Реферат подготовил: студент группы М-90 Бородулин А. В.
Таганрогский государственный радиотехнический университет
Факультет экономики, менеджмента и права
Кафедра истории и философии
2001 год
Эта работа создана с целью ознакомления читателя с основными моментами проблемы питания как важнейшего процесса, обеспечивающего существование всего живого на Земле, в том числе Homo Sapiens. В доступной и популярной форме излагаются важнейшие сведения о питательных веществах, их элементарной классификации и их физиологической роли в организме человека. Доступно представлены главные моменты обмена веществ организма человека и затронуты вопросы физиологии пищеварения и всасывания пищевых веществ, межуточного их обмена и образования и выведения конечных продуктов метаболизма. Затронуты вопросы, касающиеся роли витаминов в организме человека и основных проявлений болезней витаминной недостаточности.
Кратко, обобщенно и популярно изложен взгляд современной диетологии и гигиены питания на проблему питания в виде «Концепции рационального питания», которая принята и используется большинством специалистов для профилактики и лечения самых различных заболеваний, не только тех, которые вызваны нарушениями питания, но и теми, которые непосредственно не связаны с пищевым режимом и качеством продуктов. Представлены некоторые наиболее распространенные из современных теорий питания и приведен их краткий анализ и взгляды официальной науки.
В тексте цифрами отмечены медицинские, физиологические и общебиологические термины, значение которых может быть не известно читателю и в конце реферата приведены краткие объяснения этих терминов.
Общие сведения о питании организма как части его обмена веществ
Питание организма является неотъемлемой частью процесса его жизнедеятельности. Питание, как часть обмена веществ между организмом и средой, относится наряду с другими признаками (раздражимость, способность к размножению, росту, развитию, активной регуляции своего состава и функций, к различным формам движения, приспособляемость к среде и т. д.) к главным критериям жизнедеятельности и существования любого организма, начиная от прокариотических – безъядерных – бактериальных клеток и заканчивая наиболее высокоорганизованной группой млекопитающих.
Определение понятия «питание» разными авторами формулируется различно. Наиболее строгое и точное определение можно сформулировать следующим образом: питание есть поступление в организм растений и животных и усвоение ими веществ, необходимых для восполнения энергетических затрат, построения и возобновления тканей.
Посредством питания, как составной части обмена веществ, осуществляется связь организма со средой. Способ питания животных определяется главным образом средой обитания и характером доступной пищи. Недостаточное и избыточное питание приводит к нарушениям обмена веществ.
Процесс питания неразрывно связан с универсальным процессом жизнедеятельности организма, который обозначается в физиологии как «обмен веществ и энергии» или просто «обмен веществ». Поскольку питание есть часть этого процесса, его (питание) необходимо рассматривать исключительно в контексте общего обмена веществ организма.
Обмен веществ (метаболизм) – совокупность всех химических изменений и всех видов превращений веществ и энергии в организмах, обеспечивающих развитие, жизнедеятельность и самовоспроизведение организмов, их связь с окружающей средой и адаптацию к изменениям внешних условий. Основу обмена веществ составляют взаимосвязанные процессы анаболизма и катаболизма, направленные на непрерывное обновление живого материала и обеспечение его необходимой энергией. Анаболические и катаболические процессы осуществляются путем последовательности химических реакций с участием ферментов. Для каждого вида организмов характерен особый, генетически детерминированный тип обмена веществ, зависящий от условий его существования. Интенсивность и направленность обмена веществ в клетке обеспечивается путем сложной регуляции синтеза и активности ферментов, а также в результате изменения проницаемости биологических мембран. В организме человека и животных имеет место гуморальная регуляция[i] обмена веществ, координируемая центральной нервной системой через посредство нервных импульсов. Любое заболевание сопровождается нарушениями обмена веществ той или иной степени выраженности; генетически обусловленные нарушения обмена веществ служат причиной многих наследственных болезней.
Общие сведения о питательных веществах и их классификация
Для питания животные, в том числе и человек, используют питательные вещества (пищевые вещества), которые представляют собой химические соединения различной природы и степени сложности. Энергия химических связей молекул питательных веществ рационально преобразуется и используется организмом в процессе межуточного обмена (см. ниже) в качестве энергетического материала, необходимого организму для восполнения энергетических затрат на основной обмен1[ii] и на совершение полезной работы (физическая работа, умственная деятельность и т. д.). В современной физиологии питания питательные вещества, используемые человеком и животными, в зависимости от принадлежности к той или иной группе органических химических соединений разделяют на три класса. Общая классификация питательных веществ по признаку химической принадлежности выглядит следующим образом:
Белки
Триглицериды (липиды, жиры)
ненасыщенные
насыщенные
Углеводы
полисахариды
олигосахариды
моносахариды
гексозы
пентозы
По степени сложности молекул питательных веществ их иногда целесообразно разделять на:
относительно простые вещества (простые углеводы – моно- и олигосахариды и липиды)
биополимеры (полисахариды – крахмал, гликоген, целлюлоза (клетчатка) и белки)
Пищевые вещества содержат большое количество энергии, которая освобождается в процессе обмена веществ. Выделяют три основных последовательно совершающихся этапа обмена веществ: пищеварение и всасывание, межуточный обмен, образование конечных продуктов (метаболитов).
Расщепление белков, жиров и углеводов осуществляется специфическими ферментами гидролазами до аминокислот, глицерина и жирных кислот, гексоз (глюкозы, фруктозы, галактозы). На этом этапе обмена пищевые вещества теряют свою видовую специфичность. В энергетическом отношении гидролиз их малоэффективен, ибо при распаде белков и углеводов выделяется 0,6%, а при гидролизе жиров лишь 1% всей энергии, содержащейся в пищевых веществах.
Межуточный обмен веществ включает биосинтез специфических для данного вида белков, липидов и углеводов и превращения аминокислот, гексоз, пентоз, жирных кислот и глицерина в ряд общих продуктов, подвергающихся трансформации в цикле трикарбоновых кислот. Глюкоза и свободные жирные кислоты являются основными источниками энергии для любой клетки.
При межутчном обмене энергия пищевых веществ выделяется и аккумулируется в макроэргах только в результате гликолиза. Так, при гликолитическом распаде глюкозы до пировиноградной и молочной кислот образуются 4 молекулы АТФ, но, учитывая, что в процессе гликолиза используется 2 молекулы АТФ[iii], в целом выход АТФ составляет две молекулы.
Основная масса энергии освобождается в цикле трикарбоновых кислот[iv]. При этом 60-70% энергии питательных веществ аккумулируется в виде химических связей АТФ. Образование АТФ связано с затратами энергии. Тем не менее, 30-40% энергии питательных веществ превращается в теплоту, которая используется для поддержания температурного гомеостаза, но безвозвратно теряется организмом. Она получила название первичной теплоты. В свою очередь, АТФ распадается на АДФ и неорганический фосфор с выделением 7,2 ккал тепла, получившего название вторичной теплоты. В конечном итоге вся энергия пищевых веществ переходит в теплоту. Реакции образования АТФ резко активируются, если возрастает потребность в энергии, что наиболее характерно для мышечной и нервной систем.
Нарушения энергетического обмена наблюдаются при гипоксии, инфекционных процессах, в условиях избыточного накопления некоторых гормонов, а так же в эксперименте при введении в организм 2,4-динитрофенола, антимицина, амитала и других веществ.
Изменение энергетического обмена может происходить в результате усиления окислительно-восстановительных процессов при лихорадке, охлаждении и перегревании или же снижение их при гипоксии, кастрации, отравлении цианидами. Расстройства энергетического обмена имеют серьезные последствия для организма из-за дефицита АТФ и нарушении вследствие этого синтеза веществ и возникновении дистрофических процессов.
У человека суточная потребность в основных питательных веществах и калориях для мужчины (в зависимости от возраста и интенсивности труда) составляет:
белки – 82-118 г, (в т. ч. животные 45-65 г)
жиры – 93-158 г
углеводы – 344-602 г
Нормальная энергетическая ценность (калорийность) потребляемой пищи в зависимости от различных условий варьируется от 10,66 до 17,97 кДж (2550-4300 ккал). У женщин в связи с менее интенсивным обменом веществ и меньшей массой тела соответствующие показатели на 15% ниже приведенных величин.
Белки. Белковый обмен и биосинтез белка
Белки[v] представляют собой природные высокомолекулярные органические соединения (биополимеры), построенные из остатков 20 аминокислот, которые соединены пептидными связями в длинные цепи линейных полимеров. Белковые молекулы могут содержать в себе от нескольких тысяч до нескольких миллионов аминокислотных остатков. Во всех организмах белки играют исключительно важную роль: они участвуют в построении клеток и тканей, являются биокатализаторами (ферменты), гормонами, дыхательными пигментами (гемоглобины), защитными веществами (иммуноглобулины) и др. Иными словами, жизнь на Земле протекает в условиях прежде всего белкового обмена. Ф. Энгельс так определяет жизнь: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь». Молекулы всех белков построены из четырех «жизненных» элементов: водорода, углерода, кислорода и азота. Существование небелковых форм жизни на Земле принципиально невозможно, хотя теоретически они могут существовать но, разумеется, в совершенно иных, чем на нашей планете условиях. Математически подсчитано, что общее количество возможных вариаций белковых соединений составляет порядка 10300. Этим объясняется фактическая неисчерпаемость жизненных форм, которые могут возникать в процессе органической эволюции живого мира.