Глава 11. водно-солевой обмен

РОЛЬ ВОДЫ В ОРГАНИЗМЕ И ЕЕ ОБМЕН

Вода- важнейшая составная часть живого организма. Организмы без воды существовать не могут. Без воды человек погибает менее чем через неделю, тогда как без пищи, но получая воду он может прожить более месяца. Потеря организмом 20% воды приводит к смерти. В организме содержание воды составляет ²/₃ от массы тела и изменяется с возрастом. Количество воды в разных тканях различно. Суточная потребность человека в воде примерно составляет 2,5 л. Эта потребность в воде покрывается за счет введения в организм жидкостей и пищевых продуктов. Эту воду считают экзогенной. Воду, которая образуется в результате окислительного распада в организме белков, жиров и углеводов, называют эндогенной.

Вода является средой, в которой протекает большинство реакций обмена. Она принимает непосредственное участие в обмене веществ. Определенная роль принадлежит воде в процессах теплорегуляции организма. С помощью воды происходит доставка тканям и клеткам питательных веществ и удаление из них конечных продуктов обмена.

Выделение воды из организма осуществляется почками - 1,2- 1,5 л, кожей - 0,5 л, легкими — 0,2—0,3 л. Обмен воды регулируется нервно-гормональной системой. Задержке воды в организме способствуют гормоны коры надпочечников (кортизон, альдостерон) и гормон задней доли гипофиза вазопрессин. Гормон щитовидной железы тироксин усиливает выведение воды из организма.

ОБМЕН МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

Минеральные соли относятся к числу пищевых незаменимых веществ. Минеральные элементы не обладают питательной ценностью, но они нужны организму как вещества, участвующие в регуляции обмена веществ, в поддержании осмотического давления, для обеспечения постоянства рН внутри- и внеклеточной жидкости организма. Многие минеральные элементы являются структурными компонентами ферментов и витаминов.

В состав органов и тканей человека и животных входят макроэлементы и микроэлементы. Последние содержатся в организме в очень незначительных количествах. В различных живых организмах, как и в теле человека, в наибольшем количестве встречаются кислород, углерод, водород, азот. Эти элементы, а также фосфор и сера, входят в состав живых клеток в виде различных соединений. К макроэлементам следует отнести также натрий, калий, кальций, хлор и магний. Из микроэлементов в организме животных обнаружены следующие:медь, марганец, йод, молибден, цинк, фтор, кобальт и др. Железо занимает промежуточное положение между макро- и микроэлементами.

Минеральные вещества в организм поступают только с пищей. Затем через слизистую оболочку кишечника и кровеносные сосуды- в воротную вену и в печень. В печени происходит задержка некоторых минеральных веществ: натрия, железа, фосфора. Железо входит в состав гемоглобина, участвуя в переносе кислорода, а также в состав окислительно-восстановительных ферментов. Кальций входит в состав костной ткани и придает ей прочность. Кроме того, играет важную роль при свертывании крови. Очень для организма фосфор, который встречается кроме свободного (неорганического) в соединениях с белками, жирами и углеводами. Магний регулирует нервно-мышечную возбудимость, активизирует многие ферменты. Кобальт входит в состав витамина В₁₂. Йод участвует в образовании гормонов щитовидной железы. Фтор встречается в тканях зубов. Натрий и калий имеют большое значение в поддержании осмотического давления крови.

Обмен минеральных веществ тесно связан с обменом органических веществ (белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов). Например, ионы кобальта, марганца, магния, железа необходимы для нормального обмена аминокислот. Ионы хлора активируют амилазу. Ионы кальция оказывают активирующее действие на липазу. Окисление жирных кислот идет более энергично в присутствии ионов меди и железа.

ГЛАВА 12. ВИТАМИНЫ

Витамины—это низкомолекулярные органические соединения, являющиеся обязательным компонентом пищи. Они не синтезируются в животном организме. Основным источником для организма человека и животных является растительная пища.

Витамины являются биологически активными веществами. Их отсутствие или недостаток в пище сопровождается резким нарушением процессов жизнедеятельности, приводящим к возникновению тяжелых болезней. Необходимость в витаминах обусловлена тем, что многие из них являются составными частями ферментов и коферментов.

По своему химическому строению витамины весьма разнообразны. Их делят на две группы: водорастворимые и жирорастворимые.

ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ

1. Витамин B₁ (тиамин, аневрин). Его химическая структура характеризуется наличием аминной группы и атома серы. Наличие спиртовой группы в витамине B₁ дает возможность образовывать с кислотами сложные эфиры. Соединяясь с двумя молекулами фосфорной кислоты, тиамин образует сложный эфир тиаминдифосфат, который является коферментной формой витамина. Тиаминдифосфат является коферментом декарбоксилаз, катализирующих декарбоксилирование a-кетокислот. При отсутствии или недостаточном поступлении в организм витамина B₁ становится невозможным осуществление углеводного обмена. Нарушения происходят на стадии утилизации пировиноградной и a-кетоглютаровой кислот.

2. Витамин В₂ (рибофлавин). Этот витамин является метилиро-ванным производным изоаллоксазина, связанного с 5-атомным спиртом рибитолом.

В организме рибофлавин в виде сложного эфира с фосфорной кислотой входит в состав простетической группы флавиновых ферментов (ФМН, ФАД), катализирующих процессы биологического окисления, обеспечивая перенос водорода в дыхательной цепи, а также реакции синтеза и распада жирных кислот.

3. Витамин В₃ (пантотеновая кислота). Пантотеновая кислота построена из b-аланина и диоксидиметилмасляной кислоты, соединенных пептидной связью. Биологическое значение пантотеновой кислоты состоит в том, что она входит в состав кофермента А, играющего огромную роль в обмене углеводов, жиров и белков.

4. Витамин B₆ (пиридоксин). По химической природе витамин B₆ является производным пиридина. Фосфорилированное произ-водное пиридоксина является коферментом ферментов, катализирующих реакции обмена аминокислот.

5. Витамин B₁₂ (кобаламин). Химическая структура витамина отличается большой сложностью. В его состав, входит, четыре пиррольных кольца. В центре находится атом кобальта, связанный с азотом пиррольных колец.

Витамину B₁₂ принадлежит большая роль в переносе метильных групп, а также синтезе нуклеиновых кислот.

6. Витамин РР (никотиновая кислота и ее амид). Никотиновая кислота представляет собой производное пиридина.

Амид никотиновой кислоты является составной частью коферментов НАД+и НАДФ + , входящих в состав дегидрогеназ.

7. Фолиевая кислота (Витамин В_с ). Выделена из листьев шпината (латинское folium -лист). В состав фолиевой кислоты входит пара-аминобензойная кислота и глютаминовая кислота. Фолиевой кислоте принадлежит важная роль в обмене нуклеиновых кислот и синтезе белка.

8. Пара-аминобензойная кислота. Ей принадлежит большая роль в синтезе фолиевой кислоты.

9. Биотин (витамин Н). Биотин входит в состав фермента, катализирующего процесс карбоксилирования (присоединения CO₂ к углеродной цепи). Биотин необходим для синтеза жирных кислот и пуринов.

10. Витамин С (аскорбиновая кислота). По химической структуре аскорбиновая кислота близка к гексозам. Особенностью этого соединения является его способность к обратимому окислению с образованием дегидроаскорбиновой кислоты. Оба эти соединения обладают витаминной активностью. Аскорбиновая кислота принимает участие в окислительно-восстановительных процессах организма, предохраняет от окисления SH-группы ферментов, обладает способностью обезвоживать токсины.

ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ

К этой группе относятся витамины групп А, Д, Е, К- и др.

1. Витамины группы А. Витамин A₁ (ретинол, антиксерофтальмический) по своей химической природе близок к каротинам. Представляет собой циклический одноатомный спирт.

2. Витамины группы Д (антирахитический витамин). По своей химической структуре витамины группы Д близки к стеринам. Витамин Д₂ образуется из эргостерина дрожжей, а Д₃ - из 7-де-гидрохолестерина в животных тканях под влиянием ультрафиолетового облучения .

3. Витамины группы Е (a, b, g-токоферолы). Основные изменения при авитаминозе Е происходят в половой системе (потеря способности к вынашиванию плода, дегенеративные изменения сперматозоидов). Вместе с этим недостаточность витамина Е вызывает поражение самых разнообразных тканей.

4. Витамины группы К. По своему химическому строению витамины этой группы (K₁ и К₂) относятся к нафтохинонам. Характерным признаком авитаминоза К является возникновение подкожных, внутримышечных и других кровоизлияний и нарушение свертывания крови. Причиной этого является нарушение синтеза белка протромбина-компонента системы свертывания крови.

АНТИВИТАМИНЫ

Антивитамины являются антагонистами витаминов: Часто эти вещества очень близки по структуре к соответствующим витаминам, и тогда в основе их действия лежит «конкурентное» вытеснение антивитамином соответствующего витамина из его комплекса в ферментной системе. В результате образуется «недеятельный» фермент, нарушается обмен и возникает тяжелое заболевание. Например, сульфаниламиды являются антивитаминами парааминобензойной кислоты. Антивитамином витамина B₁ является пиритиамин.

Различают также структуроразличные антивитамины, которые способны связывать витамины, лишая их витаминной активности.

ГЛАВА 13. ГОРМОНЫ

Гормоны так же, как и витамины, относятся к биологически активным веществам и являются регуляторами обмена веществ и физиологических функций. Их регулирующая роль сводится к активации или ингибированию ферментных систем, изменению проницаемости биологических мембран и транспорта веществ через них, возбуждению или усилению различных биосинтетических процессов, в том числе и синтеза ферментов.

Гормоны вырабатываются в железах внутренней секреции (эндокринных железах), которые не имеют выводных протоков и свой секрет выделяют непосредственно в кровоток. К числу эндокринных желез относятся щитовидная, паращитовидные (около щитовидные), половые железы, надпочечники, гипофиз, поджелудочная, зобная (вилочковая) железы.

Заболевания, возникающие при нарушении функций той или иной эндокринной железы, являются следствием либо ее гипофункции (пониженной секреции гормона), либо гиперфункции (избыточного выделения гормона).

Гормоны по химической структуре можно разделить на три группы: гормоны белковой природы; гормоны, производные аминокислоты тирозина, и гормоны стероидной структуры.

ГОРМОНЫ БЕЛКОВОЙ ПРИРОДЫ

К ним относятся гормоны поджелудочной железы, передней до ли гипофиза и паращитовидных желез.

Гормоны поджелудочной железы-инсулин и глюкагон -участвуют в регуляции углеводного обмена. По своему действию являются антагонистами между собой. Инсулин снижает, а глюкагон увеличивает уровень сахара в крови.

Гормоны гипофиза регулируют деятельность многих других эндокринных желез. К ним относятся:

-соматотропный гормон (СТГ) — гормон роста, стимулирует рост клеток, повышает уровень биосинтетических процессов;

-тиреотропный гормон (ТТГ) -стимулирует деятельность щитовидной железы;

- адренокортикотропный гормон (АКТГ) — регулирует биосинтез кортикостероидов корой надпочечников;

-гонадотропные гормоны -регулируют функцию половых желез.

ГОРМОНЫ РЯДА ТИРОЗИНА

К ним относятся гормоны щитовидной железы и гормоны мозгового слоя надпочечников. Основными гормонами щитовидной железы являются тироксин и трийодтиронин. Эти гормоны являются йодированными производными аминокислоты тирозина. При гипофункции щитовидной железы снижаются обменные процессы. Гиперфункция щитовидной железы приводит к повышению основного обмена.

Мозговое вещество надпочечников вырабатывает два гормона-адреналин и норадреналин. Эти вещества повышают кровяное давление. Адреналин оказывает значительное влияние на обмен углеводов -повышает уровень глюкозы в крови.

СТЕРОИДНЫЕ ГОРМОНЫ

К этому классу относятся гормоны, вырабатываемые корковым слоем надпочечников и половыми железами (яичниками и семенниками). По химической природе они представляют собой стероиды. Кора надпочечников вырабатывает кортикостероиды, они содержат С₂₁-атом. Их делят на минералокортикоиды, из которых наиболее активными являются альдостерон и дезоксикортикостерон. и глюкокортикоиды -кортизол (гидрокортизон), кортизон и кортикостерон. Глюкокортикоиды оказывают большое влияние на обмен углеводов и белков. Минералокортикоиды регулируют в основном обмен воды и минеральных веществ.

Различают мужские (андрогены) и женские (эстрогены) половые гормоны. Первые являются С₁₉-, а вторые C₁₈-стероидами. К андрогенам относятся тестостерон, андростендион и др., к эстрогенам - эстрадиол, эстрон и эстриол. Наиболее активными является тестостерон и эстрадиол. Половые гормоны обусловливают нормальное половое развитие, формирование вторичных половых признаков, оказывают влияние на обмен веществ.

ГЛАВА 14. БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПИТАНИЯ

В проблеме питания можно выделить три взаимосвязанных раздела: рациональное питание, лечебное и лечебно-профилактическое. Основой является так называемое рациональное питание, так как оно строится с учетом потребностей здорового человека, в зависимости от возраста, профессии, климатических и др. условий. Основа рационального питания - сбалансированность и правильный режим питания. Рациональное питание является средством нормализации состояния организма и поддержания его высокой трудоспособности.

С пищей в организм человека поступают углеводы, белки, жиры, аминокислоты, витамины, минеральные вещества. Потребность в этих веществах различна и определяется физиологическим состоянием организма. Растущий организм нуждается в большем количестве пищи. Человек, занимающийся спортом или физическим трудом, расходует большое количество энергии, а поэтому также нуждается в большем количестве пищи, чем человек малоподвижный.

В питании человека количество белков, жиров и углеводов должно быть в соотношении 1:1:4, т. е. необходимо на 1 г белка .употреблять 1 г жира и 4 г углеводов. Белки должны обеспечивать около 14% калорийности суточного рациона, жиры около 31%, а углеводы около 55%.

На современном этапе развития науки о питании недостаточно исходить только из общего потребления пищевых веществ. Весьма важно установить удельный вес в питании незаменимых компонентов пищи (незаменимых аминокислот, ненасыщенных жирных кислот, витаминов, минеральных веществ и др.). Современное учение о потребностях человека в пище получило выражение в концепции сбалансированного питания. Согласно этой концепции, обеспечение нормальной жизнедеятельности возможно не только при условии снабжения организма адекватным количеством энергии и белка, но и при соблюдении достаточно сложных взаимоотношений между многочисленными незаменимыми факторами питания, способными проявлять в организме максимум своего полезного биологического действия. В основе закона сбалансированного питания лежат представления о количественных и качественных аспектах процессов ассимиляции пищи в организме, т. е. вся сумма обменных энзиматических реакций.

В Институте питания АМН СССР разработаны средние данные о величинах потребности взрослого человека в пищевых веществах. Главным образом, в определении оптимальных соотношений отдельных пищевых веществ именно такое соотношение пищевых веществ необходимо в среднем для поддержания нормальной жизнедеятельности взрослого человека. Поэтому при подготовке общих рационов питания и оценке отдельных продуктов необходимо ориентироваться на данные соотношения. Важно помнить, что вредна не только недостаточность отдельных эссенциальных факторов, но опасен и их избыток. Причина токсичности избытка незаменимых пищевых веществ, вероятно, связана с разбалансированностью рациона питания, которое в свою очередь приводит к нарушению биохимического гомеостаза (постоянства состава и свойств внутренней среды) организма, к нарушению клеточного питания.

Приведенная сбалансированность питания вряд ли может быть перенесена без изменения в структуру питания людей, находящихся в различных условиях труда и быта, людей различного возраста и пола и т. п. Исходя из того, что в основе различий в потребностях в энергии и пищевых веществах лежат особенности протекания обменных процессов и их гормональной и нервной регуляции, необходимо для лиц различного возраста и пола, а также для лиц со значительными отклонениями от средних показателей нормального энзиматического статуса в обычное представление формулы сбалансированного питания внести определенные корректировки.

Институтом питания АМН СССР предложены нормативы для

расчета оптимальных рационов питания населения нашей страны.

Эти рационы дифференцированы относительно трех климатических

зон: северной, центральной и южной. Однако последние научные данные говорят о том, что такое деление сегодня не может удовлетворять. Последние исследования показали, что в пределах нашей страны Север необходимо делить на две зоны: европейский и азиатский. Эти зоны между собой существенно отличаются по климатическим условиям. В институте клинической и экспериментальной медицины СО АМН СССР (г. Новосибирск) в результате длительных исследований показано, что в условиях азиатского Севера перестраивается обмен белков, жиров, углеводов, витаминов, макро- и микроэлементов, в связи с чем возникает необходимость уточнения норм питания человека с учетом сдвигов в обмене веществ. В настоящее время в широких масштабах ведутся исследования в области рационализации питания населения Сибири и Дальнего Востока. Первостепенная роль в изучении этого вопроса отводится биохимическим исследованиям.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Общий химический состав живых организмов

Глава 2. Белковые вещества

2.1. Общая характеристика белков.

2.2. Аминокислоты - структурные элементы белков.

2.3. Строение и пространственная структура белковой

молекулы.

2.4. Физико-химические свойства белков.

2.5. Выделение белков из биологических объектов.

2.6. Номенклатура и классификация белков.

Глава 3. Нуклеиновые кислоты