Возрастные особенности обмена белков, жиров и углеводов. Как образуется мочевина

100 р бонус за первый заказ

Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line

Узнать цену

Белки используются в организме в первую очередь в качестве пластических материалов. Потребность в белке определяется тем его минимальным количеством, которое будет уравновешивать его потери организмом. Белки находятся в состоянии непрерывного обмена и обновления. В организме здорового взрослого человека количество распавшегося за сутки белка равно количеству вновь синтезированного. Десять аминокислот из 20 (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, триптофан, треонин, фенилаланин, аргинин и гистидин) в случае их недостаточного поступления с пищей не могут быть синтезированы в организме и называются незаменимыми. Другие десять аминокислот (заменимые) могут синтезироваться в организме.

Из аминокислот, полученных в процессе пищеварения, синтезируются специфические для данного вида, организма и для каждого органа белки. Часть аминокислот используются как энергетический материал, т.е. подвергаются расщеплению. Сначала они дезаминируются - теряют группу Nh3 в результате образуются аммиак и кетокислоты. Аммиак является токсическим веществом и обезвреживается в печени путем превращения в мочевину. Кетокислоты после ряда превращений распадаются на СО2 и Н2О.

Скорость распада и обновления белков организма различна - от нескольких минут до 180 суток (в среднем 80 суток. О количестве белка, подвергшегося распаду за сутки, судят по количеству азота, выводимого из организма человека. В 100 г белка содержится 16 г азота. Таким образом, выделение организмом 1 г азота соответствует распаду 6,25 г белка. Если количество азота, поступающего в организм с пищей, равно количеству азота, выводимого из организма, то организм находится в состоянии азотистого равновесия.

Если в организм поступает азота больше, чем выделяется, то это свидетельствует о положительном азотистом балансе (ретенция азота. Он возникает при увеличении массы мышечной ткани (интенсивные физические нагрузки), в период роста организма, беременности, во время выздоровления после тяжелого заболевания. Состояние, при котором количество выводимого из организма азота превышает его поступление в организм, называют отрицательным азотистым балансом. Оно возникает при питании неполноценными белками, когда в организм не поступают какие-либо из незаменимых аминокислот, при белковом или полном голодании.

Необходимо потребление не менее 0,75 г белка на 1 кг массы тела в сутки, что для взрослого здорового человека массой 70 кг составляет не менее 52,5 г полноценного белка. Для надежной стабильности азотистого баланса рекомендуется принимать с пищей 85 - 90 г белка в сутки. У детей, беременных и кормящих женщин эти нормы должны быть выше. Физиологическое значение в данном случае означает, что белки в основном выполняют пластическую функцию, а углеводы - энергетическую.

Потребность в белке у растущего организма больше, чем у взрослого. В период роста белок необходим для формирования новых клеток и тканей. Чем меньше возраст ребенка, тем большее количество белка требуется на каждый килограмм массы тела.

С увеличением возраста содержание в пище белков животного происхождения должно уменьшаться, и в 5 лет количество того и другого белка должно быть одинаковым. В пище детей старшего школьного возраста, как и у взрослых, животный белок должен составлять 30%, а растительный - 70%.

Обмен белков в организме регулируется нервными центрами, расположенными в подбугровой области промежуточного мозга. При экспериментальном повреждении у животных некоторых ядер этого отдела мозга усиливается белковый обмен, его баланс становится отрицательным, вследствие чего наступает резкое истощение.

Гормональная регуляция белкового обмена:

Гормон роста – увеличение интенсивности белкового синтеза

Тестостерон – увеличивает накопление белков в организме, особенно сократительных белков мышц.
Глюкокортикоиды – уменьшают кол-во белков в тканях, но увеличивают концентрацию АК в плазме.

Тироксин – усиливает интенсивность метаболизма во всех клетках и повышает обмен белков

На основе чего стояться практически все планы питания? На белке! Хочешь похудеть – ешь больше белка. Хочешь набрать мышечную массу – ешь больше белка. Как работает этот универсальный ? Давайте попробуем разобраться в таком вопросе, как обмен белков в организме человека.

Общие сведения

Как и в случае с другими нутриентами, процесс белкового обмена осложнен тем, что это – не конечный продукт , а, значит, он должен пройти первичную трансформацию, благодаря которой приобретет нормальный вид для организма. Все дело в структуре молекулы белка. В первую очередь – это сложная структура с большим количеством внутренних связей. Как ни странно, но практически все органические соединения состоят из белковых тканей, или связаны теми или иными видами .

Аминокислота – это базовая единица. Для простейшего сравнения мы можем проводить аналогии с глюкозой или ненасыщенными жирными кислотами, до которых распадается наша пища. Если все углеводы распадаются на одинаковые элементы, как и жиры, то, на какие аминокислоты распадется белок, зависит от его изначального состава и способа приготовления.

Так, изначально белок находиться в своей завершенной сложной структуре. И в этом виде, наш организм не способен его усваивать вовсе. Пробовали ли вы есть сырое мясо или яйца? Сколько всего вы можете съесть такого продукта в граммах, чтобы вам не стало плохо? Обычно, для нормального человека – это ограничивается 100-150 граммами, а то и меньше. Поэтому традиционно белок готовят на огне. В этот момент, под воздействием температуры, происходит его денатурация. Разрушение связей, которые удерживают молекулу в стабильном состоянии, называют денатурацией. Только в сильно денатурированном виде, наш организм способен справиться с дальнейшим разложением белка на аминокислоты. И даже в этом случае он прилагает значительные усилия для разрыва связей, чтобы не повредить сами аминокислоты, так как в случае повреждения, аминокислоты пережигаются до уровня простых углеводов.

Этапы распада белков в организме

Естественно, что первичный процесс переваривания, как и синтез новых тканей, происходит не одномоментно. Есть определенные ограничения, как в скоростном, так и в объемном метаболизме белков в клетках организма. Постараемся рассмотреть подробнее.

В первую очередь, идет процесс первичного переваривания. В отличие от метаболизма жиров или карбогидратов. Даже этот этап можно разделить на 2: первичное денатурирование белков до более простых кислот и дальнейшее всасывание в кишечнике.

Запомните: именно кишечник, а не желудок, отвечают за преобразование белков в аминокислоты и их дальнейшее всасывание.

Дальше у белка есть 2 пути. Первый путь – это когда в организме имеется недостаток в калориях. В этом случае, все аминокислоты, попавшие в кровь, закрывают дыры в разрушенных тканях, а оставшиеся пережигаются на энергию. В случае, если баланс калорийности и трат положительный, или организм имеет достаточно разогнанный метаболизм, то здесь ситуация другая. В этом случае аминокислоты проделают сложный путь и трансформируются во все необходимые для поддержание нормального функционирования сегменты, а из остатка будет синтезирован избыток мышечной ткани.

Факторы, влияющие на скорость и объем синтеза белка из внешних аминокислот

Рассматривая белковый обмен, как комплексный процесс, нужно учесть все факторы, которые влияют на синтез новых белковых структур из стандартных аминокислот. Так как при нарушении любого из них, все полученные путем сложной ферментации и денатурации аминокислоты просто уйдут в качестве энергии.

1. Тестостерон. Он отвечает за потребность синтеза тканей, отвечающих за качество мышечной массы.
2. Холестерин. Отвечает за синтез из белковых структур коллагена, косвенно влияет на уровень половых гормонов.
3. Протеаза. От количества этого фермента зависит, как долго будет перевариваться белок и денатурировать. Если имеется недостаток протеазы, белок может выйти из кишечника так до конца и не переварившись.
4. Уровень . От этого зависит базовая потребность и расход внутренних запасов белка в течение дня. Для людей с большим уровнем базального метаболизма нужно больше белка в день для поддержания всех функций.
5. Скорость метаболических процессов. От этого зависит базовая потребность и расход внутренних запасов белка в течение дня. Для людей с большим уровнем базального метаболизма нужно больше белка в день для поддержания всех функций
6. Дефицит/избыток энергии. Если имеется избыток калорийности, то белок будет заполнять и создавать новые структуры. В случае дефицита – он будет просто закрывать дыры. А в случае экстремального дефицита калорийности, белок просто будет пережжен до уровня простейшей энергии.

Виды белков

Несмотря на кажущуюся простоту, структура белковой ткани настолько сложна, что характеризуют их исключительно по аминокислотному составу. В то же время, существуют упрощенные классификации:

1. По типу. Здесь находятся растительные и животные белки. На самом деле, их различие в наличии полного или неполного аминокислотного состава.
2. По источнику белка. В этом случае, классификация использует политику полезных нутриентов, которые содержаться в тканях помимо аминокислот.
3. По скорости восприятия.

Рассмотрим полную классификацию белковых продуктов для того, чтобы понять, как те или

иные изделия метаболизируются в нашем организме.

Белок и спорт

Для поддержания нормального уровня белкового метаболизма обычному человеку нужно употреблять порядка 1-го грамма чистого белка полного аминокислотным составом на килограмм тела. В то же время, спортсменам белок более важен. Поэтому они не только употребляют значительно большее количество белка, но и делят его на разные типы и употребляют в разное время. Так, в частности из-за возможности белковых тканей полностью останавливать катаболизм в мышечных тканях, очень часто быстрым источником белка является сыворотка или синтетический белок с предельной скоростью усваивания. В то же время, для замедления ночного катаболизма, спортсмены используют белок с низкой скоростью усваивания, которая помогает в ночное время поддерживать нормальный аминокислотный баланс в организме. Традиционно для этого используют творог или его субстраты.

Однако для чего спортсменам белок? Все очень просто. Для спортсмена обмен белков – это:

1. Возможность замедлить катаболические реакции.
2. Естественный строительный материал.
3. Способ увеличить энергоемкость мышечных структур.
4. Возможность ускорить восстановление.
5. Возможность увеличить силовые показатели.
6. Предшественник саркоплазматической и миофибриллярной гипертрофии.

Нарушение обмена белковых тканей

Очень часто, рассматривая хронические и клинические нарушения обмена метаболизма у человека, люди не затрагивают процессы нарушения обмена белков. А ведь его намного легче получить, чем нарушение метаболизма в целом. Нарушение обмена белков получается в виду следующих причин:

1. Нарушение кислотной среды желудка и кишечника. В этом случае происходит распад не всех белков на аминокислоты, в виду чего возникает вздутие и проблемы со стулом.
2. Дисферментация в желудке. Белки не усваиваются организмом в целом. Для решения проблемы нужно обратиться к гастроэнтерологу, в качестве временной меры может выступить прием ферментов. Однако дисферментация – серьезная проблема человека, которая может привести к более сложным для лечения последствиям.
3. Нарушение синтеза белковых тканей. Это связано с гормональными нарушениями. При этом синтез белковых тканей внутренних органов обычно не затрагивается. Затрагивается синтез мышечной ткани. Обычно свидетельствует о недостатке гормона тестостерона или проблем, связанных с расщеплением белков и транспортировкой некоторых видов аминокислот.
4. Нарушение выделения гормонов. Внешние проявления проявляются в виде чрезмерного синтеза мышечной ткани или недостаточного. Однако стоит помнить, что, если это нарушение не было вызвано искусственно, то такое нарушение может привести к образованию опухолей и раковых новообразований
5. Нарушение уровня холестерина. При переизбытке холестерина, белки связывают его, тем самым используясь не по назначению. Кроме того переизбыток холестерина является нарушением в планировании питания, и может привести к таким осложнениям как инфаркт и инсульт.

В зависимости от причины, нарушение обмена белков может привести к разным последствиям. Однако в отличие от нарушения жирового обмена, он приведет не только к тому, что вы наберете лишние килограммы, но и может полностью вывести ваш организм из строя. Некоторые болезни, связанные с нарушением белкового обмена – панкреатит и панкреонекроз, могут и вовсе привести к смертельному исходу. Поэтому не стоит пренебрегать качественной белковой пищей в вашем рационе.

1. В отличие от углеводов и липидов белки в организме не откладываются про запас. Исключение составляет небольшой запас белков плазмы крови в печени, который является аварийным запасом и выбрасывается в кровь при острой кровопотере.

2. Постоянное самообновление тканей и постоянная продукция в организме ферментов, гормонов и БАВ требует регулярного поступления полноценных белков с пищей. При их дефиците в организме нарушается синтез гормонов, ферментов, БАВ. Если белки с пищей не поступают, то на обновление белков используются белки жизненно-важных органов (мозг, сердце, почки, печень) и белки менее важных органов (мышцы).

3. Белки выполняют уникальные функции: регуляторную, транспортную, структурную, каталитическую и др., (см. занятие «белки»), эти функции не выполняют жиры и углеводы. Недостаток белка в пище ведет к тяжелым последствиям, особенно у растущего организма, при беременности.

2. Какова суточная потребность в белке взрослого человека? Чем определяется ценность белка? Понятие об азотистом балансе.

Потребность в белке зависит от возраста, от энергозатрат:

Для здорового человека с пищей должно вводиться 0,8 г/кг веса в сутки;

Для новорожденного - 2,0 г/кг веса;

Для пятилетнего – 1,0 г/кг веса.

Биологическая ценность белков зависит от их аминокислотного состава. Организму требуются полноценные белки, которые содержат все 8 незаменимых аминокислот. Имеется международный «условный образец» состава бел­ков, в котором содержание незаменимых аминокислот состав­ляет 31,4% (сочетание белков молока и хлеба, белки яиц).

Надо иметь в виду, что потребность в белках зависит и от энергозатрат. При затрате 10500 кДж (умственный труд, механизированный труд) требуется 106-120 г белков. При увеличении энергозатрат на каждые 2100 кДж следует добав­лять 10 г белка.

Для того чтобы судить о достаточности поступления белков с пищей, введено понятие «азотистого баланса». Азотистый баланс – это соотношение количества поступившего азота к количеству азота, экскретируемого с мочой и фекалиями.

Положительный азотистый баланс наблюдается, когда азота белков пищи больше чем количество экскретируемого азота. Наблюдается в растущем организме, при беременности.

Отрицательный азотистый баланс возникает, если азота пищи меньше азота мочи и кала. Наблюдается у пожилых людей, грудных детей при недостаточном поступлении белков, при распаде опухоли, голодании, травмах, ожогах при нарушении их усвоения, усиленном распаде собственных белков. У здорового взрослого человека, вне отмеченных выше состояний, наблюдается нулевой азотистый баланс.

3.Какие ферменты участвуют в переваривании белков в желудочно-кишечном тракте?

Переваривание белков вначале идет в желудке, а затем в просвете тонкого кишечника (полостное переваривание), а затем происходит пристеночное пищеварение в пристеночном слое и клетках кишечного эпителия.

В ротовой полости нет ферментов пептидгидролаз, в желудке эндопептидазы – пепсин и гастриксин, гидролизуют белки до полипептидов в присутствии HCL, которая активирует эти ферменты. В кишечнике под действием эндопептидаз (пептидазы поджелудочного сока- трипсин, химотрипсин, эластаза) белки распадаются до полипептидов, а с участием экзопептидаз кишечного сока (аминопептидазы, ди- и трипептидазы), экзопептидазы панкреатического сока – карбоксипептидаза- полипептиды разрушаются до отдельных аминокислот, которые начинают всасываться.

4. Что такое проферменты? В чем биологический смысл выработки ферментов желудочно-кишечного тракта в неактивном состоянии? Механизм превращения трипсиногена в трипсин.

Ферменты ЖКТ вырабатываются в виде проферментов - неактивные формы ферментов, которые под влиянием различных факторов превращаются в активные ферменты тогда, когда пища поступает в ЖКТ и появляется необходимость в переваривании белков. Например, трипсиноген (неактивный) под влиянием энтеропептидазы теряет гексапептид, формируется третичная структура фермента, его активный центр, и трипсиноген превращается в активный фермент – трипсин.

Биологический смысл синтеза проферментов – предотвращение разрушения клеток органов, где образуются эти проферменты

Белок занимает одно из самых важных мест среди всех органических элементов живой клетки. Он составляет почти половину клеточной массы. В организме человека происходит постоянный обмен белков, которые поступают вместе с продуктами питания. В пищеварительном тракте осуществляется до аминокислот. Последние проникают в кровь и, пройдя через клетки и сосуды печени, попадают в ткани внутренних органов, где снова синтезируются в специфические для данного органа белки.

Белковый обмен

Человеческий организм использует белок в качестве пластического материала. Его потребность определяется минимальным объёмом, который уравновешивает белковые потери. В теле взрослого здорового человека обмен белков происходит непрерывно. В случае недостаточного поступления этих веществ с пищей десять из двадцати аминокислот могут синтезироваться организмом, в то время как другие десять остаются незаменимыми, и их необходимо восполнять. В противном же случае происходит нарушение белкового синтеза, что приводит к торможению роста и снижению массы тела. Следует отметить, что если отсутствует хотя бы одна организм не может нормально жить и функционировать.

Этапы белкового обмена

Обмен белков в организме происходит в результате поступления питательных веществ и кислорода. Существуют определённые этапы первый из которых характеризуется углеводов и жиров до растворимых аминокислот, моносахаридов, дисахаридов, жирных кислот, глицерина и других соединений, после чего они всасываются в лимфу и кровь. На втором этапе и кислород транспортируются кровью в ткани. При этом происходит их расщепление до конечных продуктов, а также синтез гормонов, ферментов и составных компонентов цитоплазмы. При расщеплении веществ происходит выделение энергии, которая необходима для природных процессов синтеза и нормализации работы всего организма. Вышеперечисленные этапы обмена белков заканчиваются удалением из клеток конечных продуктов, а также их транспортом и выделением легкими, почками, кишечником и потовыми железами.

Для человеческого организма очень важно поступление полноценных белков, ведь только из них могут синтезироваться специфические вещества. Особую роль обмен белков играет в детском организме. Ведь ему необходимо большое количество новых клеток для роста. При недостаточном поступлении белков человеческий организм перестаёт расти, а его клетки обновляются намного медленней. К полноценным относятся животные белки. Из них особую ценность представляют белки рыбы, мяса, молока, яиц и других подобных продуктов питания. Неполноценные же преимущественно содержатся в растениях, поэтому рацион питания необходимо составлять так, чтобы удовлетворить все потребности своего организма. При переизбытке белков их излишек распадается. Это позволяет организму поддерживать необходимое Обмен белков очень важен для жизнедеятельности человека. При его нарушении организм начинает расходовать белок своих же тканей, что ведёт к серьёзным проблемам со здоровьем. Поэтому следует беречь себя и серьёзно подходить к выбору пищи.

Белки вносят незначительный вклад в энергетику мышечной деятельности, поскольку обеспечивают только 10-15 % общего энергопотребления орга­низма. Тем не менее они играют важную роль в обеспечении сократительной функции скелетных мышц и сердца, в формировании долговременной адаптации к физическим нагрузкам, создании определенного композици­онного состава мышц.

Физические нагрузки вызывают изменения в процессах синтеза и рас­пада белков в тканях, особенно в скелетных мышцах и печени, степень вы­раженности которых зависит от интенсивности и длительности физических нагрузок, а также от тренированности организма. Изменение внутриткане­вого обмена белков определяют обычно по концентрации в крови отдель­ных незаменимых аминокислот, которые в организме не синтезируются и образуются при распаде тканевых белков. В качестве специфического по­казателя распада сократительных белков актина и миозина используется 3-метилгистидин.

Однократные физические нагрузки вызывают угнетение синтеза белка и усиление их катаболизма. Так, например, при беге на тредмиле в тече­ние часа скорость синтеза белка в печени снижалась на 20 %, а при пре­дельной работе - на 65 %. Такая закономерность наблюдается и в скелет­ных мышцах. Под воздействием физических нагрузок усиливается распад мышечных белков (преимущественно структурных), хотя отдельные виды нагрузок усиливают распад и сократительных белков.

При систематических физических нагрузках в мышцах и других тканях активируется адаптивный синтез белка, увеличивается содержание струк­турных и сократительных белков, а также миоглобина и многих ферментов. Это приводит к увеличению мышечной массы, поперечного сечения мы­шечных волокон, что рассматривается как гипертрофия мышц. Увеличение количества ферментов создает благоприятные условия для расширения энергетического потенциала в работающих мышцах, что, в свою очередь, усиливает биосинтез мышечных белков после физических нагрузок и улуч­шает двигательные способности человека.

Нагрузки скоростного и силового характера усиливают в большей сте­пени синтез миофибриллярных белков в мышцах, а нагрузки на выносли­вость - митохондриальных ферментов, обеспечивающих процессы аэроб­ного синтеза АТФ. Тип физической нагрузки (плавание, бег) также во мно­гом определяет величину изменений белкового синтеза.

Адаптационные изменения обмена белков при мышечной деятельнос­ти изучались А.А. Виру, В.А. Рогозкиным, Н.Н. Яковлевым и другими уче­ными, которые пришли к заключению, что под влиянием тренировки в ске­летных мышцах происходит адаптивная активация всех основных звеньев синтеза белка , приводящая к общему увеличению клеточного белоксинтезирующего потенциала. В индукции адаптивного синтеза белка при трени­ровке важная роль принадлежит гормонам: глюкокортикоидам, адренали­ну, соматотропину, тироксину, инсулину. Они участвуют в обеспечении пе­рехода срочных адаптивных реакций в долговременную адаптацию.

Н.Н. Яковлевым обобщены возможные пути адаптивного протеиносин-теза в мышцах под влиянием систематической мышечной деятельности (рис. 100). Начало биохимической адаптации связано с повышением активности ряда ферментов и увеличением количества энергетических субстратов. Усиление энергетического обмена ведет к образованию мета­болитов - индукторов белкового синтеза на генетическом уровне. Индук­торами могут служить АДФ, АМФ, креатин, некоторые аминокислоты, цик­лический АМФ и др. Повышение активности генома вызывает усиление процессов трансляции либо синтеза структурных сократительных или фер­ментативных белков, что, в свою очередь, обеспечивает высокую функци­ональную активность мышц тренированного организма при выполнении мышечной работы.

Существенный вклад в энергетику мышечной деятельности, особенно длительной, вносят аминокислоты - продукты распада эндогенных белков. Их количество в тканях во время выполнения длительной физической ра­боты может увеличиваться в 20-25 раз. Эти аминокислоты окисляются и восполняют АТФ либо вовлекаются в процесс новообразования глюкозы и способствуют поддержанию ее уровня в крови, а также уровня гликогена в печени и скелетных мышцах.