Обмін речовин
Обмін речовин в організмі - це сукупність всіх хімічних процесів, що відбуваються в ньому. Організм отримує ззовні багато речовин, переробляє їх, отримуючи енергію або ті молекули, які необхідні організму для побудови власних тканин. Утворені при цьому метаболіти виводяться з організму. Сукупність реакцій розпаду речовин, головним чином харчового походження, що супроводжуються виділенням і запасанием енергії, називається диссимиляцией. Сукупність реакцій синтезу необхідних організму речовин, що супроводжуються витратами енергії, називається асиміляцією. Сукупність усіх реакцій дисиміляції і асиміляції в організмі носить назву обміну речовин. Очевидно, що дисиміляція без асиміляції і навпаки - неможливі. В здоровому організмі асиміляція і дисиміляція строго збалансовані, хоча в періоди швидкого зростання в юності асиміляція може тимчасово переважати над диссимиляцией. Підраховано, що дорослій людині для нормальної життєдіяльності необхідно не менше 1500-1700 ккал на добу. З цієї кількості енергії на власні потреби організму йде 15-35%, а решта витрачається на тепло. Однак витрати на тепло абсолютно необхідні, так як людина - гомойотермним істота.
При розумової і особливо при фізичному навантаженні енергетичні витрати істотно зростають. При помірній фізичній роботі людині необхідно 2300 ккал на добу, а при тяжкій це кількість зростає вдвічі. Наприклад, під час пологів організм жінки витрачає стільки ж енергії, скільки потрібно для підйому на найвищу вершину Європи - Монблан. У людини, що знаходиться в спокійному стані, м'язи споживають 26% енергії, печінку - 25%, мозок - 18%, серце - 9%, нирки - 7% і т. Д. При фізичному навантаженні енергетичні витрати м'язів і серця зростають в 4 6 раз, а мозку і печінки - не змінюються.
Всі реакції обміну речовин регулюються нервовою та ендокринною системами.
Основа всіх фізіологічних процесів - обмін речовин. Він неоднаковий у організмів, що стоять на різних щаблях філогенетичного розвитку. Живі організми здатні зберігати відносну сталість хімічного складу і підтримувати функції на відносно сталому рівні. Цим вони відрізняються від тіл неживої природи, які як би врівноважуються з навколишнім середовищем і змінюють свій хімічний склад і будова при її змінах. Урівноваження організмів із зовнішнім світом починається з моменту смерті.
Активна протидія коливань зовнішнього середовища - головна риса живих організмів - обумовлено історично склалися будовою і функціями організму. в хімічних сполуках, що становлять організм, накопичений великий запас енергії, що дозволяє протидіяти різким коливанням температури. вологості, опромінення та інших факторів. З цією ж метою використовуються запаси речовин, відкладені в організмі в процесі харчування і травлення.
Хімічні речовини, що надходять ззовні, спочатку розщеплюються до порівняно простих з'єднань із звільненням енергії - процес дисиміляції. Потім частина звільненої енергії використовується для синтезу складних високомолекулярних органічних сполук - білків, жирів і вуглеводів і їх хімічних сполучень, характерних для даного організму, - процес асиміляції. У цих складних з'єднаннях міститься великий запас енергії, який би активну протидію зовнішньому середовищі. Частина енергії витрачається на здійснення різноманітних фізіологічних процесів, в тому числі дисиміляції і асиміляції. В результаті відбувається постійне самовідновлення структури організму, її розвиток, а в певні періоди життя - зростання.
обмін білків
Білки є полімерами приблизно 20 основних амінокислот, хоча іноді до складу білків людини додатково входять і дуже рідкісні амінокислоти. Розпадаючись в шлунково-кишковому тракті, білки їжі всмоктуються у вигляді невеликих пептидів або, частіше, окремих амінокислот у кров'яне русло. Головна функція цих амінокислот - пластична, тобто з них будуються всі білки нашого організму. Рідше білки використовуються як джерело енергії: при розпаді 1 г виділяється 17,6 кДж. Амінокислоти, що входять до складу білків нашого організму, поділяються на замінні і незамінні. Замінні можуть синтезуватися в нашому організмі з інших амінокислот, що надходять з їжею. До них відносяться гліцин, серії та ін. Однак 12 необхідних нам амінокислот не можуть синтезуватися в нашому організмі і обов'язково повинні бути присутніми в білках їжі. Ці амінокислоти називаються незамінними. Серед них, наприклад, лізин, триптофан, лейцин. Харчові білки, що містять всі необхідні людині амінокислоти, називаються повноцінними. Це головним чином білки тваринного походження. Харчові білки, що не містять будь-яких незамінних амінокислот, називають неповноцінними. До них відносяться, наприклад, білки кукурудзи, ячменю, пшениці. Підраховано, що за 80 діб розпадається половина всіх білків тіла людини, тобто розпадається приблизно 400 г білків на добу. Однак дві третини амінокислот, що утворилися при розпаді білків нашого організму, не виводиться з нього, а використовується знову, включаючись до складу синтезованих білків. Таким чином, в добу з їжею в організм має надходити не менше 40 г білків, оптимум становить приблизно 100-150 г. Рослинні білки для людини є неповноцінними, тому при вегетаріанської дієти необхідно правильно підбирати раціон, щоб декількома рослинними білками замінити один повноцінний тваринний білок .
Розпадаючись, амінокислоти утворюють воду, вуглекислий газ і отруйний аміак. У клітинах печінки з аміаку швидко утворюється сечовина. Вода і сечовина виводяться з організму в складі сечі, а вуглекислий газ видихається через легені.
обмін вуглеводів
Вуглеводи є головним джерелом енергії в організмі. Глюкоза особливо необхідна для нормальної роботи мозку. Зниження вмісту глюкози в плазмі крові з 0,1 до 0,05% призводить до швидкої втрати свідомості, судом і загибелі людини.
В організм вуглеводи потрапляють у вигляді полісахаридів (крохмаль, глікоген), дисахаридів або моносахаридів. Всмоктуються вуглеводи у вигляді моносахаридів в ворсинки тонкого кишечника і потрапляють в кров. При великій кількості вуглеводів в їжі їх надлишок перетворюється (в печінці і частково в м'язах) в полімер глікоген і відкладається «про запас». У печінці людини може відкладатися до 300 г глікогену.
Розщеплення 1 г глюкози до С02і Н20 супроводжується виділенням 17,6 кДж енергії. Дорослій людині необхідно одержувати з їжею не менше 150 г вуглеводів на добу, оптимально - 500 г на добу. Отже, запасів глікогену в печінці може вистачити не більше ніж на дві доби.
Крім енергетичної функції вуглеводи виконують також і структурно-будівельну роль, наприклад, входячи до складу нуклеїнових кислот і ін.
Продукти розпаду вуглеводів виводяться з організму через мочки (Н2 O) і легкі (СO2).
обмін жирів
Жири також є джерелом енергії для організму людини. Розпад 1 г жирів призводить до вивільнення 38,9 кДж енергії. Значна частина енергетичних потреб печінки, м'язів, нирок (але не мозку) покривається за рахунок окислення жирів. В організм людини жири надходять як з тваринної, так і з рослинною їжею. Розпадаючись під дією ферментів на гліцерин і жирні кислоти, жири в такому вигляді всмоктуються в ворсинки і потрапляють в лімфатичні капіляри і далі в кров. Потреба в жирах визначається енергетичними потребами організму в цілому і становить в середньому 80-100 г на добу. Надлишок жиру відкладається в підшкірній жировій клітковині, причому можуть утворюватися жирові депо, що покривають витрати жиру протягом багатьох діб. Розпадаються жири до СO2 і Н2 O, СO2 видихається через легені, а Н2 O виводиться з сечею.
Крім енергетичної жири виконують ще цілий ряд функцій. Так, розчиняючись в жирах, в організм людини надходять жиророзчинні вітаміни А, Б, Е, К. В харчових жирах, головним чином рослинного походження, містяться незамінні жирні кислоти (лінолева та ін.), Необхідні для синтезу деяких фізіологічно активних речовин. Тому недолік в їжі цих кислот призводить до захворювання людини. Жироподібні речовини - ліпіди - входять до складу всіх клітинних мембран організму, визначаючи їх проникність і активність багатьох ферментів, а також беруть участь в м'язовому скороченні і проведенні нервового імпульсу. Складні ліпіди є комплекси з білками - ліпопротеїди, з фосфорною кислотою - фосфоліпіди, із залишками Сахаров - гліколіпіди. Роль складних ліпідів в функціонуванні всіх клітин людського організму надзвичайно велика.
Обмін води і мінеральних солей
Вода - найбільш поширена речовина в нашому організмі. Доросла людина складається з води приблизно на 65%, а людський ембріон містить близько 90% води. За добу організм людини втрачає близько 2,0-2,5 літра води. Стільки ж він отримує в сумі з питвом (1,0 л) і їжею (1,0 л). Вода і розчинені в ній мінеральні солі всмоктуються по всьому шлунково-кишковому тракту, але більш за все - через ворсинки тонкого кишечника. Зневоднення організму призводить до швидкої загибелі, і без води людина може жити не більше 5-6 днів, тоді як без їжі він може обходитися більше 50 днів. Вода необхідна в організмі в якості середовища, в якій проходять всі хімічні реакції. Вона є транспортним засобом, переносячи розчини речовин по всьому організму (плазма крові, лімфа, міжклітинна рідина). Вода необхідна для підтримки постійної температури тіла. Видаляється вода з організму через нирки (близько 1 л на добу), шкіру (0,8 л на добу), з парами повітря через легені (0,5 л на добу), з калом (0,15 л на добу).
З неорганічних речовин організм крім води потребує постійного надходження мінеральних солей. І хоча вони складають не більше 4% від маси тіла, набір їх дуже різноманітний. За добу в організм людини має надходити з їжею і питвом не менше 8 г натрію, 5 г хлору, 3 г калію, 1 г кальцію, 2 г фосфору, 0,2 г заліза. Ці речовини називають макроелементами. А мікроелементи необхідні людині в дуже малих дозах - частках міліграма, але нормальна життєдіяльність без них неможлива. До мікроелементів відносять мідь, йод, цинк, фтор, магній і багато інших речовин.
Функції мінеральних солей в організмі людини різноманітні. Так, солі кальцію, фосфору і магнію входять до складу кісток; калій, натрій і хлор необхідні для збудження нервових і м'язових клітин; кальцій необхідний для нормального скорочення м'язів і згортання крові; фтор входить до складу дентину і емалі; залізо є компонентом гемоглобіну; фосфати включені до складу ДНК, РНК, АТФ, кісток; мідь міститься в складі цілого ряду ферментів, що забезпечують роботу нервової системи, кровотворення; йод входить до складу гормонів щитовидної залози; кобальт є частиною вітаміну В12.
Виділення - це процес видалення з організму тих кінцевих продуктів обміну речовин (метаболітів), які не можуть бути використані організмом далі для своїх потреб. Значення виділення полягає в підтримці сталості внутрішнього середовища організму. Продукти розпаду різних речовин, що утворюються в процесі різноманітних обмінних реакцій, надходять в кров і виводяться з організму декількома шляхами. Основними органами виділення є нирки, через які видаляються надлишок води, азотсодержащие продукти розпаду білків, деякі солі і багато інших речовин. Таким чином, нирки підтримують постійне співвідношення рівня води і солей в організмі. Через легені з організму людини видаляється СO2 невелика кількість водяної пари, деякі летючі речовини. Потові залози виділяють через шкіру воду, сечовину, аміак, солі. Через кишечник з організму з калом видаляються солі токсичних важких металів. продукти перетворення жовчних пігментів (білірубіну і биливердина).