Углеводы, жиры и белки - источники энергии для человека и животных

Углеводы, жиры и белки - источники энергии для человека и животных

Средняя общеобразовательная

школа № 117

Юго-Западного округа

г. Москвы

РЕФЕРАТ

НА ТЕМУ:

"УГЛЕВОДЫ, ЖИРЫ И БЕЛКИ - ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ"

Работа ученика

9 класса "А"

КОЗЛОВА

Дмитрия Александровича

1998 г.

План

I. Введение

II. Значение пищеварения для жизнедеятельности организма

1. Организм - единое целое

2. Пищеварительная система

III. Углеводы

1. Общие свойства углеводов

2. Свойства моносахаридов (глюкоза)

3. Свойства дисахаридов (сахароза, лактоза)

4. Свойства полисахаридов (крахмал, целлюлоза)

5. Углеводный обмен

IV. Жиры

1. Свойства липидов

2. Свойства жиров

3. Жировой обмен

V. Белки

1. Свойства аминокислот

2. Свойства белков

3. Белковый (азотный) обмен

VI. Обмен веществ и энергии

1. Понятие метаболизма

2. Биологическое окисление

3. АТФ (аденозинтрифосфотная кислота)

4. Особенности обмена веществ у детей

5. Нарушения обмена веществ

VII. Заключение

Введение

ХХ век - век прогресса, многих нововведений в жизнь человека, но и век

новых болезней. На первый план выступили такие болезни, как СПИД,

венерические, психосоматические и другие недуги, не столь распространенные

в прошлом. Но мы как то забыли о еще одной болезни прогресса. Это -

ожирение и, как не странно, дистрофия. В природе мы не встретим таких

явлений, как избыточный вес, а тем более, ожирение. В животном мире

фактически нет и следа этого, если не принимать во внимание домашних

животных, жизнь которых непосредственно связана с человеком. И на это есть

свое объяснение - прогресс в социальной и экономической жизни человека.

В примитивных обществах ожирение, как правило, было очень редким

явлением. Отдельные случаи ожирения могли объясняться серьезными проблемами

со здоровьем, особенно гормонального характера. В некоторых племенах именно

исключительная природа ожирения дала начало настоящему культу тучности. На

деле это явление было уникальным. В последующие столетия, во времена

великих цивилизаций, которые хорошо описаны в документальных источниках,

ожирение было большей частью атрибутом богатых, которым, вследствие их

жизненного уровня, была доступна более "обработанная" пища. Богатые в

прошлом были более тучными, чем бедняки, потому что они по-другому

питались. Их пища была ближе к природной. Сегодня эта тенденция меняется, и

вероятность обнаружить ожирение в наименее благополучных классах выше,

тогда как богатые люди стали стройнее, поскольку активно стали следить за

своим состоянием здоровья. Но это лишь только тенденция, не ставшая

явлением повсеместным. Если история говорит нам, что ожирение - побочный

продукт цивилизации (как в случае с Египтом и Римской Империей), то

становится понятным, почему это явление проявляется в США. Несмотря на

активную пропаганду здорового образа жизни, по данным специалистов, 64%

американцев - слишком тучные, 20% - страдают ожрением. "Не эта ли страна

действительно представляет передовую модель развития цивилизации, уже

вступившей в фазу своего заката?"[1].

Я также страдаю ожирением. Поэтому я хотел бы побольше узнать о

процессах, происходящих при метаболизме, выяснить причины ожирения и других

заболеваний, связанных с неправильным обменом веществ в организме.

В своей работе я хотел бы рассмотреть свойства питательных веществ,

поступающих в организм в процессе обмена с окружающей средой. Эти питальные

вещества могут быть сгруппированы в две категории: питательные вещества,

обеспечивающие энергию (белки, углеводы и жиры), и питалеьные вещества, не

связанные с обеспечением организма энергетическими запасами (клетчатка,

вода, минеральные соли, микроэлементы, витамины). Роль питальных веществ,

обеспечивающих энергию, состоит не только в том, чтобы дать живому

организму энергетический потенциал, но и служить сырьем для многих

процессов синтеза, который происходит при создании и перестройке живого

организма. Одновременно я хотел бы рассказать о биологическом окислении,

особенностях обмена веществ в детском организме, а также патологиях обмена

веществ.

В своей работе я использовал разнообразные источники на русском и

английском языках: энциклопедии, монографические издания, учебную

литературу, специальные словари, список которых дан в библиографическом

списке.

I. Значение пищеварения

1. Организм - единое целое.

По определению, организм - совокупность систем органов, взаимосвязанных

между собой. Какая связь, например, существует между мочевыделительной

системой и опорно-двигательной? На первый взгляд, никакой прямой связи не

видно. Однако, на самом деле, опорно-двигательная система защищает органы

мочевыделительной системы от неблагоприятных воздействий окружающей среды.

Нервная система контролирует все остальные системы, а пищеварительная

система делает возможным процесс питания, как необходимое условие для

нормального роста организма, его развития и жизнедеятельности.

Пищеварительная система связана с мочевыделительной системой, с кровеносной

системой, с опорно-двигательной системой и другими. Связи эти не только

односторонни (обеспечение питательными веществами других систем), но и

многофункциональны. На пищеварительную систему оказывают свое влияние

практически все другие системы человека. Клеткам пищеварительной системы

необходим кислород, который им поставляет кровеносная система, связанная,

в свою очередь, со всеми без исключения системами организма. А если

пищеварительная система дает какие-либо сбои, то все внутренние и внешние

органы человека недополучают или получают в чрезмерно избыточном количестве

вещества, что приводит к патологическим изменениям данного органа.

Рассмотрим подробнее пищеварительную систему и сам процесс пищеварения

животного организма.

2. Пищеварительная система

Пищеварительная система - это совокупность взаимосвязанных органов,

обеспечивающих переваривание пищи, необходимой для жизнедеятельности

организма. Все органы пищеварительной системы соединены в единый

анатомический и функциональный комплекс. Они образуют пищевой канал,

который начинается ротовым отверстием и заканчивается задним проходом.

Нормальное пищеварение происходит при участии всех органов пищеварительной

системы. Вся пищеварительная система может быть разделена на отделы: 1)

воспринимающий; 2) проводящий; 3) собственно пищеварительный отдел; 4)

отдел всасывания воды, резидуального пищеварения, обратного всасывания

солей, различных эндогенных компонентов.

Стенки пищевательной системы на всем ее протяжении состоят из четырех

слоев: серозной, мышечной, подслизистой и слизистой оболочек. Серозная

оболочка - наружный слой пищеварительной трубки, построенной из рыхлой

волокнистой соединительной ткани. Мышечная оболочка состоит из внутреннего

слоя кольцеобразных и наружного слоя продольных мышц. Волнообразные

сокращения - перистальтика - обусловлены координированной работой этих

мышц. В желудке мышечная оболочка представлена тремя слоями: продольный

(наружный), циркулярный (средний) и внутренний. Подслизистая основа состоит

из соедительной ткани, содержащей эластичные волокна и коллаген. В ней

расположены нервные сплетения, кровеносные и лимфатические сосуды. Здесь же

могут находиться железы, выделяющие слизь. Слизистая оболочка представлена

железистым эпителием, секретирующим в некоторых местах слизь и пищевые

ферменты. Его клетки расположены на базальной мембране, под которой

находятся соединительная ткань и мышечные волокна.

Пищеварение - это расщепление питательных веществ, обеспеченных

системой механических, физико-химических и химических процессов.

Расщепление большинства органических компонентов осуществляется под

действием гидролитических ферментов, синтезируемых специальными клетками на

всем протяжении желудочно-кишечного тракта. Эндогидролазы и другие

специальные вещества обеспечивают расщепление крупных молекул и образование

промежуточных продуктов. Последующая обработка пищи осуществляется в

результате ее постепенного перемещения по желудочно-кишечному тракту.

Далее мы рассмотрим по отдельности основные компоненты питательных

веществ, непосредственно участвующих в процессе пищеварения. Это -

углеводы, жиры и белки.

II. Углеводы

1. Общие свойства углеводов

Углеводы - группа органических веществ общей формулы - Cm H2n On.

Формально Cm(H2O)n - соединение углерода и воды. Осюда и название: угле-

воды.

Основные функции углеводов:

1) энергетическая (при окислении простых сахаров, в первую очередь,

глюкозы организм получает основную часть необходимой ему энергии);

2) запасающая (такие полисахариды, как крахмал и глюкоген, играют роль

источников глюкозы, высвобождая ее по мере необходимости);

3) опорно-строительная (из хитина, например, построен панцирь

насекомых).

Углеводы делят на простые или моносахариды, не способные к гидролизу, и

сложные углеводы, гидрализующиеся на ряд простых. По числу атомов углерода

углеводы делят на тетрозы, пентозы, гексозы и т.д., а по химическому

строению - это многоатомные альдегидо- и кетоноспирты - альдозы и кетозы.

Наибольшее значение для питаания имеют гекзозы. Сложные углеводы по

количеству получающихся при гидролизации простых углеводов делят на

дисахариды, трисахариды и т.д. и полисахариды, дающие при гидролизе много

атомов простых углеводов. Полисахариды делят на гомополисахариды, которые

дают при гидролизе один вид простых углеводов и гетеросахариды, которые

дают при гидролизе смесь простых углеводов и их производных.

2. Свойства моносахаридов.

Моносахариды - бесцветные кристаллические вещества, хорошо рстворимые в

воде, плохо - в спирте, нерастворимые в эфире. Моносахариды - основной

источник энергии в организме человека.

Самый важный моносахарид - глюкоза. Название произошло от греческого -

glykys - сладкий. Химическая формула - C6H12O6. Молекулы глюкозы выполняют

роль биологического топлива в одном из важнейших энергегетических процессов

в организме - в процессе гликолиза. В пентозном цикле глюкоза окисляется до

СО2 и воды, генерируя энергию для некоторых реакций. В природе встречается

D - глюкоза.

Глюкоза очень легко окисляется оксидами и гидроксидами тяжелых

металлов. Полное окисление глюкозы идет по уравнению:

C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6 H2O + 686 ккал.

Значительная часть выделенной энергии аккумулируется в АТФ. Постоянный

источник глюкозы в организме - гликоген. В растворах глюкоза существует в

виде пяти таутомерных форм - ?- и ?-глюкоприраноз с шестичленным кольцом, ?-

и ?-глюкофураноз с пятичленным кольцом, а также в виде открытой формы со

свободной альдегидной группой. ?- и ?-формы отличаются простраственным

расположением полуацетального гидроксида.

Недостаток глюкозы вызывает ацидоз и кетоз. Избыток - диабет. Норма

содержания в крови - 0,1%.

3. Свойства дисахаридов

Основным представителем дисахаридов является сахароза. Молекула

сахарозы состоит из остатков молекулы D-глюкозы и D-фруктозы. Химическая

формула - C12H22O11. Сахароза - один из главных углеводов в организме

человека, бесцветное кристаллическое вещество. При температуре выше 200є C

разлагается с образованием так называемых карамелей. Сахароза не растворима

в неполярных органических растворителях, в абсолютном метаноле и этаноле,

умеренно растворима в атилацетате, анилине, в водных растворах метанола и

этанола. Хорошо растворима в воде. Сахароза не обладает редуцентными

свойствами, поэтому она устойчива к действию щелочей, но гидрализуется под

влиянием кислот и ферментов сахараз с образованием D- глюкозы и D-

фруктозы. Со щелочным металлами образует сахараты. Сахароза является одним

из основных дисахаридов. Она гидролизуется HCl желудочного сока и сахаразой

слизистой оболочкой тонкой кишки человека.

Сахароза входит в состав сахара (99,75%), используемого для придания

пище сладкого вкуса. Сахарозу также называют свекловичным сахаром.

Другой представитель дисахаридов - лактоза (молочный сахар). Она

состоит из остатков гелактозы и глюкозы. Лактоза - важная составная часть

молока млекопитающих и человека. Образуется в процессе лактации в молочной

железе из глюкозы и является для новорожденных ее источником. Лактоза

облегчает всасывание кальция их кишечника. Содержание лактозы в женском

молоке - 7 г/ 100 мл. В молоке коров и коз - 4,5г/100 мл.

4.Свойства полисахаридов

Основным источником полисахаридов является крахмал. Крахмал - основной

резервный полисахарид растений. Образуется в клеточных органеллах зеленых

листьев в результате процесса фотосинтеза. Крахмал является основной частью

важнейших продуктов питания. Конечные продукты ферментативного расщепления

- глюкозо - один- фосфат - представляет собой важнейшие субстраты как

энергетического обмена, так и синтетических процессов. Химическая формула

крахмала - (C6H10O5)n. Переваривание крахмала в пищеварительном тракте

осуществляется при помощи ?-амилазы слюны, дисахааридаз и глюкоамилаз

щеточной каймы слизистой оболочки тонкой кишки. Глюкоза, являющаяся

конечным продуктом распада пищевого крахмала, всасывается в тонкой кишке.

Калорийность крахмала - 4,2 ккал/г.

Целлюлоза. Химическая формула целлюлозы (C6H10O5)n, такая же как и у

крахмала. Цепи целлюлозы построены в основном из элементарных звеньев

ангидро- D-глюкозы, соединенных между собой 1,4 - ?-глюкозидными связями.

Целлюлоза, содержащаяся в пище, является одним из основных балластных

веществ, или пищевых волокон, играющих чрезвычайно важную роль в нормальном

питании и пищеварении. Эти волокна не перевариваются в желудочно-кишечном

тракте, но способствуют его нормальному функционированию. Они адсорбируют

на себе некоторые токсины, препятствуют их всасыванию в кишечник.

5. Углеводный обмен

Углеводный обмен представляет собой совокупность процессов превращений

углеводов в организме человека и животных.

Процесс превращений углеводов начинается с переваривания их в ротовой

полости, где происходит частичное расщепление крахмала под действием

фермента слюны - амилазы. В основном углеводы перевариваются и всасываются

в тонком кишечнике и затем с током крови разносятся в ткани и органы, а

основная часть их, главным образом глюкоза, накапливается в печени в виде

гликогена. Глюкоза с кровью поступает в те органы и ткани, где возникает

потребность в ней, причем скорость проникновения глюкозы в клетки

определяется проницаемостью клеточных оболочек. В клетки печени глюкоза

проникает свободно, в клетки мышечной ткани проникновение глюкозы связано с

затратой энергии; во время мышечной работы проницаемость клеточной стенки

значительно возрастает. В клетках глюкоза претерпевает процесс превращений

на молекулярном уровне в процессе биологического окисления с накоплением

энергии.

Пр окислении глюкозы в пентозном (аэробном) цикле образуется

восстановленный никотинамид-адениннуклеотидфосфат, необходимый для

восстановительных синтезов. Кроме того промежуточные продукты этого цикла

являются материалом для синтеза многих важных соединений.

Регуляция углеводного обмена в основном осуществляется гормонами и

центральной нервной системой. О состоянии углеводного обмена можно судить

по содержанию сахара в крови (в норме 70-120 мг%). При сахарной нагрузке

эта величина возрастает, но затем быстро достигает нормы. Нарушения

углеводного обмена возникают при различных заболеваниях. Так, при

недостатке инсулина наступает сахарный диабет, а понижение активности

одного из ферментов углеводного обмена - мышечной фосфорилазы - ведет к

мышечной дистрофии.

III. Жиры

1. Свойства липидов

Липиды представляют собой разнородную группу биоорганических

соединений, общим свойством которых является их нерастворимость в воде и

хорошая растворимость в неполярных растворителях. К липидам относятся

вещества с различным химическим строением. Большая их часть является

сложными эфирами спиртов и жирных кислот. Последние могут быть как

насыщенными, так и ненасыщенными. Наиболее часто в состав липидов входиит

пальмитииновая, стереатиновая, олеиновая, линоливая и линоленовая кислоты.

Спиртами обычно являются глицерин и сфингоцин, а также неторые другие

вещества. В состав молекул сложных липидов могут входить и другие

компоненты.

При присоединении остатка ортофосфорной кислоты образуются фосфолипиды.

Стероиды составляют совершенно особую группу липидов. Они построены на

основе высокомолекулярного спирта - холестерола. В организме липиды

выполняют следующие функции: 1) строительную, 2) гормональную,

3)энергетическую, 4) запасающую, 5) защитную, 6) участие в метаболизме.

2. Свойства жиров

Жиры - органические соединения, представляющие собой сложные эфиры

трехатомного спирта глицерина и высших или средних жирных кислот.

Срдержится во всех животных и растительных тканях. Общую формулу жиров

можно записать так:

О

? CH2 - O - C - R

О

? CH - O - C - R1

О

?' CH2 - O - C - R2

Все природные жиры - смесь глицеридов, не только симметричных, т.е. с

тремя одинаковыми остатками жирных кислот, но и смешанных. Симметричные

глицериды встречаются чаще в растительных маслах. Животные жиры отличаются

весьма разнообразным составом жирных кислот. Жирные кислоты, входящие в

состав триглициридов, определяют их свойства. Триглицириды способны

вступать во все химические реакции, свойственные эфирам. Наибольшее

значение имеет реакция омыления, в результате которой из триглицирида

образуется глицерин и жирные кислоты.

O

CH2-O-C-R

O CH2OH

CH-O-C-R + 3 H2O = CHOH + 3 R COOH

O CH2OH жирная кислота

CH2-O-C-R глицерин

триглицирид

Омыление происходит как при гидролизе, так и при действии кислот или

щелочей.

Жиры - питательное вещество, является обязательной составной частью

сбалансированного пищевого рациона человека. Они - важный источник энергии,

который можно рассматривать как природный пищевой концентрат большой

энергетической ценности, способный в небольшом объеме обеспечить организм

энергией. Средняя потребность жиров для человека - 80-100 г в сутки. Один

грамм жиров при окислении дает 9,3 ккал. Жиры также являются растворителями

витаминов A, D и E. Обеспеченность организма в этих витаминах зависит от

поступления жиров в составе пищи. С жирами в организм вводится комплекс

биологически активных веществ, играющих важнейшую роль в нормальном жировом

обмене.

3. Жировой обмен.

Жировой обмен представляет собой совокупность процессов превращений

жиров в организме. Обычно различают три стадии жирового обмена : 1)

расщепление и всасывание жиров в желудочно-кишечном тракте; 2) превращение

всосавшихся жиров в тканях организма; 3) выделение продуктов жирового

обмена из организма. Основная часть пищевых хиров подвергается

перевариванию в верхних отделах кишечника при участии фермента липазы,

который выделяется поджелудочной железой и слизистой оболочкой желудка. В

результате расщепления образуется смесь жирных кислот, ди- и

моноглицеридов.

Процессу расщепления и всасывания жиров и других липидов способствует

выделение в кишечник желчных кислот, благодаря которым жиры переходят в

эмульгированное состояние. Часть жиров всасывается в кишечнике в

нерасщепленном виде. Всосавшиеся жирные кислоты частично используются в

слизистой оболочке кишечника для ресинтеза триглицеридов и фосфолипидов, а

частично переходят в кровь системы воротной вены или в лимфатические

сосуды.

Количество нейтральных жиров и жирных кислот в крови непостоянно и

зависит от поступления жиров с пищей и от скорости отложения жира в жировых

депо. В тканях жиры расщепляются под действием различных липаз, а

образовавшиеся жирные кислоты входят в состав других соединений

(фосфолипиды, эфиры холестерина и т.д.) или окисляются до конечных

продуктов. Окисление жирных кислот совершается несколькими путями. Часть

жирных кислот при окислении в печени дает ацетоуксусную и ?-оксимасляную

кислоты, а также ацетон. При тяжелом сахарном диабете количество ацетоновых

тел в крови резко увеличивается. Синтез жиров в тканях происходит из

продуктов жирового обмена, а также из продуктов углеводного и белкового

обмена.

Нарушения жирового обмена обычно разделяют на следующие группы: 1)

нарушения всасывания жира, его отложения и образования в жировой ткани; 2)

избыточное накопление жира в органах и тканях, не относящихся к жировой

ткани; 3) нарушения промежуточного жирового обмена; 4) нарушения перехода

жиров из крови в ткани и их выделения.

IV. Белки

1. Свойства аминокислот

Особо важное место среди низкомолекулярных природных органических

соединений принадлежит аминокислотам. Они являются производными карбоновых

кислот, где один из атомов водорода в углеводородном радикале кислоты

замещен на аминогруппу, распологающуюся, как правило, по соседству с

карбоксильной группой. Многие аминокислоты являются предшественниками

биологически акактивных соединений: гормонов, витаминов, алкалоидов,

антибиотиков и др.

Подавляющее большинство аминокислот существует в организмах в свободном

виде. Но несколько десятков из них находятся в преимущественно связанном

состоянии, т.е. в соединении с другими органическими веществами: ?-

аланин, например, входит в состав ряда биологически активных соединений, а

многие ?-аминокислоты - в состав белков. Таких ?-аминокислот

насчитывается 18. В состав белков также входят два амида аминокислот -

аспарагин и глутамин. Эти аминокислоты получили название белковых или

протеиногенных. Именно они составляют важнейшую группу природных

аминокислот, так как только им присуще одно замечательное свойство -