Мир науки

В отличие от органических веществ, в подавляющем большинстве образующиеся в клетках, неорганические поступают к организмам с окружающей среды.

Биоэлементы поступают в биосистемы с воздуха, воды, почвы, а к живым организмам еще и с пищей.

Динамическая биохимия - раздел биохимии, изучающий обмен веществ в организме с момента поступления питательных веществ к образованию конечных продуктов обмена, механизмы нейтрализации токсичных продуктов, вывод их из организма и регулирования скорости соответствующих преобразований.

Для обмена белков в организме человека характерны определенные особенности: образование мочевины как конечного продукта обмена, отсутствие процессов депонирования белков, однонаправленное преобразование белков в жиры и углеводы, необходимость для белкового синтеза незаменимых и заменимых аминокислот, синтез специфических белков и др. Особенности метаболизма белков связаны прежде всего с их пластической функцией в организме. Их участие в обеспечении энергетических затрат организма по сравнению с липидами и углеводами намного меньше. Она не превышает 15% и состоит из энергии, выделяющейся при расщеплении изношенных белков. Расщепление белков в пищеварительной системе происходит в желудке и тонком кишечнике при участии ферментов-протеаз до аминокислот. Эти простые органические молекулы поступают в кровь и транспортируются к клеткам, где осуществляется внутриклеточное превращение аминокислот. В клетках из аминокислот на рибосомах происходит биосинтез белков, присущих только данному виду организмов. Регуляция обмена белков происходит при участии гипоталамуса и гормонов тироксина, глюкокортикоидов и соматотропина.

Для обмена липидов характерны: образование большого количества энергии во время окисления, наличие процессов депонирования, возможность образования из белков и превращения в углеводы, необходимость для синтеза собственных жиров незаменимых и заменимых жирных кислот и др. Эти особенности связаны с тем, что жиры выполняют энергетическую и пластическую функции. В качестве источника энергии жиры в процессе окисления выделяют два раза больше энергии, чем углеводы и белки. Расщепление жиров происходит преимущественно в тонком кишечнике под действием пищеварительных ферментов-липаз. Необходимым условием расщепления жиров является их измельчения с образованием эмульсии, чему способствуют желчные кислоты. В таком виде жиры могут расщепляться до жирных кислот и глицерина и непосредственно всасываться стенками кишечника. Для откладывания про запас жиры поступают в клетки подкожной клетчатки, сальника, бурой жировой ткани. Центр регуляции обмена жиров размещается в гипоталамусе, который влияет на превращение жиров через гипофиз, половые, щитовидную и поджелудочную железы.

Для обмена углеводов характерные легкое и быстрое окисление с образованием значительного количества энергии, способность поставлять энергию в кислородных и бескислородных условиях, наличие процессов депонирования в печени и мышцах, возможность образования из белков и жиров и др. Особенности превращений углеводов в организме человека связаны прежде всего с их основной энергетической функцией. Расщепление углеводов происходит в ротовой полости, тонком и толстом кишечнике. В пищеварительной системе действие ферментов-амилаз человека и микроорганизмов микрофлоры способствует образованию моносахаридов. Эти малые молекулы всасываются стенками кишечника в кровь и поступают в печень, где образуются глюкоза и гликоген. Часть глюкозы превращается в жиры и окисляется в тканях. Если в организме наблюдается недостаток углеводов, то они синтезируются из белков и жиров. Центром регуляции углеводного обмена является гипоталамус промежуточного мозга. Инсулин - единственный гормон, который снижает концентрацию глюкозы в крови гормоны глюкагон и адреналин повышают уровень глюкозы в крови.

Итак, особенности метаболизма в организме человека связаны с функциями питательных веществ в общем обмене веществ и превращении энергии.

В живой природе различают три основных способа получения энергии. Первый из них присущ автотрофным организмам, второй - гетеротрофным, а третий свойственный авто- и гетеротрофам:

• В автотрофных организмов внешняя энергия поглощается хлорофиллом (бактериохлорофилл) и превращается в химическую энергию АТФ. Далее из углекислого газа и воды в темновой фазе синтезируется глюкоза. Как вы уже знаете, в живой природе этот способ свойственен фотоавтотрофы, в которых наблюдается кислородный фотосинтез (цианобактерии, растения) и бактериальный фотосинтез, в отличие от кислородного фотосинтеза происходит в анаэробных условиях без выделения кислорода (пурпурные и зеленые сиркобактерии). Наряду с фотосинтезом связывания углекислого газа в природе осуществляется в процессе хемосинтеза с использованием химической энергии окисления неорганических соединений (серо, железо и нитрифицирующие бактерии).
• В гетеротрофных организмов химическая энергия питательных веществ превращается в процессах клеточного дыхания в энергию макроэргических связей АТФ. Эти энергетические преобразования происходят в митохондриях как процессы гликолиза, брожения, субстратного и окислительного фосфорилирования.
• В автотрофных и гетеротрофных организмов внутриклеточные преобразования энергии АТФ в различные формы энергии (электрическую, световую, тепловую, механическую) способствуют выполнению клеткой процессов жизнедеятельности. Часть этой энергии теряется в виде теплоты.

Итак, по способу получения энергии живые организмы делятся на автотрофов и гетеротрофов.

Жирорастворимые витамины нерастворимые в воде, но растворяются в органических растворителях, термостойкие и нечувствительны к изменениям рН среды; могут накапливаться в организме и вызывать гипервитаминозы. К жирорастворимым витаминам относятся витамины А (ретинол), D (кальциферолы), Е (токоферолы), К (филлохинон).

Витамин А (ретинол, антиксерофтальмичний) синтезируется только в животных тканях. Растения лишены этого витамина, однако многие из них содержат каротин, является предшественником ретинола. Витамин А - антиоксидант, регулирует процессы ороговения, участвует в синтезе родопсина, необходимый для поддержания иммунитета и противоопухолевой защиты организма. Недостаток витамина А в организме человека вызывает заболевание, известное как куриная слепота.

Витамин D (кальциферол, антирахитний) содержится преимущественно в организмах животных и человека. У растений и грибов является их предшественники - стерины. Витамин D оказывает гормоноподобное действие, участвует в метаболизме кальция и фосфора. В случае недостатка витамина D у человека развиваются рахит, остеомаляция и некоторые формы остеопороза.

Витамин Е (токоферол, антистерильний) содержится в растительных маслах и оказывает антиоксидантное воздействие. Отсутствие этих витаминов в пище отрицательно сказывается на способности организма к размножению. Так витамин Е называют также витамином размножения. Авитаминоз Е нарушает обмен веществ.

Витамин К (филлохинон, антигеморрагический) называют витамином коагуляции, поскольку повышает свертываемость крови. Кроме того, он ускоряет заживление ран и регенерацию тканей после ожогов. У людей авитаминоз К случается очень редко, его синтезируют организмы кишечной микрофлоры.

Итак, жирорастворимые витамины определяют способность организма к размножению, обеспечивают свертывания крови, регулируют обмен солей, влияют на функцию зрения и др.