раза больше потенциальной (скрытой) энергии, чем в одном грамме углеводов. Жиры, распавшиеся в тонком кишечнике на глицерин и жирные кислоты, проходят через эпителиальные клетки тонких кишок, только растворившись в желчных кислотах, содержащихся в желчи. В стенке тонких кишок происходит освобождение желчных кислот от сложных соединений с жирными кислотами, а затем жирные кислоты, соединяясь с всосавшимся глицерином, вновь превращаются в жир.

По лимфатическим сосудам брыжейки, собирающимся в общий грудной лимфатический проток, жир поступает в левую подключичную вену. В легких жир частично подвергается окислению, затем поступает в большой круг кровообращения и откладывается в жировых депо. Ими в организме считаются: подкожная жировая клетчатка, сальник, околопочечная клетчатка, область таза, средостение и др. Жировая клетчатка выполняет роль запасного материала, способствует укреплению внутренних органов и теплоизоляции организма. При нормальном питании жировая ткань составляет примерно 16% веса тела.

Жиры и жироподобные вещества, или липоиды, являются, кроме того, необходимой составной частью клеток; они входят в протоплазму и принимают участие в образований клеточных оболочек. Липоиды входят также в состав нервной ткани.

Недостаток жиров в пище ведет к нарушению деятельности центральной нервной системы, функций половых желез, снижает сопротивляемость организма к неблагоприятным условиям жизни и к инфекциям. Животные, в пище которых отсутствуют жиры, теряют способность к воспроизводству потомства.

Состав пищевых жиров неодинаков, различно и их биологическое значение для организма.

Следует выделить так называемые ненасыщенные жирные кислоты, входящие в состав преимущественно жиров растительного происхождения. Ненасыщенные жирные кислоты укрепляют тончайшие оболочки клеток. Наибольшими целебными свойствами обладают линолевая, линоленовая и арахидоновая ненасыщенные кислоты. Первые две содержатся в льняном и конопляном масле, линоленовой кислоты также много в подсолнечном, а арахидоновой - в свином сале и в яичном желтке. Систематический недостаток этих кислот в питании людей понижает сопротивляемость организма к различного рода вредным воздействиям, ведет к развитию сердечно-сосудистых заболеваний, в частности атеросклероза. Жиры человеческого тела находятся в состоянии подвижного равновесия, их количество то уменьшается, то увеличивается. Так, например, при усиленной мышечной работе часть жира из жировой ткани переходит в другие ткани и путем сложных химических реакций окисляется, или, как говорят, «сгорает».

Окислению жира непосредственно в самой жировой ткани способствует наличие в ней особых ферментов - липазы и дегидрогеназы. Под влиянием тканевой липазы жир в тканях расщепляется на глицерин и высшие жирные кислоты.

В дальнейшем происходит процесс окисления жирных кислот до углекислого газа и воды, в результате чего освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности организма.

Жировой обмен, так же как и другие виды обмена, регулируется центральной нервной системой непосредственно и через эндокринные железы - гипофиз, островковый аппарат поджелудочной железы, надпочечники, щитовидную и половые железы.

Известно, например, что большинство людей во время душевных переживаний худеет и, наоборот, полнеет в периоды благополучной и спокойной жизни. Это, в частности, подтверждает выдающийся советский психиатр Ю. В. Каннабих: он заметил, что при психическом

заболевании - циклотимии, которое характеризуется сменой состояний, в периоды тоски, подавленного настроения, больные худеют; когда же угнетенное состояние сменяется повышенным, веселым настроением, радужным восприятием всего окружающего, они полнеют.

Гормон островкового аппарата поджелудочной железы - инсулин способствует отложению жира в подкожной жировой клетчатке и в других жировых депо. При избытке инсулина использование жира тормозится, а углеводы интенсивно переходят в жир.

Почти аналогично инсулину действуют гормоны коркового вещества надпочечника: они способствуют переходу углеводов в жир и отложению его в жировой ткани.

Наоборот, усиленная продукция гормонов гипофиза щитовидной железы и половых желез усиливает сгорание жира и препятствует переходу углеводов в жир.

Кроме белков, углеводов и жиров, необходимыми веществами для жизнедеятельности организма являются минеральные соли, вода и витамины.

Важное значение для человека имеет глюкоза, фруктоза, гликоген и крахмал. Крахмал и в незначительной степени фруктоза и глюкоза содержатся в растениях; они являются существенным компонентом питания и поступают в организм с картофелем, мукой и сахаром. Гликоген, откладываемый преимущественно в печени и мышцах, - основной источник глюкозы у животных.

Глюкоза - основное питательное вещество для всех клеток организма. Содержание глюкозы в крови регулируют несколько гормонов. Если благодаря потреблению углеводов (в виде пищи) уровень глюкозы в крови растет, то повышается выделение (секреция) инсулина поджелудочной железой (панкреасом). Это ускоряет поступление глюкозы в клетку, где она «сгорает», распадаясь на двуокись углерода и воду. При этом образуется энергия в виде аденозинтрифосфата (АТФ). При неполном «сгорании» молекулы глюкозы могут поставлять строительный материал для других веществ, нужных организму. Расщеплению гликогена на глюкозу способствуют катехоламины (адреналин и норадреналин), выделение которых связано главным образом с мышечной работой и психическим напряжением. Расщепление гликогена и освобождение глюкозы вызывает также гормон глюкагон (антагонист инсулина), применяющийся при падении уровня сахара в крови, например при голодании или интенсивной физической нагрузке.

Обмен жиров

Жир в жировых клетках и худощавых и тучных людей имеет одинаковый состав. Жир - это соединения жирных кислот и глицерина (триацилглицерола), 5-10% приходится на долю и фосфолипидов. В жировой клетке 65-70% жира, остальное - вода с незначительным содержанием белков, сахара и солей. Жир в жировых клетках образуется двумя способами. Прежде всего он формируется в печени из углеводов, полученных с пищей либо другим путем. Жир в воде нерастворим и транспортируется в крови особыми белками - липопротеинами. На поверхности жировых клеток триацилглицеролы освобождаются из молекул липопротеина и вылавливаются жировыми клетками, где откладываются после небольшого преобразования в виде жировых капелек.

Синтезу и отложению жира в жировых клетках способствует главным образом гормон инсулин и также частично женские типа эстрогенов. Инсулин, следовательно, помогает не только метаболизму глюкозы, но и влияет на синтез жиров.

Расщепление отложенных жиров в жировой ткани вызывается рядом гормонов, важнейшие из которых - катехоламины (адреналин и норадреналин) - образуются в надпочечниках в результате мышечной работы или психического напряжения. Триацилглицеролы расщепляются также гормоном роста, образующимся в гипофизе при голодании. Освобожденные ненасыщенные жирные кислоты покидают жировую клетку и связываются в крови с белком альбумином, который доставляет их к печени и мышцам, где жирные кислоты могут быть разложены подобно глюкозе на воду и . За счет выделяемой при этом энергии синтезируется аденозинтрифосфат (АТФ), который передает ее для самых разнообразных процессов клеткам, в том числе и работающим мышцам.

Обмен белков

Белки (протеины) составляют основу живой материи. «Строительными кирпичами» белков являются аминокислоты. Полученные с пищей белки в пищеварительном тракте расщепляются на аминокислоты. Из них клетки вновь образуют белки, необходимые организму. Синтезом белков (на него косвенно влияет и инсулин) управляет сложный механизм, нарушения которого - главная причина наследственных болезней.

В организме беспрерывно происходит обмен белков, но источником энергии они служат лишь в чрезвычайных обстоятельствах, например при нарушенном энергетическом, балансе, который по разным причинам невозможно выровнять ни приемом пищи, ни использованием собственных запасов гликогена и жира. При такой кризисной ситуации энергия из аминокислот (то есть белков) начинает освобождаться под действием гормона кортизона, вырабатываемого в коре надпочечников. Это так называемая стрессовая реакция. Вызывается она разнообразными неблагоприятными факторами: ранением, голодом, ожогом, вынужденным бездействием, чрезмерно напряженной работой, а также страхом, злостью и т. п.

При сжигании 1 г жира организм получает приблизительно 37,6 кДж (9 ккал), в то время как 1 г белков или углеводов дает только 16,7 кДж (4 ккал).