Природничі науки. 1 частина. 11 клас. Гільберг

У кожного свій шлях і своє призначення

Основними поживними речовинами, що беруть участь в обміні речовин, є білки, жири й вуглеводи. Так, при розщепленні білків або вуглеводів масою 1 г виробляється близько 17,2 кДж енергії, а при переробці жирів масою 1 г кількість енергії, що надходить, подвоюється.

Неабияку роль в обміні речовин відіграє обмін води й мінеральних солей.

Обмін білків. Білки їжі організм використовує переважно як пластичний матеріал для побудови живої речовини, чим забезпечує свій ріст, а також для синтезу ферментів, гормонів та інших речовин, необхідних для його життєдіяльності.

Білки, спожиті з їжею, в органах травлення розщеплюються на амінокислоти та відпрацьовані продукти (токсини), які накопичуються й виводяться з організму.

Амінокислоти всмоктуються в кров, яка розносить їх по всіх органах і тканинах, де з них під дією ферментів синтезуються нові білки, властиві людському організмові (мал. 3.15).

Мал. 3.15. Перетворення білків

У кожному органі й тканині синтезуються специфічні білки, тобто різні в різних органах і тканинах. Особливо великий синтез білків у періоді росту — у дитячому та юнацькому віці. Під старість синтез білків зменшується.

Синтез білка — це багатоступінчастий ферментативний процес, який здійснюється в клітинах і забезпечує постійне оновлення білків органів і тканин.

Біосинтез білка відбувається в чотири етапи (мал. 3.16):

I етап. Транскрипція — передавання інформації про структуру білка з молекули ДНК (дезоксирибонуклеїнової кислоти) на ІРНК (інформаційної РНК). Ділянка ДНК є матрицею для відповідної ІРНК. Синтезовані молекули ІРНК переходять з ядра в цитоплазму, а ДНК відновлює свою структуру.

II етап. Активація амінокислот. Цей процес відбувається в цитоплазмі. Активовані молекули амінокислот з’єднуються з відповідними молекулами транспортних РНК. У молекулі тРНК є дві ділянки: акцепторна, до якої прикріплюється відповідна амінокислота, та ділянка, що містить антикодон — триплет нуклеотидів, який комплементарний кодона ІРНК цієї амінокислоти. Активовані амінокислоти, сполучені з тРНК (транспортною РНК), надходять до рибосом.

Мал. 3.16. Схема біосинтезу білка

III етап. Трансляція — синтез поліпептидних ланцюгів. Вона відбувається так: молекула ІРНК рухається між двома субодиницями рибосом, і до неї послідовно приєднуються молекули тРНК з амінокислотами. При цьому за принципом комплементарності кодони ІРНК вступають у зв’язок з антикодонами тРНК. Процес синтезу молекули білка потребує великих витрат енергії. На сполучення кожної амінокислоти з тРНК витрачається енергія двох молекул АТФ. Окрім того, енергія ще двох молекул АТФ потрібна для пересування рибосоми по ІРНК. Синтез одного білка триває від 20 до 560 секунд.

IV етап. Утворення вторинної та третинної структур білкової молекули. Цей етап здійснюється в цитоплазмі — відбувається скручування, згортання поліпептидного ланцюга. Потім до нього приєднуються молекули різних органічних речовин — вуглеводи, жирні кислоти тощо. Цей процес відбувається в ЕПС (ендоплазматична сітка) та комплексі Гольджі.

Для синтезу білка необхідні: 1) енергія (у вигляді АТФ у мітохондріях); 2) відповідні ферменти; 3) інформація про структуру білка (у ДНК, а потім в ІРНК); 4) амінокислоти й відповідні їм тРНК; 5) рибосоми.

Синтез білків у клітині відбувається в інтерфазі — періоді між її поділом.

На відміну від жирів і вуглеводів білки не відкладаються в організмі про запас. Амінокислоти, не використані для синтезу білка, розпадаються зі звільненням енергії. При цьому від амінокислоти в печінці відщеплюється аміногрупа —NH2 (дезамінування), з якої утворюється амоніак NH3.

Він перетворюється на сечовину CO(NH2)2, яку організм виводить у складі сечі й поту. Безнітрогеновий залишок амінокислоти перетворюється на глюкозу.

Білки їжі не можна замінити жодними іншими поживними речовинами, бо синтез білків в організмі можливий лише з амінокислот.

Кінцевими продуктами розпаду білків є сечовина, гіпурова кислота, креатинін, холін та інші продукти. Рівень білкового обміну визначають за величиною балансу Нітрогену, тобто за кількістю Нітрогену, засвоєного організмом і виведеного з нього. Засвоєння Нітрогену визначають за його різницею в спожитій їжі й у калі, а виведення — за кількістю в сечі.

Обмін жирів. Жири харчових продуктів розщеплюються в шлунку й кишечнику на гліцерол і жирні кислоти (олеїнову, пальмітинову, стеаринову тощо).

Під час проходження крізь клітини ворсинок тонкої кишки з гліцеролу й жирних кислот знову синтезується жир, але не такий, а вже специфічний для цього організму. Він надходить у лімфу та лімфатичною грудною протокою потрапляє в кров. Кров транспортує жир до всіх органів і тканин. Він є обов’язковим складником протоплазми, ядра й оболонки клітин (мал. 3.17).

Мал. 3.17. Перетворення жирів

Жири потрібні також для утворення в організмі антитіл, вони постачають організм жиророзчинними вітамінами. Крім того, жири захищають травний тракт дитини від пошкодження грубою їжею й необхідні для формування калу. З калом виводиться 5—10 % не використаних організмом залишків жиру.

Залишок жиру, що надійшов в організм, після покриття всіх потреб, відкладається як жировий запас у підшкірній клітковині, сальнику, навколо нирок, а також у деяких інших органах. Запасний жир організм мобілізує під час голодування й використовує його як джерело енергії. У цьому разі жир окиснюється до кінцевих продуктів розпаду — вуглекислого газу й води. Частина запасного жиру може надходити в кров, розщеплюватися ферментами на гліцерол і жирні кислоти й доправлятися кров’ю до печінки, де гліцерол перетворюється на глікоген. Тож очевидним є тісний зв’язок між жировим і вуглеводним обміном.

Жир в організмі може утворюватися з вуглеводів і білків. Якщо, наприклад, повністю виключити жири з раціону, він все одно утворюється й у значній кількості може відкладатися в організмі.

Обмін вуглеводів. В органах травлення під дією ферментів вуглеводи їжі розщеплюються до глюкози, яка всмоктується в кров.

У підтриманні постійної кількості цукру в крові основну роль відіграє печінка. Зайвий цукор, що надійшов в організм, затримується в печінці, і під дією ферменту підшлункової залози — інсуліну перетворюється на глікоген, який відкладається в печінці (і частково в м’язах та інших тканинах) як запас (мал. 3.18).

Мал. 3.18. Перетворення вуглеводів

Кількість цукру в крові зменшується внаслідок м’язової роботи та за недостатнього надходження його в організм. За цих умов глікоген печінки під впливом гормону надниркових залоз — адреналіну перетворюється на глюкозу, яка надходить у кров. За недостатнього надходження вуглеводів з їжею вони утворюються в організмі з жирів і білків. Тобто підтримання сталого вмісту глюкози в крові великою мірою залежить від нормальної внутрішньосекреторної діяльності підшлункової та надниркових залоз. Унаслідок гіпофункції підшлункової залози (коли зменшується виділення нею інсуліну) настає захворювання, відоме як цукрова хвороба, або діабет: печінка втрачає здатність синтезувати глікоген, уміст цукру в крові підвищується й починається посилене виділення його із сечею.

Вуглеводи, на відміну від жирів і білків, легко розщеплюються, і тому організм швидко мобілізує їх для компенсування великих затрат енергії, зумовлених м’язовою роботою, емоціями, болем, страхом, гнівом тощо. Вуглеводи є основним джерелом енергії м’язів. Глюкоза є складником цитоплазми клітин, і, отже, необхідна для утворення нових клітин, особливо в період росту. Вона необхідна для нормального функціонування нервової системи. За зменшення вмісту глюкози в крові до 0,04 % настають судоми, марення, утрата свідомості, зниження температури тіла, слабкість і стомлення м’язів тощо. Досить такому хворому ввести в кров глюкозу або дати поїсти цукру, як усі порушення зникають.

Обмін води. Наскільки важлива вода для людського організму, видно вже з того, що масова її частка в тілі дорослої людини становить близько 65 %, а в тілі дитини — до 80 % і навіть більше, залежно від віку. В організмі новонародженої дитини вміст води становить 84 %. У різних органах і тканинах концентрація води різна: у кістках дорослої людини — 22 %, у м’язах — 76 %, у сірій речовині мозку — 86 %, у плазмі крові — 92 % тощо. Без їжі, але за умови вживання води, людина може жити до 40-50 діб, а без води помре за декілька днів.

Уміст води в крові сталий, а в тканинах збільшується або зменшується залежно від надходження води в організм і її втрат. Дитина втрачає значну кількість води із сечею, через легені. Ці втрати мають бути компенсовані щоденним уведенням в організм води.

Необхідну кількість води організм одержує з їжею й різними напоями. Крім того, частина води утворюється в самому організмі внаслідок окиснення поживних речовин (табл. 3.2).

Таблиця 3.2. Вода — продукт окиснення поживних речовин

Поживні речовини

Маса води (г), що утворюється внаслідок окиснення поживної речовини масою 100 г

Жири

107

Білки

41

Вуглеводи

55

Обмін мінеральних речовин. У тілі людини є різні неорганічні (мінеральні) солі Натрію, Калію, Кальцію, Магнію, Феруму, Сульфуру, Фосфору, Хлору, Йоду та інших елементів.

У мішаній їжі тваринного й рослинного походження достатня кількість неорганічних солей, окрім кухонної солі (натрій хлориду), яку добавляють у їжу. Інших неорганічних солей може не вистачати лише в тих випадках, коли людина споживає який-небудь одноманітний продукт.

Масова частка неорганічних речовин в організмі становить близько 4,5 % (5/6 припадає на кістки). Неорганічні солі забезпечують нормальні функції організму. Вони підтримують осмотичний тиск у крові й тканинах, сприяють збереженню цитоплазмою колоїдного стану, впливають на збудливість тканин (йони Калію й Кальцію), беруть участь у зв’язуванні газів кров’ю, необхідні для її зсідання тощо.