Биохимия питания. витамины
| Раздел 11.1 | Понятие о полноценном пищевом рационе. |
| 11.1.1.Полноценным называется рацион, соответствующий энергетическим потребностям человека и содержащий необходимое количество незаменимых пищевых веществ, обеспечивающих нормальный рост и развитие организма. Факторы, влияющие на потребность организма в энергии и питательных веществах: пол, возраст и масса тела человека, его физическая активность, климатические условия, биохимические, иммунологические и морфологические особенности организма. Все питательные вещества можно разделить на пять классов: 1. белки; 2. жиры; 3. углеводы; 4. витамины; 5. минеральные вещества. Кроме того, любая диета должна содержать воду, как универсальный растворитель. Незаменимыми компонентами пищевого рациона являются: 1. незаменимые аминокислоты - валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан; 2. незаменимые (эссенциальные) жирные кислоты - линолевая, линоленовая, арахидоновая; 3. водо- и жирорастворимые витамины; 4. неорганические (минеральные) элементы - кальций, калий, натрий, хлор, медь, железо, хром, фтор, йод и другие. 11.1.2. Сбалансированный пищевой рацион. Диета, содержащая питательные вещества в соотношении, оптимальном для максимального удовлетворения пластических и энергетических потребностей организма человека, называется сбалансированным пищевым рационом. Считается, что самым благоприятным является соотношение белков, жиров и углеводов близкое к 1:1:4, при условии что общая калорийность рациона соответствует энергозатратам данного человека. Так, для студента-юноши весом 60 кг, энергозатраты составляют в среднем 2900 ккал в сутки и рацион должен содержать: 80-100 г белков, 90 г жиров, 300 - 400 г углеводов. |
| Раздел 11.2 | Характеристика пищевых белков. |
| 11.2.1. Биологическая роль пищевых белков заключается в том, что они служат источником незаменимых и заменимых аминокислот. Аминокислоты используются организмом для синтеза собственных белков; в качестве предшественников небелковых азотистых веществ (гормонов, пуринов, порфиринов и др.); как источник энергии (окисление 1 г белков даёт примерно 4 ккал энергии). Пищевые белки делятся на полноценные и неполноценные. Полноценные пищевые белки - животного происхождения, содержат в своём составе все аминокислоты в необходимых пропорциях и хорошо усваиваются организмом. Неполноценные белки - растительного происхождения, не содержат, или содержат в недостаточном количестве одну или несколько незаменимых аминокислот. Так, зерновые культуры, дефицитны по лизину, метионину, треонину; в белке картофеля мало метионина и цистеина. Для получения полноценных по белку пищевых рационов, следует комбинировать растительные белки, дополняющие друг друга по аминокислотному составу, например, кукурузу и бобы. Суточная потребность: не менее 50 г в сутки, в среднем 80-100 г. 11.2.2. Белковая недостаточность в детском возрасте вызывает: 1. снижение сопротивляемости организма инфекциям; 2. остановку роста вследствие нарушения синтеза факторов роста; 3. энергетическую недостаточность организма (истощение углеводных и жировых депо, катаболизм тканевых белков); 4. потерю массы тела - гипотрофию. При белковом голодании наблюдаются отеки, которые возникают вследствие снижения содержания белков в крови (гипоальбуминемии) и нарушения распределения воды между кровью и тканями. |
| Раздел 11.3 | Характеристика пищевых жиров. |
| 11.3.1.В состав пищевых жиров входят в, основном, триацилглицеролы (98%), фосфолипиды и холестерол. Триацилглицеролы животного происхождения содержат много насыщенных жирных кислот и имеют твёрдую консистенцию. Растительные жиры содержат больше ненасыщенных жирных кислот и имеют жидкую консистенцию (масла). Биологическая роль: 1. являются одним из основных источников энергии; 2. служат источником незаменимых полиненасыщенных жирных кислот; 3. способствуют всасыванию из кишечника жирорастворимых витаминов. Полиненасыщенные жирные кислоты необходимы организму для построения фосфолипидов, формирующих основу всех мембранных структур клетки и липопротеинов крови. Кроме того, линолевая кислота используется для синтеза арахидоновой кислоты, служащей предшественником простагландинов, простациклинов, тромбоксанов и лейкотриенов. Суточная потребность: 90-100 г, из них 30% должны приходиться на растительные масла. Пищевая ценность растительных жиров выше, чем животных, так как при равном энергетическом эффекте - 9 ккал на 1 г, они содержат больше незаменимых жирных кислот. 11.3.2.Нарушение соотношения доли растительных и животных жиров в рационе приводит к изменению соотношения в крови различных классов липопротеинов и, как следствие, к ишемической болезни сердца и атеросклерозу. |
| Раздел 11.4 | Характеристика пищевых углеводов. |
| 11.4.1.Пищевые углеводы по способности усваиваться организмом человека делятся на две группы: · усвояемые: глюкоза, фруктоза, сахароза, лактоза, крахмал; · неусвояемые: целлюлоза (клетчатка), гемицеллюлоза, пектины. Биологическая роль усвояемых углеводов: 1. являются основным источником энергии для человека (окисление 1 г дает 4 ккал); 2. служат предшественниками в синтезе многих биомолекул - гетерополисахаридов, гликолипидов, нуклеиновых кислот. Биологическая роль неусвояемых углеводов: клетчатка влияет на перистальтику кишечника, способствует выведению холестерола, препятствует развитию ожирения и желчнокаменной болезни. Суточная потребность: 300-400 г, из них - легкоусвояемых углеводов (фруктозы, сахарозы, лактозы) - 50-100 г, клетчатки 25 г, остальное - крахмал. 11.4.2.Избыток легкоусвояемых углеводов в рационе способствует развитию таких заболеваний как ожирение, сахарный диабет, кариес зубов. Недостаток балластных веществ (клетчатки) способствует развитию рака толстой кишки. |
| Раздел 11.5 | Витамины. | |||||||||||||||||||||||
11.5.1. Витамины -низкомолекулярные органические соединения, поступающие в организм с пищей и обеспечивающие нормальное протекание биохимических и физиологических процессов. Витамины не включаются в структуру тканей и не используются в качестве источника энергии. 11.5.2. Классификация витаминов.Витамины делятся на две группы: витамины, растворимые в воде и витамины, растворимые в жирах. Водорастворимые витамины - В1, В2, В6, В12, РР, Н, С, фолиевая кислота, пантотеновая кислота. Жирорастворимые витамины - А, Д, Е, К. Для каждого витамина, кроме буквенного обозначения, существует химическое и физиологическое название. Физиологическое название, как правило, состоит из приставки анти- и названия заболевания, развитие которого предупреждает витамин (например, витамин Н - антисеборрейный). 11.5.3. Провитамины.Некоторые витамины могут синтезироваться непосредственно в организме человека. Соединения, служащие предшественниками для синтеза витаминов в клетках организма человека, называются провитаминами. Например, провитамином витамина А является каротин, витамина D2 - эргостерол, D3 - 7-дегидрохолестерол. 11.5.4. Биологическая роль витаминов.Витамины, попадая в организм, превращаются в свою активную форму, которая и принимает непосредственное участие в биохимических процессах.Биологическая роль водорастворимых витаминов заключается в том, что они входят в состав коферментов, участвующих в метаболизме белков, жиров и углеводов в клетках организма человека. В таблице 1 приведены примеры витаминов и их биологическая роль. Таблица 1. Коферментные функции водорастворимых витаминов.
11.5.5. Антивитамины.Термином антивитамины обозначают любые вещества, вызывающие снижение или полную потерю биологической активности витаминов. По механизму действия их делят на две группы: 1. антивитамины, имеющие структуру, сходную со строением витамина и конкурирующие с ним за включение в кофермент; 2. антивитамины, вызывающие химическую модификацию витамина. Примерами могут служить: тиаминаза (антивитамин В1), акрихин (антивитамин В2), изониазид (антивитамин РР), дикумарол (антивитамин К). 11.5.6. Болезни нерационального потребления витаминов. Для обеспечения нормального протекания биохимических процессов, в организме человека должен поддерживаться определённый уровень концентрации витаминов. При изменении этого уровня развиваются заболевания с симптомами, харктерными для каждого витамина. Гипервитаминозы - заболевания, вызванные избыточным содержанием витаминов в организме. Характерны для жирорастворимых витаминов, способных накапливаться в клетках печени. Чаще всего встречаются гипервитаминозы А и D, связанные с передозировкой их лекарственных препаратов. Гипервитаминоз А характеризуется общими симптомами отравления: сильными головными болями, тошнотой, слабостью. Гипервитаминоз D сопровождается деминерализацией костей, кальцинацией мягких тканей, образованием камней в почках. Гиповитаминозы - заболевания, вызванные недостатком витаминов в организме. Первичные гиповитаминозы связаны с нарушением процессов поступления витаминов в организм при: 1. недостатке витаминов в пище; 2. ускоренном распаде витаминов в кишечнике под действием патогенной микрофлоры; 3. нарушении синтеза витаминов кишечной микрофлорой при дисбактериозе; 4. нарушении всасывания витаминов; 5. приеме лекарственных препаратов - антивитаминов. Вторичные гиповитаминозы связаны с нарушением процессов превращения витаминов в их активные формы в клетках организма человека. Причиной могут служить генетические дефекты или нарушения биохимических процессов при различных заболеваниях органов и тканей. Авитаминозы - заболевания, вызванные полным отсутствием витамина в организме. |
| Раздел 11.5.5 | Строение и биологические функции жирорастворимых витаминов. |
Витамин А - ретинол. Активная форма: цис-ретиналь. Биологическая роль: 1. контролирует рост и дифференцировку быстро пролиферирующих тканей (эмбриональной, хрящевой, костной, эпителиальной); 2. участвует в фотохимическом акте зрения. Суточная потребность: 0,5-2,0 мг. Основные пищевые источники: сливочное масло, печень животных и рыб, b-каротин в красных плодах. Участие витамина А в механизме сумеречного зрения. В процессе светоощущения главная роль принадлежит пигменту родопсину - сложному белку, состоящему из белка опсина и простетическойгруппы - цис-ретиналя. Под действием света цис-ретиналь света превращается в изомер - транс-ретиналь, что приводит к разрушению пигмента родопсина и возникновению нервного импульса. Восстановление пигмента происходит по схеме:  Процесс изомеризации транс-ретинола в сетчатке глаза протекает очень медленно. Основное его количество поступает в кровь, затем в печень, где и происходит быстрое превращение транс-ретинола в цис-ретинол, который попадает в кровь и поглощается сетчаткой глаза. Процесс лимитируется запасом в печени транс-ретинола (витамина А). Гиповитаминоз: нарушение темновой адаптации зрения (ночная слепота) у взрослых; у детей - остановка роста, ороговение эпителия всех органов - гиперкератоз, сухость роговицы глаза - ксерофтальмия, размягчение роговицы под действием микрофлоры - кератомаляция. Витамин D3 - холекальциферол. Активная форма: 1,25-дигидроксихолекальциферол, кальцитриол. Биологическая роль: 1. регуляция всасывания ионов кальция и фосфатов в кишечнике; 2. реабсорбция ионов кальция в почечных канальцах; 3. мобилизация ионов кальция из костей. Суточная потребность: 10-15 мкг (500-1000 МЕ). Основные пищевые источники: печень животных и рыб, яйца, молоко, сливочное масло. Синтез витамина D3 и его активных форм в тканях человека. Предшественником (провитамином) витамина D3 в организме человека служит 7-дегидрохолестерол, который при действиина кожу ультрафиолетового излучения, переходит в холекальциферол.  Образование активной формы витамина происходит последовательно в печени и почках путём гидроксилирования по 1 и 25 углеродным атомам. Образующийся 1,25-дигидроксихолекальциферол обладает гормональной активностью (кальцитриол). Тканями-мишенями для него являются кишечник, почки, кости. В эпителии кишечника и почечных канальцах кальцитриол индуцирует синтез Са-связывающего белка, что способствует всасыванию ионов Са2+ из пищи и реабсорбции их почками. В костной ткани угнетает синтез коллагена, уменьшает Са- связывающую способность, что приводит к мобилизации кальция из костей. Гиповитаминоз: у детей - рахит. Симптомы: 1. снижение мышечного тонуса; 2. деформация костей черепа, груди, позвоночника, нижних конечностей. У взрослых - остеопороз - деминерализация костей. При нарушении образования активных форм витамина D3 (например, при поражении печени и почек) развивается D-резистентное рахитоподобное состояние. Витамин К -филлохинон. Активная форма: неизвестна. Биологическая роль – участие в синтезе белковых факторов свёртывания крови: II (протромбин), VII (проконвертин), IX (Кристмас-фактор), и X (фактор Прауэра-Стюарта). Суточная потребность: 1 мг. Основные пищевые источники: синтезируется микрофлорой кишечника. Гиповитаминоз - паренхиматозные и капиллярные кровотечения. Витамин Е - токоферол. Активная форма: неизвестна. Биологическая роль - природный антиоксидант, тормозит пероксидное окисление липидов клеточных мембран. Суточная потребность: 5 мг. Основные пищевые источники: растительные масла. Гиповитаминоз у человека - гемолитическая анемия. У животных - мышечная дистрофия, дегенерация спинного мозга, атрофия семенников, пероксидный гемолиз эритроцитов. |
| Раздел 11.5.6 | Строение и биологические функции водорастворимых витаминов. |
Витамин В1 - тиамин.  Активная форма: кофермент тиаминдифосфат (ТДФ). Биологическая роль: участвует в реакциях окислительного декарбоксилирования пирувата и α-кетоглутарата. Суточная потребность: 1-2 мг. Основные пищевые источники: мука грубого помола, бобовые, мясо, рыба. Гиповитаминоз: болезнь “бери-бери”. Симптомы: 1. периферические невриты; 2. мышечная слабость; 3. дискоординация движений; 4. увеличение размеров сердца; 5. повышение уровня пирувата в крови. Основная причина смертности у больных бери-бери - сердечная недостаточность. Витамин В2 - рибофлавин.  Активные формы: коферменты флавинмононуклеотид (ФМН) и флавинадениндинуклеотид (ФАД). Биологическая роль: участвует в окислительно-восстановительных реакциях. Например: 1. перенос электронов в дыхательной и монооксигеназной цепях; 2. окисление сукцината; 3. окисление высших жирных кислот. Суточная потребность: 1,5 - 3,0 мг. Основные пищевые источники: молоко, печень, мясо, яйца, жёлтые овощи. Гиповитаминоз часто встречается у беременных, детей, у людей в состоянии стресса. Симптомы: 1. воспаление сосочков языка -глоссит; 2. растрескивание губ и уголков рта - ангулярный стоматит; 3. помутнение хрусталика - катаракта; 4. воспаление роговицы глаза - кератит. Витамин В6 - пиридоксин.  Активная форма: кофермент пиридоксальфосфат. Биологическая роль: - участвует в реакциях: 1. трансаминирования; 2. Декарбоксилирования аминокислот; 3. синтеза никотинамида из триптофана; 4. синтеза δ-аминолевулиновой кислоты (синтез гема). Суточная потребность: 2 мг. Основные пищевые источники: хлеб, горох, фасоль, картофель, мясо. Гиповитаминоз: недостаточность витамина не вызывает специфических симптомов. Витамин РР - никотинамид (ниацин).  Активная форма: коферменты никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и никотинамидадениндинук-леотидфосфат (НАДФ). Биологическая роль: входит в состав дегидрогеназ. Например: 1. пируватдегидрогеназный комплекс; 2. глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа; 3. глутаматдегидрогеназа; 4. β-гидрокси,β-метилглутарил-КоА-редуктаза и многие другие. Суточная потребность: 15 - 20 мг. Основные пищевые источники: мясо, рыба,горох, бобы, орехи. Гиповитаминоз: болезнь пеллагра. Симптомы: 1. дерматит - поражение кожи; 2. диаррея - поражение слизистой желудочно-кишечного тракта; 3. деменция - слабоумие. Поскольку витамин РР может синтезироваться в организме из аминокислоты триптофан, пеллагру можно лечить, вводя в диету дополнительное количество полноценных животных белков. 60 мг триптофана эквивалентны 1 мг никотинамида. Витамин В9 - фолиевая кислота.  Активная форма: кофермент тетрагидрофолиевая кислота. Биологическая роль: участвует в реакциях переноса одноуглеродных групп при синтезе: 1. пуриновых нуклеотидов; 2. тимидилового нуклеотида; 3. метионина из гомоцистеина; 4. серина и глицина. Суточная потребность: 1 - 2,2 мг. Основные пищевые источники: зелёные листья растений, дрожжи. Гиповитаминоз:макроцитарная анемия. Витамин В12 - цианкобаламин. Активная форма: коферменты метилкобаламин и дезоксиаденозилкобаламин. Имеют сложную структуру, в центре которой находится атом кобальта (Со+), соединённый с четырьмя пиррольными кольцами, образующими корриновоеядро. Биологическая роль: участвует в реакциях: 1. трансметилирования; 2. обмена серосодержащих аминокислот; 3. образования коферментных форм фолиевой кислоты. Суточная потребность: 0,003 мг. Основные пищевые источники: любые продукты животного происхождения. Гиповитаминоз: мегалобластическая анемия, развивающаяся при нарушении всасывания витамина в кишечнике. Для всасывания витамина В12 в кишечнике, необходим специальный белокгастромукопротеин (транскоррин), получивший название - внутренний фактор Касла. Этот белок вырабатывается в желудке, связывает витамин В12 (внешний фактор Касла) и образовавшийся комплекс всасывается в кишечнике. Любые причины, приводящие к нарушению выработки желудочного гликопротеина (например, органические поражения желудка, резекция желудка) приводят к гиповитаминозу В12. Витамин С - аскорбиновая кислота.  Активная форма - неизвестна. Биологическая роль: кофактор реакций гидроксилирования. Например, в реакциях синтеза: 1. серотонина; 2. оксилизина и оксипролина в коллагене; 3. гомогентизиновой кислоты. Кроме того, способствует поступлению железа в кровь из кишечника и высвобождению его из ферритина. Является антиоксидантом. Суточная потребность: 50-100 мг. Гиповитаминоз - болезнь цинга (скорбут). Симптомы: 1. боли в суставах; 2. точечные кровоизлияния - петехии; 3. кровоточивость дёсен; 4. расшатывание зубов; 5. анемия; 6. быстрая утомляемость. Витамин Н - биотин.  Активная форма: биоцитин. Биологическая роль - участвует в реакциях карбоксилирования при синтезе: 1. пуриновых нуклеотидов; 2. оксалоацетата; 3. малонил-КоА. Суточная потребность: 0,26 мг. Основные пищевые источники: молоко, яичный желток, печень, томаты, шпинат. Гиповитаминоз: так как витамин синтезируется микрофлорой кишечника, то недостаточность встречается редко. Проявляется в виде специфических дерматитов волосистой части |
| Раздел 11.6 | Минеральные (неорганические) вещества. |
| 11.6.1.Кроме шести главных элементов - С, Н, О, Р, N, S, из которых состоят все органические молекулы, человеку необходимо получать ещё около 20 химических элементов. В зависимости от количества, в каком они должны поступать в организм, минеральные вещества делятся на: макроэлементы - кальций, хлор, магний, калий, натрий - суточная потребность более 100 мг имикроэлементы - железо, марганец, медь, йод, фтор, молибден, селен, цинк и др. - суточная потребность - несколько миллиграммов. 11.6.2. Биологическая роль минеральных веществ: 1. являются структурными компонентами тканей (кальций, фтор); 2. обеспечивают водно-солевой баланс (натрий, калий); 3. являются простетической группой ферментов, входят в состав активных центров, стабилизируют структуру ферментов и фермент-субстратных комплексов (магний, железо, медь); 4. участвуют в передаче нервных импульсов (кальций); 5. участвуют в гормональной регуляции обмена веществ (иод входит в состав гормонов щитовидной железы, цинк – в состав инсулина). 11.6.3. Дефицит микроэлементов в воде и пище может приводить к развитию заболеваний. Например, недостаток железа и меди может вызывать анемию, недостаток фтора способствовать возникновению кариеса, при нехватке йода в пище и воде развивается эндемический зоб. |
| Раздел 11.7 | Химические и биологические загрязнители пищи. |
| 11.7.1. Химические загрязнители пищи - продукты технологической деятельности человека. Они попадают в организм с растительной пищей, молоком и мясом животных, выращенных в экологически неблагополучных регионах, а также с консервированными продуктами, приготовленными с нарушением технологии. К химическим загрязнителям относят 1. радиоактивные изотопы; 2. ионы тяжёлых металлов; 3. органические продукты химической промышленности; 4. сельскохозяйственные яды; 5. пищевые добавки. Большинство химических загрязнителей могут накапливаться в организме человека и нарушать обмен веществ. Ионы тяжёлых металлов: ртуть, свинец, медь, олово, цинк, железо - взаимодействуют с атомами азота нуклеиновых кислот и серы в составе белков, вызывают нарушение функционирования этих макромолекул. При отравлении свинцом отмечаются повышенная утомляемость, бессонница, позднее - расстройства нервной системы, поражение головного мозга. У детей накопление свинца в тканях вызывает снижение умственных способностей. Нитраты попадают в организм с растительной пищей и водой, в кишечнике восстанавливаются до нитритов, которые окисляют гемоглобин (Fe2+) в метгемоглобин (Fe3+). При отравлении нитритами появляются одышка, головокружение, цианоз, метгемоглобинемия. Кроме того, нитриты, взаимодействуют с аминами (содержащимися в продуктах) образуют нитрозамины - вещества, вызывающие возникновение мутаций и развитие раковых опухолей. Фенолы, содержащиеся в стоках металлургических предприятий, в питьевой воде в присутствии хлора и на свету способны превращаться в диоксины. Это липофильные соединения, легко встраивающиеся в клеточные мембраны, поражают иммунокомпетентные клетки, вызывают врожденные уродства у детей и опухолевые заболевания. 11.7.2. Биологические загрязнители пищи: токсичные вещества, продуцируемые бактериями, низшими грибами, одноклеточными водорослями; биологически активные соединения, содержащиеся в высших растениях. Микотоксины - продуцируются микроскопическими грибами - плесенью. Многие из этих веществ способны накапливаться в организме и вызывать при этом эмбриотоксический, мутагенный и канцерогенный эффекты. Например, афлатоксин, вырабатывается грибками, поражающими арахис и кукурузу, является сильнейшим печеночным ядом с выраженным канцерогенным эффектом. Альготоксины - синтезируются низшими водорослями. Отравление происходит при купании в водоёмах, зараженных такими водорослями, и поедании обитающей в них рыбы. Например,анатоксин, вызывает блокирование нервно-мышечной передачи, что приводит к параличу скелетной и дыхательной мускулатуры. Растительные гликозиды - могут содержаться в продуктах в дозах, сопоставимых с фармакологическими. Соланин - образуется в клубнях картофеля под действием солнечного света. Он обладает раздражающим действием на слизистые, угнетает деятельность центральной нервной системы. |