-
в состоянии физического и психического покоя;
-
натощак (через 12—18 ч после приёма пищи);
-
при исключении белков из рациона за 2—3 сут до исследования;
-
при температуре окружающей среды 15—18 °С.
У взрослого человека с массой тела около 70 кг основной обмен составляет 4,2 кДж/ч на килограмм массы тела (1600—1700 ккал/ сут). У здорового человека основной обмен — постоянная величина, характеризующая окислительные процессы в организме. Энергия организма в покое затрачивается на поддержание уровня обмена веществ, необходимого для работы сердца, дыхательных мышц, печени и почек, поддержания мышечного тонуса и температуры тела.Факторы, влияющие на величину основного обмена: -
интенсивность окислительных процессов;
-
условия внешней среды и климат (на севере он выше, на юге — ниже);
428 -
возраст (у детей он выше, чем у взрослых);
-
пол (у женщин он на 5—7% ниже, чем у мужчин);
-
физическая нагрузка (у людей физического труда он выше, у людей умственного труда — ниже).
Интенсивность основного обмена примерно наполовину обусловлена метаболизмом печени и покоящихся скелетных мышц. При голодании она снижается вследствие ослабления работы печени. При гиперфункции щитовидной железы она увеличивается на 150%, при гипофункции — снижается. -
ОБМЕН БЕЛКОВ
Белки составляют 10—12% общей массы клетки. Белки — высокомолекулярные полимеры-полипептиды, состоящие из десятков и сотен аминокислот. Всё многообразие белков в живых организмах представлено комбинациями всего 20 аминокислот.По составу различают простые белки — протеины, состоящие из аминокислот, и сложные — протеиды, в состав которых входит белок и небелковая часть. К протеинам относят белки крови: альбумины и глобулины, а также гистоны ядра. К протеидам относят гликопротеиды (например, муцин — слизистый белок слюны). Нуклеопротеиды содержат нуклеиновые кислоты и входят в состав хромосом и рибосом. Хромопротеиды представлены гемоглобином и миоглобином.
По форме молекулы и особенностям пространственной структуры выделяют фибриллярные и глобулярные белки. Молекулы фибриллярных белков могут образовывать фибриллы в виде закрученных нитей, обладающих большой прочностью (такие, как коллаген, актин и миозин). Полипептидные цепи глобулярных белков свёрнуты в шарики (глобулы).Функции белков разнообразны. Они не только служат основными строительными элементами мембран, цитоплазмы, органоидов клеток и межклеточного вещества, кератина кожи, волос, коллагеновых и эластических волокон соединительной ткани, а также ферментов, но и выполняют защитные, рецепторные, транспортные, двигательные и регуляторные функции. Транспортным белком служит гемоглобин, переносящий кислород и углекислый газ. Двигательные функции в миофибриллах выполняют актин и миозин. Защитную функцию осуществляют гамма-глобулины — антитела, которые связываются с антигенами и выполняют иммунную функцию. Ферменты трипсин, пепсин, амилаза и липаза участвуют в процессах пищеварения как катализаторы. Именно поэтому белки нельзя заменить углеводами 429 Учебный модуль 17. Обмен веществ и энергии
Анатомия и физиология
или жирами. Их обмен поддерживается на постоянном уровне. Белки строго индивидуальны и специфичны. Собственные белки организма синтезируются в печени.
Период распада белка составляет около 80 сут и неодинаков для разных белков. У человека в сутки распадается и синтезируется примерно 400 г белка, при этом из 70% образованных аминокислот вновь синтезируются белки, а 30% аминокислот используется в качестве источника энергии, их надо восполнять белками пищи.
По функциональной значимости аминокислот, составляющих белки, их делят на заменимые и незаменимые. Незаменимые аминокислоты (их двенадцать) не синтезируются в организме (например, аргинин, лейцин, лизин). При их недостаточном потреблении возникают тяжёлые заболевания. Например, аминокислота триптофан необходима для синтеза гормонов щитовидной железы, для нормального течения беременности. Заменимые аминокислоты образуются в организме из других аминокислот (в частности, аланин, цистеин и глицин).
Этапы обмена белков:
-
ферментативное расщепление белков пищи в пищеварительном тракте до аминокислот и всасывание последних в тонкой кишке;
-
превращение аминокислот в пептиды разной сложности;
-
биосинтез собственных белков;
-
расщепление белков;
-
образование конечных продуктов распада белков: аммиака, мочевины, мочевой кислоты, креатина, креатинина.
Продукты расщепления белка: аммиак, мочевина, мочевая кислота, креатин и креатинин — выделяются с мочой и потом. Ядовитый аммиак, в основном, превращается в печени в безвредную мочевину, которая выводится почками. Мочевая кислота — продукт расщепления белков в тканях.
Таким образом, в процессе распада белка образуется азот, по количеству которого судят о количестве белка, расщеплённого в организме. Состояние, при котором количество поступившего в организм азота равно количеству выделенного, называют азотистым равновесием (балансом).
Установлено, что 1 г азота соответствует 6,25 г белка. При расчёте азотистого баланса исходят из того, что 100 г белка содержит 16% азота. Если в организм с пищей поступает меньше белка, чем выделяется, то азотистый баланс отрицательный. При лихорадках, голодании или нарушении нейрогумо- ральной регуляции белкового обмена распад белка преобладает над его синтезом. Положительный азотистый баланс, при котором 430
количество выделенного азота меньше, чем его содержание в пище, встречается у беременных и детей, а также при выздоровлении от тяжёлых болезней.
Недостаточное поступление белков с пищей приводит к использованию внутреннего белка. Запасы белков в организме невелики: всего около 45 г. Источниками аминокислот в этих случаях служат белки плазмы крови, печени, мышц и слизистой оболочки кишечника, а также ферменты, что позволяет длительное время поддерживать и обновлять белки мозга и сердца.
Регуляция белкового обмена осуществляется гипоталамусом и гормонами, в основном, соматотропином и тироксином.
Нарушения белкового обмена (диспротеинозы) возникают при нарушении пищеварительного процесса, например, при заболеваниях кишечника, которые сопровождаются дисфункцией секреции, моторики и всасывания. -
ОБМЕН УГЛЕВОДОВ
В зависимости от химической структуры, углеводы делят на моносахариды, дисахариды и полисахариды. Моносахариды — простые сахара, используемые как источник энергии, а также для синтеза остальных сахаров. Они участвуют в синтезе АДФ и АТФ; входят в состав нуклеиновых кислот. Дисахариды образуются при соединении двух моносахаридов; наиболее распространены мальтоза, лактоза и сахароза. Мальтоза состоит из двух молекул глюкозы, лактоза (молочный сахар) — из глюкозы и галактозы; сахароза, или тростниковый сахар — из глюкозы и фруктозы, её обнаруживают в растениях.
Полисахариды образуются при соединении множества молекул моносахаридов; к ним относят, например, гликоген (животный крахмал), крахмал (продукт растительного происхождения), целлюлозу (клетчатку).70% углеводов окисляется в тканях до углекислого газа и воды, 25—28% превращается в жир и 2—5% используется для синтеза гликогена.В организме человека большую роль играет гликоген — полимер глюкозы. В печени 60% глюкозы, поступающей с пищей, преобразуется в гликоген. Гликоген синтезируется в печени и при отсутствии глюкозы, из жиров и белков, и откладывается в клетках печени и мышц. Резерв гликогена в организме составляет 300—400 г. При снижении уровня глюкозы в крови гликоген расщепляется до глюкозы, при повышении уровня глюкозы снова накапливается гликоген. Процесс контролируется гормонами, в основном, глюкагоном, инсулином. 431 Учебный модуль 17. Обмен веществ и энергии
Анатомия и физиология
Наибольшее количество глюкозы необходимо мозгу, покрывающему энергетические затраты исключительно за счёт глюкозы. В мозге расходуется около 60% глюкозы, выделяемой печенью. Здесь глюкоза окисляется до углекислого газа и воды. Небольшая её часть превращается в молочную кислоту. При уменьшении количества глюкозы обменные процессы в нервной ткани нарушаются, приводя и к нарушению функций мозга.
В печени глюкоза распадается как в присутствии кислорода (аэробный гликолиз), так и без участия кислорода (анаэробный гликолиз). Большую роль в обмене углеводов играют мышцы, захватывающие из крови значительную часть глюкозы и синтезирующие гликоген. Распад гликогена — один из источников энергии мышечного сокращения. При распаде гликогена в мышцах образуются пировиноградная и молочная кислоты, попадающие в кровь. Во время отдыха в мышцах (и печени) из этих кислот ресинтезируется гликоген.Кроме простых полисахаридов, состоящих из мономеров, встречаются полисахариды с более длинной и сложной молекулой. Так,
гликопротеиды и гликолипиды входят в состав клеточных оболочек, определяя антигенные свойства клеток.Углеводам принадлежит пластическая и энергетическая функции. В клетках организма глюкоза расщепляется до углекислого газа и воды с выделением энергии.Этапы углеводного обмена: -
расщепление углеводов пищи в пищеварительном тракте до моносахаридов: глюкозы, фруктозы, галактозы, и всасывание их в тонкой кишке;
-
превращение фруктозы и галактозы в глюкозу, депонирование последней в виде гликогена в печени (и мышцах) или расщепление в энергетических целях;
-
расщепление гликогена в печени, и поступление глюкозы в кровь по мере её использования;
-
синтез глюкозы из промежуточных продуктов: пировиноград- ной и молочной кислот; из других соединений;
-
превращение глюкозы в жирные кислоты;
-
расщепление глюкозы до углекислого газа и воды с выделением энергии.
Высшие центры регуляции углеводного обмена расположены в гипоталамусе: при раздражении некоторых его областей возникает гипергликемия — повышение количества глюкозы в крови (в норме — 4,44—6,67 ммоль/л). Постоянная гипергликемия и глюкозурия (повышение содержания глюкозы в моче) характерны для сахарного диабета. Существенную роль играет продолговатый мозг: укол в область ромбовидной ямки повышает уровень глюкозы в крови и моче.