Обмін речовин та енергії. Значення вітамінів

Життєдіяльність організму забезпечується постійним обміном речовин шляхом перетворення потенціальної хімічної енергії їжі в результаті її обробки в шлунково-кишковому тракті на кінетичну, передусім – теплову, механічну, електричну. За походженням хімічна енергія – це енергія сонця (первинна енергія), яка накопичується в рослинах у вигляді потенціальної енергії макроергічних зв'язків у процесах фотосинтезу.

Обмін речовин та енергії – це сукупність хімічних, фізичних і фізіологічних процесів перетворення речовин та енергії організмі людини, їх обмін між організмом та навколишнім середовищем.

Для підтримки процесів життєдіяльності обмін речовин та енергії забезпечує пластичні й енергетичні потреби організму.

В обміні речовин (метаболізмі) та енергії виділяють два взаємопов'язаних, але різнонаправлених процеси: анаболізм, основу якого складають процеси асиміляції, і катаболізм, в основі якого лежать процеси дисиміляції.

Асиміляцією називається процес засвоєння речовин із зовнішнього середовища і утворення з них більш складних, властивих організму органічних речовин (на рівні клітини цей процес називають анаболізмом). Асиміляція відбувається з поглинанням енергії, забезпечує ріст, розвиток, оновлення біологічних структур, а також безперервний ресинтез макроергів і накопичення енергетичних субстратів.

Дисиміляція– процес розпаду і окислення складних речовин до більш простих із виділенням енергії (на рівні клітини цей процес називається катаболізмом). У живому організмі обидва процеси протікають паралельно і невіддільні один від одного. Під час асиміляції поглинається частина енергії, що виділилась внаслідок дисиміляції. З іншого боку, в ході дисиміляції розпадаються ті речовини, що утворились під час асиміляції. Енергія, яка звільняється під час дисиміляції, забезпечує всі прояви життєдіяльності.

Під обміном речовин розуміють сукупність процесів асиміляції та дисиміляції, що відбуваються з речовинами від моменту їх надходження до організму з навколишнього середовища до моменту утворення кінцевих продуктів розпаду і виведення їх з організму.

Етапи обміну речовин:

І етап – травлення: розщеплення у шлунково-кишковому тракті під дією травних ферментів складних молекул поживних речовин до простих.

ІІ етап – всмоктування в кишечнику та надходження у кров і лімфу, рознесення по організму простих молекул поживних речовин, а також кисню, вітамінів, мінеральних солей і води.

ІІІ етап – побудова клітинними структурами з простих речовин, що надійшли в клітину, складних молекул, потрібних даному організмові.

ІV етап – розщеплення синтезованих складних сполук, вивільнення при цьому енергії та утворення проміжних продуктів обміну речовин.

V етап – використання енергії АТФ на виконання різноманітних функцій організму й виведення з нього кінцевих продуктів обміну.

Кінцевою метою обміну речовин та енергії є збереження гомеостазу – тобто умов, необхідних для життя.

Забезпечення енергією процесів життєдіяльності здійснюється за рахунок анаеробного й аеробного катаболізму речовин, що поступають в організм з їжею білків, жирів і вуглеводів. У ході анаеробного зброджування глюкози (гліколіз) або глікогену (глікогеноліз) перетворення 1 моля глюкози в 2 моля лактату приводить до утворення 2 моля АТФ (С₆Н₁₂О₆→2С₃Н₆О₃+2АТФ). Цього явно недостатньо для процесів життєдіяльності і процеси анаеробного гліколізу можуть задовольняти лише короткочасні обмежені потреби клітини (наприклад, еритроцитів).

При аеробному катаболізмі розщеплюються всі органічні речовини, а саме продукти анаеробного обміну до кінцевих речовин: С₆Н₁₂О₆+ 6О₂→ 6СО₂ + 6Н₂О + 25,5 АТФ.

Загальна кількість молекул АТФ під час повного окислення 1 моля глюкози до СО₂ і Н₂О складає 25,5 молей, приблизно стільки ж утворюється енергії під час окислення білків, а під час окислення жирів енергії утворюється значно більше. Так, під час повного окислення 1 моля пальмітинової кислоти утворюється 91,8 молей АТФ.

Основним джерелом енергії відновлення для реакції біосинтезу жирних кислот, холестерину, амінокислот, стероїдних гормонів, попередників синтезу нуклеотидів і нуклеїнових кислот є НАДФ-Н (нікотин-амідаденін-динуклеотифосфат). Його утворення відбувається в цитоплазмі клітини у процесі фосфоглюконатного шляху катаболізму глюкози. Під час такого розщеплювання 1 моля глюкози утворюється 12 молей НАДФ-Н.

Процеси анаболізму та катаболізму знаходяться у організмі в стані динамічної рівноваги або переважання одного з них. Відношення цих процесів залежить від віку (у дитячому, юнацькому віці переважає анаболізм, а похилому віці – катаболізм) стану здоров'я, фізичного або психоемоційного навантаження тощо.

Білкиє своєрідним будівельним матеріалом для пластичних процесів (структурний метаболізм) та для ферментів, які забезпечують усі обмінні процеси.

До складу білків входить 20 амінокислот, 8 із яких незамінні (лейцин, ізолейцин, валін, метіонін, лізин, треонін, фенілаланін, триптофан). Біологічна цінність білків неоднакова у зв'язку з наявністю незамінних амінокислот. Нестаток останніх супроводжується негативним балансом азоту (N більше виділяється, ніж надходить з їжею), припиненням росту й падінням маси тіла. Розпад білків спостерігається при їх нестачі й достатньому надходженні інших поживних речовин. Розрізняють повноцінні та неповноцінні. Повноцінними називаються ті білки, до складу яких входять всі незамінні амінокислоти. Тваринні білки більш повноцінні, ніж рослинні. Вони легше гідролізуються та всмоктуються у шлунково-кишковому тракті. Однак на засвоєння впливає і кулінарна обробка їжі. Мінімальна кількість білків тваринного походження в їжі повина становити 30 %. У нормі існує азотиста рівновага: кількість виділеного азоту дорівнює кількості його надходження. Позитивний азотистий баланс спостерігається внаслідок переважання синтезу білка над розпадом. Зустрічається це під час зростання маси тіла, активації процесів росту, вагітності. У нормальних умовах білки майже, не використовуються для енергетичних затрат організму. Вони виконують такі функції: пластичну (ріст, розвиток, самооновлення), захисну (амортизаційну), імунну, надання специфічності тканинам індивідуума, входять до складу біологічно активних речовин. Енергетичну функцію вони виконують в екстремальних умовах. Коротко - це ферментативна, регуляторна, структурна, рецепторна, транспортна, скорочувальна та захисна функція.

Розрізняють прості та складні білки. Складні – це білки плюс біомолекули або іони, пов'язані ковалентними або нековалентними зв'язками. Це – глікопротеїди, ліпопротеїди, нуклеопротеїди, хромопротеїди, фосфопротеїди.

Важливе значення у пластичних процесах відіграють ДНК та РНК – біополімери (біомакромолекули), що складаються з п'яти основних нуклеотидів пуринового та піримідинового ряду і є носіями генетичної інформації. Лінійна послідовність певних мононуклеотидів у складі генетичних молекул нуклеїнових кислот детермінує послідовність амінокислотних залишків у відповідному білку. Сутність генетичного (біологічного) коду полягає в тому, що послідовність із трьох нуклеотидів (триплет, кодон) у молекулі ДНК або РНК відповідає одній із 20 амінокислот, що включається на певне місце пептидного ланцюга, який синтезується. α-амінокислоти – гіркі або без смаку, β-амінокислоти – солодкі, що свідчить про стереоспецифічність смакових рецепторів. Пуриновими основами є аденін і гуанін, піримідиновими – урацил, тимін, цитозин.

Добова потреба в білку на 1 кг маси тіла у дитини на першому році життя становить 4-5 г., від 1 до 3 років – 4-4,5 г, від 6 до 10 років – 2,5-3 г, старше 12 років –2-2,5 г, у дорослих – 1,5-1,8 г. Отже, залежно від віку і маси діти від 1 до 4 років повинні одержувати на добу 30-50 г білка, від 4 до 7 років – близько 70 г, з 7 років – 75-80 г, для дорослої людини вагою 70 кг - близько 120 г.

Ліпіди(жири і ліпоїди, жироподібні речовини – фосфатиди, стерини) – група речовин, що не розчиняються у воді, але розчиняються в органічних рідинах (спирт, ефір). За складом – це суміші різних тригліцеридів (ефіри гліцеролу) і жирних кислот: тригліцериди (гліцерин + жирні кислоти), фосфоліпіди (гліцерин + жирна кислота + фосфорна кислота + аміноспирти), гліколіпіди (гліцерин + жирна кислота + вуглевод), холестерин, стероїди. Відповідно ліпіди гідролізуються до триацилгліцеринів і жирних кислот; ефіри і фосфогліцерини – до жирних кислот, діацилгліцеролу, 2-моноацилгліцеринів, гліцерину, холестерину, лізофосфатидилхоліну.

У печінці й жировій тканині синтезуються жирні кислоти. Естерифікуючись із гліцерином (точніше з його похідними – гліцерол-3-фосфатом, що утворюється в печінці під впливом гліцеролкінази), вони утворюють триацилгліцерини.

Жир, що надходить до кишечника, під впливом жирових ферментів розщеплюється на гліцерин та жирні кислоти. Епітелієм слизової оболонки кишечника з продуктів розщеплення утворюється жир, специфічний для даного організму. Від слизової оболонки жир поступає лімфотичною систему у вигляді нейтрального жиру, а частково (до 30%) надходить до кровоносної системи. Жир є структурною частиною оболонок, ядерної частини клітин і включень протоплазми. Жири є розчинниками деяких вітамінів. Навколо деяких органів, у підшкірній тканині та в зморшках очеревини утворюються жирові депо за рахунок жиру, а частково з вуглеводів. Із жирових депо жир може переходити в кров, розщеплюючись до гліцирину і жирних кислот; гліцерин перетворюється в глікоген і використовується в процесі вуглеводного обміну. Жир може безпосередньо окислюватися до вуглекислого газу та води. Під час споживання будь-якого жиру в організмі відкладається жир специфічний для даного організму, і лише під час тривалого споживання жир набуває властивостей з’їденого. Жир структури клітин стійкий, а запасний може варіювати щодо кількості та складу. Жир в жирових депо з участю ліпази розщеплюється, а далі окислюється до вуглекислого газу та води, виділячи значну кількість енергії. Жир швидко обмінюється в організмі, він весь час розпадається і знову синтезується.

Обмін жирів і ліпоїдів регулюються корою півкуль головного мозку через проміжний мозок і вегетативну нервову систему, яка зумовлює розпад жиру в печінці. Гормони передньої частки гіпофіза, а також гормони статевих залоз, як і тироксин щитовидної залози, посилюють окислення жиру. Під час споживання жирної їжі кількість жиру в крові може досягти 1%. Добова потреба жирів на 1 кг маси дорослої людини - 1,5 г жирів (приблизно 80-100 г на добу). Від 1 до 3 років добова потреба в жирові 32,7 г, від 4 до 7 років – 39,2 г, від 8 до 13 років – 38,4 г.

Вуглеводи – це моно-, гомо- та гетерополісахариди. Основна роль цих речовин полягає в забезпеченні організму енергією (функціональний метаболізм), що утворюється під час їх розщеплення в аеробних і анаеробних (гліколіз) процесах. Лактоза (дисахарид молока - галактоза + глюкоза), цукроза (сахар - фруктоза + глюкоза), крохмаль (полісахарид) є найбільш важливими для людини. Велике значення також мають глікоген (гомополісахарид), алкоголь, лактат, піруват, пектин, декстрин, невелика кількість похідних вуглеводів у м'ясі. Обмін вуглеводів і жирів взаємопов'язаний. І ті, та інші під час надмірного надходження можуть відкладатися про запас: ліпіди в жировій тканині у вигляді жирів, вуглеводи в печінці - у вигляді глікогену. Зниження концентрації у крові вуглеводів (наприклад, глюкози) стимулює розпад тригліцеридів і навпаки. Гетерополісахариди складаються з мономерів. Це аміноцукригексозаміни та -ацетильовані похідні, які беруть участь у формуванні мембран, глікокаліксу, сполучної тканини та рецепторного комплексу. Вуглеводи (переважно олігосахариди) входять до складу глікопротеїнів і гліколіпідів мембрани (2 - 10 % від її маси). Із вуглеводами клітинної поверхні взаємодіють лектини. Ланцюги олігосахаридів (ковалентно пов'язані з глікопротеїнами і гліколіпідами плазмолеми), виступаючи на поверхню мембрани, утворюють глікокалікс (поверхневу оболонку).

Під час окиснення білків, жирів і вуглеводів утворюється АТФ і первинне тепло. АТФ витрачається на механічне виконання роботи, хімічні, транспортні та електричні процеси і виділення вторинного тепла.

У кишковому тракті вуглеводи перетравлюються до моносахаридів, найчастіше до глюкози. Виноградний цукор у печінці перетворюється в глікоген; інші моносахариди теж синтезуються в глікоген, пройшовши стадію глюкози. Глюкоза в тканинах (м’язах) також переходить у глікоген. У мірі потреби глікоген перетворюється в глікозу і надходить в кров. Тут глюкоза циркулює в кількості до 0,1–0,12%. Вуглеводи є основним джерелом енергії, яка йде на підтримання температури тіла та на скорочення м’язів. Обмін вуглеводів може змінюватись різними факторами зовнішнього середовища, але з участю нервової системи кількість цукру в крові підтримується на певному рівні. Проміжний мозок є центром регуляції вуглеводного обміну. Нестача цукру в крові збуджує через рецептори нервовий центр, звідки по відцентрових нервах надходять імпульси до печінки, де глікоген перетворюється в виноградний цукор, який і надходить у кров. Приближення вмісту глюкози в крові до 0,12% припиняє розщеплення глікогену в печінці. Підшлункова залоза теж бере участь у вуглеводному обміні через гормон інсулін, який сприяє відкладенню глікогенну в печінці і розпаду глюкози в ткананах. Гормон мозкової частини надниркової залози адреналін допомагає розщепленню глікогену і перетворенню його в глюкозу. Крім того, на вуглеводний обмін впливає гіпофіз, щитовидна залоза та кіркова частина надниркової залози.

Добова потреба у вуглеводах у дітей висока і становить у грудному віці 10-12 г на 1 кг маси тіла. У наступні роки потрібна кількість вуглеводів коливається від 8-9 до 12-15 г на 1кг маси. Від 1 до 3 років на добу дитині треба давати з їжею в середньому 193 г. вуглеводів, від 4 до 7 років – 287 г, від 9 до 13 років – 370 г, від 14 до 17 років – 470 г, дорослому – 500 г.

Вода створює середовище для життєдіяльності клітин (усі клітини організму ніби "плавають" у водному середовищі). Виділяють внутрішньо- і позаклітинну (тканинну й інтерстиціальну) та воду плазми крові.

Потреба у воді на 1 кг маси тіла з віком зменшується, а абсолютна кількість її зростає. Тримісячній дитині потрібно 150-170 г води на 1 кг маси, в 2 роки – 95 г, в 12-13 років – 45 г. Добова потреба у воді у однорічної дитини становить 80 мл, в 4 роки – 950-1000 мл, в 5-6 років – 1200 мл., в 7-10 років – 1350 мл, в 11-14 років – 1500 мл.

Солі - також складова внутрішнього середовища організму із разом з рН та водою створюють фізико-хімічні й фізіологічні умови для нормального існування клітин. Макроелементи (10⁴ більше), крім того, є пластичним матеріалом. Мікроелементи (10³-10²) – біологічні каталізатори. Мікроелементи містяться в організмі та їжі в надзвичайно малих концентраціях і поділяються на функціональні (входять до складу вітамінів, гему, гормонів, ферментів), токсичні (миш'як, свинець, ртуть, талій) та без відомих фізіологічних функцій (бор, срібло, алюміній, телур). Домішки (медикаментозні засоби, метали, добавки – ароматизувальні речовини з барвниками та консервантами, пестициди) – не є необхідними для життєдіяльності, але у високих концентраціях можуть спричиняти токсичну дію. У новонародженого мінеральні речовини становлять 2,55% маси тіла, у дорослого – 5%.

Розрізняють такі рівні метаболічної активності: а) рівень активного обміну в активно функціональній клітині залежно від ступеня її активності; б) рівень готовності (рівень метаболізму, який неактивна клітина повинна підтримувати для здатності негайного і необмеженого функціонування); в) рівень підтримки (мінімальний рівень, необхідний для збереження клітинної структури).

Правило ізодинамії(взаємозамінюваності поживних речовин у відповідності з їх калоричною цінністю) неприпустиме для людини, оскільки всі речовини мають і пластичну функцію.

У кінцевому підсумку більша частина енергії витрачається ор­ганізмом у вигляді тепла, що дозволяє її визначити.

Основний обмін–це та мінімальна кількість енергії, яка необхідна для підтримання життєдіяльності організму за певних умов. Ці умо­ви передбачають проведення досліджень ранком, за відсутності емоційних подразників, натщесерце, при температурі зовнішнього середовища від 18 до 20 °С і відносній вологості 80 – 100 %. Зміни будь-якого з цих факторів обов'язково відобразяться на величині основного обміну.

Основний обмін можна визначити за допомогою фізіологічної калориметрії (прямої і непрямої) та за обчисленням валового обміну. При прямій калориметрії людину поміщають у калориметр (теплоізоляційна камера з теплообмінником) і реєструють кількість виділеного тепла. Воно відображає енергетичні трати організму, оскільки кінцевим результатом усякої роботи є виділення тепла.

Непряма калориметрія. Напіввідкритий метод: людина вдихає атмосферне повітря, а видихає за допомогою спеціального клапана в мішок Дугласа. При закритому способі пацієнт вдихає О₂ з резервуара, а видихає його в той самий мішок. Потім суміш, яка була видихнута, аналізують для визначення об'ємів поглинутого О₂ і виділеного СО₂.

Відношення об'єму виділеного СО₂ до спожитого О₂ становить дихальний коефіцієнт. Знаючи його, можна за таблицями розрахувати калоричний еквівалент О₂. Це кількість енергії, яка виділяється організмом під час споживання 1 л О₂. Вирахувавши кількість вжитого О₂ за добу, можна розрахувати основний обмін.

Величина дихального коефіцієнта залежить від виду вжитої їжі. Так, дихальний коефіцієнт найбільший при вживанні вуглеводів і найменший під час розщеплення жирів. Це обумовлено тим, що в жирних кислотах міститься на один атом О₂ менше, ніж у вуглеводах (моносахарах). Тому на початку роботи під час розщеплення вуглеводів дихальний коефіцієнт дорівнює 1. Надалі при зміні розщеплюваних продуктів на жири він знижується до 0,7. Внаслідок тривалої, напруженої і виснажливої роботи під час перемикання обміну на білки дихальний коефіцієнт знову може підвищитися до 0,81. На величину дихального коефіцієнта також впливає початок і кінець м'язової роботи. Під час роботи, внаслідок недостатнього надходження О₂ і утворення його дефіциту, виникає кисневий борг. Недоокиснені продукти метаболізму (молочна кислота) витісняють СО₂ із буферних основ, і його виділяється більше, ніж утворюється в реакціях метаболізму. Тому на початку роботи дихальний коефіцієнт може навіть перевищувати 1. У кінці роботи молочна кислота поступово утилізується, СО₂ затримується у вигляді Н₂СО₃ і бікарбонатів, а дихальний коефіцієнт, навпаки, зменшується. Зростанню дихального коефіцієнта на початку роботи сприяє і гіпервентиляція, яка спричиняє додаткове вимивання СО₂.

Вираховування валового обміну проводиться на основі даних кількості кінцевих продуктів розщеплення: азоту та вуглецю сечі. Знаючи кількість поглинутого О₂ і виділеного СО₂, за допомогою рівнянь з двома невідомими обчислюють, скільки енергії використано організмом за рахунок розщеплення білків, жирів і вуглеводів. Теплотворну здатність поживних речовин (кількість виділеної енергії) можна безпосередньо зареєструвати, спаливши відповідні кількості спожитих продуктів у калориметрі (фізична калориметрія) або під час окислення їх у хімічних реакціях (хімічна калориметрія). Величинами, які характеризують обмін, є одиниці тепла – калорії, джоулі.

Крім того, добову величину основного обміну можна розрахувати за допомогою емпірично підібраних формул залежно від росту, маси, статі та поверхні тіла. Формула Дреєра:

де √W - маса тіла; А - вік людини; К - константа (для чоловіків -0,1015, для жінок - 0,1129).

Для дітей інтенсивність енергетичного обміну в розрахунку на 1 кг значно вища, ніж у дорослих. У проміжку від 20 до 40 років енергетичний обмін відносно постійний, потім поступово зменшується.

Для визначення енергетичних затрат організму в стані спокою використовується рівняння Гарріса - Бенедикта:

для жінок:

65,5 + [9,6-Маса (кг)] - [1,8-Ріст (см)] - [4,7-Вік (роки)];

для чоловіків:

65,5 + [13,7-Маса (кг)] - [5-Ріст (см)] - [6,8-Вік (роки)].

Для оцінки функціонального стану організму також використовують коефіцієнт корисної дії – відношення механічної енергії до всієї енергії в процентах. У нормі він становить 16 – 25 % і зростає при тренуванні.

Коефіцієнт фізичної активності – це відношення загальних енерготрат на всі види діяльності за добу до величини основного обміну.

Стандартний обмін - це належний основний обмін, розрахований за таблицями Гарріса–Бенедикта залежно від маси, віку, росту й статі. Його величину можна також підрахувати за допомогою різних номограмам.

Величина енергетичних затрат людини під час виконання роботи називається робочим обміном. Залежно від особливостей професій і добових потреб енергії виділяють чотири групи робочого обміну: І – особи розумової праці (2200 - 3300 ккал); II – працівники механізованої праці (2350 - 3500 ккал); III– працівники частково механізованої праці (2500 - 3700 ккал); IV – працівники повністю фізичної праці (2900 - 4200 ккал). За іншою класифікацією, розрізняють групи осіб, які займаються: розумовою працею, легкою фізичною, фізичною пра­цею середньої важкості, важкою фізичною і дуже важкою фізичною працею.

Специфічнодинамічна дія їжіполягає в тому, що після приймання їжі через годину енергетичні трати організму починають збільшуватись, їх максимум досягається через три години при вживанні їжі, багатої білками. Обмін в середньому збільшується на 15 - 30 %. Ці затрати обновлені механічною і хімічною обробкою їжі, її всмоктуванням.

Особливістю обмінних процесів у дитячому організмі є переважання анаболічних процесів (асиміляція) над катоболічними (дисиміляція). Організму, що росте, потрібні збільшені норми надходження поживних речовин, особливо білків. Для дітей характерний позитивний азотистий баланс, тобто надходження азоту в організм перевищує його виведення. Під час білкового голодування, тяжких хвороб у дітей спостерігається негативний азотистий баланс, який характеризується тим, що кількість введеного азоту, менша виведеного.

Використання поживних речовин йде у двох напрямах:

1. для забезпечення зростання і розвитку організму (пластична функція);

2. для забезпечення рухової активності (енергетична функція).

Для дітей у зв'язку з великою інтенсивністю обмінних процессів характерна вища, ніж у дорослих, потреба у воді та вітамінах. Відносна потреба у воді (на 1 кг маси тіла) із віком знижується, а абсолютна добова величина споживання води наростає: у віці 1 року необхідно 0,8 л, в 4 роки — 1 л, в 7-літньому віці 1,4л, в 11-14 років — 1,5 л. У дитячому віці також необхідне постійне надходження в організм мінеральних речовин: для зростання кісток (кальцій, фосфор), забезпечення процесів збудження в нервовій і м'язовій тканині (натрій і калій), утворення гемоглобіну (залізо) тощо. Енергетичний обмін у дітей дошкільного і молодшого шкільного віку значно (майже в 2 рази) перевищує рівень обміну у дорослих, знижується найрізкіше до 5 років і незначно впродовж всього подальшого життя. Добова витрата енергії росте з віком: у 4 роки 2000 ккал, в 7 років 2400 ккал, в 11 років 2800 ккал.

Вітаміни.Вітаміни (водорозчинні групи В, С, Р і жиророзчинні групи А, Д, Е і К) входять до складу молекул ферментів, не мають власного значного пластичного значення, суттєво змінюють швидкість обмінних реакцій. Містяться вони в рослинній та тваринній їжі, синтезуються нормальною кишковою мікрофлорою (вітамін К), утворюються в організмі з амінокислот та їх попередників. Вітамін В₃ (холекальциферол) утворюється в шкірі під впливом ультрафіолетового опромінення з 7-дигідро-холестерину. Цей прогормон у печінці під впливом 2,5-гідро-ксилази перетворюється на 2,5-гідроксихолекальциферол. Надалі в нирках шляхом гідроксилювання під впливом 1-гідро-ксилази він перетворюється на 1, 2, 5-дигідрохолекальциферол (1,2,5-(ОН)₂В₃). Останній активує синтез кальційтранспортного білка. Паратгормон активує процеси конверсії вітаміну у печінці. Порушеня всмоктування вітаміну К спостерігаєтсья у відділеннях інтенсивної терапії у процесі незбалансованого харчування, антибіотикотерапія, яка супроводжується загибеллю нормальної мікрофлори шлунково-кишкового тракту (альтернативне джерело вітаміну К). Синтез цього вітаміну блокується специфічним антикоагулянтом - кумарином.

Вітаміни – органічні сполуки, які входять до складу харчових продуктів в дуже малих кількостях. Вони не служать джерелом енергії чи будівельним матеріалом, як білки, жири і вуглеводи. Це самостійна група речовин, що необхідні для життєдіяльності організму. Вітаміни швидко розпадаються в організмі. Більшість з них не відкладаються про запас і не синтезуються в організмі (крім вітаміну К, що синтезується у печінці і кишечнику і В₁₂, що синтезується у товстому кишечнику, вітаміну Д).

Їх існування їх та значення для життя встановив ще в 1880 році російський лікар М.І. Лунін. Назва походить від латинського слова „віта”, що означає життя і кореня другого слова „амін”, як в першочерговому значенні підкреслювало, що до складу вітамінів входять аміногрупи (пізніше стало відомо, що не всі вітаміни містять аміногрупи). Назву дав польський хімік К. Функ.

Роль вітамінів в обміні речовин.Вітаміни є складовою частиною молекул багатьох ферментів і деяких фізіологічно активних речовин, або активують деякі ферменти. Вони беруть участь у синтезі та розщепленні амінокислот, жирів, азотистих основ нуклеїнових кислот, деяких гормонів, медіатора – ацетилхоліну, який забезпечує передачу імпульсів у нервовій системі.

Відомо, що при нестачі або відсутності (гіповітаміноз, авітаміноз) чи надлишку (гіпервітаміноз) вітамінів в організмі розвиваються захворювання. Добова потреба людини у вітамінах незначна – визначається міліграмами та значною мірою залежить від віку, статі, роду діяльності, маси тіла, загального стану. Наприклад: вагітність, лактація, інфекційний процес, променева хвороба, введення антибіотиків і сульфаніламідних препаратів, надмірно важка праця – потреба організму у вітамінах значно збільшується. Відомо більше 20 вітамінів, що мають безпосереднє значення для здоров’я людини. Всі вони поділяються на дві групи: 1) жиророзчинні (А, D, Е, К); 2) водорозчинні (В, С, Р, РР).

Вітамін А (ретинол) – 1-2 мг на добу, міститься у повноцінному вигляді у тваринних жирах: печінці, риб’ячому жирі, нирках, ікрі, вершковому маслі, молоці, яєчних жовтках. В організмі людини може синтезуватися з жовтого пігменту-каротину, що міститься в моркві, абрикосах, кропиві, червоному перці.

Значення: входить до складу пігменту зорових рецепторів – паличок і колбочок, які формують кольоровий і світловий зір, сприяє нормальному росту організму (тому його ще називають вітамін росту), розмноженню та відновленню клітин, які швидко і постійно змінюються – крові, шкіри, слизових оболонок. Завдяки надзвичайному значенню у білковому обміні він підвищує опірність тканин до інфекцій і прискорює процеси загоєння ран. Недостача вітаміну А: куряча сліпота – людина майже нічого не бачить у сутінках, поява виразок, гнояків, недостатній ріст, схильність до інфекційних захворювань.

Вітамін D(D₂ , D₃) (протирахітичний, кальціферол) 0,02 – 0,05 мг. Міститься у жовтках яєць, вершковому маслі, риб’ячому жирі. Може утворюватися у шкірі людини під впливом ультрафіолетового проміння з похідних холестерину та ергостерину, які утворюється в організмі або надходить з їжею. Вітамін D сприяє обміну мінеральних речовин, також разом із гормонами щитовидної залози впливає на процеси кісткоутворення і регулює правильне співвідношення в кістках Са і Р, забезпечує всмоктування їх у тонкому кишечнику, перенесення кров’ю до кісткової тканини.

У разі гіпо- й авітамінозу у дітей виникає захворювання – рахіт; кістки розм’якшуються, тоншають, не заростає тім’ячко, ніжки викривляються, спотворюються, ріст уповільнюється, порушується утворення зубів, можуть бути зміни в нервовій системі.

Вітамін К (Філохінон, антигеморагічний). Синтезується лише у здоровій печінці та кишечнику мікробною флорою. Міститься в достатній кількості в звичайній їжі (капуста, шпинат, салат, кропива). Бере участь у синтезі протромбіну, що відбувається в печінці, підвищує здатність крові до зсідання, запобігаючи кровотечам.

Під час гіповітамінозу – порушення зсідання крові, сильні кровотечі.

Вітамін Е (токоферол, вітамін розмноження) 10-15 мг міститься в достатній кількості в звичайній їжі, особливо в рослинних оліях. Необхідний для забезпечення розвитку нащадків. Гіповітаміноз майже не зустрічається. Його проявом може бути загроза спонтанного аборту.

Вітамін С (аскорбінова кислота) 50-100 мг. Основне джерело – сира рослинна їжа: капуста, цибуля, чорна смородина, щавель, лимони, плоди шипшини, обліпиха, китайський лимонник; а також молоко, печінка. Входить до складу ферментів, які забезпечують нормальне засвоєння білка клітиною, а завдяки цьому – міцність сполучної і м’язової тканини, швидке загоєння ран, реакції імунітету, нормальне продукування різних гормонів. Гіповітаміноз – цинга (припиняється синтез білків): утворення виразок на слизових оболонках ясен, травних шляхів, руйнування судин, розхитування і випадання зубів, шкіра плямиста, підшкірні крововиливи, болі в суглобах, м’язах, знижена опірність до захворювань, нервово-психічні розлади.

Вітамін В₁ (тіамін) 2-3 мг. Борошно, печінка, молоко, фрукти, дріжджі. Бобові культури, яєчні жовтки. Підтримує нормальне протікання вуглеводного обміну та синтез ацетилхоліну в нервовій системі. Гіповітаміноз– бері-бері: розлади нервової системи, діяльності серця, травного апарату, схуднення, порушення рухів, параліч кінцівок, атрофія м’язів.

Вітамін В₂ (рибофлавін) – 2 мг, яйця, сир, молоко, кефір, крупи, бобові культури, овочі. Бере участь в обміні білків, жирів, вуглеводів, у процесах росту, відновленні клітин шкіри, слизових оболонок, формуванні зору. Гіповітаміноз: шкіра суха, заїди, ураження очей, слизова оболонка рота, затримка росту молодого організму.

Вітамін В₆ (піридоксин) 1-2 мг. Печінка, дріжджі, синтезується нормальною мікрофлорою кишечнику (товстого). Забезпечує нормальне засвоєння білків і жирів.

Гіповітаміноз майже не зустрічається (крім надлишку антибіотиків при променевій хворобі). При недостачі вітаміна у дітей: затримка росту, недокрів’я, підвищена дратівливість, травні розлади. У дорослих: запалення шкіри, слизових оболонок, безсоння.

Вітамін В₁₂ (ціанокобаламін) 0,001-0,003 мг. Печінка, м’ясо, синтезується бактеріями кишок. Необхідний для нормального перебігу процесів кровотворення. Гіповітаміноз – тяжкі, навіть смертельні (злоякісні) анемії. Засвоєння вітаміну не відбувається під час порушення секреторної функції шлунка.

Фолієва кислота – 1-2 мг. Печінка, яйця, дріжджі, боби, синтезується бактеріями кишок. Потрібний для кровотворення. Гіповітаміноз – недокрів’я, шлунково-кишкові розлади.

Вітамін РР (нікотинова кислота) 10-20 мг. Печінка, дріжджі, зародки пшениці. Гіповітаміноз: пелагра – ураження шкіри, порушення травлення, послаблення пам’яті, апатія.

Вміст і способи зберігання вітамінів.Вміст вітамінів у продуктах харчування за різних причин зменшується. Вітаміни – дуже нестійкі сполуки і під час нагрівання харчових продуктів більшість із них швидко руйнуються. Під час варіння м’яса руйнується до 50% вітаміну В. Під час теплової обробки продуктів рослинного походження витрачається 20% вітамінів групи В.

Вітамін С, який міститься в овочах і фруктах, руйнується на повітрі, особливо коли вони почищені. Тому овочі необхідно очищати та нарізати перед самим варінням і класти в емальовану каструлю з гарячою водою. Каструлю під час варіння треба закривати кришкою. Також руйнується вітамін С при контакті з залізом.

Для збереження вітамінів в їжі слід дотримуватись правил заготівлі, зберігання і приготування їжі – виключити переварювання і пережарювання. Для зберігання в зимовий час має значення пристосованість сховищ, забезпечення холодильними камерами. Суттєвим фактором являється правильне транспортування овочів і фруктів.

Кількість вітамінів у їжі знижується під час тривалого зберігання продуктів, особливо наприкінці зими – на початку весни.

За звичайних умов потреба здорової людини у вітамінах може бути достатньою, якщо їжа різноманітна та містить у собі продукти і тваринного і рослинного походження.