Обмен веществ - это процесс поступления веществ в организм, их переработка, доставка в каждую клетку тела, превращения в клетках с выделением энергии и удаление продуктов распада. В наш организм поступают такие вещества, как кислород и пища. Что же происходит с питательными веществами в организме после их всасывания в кровь? Современная наука раскрывает химическую основу жизненных процессов. Выяснить превращения питательных веществ в организме ученым помогли меченые атомы, ставшие разведчиками тайн природы. Они убедили нас в постоянном обновлении веществ в организме. Химические превращения протекают так, что внутренняя среда каждой живой клетки остается постоянной, несмотря на то, что входящие в ее состав вещества сменяются.
В течение жизни почти все клетки нашего тела заменяются несколько раз. За год кровь человека обновляется полностью три раза. Ежесекундно, каждую минуту расходуются материалы, из которых состоят наши клетки. Множество роговых чешуек, отмерших клеток, сбрасывается с поверхности кожи. Старые клетки заменяются новыми. Чем активнее жизнь организма, чем выше рабочая нагрузка органов, тем энергичнее протекают процессы самообновления клеток. Беспрерывно идет физиологическая регенерация (возрождение) клеток тела. Постоянное самообновление - универсальное свойство жизни. Подсчитано, что человек за всю свою жизнь потребляет 2,5 т белка, 1,3 т жира, 17,5 т углеводов и 75 т воды. Ученые в итоге длительных исследований сумели определить тепловую трату организма и по ней сделали расчет, каким по калорийности должен быть пищевой рацион. Обмен веществ подтверждает закон сохранения вещества и энергии.
Белки, их строение
Белки - высокомолекулярные органические соединения, биополимеры, построенные из 20 видов L-аминокислотных остатков, соединенных в определенной последовательности в длинные цепи. Молекулярная масса белков варьируется от 5 тыс. до 1 млн. Название «белки» впервые было дано веществу птичьих яиц, свертывающемуся при нагревании в белую нерастворимую массу. Позднее этот термин был распространен на другие вещества с подобными свойствами, выделенные из животных и растений. Белки преобладают над всеми другими присутствующими в живых организмах соединениями, составляя, как правило, более половины их сухого веса. Предполагается, что в природе существует несколько миллиардов индивидуальных белков (например, только в бактерии кишечная палочка присутствует более 3 тыс. различных белков). Белки играют ключевую роль в процессах жизнедеятельности любого организма. К числу белков относятся ферменты, при участии которых протекают все химические превращения в клетке (обмен веществ); они управляют действием генов; при их участии реализуется действие гормонов, осуществляется трансмембранный транспорт, в том числе генерация нервных импульсов они являются неотъемлемой частью иммунной системы (иммуноглобулины) и системы свертывания крови, составляют основу костной и соединительной ткани, участвуют в преобразовании и утилизации энергии и т. д.
Практически все белки построены из 20 L-аминокислот, принадлежащих к L-ряду, и одинаковых практически у всех организмов. Аминокислоты в белках соединены между собой пептидной связью-СО-NH-, которая образуется карбоксильной и L-аминогруппой соседних аминокислотных остатков (см. рис.): две аминокислоты образуют дипептид, в котором остаются свободными концевые карбоксильная (-СООН) и аминогруппа (H2N-), к которым могут присоединяться новые аминокислоты, образуя полипептидную цепь.
Участок цепи, на котором находится концевая Н2N-группа, называют N-концевым, а противоположный ему - С-концевым. Огромное разнообразие белков определяется последовательностью расположения и количеством входящих в них аминокислотных остатков. Хотя четкого разграничения не существует, короткие цепи принято называть пептидами или олигопептидами (от олиго...), а под полипептидами (белками) понимают обычно цепи, состоящие из 50 и более аминокислот. Наиболее часто встречаются белки, включающие 100-400 аминокислотных остатков, но известны и такие, молекула которых образована 1000 и более остатками. Белки могут состоять из нескольких полипептидных цепей. В таких белках каждая полипептидная цепь носит название субъединицы.
Классификация белков
Сложность строения белковых молекул, чрезвычайное разнообразие выполняемых ими функций затрудняют создание единой и четкой их классификации, хотя попытки сделать это предпринимались неоднократно, начиная с конца 19 века. Исходя из химического состава белки делят на простые и сложные (иногда их называют протеидами). Молекулы первых состоят только из аминокислот. В составе же сложных белков помимо собственно полипептидной цепи имеются небелковые компоненты, представленные углеводами (гликопротеиды), липидами (липопротеиды), нуклеиновыми кислоты (нуклеопротеиды), ионами металла (металлопротеиды), фосфатной группой (фосфопротеиды), пигментами (хромопротеиды) и т. д.
В зависимости от выполняемых функций различают несколько классов белков. Самый многообразный и наиболее специализированный класс составляют белки с каталитической функцией - ферменты, обладающие способностью ускорять химические реакции, протекающие в живых организмах. В этом качестве белки участвуют во всех процессах синтеза и распада различных соединении в ходе обмена веществ, в биосинтезе белков и нуклеиновых кислот, регуляции развития и дифференцировки клеток. Транспортные белки обладают способностью избирательно связывать жирные кислоты, гормоны и другие органические и неорганические соединения и ионы, а затем переносить их с током крови и лимфы в нужное место (например, гемоглобин участвует в переносе кислорода от легких ко всем клеткам организма). Транспортные белки осуществляют также активный транспорт через биологические мембраны ионов, липидов, сахаров и аминокислот.
Структурные белки выполняют опорную или защитную функцию; они участвуют в формировании клеточного скелета. Наиболее распространены среди них коллаген соединительной ткани, кератин волос, ногтей и перьев, эластин клеток сосудов и многие другие. В комплексе с липидами они являются структурной основой клеточных и внутриклеточных мембран. Ряд белков выполняет защитную функцию. Например, иммуноглобулины (антитела) позвоночных, обладая способностью связывать чужеродные патогенные микроорганизмы и вещества, нейтрализуют их болезнетворное воздействие на организм, препятствует размножению раковых клеток. Фибриноген и тромбин участвуют в процессе свертывания крови. Многие вещества белковой природы, выделяемые бактериями, а также компоненты ядов змей и некоторых беспозвоночных относятся к числу токсинов.
Некоторые белки (регуляторные) участвуют в регуляции физиологической активности организма в целом, отдельных органов, клеток или процессов. Они контролируют транскрипцию генов и синтез белка; к их числу относятся пептидно-белковые гормоны, секретируемые эндокринными железами. Запасные белки семян обеспечивают питательными веществами начальные этапы развития зародыша. К ним относят также казеин молока, альбумин яичного белка (овальбумин) и многие другие. Благодаря белкам мышечные клетки приобретают способность сокращаться и в конечном итоге обеспечивать движения организма. Примером таких сократительных белков могут служить актин и миозин скелетных мышц, а также тубулин, являющиеся компонентом ресничек и жгутиков одноклеточных организмов; они же обеспечивают расхождение хромосом при делении клеток. Белки-рецепторы являются мишенью действия гормонов и других биологически активных соединений. С их помощью клеткой воспринимается информация о состоянии внешней среды. Они играют важную роль в передаче нервного возбуждения и в ориентированном движении клетки (хемотаксисе). Преобразование и утилизация энергии, поступающей в организм с пищей, а также энергии солнечного излучения тоже происходит при участии белков биоэнергетической системы (например, зрительного пигмента родопсина, цитохромов дыхательной цепи). Существует также множество белков с другими, порой довольно необычными функциями (например, в плазме крови некоторых антарктических рыб содержатся белки, обладающие свойствами антифриза).
Рис.1. Строение гемоглобина
Наиболее сложными биополимерами являются белки. Их макромолекулы состоят из мономеров, которыми являются аминокислоты. Каждая аминокислота имеет две функциональные группы: карбоксильную и аминогруппу. Все разнообразие белков создается в результате различных сочетаний 20 аминокислот. В результате соединения нескольких белковых макромолекул, обладающих третичной структурой, в сложный комплекс формируется четвертичная структура белка. Примером таких сложных белков является гемоглобин, состоящий из четырех макромолекул.
Функции белков
Функции белков в клетке многообразны. Одна из важнейших - строительная функция: белки входят в состав всех клеточных мембран и органоидов клетки, а также внеклеточных структур. Для обеспечения жизнедеятельности клетки исключительно важное значение имеет каталитическая, или. ферментативная, роль белков. Биологические катализаторы, или ферменты, - это вещества белковой природы, ускоряющие химические реакции в десятки и сотни тысяч раз.
Ферментам свойственны некоторые черты, отличающие их от катализаторов неорганической природы. Во-первых, один фермент катализирует только одну реакцию или один тип реакций, т. е. биологический катализ специфичен. Во-вторых, активность ферментов ограничена довольно узкими температурными рамками (35- 45 °С), за пределами которых их активность снижается или исчезает. В-третьих, ферменты активны при физиологических значениях рН, т. е. в слабощелочной среде. Еще одно важное отличие ферментов от неорганических катализаторов: биологический катализ протекает при нормальном атмосферном давлении.
Все это определяет ту важную роль, которую ферменты играют в живом организме. Практически все химические реакции в клетке протекают с участием ферментов. Двигательная функция живых организмов обеспечивается специальными сократительными белками. Эти белки участвуют во всех видах движения, к которым способны клетки и организмы: мерцание ресничек и биение жгутиков у простейших, сокращение мышц у многоклеточных животных и пр. Транспортная функция белков заключается в присоединении химических элементов (например, кислорода) или биологически активных веществ (гормонов) и переносе их к различным тканям и органам тела.
При поступлении в организм чужеродных белков или микроорганизмов белые кровяные тельца лейкоциты- образуют особые белки - антитела. Они связывают и обезвреживают не свойственные организму вещества - это защитная функция белков. Белки служат также источником энергии в клетке, т. е. выполняют энергетическую функцию. При полном расщеплении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии.
Жиры и их функции
Жиры - органические соединения, в основном сложные эфиры глицерина и одноосновных жирных кислот (триглицериды); относятся к липидам. Один из основных компонентов клеток и тканей живых организмов. Источник энергии в организме; калорийность чистого жира 3770 кДж/100 г. Природные жиры подразделяются на жиры животные и масла растительные.
Рис.2. Строение моносахаридов
Жиры (липиды) представляют собой соединения высокомолекулярных жирных кислот и трехатомного спирта глицерина. Жиры не растворяются в воде - они гидрофобны. В клетках есть и другие сложные гидрофобные жироподобные вещества, называемые липоидами, например холестерин. Содержание жиров в клетке колеблется от 5 до 15% от массы сухого вещества. В клетках жировой ткани количество жира достигает 90%.
К числу важнейших относится строительная функция липидов и липоидов. Липиды образуют бимолекулярный слой, служащий основой наружной клеточной мембраны (см. рис. 18). Из них 75-95% составляют фосфолипиды. В состав клеточной мембраны входит и холестерин.Важную роль играют липиды как источники энергии. В ходе расщепления 1 г жиров до СО 2 и Н 2 О освобождается большое количество энергии - 38,9 кДж. Накапливаясь в клетках жировой ткани животных, в семенах и плодах растений, жиры служат запасным источником энергии.
Благодаря плохой теплопроводности жир способен выполнять функцию теплоизоляции. У некоторых животных (тюлени, киты) он откладывается в подкожной жировой ткани, которая у китов образует слой толщиной до 1 м. Липоиды служат предшественниками некоторых гормонов. Следовательно, этим веществам свойственна и функция регуляции обменных процессов. Жиры не только источник энергии.
Долгое время жиры считали источником энергии, который можно без ущерба для организма заменить углеводами, но оказалось, что это не так. Недостаток жиров сокращает жизнь, нарушает деятельность мозга, снижает выносливость организма. Жиры входят в состав клеток (цитоплазмы, ядра, мембран), где их количество устойчиво и постоянно. С жирами поступают в организм растворенные в них витамины. В среднем запас жира в организме составляет 9 кг с общей калорийностью 336 000 Дж.
До недавнего времени жиры делили на полноценные (животные) и неполноценные (растительные). Такое деление оказалось ошибочным. Животные и растительные жиры взаимно незаменимы. Растительные жиры активизируют обмен веществ, предупреждают ряд заболеваний. Чаще употребляют в пищу подсолнечное, оливковое, льняное, кукурузное масло. Вещества животных жиров благотворно влияют на деятельность мозга. Ежедневный рацион - 50 г животных и 50 г растительных жиров. Организм особенно чувствителен к недостатку веществ, содержащихся в растительных жирах. Детям необходимо давать ежедневно от 12 до 20 г растительного масла.
Собственный жир организма образуется из разнообразных растительных и животных жиров, потребляемых с пищей. Жир откладывается в «депо» - под кожей, в сальнике, в области таза. Жировая клетчатка - не только запас энергетического материала, но и амортизатор. Жировые подушки сводов стопы принимают на себя тяжесть тела. В этом легко убедиться: если встать на колени, где почти нет жировой подкожной прокладки, то тяжесть тела даст о себе знать.
Углеводы или сахариды, - органические веществах общей формулой С П (Н2О) П1 . У большинства углеводов число атомов водорода в два раза превышает количество атомов кислорода. Поэтому эти вещества и были названы углеводами. В животных клетках углеводов немного - 1-2, иногда до 5% (в клетках печени) Богаты углеводами растительные клетки, где их содержание достигает 90% сухой массы (клубни картофеля).
Углеводы, обширная группа природных органических соединений, химическая структура которых часто отвечает общей формуле Cm(H2O)n (т. е. углерод вода, отсюда название). Различают моно-, олиго- и полисахариды, а также сложные углеводы - гликопротеиды, гликолипиды, гликозиды и др. Углеводы - первичные продукты фотосинтеза и основные исходные продукты биосинтеза других веществ в растениях. Составляют существенную часть пищевого рациона человека и многих животных. Подвергаясь окислительным превращениям, обеспечивают все живые клетки энергией (глюкоза и ее запасные формы - крахмал, гликоген). Входят в состав клеточных оболочек и других структур, участвуют в защитных реакциях организма (иммунитет). Применяются в пищевой (глюкоза, крахмал, пектиновые вещества), текстильной и бумажной (целлюлоза), микробиологической (получение спиртов, кислот и других веществ сбраживанием углеводов) и других отраслях промышленности. Используются в медицине (гепарин, сердечные гликозиды, некоторые антибиотики).
Классификация углеводов
Углеводы подразделяют на простые и сложные Простые углеводы называются моносахаридами. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахариды называются триозами (3 атома), тетрозами (4 атома), пентозами (5 атомов) или гексозами (6 атомов углерода).
Из шестиуглеродных моносахаридов - гексоэ - наиболее важны глюкоза, фруктоза и галактоза. Глюкоза содержится в крови (0,1-0,12 %) и служит основным источником энергии для клеток и тканей организма. Пентозы - рибоза и дезоксирибоза - входят в состав нуклеиновых кислот и АТФ. Если в одной молекуле объединяются два моносахарида, то такое соединение называют дисахаридом. К дисахаридам относится пищевой сахар, получаемый из тростника или сахарной свеклы. Он состоит из одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы. Молочный сахар также является димером и включает глюкозу и галактозу. Сложные углеводы, образованные многими моносахаридами, называются полисахаридами. Мономером таких полисахаридов, как крахмал, гликоген, целлюлоза, является глюкоза.
Углеводы входят в состав клеток всех живых организмов. Наиболее просто устроены молекулы простых углеводов, или моносахаридов, например, глюкозы. В различных условиях она может существовать в линейной или циклической форме.
Рис.3. Структурная формула сахарозы
Из молекул моносахаридов образуются сложные углеводы. В состав некоторых из них входит только две молекулы простых углеводов. Такие углеводы получили название дисахаридов. Их примером может служить сахароза, или тростниковый сахар, образующийся в клетках некоторых растений. Она состоит из остатков а-глюкозы и b-фруктозы.
Рис.4. Структурная формула целлюлозы
Макромолекулы полисахаридов, состоящие из множества молекул простых углеводов, называются полисахаридами. Одним из них является целлюлоза, входящая в состав клеточных стенок зеленых растений.
Функции углеводов
Углеводы выполняют две основные функции: строительную и энергетическую. Например, целлюлоза образует стенки растительных клеток; сложный полисахарид хитин - главный структурный компонент наружного скелета членистоногих. Строительную функцию хитин выполняет и у грибов. Углеводы играют роль основного источника энергии в клетке. В процессе окисления 1 г углеводов освобождается 17,6 кДж энергии. Крахмал у растений и гликоген у животных, откладываясь в клетках, служит энергетическим резервом.
Вода - среда жизненных процессов
Вода, Н2О, жидкость без запаха, вкуса, цвета (в толстых слоях голубоватая); плотность 1,000 г/см 3 (3,98 °С), tпл 0 °С, tкип 100 °С. Одно из самых распространенных веществ в природе (гидросфера занимает 71% поверхности Земли). Воде принадлежит важнейшая роль в геологической истории планеты. Без воды невозможно существование живых организмов (около 65% человеческого тела составляет вода).
Вода - обязательный компонент практически всех технологических процессов как промышленного, так и сельскохозяйственного производства. Вода особой чистоты необходима в производстве продуктов питания и медицине, новейших отраслях промышленности (производство полупроводников, люминофоров, ядерная техника), в химическом анализе. Стремительный рост потребления воды и возросшие требования к воде определяют важность задач водоочистки, водоподготовки, борьбы с загрязнением и истощением водоемов (см. Охрана природы).
В организме взрослого человека массой 70 кг воды 50 кг, а тело новорожденного состоит на 3 / 4 из воды. В крови взрослого 83% воды, в мозгу, сердце, легких, почках, печени, мышцах - 70 - 80 %; в костях - 20 - 30%. Интересно сравнить такие цифры: сердце содержит 80%, а кровь 83% воды, хотя сердечная мышца твердая, плотная, а кровь - жидкость. Объясняется это способностью некоторых тканей связывать большое количество воды. Вода жизненно необходима. При голодании человек может потерять весь свой жир, 50% белка, но потеря тканями 10% воды смертельна. Каждые сутки взрослому человеку требуются 2 л воды. Но для нормальной работы ему требуется впятеро больше. Где берут ткани нашего тела столько воды? Они ее создают сами. Эта внутренняя вода постоянно образуется за счет окисления питательных веществ.
Ощущение сухости во рту воспринимается часто как чувство жажды, хотя в организме может и не быть обезвоживания. Это доказано опытами на животных, у которых под влиянием атропина полностью прекращалось выделение слюны. Животные испытывали чувство жажды, однако в их" организме воды было достаточно. Первое ощущение жажды появляется при уменьшении слюноотделения на 15%, сильное чувство жажды - при снижении количества слюны на 20% и мучительное чувство жажды - на 50%. Наблюдались случаи, когда человек, не приученный к нормальному утолению жажды, выпивал 5-6 л воды за 8 часов, в то время как другой только 0,5 л, находясь в тех же условиях.
Обильное потение с последующим обильным введением воды нарушает способность клеток тела удерживать воду. Возникает как бы замкнутый круг - чем больше человек пьет, тем больше потеет, чувство жажды ощущается острее. Нужно приучить себя к правильному потреблению воды. Если чувствуешь жажду, пить надо за полчаса до еды или спустя два часа после приема пищи.
Рекомендуется - утолять жажду, выпивая через 15-20 минут по нескольку глотков воды. Выпитая вода не сразу утоляет жажду, так как всасывается она только спустя 10-15 минут. Лучше утолять жажду минеральной или слегка подсоленной водой. Следует чаще полоскать рот слегка подкисленной ягодными и фруктовыми соками водой и сдерживать себя от частого и обильного потребления воды. Приятно освежает газированная вода.
Интересным был опыт в пустыне Каракумы. Две группы людей совершали поход. Одной группе участников похода дали леденцы, в которые входила лимонная кислота, другой их не давали. Воды получили все поровну. Первой группе хватило воды, а второй пришлось выдать дополнительный паек. Сильную жажду в первой группе люди утоляли с помощью леденцов. Их кислый вкус вызывал отделение слюны, и чувство жажды исчезало.
Ложную жажду легче утолить, просто смочив рот водой, чем выпить целый стакан воды. Особенно не следует принимать много жидкости за обедом, поскольку избыток воды осложняет работу сердца, разжижает желудочный сок. Опыты над животными показали, что введение большого количества воды за короткое время вызывает своеобразное «водное отравление». Если собаке в течение часа вводить 100 г воды на 1 кг массы, то она может погибнуть. Признаки водного отравления имели место у рабочих горячих цехов - потеря чувствительности, рвота, судороги, понос. Соблюдение водного режима - одно из важных условий здоровья.
Соли, продукты замещения атомов водорода кислоты на металл или групп ОН основания на кислотный остаток. При полном замещении образуются средние, или нормальные, соли (NaCl, K2SO4 и др.), при неполном замещении атомов Н - кислые (напр., NaHCO3), неполном замещении групп ОН - основные. Различают также двойные соли (напр., KCl.MgCl2) и комплексные. В обычных условиях соли - кристаллы с ионной структурой. Многие соли растворимы в полярных растворителях, особенно в воде; в растворах диссоциируют на катионы и анионы. Многие минералы - соли, образующие залежи (напр., NaCl, KCl).
Соли в организме
В теле человека до 3 кг минеральных солей, из которых 5 /6 находится в костях. В общем солевом обмене значительный удельный вес занимает поваренная соль. В организме взрослого человека ее около 300 г. Соль известна человеку с незапамятных времен. Древний философ Диоген писал, что лучшая пища человеку не нравится без соли. Поваренная соль - необходимая составная часть пищи. Ее среднесуточная норма для взрослого - 15 г. При питании растительной пищей в условиях жаркого климата или в жаркие летние дни - до 20-25 г. За год человек потребляет 5,5 кг соли.
Хронический недостаток соли в организме может привести к головокружениям, обморокам, нарушениям сердечной деятельности, резкому сокращению выделения пищеварительных соков, снижению аппетита, уменьшению количества воды в крови и органах. Ежедневная добавка 3-4 г соли в пищу снимает эти болезненные явления. Грудной ребенок нормально развивается без добавки соли в пищу. Он получает ее с молоком матери, в литре которого содержится до 0*1 г поваренной соли.
В некоторых странах Африки отдельные народности не знают поваренной соли. Они довольствуются той солью, которая входит в состав пищи. Солить пищу - непозволительная роскошь для многих африканцев. Выражение «он солит пищу» означает в народе «он богат». Чрезмерное потребление соли вредно для здоровья - нарушается деятельность сердца, почек, возникают отеки ног, развивается общая слабость, повышается кровяное давление. Особенно вреден избыток соли при гипертонии. Это подтверждается экспериментами и медицинской статистикой. Оказывается, японцы больше всего потребляют соли и они же имеют самый высокий уровень кровяного давления.
При болезни почек, повышенном кровяном давлении общее суточное потребление соли с пищей не должно превышать 7 - 8 г. Огромна роль и других солей. Соли калия, так же как и соли натрия, влияют на содержание воды в тканях. Они поддерживают слабощелочную среду крови. Калий необходим для нормальной возбудимости нервной и мышечной тканей.
Соли кальция - главная составная часть скелета. Они влияют на рост клеток, на процессы свертывания крови, активизируют фагоцитоз. При недостатке солей кальция у детей развивается рахит. Главный источник щелочных солей - фрукты и овощи. Особенно полезны фруктовые соки. Железо входит в состав гемоглобина, многих ферментов, содержится в ядре клеток. Окислительные и обменные процессы происходят при участии железа. При расходовании железосодержащих веществ освобождается такое количество железа, какое вводится в организм с пищей. В состав скелета входит значительное количество фосфорнокислого кальция, который придает костям прочность. В среднем в костях 600 г фосфора. Соединения меди влияют на процессы кровообразования.
Нормальный солевой обмен обеспечивается не только достаточным количеством солей, но и нормальным их соотношением. Организм очень чувствителен к изменению соотношения концентрации солей в крови и тканях. Возрастание концентрации солей создает неблагоприятные условия для жизни клеток. Нервные окончания воспринимают эти изменения в крови и тканевой жидкости через головной мозг. Появляется чувство жажды. Потребление воды снижает избыток солей до нормы. Излишки воды и солей выводятся с потом и мочой.
Минеральные соли
Подавляющая часть неорганических веществ клетки находится в виде солей - либо диссоциированных на ионы, либо в твердом состоянии. Среди первых большое значение имеют катионы К + , Na + , Ca + , которые обеспечивают такое важнейшее свойство живых организмов, как раздражимость. В тканях многоклеточных животных кальций входит в состав межклеточного «цемента>, обусловливающего сцепление клеток между собой и упорядоченное их расположение в тканях. Следует обратить внимание на то, что содержание катионов в клетке и в окружающей клетку среде - регулируемый процесс. Например, в цитоплазме клеток довольно много калия и очень мало натрия. Во внеклеточной среде (в плазме крови, в" межклеточной жидкости, в морской воде) много натрия и мало калия.
От концентрации солей зависят буферные свойства клетки. Буферностью называется способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию своего содержимого на постоянном уровне. Анионы слабых кислот и слабые щелочи связывают ионы водорода и гидроксилионы (ОН"), благодаря чему реакция внутри клетки практически не меняется. Нерастворимые минеральные соли, например фосфорнокислый кальций, обеспечивают прочность костной ткани позвоночных и раковины моллюсков.
Белки
БЕЛКИ, высокомолекулярные органические соединения, биополимеры, построенные из 20 видов L-a-аминокислотных остатков, соединенных в определенной последовательности в длинные цепи.
Название «белки» впервые было дано веществу птичьих яиц, свертывающемуся при нагревании в белую нерастворимую массу. Позднее этот термин был распространен на другие вещества с подобными свойствами, выделенные из животных и растений.
Многие белки построены из 20 a-аминокислот, принадлежащих к L-ряду, и одинаковых практически у всех организмов. Аминокислоты в белках соединены между собой пептидной связью-СО-NH-, которая образуется карбоксильной и a-аминогруппой соседних аминокислотных остатков (см. рис.): две аминокислоты образуют дипептид, в котором остаются свободными концевые карбоксильная (-СООН) и аминогруппа (H2N-), к которым могут присоединяться новые аминокислоты, образуя полипептидную цепь.
Участок цепи, на котором находится концевая Н2N-группа, называют N-концевым, а противоположный ему - С-концевым. Огромное разнообразие белков определяется последовательностью расположения и количеством входящих в них аминокислотных остатков. Хотя четкого разграничения не существует, короткие цепи принято называть пептидами или олигопептидами, а под полипептидами (белками) понимают обычно цепи, состоящие из 50 и более аминокислот.
Функции белков
Катализаторы (белки – ферменты)
Регуляторы биологических процессов (ферменты)
Транспортная (гемоглобин)
Двигательная (актин, миозин)
Строительная (кератин, коллаген)
Энергетическая – 1 г белка – 17кДж (казеин, яичный альбумин)
Защитная (иммуноглобулины, интерферон)
Антибиотики (неокарциностатин)
Токсины (дифтерийный)
Рецепторные белки (родопсин, холинорецепторы)
Структура белка
Первичная (линейная):состоит из пептидной связи (инсулин)
Вторичная (спиральная):имеются пептидная и водородная связи (волосы, когти и ногти)
Третичная : трехмерное расположение вторичной структуры молекулы белка. Связи: пептидная, ионная, водородная, дисульфидная, гидрофобная (клеточная мембрана)
Четвертичная : образуется из 2-3-х глобул (третичных структур) (гемоглобин)
Денатурация белков
Сравнительно слабые связи, ответственные за стабилизацию вторичной, третичной и четвертичной структур белка, легко разрушаются, что сопровождается потерей его биологической активности. Разрушение исходной (нативной) структуры белка, называемое денатурацией , происходит в присутствии кислот и оснований, при нагревании, изменении ионной силы и других воздействиях. Как правило, денатурированные белки плохо или совсем не растворяются в воде. При непродолжительном действии и быстром устранении денатурирующих факторов возможна ренатурация белка с полным или частичным восстановлением исходной структуры и биологических свойств.
Значение белков в питании
Белки - важнейшие компоненты 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.
Углеводы
УГЛЕВ˜ОДЫ – органические соединения, химическая структура которых часто отвечает общей формуле Cn(H2O)n(т. е. углерод и вода, отсюда название). Углеводы - первичные продукты фотосинтеза и основные исходные продукты биосинтеза других веществ в растениях. Составляют существенную часть пищевого рациона человека и многих животных. Подвергаясь окислительным превращениям, обеспечивают все живые клетки энергией (глюкоза и ее запасные формы - крахмал, гликоген). Различают моно-, олиго- и полисахариды, а также сложные углеводы - гликопротеиды, гликолипиды, гликозиды и др.
ДИСАХАРИДЫ, углеводы, образованные остатками двух моносахаридов. В животных и растительных организмах распространены дисахариды: сахароза, лактоза, мальтоза, трегалоза.
МОНОСАХАРИДЫ, простые углеводы, содержащие гидроксильные и альдегидную (альдозы) или кетонную (кетозы) группы. По числу атомов углерода различают триозы, тетрозы, пентозы и т. д. В живых организмах в свободном виде (кроме глюкозы и фруктозы) встречаются редко. В составе сложных углеводов (гликозидов, олиго- и полисахаридов и др.) присутствуют во всех живых клетках.
ПОЛИСАХАРИДЫ, высокомолекулярные углеводы, образованные остатками моносахаридов (глюкозы, фруктозы и др.) или их производных (напр., аминосахаров). Присутствуют во всех организмах, выполняя функции запасных (крахмал, гликоген), опорных (целлюлоза, хитин), защитных (камеди, слизи) веществ. Участвуют в иммунных реакциях, обеспечивают сцепление клеток в тканях растений и животных.
Функции углеводов
Структурная (входят в состав оболочек клеток и субклеточных образований)
Опорная (у растений)
Резервная (запас гликогена и крахмала)
Энергетическая
Сигнальная (нервные импульсы)
участвуют в защитных реакциях организма (иммунитет).
Применяются в пищевой (глюкоза, крахмал, пектиновые вещества), текстильной и бумажной (целлюлоза), микробиологической (получение спиртов, кислот и других веществ сбраживанием углеводов) и других отраслях промышленности.
Используются в медицине (гепарин, сердечные гликозиды, некоторые антибиотики).
Жиры
ЖИРЫ, органические соединения, в основном сложные эфиры глицерина и одноосновных жирных кислот (триглицериды); относятся к липидам. Один из основных компонентов клеток и тканей живых организмов. Источник энергии в организме; калорийность чистого жира 3770 кДж/100 г. Природные жиры подразделяются на жиры животные и масла растительные.
Функции жиров:
Структурная (входят в состав клеточных мембран)
Энергетическая (1г - 38.9 кДж энергии)
Запасающая
Терморегуляторная
Источник метаболической (эндогенной) воды
Защитно-механическая (защита от повреждений)
Каталитическая (входят в состав ферментов)
Нуклеиновые кислоты
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ (полинуклеотиды), высокомолекулярные органические соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследственной (генетической) информации в живых организмах из поколения в поколение. В зависимости от того, какой углевод входит в состав нуклеиновой кислоты - дезоксирибоза или рибоза, различают дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК) кислоты. Последовательность нуклеотидов в нуклеиновых кислотах определяет их первичную структуру.
Химическая структура.
В зависимости от химической структуры углеводного компонента нуклеиновые кислоты делят на два типа: дезоксирибонуклеиновые и рибонуклеиновые; первые содержат дезоксирибозу, а вторые - рибозу. Азотистые основания являются производными двух типов соединений - пуринов и пиримидинов. Основаниями они называются потому, что обладают основными (щелочными) свойствами, хотя и слабыми. В составе ДНК встречаются два пуриновых- аденин (А) и гуанин (G) и два пиримидиновых - цитозин (С) и тимин (Т) основания. В составе РНК вместо тимина обычно встречается урацил (U). Согласно правилам международной номенклатуры эти основания записываются начальными буквами их названий на английском языке, хотя в русскоязычной литературе часто используются начальные буквы русских названий; соответственно А, Г, Ц, Т и У.
Строение молекул ДНК и РНК
В молекулах нуклеиновых кислот нуклеотиды связаны между собой фосфодиэфирными связями (фосфатными «мостиками»), образующимися между остатками сахаров соседних нуклеотидов. Таким образом, цепи нуклеиновых кислот выглядят как остов из монотонно чередующихся фосфатных и пептозных групп, а основания можно рассматривать как присоединенные к нему боковые группы. Фосфатные остатки остова при физиологических значениях рН заряжены отрицательно. Пуриновые и пиримидиновые основания плохо растворимы в воде, то есть гидрофобны. О свойствах отдельных типов нуклеиновых кислот и их роли в процессах жизнедеятельности смотри в статьях Дезоксирибонуклеиновые кислоты и Рибонуклеиновые кислоты.
ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ (ДНК), нуклеиновые кислоты, содержащие в качестве углеводного компонента дезоксирибозу. ДНК является основной составляющей хромосом всех живых организмов; ею представлены гены всех про- и эукариот, а также геномы многих вирусов. В нуклеотидной последовательности ДНК записана (кодирована) генетическая информация о всех признаках вида и особенностях особи (индивидуума) - ее генотип. ДНК регулирует биосинтез компонентов клеток и тканей, определяет деятельность организма в течение всей его жизни.
РИБОНУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ (РНК), семейство нуклеиновых кислот, содержащих в качестве углеводного компонента остаток рибозы. PНK присутствуют во всех живых клетках, участвуя в процессах, связанных с передачей генетической информации от дезоксирибонуклеиновой кислоты(ДНК) к белку. Из РНК образованы геномы многих вирусов.
За редким исключением все PНK состоят из одиночных полинуклеотидных цепей. Их многомерные единицы - монорибонуклеотиды - содержат пуриновые- аденин и гуанин и пиримидиновые основания - цитозин и урацил.
Под общим термином липиды (жиры) в науке объединяются все жироподобные вещества. Жиры представляют собой органические соединения, обладающие различным внутренним строением, но похожими свойствами. Эти вещества нерастворимы в воде. Но при этом они хорошо растворяются в других веществах - хлороформе, бензине. Жиры очень широко распространены в живой природе.
Исследования жиров
Строение жиров делает их незаменимым материалом для любого живого организма. Предположение о том, что эти вещества имеют одну скрытую кислоту, было сделано еще в XVII веке французским ученым Клодом Жозефом Жоруа. Он обнаружил, что процесс разложения мыла кислотой сопровождается выделением жирной массы. Ученый подчеркивал, что эта масса не является исходным жиром, поскольку отличается от него по некоторым свойствам.
Тот факт, что в строение липидов также входит глицерин, впервые был открыт шведским ученым Карлом Шееле. Полностью состав жиров был определен французским ученым Мишелем Шеврелем.
Классификация
По составу и строению жиры классифицировать очень сложно, поскольку в эту категорию входит большое количество веществ, различающихся по своему строению. Они объединяются только по одному признаку - гидрофобности. По отношению к процессу гидролиза биологи разделяют липиды на две категории - омыляемые и неомыляемые.
К первой категории относится большое число стероидных жиров, в состав которых входит холестерол, а также производные от него: стероидные витамины, гормоны, а также желчные кислоты. В категорию омыляемых жиров попадают липиды, называемые простыми и сложными. Простые - это те, что состоят из спирта, а также жирных кислот. К данной группе относятся различные типы воска, эфиры холестерола и другие вещества. Сложные жиры содержат в себе, помимо спирта и жирных кислот, другие вещества. К этой категории относятся фосфолипиды, сфинголипиды и другие.
Есть и другая классификация. Согласно ей, к первой группе жиров относятся нейтральные жиры, ко второй - жироподобные вещества (липоиды). К нейтральным относят комплексные жиры трехатомного спирта, например глицерина, или же ряда других жирных кислот, имеющих сходное строение.
Разнообразие в природе
К липоидам относят те вещества, которые встречаются в живых организмах, независимо от их внутреннего строения. Жироподобные вещества могут растворяться в эфире, хлороформе, бензоле, горячем спирте. Всего в природе найдено более 200 различных жирных кислот. При этом широкое распространение имеют не более 20 типов. Содержатся они как в животных организмах, так и в растениях. Жиры являются одной из главных групп веществ. Они обладают очень высокой энергетической ценностью - из одного грамма жира выделяется 37,7 кДж энергии.
Функции
Во многом функции, выполняемые жирами, зависят от их типа:
- Резервно-энергетическая. Вещества подкожного жира являются основным источником питания живых существ при голодании. Также они представляют собой источник питания для поперечно-полосатых мышц, печени, почек.
- Структурная. Жиры входят в состав межклеточных мембран. Главными их компонентами являются холестерол и гликолипиды.
- Сигнальная. Липиды выполняют различные рецепторные функции и участвуют во взаимодействии между клетками.
- Защитная. Подкожный жир также является хорошим термоизолирующим веществом для живых организмов. Он обеспечивает и защиту внутренних органов.
Строение жиров
Одна молекула любого липида состоит из остатка спирта - глицерина, а также трех остатков различных жирных кислот. Поэтому жиры иначе называются триглицеридами. Глицерин представляет собой бесцветную и вязкую жидкость, у которой нет запаха. Он тяжелее воды, и потому легко смешивается с ней. Температура плавления глицерина составляет +17,9 о С. Практически во все категории липидов входят жирные кислоты. По химическому строению жиры - это сложные соединения, которые включают в себя трехатомный глицерин, а также высокомолекулярные жирные кислоты.
Свойства
Липиды вступают в любые реакции, которые свойственны сложным эфирам. Однако у них есть и некоторые характерные особенности, связанные с их внутренним строением, а также наличием глицерина. По своему строению жиры также делятся на две категории - насыщенные и ненасыщенные. Насыщенные не содержат двойных атомных связей, ненасыщенные - содержат. К первым принадлежат такие вещества, как стеариновая и пальмитиновая кислоты. К ненасыщенным относится, к примеру, олеиновая кислота. Помимо различных кислот, строение жиров включает в себя также некоторые жироподобные вещества - фосфатиды и стерины. Они также имеют больше значение для живых организмов, так как участвуют в синтезе гормонов.
Большая часть жиров являются легкоплавкими - иными словами, они остаются в жидком состоянии при комнатной температуре. Животные жиры, наоборот, при комнатной температуре остаются твердыми, поскольку содержат большое количество насыщенных жирных кислот. К примеру, говяжье сало содержит следующие вещества - глицерин, пальмитиновую и стеариновую кислоты. Пальмитиновая плавится при температуре 43 о С, а стеариновая - при 60 о С.
Основной предмет, в рамках которого школьники изучают строение жиров - химия. Поэтому ученику желательно знать не только набор тех веществ, которые входят в состав различных липидов, но также иметь понимание их свойств. Например, жирные кислоты являются основой растительных жиров. Это вещества, которые получили свое название от процесса их выделения из липидов.
Липиды в организме
Химическое строение жиров - это остатки глицерина, который хорошо растворяется в воде, а также остатки жирных кислот, которые, наоборот, в воде нерастворимы. Если нанести каплю жира на поверхность воды, то в ее сторону обратится глицериновая часть, а сверху будут располагаться жирные кислоты. Эта ориентация очень важна. Слой жира, который входит в состав клеточных оболочек любого живого организма, препятствует растворению клетки в воде. Особенно важными являются вещества под названием фосфолипиды.
Фосфолипиды в клетках
Они также содержат в своем составе жирные кислоты и глицерин. Фосфолипиды отличаются от других групп жиров тем, что содержат также и остатки фосфорной кислоты. Фосфолипиды являются одними из важнейших компонентов клеточных оболочек. Также большую важность для живого организма несут и гликолипиды - вещества, содержащие в себе жиры и углеводы. Строение и функции этих веществ позволяют им осуществлять различные функции в нервной ткани. В частности, большое их количество содержится в тканях головного мозга. Гликолипиды размещаются на внешней части плазматических мембран клеток.
Строение белков, жиров и углеводов
АТФ, нуклеиновые кислоты, а также белки, жиры и углеводы относятся к органическим веществам клетки. Они состоят из макромолекул - больших и сложных по своему строению молекул, содержащих, в свою очередь, более мелкие и простые частицы. В природе встречаются три типа питательных веществ - это белки, жиры и углеводы. Строение они имеют разное. Несмотря на то, что каждый из этих трех типов веществ относится к углеродным соединениям, один и тот же атом углерода может образовывать различные внутриатомные соединения. Углеводы представляют собой органические соединения, которые состоят из углерода, водорода, а также кислорода.
Отличия в функциях
Различается не только строение углеводов и жиров, но и их функции. Углеводы расщепляются быстрее, чем остальные вещества - и поэтому они могут образовывать большее количество энергии. Находясь в организме в большом количестве, углеводы могут трансформироваться в жиры. Белки же не поддаются такой трансформации. Их строение намного сложнее, чем строение углеводов. Строение углеводов и жиров делает их основным источником энергии для живых организмов. Белки же являются теми веществами, которые расходуются в качестве строительного материала для поврежденных клеток в организме. Недаром они носят название «протеины» - слово «протос» произошло от древнегреческого языка и переводится как «тот, кто на первом месте».
Белки представляют собой линейные полимеры, содержащие в себе соединенные ковалентными связями аминокислоты. К настоящему времени они разделяются на две категории: фибриллярные и глобулярные. В строении белка различают первичную структуру и вторичную.
Состав и строение жиров делают их незаменимыми для здоровья любого живого организма. При заболеваниях и снижении аппетита отложенный жир действует в качестве дополнительного источника питания. Он является одним из главных источников энергии. Однако избыточное употребление жирных продуктов может ухудшить усвоение белка, магния, а также кальция.
Применение жиров
Люди давно научились применять эти вещества не только для питания, но и в быту. Жиры использовали для светильников еще во времена доисторической эпохи, ими смазывали полозья, при помощи которых корабли спускались на воду.
Эти вещества широко применяются в современной промышленности. Около трети всех производимых жиров имеет техническое предназначение. Остальные предназначены для употребления в пищу. В большом количестве липиды используют в парфюмерной индустрии, косметике, отрасли мыловарения. В пищу употребляются, главным образом, растительные масла - обычно они входят в состав различных продуктов питания, таких, как майонез, шоколад, консервы. В промышленной отрасли липиды используют для производства различных видов красок, лекарств. Также рыбий жир добавляют в олифу.
Технический жир обычно получают из отходов пищевого сырья и используют для производства мыла, хозяйственных средств. Также его добывают из подкожного жира различных морских животных. В фармацевтике он применяется для производства витамина А. Особенно его много в печени тресковых рыб, абрикосовом и персиковом маслах.
Здоровье и долголетие
Натуральное питание - новый подход
Белки, жиры, углеводы
Белки, жиры и углеводы являются, как известно, основой питания, которое, в свою очередь, является основой существования человека. Как известно, живой организм - непрерывно изменяющаяся, самообновляющаяся система.
Белки, жиры и углеводы являются и строительным материалом для клеток, и источником энергии, без которой наш организм также существовать не может.
Процессы обновления проявляются многозвенными реакциями анаболизма и катаболизма, которые осуществляются на основе белков, жиров и углеводов. Важнейшими участниками этих реакций являются также, витамины, минералы и, конечно, вода.
Но, как известно, только наличие в пище белков, жиров и углеводов не гарантирует нормального существования живого организма и, тем более, нормального, без сбоев процесса самообновления. Структура питания, соотношение белков, жиров и углеводов в пище, их качественный состав также являются определяющими для здоровья и долголетия человека. Недостаток или неправильное соотношение белков, жиров и углеводов в пище ведет, в итоге, к необратимым изменениям как в структуре клеток, так и во всем организме. Причем, сбои даже в единичных звеньях цепочки самообновления, могут представлять смертельную опасность для жизни – характерных примеров слишком много (онкологические заболевания, СПИД, гепатиты и др.). От сбоев, недостатков в снабжении организма белками, жирами и углеводами серьезнейшим образом страдает работа всех, без исключения систем организма.
Таким образом, количественный и качественный состав получаемых с пищей белков, жиров и углеводов является одним из основных факторов жизнеобеспечения. Конечно, это проявляется и во множестве менее тяжких по последствиям проблем, связанных с состоянием здоровья, кожи, похудением или, наоборот, с возможностью увеличить свой вес, физическим развитием и др.
Питанию повсеместно сейчас придается большое значение, подчеркивается важность сбалансированного питания (хотя этот термин уже устарел), но, к сожалению, весьма часто формально. В особенности это характерно для значительной части представителей официальной медицины, не понимающих и не желающих понимать (или признавать) важную роль в питании БАДов. Ведь эти самые БАДы в современных условиях жизни значительно улучшают и усвоение белков, жиров и углеводов.
И, пожалуй, ни в каком другом направлении, связанном со здоровьем, долголетием, похудением, состоянием кожи не существует такой чересполосицы мнений, такого множества методов и теорий, часто весьма сомнительных, и, как правило, противоречащих друг другу , как в подходах к питанию.
В то же время, накопилось достаточно много объективных материалов, позволяющих сделать однозначные выводы как по питанию в целом, так и по употреблению белков, жиров и углеводов.
Как уже выше говорилось, поступление с пищей белков, жиров и углеводов связано с выполнением 2-х задач - пластической и энергетической.
Пластические функции подразумевают построение клеток и реализацию процессов метаболизма. Здесь требуется наличие и количественного минимума белков, жиров и углеводов, и выдерживания необходимого их соотношения между собой, и предъявляются определенные требования к качественному составу. Например, отсутствие даже одной незаменимой аминокислоты в питании может привести к смертельным заболеваниям.
Энергетическая функция белков, жиров и углеводов – обеспечение энергетики организма, в том числе требуемой для протекания многих реакций метаболизма. Здесь соотношения и качественный состав белков, жиров и углеводов не имеет принципиального значения, а определяющим фактором является калорийность. Необходимо отметить, что для осуществления многих энергетических процессов, протекающих в организме человека, требуется обязательное наличие определенных ферментов, которые также имеют белковую основу.
Природа белков, жиров и углеводов, их участие в обменных процессах, происходящих в организме, их функции и роль в обеспечении как, в целом, возможности существования организма человека, так и, частности, его здоровья и долголетия, приведены в нижеследующих статьях.
Белок – одна из важнейших составляющих нашего организма. Белки обуславливают течение основных жизненных процессов (рост тканей, обмен веществ, и др.) в живом организме. Белки – основной пластический материал, который лежит в основе клеток, из него состоят все органы тела, костная и соединительная ткани. Белок составляет до 45 % сухой массы человека, причем, половина всех белков приходится на мышцы.
Белок составляет, также, основу ферментов, гормонов, иммуноглобулинов, гемоглобина, составляющих пищеварения, механизмов генерации нервных импульсов и др.
Белки участвуют в энергетических процессах, происходящих в организме.
Как известно, основной структурной единицей белков являются аминокислоты, каждая из которых имеет, как минимум, одну основную группу - аминогруппу (NH2) и одну кислотную – карбоксильную группу (COOH). Аминокислоты принято рассматривать как карбоновые кислоты, в молекулах которых атом водорода в радикале замещен аминогруппой. Основная структура аминокислоты представляет собой цепочку атомов, на одном конце которой находится положительно заряженный ион водорода (Н+), а на другом - отрицательно заряженная гидроксильная группа (ОН–). При этом, структурно, аминогруппа может быть связана с разным атомом углерода, что обуславливает изомерность и важные специфические особенности конкретных аминокислот... ()
Белки (протеины) являются основным строительным материалом клеток и тканей организма - мышц, костей, ногтей, волос и др.
Мышечные волокна – миофибриллы, представляют собой полипептидные цепи (фибриллярные белки) и, благодаря свойствам белков, обладают, также, сократительной возможностью.
Белки вместе с фосфолипидами образуют структурную основу мембран клетки. Процесс обновления клеток и тканей человеческого организма идет непрерывно (ссылка…), причем, за 5-6 месяцев происходит полная замена собственных белков тела человека и организм обновляется полностью. И важнейшей функцией пищевых белков является обеспечение организма пластическим материалом... ()
Белок, необходимый для осуществления множества жизненно важных процессов, должен поступать к нам в организм с пищей. А поскольку резервы белков в организме незначительны, то именно пища является и его единственным источником.
Белки, содержащиеся в пищевых продуктах, не могут непосредственно усваиваться организмом. В процессе пищеварения пищевые белки расщепляются в желудочно-кишечном тракте до аминокислот. Образующиеся в кишечнике аминокислоты, всасываются слизистой оболочкой тонкого кишечника, а затем, поступают сначала в печень и, далее, в органы и ткани. Эти аминокислоты, а также аминокислоты, образовавшиеся в организме в результате расщепления его собственных неиспользованных белков, образуют фонд, используемый, в первую очередь, для синтеза белка... ()
Жиры являются, прежде всего, источником энергии. Но жиры необходимы, также, для выполнения пластических функций, для защиты организма, для осуществления обменных и многих других процессов.
В общем случае жиры представляют собой комплексы органических соединений, основными составляющими которых являются жирные кислоты. Они же определяют и свойства жиров.
Необходимо отметить, что жиры пищи непосредственно не «переходят» в жиры человека. Нередко это игнорируется, что ведет, например, к недопониманию процессов, связанных с похудением.
Жиры человека относятся к группе липидов (от греч. lipos - жир) - жироподобным органическим соединениям, включающей жиры и жироподобные вещества, нерастворимые в воде. Жиры необходимы для осуществления ряда важнейших для существования организма физиологических процессов... ()
Входящие в состав жиров жирные кислоты (их, также, называют простыми липидами) подразделяются на три группы:
насыщенные: стеариновая, пальмитиновая, арахиновая и др.);
мононенасыщенные: пальмитолеиновая, олеиновая, арахидоновая?
полиненасыщенные: линолевая, линоленовая, арахидоновая.
Жирные кислоты – это и есть жировые запасы организма. Хранятся они в виде молекул жира в жировых клетках, а расщепляются жирные кислоты (процесс липолиза), прежде всего, в мышечной ткани. Образовавшиеся в результате липолиза жирные кислоты, попадают в лимфу, а, затем, – в кровь. Причем, регуляция процесса производится самим организмом, так что больше, чем нужно организму жирных кислот в кровь не попадет.
Необходимо подчеркнуть, что процесс липолиза в организме идет постоянно, без какой - либо стимуляции. И вместе с ним идет процесс обратного превращения жирных кислот и глицерина в молекулы жира (реэстерификация). Именно поэтому, если организм в целом не нуждается во внутренних источниках энергии, то все, вновь образовавшиеся жирные кислоты, воссоединятся в жир и уйдут обратно в жировую клетку. Так что, какая – либо стимуляция липолиза, не отражающая действительные энергетические потребности организма, дает только отрицательный результат... ()
Углеводы являются основным повседневным источником энергии человека и наибольшей по массе составной частью пищевого рациона человека.
Углеводы являются органическими соединениями, включающими в себя углерод, водород и кислород.
Углеводы подразделяются на две основные категории - простые и сложные. Простые углеводы – моносахариды - это различные сахара, состоящие из одной молекулы. Сюда относятся глюкоза, фруктоза и галактоза. Сложные углеводы в свою очередь подразделяются на дисахариды и полисахариды. Дисахариды – это сахароза, мальтоза, лактоза. Полисахариды включают в себя крахмал, гликоген, целлюлозу, гемицеллюлозу и клетчатку... ()
Copyright 2009-2012 Все права защищены
Главные компоненты всех живых клеток - белки, жиры, функции и свойства этих соединений обеспечивают жизнедеятельность организмов, обитающих на нашей планете.
Жиры являются природными , полными сложными эфирами глицерина и жирных кислот с одним основанием. Они относятся к группе липидов. Эти соединения выполняют ряд важных функций организма и являются незаменимым компонентом в рационе человека.
Классификация
Жиры, строение и свойства которых позволяют использовать их в пищу, по своей природе разделяются на животные и растительные. Последние называются маслами. Благодаря высокому содержанию в них ненасыщенных жирных кислот находятся в жидком агрегатном состоянии. Исключение - пальмовое масло.
По наличию определенных кислот, жиры разделяются на насыщенные (стеариновая, пальмитиновая) и ненасыщенные (олеиновая, арахидоновая, линоленовая, пальмитолеиновая, линолевая).
Строение
Строение жиров представляет собой комплекс триглицеридов и липоидных веществ. Последние являются фосфолипидными соединениями и стеринами. Триглицерид - эфирное соединение глицерина и жирной кислоты, структурой и характеристиками которой определяются свойства жира.
Строение молекулы жиров в общем виде отображается формулой:
CHˉO-CO-R’’
CH2-OˉCO-R’’’,
В которой R - радикал жирной кислоты.
Состав и строение жиров имеют в своей структуре три неразветвленных радикала с четным количеством атомов углерода. чаще всего представлены стеариновой и пальмитиновой, ненасыщенные - линолевой, олеиновой и линоленовой.
Свойства
Жиры, строение и свойства которых определяются наличием насыщенных и ненасыщенных жирных кислот, имеют физико-химические особенности. Они не взаимодействуют с водой, но полностью разлагаются в органических растворителях. Омыляются (гидролизируются) если их обработать паром, минеральной кислотой либо щелочами. В ходе такой реакции образуются жирные кислоты или их соли и глицерин. Образуют эмульсию после интенсивного взбалтывания с водой, примером этому служит молоко.
Жиры имеют энергетическую ценность приблизительно равную 9,1 ккал/г или 38 кДж/г. Если перевести эти значения в физические показатели, то энергии, выделяемой при расходе 1 г жира, хватило бы для поднятия на 1 метр груза весом 3900 кг.
Жиры, строение их молекул определяет основные их свойства, обладают большой энергоемкостью, если сравнивать их с углеводами или белками. Полное окисление 1 г жира выделением воды и углекислого газа сопровождается выработкой энергии вдвое превышающей сгорание сахаров. Для расщепления жиров необходимы в определенном количестве углеводы и кислород.
В организме человека и других млекопитающих жиры - один из наиболее значимых поставщиков энергии. Для того, чтобы они были всосаны в кишечнике, необходимо их эмульгирование при помощи солей желчной кислоты.
Функции
В организме млекопитающих важную роль играют жиры, строение и функции этих соединений в органах и системах имеют разное значение:
Помимо этих трех основных функций, жиры выполняют несколько частных. Эти соединения поддерживают жизнедеятельность клеток, например, обеспечивают эластичность и здоровый вид кожных покровов, улучшают работу мозга. Мембранные образования клетки и субклеточные органеллы сохраняют свою структуру и функционирование благодаря участию жиров. Витамины A, D, E и K способны усваиваться только в их присутствии. Рост, развитие и репродуктивная функция также во многом зависят от наличия жиров.
Потребность организма
Примерно треть энергозатрат организма восполняют жиры, строение которых позволяет решать эту задачу при правильно организованном рационе. Расчет суточной потребности учитывает род деятельности и возраст человека. Поэтому больше всего жиров необходимо молодым людям, ведущим активный образ жизни, например, спортсменам или мужчинам занятым тяжелым физическим трудом. При малоподвижном образе жизни или склонности к полноте их количество нужно сократить, чтобы избежать ожирения и сопутствующих проблем.
Важно также учитывать строение жиров. Существенное значение имеет соотношение ненасыщенных и насыщенных кислот. Последние при чрезмерном потреблении нарушают жировой обмен, функционирование желудочно-кишечного тракта, увеличивают возможность появления атеросклероза. Ненасыщенные кислоты оказывают противоположное действие: восстанавливают нормальный обмен, выводят холестерин. Но злоупотребление ими приводит к расстройству пищеварения, появлению камней в желчном пузыре и выводящих путях.
Источники
Почти все строение их при этом может быть различным. Исключение составляют овощи, фрукты, алкогольные напитки, мед и некоторые другие. Продукты подразделяются на:
Также важным является химическое строение жиров, определяющее наличие той или иной кислоты. По этому признаку они могут быть насыщенными, ненасыщенными и полиненасыщенными. Первые содержатся в мясных продуктах, сале, шоколаде, топленом жире, пальмовом, кокосовом и сливочном маслах. Ненасыщенные кислоты присутствуют в мясе птицы, оливках, кешью, арахисе, оливковом масле. Полиненасыщенные - в грецких орехах, миндале, пекане, семечках, рыбе, а также в подсолнечном, льняном, рапсовом, кукурузном, хлопковом и соевом масле.
Составление рациона
Особенности строения жиров требуют соблюдать ряд правил при составлении рациона. Диетологи рекомендуют придерживаться следующего их соотношения:
- Мононенасыщенные - до половины общего количества жиров;
- Полиненасыщенные - четверть;
- Насыщенные - четверть.
При этом жиры растительного происхождения должны составлять около 40% рациона, животного - 60-70%. Пожилым людям нужно увеличить количество первых до 60%.
Максимально ограничить или вовсе исключить из рациона стоит трансжиры. Они широко применяются при производстве соусов, майонезов, кондитерских изделий. Вредны жиры, подвергнутые интенсивному нагреванию и окислению. Их можно обнаружить в картошке фри, чипсах, пончиках, пирожках и т. д. Из всего этого списка наиболее опасны продукты, приготовление которых происходило на прогорклом или много раз использованном масле.
Полезные качества
Жиры, строение которых обеспечивает около половины всей энергии организма, обладают множеством полезных качеств:
- холестерин способствует лучшему углеводному обмену и обеспечивает синтез жизненно важных соединений - под его влияние производятся стероидные гормоны надпочечников;
- около 30% всего тепла в теле человека производится тканью, расположенной в районе шеи и верха спины;
- барсучье и собачье сало тугоплавки, излечивают от болезней органов дыхания, в том числе от туберкулезного поражения легких;
- фосфолипидные и глюколипидные соединения входят в состав всех тканей, синтезируются в органах пищеварения и противодействуют образованию холестериновых бляшек, поддерживают функционирование печени;
- благодаря фосфатидам и стеринам поддерживается неизменный состав цитоплазматической основы клеток нервной системы и синтезируется витамин D.
Таким образом, жиры являются незаменимым компонентом в рационе человека.
Избыток и дефицит
Жиры, строение и функции этих соединений приносят пользу только при умеренном потреблении. Их избыток способствует развитию ожирения - проблемы, которая актуальна для всех развитых стран. Это заболевание приводит к увеличению массы тела, уменьшению подвижности и ухудшению самочувствия. Повышается риск развития атеросклероза, сердечной ишемии, гипертонической болезни. Ожирение и его последствия чаще других болезней приводят к смерти.
Дефицит жиров в рационе способствует ухудшению состояния кожи, замедляет рост и развитие детского организма, нарушает функционирование репродуктивной системы, препятствует нормальному обмену холестерина, провоцируя атеросклероз, ухудшает работу головного мозга и нервной системы в целом.
Правильное планирование рациона, с учетом потребностей организма в жирах, поможет избежать многих заболеваний и улучшить качество жизни. Существенное значение имеет именно умеренное их потребление, без избытка и дефицита.