Роль белков, жиров, углеводов, минеральных веществ и витаминов в метаболизме

Потребность организма в пластических веществах может быть удовлетворена тем минимальным уровнем их поступления с пищей, который уравновешивает потери структурных белков, липидов и углеводов. Эти потребности индивидуальны и зависят от таких факторов, как возраст человека, состояние здоровья, интенсивность и вид труда.

Человек получает в составе пищевых продуктов заключенные в них пластические вещества, минеральные вещества и витамины. Суточная потребность человека в белках, жирах и углеводах представлена в разделе 12.5. Белки и их роль в организме
Белки в организме находятся в состоянии непрерывного обмена и обновления. У здорового взрослого человека количество распавшегося за сутки белка равно количеству вновь синтезированного. Животные существа могут усваивать азот только в составе аминокислот, поступающих в организм с белками пищи. Десять аминокислот из 20 (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, триптофан, треонин, фенилаланин, аргинин и гистидин) в случае их недостаточного поступления с пищей не могут быть синтезированы в организме. Эти аминокислоты называют незаменимыми. Другие десять аминокислот (заменимые) не менее важны для жизнедеятельности, чем незаменимые, но в случае недостаточного поступления с пищей заменимых аминокислот они могут синтезироваться в организме. Важным фактором обмена белков организма является повторное использование (реутилизация) аминокислот, образовавшихся при распаде одних белковых молекул, для синтеза других.
Скорость распада и обновления белков организма различна. Полупери- од распада гормонов пептидной природы составляет минуты или часы, белков плазмы крови и печени —около 10 сут, белков мышц — около 180 сут. В среднем все белки организма человека обновляются за 80 сут. О суммарном количестве белка, подвергшегося распаду за сутки, судят по количеству азота, выводимого из организма человека. В белке содержится около 16 % азота (т. е. в 100 г белка — 16 г азота). Таким образом, выделение организмом 1 г азота соответствует распаду 6,25 г белка. За сутки из организма взрослого человека выделяется около 3,7 г азота. Из этих данных следует, что масса белка, подвергшегося за сутки полному разрушению, составляет 3,7 х 6,25 = 23 г, или 0,028—0,075 г азота на 1 кг массы тела в сутки (коэффициент изнашивания по Рубнеру).
Если количество азота, поступающего в организм с пищей, равно количеству азота, выводимого из организма, принято считать, что организм находится в состоянии азотистого равновесия. В случаях, когда в организм поступает азота больше, чем его выделяется, говорят о положительном азотистом балансе (задержке, ретенции азота). Такие состояния бывают у человека при увеличении массы мышечной ткани, в период роста организма, беременности, выздоровления после тяжелого истощающего заболевания.
Состояние, при котором количество выводимого из организма азота превышает его поступление в организм, называют отрицательным азотистым балансом. Оно имеет место при питании неполноценными белками, когда в организм не поступают какие-либо из незаменимых аминокислот, при белковом голодании или при полном голодании.
Белки, использующиеся в организме в первую очередь в качестве пластических веществ, в процессе их разрушения освобождают энергию для синтеза в клетках АТФ и образования тепла.
Всемирной организацией здравоохранения рекомендуется потребление белка не менее 0,75 г/кг в сутки, или для взрослого здорового человека массой 70 кг не менее 52,5 г легкоусвояемого полноценного белка. Липиды и их роль в организме
Липиды организма человека — это, главным образом, нейтральные сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот — триглицериды, фосфолипиды и стерины. Высшие жирные кислоты, входящие в состав сложных липидных молекул в виде углеводородных радикалов, бывают насыщенными и ненасыщенными, содержащими одну и более двойных связей. Липиды играют в организме энергетическую и пластическую роль. По сравнению с молекулами углеводов и белков молекула липидов является более энергоемкой. Поэтому при окислении липидов в организме образуется больше молекул АТФ и тепла. За счет окисления жиров обеспечивается около 50 % потребности в энергии взрослого организма. Запасы нейтральных жиров-триглицеридов в жировых депо человека в среднем составляют 10—20 % массы его тела. Из них около половины локализуется в подкожной жировой клетчатке. Кроме того, значительные запасы нейтрального жира откладываются в большом сальнике, околопочечной клетчатке, в области гениталий и между мышцами. Жиры, откладываясь в жировых депо, служат долгосрочным резервом питания организма.
Жиры являются источником образования эндогенной воды. При окислении 100 г нейтрального жира в организме образуется около 107 г воды. Если в удовлетворении энергетических потребностей организма основную роль играют нейтральные молекулы жира (триглицериды), то пластическая функция липидов в организме осуществляется, главным образом, за счет фосфолипидов, холестерина, жирных кислот. Эти липидные молекулы являются структурными компонентами клеточных мембран (липопротеинов) и предшественниками синтеза стероидных гормонов, желчных кислот и простагландинов. Клеточные липиды
В состав клеточных липидов входят фосфолипиды и холестерин, являющиеся необходимыми структурными компонентами поверхностной и внутриклеточных мембран. Триглицериды откладываются в клетках в виде жировых капель, формируя жировые депо. Последние являются не инертной массой, а активной динамической тканью, в которой запасенные жиры подвергаются постоянному расщеплению и ресинтезу. При действии на организм холода, в состоянии голода, при физической или психоэмоциональной нагрузке происходит интенсивное расщепление (липолиз) запасенных триглицеридов. Образующиеся при этом неэстерифицированные жирные кислоты используются в организме как энергодающие или как пластические вещества, необходимые для синтеза сложных липидных молекул. В условиях покоя после приема пищи происходят ресинтез и отложение нейтральных липидов в подкожной жировой клетчатке, брюшной полости, мышцах. Бурый жир
Такой оттенок жировой ткани придают окончания симпатических нервных волокон, а также многочисленные митохондрии, содержащиеся в клетках этой ткани. Поэтому бурый жир легко мобилизуется для обеспечения энергетических потребностей организма. Он располагается в межлопаточной области, вдоль крупных сосудов грудной и брюшной полостей, в затылочной области шеи. Масса бурой жировой ткани достигает у взрослого 0,1 % массы тела. В митохондриях жировых клеток имеется полипептид молекулярной массой 32 000, способный разобщать идущие здесь процессы окисления и образования АТФ. Результатом такого разобщения является образование в бурой жировой ткани в ходе метаболизма жира значительно большего количества тепла, чем в белой жировой ткани. Бурая жировая ткань участвует в теплопродукции. Липиды плазмы крови
Липидные молекулы, обладая гидрофобными свойствами, не могут растворяться в водной среде или образовывать молекулярную взвесь. Попадая в значительных количествах в кровь при переломе крупных трубчатых костей или при переливании неустойчивых жировых эмульсий, они формируют липидные капельки и могут вызвать закупорку сосудов — жировую эмболию. В физиологических условиях в эпителиальных клетках тонкого кишечника и клетках печени из белковых молекул (апопротеинов), фосфолипидов, холестерина, эфиров холестерина и триглицеридов формируются транспортные частицы, называемые липопротеинами. По показателям молекулярной массы, размеров и плотности липопротеины крови подразделяют на классы: хиломикроны, липопротеины очень низкой плотности, липопротеины низкой плотности и липопротеины высокой плотности.
Липидные молекулы, поступившие из кишечника в эпителиоциты, упаковываются в транспортные частицы экзогенных липидов, главным образом в хиломикроны. Хиломикроны через лимфатические сосуды и протоки поступают в кровоток. Под действием липопротеидлипазы эндотелия капилляров главный компонент хиломикронов — нейтральные триглицериды — расщепляются до глицерина и свободных жирных кислот. Часть жирных кислот может связываться с альбумином, а глицерин и свободные жирные кислоты поступают в жировые клетки и реэстерифицируются в триглицериды. Остатки хиломикронов крови захватываются гепатоцитами по механизму экзоцитоза и разрушаются в лизосомах.
В печени формируются липопротеины для транспорта синтезированных в ней липидных молекул. Это липопротеины очень низкой и липопротеины низкой плотности, которые транспортируются из печени к другим тканям.
Как простые, так и сложные липидные молекулы могут синтезироваться в организме. Исключением являются полиненасыщенные линолевая, ли- ноленовая и арахидоновая жирные кислоты, синтез которых в организме не осуществляется, и они должны поступать с пищей. Эти кислоты, получившие название незаменимых, входят в состав молекул фосфолипидов. Из арахидоновой кислоты, отщепляемой от молекулы мембранных фосфолипидов, образуются простагландины, простациклины, тромбоксаны, лей- котриены. Отсутствие в пищевых продуктах или недостаточное поступление в организм незаменимых жирных кислот приводит к задержке роста, нарушению функции почек, заболеваниям кожи, бесплодию. Углеводы и их роль в организме
Организм человека получает углеводы, главным образом, в виде растительного полисахарида крахмала и в небольшом количестве в виде животного полисахарида гликогена. В желудочно-кишечном тракте осуществляется их расщепление до уровня моносахаридов (глюкозы, фруктозы, лактозы, галактозы). Моносахариды, основным из которых является глюкоза, всасываются в кровь и через воротную вену поступают в печеночные клетки. Здесь фруктоза и галактоза превращается в глюкозу. Внутриклеточная концентрация глюкозы в гепатоцитах близка к ее концентрации в крови. При избыточном поступлении в печень глюкозы она фосфорилируется и превращается в резервную форму ее хранения — гликоген. Количество гликогена может составлять у взрослого человека 150—200 г. В случае ограничения потребления пищи или по мере снижения концентрации глюкозы в крови происходит расщепление гликогена и поступление глюкозы в кровь. Концентрация глюкозы в крови через 3—4 ч после приема пищи поддерживается на уровне 0,8—1,0 г/л.
Такой же процесс перехода глюкозы в кровь осуществляется, когда ее концентрация в клетке повышается за счет глюконеогенеза — синтеза глюкозы из лактата или аминокислот. В течение первых 12 ч и более после приема пищи поддержание концентрации глюкозы в крови и обеспечение потребности организма в углеводах реализуются за счет распада гликогена в печени. Вслед за истощением запасов гликогена усиливается синтез ферментов, обеспечивающих глюконеогенез.
Глюкоза, являющаяся источником энергии для процессов жизнедеятельности и, в частности, главным источником энергии для клеток мозга, выполняет в организме и пластические функции. Так, в ходе ее окисления образуются промежуточные продукты — пентозы, которые являются составной частью молекулы нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Глюкоза необходима для синтеза некоторых аминокислот, синтеза и окисления липидов, полисахаридов.
Следовательно, обмен углеводов является необъемным компонентом единого метаболизма. Минеральные вещества и их роль в организме
Минеральные вещества растворены в жидкостях, составляющих внутреннюю среду организма, а также в цитоплазме клеток. Образуемый ими полиэлектролит создает необходимые условия для осуществления многочисленных химических реакций. Минеральные вещества являются кофакторами ферментативных реакций, создают необходимый уровень осмотического давления, обеспечивают кислотно-основное равновесие, участвуют в процессах свертывания крови, создают мембранный потенциал и потенциал действия возбудимых клеток.
Данные о физиологической роли, суточной потребности и пищевых источниках минеральных веществ приведены в табл. 12.1.
Таблица 12.1. Физиологическая роль, суточная потребность организма и источник поступления минеральных веществ

Вещества	Физиологическая роль, суточная потребность	Источник
Натрий	Содержится в больших количествах во внеклеточной жидкости и плазме крови. Играет важнейшую роль в процессах возбуждения, поддержании осмотического давления, распределении и выведении воды из организма; участвует в формировании бикарбонатной буферной системы. Суточная потребность — 2—3 г, а в виде NaCl — 5 г	Поваренная соль, в составе растительной и животной пищи, в жидкостях, потребляемых при питье
Кальций	Один из наиболее важных минеральных элементов организма. Выполняет функцию структурного компонента в тканях зубов и костей. В этих тканях содержится около 99 % от общего количества Са2+ в организме. Необходим для осуществления процессов свертывания крови, возбуждения клеток, синаптической передачи, сокращения мыщц, вторичный посредник в регуляции внутриклеточного метаболизма и др. Суточная потребность — 0,8 г	Молоко и молочные продукты, овощи, зеленые листья
Калий	Содержится преимущественно внутри клеток, а также в жидкостях внутренней среды. Играет важную роль в процессах реполяризации после возбуждения в нервных волокнах, сокращении мышц, в том числе миокарда. Суточная потребность — 2—3 г	Потребность при нормальном питании удовлетворяется за счет пищевого калия. Наиболее богаты мясо, овощи, орехи сухофрукты
Хлор	Содержится как во внеклеточной, так и во внутриклеточной жидкости. Играет роль в процессах	Поваренная соль, в составе растительной и живот-

Продолжение

Вещества	Физиологическая роль, суточная потребность	Источник
	возбуждения и торможения, в синаптической передаче, образовании соляной кислоты желудочного сока. Суточная потребность — 3—5 г	ной пищи; в жидкостях, потребляемых при питье
Фосфор	Около 80 % в виде минеральных веществ содержится в костях и зубах. В составе .фосфолипидов входит в структуру клеточных мембран, липопротеидов. В составе АТФ и ее производных играет большую роль в метаболизме, осуществлении важнейших физиологических процессов. Суточная потребность около 0,7—0,8 г	Пищевые продукты, в особенности молоко, мясо, яйца, рыба, орехи, злаки
Железо	Около 65 % содержится в гемоглобине крови, находится в скелетных мышцах, печени, селезенке, костном мозге, в составе ферментов. Основная функция — связывание кислорода. Суточная потребность — 10—15 мг	Пищевые продукты, в особенности мясо, печень, свежая рыба, яйца, сухофрукты, орехи
Йод	Важнейший компонент гормонов и предшественников гормонов щитовидной железы. Суточная потребность —0,15—0,3 мг	Йодированная поваренная соль, морепродукты, рыбий жир, овощи, выращенные на обогащенных йодом почвах
Медь	Содержится в печени, селезенке. Играет роль в процессах всасывания железа, образовании гемоглобина, пигментации. Суточная потребность — 2—5 мг	Пищевые продукты, в особенности яйца, печень, почки, рыба, шпинат, сухие овощи, виноград
Фтор	Содержится в зубных тканях и необходим для сохранения их целостности. Суточная потребность — 1 мг. При пятикратной передозировке токсичен	Пищевые продукты, фторированная NaCl, фторированные зубные пасты и растворы
Магний	Содержится в костной ткани, необходим для ее образования, а также нормального осуществления функции мышечной и нервной тканей. Необходим для синтеза многих коферментов. Суточная потребность — 250—350 мг	Мясо, молоко, целые зерна
Сера	Входит в состав аминокислот, белков (инсулин) и витаминов (В,, Н), суточная потребность предположительно равна 1 г	Пищевые продукты, в особенности мясо, печень, рыба, яйца
Цинк	Важный компонент ряда ферментов. Необходим для нормального роста. Суточная потребность — 10—15 мг	Пищевые продукты: крабы, мясо, бобы, яичный желток
Кобальт	Входит в состав витамина В12 и необходим для нормального осуществления эритропоэза. Суточная потребность точно не известна, предположительно 100—200 мкг	Печень

Йод, железо, медь, марганец, цинк, фтор, хром, кобальт относятся к группе микроэлементов; они содержатся в пище и воде в чрезвычайно малых количествах, но необходимы для осуществления метаболических процессов, так как входят в состав молекулы ферментов, гормонов и витаминов. Сведения, приведенные в табл. 12.1, необходимы для анализа пищевого рациона человека с целью научно обоснованной его коррекции. Вода и ее роль в организме — см. раздел 14.3. Водно-солевой обмен Витамины и их роль в организме
Витамины — группы разнородных по химической природе веществ, не синтезируемых или синтезируемых в недостаточных количествах в организме, но необходимых для нормального осуществления обмена веществ, роста, развития организма и поддержания здоровья. Эти вещества не являются непосредственными источниками энергии и не выполняют пластических функций. Они являются составными компонентами ферментных систем и играют роль катализаторов в обменных процессах. Сведения об источниках витаминов, их суточной потребности для взрослого человека и значении в осуществлении физиологических функций приведены в табл. 12.2.
Таблица 12.2. Физиологическая роль, потребность организма и источник поступления витаминов

Вита мин	Суточная потребность взрослого человека	Основные источники	Физиологическая роль	Признаки недостаточности
А* (ре-	А,-	Животные жи-	Необходим для синтеза	Нарушаются функции
тинол)	0,9 мг, бета-каротин — 1,8 мг	ры, мясо, рыба, яйца, молоко	зрительного пигмента родопсина; оказывает влияние на процессы роста, размножения, пролиферации и ороговения эпителия	сумеречного зрения, роста, развития и размножения. Развивается сухость поверхности конъюнктивы и роговицы, изъязвление роговицы
D (каль цифе рол)	2,5 мкг	Печень и мясо млекопитающих, печень рыб, яйца	Необходим для всасывания из кишечника ионов кальция и для обмена в организме кальция и фосфора	Недостаточное поступление в детском возрасте приводит к развитию рахита, что проявляется нарушением окостенения и роста костей, их декальцификацией и размягчением
РР** (никотиновая кислота)	150 мг	Мясо, печень, почки, рыба, дрожжи	Участвует в процессах клеточного дыхания (переносе водорода и электронов); регуляции секреторной и моторной функции желудочно-кишечного тракта	Воспаление кожи (пеллагра), расстройства желудочно-кишечного тракта (понос)
К (фил- лохино- ны)	До 1 мг	Зеленые листья овощей, печень	Участвует в синтезе факторов свертывания крови, протромбина и др.	Замедленное свертывание крови, спонтанные кровотечения
Е (токоферолы)	10—12 мг	Растительные масла, зеленые листья овощей, яйца	Антиоксидант (ингибитор окисления)	Четко определенных симптомов недостаточности у человека не описано
С (ас-	50-	Свежие фрук-	Участвует в гидрокси-	Развивается цинга, про-
корби- новая	100 мг	ты и растения (особенно ши-	лировании, образовании коллагена, вклю-	явлением которой являются кровоточивость де-

Продолжение

Вита мин	Суточная потребность взрослого человека	Основные источники	Физиологическая роль	Признаки недостаточности
кисло та)		повник, черная смородина, цитрусовые)	чении железа в ферри- тин. Повышает устойчивость организма к инфекциям	сен, мелкие кровоизлияния в коже, поражение стенок кровеносных сосудов
В, (тиа-	1,4—	Целые зерна,	Участвует в энергети-	Развивается заболевание
мин)	2,4 мг	бобы, печень, почки, отруби, дрожжи	ческом обмене (процессах декарбоксили- рования), является ко- ферментом пируват- карбоксилазы	бери-бери, сопровождающееся полиневритом, нарушением сердечной деятельности и функций желудочно-кишечного тракта
В2 (рибо флавин)	2—3 мг	Зерновые, бобы, печень, молоко, дрожжи, яйца	Входит в состав фла- виновых ферментов. Осуществляет перенос водорода и электронов	Поражение глаз (светобоязнь), поражение слизистой оболочки полости рта и языка
В3 (пан- тотено- вая кислота)	10 мг	Зерновые, бобы, картофель, печень, яйца, рыба	Перенос ацетильной группы (КоА) при синтезе жирных кислот, стероидов и других соединений	Общая слабость, головокружение, нейромотор- ные нарушения, воспаления кожи, поражения слизистых оболочек
В6 (пи- ридок- син)	1,5—3 мг	Зерно, бобы, мясо, печень, дрожжи, рыба. Синтезируется микрофлорой кишечника	Кофермент трансам и- назы, декарбоксилазы, дегидратазы, десульфо- гидразы	Повышенная раздражительность, судороги, гипохромная анемия. Играет важную роль в обмене аминокислот, белков и жиров, а также в процессах кроветворения
В,2 (ци- аноко- бала- мин)	/>2 мкг	Печень, синтезируется микроорганизмами кишечника	Компонент ферментов метаболизма нуклеиновых кислот и метилирования. Необходим для гемопоэза	Злокачественная анемия
Фолиевая кислота	400 мг	Зеленые листья, овощи, мясо, молоко, дрожжи. Синтезируется микроорганизмами кишечника	Необходима для синтеза пуринов и метионина и метаболизма одноуглеродных фрагментов молекул. Стимулирует процесс кроветворения	Анемия
	150-	Молоко, яич-	Кофермент дезаминаз,	Дерматит (воспаление
(био тин)	200 мкг	ный желток, печень, синтезируется микроорганизмами кишечника	карбоксилаз, трансфе- раз, осуществляет перенос С02	кожи) с гиперфункцией сальных желез

‘Проявления передозировок: головные боли, эйфория, анемия, изменения со стороны кожи, слизистых оболочек, костной ткани.
“Проявление передозировки: нарушение функций ЦНС и почек; вымывание Са2+ из костей и повышение его уровня в крови.
‘“Гиповитаминоз может развиваться при потреблении больших количеств сырого яичного белка, связывающего биотин.
Основными источниками водорастворимых витаминов (группы В, витамин С) являются, как правило, пищевые продукты растительного происхождения и в меньшей мере животного происхождения. Эти витамины легко всасываются из желудочно-кишечного тракта в кровь и лимфу.
Основными источниками жирорастворимых витаминов (витамины A, D, Е, К) являются продукты животного происхождения. Для удовлетворения потребностей организма в витаминах имеет значение не только достаточное содержание в пищевом рационе богатых витаминами продуктов растительного и животного происхождения, но и нормальное осуществление процессов пищеварения и всасывания веществ в желудочно-кишечном тракте. Так, при нарушениях пищеварения в тонком кишечнике, связанных с недостаточным поступлением в двенадцатиперстную кишку желчи или панкреатической липазы, может наблюдаться недостаточное всасывание из желудочно-кишечного тракта витаминов при их нормальном содержании в пище.
Дополнительным источником витаминов К, В6, и В12 является микрофлора толстой кишки. Микроорганизмы синтезируют эти витамины (наряду с другими веществами), которые частично усваиваются организмом.
Длительное голодание, питание пищевыми продуктами, не содержащими или содержащими малое количество витаминов, употребление в пищу продуктов после их длительного хранения или неправильной переработки, нарушение пищеварительных функций могут приводить к недостаточному поступлению витаминов в организм (гиповитаминозу). Гиповитаминоз или полное прекращение поступления витамина в организм (авитаминоз) приводят как к неспецифическим изменениям функций (снижению умственной и физической работоспособности), так и к специфическим нарушениям в организме, характерным для гипо- и авитаминоза (см. табл. 12.2). Избыточный прием витаминов может приводить к гипервитамтозу. При поступлении водорастворимых витаминов в дозах, превышающих суточную потребность, эти вещества могут быстро выводиться из организма с мочой. При этом обычно признаков гипервитаминоза не отмечается. Однако, например, потребление больших количеств витамина В6 может сопровождаться нарушением функции периферических нервов. Изменения в организме, возникающие при гипервитаминозах A, D, РР, приведены в табл. 12.2.

<< | >>

↑

Источник: Ткаченко Б.И. Нормальная физиология человека. 2005

Еще по теме Роль белков, жиров, углеводов, минеральных веществ и витаминов в метаболизме:

- Кардиология - Физиология человека - Философия здоровья -