Белковый и жировой обмен веществ. Влияние низкоуглеводной диеты на обмен веществ
В течение жизни человек съедает около 10 т углеводов. Углеводы поступают в организм главным образом в виде крахмала. Расщепившись в пищеварительном тракте до глюкозы, углеводы всасываются в кровь и усваиваются клетками. Особенно богата углеводами растительная пища: хлеб, крупы, овощи, фрукты. Продукты животного происхождения (за исключением молока) содержат мало углеводов.
Углеводы - главный источник энергии, особенно при усиленной мышечной работе. Больше половины энергии организм взрослых людей получает за счет углеводов. Конечные продукты обмена углеводов - углекислый газ и вода.
В крови количество глюкозы поддерживается на относительно постоянном уровне (около 0,11%). Уменьшение содержания глюкозы вызывает понижение температуры тела, расстройство деятельности нервной системы, утомление. В поддержании постоянного уровня сахара в крови большую роль играет печень. Повышение количества глюкозы вызывает ее отложение в печени в виде запасного животного крахмала - гликогена . Гликоген мобилизуется печенью при снижении содержания сахара в крови. Гликоген образуется не только в печени, но и в мышцах, где его может накапливаться до 1-2%. Запасы гликогена в печени достигают 150 г. При голодании и мышечной работе эти запасы сокращаются.
Обычно при употреблении большого количества углеводов в моче появляется сахар, и этим самым выравнивается содержание сахара в крови.
Однако в крови может быть и стойкое повышение содержания сахара, которое не выравнивается. Это происходит при нарушении функции желез внутренней секреции (например, поджелудочной железы), что приводит к развитию заболевания сахарного диабета . При этом заболевании утрачивается способность связывать сахар в гликоген и начинается усиленное выделение сахара с мочой.
Значение глюкозы для организма не исчерпывается ее ролью как источника энергии. Глюкоза входит в состав цитоплазмы и, следовательно, необходима при образовании новых клеток, особенно в период роста.
Углеводы имеют важное значение и в обмене веществ центральной нервной системы. При резком снижении количества сахара в крови отмечаются расстройства деятельности нервной системы. Наступают судороги, бред, потеря сознания, изменение деятельности сердца. Если такому человеку ввести в кровь глюкозу или дать съесть обычный сахар, то через некоторое время эти тяжелые симптомы исчезают.
Полностью сахар из крови не исчезает даже при отсутствии его в пище, так как в организме углеводы могут образовываться из белков и жиров.
Потребность в глюкозе различных органов неодинакова. Мозг задерживает до 12% приносимой глюкозы, кишечник -9%, мышцы - 7%, почки - 5%. Селезенка и легкие почти совсем не потребляют глюкозу.
Обмен жиров
Общее количество жира в организме человека колеблется в широких пределах и составляет в среднем 10-12% массы тела, а в случаях ожирения может достигать 50% массы тела. Количество запасного жира зависит от характера питания, количества потребляемой пищи, пола, возраста и т. п.
Поступивший с пищей жир в пищеварительном тракте расщепляется на глицерин и жирные кислоты, которые всасываются в основном в лимфу и лишь частично в кровь.
Жирные кислоты в процессе всасывания омыляются, т. е. вместе со щелочами и желчными кислотами образуют растворимые комплексы, проходящие через слизистую оболочку кишки. Уже в клетках кишечного эпителия синтезируется жир, свойственный данному организму.
Через лимфатическую и кровеносную систему жиры поступают главным образом в жировую ткань, которая имеет для организма значение депо жира. Много жира в подкожной клетчатке, вокруг некоторых внутренних органов (например, почек), а также в печени и мышцах.
Жир используется организмом как богатый источник энергии. При распаде 1 г жира в организме освобождается энергии в два с лишним раза больше, чем при распаде такого же количества белков или углеводов. Жиры входят и в состав клеток (цитоплазма, ядро, клеточные мембраны), где их количество устойчиво и постоянно. Скопления жира могут выполнять и другие функции. Например, подкожный жир препятствует усиленной отдаче тепла, околопочечный жир предохраняет почку от ушибов и т. д.
Недостаток жиров в пище нарушает деятельность центральной нервной системы и органов размножения, снижает выносливость к различным заболеваниям.
Жиры синтезируются в организме не только из глицерина и жирных кислот, но и из продуктов обмена белков и углеводов.
На этом основана практика откорма сельскохозяйственных животных на сало.
Видовая специфичность жиров выражена слабее, чем видовая специфичность белков. Об этом свидетельствуют опыты, проведенные на собаках. Собак заставляли длительное время голодать, и, когда они теряли почти весь запасный жир, одной из них давали с пищей льняное масло, а другой - бараний жир. Через некоторое время обнаружилось, что собственный жир первой собаки стал жидким и напоминал по некоторым свойствам льняное масло, а жир второй собаки по консистенции был схож с бараньим жиром.
Некоторые непредельные жирные кислоты, необходимые организму (линолевая, линоленовая и арахидоновая), должны поступать в организм в готовом виде, так как не способны им синтезироваться. Непредельные жирные кислоты содержатся в растительных маслах (больше всего их в льняном и конопляном масле). Много линолевой кислоты и в подсолнечном масле. Этим объясняется высокая питательная ценность маргарина, в котором содержится значительное количество растительных жиров.
С жирами в организм поступают растворимые в них витамины (витамины A, D, Е и др.), имеющие для человека жизненно важное значение.
На 1 кг массы взрослого человека в сутки должно поступать с пищей 1,25 г жиров (60-80 г в сутки).
В клетках организма жиры под действием клеточных ферментов (липаз) разлагаются на глицерин и жирные кислоты. Превращения глицерина (при участии АТФ) заканчиваются образованием углекислого газа и воды. Жирные кислоты под действием множества ферментов подвергаются сложным превращениям с образованием в качестве промежуточного продукта уксусной кислоты, которая затем превращается в ацетоуксусную кислоту. Конечные продукты обмена жирных кислот - углекислый газ и вода. Превращения непредельных жирных кислот в организме изучены пока недостаточно.
Печень, являясь центральным органом метаболизма, участвует в поддержании метаболического гомеостаза и способна осуществлять взаимодействие реакций обмена белков, жиров и углеводов.
Местами "соединения" обмена углеводов и белков является пировиноградная кислота, щавелевоуксусная и α-кетоглутаровая кислоты из ЦТК, способных в реакциях трансаминирования превращаться, соответственно, в аланин, аспартат и глутамат. Аналогично протекает процесс превращения аминокислот в кетокислоты.
С обменом липидов углеводы связаны еще более тесно:
- образуемые в пентозофосфатном пути молекулы НАДФН используются для синтеза жирных кислот и холестерола,
- глицеральдегидфосфат , также образуемый в пентозофосфатном пути, включается в гликолиз и превращается в диоксиацетонфосфат,
- глицерол-3-фосфат , образуемый из диоксиацетонфосфата гликолиза, направляется для синтеза триацилглицеролов. Также для этой цели может быть использован глицеральдегид-3-фосфат, синтезированный в этапе структурных перестроек пентозофосфатного пути,
- "глюкозный" и "аминокислотный" ацетил-SКоА способен участвовать в синтезе жирных кислот и холестерола.
Углеводный обмен
В гепатоцитах активно протекают процессы углеводного обмена. Благодаря синтезу и распаду гликогена печень поддерживает концентрацию глюкозы в крови. Активный синтез гликогена происходит после приема пищи, когда концентрация глюкозы в крови воротной вены достигает 20 ммоль/л. Запасы гликогена в печени составляют от 30 до 100 г. При кратковременном голодании происходит гликогенолиз , в случае длительного голодания основным источником глюкозы крови является глюконеогенез из аминокислот и глицерина.
Печень осуществляет взаимопревращение сахаров , т.е. превращение гексоз (фруктозы, галактозы) в глюкозу.
Активные реакции пентозофосфатного пути обеспечивают наработку НАДФН , необходимого для микросомального окисления и синтеза жирных кислот и холестерола из глюкозы.
Липидный обмен
Если во время приема пищи в печень поступает избыток глюкозы, который не используется для синтеза гликогена и других синтезов, то она превращается в липиды – холестерол и триацилглицеролы. Поскольку запасать ТАГ печень не может, то их удаление происходит при помощи липопротеинов очень низкой плотности (ЛПОНП ). Холестерол используется, в первую очередь, для синтеза желчных кислот , также он включается в состав липопротеинов низкой плотности (ЛПНП ) и ЛПОНП .
При определенных условиях – голодание, длительная мышечная нагрузка, сахарный диабет I типа, богатая жирами диета – в печени активируется синтез кетоновых тел , используемых большинством тканей как альтернативный источник энергии.
Белковый обмен
Больше половины синтезируемого за сутки в организме белка приходится на печень. Скорость обновления всех белков печени составляет 7 суток, тогда как в других органах эта величина соответствует 17 суткам и более. К ним относятся не только белки собственно гепатоцитов, но и идущие на "экспорт" – альбумины , многие глобулины , ферменты крови , а также фибриноген и факторы свертывания крови.
Аминокислоты подвергаются катаболическим реакциям с трансаминированием и дезаминированием, декарбоксилированию с образованием биогенных аминов. Происходят реакции синтеза холина и креатина благодаря переносу метильной группы от аденозилметионина. В печени идет утилизация избыточного азота и включение его в состав мочевины .
Реакции синтеза мочевины теснейшим образом связаны с циклом трикарбоновых кислот.
Тесное взаимодействие синтеза мочевины и ЦТК
Пигментный обмен
Участие печени в пигментном обмене заключается в превращении гидрофобного билирубина в гидрофильную форму и секреция его в желчь.
Пигментный обмен, в свою очередь, играет важную роль в обмене железа в организме – в гепатоцитах находится железосодержащий белок ферритин.
Оценка метаболической функции
В клинической практике существуют приемы оценки той или иной функции:
Участие в углеводном обмене оценивается:
- по концентрации глюкозы крови,
- по крутизне кривой теста толерантности к глюкозе ,
- по "сахарной" кривой после нагрузки галактозой ,
- по величине гипергликемии после введения гормонов (например, адреналина).
Роль в липидном обмене рассматривается:
- по уровню в крови триацилглицеролов , холестерола , ЛПОНП, ЛПНП, ЛПВП,
- по коэффициенту атерогенности .
Белковый обмен оценивается:
- по концентрации общего белка и его фракций в сыворотке крови,
- по показателям коагулограммы ,
- по уровню мочевины в крови и моче,
- по активности ферментов АСТ и АЛТ, ЛДГ-4,5, щелочной фосфатазы, глутаматдегидрогеназы.
Пигментный обмен оценивается:
- по концентрации общего и прямого билирубина в сыворотке крови.
Обмен веществ (метаболизм) - совокупность очень сложных, тесно связанных между собой биологических процессов. Переваривание пищи, ее усвоение, последующее выведение шлаков – все это метаболизм.
В живом организме постоянно, беспрерывно происходят изменения: образуются вещества, необходимые для жизнедеятельности клеток, тканей, органов.
Параллельно происходят процессы разрушения и очищения. На все это тратится много энергии. Даже когда мы спим, органы ее расходуют.
Естественным источником энергии для живого организма являются белки, жиры, углеводы. Сюда же относят воду и минеральные соли. Они также необходимы для нормального обмена. Именно про белковый углеводный жировой и водно солевой обмен веществ мы и поговорим на www.сайт с вами сегодня:
Белковый обмен веществ
Не будет преувеличением сказать, что именно белки являются основой всех живых тканей, их строительным материалом. Белковые соединения – главные «кирпичики» из которых состоят органы, системы, стенки клеток организмов. Например, мышечная и кожная ткань, глазное яблоко, межсуставная жидкость состоят, в основном, из белков.
Они – главные участники общего метаболизма, процессов усвоения питательных веществ, необходимых для жизнедеятельности. Без них не обходятся важнейшие процессы регенерации, транспортировки, а также усвоения и выведения естественным путем отходов жизнедеятельности, продуктов распада.
Для нормального обмена белков организм должен получать необходимое ему количество аминокислот, поступающих с пищей. Всего известно 20 аминокислот.
При отсутствии даже одной, нарушается протеиновый обмен, происходит разрушение белковой структуры. Чтобы этого не случилось, а процессы синтеза белков и их расщепление проходили нормально, следует употреблять достаточное количество белковых продуктов.
Здоровому взрослому человеку рекомендуется употреблять 0,75 г белка на 1 кг веса за сутки. Например, при общей массе тела 70 кг., норма этого вещества составит, примерно, 52,5 г. Чтобы стабилизировать, улучшить азотистый баланс поступление белка с употребляемыми продуками можно увеличить до 85 - 90 г за сутки. Для беременных женщин, кормящих мам, этот показатель возрастает.
Углеводный обмен веществ
Также как белки, углеводы (глюциды) – основные, жизненно важные органические соединения, являющиеся источником энергии. Некоторые из них организм использует в качестве запасных питательных веществ, другие необходимы для прочности тканей. Кроме того они являются строительным материалом других сложных молекул – сложных белков, нуклеиновой кислоты и гликолипидов. Без них невозможны процессы окисления белков, жиров.
Весь процесс углеводного обмена зависит от соотношения количества поступающей в кровь и удаляемой из крови глюкозы:
При снижении этого уровня происходит выделение адреналина. Этот гормон усиливает функцию печени, а именно, активизирует ее ферменты, которые отвечают за поступление сахара (глюкозы) в кровь.
При завышенном уровне, при условии достаточного количества гликогена необходимого для печени и мышц, лишний сахар откладывается «про запас» в виде жировых отложений.
Жировой обмен веществ
Жиры это сложные органические соединения - липиды, состоящие из эфиров глицерина с одноосновными жирными кислотами. Также как белки и углеводы, эти соединения представляют собой основу всех клеток, входят в состав их цитоплазмы, ядра и мембран, являются источником энергии живого организма.
Многие витамины, которые содержат продукты питания, поступают вместе с жирами.
При регулярном недополучении жиров, может нарушаться работа мозга, ухудшается общий обмен веществ, снижается выносливость организма. Кроме того, постоянный недостаток этих веществ сокращает жизнь.
Как известно, жирные кислоты, поступающие с пищей делятся на насыщенные (твердые животные жиры) и ненасыщенные (растительные масла, морепродукты). Эти две большие группы одинаково важны для нормальной жизнедеятельности человека.
Например, животные жиры очень нужны головному мозгу для нормальной работы.
Растительные масла: подсолнечное, оливковое, льняное, кукурузное, активизируют общие обменные процессы, усиливают защитные силы организма. Поэтому диетологи рекомендуют употреблять по 50 г животных, по 50 г растительных жиров ежедневно.
Водно-солевой
Водно-солевой обмен веществ представляет собой совокупность многих процессов поступления, дальнейшего распределения в организме воды, электролитов, а также последующего их выделения.
Достаточное поступление воды – необходимое условие существования живого организма. Человек может достаточно долго обходиться без пищи, но без воды прожить не может. Она необходима буквально для всех жизненных процессов - пищеварения, кровообращения, а также всасывания нутриентов. Вода нужна для биосинтеза, для процесса расщепления поступающих веществ и удаления шлаков.
С водой поступают растворенные минеральные вещества (электролиты, соли). Их стабильная концентрация, регуляция очень важна для поддержания внутренней среды, обеспечения нормальной жизнедеятельности живого организма.
Например, минеральные вещества: натрий, калий, кальций, магний находятся в составе внутриклеточной жидкости, а также содержатся вне клетки. Количество минеральных солей связано и регулируется количеством жидкости, поступающей в организм. Благодаря водно-солевому обмену сохраняется нужная концентрация веществ, поддерживается кислотно-щелочное равновесие.
В заключение нужно отметить, что все происходящие в организме обменные процессы: накопление и расходование энергии, окисление и разрушение органических соединений – тесно связаны между собой. Все вместе они обеспечивают нужную активность, интенсивность процессов метаболизма, поддерживают баланс поступления, сохранения, расходования веществ и энергии.
Поступив организм, молекулы пищевых веществ участвуют во многих реакциях. Эти реакции и другие проявления жизнедеятельности - метаболизм (обмен веществ). Пищевые вещества используются в качестве сырья для синтеза новых клеток, окисляются, доставляя энергию. Часть ее используется для синтеза новых клеток, другая часть - для функционирования этих клеток. оставшаяся энергия освобождается в виде тепла. Процессы обмена:
1. анаболитические
2. катаболитические
Анаболизм (ассимиляция) - химический процесс, при котором простые вещества объединяются между собой в сложные. Это приводит к накоплению энергии и росту. Катаболизм - диссимиляция - расщепление сложных веществ на простые с выделением энергии. Сущность обмена веществ - поступление в организм веществ, их усвоение, использование и выделение продуктов обмена. Функции метаболизма:
· извлечение энергии из внешней среды в форме химической энергии органических веществ
· превращение этих веществ в строительные блоки
· сборка клеточных компонентов из этих блоков
· синтез и разрушение биомолекул, которые необходимы для выполнения функций
Обмен белков - совокупность процессов превращения белков в организме, включая обмен аминокислот. Белки - основа всех клеточных структур, материальные носители жизни, основной строительный материал. Суточная потребность - 100 - 120гр. Белки состоят из аминокислот (23):
· заменимые - могут образовываться из других в организме
· незаменимые - не могут синтезироваться в организме и должны поступать с пищей - валин, лейцин, изолейцин, лизин, аргинин, триптофан, гистидин
Этапы белкового обмена:
1. ферментативное расщепление белков пищи до аминокислот
2. всасывание аминокислот в кровь
3. превращение аминокислот в свойственные данному организму
4. биосинтез белков из этих кислот
5. расщепление и использование белков
6. образование продуктов расщепления аминокислот
Всосавшись в кровеносные капилляры тонкого кишечника, аминокислоты по воротной вене поступают в печень, где используются или задерживаются. Часть аминокислот остается в крови, поступает в клетки, где из них строятся новые белки.
Период обновления белка у человека - 80 дней. Если с пищей поступает большое количество белка, то ферменты печени отщепляют от них аминогруппы (NH2) - дезаминирование. Другие ферменты соединяют аминогруппы с СО2, и образуется мочевина, которая поступает с кровью в почки и в норме выделяется с мочой. Белки почти не откладываются в депо, поэтому после истощения запасов углеводов и жиров используются не резервные белки, а белки клеток. Это состояние очень опасно - белковое голодание - страдают головной мозг и другие органы (безбелковые диеты). Различают белки животного и растительного происхождения. Животные белки - мясо, рыба и морепродукты, растительные - соя, бобы, горох, чечевица, грибы, которые являются необходимыми для нормального белкового обмена.
Обмен жиров - совокупность процессов превращения жиров в организме. Жиры - энергетический и пластический материал, они входят в состав оболочек и цитоплазмы клеток. Часть жиров накапливается в виде запасов в подкожной жировой клетчатке, большом и малом сальниках и вокруг некоторых внутренних органов (почки) - 30% всей массы тела. Основная масса жиров - нейтральный жир, который участвует в жировом обмене. Суточная потребность в жирах - 100 гр.
Некоторые жирные кислоты являются незаменимыми для организма и должны поступать с пищей - это полиненасыщенные жирные кислоты: линоленовая, линолевая, арахидоновая, гамма - аминомасляная (морепродукты, молочные продукты). Гамма - аминомасляная кислота является основным тормозным веществом в ЦНС. Благодаря ей происходит регулярная смена фаз сна и бодровствования, правильная работа нейронов. Жиры делятся на животные и растительные (масла), которые очень важны для нормального жирового обмена.
Этапы жирового обмена:
1. ферментативное расщепление жиров в ЖКТ до глицерина и жирных кислот
2. образование липопротеидов в слизистой оболочке кишечника
3. транспорт липопротеидов кровью
4. гидролиз этих соединений на поверхности клеточных мембран
5. всасывание глицерина и жирных кислот в клетки
6. синтез собственных липидов из продуктов распада жиров
7. окисление жиров с выделением энергии, СО2 и воды
При избыточном поступлении жиров с пищей он переходит в гликоген в печени или откладывается в запас. С пищей, богатой жирами, человек получает жироподобные вещества - фосфатиды и стеарины. Фосфатиды необходимы для построения клеточных мембран, ядер и цитоплазмы. Ими богата нервная ткань. Главным представителем стеаринов является холестерин. Норма его в плазме - 3,11 - 6,47 ммоль/л. Холестеином богат желток куриного яйца, сливочное масло, печень. Он необходим для нормального функционирования нервной системы, половой системы, из него стоятся клеточные мембраны, половые гормоны. При патологии он приводит к атеросклерозу.
Обмен углеводов - совокупность превращения углеводов в организме. Углеводы - источник энергии в организме для непосредственного использования (глюкозы) или образования депо (гликоген). Суточная потребность - 500 гр.
Этапы углеводного обмена:
1. ферментативное расщепление углеводов пищи до моносахаридов
2. всасывание моносахаридов в тонком кишечнике
3. депонирование глюкозы в печени в виде гликогена или ее непосредственное использование
4. расщепление гликогена в печени и поступление глюкозы в кровь
5. окисление глюкозы с выделением СО2 и воды
Углеводы всасываются в ЖКТ в виде глюкозы, фруктозы и галактозы, поступают в кровь - в печень поворотной вене - глюкоза переходит в гликоген. Процесс перехода глюкозы в гликоген в печени - гликогенез. Глюкоза - постоянная составляющая часть крови (80 - 120 млг/%). Увеличение уровня глюкозы в крови - гипергликемия, уменьшение - гипогликемия. Уменьшение уровня глюкозы до 70 млг/% вызывает чувство голода, до 40 млг/% - кому. Процесс распада гликогена в печени до глюкозы - гликогенолиз. Процесс биосинтеза углеводов из продуктов распада жиров и белков - гликонеогенез. Процесс расщепления углеводов без кислорода с накоплением энергии и образованием молочной и пировиноградной кислот - гликолиз. При увеличении глюкозы в пище печень переводит ее в жир, который затем используется.
Питание - сложный процесс поступления, переваривания, всасывания и усвоения организмом пищевых веществ. Оптимальное соотношение белков, жиров и углеводов для здорового человека: 1:1:4.
Белок занимает одно из самых важных мест среди всех органических элементов живой клетки. Он составляет почти половину клеточной массы. В организме человека происходит постоянный обмен белков, которые поступают вместе с продуктами питания. В пищеварительном тракте осуществляется до аминокислот. Последние проникают в кровь и, пройдя через клетки и сосуды печени, попадают в ткани внутренних органов, где снова синтезируются в специфические для данного органа белки.
Белковый обмен
Человеческий организм использует белок в качестве пластического материала. Его потребность определяется минимальным объёмом, который уравновешивает белковые потери. В теле взрослого здорового человека обмен белков происходит непрерывно. В случае недостаточного поступления этих веществ с пищей десять из двадцати аминокислот могут синтезироваться организмом, в то время как другие десять остаются незаменимыми, и их необходимо восполнять. В противном же случае происходит нарушение белкового синтеза, что приводит к торможению роста и снижению массы тела. Следует отметить, что если отсутствует хотя бы одна организм не может нормально жить и функционировать.
Этапы белкового обмена
Обмен белков в организме происходит в результате поступления питательных веществ и кислорода. Существуют определённые этапы первый из которых характеризуется углеводов и жиров до растворимых аминокислот, моносахаридов, дисахаридов, жирных кислот, глицерина и других соединений, после чего они всасываются в лимфу и кровь. На втором этапе и кислород транспортируются кровью в ткани. При этом происходит их расщепление до конечных продуктов, а также синтез гормонов, ферментов и составных компонентов цитоплазмы. При расщеплении веществ происходит выделение энергии, которая необходима для природных процессов синтеза и нормализации работы всего организма. Вышеперечисленные этапы обмена белков заканчиваются удалением из клеток конечных продуктов, а также их транспортом и выделением легкими, почками, кишечником и потовыми железами.
Для человеческого организма очень важно поступление полноценных белков, ведь только из них могут синтезироваться специфические вещества. Особую роль обмен белков играет в детском организме. Ведь ему необходимо большое количество новых клеток для роста. При недостаточном поступлении белков человеческий организм перестаёт расти, а его клетки обновляются намного медленней. К полноценным относятся животные белки. Из них особую ценность представляют белки рыбы, мяса, молока, яиц и других подобных продуктов питания. Неполноценные же преимущественно содержатся в растениях, поэтому рацион питания необходимо составлять так, чтобы удовлетворить все потребности своего организма. При переизбытке белков их излишек распадается. Это позволяет организму поддерживать необходимое Обмен белков очень важен для жизнедеятельности человека. При его нарушении организм начинает расходовать белок своих же тканей, что ведёт к серьёзным проблемам со здоровьем. Поэтому следует беречь себя и серьёзно подходить к выбору пищи.