Обмен веществ и энергии - это совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в живых организмах, а также обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой.

Наряду с обменом органических веществ в организме человека осуществляется водный и солевой обмен. Эти вещества не являются источниками энергии и питательными веществами, но их значение для организма очень велико. Вода входит в состав клеток, межклеточной и тканевой жидкости, плазмы и лимфы. Общее ее количество в организме человека составляет 70%. В клетках вода химически связана с белками, углеводами и другими соединениями. Она растворяет органические и неорганические соединения. Всасывание питательных веществ в кишечнике, их поглощение клетками из тканевой жидкости и выведение из клеток конечных продуктов обмена может осуществляться только в растворенном состоянии и при участии воды. Вода - непосредственный участник всех реакций гидролиза.

Суточная потребность в воде взрослого человека 2,5-3 л. Эта потребность зависит от условий и температуры среды. Поступает вода в организм при питье и в составе пищи. В тонком и толстом отделах кишечника вода всасывается в кровь, откуда она поступает в ткани, а из них вместе с продуктами распада проникает в кровь и лимфу. Из организма вода выводится в основном через почки, а также кожу, легкие (в виде пара) и с калом. Обмен воды в организме тесно связан с обменом солей.

Цель работы – рассмотреть особенности обмена веществ и энергии в организме.

Задачи работы – рассмотреть виды обмена веществ, определить сущность сторон процесса обмена веществ, рассмотреть нормы питания.

1. Виды обмена веществ

Все происходящие в организме преобразования вещества и энергии объединены общим названием - метаболизм (обмен веществ). На клеточном уровне эти преобразования осуществляются через сложные последовательности реакций, называемые путями метаболизма, и могут включать тысячи разнообразных реакций. Эти реакции протекают не хаотически, а в строго определенной последовательности и регулируются множеством генетических и химических механизмов. Метаболизм можно разделить на два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса: анаболизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция).

Анаболизм - это совокупность процессов биосинтеза органических веществ (компонентов клетки и других структур органов и тканей). Он обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также накопление энергии (синтез макроэргов). Анаболизм заключается в химической модификации и перестройке поступающих с пищей молекул в другие более сложные биологические молекулы. Например, включение аминокислот в синтезируемые клеткой белки в соответствии с инструкцией, содержащейся в генетическом материале данной клетки.

Катаболизм - это совокупность процессов расщепления сложных молекул до более простых веществ с использованием части из них в качестве субстратов для биосинтеза и расщеплением другой части до конечных продуктов метаболизма с образованием энергии. К конечным продуктам метаболизма относятся вода (у человека примерно 350 мл в день), двуокись углерода (около 230 мл/мин), окись углерода (0,007 мл/мин), мочевина (около 30 г/день), а также другие вещества, содержащие азот (примерно б г/день).

Катаболизм обеспечивает извлечение химической энергии из содержащихся в пище молекул и использование этой энергии на обеспечение необходимых функций. Например, образование свободных аминокислот в результате расщепления поступающих с пищей белков и последующее окисление этих аминокислот в клетке с образованием СО2, и Н2О, что сопровождается высвобождением энергии.

Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динамического равновесия. Преобладание анаболических процессов над катаболическими приводит к росту, накоплению массы тканей, а преобладание катаболических процессов ведет к частичному разрушению тканевых структур. Состояние равновесного или неравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от возраста (в детском возрасте преобладает анаболизм, у взрослых обычно наблюдается равновесие, в старческом возрасте преобладает катаболизм), состояния здоровья, выполняемой организмом физической или психоэмоциональной нагрузки[1].

2. Две стороны единого процесса обмена веществ

Процессы обмена веществ, или метаболизм, тонко согласованы друг с другом, протекают в определенной последовательности. Совокупность реакций биологического синтеза, требующих затрат энергии, называют анаболизмом. К анаболическим процессам относятся биологический синтез белков, жиров, липоидов, нуклеиновых кислот. За счет этих реакций сравнительно простые вещества, поступая в клетки, с участием ферментов превращаются в вещества самого организма. Анаболизм создает основу для непрерывного обновления износившихся структур. Энергия для анаболических процессов поставляется реакциями катаболизма, при которых происходит расщепление молекул сложных органических веществ с освобождением энергии. Конечные продукты катаболизма - вода, углекислый газ, аммиак, мочевина, мочевая кислота и др. - недоступны для дальнейшего биологического окисления в клетке и удаляются из организма. Процессы анаболизма и катаболизма неразрывно связаны. Катаболические процессы поставляют для анаболизма энергию и исходные вещества; анаболические процессы приводят к построению структур, идущих на восстановление отмирающих клеток, формирование новых тканей в связи с процессами роста организма. Для синтеза гормонов, ферментов и других соединений, необходимых для жизнедеятельности клетки, а также поставляют для реакций катаболизма подлежащие расщеплению макромолекулы. Все процессы метаболизма катализируются и регулируются ферментами - веществами белковой природы. Ферменты являются теми биологическими катализаторами, которые «запускают» реакции в клетках организма.

Ассимиляция (от латинского assimilatio - уподобление, отождествление), анаболизм, процесс образования веществ в растениях, при котором организм воспринимает извне различные элементы среды, превращая их в ассимиляты. Реакции процесса А. тесно связаны и сопряжены с таковыми процесса диссимиляции, составляя две стороны единого процесса обмена веществ и энергии всякого живого организма. Эта связь проявляется не только в слаженности и строгой последовательности слагающих их биохимич. реакций, но и в энергии, которая необходима для осуществления первичного синтеза и дальнейшего превращения органических соединений. Одной из важнейших энергетич. систем, обусловливающих сопряженность обменных реакций в виноградном растении, является наличие аденозинфосфорных кислот. Различают 3 наиболее важных показателя, характеризующих процесс ассимиляции.

Ассимиляционная депрессия - уменьшение интенсивности ассимиляции под влиянием неблагоприятных факторов внешней среды и внутреннего состояния растения; понижение интенсивности фотосинтеза и повышение интенсивности дыхания, при котором уровень газообмена углекислоты растения на свету близок или ниже компенсационной точки. Частая по периодичности и длительная по продолжительности ассимиляционная депрессия отрицательно сказывается на общей продуктивности виноградного растения. Ассимиляционная депрессия наблюдается в условиях жаркого климата, с резким и сильным повышением и понижением температуры, при атмосферной и почвенной засухе, понижении уровня водообеспеченности растений. У листьев винограда она наблюдается при температуре 30°-35°С, зависит от степени адаптации растения к факторам внешней среды, его физиологического состояния. Ассимиляционная депрессия у старых листьев винограда выражена сильнее, чем у молодых и ксероморфных, у которых она проявляется слабее или может отсутствовать. У виноградных насаждений, культивируемых при орошении, даже кратковременное ухудшение водного режима приводит к сильной ассимиляционной депрессии. Ярковыраженная ассимиляционная депрессия наблюдается при резкой смене светового и температурного режимов, при выносе привитых черенков из условий недостаточного освещения на интенсивный солнечный свет и др.

Ассимиляционная сила - совокупность конечных, устойчивых продуктов световой стадии фотосинтеза: аденозинтрифосфата (АТФ) и никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФ, Н2), которые синтезируются в мембранах хлоропластов, диффундируют в матрикс, используются в реакциях усвоения углерода. У виноградного растения на усвоение одной молекулы СОг затрачиваются 3 молекулы АТФ и 2 молекулы НАДФ, Н2. Количественное их отношение существенно влияет на соотношение продуктов фотосинтеза. При экстремальных условиях в пластидах виноградного листа возникает дефицит АТФ, что приводит к снижению синтеза высокополимерных и увеличению мономерных соединений.

Ассимиляционное число - отношение между интенсивностью фотосинтеза и содержанием хлорофилла в листе. Оно выражается соотношением: мг СО2, поглощенного листом мг хлорофилла час и используется при оценке фотобиологической активности хлорофилла, особенно если расчет выполнен в молярных показателях (моль СО2/ моль хлорофилла в 1 ч). У виноградного растения ассимиляционное число равно 4-8, величина которого меняется в течение вегетации растений. Экологические факторы и агротехнического мероприятия оказывают влияние на уровень и направленность процессов ассимиляции и на распределение ассимилятов между вегетативными и репродуктивными органами виноградного растения, определяя величину и качество биологического и хозяйственного урожаев.

Процесс распада органических веществ противоположен процессу ассимиляции и называется диссимиляцией. Подобного типа реакции идут с поглощением кислорода, поэтому расщепление органических веществ связано с окислением, а освобождающаяся при этом энергия идет на синтез АТФ, необходимой для ассимиляции.

Таким образом, ассимиляция и диссимиляция - это две противоположные, но взаимно связанные стороны единого процесса - обмена веществ. При нарушении ассимиляции и диссимиляции расстраивается весь обмен веществ. Непрерывный распад и окисление органических соединений возможны лишь тогда, когда количество этих веществ в клетках постоянно пополняется.

3. Витамины и нормы питания

Витамины – вещества, относящиеся к незаменимым факторам питания человека и животных.

Открытие витаминов связано с именем русского ученого Н.И. Лукина, который в 1880 г. экспериментально установил, что в пищевых продуктах имеются неизвестные факторы питания, необходимые для жизни.

Термин «витамины» в 1912 г. предложил польский ученый К. Функ.

Витамины поступают в организм с пищей. Некоторые из них синтезируются в кишечнике под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов, но образующиеся количества витаминов обычно не удовлетворяют потребности организма. Витамины участвуют в регуляции обмена веществ; многие из них обладают каталитическими свойствами, т.е. способностью стимулировать химические реакции, протекающие в организме, а также активно участвуют в образовании ферментов. Витамины влияют на усвоение пищевых веществ, способствуют нормальному росту и развитию организма[2].

Заболевания, развивающиеся при недостатке витаминов в организме, называются авитаминозами. Здоровому взрослому человеку требуется в сутки всего несколько миллиграммов различных витаминов. Экспериментально было доказано, что витамины входят в состав ферментов, которые, являясь биологическими катализаторами, ускоряют обмен веществ. При недостатке витаминов ферменты оказываются неполноценными, что приводит к нарушению обмена веществ. Витамины образуются в растительных организмах, но имеются и в продуктах животного происхождения. Обозначаются они заглавными буквами латинского алфавита: А, В, С, D, Е, К, РР, Н. Некоторые буквы, например В, охватывают целые группы: от B1 до B15. Одни из них растворимы в жирах (А, D, Е), другие - в воде (В, С).

Важнейший из витаминов - витамин А. Его называют витамином роста, он участвует в окислительно-восстановительных реакциях обмена. При нехватке в организме витамина А наблюдается сухость кожи, сухость роговицы глаза и ее помутнение. С недостатком витамина А связано нарушение сумеречного зрения («куриная слепота»). Наиболее богаты витамином А печень рыб, сливочное масло, молоко, морковь, абрикосы и др.

Витамин С, или аскорбиновая кислота, синтезируется в растениях и накапливается в шиповнике, лимоне, черной смородине, зеленом луке, плодах клюквы и др. В настоящее время разработан промышленный синтез витамина С. При его недостатке развивается цинга. Особенно чувствуется нехватка витамина С к весне (у человека появляется сонливость, усталость, апатия).

Витамин D играет важную роль в обмене кальция, фосфора и в целом - в процессе образования костей. При отсутствии витамина D соли кальция и фосфора не откладываются в костях, а выводятся из организма и поэтому кости, особенно у детей, размягчаются. Под тяжестью тела ноги искривляются, на ребрах образуются утолщения - четки, задерживается развитие зубов. Наиболее богаты витамином D печень рыб, сливочное масло, икра, желток яйца. Растения содержат вещество, близкое к витамину D, - эргостерин, который под влиянием солнечных и ультрафиолетовых лучей переходит в витамин D. Эргостерин находится в коже человека, поэтому для детей необходимо пребывание на солнце.

Витамины группы В (B1, В2, В6, B12 и др.) регулируют многие ферментативные реакции обмена веществ, особенно обмена белков, аминокислот, нуклеиновых кислот. При их недостатке нарушаются функции нервной системы (например, болезнь бери-бери), желудочно-кишечного тракта (поносы), кроветворных органов (злокачественное малокровие) и др. Эти витамины содержатся в печени млекопитающих и некоторых рыб, в почках, петрушке и др[3].

Авитаминозы, возникающие от недостатка витаминов, могут развиться как в случае нехватки одного из витаминов, так и нескольких из них. Расстройства здоровья человека возможны и при избытке витаминов.

Как известно, макро- и микроэлементы, или минералы, как их теперь называют на западный манер, играют очень важную и существенную роль в человеческом организме. Ввиду этой важности некоторые несложные и практически применимые факты о них должен знать не только специалист, но и любой человек, желающий сам заботиться о своем здоровье.

Пища поставляет необходимые организму пищевые вещества и энергию. Энергетическую ценность пищи называют калорийностью[4].

ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ

ЭР - эквивалент ретинола; 1мг эквивалента ретинола равен 3333 МЕ витамина А;

ЭТ - эквивалент токоферола; равен 1мг Дл-альфа-токоферола или 1,49 мг Дл-альфа-токоферолацетата;

МЕ - международные единицы.

Степень безопасности при 100 кратном увеличении дозы:

·        полностью безопасен;

** граница риска;

*** будьте осторожны. 

ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ

Заключение

Обмен веществ и энергии - основное свойство живого. В цитоплазме клеток органов и тканей постоянно идет процесс синтеза сложных высокомолекулярных соединений и одновременно с этим - их распад с выделением энергии и образованием простых низкомолекулярных веществ - диоксида углерода, воды, аммиака и др.

Процесс синтеза органических веществ называется ассимиляцией или пластическим обменом.

В ходе ассимиляции обновляются органоиды клетки и накапливается запас энергии.

Распад структурных элементов клетки сопровождается выделением заключенной в химических связях энергии, а конечные продукты распада, вредные для организма, выводятся за пределы клетки и затем из организма.

Обмен веществ и энергии способствует постоянному, непрерывному обновлению органов и тканей без изменения их химического состава.

Основные классы веществ (белки, жиры, углеводы и др.) играют различную роль в процессах обмена[5].

Обмен веществ у живых организмов заключается в поступлении из внешней среды различных веществ, в превращении и использовании их в процессах жизнедеятельности и в выделении образующихся продуктов распада в окружающую среду.

Список литературы

1.     Биология: Учебник. / Под ред. И.К. Козлова. М.: Издательство «НОРМА», 2001.

2.     Биология: Учебник для средней школы / Под ред. Н.Г. Москалевой, А.С. Хромова. М.: Издательство «ПОЛИГРАФФ», 2000.

3.     Домашняя медицинская энциклопедия. Гл. ред. В.И. Покровский. М.: «Медицина», 1993.

4.     Ерш М.Э. Биология. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2005.

5.     Панина А.С., Юрышева Е.И. Биология. СПб: Питер, 2003.

[1] Панина А.С., Юрышева Е.И. Биология. СПб: Питер, 2003. С. 189-191.

[2] Биология: Учебник для средней школы / Под ред. Н.Г. Москалевой, А.С. Хромова. М.: Издательство «ПОЛИГРАФФ», 2000.

[3] Биология: Учебник. / Под ред. И.К. Козлова. М.: Издательство «НОРМА», 2001. С. 99.

[4] Домашняя медицинская энциклопедия. Гл. ред. В.И. Покровский. М.: «Медицина», 1993. С. 314.

[5] Ерш М.Э. Биология. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2005. С. 113.