Обмен белков, жиров и углеводов в организме человека

Белки являются наиболее сложными веществами организма и основой протоплазмы клеток. Белки в орга¬низме не могут образовываться ни из жиров, ни из углеводов, ни из каких-либо других веществ. В их состав входят азот, углерод, водород, кислород, а в некото¬рые — сера и другие химические элементы в крайне не¬значительных количествах. Аминокислоты являются про¬стейшими структурными элементами («кирпичиками»), из которых состоят молекулы белков клеток, тканей и органов человека. Они представляют собой органиче¬ские вещества со щелочными и кислотными свойствами. Исследование строения различных белков позволило установить, что в их состав входит до 25 разных амино¬кислот. Ученые различных стран ведут работы по искусственному синтезу белка. В этом отношении уже имеются некоторые достижения.
Белки характеризуются большой специфичностью. Они отличаются друг от друга составом и способом соединения между собой отдельных аминокислот, а также наличием в молекуле других составных частей, таких, как фосфорная кислота, углеводные и липоидные (жироподобные) группы и др. Каждый белок обладает характерными, только ему принадлежащими свойствами. Например, сокращения мышц связаны с особыми свой¬ствами белков миозина и актина, входящих в состав мускулатуры человеческого тела. Белковый пигмент крови — гемоглобин — является переносчиком кислоро¬да. Все ферменты, благодаря которым происходит пище¬варение, представляют собой белковые вещества раз¬личной природы. Сложное белковое строение имеют некоторые гормоны.
Знание состава тех или иных белков организма, а также белков пищи позволяет точно выяснить потреб¬ность человеческого организма в различных аминокисло¬тах. Таким образом, можно правильно определять бел¬ковую ценность продуктов питания и, подбирая продук¬ты, активно вмешиваться в обмен белков человеческого организма. Установлено, что наиболее ценными по своему аминокислотному составу являются белки жи¬вотного происхождения, т. е. белки мяса, молока и яиц. Из 100 граммов животных белков, принимаемых с пи¬щей, усваиваются 80-90%. В этих белках имеются незаменимые аминокислоты, те, которые в человеческом организме не образуются и отсутствуют в белках расти¬тельных продуктов питания. Советские ученые считают, что из 25 известных аминокислот 12 являются незаменимыми и все они обязательно должны вводиться с пищей. Если в составе пищи отсутствует какая-либо одна из незаменимых аминокислот, то образование белков организма — синтез их — нарушается. Это приводит к потере веса, а в молодом организме — к задержке роста. К числу незаменимых аминокислот относятся треонин, валин, лейцин, изолейцин, лизин, фенилаланин, триптофан, метионин, аргинин, гистидин, тирозин и цистин. Последние четыре аминокислоты хотя и могут образовываться из других аминокислот, однако в незна¬чительном количестве и они также должны вводиться с пищей.
Белки растительного происхождения (хлеба, гороха, фасоли и др.) отличаются более низкой биологической ценностью. В белках растительного происхождения недостает то одних, то других аминокислот, однако при определенном сочетании растительных продуктов орга¬низм может получать ценные для него белки.
Как же протекает обмен белков в организме? Для ответа на этот вопрос в первую очередь необходимо проследить за судьбой аминокислот, всосавшихся из кишечника в кровь. Аминокислоты по воротной вене попадают в печень. В этом органе из части их синтези-руются более сложные вещества — полипептиды. Из пе¬чени аминокислоты и полипептиды разносятся с кровью по всему организму и вступают в соединение с белками различных клеток, занимая место использованных ами¬нокислот. Важнейшими конечными продуктами распа¬да белка в организме являются аммиак, мочевина и мо¬чевая кислота. Аммиак образуется при так называемом дезаминировании аминокислот, т. е. при отщеплении от них аминной группы, о которой говорилось выше. В пе¬чени аммиак частично превращается в мочевину. Моче¬вая кислота, как полагают, поступает в кровь прямо из тканей, являясь продуктом распада сложных белков — нуклеопротеидов. Все продукты распада белка выводятся из организма с мочой и с потом.
Белковый обмен в организме происходит постоянно, причем о его интенсивности с известным приближением можно судить по обмену азота, являющегося главным составным элементом белковой молекулы.
Определив количество азота, введенного с пищей, и количество азота, выделенного из организма с мочой и калом за сутки, можно установить так называемый азотистый баланс.
Если количество вводимого и выделяемого азота одинаково, то налицо азотистое равновесие. Когда ко¬личество вводимого с пищей азота больше выделяюще¬гося, имеет место положительный азотистый баланс. Он свидетельствует о преобладании в организме процессов ассимиляции (образования) белка над процессами его разрушения (диссимиляции).
Это чаще бывает у детей и свидетельствует о нор¬мальном развитии. Положительный азотистый баланс характерен также для периода выздоровления взрослых людей после инфекционной болезни. Преобладание вы¬деляемого азота над вводимым вызывает отрицательный азотистый баланс. В этом случае процессы разрушения белка преобладают над процессами образования его. Все это наблюдается при голодании или при инфек¬ционных заболеваниях.
Белковый обмен в организме подвержен сложной ре¬гуляции, в которой принимают участие центральная нервная система и железы внутренней секреции. Из гормональных веществ гормон щитовидной железы (ти¬роксин) и гормоны коры надпочечника (глюкокортикоиды) способствуют усилению процессов диссимиляции, распада белков, а гормон поджелудочной железы (инсу¬лин) и соматотропный гормон передней доли гипофиза (гормон роста) усиливают процессы образования (ассимиляции) белковых тел в организме.
Если человек длительно питается продуктами, содер¬жащими мало белка, то у него возникает тяжелое забо¬левание, так называемая алиментарная дистрофия, или голодание. У заболевших появляются отеки на ногах, руках и лице, скапливается жидкость в полости живо¬та, возникает понос, отмечаются психические расстрой¬ства. Кроме общих явлений белковой недостаточности, могут возникнуть специфические расстройства, обуслов-ленные отсутствием в пище какой-либо определенной аминокислоты.
Например, при отсутствии триптофана развивается помутнение хрусталика глаза (катаракта). Если недо¬стает цистина, то возникает задержка роста волос; от¬сутствие гистидина ведет к малокровию, а аргинина к задержке роста и т. д.
Для того чтобы обеспечить человека всеми необхо¬димыми аминокислотами, нужно включать в суточный рацион питания возможно больше разнообразных про¬дуктов. Разнообразить ежедневное меню следует для того, чтобы восполнять недостаток тех или иных амино¬кислот.
Углеводы — вещества, распространенные главным образом в растительном мире. Они состоят из углерода, водорода и кислорода. В углеводах атом углерода соеди¬нен с молекулой воды. Существуют простые и сложные углеводы; простые углеводы называются иначе моноса¬харидами (monos — по-гречески один), а сложные угле¬воды — полисахаридами (роlу — много). В пищевари¬тельном тракте под влиянием соответствующих фермен¬тов полисахариды распадаются на моносахариды.
Основная роль углеводов в организме заключается в их энергетических свойствах. Они являются основным источником, из которого органы и ткани человека полу¬чают энергию для производства движений, образования тепла, деятельности органов кровообращения и дыха¬ния, различных окислительных процессов, т. е. всего того, что может быть определено одним словом «жизнедеятельность». 75% необходимой человеку энергии дают углеводы. В организме углеводы могут образовываться из жиров и белков.
Нормальная жизнедеятельность организма осуще¬ствляется при условии более или менее постоянного со¬держания сахара в крови, колеблющегося в пределах 80-120 мг в 100 г крови. Весь сахар, всосавшийся в кишечнике, поступает по кровеносным сосудам прежде всего в пе¬чень, которая обладает способностью задерживать излишки сахара, превращать его в животный крахмал, или гликоген, и откладывать в запас. Установлено, что в человеческой печени содержится примерно 150 грам¬мов запасного гликогена, который расходуется организ¬мом, снова превращаясь в сахар, если количество его в крови становится ниже нормы.
Сахар крови усиленно расходуется организмом при физической работе, умственном напряжении и др. В этих случаях необходимо употреблять повышенное количество сахара в растворенном виде. Он быстро всасывает¬ся в кровь и восполняет возникающий дефицит в орга¬низме. Крахмал, содержащийся в хлебе и крупах, не так быстро восполняет недостаток сахара в крови, ибо мед¬ленно переваривается и образующийся из него сахар поступает в кровь из кишечника небольшими порциями. Снижение сахара в крови ниже 40 мг на 100 г крови вызывает болез¬ненное состояние организма, выражающееся в слабости, головокружении, чувстве голода и т. д. Такое состояние называется гипогликемией. Оно легко устраняется, если вышить стакан сладкого чая.
При введении с пищей больших количеств углеводов и особенно сахара уровень сахара в крови может быстро повыситься. Объясняется это тем, что печень в этом слу¬чае не успевает перерабатывать весь сахар в гликоген и в общий круг кровообращения поступает повышенное количество сахара. Возникает так называемая пищевая гипергликемия с повышением сахара в крови до 150 — 180 мг на 100 г крови. При этом сахар начинает выводиться из орга¬низма почками. Выделение сахара с мочой называется глюкозурией и является своего рода целесообразной реакцией организма. Здоровые люди должны помнить, что не следует за один прием употреблять больше 100 граммов сахара. Некоторое количество сахара мо¬жет откладываться в виде гликогена в мышцах и нерв-ных клетках, но этот гликоген используется в случае надобности только той тканью, в которой отложен.
Сахар потребляется мышцами при работе, причем в это время мышечная ткань не только использует сахар крови, но и гликоген, находящийся в самих мы¬шечных волокнах. Гликоген мышц распадается и из него образуется сахар, который используется для производ¬ства мышечной работы. Окисление сахара при этом до¬ходит до стадии молочной кислоты. В условиях нормаль¬ного кровообращения образовавшаяся во время мышеч¬ной работы молочная кислота частично окисляется, а частично превращается снова в гликоген.
При избыточном углеводном питании сахар перехо¬дит в организме в жир. При недостаточном углеводном питании углеводы, наоборот, могут образоваться из жира. Регулируется углеводный обмен нервной системой преимущественно через железы внутренней секреции, главным образом через поджелудочную железу и надпочечники. Мозговое вещество надпочечников выделяет адреналин, поступающий в кровь. Адреналин, циркули¬руя в крови, вызывает повышенное превращение глико¬гена печени в сахар, что приводит к поднятию уровня сахара в крови. А гипергликемия, как это точно установлено учеными, повышает выработку инсулина под¬желудочной железой.
Инсулин способствует превращению сахара в глико¬ген и помогает использованию его тканями организма, в связи с чем уровень сахара в крови снижается. Одна¬ко в регуляции углеводного обмена принимают участие и другие эндокринные железы, тесно связанные с дея¬тельностью центральной нервной системы.
Под влиянием возбуждения головного мозга гипофиз выделяет так называемый гормон роста, который пре¬пятствует использованию сахара крови печенью, в связи с чем возникнет гипергликемия. Если указать, что в регуляции углеводного обмена принимают участие еще гормоны коркового вещества надпочечников, то станет ясно, насколько сложно углеводный обмен регулирует¬ся центральной нервной системой через железы внутрен¬ней секреции.
Жиры, так же как и углеводы, являются «горючим», или энергетическим, материалом, необходимым для обеспечения жизнедеятельности организма. В одном грамме жира содержится в два раза больше потенциаль¬ной (скрытой) энергии, чем в одном грамме углеводов. Жиры, распавшиеся в тонком кишечнике на глицерин и жирные кислоты, проходят через эпителиальные клет¬ки тонких кишок, только растворившись в желчных кис¬лотах, содержащихся в желчи. В стенке тонких кишок происходит освобождение желчных кислот от сложных соединений с жирными кислотами, а затем жирные кис¬лоты, соединяясь с всосавшимся глицерином, вновь пре¬вращаются в жир.
По лимфатическим сосудам брыжейки, собирающим¬ся в общий грудной лимфатический проток, жир посту¬пает в левую подключичную вену. В легких жир частич¬но подвергается окислению, затем поступает в большой круг кровообращения и откладывается в жировых депо. Ими в организме считаются: подкожная жировая клет-чатка, сальник, околопочечная клетчатка, область таза, средостение и др. Жировая клетчатка выполняет роль запасного материала, способствует укреплению вну¬тренних органов и теплоизоляции организма. При нор¬мальном питании жировая ткань составляет примерно 16% веса тела.
Жиры и жироподобные вещества, или липоиды, являются, кроме того, необходимой составной частью клеток; они входят в протоплазму и принимают участие в образований клеточных оболочек. Липоиды входят также в состав нервной ткани.
Недостаток жиров в пище ведет к нарушению дея¬тельности центральной нервной системы, функций поло¬вых желез, снижает сопротивляемость организма к не-благоприятным условиям жизни и к инфекциям. Живот¬ные, в пище которых отсутствуют жиры, теряют способ¬ность к воспроизводству потомства.
Состав пищевых жиров неодинаков, различно и их биологическое значение для организма.
Следует выделить так называемые ненасыщенные жирные кислоты, входящие в состав преимущественно жиров растительного происхождения. Ненасыщенные жирные кислоты укрепляют тончайшие оболочки кле¬ток. Наибольшими целебными свойствами обладают линолевая, линоленовая и арахидоновая ненасыщенные кислоты. Первые две содержатся в льняном и конопля¬ном масле, линоленовой кислоты также много в подсол¬нечном, а арахидоновой — в свином сале и в яичном желтке. Систематический недостаток этих кислот в пи¬тании людей понижает сопротивляемость организма к различного рода вредным воздействиям, ведет к разви¬тию сердечно-сосудистых заболеваний, в частности атеросклероза. Жиры человеческого тела находятся в состоянии подвижного равновесия, их количество то уменьшается, то увеличивается. Так, например, при уси¬ленной мышечной работе часть жира из жировой ткани переходит в другие ткани и путем сложных химических реакций окисляется, или, как говорят, «сгорает».
Окислению жира непосредственно в самой жировой ткани способствует наличие в ней особых ферментов — липазы и дегидрогеназы. Под влиянием тканевой липа¬зы жир в тканях расщепляется на глицерин и высшие жирные кислоты.
В дальнейшем происходит процесс окисления жир¬ных кислот до углекислого газа и воды, в результате чего освобождается энергия, необходимая для жизне¬деятельности организма.
Жировой обмен, так же как и другие виды обмена, регулируется центральной нервной системой непосред¬ственно и через эндокринные железы — гипофиз, островковый аппарат поджелудочной железы, надпочечники, щитовидную и половые железы.
Известно, например, что большинство людей во вре¬мя душевных переживаний худеет и, наоборот, полнеет в периоды благополучной и спокойной жизни. Это, в част¬ности, подтверждает выдающийся советский психиатр Ю. В. Каннабих: он заметил, что при психическом за¬болевании — циклотимии, которое характеризуется сме¬ной состояний, в периоды тоски, подавленного настрое¬ния, больные худеют; когда же угнетенное состояние сменяется повышенным, веселым настроением, радужным восприятием всего окружающего, они полнеют.
Гормон островкового аппарата поджелудочной желе¬зы — инсулин способствует отложению жира в подкож¬ной жировой клетчатке и в других жировых депо. При избытке инсулина использование жира тормозится, а углеводы интенсивно переходят в жир.
Почти аналогично инсулину действуют гормоны кор¬кового вещества надпочечника: они способствуют пере¬ходу углеводов в жир и отложению его в жировой ткани.
Наоборот, усиленная продукция гормонов гипофиза щитовидной железы и половых желез усиливает сгора¬ние жира и препятствует переходу углеводов в жир.
Кроме белков, углеводов и жиров, необходимыми веществами для жизнедеятельности организма являют¬ся минеральные соли, вода и витамины.