Углеводы, жиры и белки - источник энергии для человека и животных

Пр окислении  глюкозы в пентозном (аэробном) цикле  образуется восстановленный никотинамид-адениннуклеотидфосфат, необходимый для восстановительных  синтезов. Кроме того промежуточные  продукты этого цикла являются материалом для синтеза многих важных соединений.  

Регуляция углеводного  обмена в основном осуществляется гормонами  и центральной нервной системой. О состоянии углеводного обмена  можно судить по содержанию сахара в крови (в норме 70-120 мг%). При сахарной нагрузке эта величина возрастает, но затем быстро достигает нормы. Нарушения углеводного обмена возникают при различных заболеваниях. Так, при недостатке инсулина наступает сахарный диабет, а понижение активности одного из ферментов углеводного обмена - мышечной фосфорилазы - ведет к мышечной дистрофии.      

 

III. Жиры 

 1. Свойства липидов 

 Липиды представляют  собой разнородную группу биоорганических  соединений, общим свойством которых  является их нерастворимость  в воде и хорошая растворимость в неполярных растворителях. К липидам относятся вещества с различным химическим строением. Большая их часть является сложными эфирами спиртов и жирных кислот. Последние могут быть как насыщенными, так и ненасыщенными. Наиболее часто в состав липидов входиит пальмитииновая, стереатиновая, олеиновая, линоливая и линоленовая кислоты. Спиртами обычно являются глицерин и сфингоцин, а также неторые другие вещества. В состав молекул сложных липидов могут входить и другие компоненты.  

При присоединении остатка ортофосфорной кислоты образуются фосфолипиды. Стероиды составляют совершенно особую группу липидов. Они построены на основе высокомолекулярного спирта - холестерола. В организме липиды выполняют следующие функции: 1) строительную, 2) гормональную, 3)энергетическую, 4) запасающую, 5) защитную, 6) участие в метаболизме.  

 2. Свойства жиров 

 Жиры - органические  соединения, представляющие собой  сложные эфиры трехатомного спирта  глицерина и высших или средних  жирных кислот. Срдержится во  всех животных и растительных тканях. Общую формулу жиров можно записать так:  

                  

              О   

a CH2 - O - C - R 

               О 

b CH  - O - C - R1 

              О 

a' CH2 - O - C - R2 

Все природные  жиры - смесь глицеридов, не только симметричных, т.е. с тремя одинаковыми остатками жирных кислот, но и смешанных. Симметричные глицериды встречаются чаще в растительных маслах. Животные жиры отличаются весьма разнообразным составом жирных кислот. Жирные кислоты, входящие в состав триглициридов, определяют их свойства. Триглицириды способны вступать во все химические реакции, свойственные эфирам. Наибольшее значение  имеет реакция омыления, в результате которой из триглицирида образуется глицерин и жирные кислоты.  

        O 

CH2-O-C-R 

     O                              CH2OH            

CH-O-C-R      +    3 H2O =  CHOH + 3 R COOH  

      O                              CH2OH   жирная кислота 

CH2-O-C-R                      глицерин 

триглицирид                      

Омыление происходит как при гидролизе, так и при действии кислот или щелочей.  

Жиры - питательное  вещество, является обязательной составной  частью сбалансированного пищевого рациона человека. Они - важный источник энергии, который можно рассматривать  как природный пищевой концентрат большой энергетической ценности, способный в небольшом объеме обеспечить организм энергией. Средняя потребность жиров для человека - 80-100 г в сутки. Один грамм жиров при окислении дает 9,3 ккал. Жиры также являются растворителями витаминов A, D и E.  Обеспеченность организма в этих витаминах зависит от поступления жиров в составе пищи. С жирами в организм вводится комплекс биологически активных веществ, играющих важнейшую роль в нормальном жировом обмене.  

 3. Жировой обмен. 

Жировой обмен  представляет собой совокупность процессов  превращений жиров в организме. Обычно различают три стадии жирового обмена : 1) расщепление и всасывание жиров в желудочно-кишечном тракте; 2) превращение всосавшихся жиров  в тканях организма; 3) выделение продуктов жирового обмена из организма. Основная часть пищевых хиров подвергается перевариванию в верхних отделах кишечника при участии фермента липазы, который выделяется поджелудочной железой и слизистой оболочкой желудка. В результате расщепления образуется смесь жирных кислот, ди- и моноглицеридов.  

Процессу расщепления  и всасывания жиров и других липидов  способствует выделение в кишечник желчных кислот, благодаря которым  жиры переходят в эмульгированное  состояние. Часть жиров всасывается  в кишечнике в нерасщепленном виде. Всосавшиеся жирные кислоты частично используются в слизистой оболочке кишечника для ресинтеза триглицеридов и фосфолипидов, а частично переходят в кровь системы воротной вены или в лимфатические сосуды.  

Количество нейтральных  жиров и жирных кислот  в крови непостоянно и зависит от поступления жиров с пищей и от скорости отложения жира в жировых депо. В тканях жиры расщепляются под действием различных липаз, а образовавшиеся жирные кислоты входят в состав других соединений (фосфолипиды, эфиры холестерина и т.д.) или окисляются до конечных продуктов. Окисление жирных кислот совершается несколькими путями. Часть жирных кислот при окислении в печени дает ацетоуксусную  и b-оксимасляную кислоты, а также ацетон. При тяжелом сахарном диабете количество ацетоновых тел в крови резко увеличивается. Синтез жиров в тканях происходит из продуктов жирового обмена, а также из продуктов углеводного и белкового обмена.  

Нарушения жирового обмена обычно разделяют на следующие  группы: 1) нарушения всасывания жира, его отложения и образования в жировой ткани; 2) избыточное накопление жира в органах и тканях, не относящихся к жировой ткани; 3) нарушения промежуточного жирового обмена; 4) нарушения перехода жиров из крови в ткани и их выделения.  

 

IV. Белки 

1. Свойства аминокислот 

Особо важное место  среди низкомолекулярных природных  органических соединений принадлежит  аминокислотам. Они являются производными карбоновых кислот, где один из атомов водорода в углеводородном радикале кислоты замещен на аминогруппу, распологающуюся, как правило, по соседству с карбоксильной группой. Многие аминокислоты являются предшественниками биологически акактивных соединений: гормонов, витаминов, алкалоидов, антибиотиков и др.  

Подавляющее большинство  аминокислот существует в организмах в свободном виде. Но несколько десятков из них находятся в преимущественно связанном состоянии, т.е. в соединении с другими органическими веществами:   b-аланин, например, входит в состав ряда биологически активных соединений, а многие   a-аминокислоты - в состав белков. Таких  a-аминокислот  насчитывается 18. В состав белков также входят два амида аминокислот - аспарагин и глутамин.  Эти аминокислоты получили название белковых или протеиногенных. Именно они составляют важнейшую группу   природных аминокислот, так как только им присуще одно замечательное свойство - способность при участии ферментов присоединяться по аминным и карбоксильным группам и образовывать полипептидные цепи.  

Искуственно синтезированные  w-аминокислоты служат сырьем для производства химических волокон. 

 2. Свойства белков 

 Белки - высокомолекулярные  органические вещества, характерными  особенностями которых является  их строго определенный элементарный  со­став: 

 Особенно  характерен для белков 15-18% уровень  содержания азота. На заре белковой химии, когда не умели еще определять ни молекулярную массу белков, ни их химический состав, ни тем более структуру белковой молекулы, этот показатель играл большую роль при решении вопроса о принадлежности высокомолекулярного вещества к классу белков. Естественно, что сейчас данные об элементарном составе белков утратили свое былое значение для их характеристики.  

Белки вступают во взаимодействие с самыми различными веществами. Объединяясь друг с другом или нуклеиновыми кислотами, полисахаридами и липидами, они образуют рибосомы, митохондрии, лизосомы, мембраны эндоплазматической сети и другие субклеточные стрктуры, в которых благодаря пространственной организации белков и свойственной ряду из них ферментативной активности осуществляются многообразные процессы обмена веществ. Поэтому именно белки играют выдающуюся роль в явлениях жизни. По своей химической природе белки являются гетерополимерами протеиногенных аминокислот. Их молекулы имеют вид длинных цепей, которые состоят из аминокислот, соединенных пептидными связями.  

В самых маленьких  полипептидных цепях белков содержится около 50 аминокислотных остатков. В  самых больших - около 1500.  

В настоящее  время первичная структура белка  выявлена примерно у 2 тысяч белков. У инсулина, рибонуклеазы, лизоцима и гормона роста она подтверждена путем химического синтеза.  

Белки составляют важнейшую часть пищи человека. В  наше время 10-15% населения Земли голодают, а 40% получают неполноценную пищу с  недостаточным содержанием белка. Поэтому человечество вынуждено индустриальным путем производить белок - наиболее дефицитный продукт на Земле. В качестве заменителя белка перспективно также промышленное производство незаменимых аминокислот. 

3. Белковый обмен 

 У животных  и человека белковый обмен слагается из трех основных этапов: 1) гидролитического распада азотосодержащих веществ в желудочно-кишечном тракте и всасываение образовавшихся продуктов; 2) превращение этих продуктов в тканях, приводящее к образованию белков и аминокислот; 3) выделение конечных продуктов белкового обмена из организма. 

Во взрослом организме в норме количество синтезируемого белка равно суммарному количеству распадающихся тканевых и пищевых белков (в сутки, т.е. азотистый баланс близок к нулю). Такое состояние называется белковым равновесием. Белковое равновесие является динамическим, так как в организме практически не создается запаса белков, и равновесие может устанавливаться при различных количествах потребляемого белка (в определенных пределах). В период роста или восстановления сил после болезни (белкового голодания) в организме наблюдается интенсивная задержка азота, азотистый баланс становится положительным. Основные процессы, связанные с белковым обменом, - дезаминирование аминокслот, взаимопревращение аминокислот, протекающее с переносом аминогрупп (переаминирование), аминирование кетокислот, распад белка на аминокислоты и новообразования белков органов и тканей, в том числе белков ферментов. 

 V. Обмен веществ и энергии 

1. Понятие метаболизма 

 Метаболизм - совокупность химических реакций и сопутствующих им химических процессов в организме, в результате которых происходит поступление веществ, их усвоение, использование в процессах жизнедеятельности и выделение ненужных соединений в окружающую среду. Питательные вещества, поступающие с пищей, являются, с одной стороны, источником энергии, необходимой для осуществления всех процессов, а с другой стороны, пластическим материалом, из которого строится тело организма. Помимо трех основных классов питательных веществ - белков, жиров, углеводов, пища содержит ряд соединений - соли, витамины, не имеющие большой энергетической ценности и не выполняющие функции строительных блоков, однако играющие важнейшую роль в протекании различных биохимических реакций и участвующие в регуляции обмена веществ. 

 2. Биологическое окисление 

 При биологическом  окислени от органической молекулы  под действием соответствующего  фермента отщепляются два атома  водорода. В ряде случаев при  этом между ферментами и окисленной  молекулой образуется неустойчивая, богатая энергией (макроэнергетическая) связь. Она используется для образования АТФ - "конечной цели" большинства процессов биологического окисления. А два  отнятых атома водорода оказываются в результате реакции связанными с коферментом НАД  (никотинамидадениндинуелеотидом) или с НАДФ (никотинамидадениндинуелеотидфосфатом).