Вспомните, что происходит с яичным белком при нагревании.

Одними из наиболее важных органических компонентов живого являются белки. Второе их название - протеины (от греч. протос - первый). Белки - полимеры с большой молекулярной массой от нескольких десятков до нескольких миллионов единиц. Их мономерами служат аминокислоты. Количество аминокислот в молекулах разных белков может колебаться от 3-5 до нескольких тысяч. Например, молекула белка рибонуклеазы состоит из 124 аминокислот и имеет молекулярную массу 12640, а молекула гемоглобина имеет в своем составе 574 аминокислоты и молекулярную массу 64500.

Состав и строение белков. В белках постоянно встречаются 20 видов аминокислот. Они отличаются по своему строению, но имеют общие группы, посредством которых соединяются в длинные цепи (рис. 21). Последовательность и число аминокислот для каждого белка строго индивидуальны. Поэтому разнообразие белков потенциально безгранично.

Рис. 21. Строение аминокислот: 1 - общая формула; 2 - схема

Связь между аминокислотами называют пептидной связью, а образующуюся цепь - полипептидной (рис. 22, 23).

Рис. 22. Образование пептидной связи (схема)

Белки имеют сложное строение и несколько структурных уровней, которые определяют их свойства и выполняемые функции. Особенности структуры, формы, свойств и функций белковой молекулы зависят, в первую очередь, от последовательности аминокислот в полипептидной цепи. В каждом белке эту последовательность определяет наследственная программа организма. Поэтому белки каждого организма различаются друг от друга.

Рис. 23. Структура белковой молекулы (полипептидная цепь)

Свойства и функции белков. Белки, в отличие от других органических веществ, легко разрушаются. Они сворачиваются при действии сильных кислот, щелочей, солей тяжелых металлов, например свинца и ртути, высоких температур и радиоактивного излучения. Этот процесс называется денатурацией (от лат. де - утрата, потеря, и натура - природные свойства).

Среди органических веществ белки занимают первое место по разнообразию выполняемых функций. Самая важная из них - ферментативная. Ферменты (от лат. ферментум - закваска) - это биологические катализаторы, т. е. ускорители химических реакций в живом. Следующая важная функция белков - строительная.

Нет ни одной структуры живого, которые не содержали бы в своем составе белка. Они входят в состав мембран клеток, клеточного центра, ядра и рибосом. Белки выполняют и энергетическую функцию, хотя она у них не столь важная, как у углеводов и липидов. При окислении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии. Примерно столько же энергии выделяется при окислении 1 г углеводов. Однако белки служат последним энергетическим резервом, т. е. используются лишь после полного расходования запасов углеводов и липидов. В некоторых случаях белки выполняют функцию запасного питательного вещества, например, желточные белки куриного яйца и казеин молока.

Двигательная функция связана с сократительными белками, которые входят в состав мышечных волокон, ресничек, жгутиков, а значит - обеспечивают движение организма и клеток. Транспортные белки связывают и переносят вещества в одной клетке и во всем организме. Например, гемоглобин эритроцитов транспортирует кислород и углекислый газ.

Белки выполняют и защитную функцию. Они образуют антитела, защищающие организм от болезнетворных бактерий и вирусов. Регуляторные белки - это гормоны, регулирующие обмен веществ в организме. Например, выделяемый поджелудочной железой гормон инсулин регулирует углеводный обмен в организме.

Упражнения по пройденному материалу

1. Какие вещества являются мономерами белков?
2. При окислении белков и углеводов выделяется одинаковое количество энергии. Почему организм использует белки, как источник энергии только в последнюю очередь?

Имеются три вида аминокислот - А, В, С. Составьте несколько вариантов полипептидных цепей, построенных из пяти аминокислот. Будут ли такие белки обладать одинаковыми свойствами? Ответ поясните.

страница 1
Материал для проведения практических работ по биологии

10 класс

Задачи

Строение и свойства углеводов, липидов

При окислении 1г углевода и белка выделяется 17,6 Кдж энергии, при окислении 1г липидов выделяется 38,9 кДж энергии.

1. 
   Молекулярная формула глюкозы С 6 Н 12 О 6 . Какова молекулярная формула полимера, образованного соединением 10 молекул глюкозы путем поликонденсации? (С 60 Н 102 О 51)
2. 
   Сколько молекул воды выделиться в процессе поликонденсации при образовании полимера из 25 молекул глюкозы? (24)
3. 
   Сколько молекул воды необходимо затратить для гидролиза молекулы крахмала, состоящей из 120 остатков глюкозы? (119)
4. 
   Какова молярная масса полисахарида, состоящего из 110 остатков глюкозы?(19458)
5. 
   Какова молярная масса сахарозы? (342)
6. 
   В чай добавили 10 г свекловичного сахара, содержащего 95% сахарозы. Сколько энергии может усвоить организм из данной порции сахара, при к.п.д. 56%? Сколько энергии потеряется в виде тепла? (93,6 кДж; 73,6 кДж)
7. 
   Сколько граммов чистой глюкозы необходимо употребить, чтобы компенсировать затраты энергии, затраченной за 3 часа езды на велосипеде (920 кДж/ч)?
8. 
   Бег трусцой требует энергозатрат в 2100 кДж/ч. Сколько граммов глюкозы или жира необходимо для компенсации потерь энергии за 20 минут такой пробежки?
9. 
   При выполнении вольных упражнений мышцы руки расходуют 12 кДж энергии за минуту. Определите, сколько всего граммов и химического количества вещества (моль) глюкозы используют мышцы руки за 10 минут вольных упражнений.
10. 
    При окислении 100г жира выделилось 1550 кДж энергии. Сколько жира (в граммах, в %) не подверглось окислению?
11. 
    Сколько шоколада с содержанием масла какао 70% необходимо съесть, чтобы компенсировать энергию, затраченную на бег трусцой (2100 Кдж/ч) в течение получаса только за счет жиров, содержащихся в шоколаде?
12. 
    Жир, состоящий из триглицерида стеариновой кислоты (С 17 Н 35 СООН) подвергся омылению. Мыло какой массы получится при омылении 500г этого липида?
13. 
    Какое количество молекул водорода необходимо для полного насыщения 100г триглицерида, образованного олеиновой кислотой (С 17 Н 33 СООН)?
14. 
    Гидролизу подверглось 2 кг свиного жира с массовой долей нежировых примесей 10%. Сколько энергии при этом можно получить, если энергетические потери составляют 40%?
15. 
    Сколько энергии и сколько воды получает верблюд при расщеплении 2 кг запасенного в горбах жира?
16. 
    Максимальная механическая работа, которая может быть совершена человеком в результате окисления 2 г фруктозы кислородом, равна 13 кДж. При этом выделится теплота, равная 9,6 кДж/г. Какая масса фруктозы должна окислиться в организме, чтобы человек мог поднять груз массой 20 кг на высоту 2 м 25 раз? (1,5 г фруктозы. Механическая работа вычисляется по формуле А = mgh. А = 20х2х10х25 = 10000Дж = 10 кДж.).

Строение и свойства белков

Аминокислоты, входящие в состав белков и их условные сокращения

Аминокислота	Сокращенное название	Аминокислота	Сокращенное название
Аланин	Ала	Лейцин	Лей
Аргинин	Арг	Лизин	Лиз
Аспарагин	Асн	Метионин	Мет
Аспарагиновая кислота	Асп	Пролин	Про
Валин	Вал	Серин	Сер
Гистидин	Гис	Тирозин	Тир
Глицин	Гли	Треонин	Тре
Глутамин	Глн	Триптофан	Три
Глутаминовая кислота	Глу	Фенилаланин	Фен
Изолейцин	Иле	Цистеин	Цис

1. 
   

валин C 3 H 7 -CHNH 2 -COOH и глицин CH 2 NH 2 - COOH

1. 
   Соедините пептидной связью аминокислоты:

аланин СН 3 СН NH 2 - COOH и глицин CH 2 NH 2 - COOH.

1. 
   Постройте все возможные дипептиды из валина и глицина.
2. 
   Сколько дипептидов можно построить из валина, глицина и аланина? (3 2 =9)
3. 
   Сколько трипептидов можно построить из валина и лейцина (С 4 Н 9 СНNH 2 - COOH)? (2 3 =8)
4. 
   Сколько дипептидов можно создать из 4 аминокислот? Сколько тетрапептидов можно создать из двух аминокислот? Выведите формулу, определяющую зависимость количества полимеров от количества разных мономеров и длины цепи.
5. 
   Сколько полипептидов длиной в 100 аминокислотных остатков можно построить из двух разных аминокислот? (2 100)
6. 
   Белок содержит 0,5% глицина. Чему равна минимальная молекулярная масса этого белка М глицина =75,1) (150200)
7. 
   Гемоглобин крови человека содержит 0,34% железа. Вычислите минимальную молекулярную массу гемоглобина.(16471).
8. 
   Альбумин сыворотки человека имеет молекулярную массу 68400. Определите общее количество аминокислотных остатков в указанном белке, если средняя молекулярная масса одного аминокислотного остатка принимается за 120. (570)
9. 
   Проанализируйте график температурной зависимости скорости ферментативных реакций: Определите: при какой температуре фермент Б проявляет максимальную активность: при какой температуре оба фермента осуществляют превращения с одинаковой скоростью; в каком температурном диапазоне ускоряется реакция, осуществляемая ферментом А; как изменяется скорость реакций А и Б в диапозоне 60 – 70 градусов. (с 173 biology)
10. 
    Проанализируйте график протекания ферментативной реакции при разных значениях температуры (Грин,1,с 203, Определите: какая температура является оптимальной для данного фермента; при какой температуре скорость реакции постоянная; при какой температуре за минуту прореагирует наибольшее количество вещества.
11. 
    На графике (Грин,1,204) показано влияние рН на активность трех ферментов – А,В,С. Определите: оптимальное значение рН для каждого фермента; значение рН, при котором работают все три фермента; значение рН, при котором протекают ферментативные реакции В и С, но исключена реакция, контролируемая ферментом А.
12. 
    К раствору пероксида водорода добавляли при разных значениях рН по 1 мл раствора каталазы и отмечали время, за которое удавалось собрать 10 мл О 2. При этом были получены следующие результаты:

рН раствора	время, мин
4,00	20,00
5,00	12,50
6,00	10,00
7,00	13,60
8,00	17,40

Представьте эти результаты в виде графика и объясните их.

1. 
   Неполярные радикалы имеют следующие аминокислоты: метионин, аланин, пролин, валин, лейцин, изолейцин, триптофан, фенилаланин. Сколько гидрофобных взаимодействий возможно в молекуле белка, имеющей среди прочих, аминокислотные остатки: мет, арг, ала, лиз, про, вал, мет, сер, три, лей, ала. (4)
2. 
   Полярные положительные радикалы имеют аминокислоты аргинин, гистидин и лизин. Радикалы глутаминовой кислоты и аспарагиновой кислоты имеют отрицательный заряд. Полярные заряженные радикалы в водной среде образуют ионные связи и стабилизируют третичную структуру белка. Сколько ионных связей между радикалами аминокислот может образоваться в третичной структуре белковой молекулы, в которой имеются следующие радикалы аминокислот: глу, асп, асп, глу, арг, гис, лиз? (3)
3. 
   Полярные незаряженные (дипольные) радикалы аминокислот аспарагин, глутамин, серин, глицин, тирозин, треонин, цистеин при формировании третичной структуры белка стабилизируют молекулу за счет образования водородных связей между собой. Какое максимальное количество водородных связей может возникнуть в молекуле белка между радикалами аминокислот, если в белке имеются 3 молекулы асп , 3 молекулы глн , по 4 молекулы гли и тир и по одной молекуле тре и цис ? (8)
4. 
   Какие связи возникнут при формировании третичной структуры в молекуле белка между следующими парами остатков аминокислот: аргинин – аспарагиновая кислота; аланин – метионин; аргинин – глутаминовая кислота; аргинин – гистидин; аспарагин – глутамин?
5. 
   Какие связи в третичной структуре образуются в молекуле белка, содержащей, среди прочих, аминокислотные остатки: цистеин, гистидин, аргинин, глутаминовая кислота, аспарагиновая кислота, цистеин, аланин, валин, пролин, триптофан?
6. 
   Трипептид состоит из трех молекул аспарагиновой кислоты. Как изменится суммарный заряд данной молекулы при уменьшении рН раствора на одну единицу? (возрастет)
7. 
   Полигистидиновый фрагмент поместили в водный раствор сильной кислоты. Как изменится реакция раствора? (изменится в сторону уменьшения кислотности)

Строение и свойства нуклеиновых кислот

Спираль ДНК имеет витки длиной в 10 пар нуклеотидов. Длина одного нуклеотида примерно 0,34 нм, средняя относительная масса нуклеотида 345.

1. 
   Постройте цепочки ДНК, комплементарные данным:

а. ЦТГАТЦТГТАТЦААЦТА

б. 3"АЦТГАТЦТГТАТЦААЦТ5"

в. 5"ГТАЦТАГЦТАГЦТАГЦТАГЦЦАТ3"

1. 
   В молекуле ДНК адениловые нуклеотиды составляют 20% от общего числа. Определите процентное содержание других нуклеотидов.
2. 
   В молекуле ДНК тимидиловые нукеотиды составляют 16%. Определите процентное содержание нуклеотидов, содержащих гуаниновое основание.
3. 
   Из бактерии была выделена ДНК. Оказалось, что она содержит 37% цитозина. Можно ли рассчитать процентное содержание аденина в ней?
4. 
   Если в молекуле ДНК 56% ГЦ пар, каков будет процент А, Г, Ц, и Т соответственно?
5. 
   В молекуле ДНК 880 Г-нуклеотидов, что составляет 22% от общего числа нуклеотидов. Определить количество остальных видов нуклеотидов в этой молекуле. Определите длину данной молекулы.
6. 
   В молекуле ДНК обнаружено 570 адениловых нуклеотидов. Они составляют 30% всех нуклеотидов в этой молекуле. Определите: а) число остальных типов нуклеотидов по отдельности; б) относительную молекулярную массу этой молекулы; в) длину этой молекулы.
7. 
   Дан фрагмент молекулы ДНК: ГАТАЦАГТААГГТАТ.

Определите длину данной молекулы и процентное содержание в ней каждого вида нуклеотидов. Определите соотношение (А+Т)/(Г+Ц) в молекуле ДНК, соответствующей данному фрагменту.

1. 
   Если вирусная частица имеет двухнитчатую кольцевую молекулу ДНК размером 200 тысяч пар нуклеотидов, то сколько нуклеотидов находится в этой молекуле? Сколько полных витков приходится на эту молекулу ДНК? Сколько атомов фосфора содержится в каждой из нитей ДНК? (400 тыс.; 20 тыс.; 200 тыс.)
2. 
   Дана молекула ДНК с относительной молекулярной массой 69 000, из них 8625 приходится на долю адениловых нуклеотидов. Сколько содержится в нуклеотидов по отдельности и какова длина этой ДНК? (А=Т=25; Г=Ц=75; 34 нм)
3. 
   По мнению некоторых ученых, общая длина всех молекул ДНК в ядре одной половой клетки человека составляет приблизительно 102 см. Сколько всего пар нуклеотидов содержится в ДНК одной кетки? (3 млрд. пар)
4. 
   РНК, выделенная из ВТМ (вируса табачной мозаики) содержит 20% цитозина. Можно ли рассчитать процентное содержание аденина в этой молекуле?
5. 
   Найдите число молекул рибозы и остатков фосфорной кислоты в молекуле иРНК, в которой оснований урацила 80, гуанина 280, цитозина 280, аденина 80. Какова длина этой молекулы? (24 480 нм)
6. 
   Докажите верность или неверность следующий утверждений для ДНК:

а) А+Т=Г+Ц; б)А=Г, Ц=Т; в) А/Т=Ц/Г; г)Т/А=Ц/Г; д) А+Г=Ц+Т; е) Г/Ц=1; ж) А=Т в каждой цепи.

1. 
   Вы провели эксперимент по выделению нуклеиновой кислоты из бактериофага. Результаты эксперимента показали следующее содержание нуклеотидов: А – 25%, Т – 33%, Г – 24%, Ц – 18%. Каким образом можно объяснить эти результаты?

12. Синтетическая РНК имеет только два типа нуклеотидов. При этом она содержит в 5 раз больше У, чем Ц. Какое возможное число существующих в этой РНК кодонов? (2 3 =8)
Энергетический и пластический обмен

1. 
   В процессе диссимиляции полному расщеплению подверглось 5 моль глюкозы. Сколько кислорода для этого понадобилось?
2. 
   В клетке произошел гликолиз (неполное окисление) 10 моль глюкозы. Сколько молочной кислоты при этом образовалось?
3. 
   В процессе диссимиляции произошло расщепление 7 моль глюкозы, из которых полному (кислородному) расщеплению подверглись только 2 моль. Определите, сколько моль молочной кислоты и углекислого газа при этом образовалось? Сколько моль АТФ синтезировалось? Сколько моль кислорода следует добавить для полного окисления образовавшейся в данных условиях молочной кислоты? (10; 12; 86; 30)
4. 
   В результате диссимиляции в клетках образовалось5 моль молочной кислоты и 27 моль углекислого газа. Определите: сколько моль глюкозы подверглось неполному расщеплению? Сколько моль глюкозы подверглось полному окислению? Сколько моль кислорода выделилось? Сколько АТФ синтезировано? Сколько энергии аккумулировано в клетке? (2,5; 4,5; 0; 1715, 68600)
5. 
   В одном сосуде, содержащем 100г растворенной глюкозы, находятся хлорелла и инфузория. Сколько глюкозы будет в этом сосуде через 10 минут на свету, если известно, что продуктивность фотосинтеза – 8 г в минуту, а на диссимиляцию хлорелла расходует 2 г глюкозы за минуту, а инфузория – 3 грамма? Сколько глюкозы будет в этом сосуде через 10 минут в темноте? (130г; 50г)
6. 
   Водоросли и инфузории живут вместе в замкнутом сосуде, стоящем на свету. Инфузории потребляют 0,11 моль глюкозы в неделю, водоросли – 0,12 моль глюкозы в неделю. Суммарная недельная продукция глюкозы составляет 0,25 моль. Как изменится содержание кислорода в этом сосуде через неделю? (уменьшится на 0,12 м)
7. 
   Для организма верблюда ежесуточно требуется 2 литра воды. Какое количество жира должно быть в его горбах, чтобы он мог не пить в течение 6 дней? (13,2 кг)
8. 
   На сколько будет отличаться молекулярная масса сахарозы от суммарной массы 1 молекулы глюкозы и 1 фруктозы? (на 18 единиц)
9. 
   На сколько будет отличаться молекулярная масса 10 аминокислот и олигопептида, состоящего из 10 аминокислот? (на 162 единицы)

страница 1

Цель: расширить знания о функциях белков в живой клетке; научить учащихся выявлять причины происходящих в клетке процессов, используя свои знания о функциях в ней белков.

Оборудование: таблицы по общей биологии, модель первичной структуры белка.

Ход урока

I . Проверка знаний учащихся.

Карточка для работы у доски.

Запишите номера вопросов, против них – правильные ответы.

1. Какие органические вещества в клетке на первом месте по массе?
2. Какие элементы входят в состав простых белков?
3. Сколько аминокислот образует все многообразие белков?
4. Сколько аминокислот являются незаменимыми для человека?
5. Какая функциональная группировка придает аминокислоте кислые, какое – щелочные свойства?
6. В результате какой реакции образуется пептидная связь?
7. Между какими группировками аминокислот образуется пептидная связь?
8. Какие связи стабилизируют вторичную структуру белков?
9. Какую структуру имеет молекула гемоглобина?

Тесты классу.

Тест 1 . Какие органические вещества в клетке на первом месте по массе?

1. углеводы.
2. белки
3. липиды.
4. нуклеиновые кислоты.

Тест 2 . Какие элементы входят в состав простых белков?

1. углерод...
2. водород
3. кислород
4. фосфор
5. железо
6. хлор.

Тест 3 . Сколько аминокислот образует все многообразие белков?

Тест 4 . Сколько аминокислот являются незаменимыми для человека?

1. таких аминокислот нет.

Тест 5. Какие белки называются неполноценными?

1. В которых отсутствуют некоторые аминокислоты.
2. В которых отсутствуют некоторые незаменимые аминокислоты.
3. В которых отсутствуют некоторые заменимые аминокислоты.
4. Все известные белки являются полноценными.

Тест 6

Тест 7

1. Реакция гидролиза.
2. Реакция гидратации.
3. Реакции конденсации.

Тест 8

Тест 9

1. ковалентные
2. водородные
3. ионные
4. такие связи отсутствуют

Тест 10. Какую структуру имеют молекула гемоглобина?

1. первичную
2. вторичную
3. третичную
4. четвертичную

II . Изучение нового материала.

1 . Свойства белков.

У человека более 10 000 видов разных белков.

Свойства белков:

1. Денатурация (утрата трехмерной конформации без изменения первичной структуры). Ренатурация.
2. Нерастворимые белки (кератин, фиброин) и растворимые белки (альбумины, фибринген).
3. Малоактивные и химически высокоактивные.
4. Устойчивые и крайне неустойчивые.
5. Фибриаллярные и глобулярные.
6. Нейтральные (альбумины, глобулины), основные (гистоны), кислые (казеин)
7. Инактивация при замерзании.

2. Функции белков в клетке и организме.

1. Строительная.

2. Каталическая (ферментативная).

Напомним некоторые особенности функционирования ферментов:

а) ферменты ускоряют протекание реакции только одного вида, то есть обладают специфичностью действия;
б) ферменты конкретного организма действуют в узких температурных пределах;
в) ферменты эффективно работают при строго определенных показателях среды. Например, в разных участках пищеварительного тракта она может быть слабощелочной, щелочной или кислой.

Ферментативный белок соединятся реагирующими веществами, ускоряет их превращения ения и выходит из реакции неизменным.

3. Регуляторная.

Осуществляется с помощью гормонов. Многие гормоны являются белками. Рассмотрим их действия на некоторых конкретных примерах.

Ослабленное функционирование поджелудочной железы может привести к нарушению (замедлению) процесса превращения глюкозы в гликоген, вследствие чего возникает серьезное заболевание – сахарный диабет.

4. Двигательная функция белка проявляется при работе мускулатуры человека и животных. В мышечных клетках имеются специальные сократительные белки, обеспечивающие специфическое функционирование этих клеток.

5. Транспортная функция белка проявляется в переносе кислорода и углекислого газа с помощью белка глобина.

6. Защитная функция белка заключается в выработке белков – антител, уничтожающих возбудителей болезней, попавших в организм.

Защитная функция белка приносит… человеку не только пользу. Могут возникнуть серьезные проблемы при пересадке органов и тканей от одного человека другому. Пересаженный орган воспринимается иммунной системой нового «хозяина» этого органа как чужеродный белок. Воздействие антител приводит к отторжению пересаженного органа со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Аналогичные проблемы могут возникнуть при беременности, в том случае, если мать будущего ребенка является резус-отрицательной, а отец имеет резус-положительную кровь. В том случае может возникнуть серьёзный конфликт между материнским организмом и организмом развивающего плода.

Напомним, что ген резус-положительности доминирует над геном резус-отрицательности.

Следствием указанного выше конфликта являются задержка и нарушение процесса развития плода, в ряде случаев – его гибель. Связи с ответным воздействием антител плода на чужеродный белок материнского организма женщина испытывает симптомы обостренно протекающего токсикоза беременности.

Защитные функции могут быть могут быть ослаблены либо с помощью медицинских средств (когда это необходимо),либо в результате негативного воздействия природных факторов(ухудшение условий жизни организма, агрессия вируса СПИДа) (см. схему).

7. Энергетическая функция белка проявляется в выделении свободной энергии при последовательном расщеплении полипептидной молекулы

Биологическую роль, которую играют белки в живой клетке и организме, трудно переоценить. Вероятно, жизнь на нашей планете д ействительно можно рассматривать как способ существования белковых тел, осуществляющих обмен веществом и энергией с внешней средой.

III . Закрепление.

«Свойства и функции белков. »

Тест 1 . Что образуется при окислении 1 г белка?

1. Углекислый газ.
2. Аммиак.
3. 17,6 кДж энергии.
4. Мочевина.
5. 38,9 кДж энергии.

Тест 2 . В пробирке с пероксидом водорода поместили кусочек варенной колбасы, хлеба, моркови, рубленного яйца. В одной из пробирок выделялся кислород. В какой?

1. С кусочком вареной колбасы.
2. С кусочком хлебы.
3. С кусочком моркови.
4. С кусочком рубленного яйца.

Тест 3. Какие суждения верны?

1. Ферменты специфичны, каждый фермент обеспечивает раекции одного типа.
2. Ферменты универсальны и могут катализировать реакции разных типов.
3. Каталическая активность ферментов не зависит от рН и температуры.
4. 4. Каталическая активность ферментов напрямую зависит от рН и температуры.

Тест 4. Какие суждения верны?

1. Фермент – ключ, субстрат – замок, согласно теории Фишера.
2. Фермент – замок, субстрат – ключ, согласно теории Фишера.
3. После каталитической реакции фермент и субстрат распадаются, образуя продукты реакции.
4. После каталитической реакции фермент остается неизменным, субстрат распадается, образуя продукты реакции.

Тест 5 . Какие суждения верны?

1. Витамины являются кофакторами ферментов.
2. Все белки являются биологическими катализаторами, ферментов.
3. При замерзании происходит необратимая денатурация ферментов.
4. Ренатурация – утрата трехмерной конфигурации белка без изменения первичной структуры

Тест 6 . Какая функциональная группировка придает аминокислоте кислые, какое –щелочные свойства?

1. Кислые – радикал, щелочные – аминогруппа.
2. Кислые – аминогруппа, щелочные – радикал.
3. Кислые – карбоксильная группа, щелочные – радикал.
4. Кислые – карбоксильная группа, щелочные – аминогруппа.

Тест 7 . В результате какой реакции образуется пептидная связь?

1. Реакция гидролиза.
2. Реакция гидратации.
3. Реакции конденсации.
4. Все вышеперечисленные реакции могут привести к образованию пептидной связи.

Тест 8 . Между какими группировками аминокислот образуется пептидная связь?

1. Между карбоксильными группами соседних аминокислот.
2. Между аминогруппами соседних аминокислот.
3. Между аминогруппой одной аминокислоты и радикалом другой.
4. Между аминогруппой одной аминокислоты и карбоксильной группой другой.

Тест 9 . Какие связи стабилизируют вторичную структуру белков?

1. ковалентные
2. водородные
3. ионные
4. такие связи отсутствуют.

Тест 10. Какие связи стабилизируют третичную структуру белков?

1. ковалентные
2. водородные
3. ионные
4. гидрофильно-гидрофобное взаимодействие.

На дом: стр. 94-99, вопросы в конце параграфа.

Расчет потребляемой энергии

Q =4,1 (ккал/г) ∙ Б (г) ∙1 + 9,3 (ккал/г) ∙ Ж (г) ∙1 + 4,1 (ккал/г) ∙ У (г) ∙4

*В рационе должны быть сбалансированы белки, жиры и углеводы 1: 1,2: 4,6 или1:1:4

*Полученный результат следует оценивать с поправкой на усвоение, в среднем составляющей 90%.

Расход энергии (определение энергообразования) в организме определяют, используяпрямую и непрямую калориметрию .

Прямая калориметрия – непосредственный и полный учет количества выделенного организмом тепла в биокалориметрах.

Непрямая калориметрия – определение количества потребленного О 2 и выделенного СО 2 за период времени(полный газовый анализ ) или только количество поглощенного О 2 (неполный газовый анализ ) с последующим расчетом теплопродукции.

Количество кислорода, необходимое для окисления 1 г белков, жиров и углеводов – неодинаково, также как и количество выделяемо СО 2 и тепла. В связи с этим определяюткалорический эквивалент кислорода (КЭК) – количество тепла, освобождающееся после потребления организмом 1 л О 2 .

Дыхательный коэффициент (ДК) – отношение объема выделенного СО 2 к объему поглощенного О 2 различен при окислении белков, жиров и углеводов.

ДК= V СО 2 / V О 2

Его высчитывают, исходя из формул окислительных химических реакций.

Углеводы – 1,0 (6 VСО 2 / 6VО 2)

Жиры – 0,71 (102 VСО 2 / 145VО 2)

Белки (при расщеплении до мочевины) – 0,8 (77.5 VСО 2 / 96.7VО 2)

При смешанной пище ДК = 0,85.

Расчет теплопродукции организма ( Q)

Q = V О 2 ∙КЭК, где

V О 2 – л/мин, КЭК – ккал/л, Q - ккал/мин

Способ неполного газового анализа более прост: зная количество потребленного организмом кислорода (с помощью определения наклона кривой спирограммы) –VО 2 , усредненный дыхательный коэффициент 0,85 и соответствующий ему КЭК 4,86, можно рассчитать энергообмен за любой промежуток времени (1 мин или 1 сут):

Q = V О 2 ∙4,86

Газообмен у человека можно определять методом Крога в специальных камерах закрытого типа(респираторная камера закрытого типа Шатерникова) либо открытым респираторным методом Дугласа-Холдейна.

Расход энергии подразделяют на:

Основной

Рабочий .

ОСНОВНОЙ ОБМЕН – минимальное количество энергии, необходимое для обеспечения гомеостаза бодрствующего организма в условиях относительного физического и психического покоя.

Основной обмен определяют в строго контролируемых стандартных условиях:

• Натощак (через 12-16 часов после приема пищи)

  В положении лежа

  В состоянии спокойного бодрствования

  В условиях температурного комфорта (18-20оС)

Выражается количеством энергозатрат из расчета 1 ккал на 1 кг массы тела в час (в среднем равна 1 ккал/кг∙ ч, т.е. при массе 70 кг основной обмен мужчины составляет 1700 ккал/сут, у женщин с такой же массой тела на 10% ниже).

Факторы, способные влиять на интенсивность обменных процессов:

Суточные колебания

Прием пищи (специфическое динамическое действие пищи). При белковой пище обмен увеличивается на 30%, при питании жирами и углеводами – на 14-15%.Алкоголь поставляет энергию 7 ккал/г, но и усиливает ее расход, т.е. повышает основной обмен, поэтому в качестве замены пищевым продуктам неприемлем .

Температура окружающей среды .

РАБОЧИЙ ОБМЕН, или рабочая прибавка – энергозатраты при физической или умственной нагрузке.

Сумма основного обмена и рабочей прибавки составляет ВАЛОВЫЙ ОБМЕН.

Предельно допустимая по тяжести работа для человека не должна превышать по энергозатратам уровень основного обмена более, чем в 3 раза .

РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА ЭНЕРГИИ

Нервный механизм:

Условнорефлекторный механизм (предстартовое состояние)

Вегетативная регуляция (центры в гипоталамусе)

Эндокринная регуляция

Питание – процесс поступления, переваривания, всасывания и усвоения организмом пищевых веществ, необходимых для компенсации энерготрат, построения и восстановления клеток и тканей тела, осуществления и регуляции функций организма.

Различают питание естественное и искусственное (парентеральное и зондовое энтеральное),лечебное и лечебно-профилактическое .

В настоящее время существуют 2 основные теории питания :

Классическая (теория сбалансированного питания)

Современная (теория адекватного питания)

Сбалансированное питание характеризуется оптимальным соответствием количества и соотношении всех компонентов пищи физиологическим потребностям организма.

1. В рационе должны быть сбалансированы белки, жиры и углеводы . Среднее соотношение их массы составляет1:1,2:4,6 или 1:1:4

У детей: 3 мес – 1:3 :6 , 6 мес – 1:2:5, старше 1 года – 1:1,2:4,6

У пожилых – 1:0,8:3,5

2. Наличие витаминов, минералов.

3. Регулярный прием в одно и тоже время суток дробно. Завтрак –30%, обед – 50%, ужин – 20%. Более рационально5-6 разовое питание.

Адекватное питание характеризуется принятием постулата о сбалансированном питании и дополнениях, наиболее полно отражающих все стороны полноценного питания человека. Автор – А.М. Уголев

Обмен веществ и энергии, или метаболизм ,— совокупность химических и физических превращений веществ и энергии, происходящих в живом организме и обеспечивающих его жизнедеятельность. Обмен веществ и энергии составляет единое целое и подчиняется закону сохранения материи и энергии.

Обмен веществ складывается из процессов ассимиляции и диссимиляции. Ассимиляция (анаболизм) — процесс усвоения организмом веществ, при котором расходуется энергия. Диссимиляция (катаболизм) — процесс распада сложных органических соединений, протекающий с высвобождением энергии.

Единственным источником энергии для организма человека является окисление органических веществ, поступающих с пищей. При расщеплении пищевых продуктов до конечных элементов — углекислого газа и воды,— выделяется энергия, часть которой переходит в механическую работу, выполняемую мышцами, другая часть используется для синтеза более сложных соединений или накапливается в специальных макроэргических соединениях.

Макроэргическими соединениями называют вещества, расщепление которых сопровождается выделением большого количества энергии. В организме человека роль макроэргических соединений выполняют аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) и креатинфосфат (КФ).

ОБМЕН БЕЛКОВ .

Белками (протеинами) называют высокомолекулярные соединения, построенные из аминокислот. Функции:

Структурная, или пластическая, функция состоит в том, что белки являются главной составной частью всех клеток и межклеточных структур. Каталитическая, или ферментная, функция белков заключается в их способности ускорять биохимические реакции в организме.

Защитная функция белков проявляется в образовании иммунных тел (антител) при поступлении в организм чужеродного белка (например, бактерий). Кроме того, белки связывают токсины и яды, попадающие в организм, и обеспечивают свертывание крови и остановку кровотечения при ранениях.

Транспортная функция заключается в переносе многих веществ. Важнейшей функцией белков является передача наследственных свойств , в которой ведущую роль играют нуклеопротеиды. Различают два основных типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновые кислоты (РНК) и дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК).

Регуляторная функция белков направлена на поддержание биологических констант в организме.

Энергетическая роль белков состоит в обеспечении энергией всех жизненных процессов в организме животных и человека. При окислении 1 г белка в среднем освобождается энергия, равная 16,7 кДж (4,0 ккал).

Потребность в белках. В организме постоянно происходит распад и синтез белков. Единственным источником синтеза нового белка являются белки пищи. В пищеварительном тракте белки расщепляются ферментами до аминокислот и в тонком кишечнике происходит их всасывание. Из аминокислот и простейших пептидов клетки синтезируют собственный белок, который характерен только для данного организма. Белки не могут быть заменены другими пищевыми веществами, так как их синтез в организме возможен только из аминокислот. Вместе с тем белок может замещать собой жиры и углеводы, т. е. использоваться для синтеза этих соединений.

Биологическая ценность белков. Некоторые аминокислоты не могут синтезироваться в организме человека и должны обязательно поступать с пищей в готовом виде. Эти аминокислоты принято называть незаменимыми , или жизненно-необходимыми. К ним относятся: валин, метионин, треонин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, триптофан и лизин, а у детей еще аргинин и гистидин. Недостаток незаменимых кислот в пище приводит к нарушениям белкового обмена в организме. Заменимые аминокислоты в основном синтезируются в организме.

Белки, содержащие весь необходимый набор аминокислот, называют биологически полноценными . Наиболее высока биологическая ценность белков молока, яиц, рыбы, мяса. Биологически неполноценными называют белки, в составе которых отсутствует хотя бы одна аминокислота, которая не может быть синтезирована в организме. Неполноценными белками являются белки кукурузы, пшеницы, ячменя.

Азотистый баланс. Азотистым балансом называют разность между количеством азота, содержащегося в пище человека, и его уровнем в выделениях.

Азотистое равновесие — состояние, при котором количество выведенного азота равно количеству поступившего в организм. Азотистое равновесие наблюдается у здорового взрослого человека.

Положительный азотистый баланс — состояние, при котором количество азота в выделениях организма значительно меньше, чем содержание его в пище, то есть наблюдается задержка азота в организме. Положительный азотистый баланс отмечается у детей в связи с усиленным ростом, у женщин во время беременности, при усиленной спортивной тренировке, приводящей к увеличению мышечной ткани, при заживлении массивных ран или выздоровлении после тяжелых заболеваний.

Азотистый дефицит (отрицательный азотистый баланс) отмечается тогда, когда количество выделяющегося азота больше содержания его в пище, поступающей в организм. Отрицательный азотистый баланс наблюдается при белковом голодании, лихорадочных состояниях, нарушениях нейроэндокринной регуляции белкового обмена.

Распад белка и синтез мочевины. Важнейшими азотистыми продуктами распада белков, которые выделяются с мочой и потом, являются мочевина, мочевая кислота и аммиак.

ОБМЕН ЖИРОВ .

Жиры делят на простые липиды (нейтральные жиры, воски), сложные липиды (фосфолипиды, гликолипиды, сульфолипиды) и стероиды (холестерин и др.). Основная масса липидов представлена в организме человека нейтральными жирами. Нейтральные жиры пищи человека являются важным источником энергии. При окислении 1 г жира выделяется 37,7 кДж (9,0 ккал) энергии.

Суточная потребность взрослого человека в нейтральном жире составляет 70—80 г, детей 3—10 лет — 26—30 г.

Нейтральные жиры в энергетическом отношении могут быть заменены углеводами. Однако есть ненасыщенные жирные кислоты — линолевая, линоленовая и арахидоновая, которые должны обязательно содержаться в пищевом рационе человека, их называют не заменимыми жирными кислотами .

Нейтральные жиры, входящие в состав пищи и тканей человека, представлены главным образом триглицеридами, содержащими жирные кислоты — пальмитиновую, стеариновую, олеиновую, линолевую и линоленовую.

В обмене жиров важная роль принадлежит печени. Печень — основной орган, в котором происходит образование кетоновых тел (бета-оксимасляная, ацетоуксусная кислоты, ацетон). Кетоновые тела используются как источник энергии.

Фосфо- и гликолипиды входят в состав всех клеток, но главным образом в состав нервных клеток. Печень является практически единственным органом, поддерживающим уровень фосфолипидов в крови. Холестерин и другие стероиды могут поступать с пищей или синтезироваться в организме. Основным местом синтеза холестерина является печень.

В жировой ткани нейтральный жир депонируется виде триглицеридов.

Образование жиров из углеводов. Избыточное употребление углеводов с пищей приводит к отложению жира в организме. В норме у человека 25—30% углеводов пищи превращается в жиры.

Образование жиров из белков. Белки являются пластическим материалом. Только при чрезвычайных обстоятельствах белки используются для энергетических целей. Превращение белка в жирные кислоты происходит, вероятнее всего, через образование углеводов.

ОБМЕН УГЛЕВОДОВ .

Биологическая роль углеводов для организма человека определяется прежде всего их энергетической функцией. Энергетическая ценность 1 г углеводов составляет 16,7 кДж (4,0 ккал). Углеводы являются непосредственным источником энергии для всех клеток организма, выполняют пластическую и опорную функции.

Суточная потребность взрослого человека в углеводах составляет около 0,5 кг . Основная часть их (около 70%) окисляется в тканях до воды и углекислого газа. Около 25—28% пищевой глюкозы превращается в жир и только 2—5% ее синтезируется в гликоген — резервный углевод организма.

Единственной формой углеводов, которая может всасываться, являются моносахара. Они всасываются главным образом в тонком кишечнике, током крови переносятся в печень и к тканям. В печени из глюкозы синтезируется гликоген. Этот процесс носит название гликогенеза . Гликоген может распадаться до глюкозы. Это явление называют гликогенолизом . В печени возможно новообразование углеводов из продуктов их распада (пировиноградной или молочной кислоты), а также из продуктов распада жиров и белков (кетокислот), что обозначается как гликонеогенез . Гликогенез, гликогенолиз и гликонеогенез — тесно взаимосвязанные и протекающие в печени процессы, обеспечивающие оптимальный уровень сахара крови.

В мышцах, так же как и в печени, синтезируется гликоген. Распад гликогена является одним из источников энергии мышечного сокращения. При распаде мышечного гликогена процесс идет до образования пировиноградной и молочной кислот. Этот процесс называют гликолизом . В фазе отдыха из молочной кислоты в мышечной ткани происходит ре-синтез гликогена.

Головной мозг содержит небольшие запасы углеводов и нуждается в постоянном поступлении глюкозы. Глюкоза в тканях мозга преимущественно окисляется, а небольшая часть ее превращается в молочную кислоту. Энергетические расходы мозга покрываются исключительно за счет углеводов. Снижение поступления в мозг глюкозы сопровождается изменением обменных процессов в нервной ткани и нарушением функций мозга.

Образование углеводов из белков и жиров (гликонеогенез). В результате превращения аминокислот образуется пировиноградная кислота, при окислении жирных кислот — ацетилкоэнзим А, который может превращаться в пировиноградную кислоту — предшественник глюкозы. Это наиболее важный общий путь биосинтеза углеводов.

Между двумя основными источниками энергии — углеводами и жирами — существует тесная физиологическая взаимосвязь. Повышение содержания глюкозы в крови увеличивает биосинтез триглицеридов и уменьшает распад жиров в жировой ткани. В кровь меньше поступает свободных жирных кислот. Если возникает гипогликемия, то процесс синтеза триглицеридов тормозится, ускоряется распад жиров и в кровь в большом количестве поступают свободные жирные кислоты.

ВОДНО-СОЛЕВОЙ ОБМЕН.

Все химические и физико-химические процессы, протекающие в организме, осуществляются в водной среде. Вода выполняет в организме следующие важнейшие функции : 1) служит растворителем продуктов питания и обмена; 2) переносит растворенные в ней вещества; 3) ослабляет трение между соприкасающимися поверхностями в теле человека; 4) участвует в регуляции температуры тела за счет большой теплопроводности, большой теплоты испарения.

Общее содержание воды в организме взрослого человека составляет 50 —60% от его массы, то есть достигает 40—45 л .

Принято делить воду на внутриклеточную, интрацеллюлярную (72%) и внеклеточную, экстрацеллюлярную (28%). Внеклеточная вода размещена внутри сосудистого русла (в составе крови, лимфы, цереброспинальной жидкости) и в межклеточном пространстве.

Вода поступает в организм через пищеварительный тракт в виде жидкости или воды, содержащейся в плотных пищевых продуктах. Некоторая часть воды образуется в самом организме в процессе обмена веществ.

При избытке в организме воды наблюдается общая гипергидратация (водное отравление), при недостатке воды нарушается метаболизм. Потеря 10% воды приводит к состоянию дегидратации (обезвоживание), при потере 20% воды наступает смерть.

Вместе с водой в организм поступают и минеральные вещества (соли). Около 4% сухой массы пищи должны составлять минеральные соединения.

Важной функцией электролитов является участие их в ферментативных реакциях.

Натрий обеспечивает постоянство осмотического давления внеклеточной жидкости, участвует в создании биоэлектрического мембранного потенциала, в регуляции кислотно-основного состояния.

Калий обеспечивает осмотическое давление внутриклеточной жидкости, стимулирует образование ацетилхолина. Недостаток ионов калия тормозит анаболические процессы в организме.

Хлор является также важнейшим анионом внеклеточной жидкости, обеспечивая постоянство осмотического давления.

Кальций и фосфор находятся в основном в костной ткани (свыше 90%). Содержание кальция в плазме и крови является одной из биологических констант, так как даже незначительные сдвиги в уровне этого иона могут приводить к тяжелейшим последствиям для организма. Снижение уровня кальция в крови вызывает непроизвольные сокращения мышц, судороги, и вследствие остановки дыхания наступает смерть. Повышение содержания кальция в крови сопровождается уменьшением возбудимости нервной и мышечной тканей, появлением парезов, параличей, образованием почечных камней. Кальций необходим для построения костей, поэтому он должен поступать в достаточном количестве в организм с пищей.

Фосфор участвует в обмене многих веществ, так как входит в состав макроэргических соединений (например, АТФ). Большое значение имеет отложение фосфора в костях.

Железо входит в состав гемоглобина, миоглобина, ответственных за тканевое дыхание, а также в состав ферментов, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях. Недостаточное поступление в организм железа нарушает синтез гемоглобина. Уменьшение синтеза гемоглобина ведет к анемии (малокровию). Суточная потребность в железе взрослого человека составляет 10—30 мкг .

Йод в организме содержится в небольшом количестве. Однако его значение велико. Это связано с тем, что йод входит в состав гормонов щитовидной железы, оказывающих выраженное влияние на все обменные процессы, рост и развитие организма.

Образование и расход энергии.

Энергия, освобождающаяся при распаде органических веществ, накапливается в форме АТФ, количество которой в тканях организма поддерживается на высоком уровне. АТФ содержится в каждой клетке организма. Наибольшее количество ее обнаруживается в скелетных мышцах — 0,2—0,5%. Любая деятельность клетки всегда точно совпадает по времени с распадом АТФ.

Разрушившиеся молекулы АТФ должны восстановиться. Это происходит за счет энергии, которая освобождается при распаде углеводов и других веществ.

О количестве затраченной организмом энергии можно судить по количеству тепла, которое он отдает во внешнюю среду.

Методы измерения затрат энергии (прямая и непрямая калориметрия).

Дыхательный коэффициент.

Прямая калориметрия основана на непосредственном определении тепла, высвобождающегося в процессе жизнедеятельности организма. Человека помещают в специальную калориметрическую камеру, в которой учитывают все количество тепла, отдаваемого телом человека. Тепло, выделяемое организмом, поглощается водой, протекающей по системе труб, проложенных между стенками камеры. Метод очень громоздок, применение его возможно в специальных научных учреждениях. Вследствие этого в практической медицине широко используют метод непрямой калориметрии. Сущность этого метода заключается в том, что сначала определяют объем легочной вентиляции, а затем — количество поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа. Отношение объема выделенного углекислого газа к объему поглощенного кислорода носит название дыхательного коэффициента . По величине дыхательного коэффициента можно судить о характере окисляемых веществ в организме.

При окислении углеводов дыхательный коэффициент равен 1 так как для полного окисления 1 молекулы глюкозы до углекислого газа и воды потребуется 6 молекул кислорода, при этом выделяется 6 молекул углекислого газа:

С 6 Н12О 6 +60 2 =6С0 2 +6Н 2 0

Дыхательный коэффициент при окислении белка равен 0,8, при окислении жиров — 0,7.

Определение расхода энергии по газообмену. Количество тепла, высвобождающегося в организме при потреблении 1 л кислорода — калорический эквивалент кислорода — зависит от того, на окислении каких веществ используется кислород. Калорический эквивалент кислорода при окислении углеводов равен 21,13 кДж (5,05 ккал), белков — 20,1 кДж (4,8 ккал), жиров — 19,62 кДж (4,686 ккал).

Расход энергии у человека определяют следующим образом. Человек дышит в течение 5 мин, через мундштук (загубник), взятый в рот. Мундштук, соединенный с мешком из прорезиненной ткани, имеет клапаны. Они устроены так, что человек свободно вдыхает атмосферный воздух, а выдыхает воздух в мешок. С помощью газовых часов измеряют объем выдохнутого воздуха. По показателям газоанализатора определяют процентное содержание кислорода и углекислого газа во вдыхаемом и выдыхаемом человеком воздухе. Затем рассчитывают количество поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа, а также дыхательный коэффициент. С помощью соответствующей таблицы по величине дыхательного коэффициента устанавливают калорический эквивалент кислорода и определяют расход энергии.

Основной обмен и его значение.

Основной обмен — минимальное количество энергии, необходимое для поддержания нормальной жизнедеятельности организма в состоянии полного покоя при исключении всех внутренних и внешних влияний, которые могли бы повысить уровень обменных процессов. Основной обмен веществ определяют утром натощак (через 12—14 ч после последнего приема пищи), в положении лежа на спине, при полном расслаблении мышц, в условиях температурного комфорта (18—20° С). Выражается основной обмен количеством энергии, выделенной организмом (кДж/сут).

В состоянии полного физического и психического покоя организм расходует энергию на: 1) постоянно совершающиеся химические процессы; 2) механическую работу, выполняемую отдельными органами (сердце, дыхательные мышцы, кровеносные сосуды, кишечник и др.); 3) постоянную деятельность железисто-секреторного аппарата.

Основной обмен веществ зависит от возраста, роста, массы тела, пола. Самый интенсивный основной обмен веществ в расчете на 1 кг массы тела отмечается у детей. С увеличением массы тела усиливается основной обмен веществ. Средняя величина основного обмена веществ у здорового человека равна приблизительно 4,2 кДж (1 ккал) в 1 ч на 1 кг массы тела .

По расходу энергии в состоянии покоя ткани организма неоднородны. Более активно расходуют энергию внутренние органы, менее активно — мышечная ткань.

Интенсивность основного обмена веществ в жировой ткани в 3 раза ниже, чем в остальной клеточной массе организма. Худые люди производят больше тепла на 1 кг массы тела, чем полные.

У женщин основной обмен веществ ниже, чем у мужчин. Это связано с тем, что у женщин меньше масса и поверхность тела. Согласно правилу Рубнера основной обмен веществ приблизительно пропорционален поверхности тела.

Отмечены сезонные колебания величины основного обмена веществ - повышение его весной и снижение зимой. Мышечная деятельность вызывает повышение обмена веществ пропорционально тяжести выполняемой работы.

К значительным изменениям основного обмена приводят нарушения функций органов и систем организма. При повышенной функции щитовидной железы, малярии, брюшном тифе, туберкулезе, сопровождающихся лихорадкой, основной обмен веществ усиливается.

Расход энергии при физической нагрузке.

При мышечной работе значительно увеличиваются энергетические затраты организма. Это увеличение энергетических затрат составляет рабочую прибавку, которая тем больше, чем интенсивнее работа.

По сравнению со сном при медленной ходьбе расход энергии увеличивается в 3 раза, а при беге на короткие дистанции во время соревнований — более чем в 40 раз.

При кратковременных нагрузках энергия расходуется за счет окисления углеводов. При длительных мышечных нагрузках в организме расщепляются преимущественно жиры (80% всей необходимой энергии). У тренированных спортсменов энергия мышечных сокращений обеспечивается исключительно за счет окисления жиров. У человека, занимающегося физическим трудом, энергетические затраты возрастают пропорционально интенсивности труда.

ПИТАНИЕ.

Восполнение энергетических затрат организма происходит за счет питательных веществ. В пище должны содержаться белки, углеводы, жиры, минеральные соли и витамины в небольших количествах и правильном соотношении. Усвояемость пищевых веществ зависит от индивидуальных особенностей и состояния организма, от количества и качества пищи, соотношения различных составных частей ее, способа приготовления. Растительные продукты усваиваются хуже, чем продукты животного происхождения, потому что в растительных продуктах содержится большее количество клетчатки.

Белковый режим питания способствует осуществлению процессов всасывания и усвояемости пищевых веществ. При преобладании в пище углеводов усвоение белков и жиров снижается. Замена растительных продуктов продуктами животного происхождения усиливает обменные процессы в организме. Если вместо растительных давать белки мясных или молочных продуктов, а вместо ржаного хлеба — пшеничный, то усвояемость продуктов питания значительно повышается.

Таким образом, чтобы обеспечить правильное питание человека, необходимо учитывать степень усвоения продуктов организмом. Кроме того, пища должна обязательно содержать все незаменимые (обязательные) питательные вещества: белки и незаменимые аминокислоты, витамины, высоконепредельные жирные кислоты, минеральные вещества и воду.

Основную массу пищи (75-80%) составляют углеводы и жиры.

Пищевой рацион - количество и состав продуктов питания, необходимых человеку в сутки. Он должен восполнять суточные энергетические затраты организма и включать в достаточном количестве все питательные вещества.

Для составления пищевых рационов необходимо знать содержание белков, жиров и углеводов в продуктах и их энергетическую ценность. Имея эти данные, можно составить научно обоснованных пищевой рацион для людей разного возраста, пола и рода занятий.

Режим питания и его физиологическое значение. Необходимо соблюдать определенный режим питания, правильно его организовать: постоянные часы приема пищи, соответствующие интервалы между ними, распределение суточного рациона в течение дня. Принимать пищу следует всегда в определенное время не реже 3 раз в сутки: завтрак, обед и ужин. Завтрак по энергетической ценности должен составлять около 30% от общего рациона, обед — 40—50%, а ужин — 20—25%. Рекомендуется ужинать за 3 ч до сна.

Правильное питание обеспечивает нормальное физическое развитие и психическую деятельность, повышает работоспособность, реактивность и устойчивость организма к влиянию окружающей среды.

Согласно учению И. П. Павлова об условных рефлексах, организм человека приспосабливается к определенному времени приема пищи: появляется аппетит и начинают выделяться пищеварительные соки. Правильные промежутки между приемами пищи обеспечивают чувство сытости в течение этого времени.

Трехкратный прием пищи в общем физиологичен. Однако предпочтительнее четырехразовое питание, при котором повышается усвоение пищевых веществ, в частности белков, не ощущается чувство голода в промежутках между отдельными приемами пищи и сохраняется хороший аппетит. В этом случае энергетическая ценность завтрака составляет 20%, обед — 35%, полдник—15%, ужин — 25%.

Рациональное питание. Питание считается рациональным, если полностью удовлетворяется потребность в пище в количественном и качественном отношении, возмещаются все энергетические затраты. Оно содействует правильному росту и развитию организма, увеличивает его сопротивляемость вредным воздействиям внешней среды, способствует развитию функциональных возможностей организма и повышает интенсивность труда. Рациональное питание предусматривает разработку пищевых рационов и режимов питания применительно к различным контингентам населения и условиям жизни.

Как уже указывалось, питание здорового человека строится на основании суточных пищевых рационов. Рацион и режим питания больного называются диетой. Каждая диета имеет определенные составные части пищевого рациона и характеризуется следующими признаками: 1) энергетической ценностью; 2) химическим составом; 3) физическими свойствами (объем, температура, консистенция); 4)режимом питания.

Регуляция обмена веществ и энергии.

Условнорефлекторные изменения обмена веществ и энергии наблюдаются у человека в предстартовых и предрабочих состояниях. У спортсменов до начала соревнования, а у рабочего перед работой отмечается повышение обмена веществ, температуры тела, увеличивается потребление кислорода и выделение углекислого газа. Можно вызвать условнорефлекторные изменения обмена веществ, энергетических и тепловых процессов у людей на словесный раздражитель.

Влияние нервной системы на обменные и энергетические процессы в организме осуществляется несколькими путями:

Непосредственное влияние нервной системы (через гипоталамус, эфферентные нервы) на ткани и органы;

Опосредованное влияние нервной системы через гипофиз (соматотропин) ;

Опосредованное влияние нервной системы через тропные гормоны гипофиза и периферические железы внутренней секреции;

Прямое влияниенервной системы (гипоталамус) на активность желез внутренней секреции и через них на обменные процессы в тканях и органах.

Основным отделом центральной нервной системы, который регулирует все виды обменных и энергетических процессов, является гипоталамус. Выраженное влияние на обменные процессы и теплообразование оказывают железы внутренней секреции. Гормоны коры надпочечников и щитовидной железы в больших количествах усиливают катаболизм, т. е. распад белков.

В организме ярко проявляется тесное взаимосвязанное влияние нервной и эндокринной систем на обменные и энергетические процессы. Так, возбуждение симпатической нервной системы не только оказывает прямое стимулирующее влияние на обменные процессы, но при этом увеличивается секреция гормонов щитовидной железы и надпочечников (тироксин и адреналин). За счет этого дополнительно усиливается обмен веществ и энергии. Кроме того, эти гормоны сами повышают тонус симпатического отдела нервной системы. Значительные изменения в метаболизме и теплообмене происходят при дефиците в организме гормонов желез внутренней секреции. Например, недостаток тироксина приводит к снижению основного обмена. Это связано с уменьшением потребления кислорода тканями и ослаблением теплообразования. В результате снижается температура тела.

Гормоны желез внутренней секреции участвуют в регуляции обмена веществ и энергии, изменяя проницаемость клеточных мембран (инсулин), активируя ферментные системы организма (адреналин, глюкагон и др.) и влияя на их биосинтез (глюкокортикоиды) .

Таким образом, регуляция обмена веществ и энергии осуществляется нервной и эндокринной системами, которые обеспечивают приспособление организма к меняющимся условиям его обитания.