Обмен веществ и его значение

Обмен белков. Обмен жиров. Обмен углеводов. Печень, ее роль в обмене веществ

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего профессионального образования

Пермский национальный
исследовательский политехнический университет

Кафедра охраны окружающей среды

Курсовая работа по дисциплине
«Физиология»

Обмен
белков. Обмен жиров. Обмен углеводов. Печень, ее роль в обмене веществ.

Выполнил: студент группы ООС-11

Мякишева Александра

Пермь 2013

Введение

Глава 1. Обмен белков

1.1 Белки и их функции

1.2 Промежуточный обмен
белков

1.3 Регуляция обмена
белков

1.4 Баланс азотистого
обмена

Глава 2. Обмен жиров

2.1 Жиры и их функции

2.2 Переваривание и
всасывание жиров в организме

2.3 Регуляция обменов
жиров

Углеводы

В пищевых продуктах углеводы содержатся в виде глюкозы и фруктозы (моносахариды), лактозы и сахарозы (олигосахариды), пектиновых веществ, клетчатки, гликогена и крахмала (полисахариды). Углеводы – это основной источник энергии для человека: при окислении всего 1 г углеводов высвобождается 4 ккал.

Для человека, не занятого физической работой, средняя потребность в углеводах составляет 400-500 г в сутки, 2/3 от суточного рациона в весовом выражении и 60% в выражении калорическом. Если же человек активно трудится физически, норма становится больше.

Выбирая пищу, лучше всего останавливать свой выбор на полисахаридах, т.е. на продуктах, содержащих пектин, гликоген, крахмал и т.д., и по возможности избегать олиго-моносахаридов – продуктов, содержащих лактозу, фруктозу, глюкозу, сахарозу и т.п. Полисахариды перевариваются медленнее, а динамика концентрации глюкозы (конечный продукт переваривания) в жидкостях организма намного благоприятнее для последующего обмена веществ

Немаловажно и то, что полисахариды не сладкие на вкус, из-за чего вероятность их повышенного потребления снижается

Дисахарид лактозу можно в обилие найти в молоке и молочных продуктах. Но основным поставщиком углеводов в организм по праву считаются растения, т.к. их процент в них составляет 80-90% сухой массы. В продуктах растительного происхождения также есть множество неперевариваемых и неусвояемых полисахаридов типа целлюлозы. Нужно знать, что благодаря грубоволокнистой неперивариваемой пище стимулируется перистальтика кишечника, абсорбируется ряд катаболитов (даже токсичных), находящихся в толстом кишечнике, выводится холестерин, снабжаются питательными веществами полезные бактерии кишечника. В среднем взрослый должен принимать 25 г углеводов в сутки.

Инсулин и глюкоза

Попав в клетку, глюкоза быстро превращается в глюкозо-6-фосфат, поэтому ее внутриклеточная концентрация остается крайне низкой. Уровень глюкозы в артериальной крови в норме поддерживается в пределах 4-8 ммоль/л (72-144 мг/100 мл), так что по обе стороны клеточной мембраны всегда существует градиент ее концентраций. Несмотря на это, однако, простая диффузия обеспечивает поступление в большинство клеток лишь небольшого количества глюкозы, которого явно недостаточно для удовлетворения их метаболических потребностей (даже при возрастании концентрационного градиента, как это имеет место при высокой гипергликемии). В присутствии же инсулина проникновение декстрозы в клетки резко усиливается. Это действие инсулина проявляется лишь при наличии концентрационного градиента глюкозы, конкурентно ингибируется другими моносахаридами (например, галактозой) и следует кинетике насыщаемого процесса. Таким образом, гормон стимулирует процесс облегченной диффузии декстрозы, который осуществляется при участии чувствительных к гормону белковых транспортеров глюкозы (GLUT), расположенных на клеточной мембране. Эти транспортеры способны переносить глюкозу через клеточную мембрану в обоих направлениях, но ее поток зависит от концентрационного градиента, который направлен из внеклеточного пространства во внутриклеточное. В разных клетках найдены многочисленные GLUT, но инсулинозависимым является только один из этих белков — GLUT4, и именно он присутствует в мембранах клеток скелетных и сердечных мышц, а также жировой ткани.

Димерный рецептор инсулина и последствия инсулиновой активации тирозинкиназы (GLUT — транспортер глюкозы)
Некоторые ткани полностью удовлетворяют свои потребности в глюкозе за счет инсулиннезависимых механизмов. Например, в клетки печени и центральной нервной системы декстроза попадает с помощью инсулиннезависимых GLUT, и поглощение этими тканями зависит только от ее уровня в крови. Кроме того, мембрану эритроцитов, клеток почек и кишечника глюкоза пересекает вместе с ионами натрия, которые поступают в клетки путем пассивной диффузии по градиенту концентрации.

Регуляция продукции инсулина

Инсулин влияет и на внутриклеточные процессы обмена веществ. В печеночных и других клетках он стимулирует синтез гликогена, повышая активность гликогенсинтазы, что ускоряет включение гликозильных остатков в гликоген. Гормон поджелудочной железы повышает также активность печеночной глюкокиназы; этот фермент катализирует фосфорилирование глюкозы (с образованием глюкозо-6-фосфата). Одновременно гормон ингибирует печеночную фосфатазу, которая дефосфорилирует глюкозо-6-фосфат, с образованием свободной глюкозы. Такие изменения активности печеночных ферментов обусловливают снижение продукции декстрозы и наряду со стимуляцией поглощения ее периферическими клетками определяют гипогликемию, возникающее под влиянием инсулина. Возрастающая под действием последнего утилизация глюкозы в тканях обеспечивает сохранение запасов других внутриклеточных энергетических субстратов, таких как жиры и белки.

Углеводный обмен в организме человека: дирижёр и его палочка

Обеспечивает правильность углеводного обмена в организме — головной мозг, при помощи гормональной регуляции. Гипоталамус указывает островкам поджелудочной железы вырабатывать инсулин, коре надпочечников — фабриковать глюкокортикоиды. Действие инсулина на обмен — он единственный снижает сахар в крови. Все остальные гормоны — только повышают.

Всем известный адреналин стимулирует скорость расщепления гликогена до глюкозы в печени. Схема реферативна: выброс адреналина происходит в момент опасности или возбуждения, при необходимости срочных действий, иногда запредельной физической активности (погоня за добычей, драка с противником, бегство). В таком состоянии мышцы испытывают острую потребность в АТФ — и получают энергетические молекулы из запасов в печёночных клетках.

Про нарушение белкового обмена (БО), я писал тут.

Функции углеводов

Рассматривая основы обмена углеводов, упомянем основные функции сахара в нашем организме.

1. Энергетическая функция. Углеводы являются предпочтительным энергетическим источником в виду их структуры.
2. Открывающая функция. Углевод вызывает инсулин, и может открыть клетки без их разрушения для проникновения других нутриентов. Именно поэтому гейнеры более популярны в сравнении с чистыми протеиновыми коктейлями.
3. Запасающая функция. Организм использует их и накапливает их на случай экстренной стрессовой ситуации. Ему не нужны транспортные белки, а, значит, окислить молекулу у него получается значительно быстрее.
4. Улучшение работы мозговых клеток. Мозговая жидкость может работать только в том случае, если в крови находится достаточно количество сахара. Попробуйте начать учить что-то на голодный желудок, и вы поймете, что все ваши мысли заняты едой, а вовсе не учебой или развитием.

Сказ про то, почему нельзя выбирать одно и игнорировать другое

Итак мы выяснили, что самый главный моносахарид — это глюкоза. Именно она обеспечивает наше тело энергетическим запасом. Тогда почему нельзя питаться только ею, и плюнуть на все остальные углеводы? На это есть несколько причин.

1. В чистом виде она сразу же всасывается в кровь, вызывая резкий скачок сахара. Гипоталамус даёт сигнал: «Снизить до нормы!» Поджелудочная железа выбрасывает порцию инсулина, он возвращает баланс, отправляя излишки в печень и мышцы в виде гликогена. И так снова и снова. Очень быстро клетки железы износятся и перестанут нормально функционировать, что приведёт к диабету и другим тяжёлым осложнениям, исправить которые уже будет невозможно.

1. Хищник имеет самый короткий пищеварительный тракт, и нужные для энергетической подпитки углеводы синтезирует из тех же остатков белковых молекул. Он к этому привычен. Наш человеческий ЖКТ устроен несколько по-другому. Мы должны получать углеводистую пищу, в объёме около половины всех питательных веществ, в том числе и ради пищевых волокон, которые помогают перистальтике и дают пищу полезным бактериям в толстом отделе. Иначе запор и гнилостные процессы с образованием ядовитых отходов нам обеспечены.

1. Мозг — это орган, который не может накапливать энергетический запас, как мышцы или печень. Для его работы необходимо постоянное поступление глюкозы из крови, и больше половины всего запаса гликогена печени уходит именно ему. По этой причине, при значительных умственных нагрузках (научная деятельность, сдача экзаменов и пр.) может тянуть «на сладкое». Это нормальный, физиологичный процесс.

1. Для синтеза белков в организме нужна не только глюкоза. Остатки молекул полисахаридов дают нужные фрагменты для образования нужных нам «строительных элементов».

1. Вместе с растительной пищей к нам приходят витамины и прочие полезные вещества, которые можно получить и из животной пищи, но без пищевых волокон. А мы уже выяснили, что они нашему кишечнику очень необходимы.

Есть и другие, не менее важные причины, почему нам нужны все сахара, а не только моносахариды.

Переваривание углеводов в желудочно-кишечном тракте

Ротовая полость

Со слюной сюда поступает кальций-содержащий фермент α-амилаза. Оптимум ее рН 7,1-7,2, активируется ионами Cl–. Являясь эндоамилазой, она беспорядочно расщепляет внутренние α1,4-гликозидные связи и не влияет на другие типы связей.

В ротовой полости крахмал и гликоген способны расщепляться α-амилазой до декстринов – разветвленных (с α1,4- и α1,6-связями) и неразветвленных (с α1,4-связями) олигосахаридов. Некоторая часть декстринов может расщепляться до мальтозы и изомальтозы, но эти дисахариды ничем не гидролизуются.

Желудок

Из-за низкой рН амилаза инактивируется, хотя некоторое время расщепление углеводов продолжается внутри пищевого комка.

Кишечник

В полости тонкого кишечника работает панкреатическая α-амилаза, гидролизующая в крахмале и гликогене внутренние α1,4-связи с образованием мальтозы, мальтотриозы и декстринов.

Дорогие студенты, доктора и коллеги. Что касается переваривания гомополисахаридов (крахмала, гликогена) в ЖКТ…В моих лекциях (pdf-формат) написано о трех ферментах, выделяемых с панкреатическим соком: α-амилаза, олиго-α-1,6-глюкозидаза, изомальтаза.ОДНАКО, при перепроверке обнаружилось, что ни в одной попавшейся мне (ноябрь 2019г) публикации в англоязычном инете нет упоминания о панкреатических олиго-α-1,6-глюкозидазе и изомальтазе. В то же время в рунете такие упоминания встречаются регулярно, хотя и с расхождением — то ли это панкреатические ферменты, то ли находятся на стенке кишечника.  Таким образом, налицо недостаточно подтвержденные данные или перепутанные или вообще ошибочные.   

Кроме полостного, имеется еще и пристеночное пищеварение, которое осуществляют:

• сахаразо-изомальтазный комплекс (рабочее название сахараза) – в тощей кишке гидролизует α1,2-, α1,4-, α1,6-гликозидные связи, расщепляет сахарозу, мальтозу, мальтотриозу, изомальтозу,
• β-гликозидазный комплекс (рабочее название лактаза) – гидролизует β1,4-гликозидные связи в лактозе между галактозой и глюкозой. У детей активность лактазы очень высока уже до рождения и сохраняется на высоком уровне до 5-7 лет, после чего снижается,
• гликоамилазный комплекс – находится в нижних отделах тонкого кишечника, расщепляет α1,4-гликозидные связи и отщепляет концевые остатки глюкозы в олигосахаридах с восстанавливающего конца.

Роль целлюлозы в пищеварении

Целлюлоза ферментами человека не переваривается, т.к. не образуются соответствующие ферменты. Но в толстом кишечнике под действием ферментов микрофлоры некоторая часть ее может гидролизоваться с образованием целлобиозы и глюкозы. Глюкоза частично используется самой микрофлорой и окисляется до органических кислот (масляной, молочной), которые стимулируют перистальтику кишечника. Малая часть глюкозы может всасываться в кровь.

Основная роль целлюлозы для человека:

• стимулирование перистальтики кишечника,
• формирование каловых масс,
• стимуляция желчеотделения,
• абсорбция холестерола и других веществ, что препятствует их всасыванию.

Отличия метаболизма глюкозы от фруктозы

Метаболизм фруктозы, которая имеет отличную от глюкозы структуры, проходит несколько иначе, поэтому нужно учитывать следующие факторы:

• Фруктоза – единственный доступный источник быстрых углеводов для людей, страдающих от сахарного диабета.
• Гликемическая нагрузка фруктов ниже, чем у любого другого продукта. Например, арбуз – один из самых сладких и больших фруктов, обладает гликемической нагрузкой порядка 2. А это значит, что на килограмм арбуза, приходиться всего 20 грамм фруктозы. Чтобы достичь оптимальной дозировки, при которой он будете превращен в жировую ткань необходимо съесть порядка 2.5 килограмм этого сладкого фрукта.
• На вкус фруктоза слаще сахара, а, значит, используя сахарозаменители на её основе, можно потреблять меньше углеводов в целом.

А теперь рассмотрим, чем отличается метаболизм углеводов до фруктозы и глюкозы соответственно.

Обмен липидов

Нарушение обмена липидов возникает вследствие патологии их расщепления, усвоения, депонирования и метаболизма. Оно может возникать при следующих состояниях:

• панкреатит, при котором не вырабатываются ферменты для расщепления жиров;
• болезни печени (гепатит, холецистит, желчно-каменная болезнь), при которых нарушено образование желчи, помогающей усваивать жиры;
• поражение тонкого кишечника и диарея;
• гиповитаминоз А, В, С.

Проявления нарушенного жирового обмена:

• гиповитаминоз жирорастворимых витаминов (А, D, E, К) с соответствующей клиникой;
• дефицит жирных кислот, проявляющийся выпадением волос, воспалением кожи, нарушением способности к деторождению, в частности, ановуляцией;
• истощение или ожирение.

Ожирение приводит к тяжелым последствиям: 

• одышке,
• повышению давления,
• разрушению суставов,
• развитию сахарного диабета,
• ишемической болезни сердца.

Для женщин характерен вид ожирения «груша», когда жировые отложения располагаются на нижней части туловища, бедрах и ягодицах. Это вызвано гормональными различиями между мужчинами и женщинами. Ожирение в виде «яблока» чаще всего говорит о серьезных проблемах в женском организме.

Ожирение в виде «груши» более устойчиво к диете, но оно безопаснее для организма, чем абдоминальное ожирение «яблоко».

Следует отметить, что быстрое похудение сопровождается значительными изменениями в нервной системе, в результате чего женщина испытывает подавленное настроение, депрессию, упадок сил. При выраженном ожирении лечить его можно только под наблюдением врача и желательно в группе единомышленниц.

Природный источник энергии

Глюкоза – универсальный источник энергии для всех клеток организма. Энергия необходима для построения собственных молекул, сокращения мышц, выработки тепла. Последовательность реакций превращения глюкозы, приводящих к выделению энергии, называют гликолизом. Реакции гликолиза могут идти в присутствии кислорода, тогда говорят об аэробном гликолизе, или в бескислородных условиях, тогда процесс является анаэробным.

В ходе анаэробного процесса одна молекула глюкозы превращается в две молекулы молочной кислоты (лактата) и выделяется энергия. Анаэробный гликолиз дает мало энергии: из одной молекулы глюкозы получается две молекулы АТФ – вещества, химические связи которого аккумулируют энергию. Этот способ получения энергии используется для кратковременной работы скелетных мышц – от 5 секунд до 15 минут, то есть в то время, пока механизмы снабжения мышц кислородом не успевают включиться.

В ходе реакций аэробного гликолиза одна молекула глюкозы превращается в две молекулы пировиноградной кислоты (пирувата). Процесс с учетом трат энергии на собственные реакции дает 8 молекул АТФ. Пируват вступает в дальнейшие реакции окисления — окислительное декарбоксилирование и цитратный цикл (цикл Кребса, цикл трикарбоновых кислот). В результате этих превращений на молекулу глюкозы выделится 30 молекул АТФ.

Полезное многообразие

В других статьях я уже сообщал о том, что все источники углеводов подразделяются на моно- , ди- , три- , олиго- и полисахариды. Всасываться из кишечного тракта могут только простые, сложные должны сперва расщепиться на составные части.

Чистый моносахарид — это глюкоза. Именно она ответственна за уровень сахара в нашей крови, накопление гликогена в качестве «топлива» в мышцах и печени. Она даёт силу мускулам, обеспечивает мозговую деятельность, образует энергетические молекулы АТФ, которые расходуются на синтез белков, ферментов, пищеварительные процессы, обновление клеток и выведение продуктов распада.

Минеральные вещества

Минеральные вещества являются составляющими тканей и органов, чем и обусловлена их огромная роль в протекающих в организме физико-химических процессах. Некоторые минеральные вещества содержатся в клетках, а другие – в тканевой жидкости, лимфе и крови (в них минеральные вещества находятся во взвешенном состоянии в виде ионов).

Наиболее значимыми для функционирования организма считаются сера, хлор, фосфор, калий, магний и кальций. Эти элементы помогают организму строить ткани и клетки, а также обеспечивают функции ЦНС, мышц и сердца. Помимо этого они обезвреживают вредные кислоты – продукты метаболизма.

Кальций – это строительный материал для костной ткани, и в особенности он необходим детям, скелет которых находится на стадии формирования. Кальций поступает в организм с овощами, фруктами и продуктами молочного происхождения.

Фосфор не менее важен, т.к. тоже участвует в строении костей, и больше половины всего имеющегося фосфора находится в костях. Если фосфора в организме достаточно, всегда будет нормальный обмен углеводов и крепкая нервная система. Фосфор входит в состав бобовых, зерновых, рыбы, молока и мяса.

Естественно, организм нуждается в магнии, броме, йоде, цинке, кобальте, фторе и других микроэлементах (детальнее о них, а также о витаминах мы побеседуем в следующем уроке), которые содержатся в продуктах питания в минимальных объемах (менее 1 мг на 1%). Из них состоят многие ферменты, гормоны, витамины; они самым прямым образом воздействуют на развитие организма и обмен веществ.

Дефицит какого-либо микроэлемента в организме служит причиной возникновения специфических заболеваний, таких как разрушение зубов (недостаток фтора), тяжелое малокровие (недостаток меди или кобальта), эндемический зоб (недостаток йода) и другие

Особое внимание нужно уделять тому, чтобы минеральными веществами снабжался детский организм. Если до 2 месяцев их поступает достаточно с молоком матери, то на 3-м месяце нужно добавлять их в соки овощей, фруктов и ягод

Начиная с 5-го месяца необходимо снабжать минеральными веществами прикорм (овсяные и гречневые кашки, мясо, яйца, фрукты и овощи).

Оценка метаболической функции

В клинической практике существуют приемы оценки той или иной функции:

Участие в углеводном обмене оценивается:

• по концентрации глюкозы крови,
• по крутизне кривой теста толерантности к глюкозе,
• по “сахарной” кривой после ,
• по величине гипергликемии после введения гормонов (например, проба с адреналином).

Роль в липидном обмене рассматривается:

• по концентрации в крови триацилглицеролов, холестерола, ЛПОНП, ЛПНП, ЛПВП,
• по коэффициенту .

Белковый обмен оценивается:

• по концентрации и его в сыворотке крови,
• по показателям коагулограммы,
• по уровню мочевины в крови и моче,
• по активности ферментов АСТ и АЛТ, ЛДГ-4,5, щелочной фосфатазы, глутаматдегидрогеназы.

Пигментный обмен оценивается:

по концентрации общего и прямого билирубина в сыворотке крови.

Разработка расширений Joomla

Углеводный обмен в организме человека и его болезни

Одними из известных нарушений углеводного обмена являются наследственные непереносимости тех или иных сахаров (глюкогенозы). Так непереносимостть лактозы у детей развивается из-за отсутствия или недостаточности фермента — лактазы. Развиваются симптомы кишечной инфекции. Перепутав диагноз, можно нанести непоправимый вред малышу, накармливая его антибиотиками. При подобном нарушении лечение состоит в добавлении соответствующего фермента в молоко перед употреблением.

Существуют и другие сбои переваривании отдельных сахаров из-за недостаточности соответствующих ферментов, в тонком или толстом отделе кишечника. Улучшить положение можно, но таблеток от нарушений не существует. Как правило, эти хвори лечатся исключением тех или иных сахаров из питания.

Другим известным нарушением является диабет, который может быть как врождённый, так и приобретённый в результате неправильного пищевого поведения, ожирения по абдоминальному типу (форма яблока), и других заболеваний, поражающих поджелудочную железу. Поскольку инсулин — единственный фактор, который снижает сахар крови, его недостаточность вызывает гипергликемию, которая приводит к сахарному мочеизнурению — большое количество глюкозы выводится из организма через почки.

При резком снижении сахара в крови страдает прежде всего головной мозг. Возникают судороги, больной теряет сознание и впадает в гипогликемическую кому, из которой его можно вывести, если сделать внутривенное вливание глюкозы.

Нарушения УО приводят к связанному с ним нарушению жирового обмена, повышением образования триглицеридов в печени, низкоплотных липопротеинов в крови — и как результат, нефропатия, катаракта, кислородное голодание тканей.

Как нормализовать углеводный обмен в организме человека? Баланс в организме достигается правильным соотношением углеводов, жира и белка. Если речь не идёт о наследственных болячках и хворях, мы сами, вполне сознательно, несём ответственность за все нарушения обмена. Вещества, о которых шла речь, в основном поступают с пищей.

Углеводный обмен в организме человека: цепочка превращений

Углеводный обмен в организме человека (УО) начинается, когда ты кладёшь в рот углеводистую пищу и начинаешь её пережёвывать. Во рту присутствует полезный фермент — амилаза. Он кладёт начало расщеплению крахмала.

Пища поступает в желудок, потом в двенадцатиперстную кишку, где начинается интенсивный процесс расщепления, и наконец — в тонкий кишечник, где этот процесс продолжается и готовые моносахариды всасываются в кровь.

Большая часть оседает в печени, преобразуясь в гликоген — наш главный энергетический запас. В печёночные клетки глюкоза проникает без труда. Накапливают гликоген и мышцы, но в меньшей степени. Чтобы проникнуть через клеточные оболочки внутрь миозитов, нужно потратить часть энергии. Да и места там маловато.

Зато мышечные нагрузки помогают проникновению. Получается интересный эффект: мышечный гликоген при физической активности быстро израбатывается, но одновременно с этим новому пополнению проще просочиться сквозь клеточные мембраны, и накопиться в виде гликогена.

Этот механизм отчасти объясняет выработку физической выносливости нашей мускулатуры в процессе занятий спортом. Пока мы не тренируем мускулы — они не в состоянии накапливать много энергии «про запас».

Расходуется гликоген в анаэробном или аэробном распаде. В первом случае из него фабрикуются АТФ (1 молекула глюкозы даёт 2 молекулы аденозинтрифосфорной кислоты), которые расщепляются на воду и углекислый газ с выделением энергии. Во втором — образуется молочная кислота, избыток которой отправляется в печень, где из него может снова образовываться АТФ в цикле Кори.

Эти биохимические реакции достаточно сложны, но суть у них примерно одинаковая — обеспечить нас силами для жизнедеятельности.

Некоторые промежуточные продукты процесса идут на синтез необходимых для организма веществ и соединений. Избыток углеводов стимулирует выработку инсулина поджелудочной железой и результатом этого процесса — отложение жира.

Итог

Зная  особенности обмена и основные функции углеводов в нашем организме, трудно переоценивать их важность. Чтобы успешно худеть или набирать мышечную массу, нужно соблюдать правильный энергетический баланс

И помните, если вы ограничиваете углеводы в своем питании, создавая дефицит калорийности, организм в первую очередь начнет есть мышцы, а вовсе не жировые отложения. Если хотите узнать об этом подобнее, узнайте об особенностях метаболизма жиров.

• Об авторе

Об авторе Николай Старков Главный редактор , sportfito.ru Профессионально занимаюсь спортом и составляю меню питания для правильного похудения. Решил вести блог в интернете, чтобы поделиться правилами для похудения для всех. Давайте худеть вместе!