Обмен веществ и энергии

Из этой главы:
Вы узнаете:
о подготовительной, основной и заключительной фазах обмена
о превращениях белков, жиров и углеводов в организме
о значении воды и минеральных солей
об энергозатратах организма и энергетической емкости пищевых веществ
о правилах рационального питания
о значении витаминов
Вы научитесь:
составлять пищевые рационы в зависимости от энергетических трат
проводить функциональные пробы с задержкой дыхания до и после нагрузки, позволяющие определить особенности энергетического обмена при выполнении работы

Обмен веществ и энергии – основное свойство всех живых существ
Обмен веществ – это совокупность протекающих в живых организмах химических превращений, обеспечивающих их рост, развитие, процессы жизнедеятельности, воспроизведение потомства, активное взаимодействие с окружающей средой
Обмен веществ для всех организмов – основа жизни, благодаря ему каждый организм не только поддерживает свое существование, но развивается и растет
Обмен веществ определяет цикличность жизни: рождение, рост, развитие, старение и смерть
Организм животных и человека гетеротрофный, он получает готовые органические вещества с пищей
Чтобы органические вещества могли включиться в обмен, они должны быть расщеплены до простых органических соединений (мономеров). Процесс такого расщепления происходит в органах пищеварения
Пищеварение, транспорт питательных веществ и кислорода – лишь подготовительная фаза обмена веществ
Создание специфических для данного организма веществ, биологическое окисление, обеспечивающее энергией, происходит в клетках тела по программе, заложенной в их наследственной информации
Основное свойство живых существ

Пластический и энергетический обмен
Пластический обмен – это процессы, в ходе которых в клетках создаются новые соединения и новые структуры, характерные для данного организма
Энергетический обмен – это такие превращения энергии, в ходе которых в результате биологического окисления выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности клеток, тканей и всего организма в целом
Результатом биологического окисления является образование:
образование углекислого газа
аммиака
соединений фосфора, натрия, хлора
вода
Эти вещества выводятся из организма через легкие, потовые железы, органы мочевыделения – эта заключительная стадия обмена веществ

Обмен белков
В подготовительной стадии обмена веществ в органах пищеварения пищевые белки расщепляются до аминокислот:
сначала в желудке (ферментом желудочного сока пепсином)
затем в двенадцатиперстной кишке (ферментом поджелудочной железы трипсином)
Аминокислоты через кровеносные сосуды ворсинок поступают в печень
часть аминокислот поступает в клетки, где строятся белки тела
избыточные аминокислоты теряют свой азот и превращаются в углеводы и жиры
Белки в организме выполняют функции:
Структурно-пластическую (строят ядро, органоиды цитоплазмы, клеточную мембрану)
Опорную (входят в состав костей)
Каталитическую (являются ферментами –пепсин, амилаза, липаза и др.)
Защитную (образуют антитела, фибриноген)
Транспортную (гемоглобин крови)
Антитоксичную (антигистамины)
Энергетическую (биологическое окисление, 1 г – 17,6 кДж)
Двигательную (актин, миозин)

Обмен веществ и энергии

Обмен жиров
В подготовительной стадии обмена в органах пищеварения жиры расщепляются на глицерин и жирные кислоты
В эпителии кишечника синтезируются жиры, свойственные для организма:
Через лимфатическую систему доставляются:
в клетки организма
в жировое депо (соединительная ткань сальника и подкожной клетчатки)
Жиры в организме выполняют функции:
Строительную (строят мембраны клеток)
Растворителя (растворяются некоторые витамины)
Регуляторную (гормоны)
Участвуют в работе синапсов (миелиновое вещество)
Защитную (сальник – от сотрясений, подкожный жир – теплоизолятор, жир сальных желез – эластичность, водонепроницаемость)
Энергетическую (биологическое окисление 1 г – 38,9 кДж)
Поставщик воды (при окислении выделяется вода, которая используется организмом)

Обмен веществ и энергии

Обмен углеводов
В подготовительной стадии обмена в органах пищеварения углеводы расщепляются на до глюкозы и простых сахаров
Углеводы начинают расщепляться в ротовой полости (ферментами слюны – амилазой, мальтазой, птиалином)
Продолжают расщепляться в двенадцатиперстной кишке (соками поджелудочной железы - амилазой)
В тонкой кишке глюкоза всасывается в кишечные ворсинки и транспортируется в печень:
излишки превращаются в гликоген
необходимое количество в клетки тела
Углеводы в организме выполняют функции:
Энергетическую (биологическое окисление 1 г - 17,6 кДж)
Структурно-строительную (в составе нуклеиновых кислот – передача наследственной информации; в состав межклеточного вещества соединительной ткани
Защитную ( взаимодействуют углеводы в печени с ядовитыми соединениями)

Обмен веществ и энергии

Обмен воды в организме
Все жизненные процессы и биохимические реакции проходят в водной среде
Вода – универсальный растворитель
Внутренняя среда организма человека содержит до 90% воды
Вода в организме:
либо химически связана с др. соединениями
либо содержит растворы минеральных солей и органических соединений
Человек потребляет 1,7 – 2,2 л воды ежедневно
Выделение воды происходит не только через почки, но и кожу и легкие
При нарушении водно-солевого обмена внутренней среды:
при увеличении солей произойдет обезвоживание клеток
При уменьшении солей разбухание клеток – работа организма нарушится
Вода в организме выполняет функции:
Растворителя (пищеварительные соки содержат воду)
Транспортную (жидкая внутренняя среда)

Обмен минеральных веществ
Ни вода, ни минеральные соли не являются источником энергии, но они необходимы для осуществления важных функций организма
Минеральные соединения содержатся в клетках, во внутренней среде, в пищеварительных соках
В зависимости от величины потребностей организма минеральные соли подразделяются на макро- и микроэлементы :
макроэлементы – К, Са, Nа, Р, Сl (на 100г ткани – десяти и сотни миллиграммов микроэлемента)
микроэлементы – Fе, Со, Zn, F,I - содержание в организме десятых, сотых и тысячных долей миллиграмма микроэлементов
Минеральные соли необходимы для поддержания кислотно-щелочного равновесия в клетках тела и во внутренней среде организма
Проверьте знания
К содержанию

Витамины
Витамины – это органические вещества, необходимые для регуляции обмене веществ и нормальной жизнедеятельности организма
Витамины:
вырабатываются в организме человека
поступают с растительной и животной пищей
При недостатке витамина:
активность соответствующего фермента снижается
реакции, которые катализирует этот фермент, замедляются или прекращаются полностью
следствие - нарушение обмена веществ, развитие болезни гиповитаминоза, или авитаминоза
Действие витамина специфично, нельзя вместо недостающего витамина употреблять другой
Авитаминоз может развиваться:
при недостатке содержания витамина в пище
при плохом их усвоении органами пищеварения
В настоящее время известно более 25 витаминов, их обозначают буквами латинского алфавита (A, B, C, D и т. д.)
Делятся витамины на водорастворимые и жирорастворимые
Роль витаминов в обмене веществ

Водорастворимые витамины
Работа с учебником

Водорастворимые витамины

Водорастворимые витамины

Жирорастворимые витамины
Работа по учебнику

Жирорастворимые витамины

Жирорастворимые витамины

Рациональное использование
витаминов
Витамины разрушаются:
при тепловой обработке пищи (особенно витамины группы В и С)
от соприкосновения с металлом
при окислении кислородом воздуха (витамин С)
от длительного хранения заранее приготовленной пищи
Как правильно готовить пищу, чтобы сохранить в ней витамины:
овощи очищать и нарезать перед самой варкой, опускать в кипящую воду
варить овощи в эмалированной кастрюле с закрытой крышкой
овощные блюда употреблять сразу после их приготовления
В течение всего года следует разнообразить рацион питания свежей зеленью салата, укропа, петрушки
При использовании препаратов витаминов (поливитаминов) необходимо руководствоваться указанными суточными дозами
Нельзя неумеренно употреблять синтетические витамины, это может вызвать заболевание – гипервитаминоз
На предприятиях пищевой промышленности специально проводят витаминизацию муки, сахара, молочных продуктов
Проверьте свои знания
К содержанию

Энергозатраты человека и пищевой рацион
Обмен веществ и энергозатраты организма постоянно меняются
Для определения уровня обмена веществ, позволяющего судить о физиологической норме, принято измерять наименьшие энергозатраты человека в стандартных условиях
Стандартные условия измерения:
после суточного голодания (исключение белковых продуктов в течение трех дней)
утром , после сна, при комфортной температуре (не холодно и не жарко)
полный психический покой – ни какой умственной и физической работы, не спать
Интенсивность обмена веществ при таких условиях называется основным обменом
Основной обмен зависит:
от возраста (у детей больше, чем у взрослых, к старости основной обмен снижается)
от пола ( у мужчин несколько выше, чем у женщин)
генетических особенностей организма
от заболеваний (важный диагностический признак нарушения работы организма)
Основной обмен

Общий обмен
Общий обмен - фактические энергозатраты, совершаемые человеком за единицу времени
Фактические энергозатраты значительно превышают основной обмен, т.к. часть энергии расходуется на мышечную работу, еду, переваривание пищи, на борьбу с холодом или жарой и т.д.
С увеличением интенсивности физического труда растут энергозатраты!
Реальный расход энергии на 1 кг массы тела в 1 час приведен в таблице:
подметание пола – легкая работа
ходьба со скоростью 6 км/час – средней тяжести работа
пилка дров, спортивная ходьба – очень тяжелая работа
Калорийность продуктов питания должна соответствовать энергозатратам!

Энергетическая ёмкость
(калорийность) продуктов
Усваивая белки, жиры и углеводы, организм получает не только необходимые вещества для строительства, но и энергию, которая в этих веществах содержится
Молекулы простых углеводов, глицерина с жирными кислотами и аминокислот содержат довольно большую энергию
Установлено:
при распаде 1 г углеводов или белков освобождается 4,1 ккал, или 17, 18 кДж энергии
при распаде 1 г жиров – 9, 3 ккал, или 38, 96 кДж энергии
Энергоемкость продуктов животного и растительного происхождения различна.

Нормы питания
Количество питательных веществ и их состав определяются:
из энергозатрат человека
состояния его здоровья,
возраста, пола
характера выполняемой работы
Суточная потребность в питательных веществах
Растущему организму на 30% больше, чем затратил организм
Учитывать качественный состав пищи:
аминокислотный состав – незаменимые аминокислоты в белках животного происхождения (белки злаков – неполноценные, бобовых – белки к белкам мяса)
полноценные и неполноценные жиры, необходимы -ненасыщенные жирные кислоты (растительное масло), в твердых жирах – насыщенные жиры
углеводы необходимы не только в виде сахара, но и в виде крахмала (картофель, хлеб)
человек нуждается в смешанной пище: 1/3 белков - животного происхождения, 1/3 жиров – растительного происхождения (животные белки усваиваются на 97%, растительные – на 85%, смешанной на 92%)

Режим питания
Расход энергии изменяется в соответствии с величиной физической и умственной нагрузки
Взрослым здоровым людям целесообразно трехразовое питание
Для детей и подростков – четырехразовое питание
завтрак 30 - 35% суточного рациона
обед – 40-45%
ужин – около 20%
второй завтрак или полдник – 10 – 12%
Мясные и рыбные блюда лучше употреблять в первой половине дня (продукты расщепления возбуждающе действуют на нервную систему)
Существуют принципы здорового питания
Самостоятельная работа
К содержанию
Проверьте свои знания
Будьте здоровы!

Лабораторная работа стр.196
Установление зависимости между нагрузкой и уровнем энергетического обмена по результатам функциональной пробы с задержкой дыхания до и поле нагрузки
Оборудование: секундомер
Протокол опыта: (время в секундах)
1. Время задержки дыхания в состоянии покоя (А)
2. Время задержки дыхания после 20 приседаний (Б)
3. Процентное соотношение второго результата к первому Б/А х 100%
4. Время задержки дыхания и восстановление дыхания после минутного отдыха (В)
5. Процентное отношение третьего результата к первому В/А х 100%
Ход работы:
Расчеты в тетради по формулам, приведенных в пунктах 3 и 5 протокола
Сравнивание своих результатов с таблицей (стр.197) и определение своей категории
Выводы своих наблюдений
Ответьте на вопрос
К содержанию

Основные положения главы
1. Под обменом веществ и энергии имеют в виду совокупность химических и энергетических процессов, протекающих в организме и обеспечивающих их жизнедеятельность, активное взаимодействие с окружающей средой, рост, развитие и воспроизведение потомства
2. Обмен веществ состоит из подготовительной, основной и заключительной стадий
3. Основная стадия происходит в клетках тела, состоит из пластического и энергетического обменов
4. Все процессы в организме, связанные с обменом веществ, происходят с участием ферментов, для их образования необходимы витамины
5. Различают основной обмен, энергозатраты, совершаемые организмом в состоянии покоя и общий – фактические энергозатраты в реальной жизни

Литература
1. А.С. Батуев и др. “Биология. Человек”. Дрофа. 2002
2. Н.А. Фомин. “Физиология человека”, Просвещение, 2000
3. Д.В. Колесов “Биология. Человек”,Дрофа. 2006

Приятного аппетита

Водорастворимые витамины
Работа
по
учебнику
§ 37
Страница
189
Прочитайте статью “Водорастворимые витамины”
Заполните таблицу:
К содержанию

Жирорастворимые витамины
Работа
по
учебнику
§ 37
Страница
191
Прочитайте статью “Жирорастворимые витамины”
Заполните таблицу:
К содержанию

Энергозатраты и пищевой рацион
Работа
по
учебнику
§ 38
Страница
194
Прочитайте статьи “Нормы питания. Режим питания”
Составьте свой суточный рацион, используя таблицы учебника и листовок
К содержанию

Проверьте свои знания
Обмен веществ и энергии – основное свойство всех живых существ
1. Что такое обмен веществ?
2. Что относят к подготовительной, основной (клеточной) и заключительной стадиям обмена веществ?
3. Где происходит пластический и энергетический обмен, основная стадия обмена веществ?
4. Почему пищевые белки, жиры и углеводы распадаются на более простые соединения? Где происходит это расщепление?
5. Почему обмен веществ считается основным свойством живой природы?
6. Как можно обосновать положение, что все живые существа "работают" на солнечной энергии?
7. В чем состоит космическая роль растений?
Ответьте на вопросы
К содержанию

Проверьте свои знания
Витамины
1. Витамины – органические вещества, необходимые для образования ферментов. Почему же без них нарушается обмен веществ в организме и почему при недостатке витаминов происходят различные нарушения?
2. Какие витамины относятся к водорастворимым, а какие – к жирорастворимым?
3. Что такое гиповитаминоз и гипервитаминоз?
4. Появление каких признаков свидетельствует о недостатке витаминов А, В1, С и D?
5. Верно ли утверждение, что витамины есть только в растениях? Обоснуйте ответ.
6. Витамин С предохраняет ферменты от окисления, но сам легко окисляется кислородом воздуха, особенно в присутствии металлов. Объясните, почему витамин С лучше сохраняется в продуктах, предназначенных для варки, если их опускают сразу в кипящую воду.
7. Как сохранить витамины при кулинарной обработке?
Ответьте на вопросы
К содержанию

Проверьте свои знания
Энергозатраты человека и пищевой рацион
1. Что такое основной обмен? Почему он меньше общего?
2. Чем объяснить, что у подростков основной обмен выше, чем у взрослых людей?
3. Почему энергоемкость пищи должна несколько превышать энергетические траты?
4. Как определяются нормы питания?
5. Достаточно ли при составлении рациона учитывать только калорийность продуктов? Ответ обоснуйте.
6. Как рассчитываются нормы питания и подбираются продукты рациона?
7. Как распределяется количество и состав пищи в течение дня?
Ответьте на вопросы
К содержанию

К слайду

К слайду

К слайду

Открытие витаминов
Николай Иванович Лунин - один из основоположников учения о витаминах
В 1881 г. Н.И. Лунин произвел опыты над двумя группами белых мышей:
одну группу мышей он кормил натуральным молоком
другую – искусственной смесью из белков, жиров и углеводов, соли и воды, являющихся составными частями молока
Н.И. Лунин установил, что мыши первой группы, питаясь цельным молоком, были здоровы, нормально развивались и росли, мыши второй группы погибли
Ученый предположил, что естественные пищевые продукты содержат какие-то вещества, необходимые для жизни организмов
Впоследствии польский ученый Карл Функ (1912) эти вещества назвал “витаминами”
(1.II 1853 – 18.VI 1937)
К слайду