-->
|
|
|
|
|
Ãëàâà 7. Îáìåí âåùåñòâ è ïðåâðàùåíèå ýíåðãèè § 29. Ïëàñòè÷åñêèé è ýíåðãåòè÷åñêèé îáìåí
Ìåæäó îðãàíèçìîì è îêðóæàþùåé åãî ñðåäîé íåïðåðûâíî ïðîèñõîäèò îáìåí âåùåñòâàìè è ýíåðãèåé. Îáìåí âåùåñòâ íà÷èíàåòñÿ ñ ïîñòóïëåíèÿ â îðãàíèçì âîäû è ïèùåâûõ ïðîäóêòîâ.  ïðîöåññå ïåðåðàáîòêè ýòèõ âåùåñòâ îðãàíèçì ïîëó÷àåò ýíåðãèþ è ìàòåðèàëû, êîòîðûå íåîáõîäèìû åìó äëÿ ïîñòðîåíèÿ ñîáñòâåííûõ êëåòîê è òêàíåé. Íå èñïîëüçîâàííûå â ðåçóëüòàòå ïðåâðàùåíèé âåùåñòâ îñòàòêè, à òàêæå íåêîòîðûå ïðîäóêòû æèçíåäåÿòåëüíîñòè âûâîäÿòñÿ èç îðãàíèçìà. Òàêèì îáðàçîì, îáìåí âåùåñòâ â îðãàíèçìå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé íå ïðîñòî ïîñòîÿííûé òîê âåùåñòâ ÷åðåç åãî îñíîâíûå ñòðóêòóðû, à ñîâîêóïíîñòü âñåõ õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé, ïðîèñõîäÿùèõ â í¸ì. Ïðè ýòîì ðåàêöèè, ñâÿçàííûå ñ ïðåâðàùåíèåì âåùåñòâ, ìîæíî îòíåñòè ê äâóì ïðîöåññàì: ïëàñòè÷åñêîìó è ýíåðãåòè÷åñêîìó îáìåíó. Ïëàñòè÷åñêèé îáìåí — ýòî ïðîöåññû, ïðè êîòîðûõ ïðîèñõîäèò ïîñòðîåíèå ñîáñòâåííûõ ìîëåêóë è îðãàíîèäîâ (áèîñèíòåç), äåëåíèå êëåòîê, ðîñò îðãàíèçìà, çàìåíà ïîâðåæä¸ííûõ ìîëåêóë è êëåòîê. Èíûìè ñëîâàìè, ïëàñòè÷åñêèé îáìåí — ñîâîêóïíîñòü ðåàêöèé ñèíòåçà îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ â êëåòêå ñ èñïîëüçîâàíèåì ýíåðãèè.  ïðîöåññàõ ýíåðãåòè÷åñêîãî îáìåíà ïðîèñõîäèò ðàçðóøåíèå (ðàñïàä) ïîëó÷åííûõ ñ ïèùåé ïèòàòåëüíûõ âåùåñòâ äî ïðîñòûõ ñîåäèíåíèé. Ýòè ïðîöåññû, íàçâàííûå áèîëîãè÷åñêèì îêèñëåíèåì, ïðîòåêàþò äîâîëüíî ìåäëåííî è ïðèâîäÿò ê âûñâîáîæäåíèþ ýíåðãèè, çàïàñ¸ííîé â õèìè÷åñêèõ ñâÿçÿõ îðãàíè÷åñêèõ ìîëåêóë ïèùè. Âûñâîáîæäàþùàÿñÿ ýíåðãèÿ ÷àñòè÷íî ðàññåèâàåòñÿ â âèäå òåïëà, íî çíà÷èòåëüíàÿ å¸ ÷àñòü çàòðà÷èâàåòñÿ íà ñèíòåç ÀÒÔ (ñì. § 11, 20). Åñëè â êëåòêàõ âîçíèêàåò ïîòðåáíîñòü â ýíåðãèè, òî ÀÒÔ ðàñïàäàåòñÿ. Ïðè ýòîì âûäåëÿåòñÿ ýíåðãèÿ, çà ñ÷¸ò êîòîðîé è ïðîòåêàþò ðàçëè÷íûå ïðîöåññû æèçíåäåÿòåëüíîñòè. Îðãàíèçì ÷åëîâåêà ïîòðåáëÿåò î÷åíü ìíîãî ýíåðãèè, òàê êàê ðàáîòà ìûøö, ïî÷åê, ìîçãà è ëþáûõ äðóãèõ ñèñòåì òðåáóåò ïîñòîÿííûõ å¸ çàòðàò. Ðàçëè÷íûå ïèòàòåëüíûå âåùåñòâà ïðè îêèñëåíèè âûäåëÿþò ðàçíîå êîëè÷åñòâî ýíåðãèè, åäèíèöåé èçìåðåíèÿ êîòîðîé ÿâëÿåòñÿ äæîóëü (Äæ). Ðàíüøå êîëè÷åñòâî òåïëîòû îïðåäåëÿëè ïî èçìåíåíèþ òåìïåðàòóðû 1 ã âîäû íà 1 °Ñ. Ýòà åäèíèöà ïîëó÷èëà íàçâàíèå êàëîðèÿ (êàë). 1 êàëîðèÿ ïðèìåðíî ðàâíà 4,19 Äæ. Ñïåöèàëèñòû, çàíèìàþùèåñÿ ïðîáëåìàìè ïèòàíèÿ ÷åëîâåêà, ÷àñòî óïîòðåáëÿþò åù¸ îäíó åäèíèöó — Êàëîðèÿ (ïèøåòñÿ ñ ïðîïèñíîé áóêâû). Íà ñàìîì äåëå îíà ÿâëÿåòñÿ êèëîêàëîðèåé (1 êêàë), ðàâíîé 1000 êàëîðèé. Âñå ïåðå÷èñëåííûå åäèíèöû èçìåðåíèÿ èñïîëüçóþò ïðè ðàñ÷¸òàõ ýíåðãåòè÷åñêîé öåííîñòè ïðîäóêòîâ è ýíåðãîçàòðàò îðãàíèçìà ïðè ðàçëè÷íûõ âèäàõ íàãðóçêè. Îáìåí áåëêîâ ñîñòàâ áåëêîâ îðãàíèçìà ÷åëîâåêà âõîäèò ïðèáëèçèòåëüíî 20 âèäîâ àìèíîêèñëîò, êîòîðûå ñîåäèíÿþòñÿ â ñòðîãî îïðåäåë¸ííîì ïîðÿäêå äëÿ êàæäîãî âèäà áåëêà â äëèííûå öåïî÷êè. Áåëêè ïèùè, ðàñïàäàÿñü â æåëóäî÷íî-êèøå÷íîì òðàêòå äî îòäåëüíûõ àìèíîêèñëîò, âñàñûâàþòñÿ â òîíêîì êèøå÷íèêå â êðîâÿíîå ðóñëî è ðàçíîñÿòñÿ ê îòäåëüíûì êëåòêàì îðãàíèçìà, â êîòîðûõ è ïðîèñõîäèò ñèíòåç íîâûõ áåëêîâ, ñâîéñòâåííûõ ÷åëîâåêó. Ðàñïàäàÿñü, àìèíîêèñëîòû îáðàçóþò âîäó, óãëåêèñëûé ãàç è ÿäîâèòûé àììèàê.  êëåòêàõ ïå÷åíè àììèàê ïðåâðàùàåòñÿ â ìî÷åâèíó. Âîäà è ìî÷åâèíà âûâîäÿòñÿ èç îðãàíèçìà â ñîñòàâå ìî÷è, à óãëåêèñëûé ãàç âûäûõàåòñÿ ÷åðåç ë¸ãêèå. Ïðè îêèñëåíèè 1 ã áåëêà âûäåëÿåòñÿ 17,2 êÄæ (4,1 êêàë) ýíåðãèè. Îäíàêî îðãàíèçì ðåäêî èñïîëüçóåò áîëüøîå êîëè÷åñòâî áåëêîâ äëÿ ïîêðûòèÿ ñâîèõ ýíåðãåòè÷åñêèõ çàòðàò, òàê êàê áåëêè íóæíû äëÿ âûïîëíåíèÿ äðóãèõ ôóíêöèé. Ïîäñ÷èòàíî, ÷òî çà 80 ñóòîê ðàñïàäàåòñÿ ïîëîâèíà âñåõ áåëêîâ òåëà ÷åëîâåêà, òî åñòü ïðèìåðíî 400 ã áåëêîâ â ñóòêè. Îäíàêî àìèíîêèñëîòû, îáðàçîâàâøèåñÿ ïðè ðàñïàäå ñîáñòâåííûõ áåëêîâ îðãàíèçìà, íå âûâîäÿòñÿ èç íåãî, à èñïîëüçóþòñÿ âíîâü, âêëþ÷àÿñü â ñîñòàâ ñèíòåçèðóåìûõ áåëêîâ.  ñóòêè ñ ïèùåé â îðãàíèçì äîëæíî ïîñòóïàòü íå ìåíåå 40 ã áåëêîâ (ëó÷øå 100—150 ã). Ðàñòèòåëüíûå áåëêè ÿâëÿþòñÿ íåïîëíîöåííûìè äëÿ ÷åëîâåêà, ïîýòîìó ïðè âåãåòàðèàíñêîé äèåòå íåîáõîäèìî ïðàâèëüíî ïîäáèðàòü ðàöèîí, ÷òîáû íåñêîëüêèìè ðàñòèòåëüíûìè áåëêàìè çàìåíèòü ïîëíîöåííûé æèâîòíûé áåëîê. Îáìåí óãëåâîäîâ îðãàíèçì óãëåâîäû ïîñòóïàþò â âèäå ðàçëè÷íûõ ñîåäèíåíèé: êðàõìàë, ãëèêîãåí, ñàõàðîçà èëè ôðóêòîçà è äð. Âñàñûâàþòñÿ óãëåâîäû â âèäå ãëþêîçû âîðñèíêàìè òîíêîãî êèøå÷íèêà è ïîïàäàþò â êðîâü. Ïðè áîëüøîì êîëè÷åñòâå óãëåâîäîâ â ïèùå èõ èçáûòîê ïðåâðàùàåòñÿ â ïîëèñàõàðèä ãëèêîãåí è îòêëàäûâàåòñÿ «ïðî çàïàñ». Íàïðèìåð, â ïå÷åíè ÷åëîâåêà ìîæåò îòêëàäûâàòüñÿ äî 300 ã ãëèêîãåíà. Ïðîäóêòû ðàñïàäà óãëåâîäîâ âûâîäÿòñÿ èç îðãàíèçìà ÷åðåç ïî÷êè (âîäà) è ë¸ãêèå (óãëåêèñëûé ãàç). Óãëåâîäû ÿâëÿþòñÿ ãëàâíûì èñòî÷íèêîì ýíåðãèè â îðãàíèçìå. Ïðè îêèñëåíèè 1 ã óãëåâîäîâ âûäåëÿåòñÿ 17,2 êÄæ (4,1 êêàë) ýíåðãèè. Ãëþêîçà îñîáåííî íåîáõîäèìà äëÿ íîðìàëüíîé ðàáîòû ìîçãà. Ñíèæåíèå ñîäåðæàíèÿ ãëþêîçû â ïëàçìå êðîâè ñ 0,1 äî 0,05% ïðèâîäèò ê áûñòðîé ïîòåðå ñîçíàíèÿ, ñóäîðîãàì è ãèáåëè. Âçðîñëîìó ÷åëîâåêó íåîáõîäèìî ïîëó÷àòü ñ ïèùåé íå ìåíåå 150 ã óãëåâîäîâ â ñóòêè. Ñëåäîâàòåëüíî, çàïàñà ãëèêîãåíà â ïå÷åíè ìîæåò õâàòèòü íå áîëåå ÷åì íà äâîå ñóòîê èëè äàæå íà ìåíüøèé ñðîê, òàê êàê ïðè àêòèâíîé äåÿòåëüíîñòè óãëåâîäîâ íóæíî ãîðàçäî áîëüøå — äî 500 ã â ñóòêè. Îáìåí æèðîâÆèðû ÿâëÿþòñÿ ñîåäèíåíèÿìè, âêëþ÷àþùèìè â ñåáÿ æèðíûå êèñëîòû è ãëèöåðèí. Ïîä äåéñòâèåì ôåðìåíòîâ ïîäæåëóäî÷íîé æåëåçû è òîíêîãî êèøå÷íèêà, à òàêæå ïðè ó÷àñòèè æåë÷è æèðû ïåðåâàðèâàþòñÿ è âñàñûâàþòñÿ â ëèìôàòè÷åñêèå êàïèëëÿðû âîðñèíîê òîíêîãî êèøå÷íèêà è äàëåå ñ òîêîì ëèìôû ïîïàäàþò â êðîâü.  îðãàíèçì ÷åëîâåêà æèðû ïîñòóïàþò êàê ñ æèâîòíîé, òàê è ñ ðàñòèòåëüíîé ïèùåé. Èçáûòîê æèðà îòêëàäûâàåòñÿ â ïîäêîæíîé æèðîâîé êëåò÷àòêå, ïðè÷¸ì ìîãóò îáðàçîâûâàòüñÿ æèðîâûå äåïî, ïîêðûâàþùèå çàòðàòû æèðà â òå÷åíèå ìíîãèõ ñóòîê. Êàê è óãëåâîäû, æèðû ðàñïàäàþòñÿ äî óãëåêèñëîãî ãàçà è âîäû è âûâîäÿòñÿ òåì æå ïóò¸ì. Æèðû ÿâëÿþòñÿ âàæíåéøèì èñòî÷íèêîì ýíåðãèè äëÿ îðãàíèçìà ÷åëîâåêà. Îêèñëåíèå 1 ã æèðîâ ïðèâîäèò ê âûñâîáîæäåíèþ 38,9 êÄæ (9,3 êêàë) ýíåðãèè. Ïîòðåáíîñòü â æèðàõ îïðåäåëÿåòñÿ ýíåðãåòè÷åñêèìè ïîòðåáíîñòÿìè îðãàíèçìà â öåëîì è ñîñòàâëÿåò â ñðåäíåì 80—100 ã â ñóòêè. Çíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü ýíåðãåòè÷åñêèõ ïîòðåáíîñòåé ïå÷åíè, ìûøö, ïî÷åê (íî íå ìîçãà) ïîêðûâàåòñÿ çà ñ÷¸ò îêèñëåíèÿ æèðîâ. Îáìåí âîäû è ìèíåðàëüíûõ ñîëåéÂîäà íàèáîëåå ðàñïðîñòðàí¸ííîå âåùåñòâî â íàøåì îðãàíèçìå. Âçðîñëûé ÷åëîâåê ñîñòîèò èç âîäû ïðèáëèçèòåëüíî íà 65%, à ÷åëîâå÷åñêèé çàðîäûø ñîäåðæèò îêîëî 90% âîäû.  ñóòêè îðãàíèçì ÷åëîâåêà òåðÿåò îêîëî 2,0—2,5 ë âîäû. Ñòîëüêî æå îí ïîëó÷àåò â ñóììå ñ ïèòü¸ì (1 ë) è ïèùåé (1 ë). Âîäà è ðàñòâîð¸ííûå â íåé ìèíåðàëüíûå ñîëè âñàñûâàþòñÿ ïî âñåìó æåëóäî÷íî-êèøå÷íîìó òðàêòó, íî áîëüøå âñåãî ÷åðåç âîðñèíêè òîíêîãî êèøå÷íèêà. Îáåçâîæèâàíèå îðãàíèçìà ïðèâîäèò ê áûñòðîé ãèáåëè. ×åëîâåê áåç âîäû ìîæåò ïðîæèòü íå áîëåå 5— 6 äíåé, òîãäà êàê áåç ïèùè îí ìîæåò îáõîäèòüñÿ áîëåå 50 äíåé. Îðãàíèçì, ïîìèìî âîäû, íóæäàåòñÿ â ïîñòîÿííîì ïîñòóïëåíèè ìèíåðàëüíûõ ñîëåé. È õîòÿ îíè ñîñòàâëÿþò íå áîëåå 4% îò ìàññû òåëà, íàáîð èõ î÷åíü ðàçíîîáðàçåí.  ñóòêè â îðãàíèçì ÷åëîâåêà äîëæíî ïîñòóïàòü ñ ïèùåé è ïèòü¸ì íå ìåíåå 4,4 ã íàòðèÿ, 5 ã õëîðà, 2 ã êàëèÿ, 1 ã êàëüöèÿ, 1 ã ôîñôîðà, 0,2 ã æåëåçà. Ýòè âåùåñòâà íàçûâàþò ìàêðîýëåìåíòàìè. Õèìè÷åñêèå ýëåìåíòû, ñîäåðæàùèåñÿ â îðãàíèçìå â íèçêèõ êîíöåíòðàöèÿõ (äîëÿõ ìèëëèãðàììà), íî íåîáõîäèìûå äëÿ åãî íîðìàëüíîé æèçíåäåÿòåëüíîñòè, íàçûâàþò ìèêðîýëåìåíòàìè. Îíè âëèÿþò íà ðîñò, ðàçìíîæåíèå, êðîâåòâîðåíèå è äðóãèå ïðîöåññû. Ê ìèêðîýëåìåíòàì îòíîñÿò ìåäü, èîä, öèíê, ôòîð, ìàãíèé è ìíîãèå äðóãèå âåùåñòâà. Ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî â îðãàíèçìå ÷åëîâåêà îáíàðóæåíà áîëüøàÿ ÷àñòü ýëåìåíòîâ òàáëèöû Ä. È. Ìåíäåëååâà. Ìîÿ ëàáîðàòîðèÿÎáìåí âåùåñòâ â êëåòêå. Ñîâîêóïíîñòü âñåõ ðåàêöèé, ñâÿçàííûõ ñ îáìåíîì âåùåñòâ (îáû÷íî íà óðîâíå êëåòêè), íàçûâàþò ìåòàáîëèçìîì. Ïðè ýòîì ñîâîêóïíîñòü ðåàêöèé áèîñèíòåçà íåîáõîäèìûõ îðãàíèçìó âåùåñòâ, ñîïðîâîæäàþùèõñÿ çàòðàòàìè ýíåðãèè, íàçûâàþò àññèìèëÿöèåé èëè àíàáîëèçìîì, à ñîâîêóïíîñòü ðåàêöèé ðàñïàäà âåùåñòâ, ãëàâíûì îáðàçîì ïèùåâîãî ïðîèñõîæäåíèÿ, ñîïðîâîæäàþùèõñÿ ïîëó÷åíèåì è çàïàñàíèåì ýíåðãèè, — äèññèìèëÿöèåé èëè êàòàáîëèçìîì. Î÷åâèäíî, ÷òî äèññèìèëÿöèÿ áåç àññèìèëÿöèè è íàîáîðîò íåâîçìîæíû.  çäîðîâîì îðãàíèçìå îáà ïðîöåññà ñòðîãî ñáàëàíñèðîâàíû, õîòÿ â ïåðèîä áûñòðîãî ðîñòà àññèìèëÿöèÿ ìîæåò âðåìåííî ïðåîáëàäàòü íàä äèññèìèëÿöèåé. Ïîäñ÷èòàíî, ÷òî âçðîñëîìó ÷åëîâåêó äëÿ íîðìàëüíîé æèçíåäåÿòåëüíîñòè íåîáõîäèìî íå ìåíåå 1500—1700 êêàë â ñóòêè. Èç ýòîãî êîëè÷åñòâà ýíåðãèè íà ñîáñòâåííûå íóæäû îðãàíèçìà óõîäèò 15—35%, à îñòàëüíîå çàòðà÷èâàåòñÿ íà òåïëî. Íîâûå ïîíÿòèÿ Ïëàñòè÷åñêèé îáìåí. Ýíåðãåòè÷åñêèé îáìåí. Áèîëîãè÷åñêîå îêèñëåíèå. Êàëîðèÿ Îòâåòüòå íà âîïðîñû 1. ×òî òàêîå îáìåí âåùåñòâ? 2. ×òî ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ïëàñòè÷åñêèé è ýíåðãåòè÷åñêèé îáìåí è ãäå îíè ïðîèñõîäÿò? 3. Êàêîå çíà÷åíèå äëÿ îáìåíà âåùåñòâ èìååò ÀÒÔ? 4. Êàêèå åäèíèöû èñïîëüçóþò äëÿ îáîçíà÷åíèÿ ýíåðãèè, çàïàñ¸ííîé â ïèòàòåëüíûõ âåùåñòâàõ, è êàêîâû îñîáåííîñòè èõ âçàèìíîãî ïåðåñ÷¸òà? 5. Îõàðàêòåðèçóéòå îñîáåííîñòè îáìåíà îñíîâíûõ âåùåñòâ â îðãàíèçìå ÷åëîâåêà. ÏÎÄÓÌÀÉÒÅ! Êàê ìîæíî äîêàçàòü, ÷òî ýíåðãèÿ â îðãàíèçìå ÷åëîâåêà âèäîèçìåíÿåòñÿ?
|
|
|