Углеводы. Сахара и крахмалы-основные источники энергии в обычном
рационе человека, но их ни в коем случае нельзя считать незаменимыми для организма; энергию с тем же успехом может доставлять смесь белков и жиров. Углеводная пища-самая дешевая пища, и то, что средний пищевой рацион содержит много углеводов, обусловлено главным образом этим фактором. Помимо сахаров и крахмалов, источниками энергии могут служить такие родственные углеводам вещества, как лимонная кислота, содержащаяся в плодах цитрусовых, и яблочная кислота, содержащаяся в яблоках и помидорах.
Жиры. Жиры и масла-наиболее концентрированные пищевые продукты, ибо они не только более чем вдвое превосходят по калорийности углеводы и белки, но и содержат меньше воды, чем углеводные и белковые продукты. Они перевариваются и всасываются медленнее других пищевых веществ, так что после приема пищи, богатой жирами, человек дольше не чувствует голода, чем после приема белковой или углеводной пищи.
Белки. Белки-наиболее дорогостоящий из энергетических материалов. Так как в протоплазме непрерывно происходит разрушение и замена белков, то пища должна все время доставлять организму белок. Это необходимо даже взрослым людям, у которых рост закончился, и общее число протоплазмы не увеличивается. У растущих детей, у беременных женщин, у поправляющихся после болезни, у кого в клетках ежесуточно образуется больше протоплазмы, чем разрушается, потребление белков должно превышать их распад. Вскоре после потребления белковой пищи интенсивность обмена временно повышается, иногда на целых 30% по сравнению с уровнем общего обмена; это отражает дополнительное освобождение энергии, необходимой для превращения части аминокислот в углеводы и жиры. Это называется специфическим динамическим действием белков и зависит от какого-то воздействия печени на аминокислоты, так как после скармливания белка животным с удаленной печенью интенсивность обмена не повышается.
Уровни организации белковой молекулы. Мономером белка является аминокислота. Последовательность аминокислотных остатков, соединенных пептидной связью в молекуле белка определяет его первичную структуру. Это как бы формула белка. Полипептидная цепь, полностью или частично закрученная в спираль определяет вторичную структуру белка. Аминокислотные радикалы встают при этом снаружи спирали. Витки располагаются тесно. Между NH-группой, находящейся на одном витке, и СО-группой, находящейся на соседнем витке, образуется водородная связь. Полипептидная спираль представляет собой достаточно прочную структуру. Третичную структуру поддерживают гидрофобные связи, которые возникают между радикалами гидрофобных аминокислот. Белок представляет собой глобулу (комочек). Водородные и гидрофобные связи слабее пептидных, следовательно, поддаются разрушению. Нарушение природной структуры белка (денатурация) процесс обратимый.
Ключевым веществом в энергетическом обмене является АТФ, так как, с одной стороны, она возникает из других макроэргических соединений в ходе некоторых реакций, а с другой, существует много процессов, в ходе которых синтезируются макроэргические соединения при участии АТФ. АТФ является главным, используемым непосредственно донором свободной энергии. В клетках организма АТФ расходуется после ее образования в течение 1 мин. Оборот АТФ очень высок. Так, человек в покое расходует около 40 кг АТФ за 24 часа, а в период интенсивной работы скорость использования АТФ достигает 0,5 кг за минуту. Однако АТФ-главное макроэргическое вещество организма-не является соединением, наиболее «богатым» энергией, а находится в середине энергетической шкалы. Освобождение энергии фосфатной связи АТФ возможно двумя путями. Первый путь-отщепление концевого фосфата, в результате образуется аденозиндифосфорная кислота (АДФ) и фосфорная кислота:
АТФ→ АДФ+Н3РО4
Другой путь освобождения энергии фосфатной связи АТФ-пирофосфатное расщепление:
АТФ→АМФ+Н4Р2О7
Пирофосфатное расщепление в биологических процессах встречается реже. Примером может служить образование аминоациладенилатов и ацил-КоА.
При совершении какой-либо внешней работы часть вырабатываемой клеткой энергии всегда выделяется в виде теплоты (второй закон термодинамики). Следовательно, коэффициент полезного действия (КПД) активной клетки может быть представлен той частью вырабатываемой энергии, которая затрачивается на внешнюю работу, и всегда являются величиной менее 100%. Так, около 80% энергии при мышечном сокращении теряется в виде теплоты и только 20% превращается в механическую работу. При мышечной работе целого организма КПД редко превышает 25% и, как показывают исследования последних лет, КПД мышечной работы может существенно изменяться при адаптации организма к холоду и гипоксии. Количество энергии, выделяемой при сгорании какого-либо вещества, не зависит от числа промежуточных этапов его распада. Например, один моль глюкозы даёт 2826 кДж (675 ккал) независимо от того, сгорел он сразу в пробирке или окислился в организме в результате катаболических процессов. Расчёты показывают, что энергетическая ценность глюкозы составляет 15,7 кДж/г (3,75 ккал/г). Углеводы дают в среднем 17,16 кДж/г (4.1 ккал/г). Самой высокой энергетической ценностью обладают жиры: один грамм жира дает вдвое больше энергии чем один грамм углевода. Запасание в форме жира является самым экономичным способом длительного хранения энергии в организме, так как единица запасаемой энергии оказывается в меньшем объеме вещества. Белки окисляются в организме не полностью. Аминогруппы отщепляются от молекул белка, и выводится с мочой в форме мочевины. Поэтому, при сжигании белка в «калориметрической бомбе»
выделятся больше энергии, чем при его окислении в организме. Разница приходится на ту энергию, которая выделяется при сжигании мочевины. Так при сжигании белка в «калориметрической бомбе» выделяется 22.61 кДж/г (5.4 ккал/г), а при окислении в организме человека – 17.17 кДж/г (4.1 ккал/г).
Поможем написать любую работу на аналогичную тему