Возрастные особенности обмена белков. Белки - сложные вещества - полимеры, состоящие из аминокислот, связанных между собой пептидной связью. Описание метаболизма белков в организме человека
Белки вносят незначительный вклад в энергетику мышечной деятельности, поскольку обеспечивают только 10-15 % общего энергопотребления организма. Тем не менее они играют важную роль в обеспечении сократительной функции скелетных мышц и сердца, в формировании долговременной адаптации к физическим нагрузкам, создании определенного композиционного состава мышц.
Физические нагрузки вызывают изменения в процессах синтеза и распада белков в тканях, особенно в скелетных мышцах и печени, степень выраженности которых зависит от интенсивности и длительности физических нагрузок, а также от тренированности организма. Изменение внутритканевого обмена белков определяют обычно по концентрации в крови отдельных незаменимых аминокислот, которые в организме не синтезируются и образуются при распаде тканевых белков. В качестве специфического показателя распада сократительных белков актина и миозина используется 3-метилгистидин.
Однократные физические нагрузки вызывают угнетение синтеза белка и усиление их катаболизма. Так, например, при беге на тредмиле в течение часа скорость синтеза белка в печени снижалась на 20 %, а при предельной работе - на 65 %. Такая закономерность наблюдается и в скелетных мышцах. Под воздействием физических нагрузок усиливается распад мышечных белков (преимущественно структурных), хотя отдельные виды нагрузок усиливают распад и сократительных белков.
При систематических физических нагрузках в мышцах и других тканях активируется адаптивный синтез белка, увеличивается содержание структурных и сократительных белков, а также миоглобина и многих ферментов. Это приводит к увеличению мышечной массы, поперечного сечения мышечных волокон, что рассматривается как гипертрофия мышц. Увеличение количества ферментов создает благоприятные условия для расширения энергетического потенциала в работающих мышцах, что, в свою очередь, усиливает биосинтез мышечных белков после физических нагрузок и улучшает двигательные способности человека.
Нагрузки скоростного и силового характера усиливают в большей степени синтез миофибриллярных белков в мышцах, а нагрузки на выносливость - митохондриальных ферментов, обеспечивающих процессы аэробного синтеза АТФ. Тип физической нагрузки (плавание, бег) также во многом определяет величину изменений белкового синтеза.
Адаптационные изменения обмена белков при мышечной деятельности изучались А.А. Виру, В.А. Рогозкиным, Н.Н. Яковлевым и другими учеными, которые пришли к заключению, что под влиянием тренировки в скелетных мышцах происходит адаптивная активация всех основных звеньев синтеза белка , приводящая к общему увеличению клеточного белоксинтезирующего потенциала. В индукции адаптивного синтеза белка при тренировке важная роль принадлежит гормонам: глюкокортикоидам, адреналину, соматотропину, тироксину, инсулину. Они участвуют в обеспечении перехода срочных адаптивных реакций в долговременную адаптацию.
Н.Н. Яковлевым обобщены возможные пути адаптивного протеиносин-теза в мышцах под влиянием систематической мышечной деятельности (рис. 100). Начало биохимической адаптации связано с повышением активности ряда ферментов и увеличением количества энергетических субстратов. Усиление энергетического обмена ведет к образованию метаболитов - индукторов белкового синтеза на генетическом уровне. Индукторами могут служить АДФ, АМФ, креатин, некоторые аминокислоты, циклический АМФ и др. Повышение активности генома вызывает усиление процессов трансляции либо синтеза структурных сократительных или ферментативных белков, что, в свою очередь, обеспечивает высокую функциональную активность мышц тренированного организма при выполнении мышечной работы.
Существенный вклад в энергетику мышечной деятельности, особенно длительной, вносят аминокислоты - продукты распада эндогенных белков. Их количество в тканях во время выполнения длительной физической работы может увеличиваться в 20-25 раз. Эти аминокислоты окисляются и восполняют АТФ либо вовлекаются в процесс новообразования глюкозы и способствуют поддержанию ее уровня в крови, а также уровня гликогена в печени и скелетных мышцах.
Важную роль среди органических элементов отводят белкам. Белок занимает более половины сухой клеточной массы и осуществляет важные биологические функции, в том числе структурную, транспортную и защитную.
Белок, поступающий с пищей, расщепляется на аминокислоты и служит для строения новых клеток. Он необходим для поддержки мышечного тонуса, а также набора мышц. Белок участвует в переносе веществ из одних клеток в другие. Он доставляет их к крови, способствуя правильному дыханию и восстановлению организма.
После процессов распада белок выводит продукты обмена и синтезируется. Органические вещества находятся в постоянном движении. Они разрушаются и обновляются, притом скорость этих процессов зависит от тканей, которые принимают в них участие.
Биологическая ценность белка
Для правильного белкового обмена необходимо питание организма продуктами, богатыми аминокислотами. Белки имеют ряд аминокислот, помогающих осуществлять синтетические функции. Существуют заменимые аминокислоты, которые синтезируются организмом, и незаменимые. Изменение количества аминокислот, поступающих в организм, определяют азотистый баланс, вес и рост.
Биологически ценный белок характеризуется полным наличием всех необходимых аминокислот в нужных соотношениях. Он способствует правильному синтезу белкового обмена.
Богаты ценными белками :
Мясо,
- рыба,
- яйца.
Продукты, которые употребляет человек, должны иметь в своем составе столько белка, чтобы можно было обеспечить правильную работу всего организма.
Азотистый баланс организма
Чем большее количество белка получает человек с пищей, тем больше он выделяет азота. При правильном питании данное соотношение будет одинаковым. Если же он превысит уровень потребления белка, равное соотношение азота в скором времени все равно восстановится.
Положительный баланс азота определяется с его большим поступлением в организм. Белок больше синтезируется и меньше распадается. Так увеличивается масса тела. При этом баланс не изменяется и происходит задержка азота в организме.
Значительная часть поступающей пищи затрачивается на выработку энергии и лишь малая – на пластические нужды организма. Когда азота высвобождается больше, чем поступает, его баланс находится на отрицательном уровне. На этом сказывается белковое голодание и отсутствие поступающих аминокислот.
Наименьшие затраты белка осуществляются тогда, когда он не поступает с пищей. При этом его распад определяет образ жизни, которую ведет человек.
Если он потребляет пищу, имеющую в составе неполноценные белки, или богатую лишь углеводами, то формируется отрицательный азотистый баланс. При этом происходит снижение массы тела. Это обуславливает то, что ткани затрачивают белки больше, чем получают. То есть происходит сброс веса за счет потери мышечной массы. Белковое голодание, таким образом, может привести к остановке роста организма и истощению мышц.
Факторы определяющие состояние белкового обмена
Физиологическое состояние организма определяет интенсивность белкового обмена. Как и любой обмен, его направление регулирует деятельность ЦНС. Период бурного протекания белкового обмена отмечается во времена роста, во время беременности или активной мышечной деятельности.
Большое влияние на данный обмен имеет режим питания, характеризуемый наличием или отсутствием белковых продуктов. Нехватка такого органического элемента как белок несет разрушение в тканях некоторых органов.
Уровень того, как усваиваются организмом белки и аминокислоты, обуславливается качеством и количеством углеводов, способствующих уменьшению потребности организма в энергии за счет белков. Так, диета, ограничивающая потребление жира и пища с низкой калорийностью способствуют повышенному выделению аминокислот с продуктами распада, что приводит к отрицательному азотистому балансу.
Белковый обмен в организме человека напрямую зависит от того, насколько обеспечен витаминами организм. Также на него оказывает действие работы гормонального фона. Гормоны роста, эстрогены и андрогены, введенные в организм, активизируют реакции анаболизма и помогают аминокислотам войти в клетки тканей.
Таким образом, на процесс белкового обмена оказывают влияние множество различных факторов. Это и окружающая среда, и способ питания, и физиология организма. Всякого рода уклонения от нормы сказываются на обмене азота в организме.
Нарушение белкового обмена в организме
Частая причина в нарушенной работе белкового обмена – это плохой состав качества белков и недостаточное их количество. Во время белкового голодания ограничено поступление белков и имеется недостаток незаменимых аминокислот.
Причинами нарушения белкового обмена могут являться некоторые заболевания, которые развились по причине неправильного усвоения и всасывания белков, сильной их потери самим организмом, а также нарушения синтеза. Вследствие этого появляется вторичная недостаточность белка. Длительная белковая недостаточность ведет к болезненным изменениям обмена веществ. Также она может являться следствием медленного поступления аминокислот в организм, неправильного их обмена, изменений скорости распада белка.
Неправильное функционирование белкового обмена возможно на любом из его этапов. Это может быть как процесс всасывания, так и процесс выведения продуктов распада из организма.
Для правильного синтеза белков требуется наличие аминокислот в правильном соотношении и активная системная деятельность организма. Нарушение такого обмена проявляется в модификациях молекул. Вызвать нарушения в белковом обмене так же может генетическая предрасположенность.
Белковая недостаточность, приобретенная вследствие неполноценного потребления белковых продуктов, отмечается при изменениях в отделах кишок воспалительного или дистрофического характера. При этом нарушается их секретная и моторная функции.
Кроме того, к белковой недостаточности приводят неправильная работа в обмене аминокислот, тирозина, фенилаланина, а также конечных этапов обмена.
Белки, без преувеличения, можно назвать самыми важными строительными компонентами всех живых тканей. Цепочки, которые они образуют, лежат в основе всех органов и систем, образуют стенки клеток, связывают реакциями питательные компоненты, необходимые для жизни организма, участвуют в общем метаболизме , процессах регенерации и транспортировки, усвоения и выведения продуктов распада. Кожа, мышцы, межсуставное вещество, глазное яблоко – всё это, в той или иной степени является белком или его производным.
Понятие белкового обмена
Ценность белка очень высока, ведь именно это вещество лежит в основе структурного образования органов, тканей и клеток организма. Вместе с этим без данного компонента невозможно биологическое конструирование гормонов, аминокислот, антител и ферментов. О роли белка в протекании различных реакций, в том числе в процессах обмена минеральных солей и витаминов, не упомянуть также было бы неправильно.
Производство белков в организме осуществляется постоянно, благодаря рациональному поступлению вместе с пищей белковых продуктов, насыщенных наиболее важными аминокислотами – лизином, триптофаном, лейцином, метионином, треонином, изолейцином, валином и фенилаланином. Их невозможно ничем заменить. Они не синтезируются организмом, поэтому в ежедневном меню должны находиться продукты с содержанием данных веществ.
Под белковым обменом подразумевается совокупность процессов, отражающих деятельность белков в организме, их переваривание в желудочно-кишечном тракте, расщепление, усваивание и участие в образовании новых веществ, важных для жизнедеятельности организма.
К белковым соединениям, которые участвуют в обмене, относятся протеины и протеиды. Первые имеют особе значение в производстве аминокислот. У вторых в составе присутствуют небелковые соединения. Например, нуклеиновые кислоты.
В среднем, взрослый человек должен употреблять от 50-ти до 150-ти грамм белка в сутки, в зависимости от пола, физических нагрузок, гормонального фона и возраста, а также степени переносимости вещества организмом.
Ко всему вышесказанному стоит добавить, что белки являются одними из самых сложных биохимических структур.
Этапы белкового обмена
- Основной этап – расщепление и переработка белков, которые человек употребляет с пищей. Здесь важно подчеркнуть сложность и специфичность строения белка. Каждый живой организм (потенциальный продукт) обладает своей спецификой, которая в свою очередь определяет основной набор микроэлементов и аминокислот, входящих в его состав. На данном этапе человек запасается своеобразной базой веществ, впоследствии расходуемых для проведения различных химических реакций связанных с ферментацией, окислением, выработкой производных протеина, а также производством новых веществ. Например, миозина и актина, необходимых для сокращения мышц, или родопсина, повышающего световую чувствительность сетчатки глаза.
- Промежуточный этап – образование аминокислот, их транспортировка по организму. В завершении процессов пищеварения, расщепленные белки преобразуются в аминокислоты, после чего, всасываясь через стенки кишечника в кровь, транспортируются ко всем органам, затрагивая практически все его системы. Накапливаясь в тканях, прибывшие аминокислоты вновь участвуют в процессе синтеза уже новых белков. Также на данном этапе происходит выделение из организма продуктов распада протеинов – азота, мочевой кислоты и аммиака. Важную роль в промежуточном обмене белков играет печень. Фильтруя кровь, она задерживает неблаговидные протеины, продукты гниения, перерабатывает их и выводит естественным путем из организма. При нарушении деятельности печени человек может отравиться продуктами белкового распада, вплоть до летального исхода.
- Расщепление и синтез сложных белков. В частности, гемоглобина, стеркобилиногена или уробилиногена. Два последних во многом определяют здоровье желчного пузыря и печени и распознаются в моче пациента, если у него наблюдаются некоторые заболевания данных органов.
Белковый обмен и его особенности
С точки зрения химии, содержание в белковых соединениях азота значительно упрощает их изучение и анализ. От количества усвоенного белка зависит и объем употребленного азота. В нормальном состоянии обе составляющее примерно равны. Положительным балансом при этом будет преобладание поступающего азота над выделяемым. Однако в обратном случае, когда человек болеет или отказывает себе в пище, данное соотношение меняется, и азотистых выделений становится на порядок больше.
Важной особенностью белкового обмена является отсутствие запасов его легкоусвояемого эквивалента в организме. Количество такого протеина у взрослого человека ничтожно мало, не в пример другим важным компонентам здоровья – жирам и углеводам. При попытке искусственного введения дополнительного белка, можно добиться лишь ускоренного распада имеющихся. Накопление белков возможно лишь в период активного роста и развития организма, то есть преимущественно в детском возрасте.
Постоянство белкового обмена напрямую зависит от употребляемых с продуктами аминокислот. Всего данных веществ 20, и при исключении из общего взаимодействия хотя бы одной, можно добиться сбоя в протеиновом обмене, разрушении белковых структур. Чтобы поддерживать в норме процессы синтеза и расщепления белков, необходимо придерживаться оптимального питания.
Главные регулирующие функции возлагаются на гормон щитовидной железы – тироксин, который усиливает интенсивность белкового обмена. На его протекание немалое влияние оказывает специфика пищи, которую привык употреблять человек. Так, при большом содержании мясных белков в рационе, в организме повышается уровень мочевой кислоты, аммиака и кератинина (вещества, участвующего в энергетическом обмене мышечной и других тканей).
Причины и следствия нарушений белкового обмена
Патологии белкового обмена возникают вследствие нарушений способности организма перерабатывать протеины, синтезировать их и усваивать. Это в свою очередь происходит в результате дисбаланса белкового состава крови, а так же из-за сбоя в обмене аминокислот. Чрезмерное употребление белковой пищи и несоразмерные физические нагрузки не в меньшей степени может повлиять на формирование различных нарушений белкового обмена.
При недостаточности белка человек испытывает слабость, значительно снижается мышечный тонус, работоспособность, проявляется сонливость. Нарушение белкового метаболизма в связи с нехваткой главного строительного вещества ведет к сильной потере веса, ухудшению состояния волос и ногтей, снижению интеллектуальных способностей. В детском возрасте данное отклонение может спровоцировать отставание в развитии. Ко всему прочему можно добавить общее снижение иммунитета, незащищенность перед инфекционными заболеваниями.
Избыток белка, также способствующий сбою в обмене, ведет к нарушению деятельности кишечника, снижению аппетита, развитию патологии почек и центральной нервной системы. Серьезно страдает от белкового переизбытка состав крови, возникают остеопороз и артрит, увеличиваются солевые отложения, появляется отечность.
Наиболее характерными заболеваниями, связанными с нарушением белкового обмена, являются падагра, ожирение, алиментарная дистрофия (снижение веса, иммунодефицитные состояния), квашиокор (сильная отечность, слабость, потеря веса, дефицит белков и минеральных веществ в крови).
Обмен веществ и энергии
Обмен веществ и энергии (метаболизм) - превращения веществ и энергии, лежащие в основе жизнедеятельности организмов. Получая из окружающей среды различные органические и неорганические вещества (преимущественно пищевые), организм усваивает их, т. е. перерабатывает в специфические для себя вещества. Эта сторона обмена веществ и энергии обозначается как ассимиляция.
Процесс разрушения органических веществ - диссимиляция - является противоположной ассимиляции стороной обмена веществ и энергии. Ассимиляция и диссимиляция неразрывно связаны друг с другом. Рост, развитие, размножение всегда характеризуются преобладанием ассимиляции, что проявляется в увеличении общей массы организма, в образовании новых тканей и органов, в их росте и степени дифференциации. При некоторых патологических состояниях, а также при голодании преобладает диссимиляция, что выражается обычно в уменьшении массы живого тела.
Интенсивность обмена веществ и энергии в целом зависит от взаимоотношений организма с окружающей средой. У высших животных и человека процессы обмена веществ и энергии, в том числе соотношение ассимиляции и диссимиляции, регулируются центральной нервной системой.
Понятие обмена веществ и энергии включает как переработку организмом пищевых веществ, так и превращения тех веществ, которые входят в состав организма.
Процессы превращения веществ в тканях и органах, включая образование и расщепление промежуточных продуктов, называют межуточным обменом. Изучение межуточного обмена дает представление о последовательности биохимических превращений внутри организма, об их локализации в определенных органах и тканях, о взаимосвязи различных химических реакций в едином процессе обмена веществ и энергии целостного организма.
Процессы обмена веществ и энергии делятся на анаболические и катаболические. Термином "анаболизм" обозначают те химические реакции, при которых более простые вещества, взаимодействуя между собой, образуют более сложные, что приводит к построению новой протоплазмы клеток, к общему росту живого организма. Анаболические процессы лежат в основе ассимиляции, катаболические - в основе диссимиляции. Катаболизм представляет собой расщепление органических веществ не только пищевых, но и тканевых, что приводит к расходованию протоплазмы клеток. Анаболические и катаболические процессы протекают непрерывно, находясь в сложной динамической взаимосвязи; их невозможно отделить друг от друга. Вещества, получающиеся в результате катаболических процессов, не только выводятся из организма в виде конечных продуктов обмена, но могут и вовлекаться в анаболические процессы: сложные соединения при этом расщепляются, а их составные части, соединяясь в различных комбинациях, образуют новые вещества. Так, синтезу тканевых белков, жиров и углеводов предшествует распад пищевых белков, жиров и углеводов (см. Азотистый обмен, Жировой обмен, Углеводный обмен).
Важнейшей функцией катаболизма является высвобождение энергии, заключенной в органических соединениях, поступающих в организм или откладываемых в нем в качестве запасных веществ. Энергия используется для обновления и перестройки тканей; расходуется при функционировании органов (например, мышечная работа, передача нервных импульсов и др.); затрачивается в процессах синтеза органических соединений, в том числе ферментов; часть ее освобождается в виде тепла.
Катаболическими процессами, дающими энергию, являются брожение у растений и микроорганизмов, гликолиз у животных или окисление органических веществ до CO2 и H2О, что распространено как в животных, так и растительных тканях. Если окислению подвергаются углеводы, то при поглощении 1 л кислорода высвобождается 5,05 ккал энергии, если жиры и белки,-- соответственно 4,7 и 4,8 ккал. Каждому из этих веществ соответствует определенная величина дыхательного коэффициента (Rq), т. е. величина отношения объема CO2, выделенного за данный промежуток времени, к объему кислорода, поглощенного организмом за этот интервал времени. При окислении углеводов Rq равен 1, жиров - 0,7, белков - 0,8. Поскольку расщепление различных пищевых веществ в организме происходит одновременно, величина Rq может варьировать. Среднее значение Rq для человека в норме находится в пределах 0,83-- 0,87. Определив Rq опытным путем, с помощью специальных таблиц устанавливают количество освобождающейся энергии в калориях. Энергетика обмена, таким образом, может служить показателем интенсивности обменных процессов в организме и характеризуется величиной балансового (суммарного) обмена.
В клинической практике для сравнения интенсивности обмена веществ и энергии у разных людей и выявления его отклонений от нормы первоначально определяют уровень основного обмена, т. е. количество энергии, расходуемой только на поддержание жизни в состоянии покоя, натощак, которое характеризуется у одного и того же организма значительным постоянством.
На основании многочисленных определений основного обмена у людей составлены таблицы нормальных величин этого показателя в зависимости от возраста, пола и общей поверхности тела. В этих таблицах величины основного обмена приводятся в больших калориях (ккал) на 1 м 2 поверхности тела за 1 час. У лиц одного пола, роста, веса и возраста основной обмен приблизительно одинаков и колеблется в пределах ±10--15%. Факторы внешней среды (климат, температура, барометрическое давление), различные формы трудовой деятельности, занятия спортом, режим и тип питания, функциональное состояние организма вызывают в нем довольно значительные отклонения от нормы. Большое влияние на основной обмен оказывают изменения в гормональной функции организма. Особенно выражено действие щитовидной железы: при ее гиперфункции основной обмен может превышать нормальный уровень на 80%, при гипофункции основной обмен может быть ниже нормы на 40%. Выпадение функции передней доли гипофиза или коры надпочечников влечет за собой снижение основного обмена. Возбуждение симпатической нервной системы, усиленное образование или введение адреналина извне усиливают основной обмен. В клинике исследование основного обмена проводят натощак, т. е. через 12--16 час. после приема пищи, определяя газообмен в течение 10--15 мин. Температура помещения - от 20 до 22°. Величины основного обмена принято давать в процентах отклонений от нормы.
Возрастные особенности обмена веществ
Углеводы служат основным источником энергии, больше всего углеводов содержится в злаках, картофеле. Большое количество углеводов имеется также в овощах и фруктах. Расщепляясь в пищеварительном тракте до глюкозы, углеводы попадают в кровь и усваиваются клетками организма. Неиспользуемая глюкоза в печени преобразуется в гликоген - полисахарид, который откладывается в печени и мышцах и служит резервом, углеводов в организме. Если углеводов нет в пище, они могут вырабатываться из продуктов распада белков и жиров.
Очень чувствительна к снижению уровня глюкозы в крови (глипогликемии) центральная нервная система. Уже небольшое понижение сахара в крови приводит к появлению слабости, головокружения, при значительном падении углеводов, происходят разные вегетативные расстройства, судороги, потеря сознания.
Распад углеводов с высвобождением энергии может происходить как в бескислородных условиях, так и в присутствии кислорода. Конечными продуктами обмена углеводов являются углекислый газ и вода.
Углеводы способны быстро распадаться и окисляться. Быстрота распада глюкозы и то, что при ее распаде происходит быстрое извлечение и переработка ее резерва - гликогена, образуют условия для экстренной мобилизации энергетических ресурсов в случае резкого эмоционального возбуждения, интенсивных мышечных нагрузок.
Если человек испытывает сильное утомление во время продолжительных спортивных соревнований, прием нескольких кусочков сахара значительно улучшает состояние организма.
Значение глюкозы для организма не ограничивается ее ролью как источника энергии. Она является одним из составных элементов нуклеиновых кислот, входит в состав цитоплазмы и, следовательно, необходима для образования новых клеток, особенно в период роста.
В организме ребенка во время его роста и развития углеводы являются не только основными источниками энергии, но и играют важную пластическую роль при образовании клеточных оболочек, вещества соединительной ткани. Углеводы принимают участие в окислении продуктов белкового и жирового обмена, благодаря чему способствуют поддержанию кислотно-щелочного равновесия в организме.
Белкам в обмене веществ отводится особое место. Всюду, где есть жизнь, находится белок, который является сложным веществом, в которое входит азот. Белки нельзя заменить никакими другими веществами.
Белки входят в состав цитоплазмы, гемоглобина, плазмы крови, гормонов, иммунных тел. Они поддерживают постоянство водно-солевой среды организма. Белки обеспечивают процесс роста организма. Поэтому особенно важно ребенку в период роста и развития получать необходимое количество белков. Ферменты, которые необходимы на всех этапах обмена веществ, тоже являются белками.
Жир, который поступает в пищеварительный тракт, расщепляется на глицерин и жирные кислоты, всасываемые в основном в лимфу и только частично в кровь. В организме из них и из продуктов обмена углеводов и белков образуется жир, который используется организмом, прежде всего, как богатый источник энергии.
В организме ребенка в первые полгода за счет жиров покрывается около 50% потребности в энергии. Вез жиров не происходит выработка общего и специфического иммунитета.
Обмен веществ - это поступление в организм из внешней среды различных веществ, усвоение их и выделение образующихся продуктов распада. Обмен веществ складывается из двух взаимосвязанных и противоположных процессов - анаболизма и катаболизма. Анаболизм - это реакции биологического синтеза сложных молекул основных биологических соединений, специфичных для данного организма, из простых компонентов, поступающих в клетки. Анаболизм является основой для формирования новых тканей в процессе роста, процессов регенерации, синтеза клеточных соединений и требует затраты энергии. Последняя поставляется реакциями катаболизма, при которых происходит расщепление молекул сложных органических веществ с высвобождением энергии. Конечные продукты катаболизма (вода, углекислый газ, аммиак, мочевина, мочевая кислота) в биологическом синтезе не участвуют и удаляются из организма. Соотношение процессов анаболизма и катаболизма определяет три состояния: рост, разрушение структур и динамическое равновесие. Последнее состояние характерно для взрослого здорового человека: процессы анаболизма и катаболизма уравновешены, нарастание ткани не происходит. При росте организма анаболизм превалирует над катаболизмом, при разрушении тканей - наоборот.
Обмен белков
Белки - это полимеры, состоящие из аминокислот, которые связаны между собой в определенной последовательности. Специфичность белков определяется количеством аминокислот и их последовательностью. Из 20 аминокислот только 8 относятся к незаменимым (триптофан, лейцин, изолейцин, валин, треонин, лизин, метионин, фенилаланин) и поступают в организм извне с пищей. Другие аминокислоты являются заменимыми, их поступление в организм с продуктами питания необязательно, они могут синтезироваться в организме. Белки пищи, содержащие весь необходимый набор аминокислот для нормального синтеза белка организма, называются полноценными (животные белки). Белки пищи, не содержащие всех необходимых для синтеза белка организма аминокислот, называют неполноценными (растительные белки). Наиболее высока биологическая ценность белков яиц, мяса, молока, рыбы.
При смешанном питании организм получает весь необходимый для синтеза белка набор аминокислот. Особенно важно поступление всех незаменимых аминокислот для растущего организма. Например, отсутствие в пище лизина приводит к задержке роста ребенка, валина - к расстройству равновесия у детей. Детям необходимо больше белка, чем взрослым, так как у них интенсивнее идут процессы роста и формирования новых клеток и тканей. Суточная потребность в белке на 1 кг массы у новорожденного составляет 4-5 г, у ребенка до 10 лет - 3 г, до 12 лет - 2 г, у взрослых - 1,5- 1,8 г. Белковое голодание ребенка приводит к задержке, а затем и к полному прекращению роста и физического развития. Ребенок становится вялым, наблюдаются резкое похудение, распространенные отеки, поносы, воспаление кожных покровов, снижение сопротивляемости инфекциям. В некоторых африканских странах широко распространено заболевание квашиоркор - результат питания преимущественно растительной пищей, лишенной незаменимых аминокислот. Серьезные нарушения развития у детей и подростков возникают потому, что белок является основным пластическим материалом организма, из которого образуются различные клеточные структуры. Кроме того, белки входят в состав ферментов, гормонов, образуют гемоглобин и антитела крови.Об интенсивности белкового обмена в организме судят по азотистому балансу - соотношению поступившего с пищей и выделившегося с мочой, калом, потом азота. Если количество поступившего азота больше, чем выведенного, говорят о положительном азотистом балансе (отмечается у детей до окончания процесса роста). Если соотношение обратное, имеет место отрицательный азотистый баланс (болезнь, голодание, заключительные этапы старения организма).
Обмен белков регулируется нервным и гуморальным путем. Нервная регуляция осуществляется гипоталамусом. Гуморальная регуляция реализуется соматотропным гормоном гипофиза и гормонами щитовидной железы (тироксин и трийодтиронин), которые стимулируют синтез белка. Гормоны коры надпочечников (гидрокортизон, кортикостерон) усиливают распад белков в тканях, а в печени, наоборот, стимулируют.
Конечными продуктами обмена белков являются азотсодержащие вещества - мочевина и мочевая кислота, из которых вначале образуется глюкоза, а затем - углекислый газ и вода.
Обмен жиров
В организме жир синтезируется из глицерина и жирных кислот, а также из продуктов обмена углеводов и белков. Основная функция жира - энергетическая: при его распаде образуется в 2 раза больше энергии (9,3 ккал), чем при распаде такого же количества белков и углеводов. Большая часть жиров находится в жировой ткани и составляет резервный энергетический запас. Кроме того, жир выполняет и пластическую функцию: идет на построение новых мембранных структур клеток и на замену старых.
Жиры делятся на собственно жиры (липиды) и жироподобные вещества (липоиды). Липиды состоят из глицерина и жирных кислот. К липоидам относятся фосфатиды и стерины. Жиры, также как и белки, обладают специфичностью, что связано с наличием в них жирных кислот. Последние делятся на насыщенные и ненасыщенные. Насыщенные жирные кислоты обычно твердые при комнатной температуре и содержатся в животных жирах, ненасыщенные - жидкие и содержатся в растительных маслах. Некоторые жирные кислоты не могут образовываться в организме и являются незаменимыми. К ним относятся линолевая, линоленовая (растительные масла) и арахидоновая (куриный и гусиный жир, свиное сало) кислоты. Биологическая ценность жиров определяется наличием в них незаменимых жирных кислот. Отсутствие в рационе жиров с такими кислотами приводит к тяжелым патологическим нарушениям. В рационе должны преобладать растительные жиры. После 40 лет животные жиры следует исключать из рациона, так как, встраиваясь в клеточную мембрану, они делают ее непроницаемой для различных веществ, в результате чего клетка стареет.
На 1 кг массы взрослого человека в сутки должно поступать 1,25 г жира (80-100 г). Энергетические же затраты детского организма значительно выше. Поэтому на первом году жизни ребенок должен получать 7 г жира на 1 кг массы тела, к 4 годам - 4 г, в 10-12 лет - 1,5 г. Всасывание жиров у детей также происходит достаточно интенсивно. При грудном вскармливании усваивается до 90 % жиров молока, при искусственном - 85-90 %, у детей старшего возраста жиры усваиваются на 95-97 %. Состав жира у новорожденного отличается от материнского, так как плод синтезирует жир из жирных кислот и глюкозы, поступающих через плаценту. Доля жира в теле новорожденного зависит от массы тела при рождении: при 1500 г - 3 %, 2500 г - 8 %, 3500 г - 16 %. Особенностью жировой ткани новорожденного является наличие бурого жира (до 8 % массы тела), который играет важную роль в терморегуляции. Дефицит бурого жира может привести к переохлаждению новорожденного.
Регуляция обмена жиров происходит нервным и гуморальным путем. Нервная регуляция осуществляется гипоталамусом. Парасимпатические нервы способствуют отложению жира, а симпатические - усиливают его распад. Гуморальная регуляция реализуется соматотропным гормоном гипофиза, гормонами мозгового слоя надпочечников (адреналином и норадреналином), щитовидной железы (тироксином и трийодтиронином). Тормозят мобилизацию жира из жировой ткани глюкокортикоиды и инсулин.
Обмен углеводов
Углеводы выполняют в организме как пластическую, так и энергетическую функцию. Как пластический материал они входят в состав клеточной оболочки и цитоплазмы, нуклеиновых кислот и соединительной ткани. Энергетическая функция углеводов заключается в том, что они способны быстро распадаться и окисляться (1 г выделяет 4,1 ккал). Скорость распада глюкозы и возможность быстрого извлечения и переработки ее резерва - гликогена - создают условия для экстренной мобилизации энергетических ресурсов при эмоциональном возбуждении и мышечных нагрузках. Наибольшее количество углеводов содержится в хлебе, картофеле, овощах и фруктах. Углеводы расщепляются до глюкозы и всасываются в кровь. Неиспользованная глюкоза откладывается в виде гликогена в печени и мышцах и служит резервом углеводов в организме. Так как жиры и углеводы состоят из одинаковых химических элементов (О, Н и С), при излишке одних и недостатке других возможна их взаимозаменяемость.
Суточная потребность в углеводах у детей высока и составляет в грудном возрасте 10-12 г на 1 кг массы тела, в 3 года - 200 г, до 7 лет - 280 г, до 13 лет - 370 г, у взрослого - 400-500 г. Количество глюкозы в крови младших школьников составляет 0,08-0,1 %, что равно норме взрослого человека. Большое количество углеводов в пище ребенка повышает содержание глюкозы в крови почти в 2 раза. Это получило название пищевой гликемии. У детей она связана с повышенным углеводным обменом, у взрослых сопровождается глюкозурией - появлением сахара в моче. Стойкое патологическое повышение концентрации углеводов в крови, сопровождающееся выведением сахара с мочой, называется сахарным диабетом. Это заболевание обусловлено нарушением внутрисекреторной функции поджелудочной железы. При пониженном содержании сахара в крови гликоген печени и мышц расщепляется до глюкозы и поступает в кровь, при снижении концентрации глюкозы до 0,05 % наступает инсулиновый шок, который может привести к смерти.
Обмен углеводов регулируется нервным и гуморальным путем. Нервная регуляция осуществляется гипоталамусом. Гуморальная регуляция обусловлена соматотропным гормоном (гипофиз), тироксином и трийодтиронином (щитовидная железа), глюкагоном (поджелудочная железа), адреналином (мозговой слой надпочечников) и глюкокортикоидами (корковый слой надпочечников). Все эти гормоны увеличивают уровень сахара в крови и только инсулин (поджелудочная железа) снижает его.
