Поживні речовини забезпечують організм енергією, що міститься у хімічних зв’язках їхніх молекул і вивільняється під час розпаду та окислення цих речовин.
ОБМІН РЕЧОВИН І ЕНЕРГІЇ В ОРГАНІЗМІ ЛЮДИНИ
Обмін речовин в організмі
Невід’ємною умовою життєдіяльності організму людини є постійний обмін речовин з навколишнім середовищем. В організм людини надходять із зовнішнього середовища поживні речовини (вуглеводи, жири, білки), вітаміни, мінерали, вода, кисень повітря. Ці речовини (приблизна кількість, яку споживає людина протягом 70 років перевищує 70 т!) використовуються або для побудови речовин організму, або для утворення енергії.
Сукупність процесів, що забезпечують надходження речовин в організм, їх засвоєння, перетворення у клітинках та виведення продуктів обміну в зовнішнє середовище має назву обмін речовин або метаболізм.
Обмін речовин забезпечує ріст і розвиток організму; самовідновлення його структур; енергозабезпечення; сталість хімічного складу внутрішнього середовища (гомеостаз); пристосування до умов середовища, в тому числі і до фізичних навантажень.
У разі порушення обміну речовин розвиваються патологічні зміни в організмі, які викликають різні захворювання. Організмі людини найбільш чутливий до порушення обміну кисню (О2). Без надходження його до клітин організм гине уже через декілька хвилин. Кисень необхідний для формування енергії в усіх клітинах, яка утворюється при окисленні поживних речовин. Без води людина може жити довше – до 5 6 діб, а без їжі – декілька тижнів.
Речовини, що утворюються в процесах обміну речовин, називають метаболітами. За окремими метаболітами виявляють захворювання або характеризують функціональний стан людини під час спортивної діяльності, фізичної реабілітації, рекреації.
Метаболічні шляхи обміну окремих речовин можуть перебігати самостійно, а можуть перетинатися, що утворює умови для їх взаємоперетворення: вуглеводів на жири, жирів на вуглеводи тощо.
Обмін речовин включає два взаємопов’язані, але різноспрямовані процеси, які називаються анаболізмом (асиміляція) та катаболізмом (дисиміляція).
Анаболізм забезпечує процеси біосинтезу (утворення) складних речовин – білків, жирів, вуглеводів, нуклеїнових кислот. Ці процеси відбуваються з використанням енергії (АТФ). Анаболічні процеси забезпечують ріст, відновлення організму після різних впливів, збільшення маси тіла, запасання поживних речовин.
Катаболізм забезпечує процеси внутрішньоклітинного розпадускладних речовин та виведення продуктів обміну з організму. Ці реакції супроводжуються вивільненням енергії. Без складних речовин (білків, жирів, вуглеводів, нуклеїнових кислот) неможливий процес їх розпаду із вивільненням енергії, а без простих речовин (амінокислот, жирних кислот, глюкози, азотових основ) і АТФ не будуть відбуватися анаболічні процеси, що виконують пластичну функцію, в тому числі накопичення поживних речовин. Тому в клітинах процеси анаболізму та катаболізму взаємопов’язані.
Швидкість та збалансованість анаболічних та катаболічних процесів залежить та від багатьох факторів, але у першу чергу від віку та рухової активності людини. Так, у дітей анаболічні процеси переважають над катаболічними. Це створює умови для росту організму, накопичення м’язової маси. Анаболічні процеси потребують великих затрат енергії, тому дітям не рекомендують важкі та тривалі фізичні навантаження, які можуть загальмувати процеси росту.
Після 17-20 років, коли припиняється процес зростання, налагоджується збалансованість окремих сторін обміну, як у дорослих людей. Для дорослого організму характерна динамічна рівновага процесів синтезу (анаболізму) та розпаду (катаболізму). Це фіксується за відносною стабільністю маси тіла.
В організмі, що старіє, переважають катаболічні процеси, що призводить до зменшення вмісту білків, ферментів, гормонів та інших функціонально важливих речовин. Тому люди похилого віку погано переносять максимальні, особливо силові навантаження. Однак, помірні фізичні навантаження підвищують інтенсивність обмінних процесів та подовжують період високої функціональної активності організму.
Як же відбувається процес розпаду поживних речовин та вивільнення енергії?
Поживні речовини забезпечують організм енергією, що міститься у хімічних зв’язках їхніх молекул і вивільняється під час розпаду та окислення цих речовин.
За рахунок вуглеводів енерговитрати організму поповнюються приблизно на 55-65%, жирів – 25-35%, а білків – лише 5-15%.
Процеси розпаду поживних речовин та вивільнення енергії відбувається у клітинах організму поступово здебільшого з участю кисню (аеробно), який ми вдихаємо. На першому етапі катаболізму складні поживні речовини розпадаються до мономерів:
· вуглеводи до молекул глюкози,
· жири – на гліцерин та жирні кислоти,
· білки – на амінокислоти.
При цьому вивільняється дуже мала кількість енергії.
На другому етапі всі мономери різними метаболічними шляхами розпадаються до єдиної універсальної речовини – ацетил – КоА (ацетил- коензим А) – активної форми оцтової кислоти, з’єднаної з коферментом ацетилювання (КоА). Молекула ацетил – КоА є інтегратором обміну основних класів поживних речовин у тканинах організму. У процесі розпаду вивільняється 1/3 енергії, що міститься у речовині.
На третьому етапі, що відбувається в мітохондріях, ацетил – КоА перетворюється на лимонну кислоту (цитрат), яка поступово окислюється [у циклі лимонної кислоти та дихальному ланцюгу (= цикл Кребса)], до кінцевих продуктів метаболізму – Н2О, СО2 з участю О2, що надходить туди із легень та кровоносної системи. Цикл лимонної кислоти є центральним аеробним шляхом розпаду поживних речовин та вивільнення енергії. При цьому вивільняється приблизно 2/3 енергії, що заключна у поживних речовинах. Ця енергія частково розсіюється у вигляді тепла, а частково (близько 50%) перетворюється на хімічну енергію, яка використовується у процесі синтезу молекули АТФ із АДФ та Н3РО4 (фосфорної кислоти).
Під час окислення амінокислот окрім Н2О та СО2 утворюються молекули аміаку (NH3), які дуже токсичні, тому швидко зв’язуються окремими амінокислотами.
Обмін енергії в організмі
У процесі життєдіяльності людина постійно використовує енергію, обсяг якої залежить від багатьох факторів. Організм дорослої люджиниу стані відносного спокою витрачає близько 8 000 кДж енергії або 1 900 ккал протягом добі, а спортсмени під час напружених тренувань – до 20 000 кДж. Одиниці виміру енергії пов’язані між собою так: 1 ккал= 4,18 кДж.