Что такое пищевая энергия | Tervisliku toitumise informatsioon

Потребность в пищевой энергии

Получаемая энергия должна покрывать индивидуальный расход энергии, соответствующий массе тела, телосложению, физической активности и хорошему здоровью. Дополнительная энергия нужна детям – для роста, беременным – для откладывания в тканях, кормящим матерям – для производства молока.

Суточный расход энергии состоит из следующих компонентов:
  • Расход энергии на базовый (основной) обмен веществ (PAV), то есть расход энергии в состоянии покоя, или базовый расход энергии нужен для дыхания, работы сердца, поддержания температуры тела и других жизненно необходимых функций.
  • Расход энергии на пищеварение и усвоение пищи – количество энергии, необходимое для переваривания пищи и усвоения содержащихся в ней питательных веществ.
  • Расход энергии в связи с физической деятельностью

Расход энергии измеряется в килоджоулях [кДж] (1 кДж = 0,24 ккал; 1 ккал = 4,184 кДж). В Эстонии для расчетов энергетической ценности и рекомендаций преимущественно используют килокалории.

Расход энергии в среднем больше у мужчин, чем у женщин. Это обусловлено в основном различиями между полами в росте и телосложении. Исходя из уровня физической активности (PAL), фактическая потребность в энергии двух людей одного пола, возраста и одинаковых параметров может сильно различаться. 

  • PAL 1,4 – сидячая работа, минимум физической активности в свободное время
  • PAL 1,6 – сидячая работа с легкой физической деятельностью, минимум физической активности в свободное время
  • PAL 1,8 – работа, требующая как стояния, так и активного движения, в свободное время физическая активность также высокая

Уровень физической активности подавляющего большинства людей 1,4; у более подвижных – 1,6. И только немногие (особо активные в спорте) люди достигают уровня 1,8.

Расход энергии (преимущественно PAV) увеличивают или сокращают следующие факторы:

  • холодная или жаркая среда, генетические особенности,
  • гормональный статус (напр. , концентрация в крови гормонов щитовидной железы и роста),
  • активность симпатической нервной системы,
  • психологическая обстановка,
  • прием лекарственных препаратов и
  • многие болезненные состояния.
Расход энергии на базовый обмен веществ

Расход энергии на базовый обмен веществ (PAV) – индивидуальный расход энергии в состоянии полного умственного и физического покоя в термически нейтральной среде через 12 часов после последнего приема пищи. Расход энергии в состоянии покоя, который измеряется в более мягких условиях, чем расход энергии на базовый обмен веществ, как правило, на 5 процентов выше. Средний расход энергии сокращается во время сна: расход энергии на базовый обмен веществ во время сна на 10 % меньше, чем PAV в состоянии бодрствования. Несмотря на небольшие систематические различия, расход энергии во время сна, расход энергии на базовый обмен веществ (PAV) и расход энергии в состоянии покоя плотно коррелируют между собой, и эти понятия часто используют как синонимы.  

Повседневный расход энергии сильно зависит от массы тела и, в частности, от сухой (без жира) массы тела. Связь жировой массы с расходом энергии положительная, хотя расход энергии на единицу массы жира заметно меньше, чем расход энергии сухой массы тела. Поэтому индивидуальные различия в расходе энергии между двумя людьми одного веса лучше объясняются связью с сухой массой, чем с массой жира. Сухая масса включает массу скелетных мышц и органов. Расход энергии на базовый обмен веществ на килограмм у органов намного выше, чем у скелетных мышц. У взрослых PAV органов составляет 70–80 % расхода энергии в состоянии покоя, но сами органы составляют всего 5 % массы тела. Поэтому большая сухая масса сильнее влияет на расход энергии на базовый обмен веществ, а значимость скелетных мышц для расхода энергии в состоянии покоя невелика.

Индивидуальный расход энергии сухой массы колеблется примерно на 2,1 МДж (ок. 500 ккал) в день, что характеризует масштаб различий PAV при одинаковой сухой массе. Основными причинами различий в расходе энергии на базовый обмен веществ являются индивидуальная генетическая карта, телосложение, концентрации гормонов, энергетический баланс и физическая форма.

Расход энергии на переваривание и усвоение пищи

Расход энергии, необходимой для переваривания и усвоения пищи, повышается после еды и зависит от состава пищи. После приема пищи расход энергии на несколько часов повышается, но в основном (до 90 %) в течение четырех часов после еды. Расход энергии на переваривание и усвоение пищи у людей, питающихся сбалансированной смешанной пищей, обычно составляет в среднем 10 % повседневного расхода энергии, – около 5% энергии, получаемой из белков, и около 20 % энергии, получаемой из жиров. При употреблении углеводов расход энергии на переваривание и усвоение пищи составляет 10 %, но этот показатель может повыситься до 20% при избыточном потреблении глюкозы, когда этот избыток используется для производства жиров.

Расход энергии в связи с физической деятельностью

Физическая активность – это любое телодвижение, производимое скелетными мышцами и требующее дополнительного расхода энергии по сравнению с расходом на базовый обмен веществ. Подвижные занятия – подвид физической активности, представляющий собой добровольные действия, положительно влияющие на физическое, психологическое и социальное благополучие. 

Дневной уровень физической активности (PAL) – общий расход энергии сверх базового обмена веществ, который характеризует весь суточный расход энергии организма. Определенный таким образом уровень физической активности связан с повседневным расходом энергии и массой тела. 

Метаболический эквивалент (MET) – расход энергии во время какой-либо деятельности помимо базового обмена веществ, он зависит от физической активности в течение дня и от времени, затраченного на различную деятельность. Любой вид деятельности имеет свое значение МЕТ, и для расчета повседневного расхода энергии нужно подсчитать время, затраченное на разные виды деятельности. 

Дневной расход энергии на физическую активность распределяется между деятельностью, связанной с работой, и рекреационной деятельностью. Последняя, в свою очередь, подразделяется на физическую и не физическую деятельность, имеющие разные степени интенсивности. Деятельность, связанная с работой, также может быть разной интенсивности. Под физической инертностью понимается состояние, при котором расход энергии близок к уровню базового обмена веществ. К таким состояниям обычно относятся сидение и лежание в состоянии бодрствования.

Расчет энергетической ценности пищи

Содержащаяся в пище энергия становится доступной с помощью обмена веществ, то есть метаболизма. Пищевая ценность продукта определяется в лаборатории – путем измерения количества тепла, выделенного его органическими компонентами в результате окисления. Поскольку энергетическая ценность и перевариваемость питательных макроэлементов варьируется от продукта к продукту, в случае смешанной пищи удобно пользоваться стандартизированными средними значениями энергетической ценности и перевариваемости пищевых макроэлементов.

Принятые в Эстонии рекомендации по питанию основаны на следующих значениях энергетической ценности:

  • 1 г белка = 4 ккал, т.е. 17 кДж
  • 1 г жира = 9 ккал, т. е. 37 кДж
  • 1 г углеводов = 4 ккал (1 г пищевых волокон 2 ккал), т.е. 17 кДж
  • 1 г чистого алкоголя (не являющегося необходимым для организма пищевым веществом) 7 ккал, т.е. 29 кДж

Как уже известно, не вся получаемая с пищей энергия идет на покрытие энергетических потребностей организма. Объем доступной энергии различных питательных макроэлементов сильно колеблется, поскольку их метаболизм сам по себе требует разных количеств энергии. Кроме того, существуют большие различия в индивидуальном всасывании макроэлементов в зависимости от конкретной съеденной пищи, способа ее приготовления и кишечных факторов.

Потребность в энергии

Оценка потребности взрослых людей в энергии базируется на расходе энергии в состоянии покоя (PAV) и расходе энергии на определенный уровень физической активности (PAL). При оценке потребности взрослых людей в энергии в Северных странах рекомендуется брать за основу массу тела, которая соответствует индексу массы тела 23 с учетом индивидуального роста. Рекомендуемые значения потребности в энергии исходят из нормальной (здоровой) массы тела, ее стабильности и энергетического баланса. Но они не действуют в случае отрицательного или положительного баланса массы.

Средняя суточная потребность потребность в энергии для взрослых (ккал/сут.) при различной физической активности

Возраст

Приблизительный расход энергии на базовый обмен веществ (PAV)

Общая суточная потребность в энергии,
ккал

г.

ккал/кг

ккал/сут.

Сидячий образ жизни
PAL = 1,4

Умеренная активность
PAL = 1,6

Активный образ жизни
PAL = 1,8

Мужчины (70±10 кг)

1830

25

1750

2450

2800

3150

3160

24,1

1655

2350

2700

3050

6174*

20,2

1465

2000

2250

2550

Женщины (60±10 кг)

1830

23

1390

1950

2200

2500

3160

22,4

1320

1900

2150

2400

6174*

20,2

1200

1700

1950

2200

PAV – основной обмен веществ, PAL – уровень физической активности

Углеводы | Tervisliku toitumise informatsioon

Углеводы являются главным источником энергии в организме. Энергия, получаемая с содержащимися в пище углеводами, в основном вырабатывается из крахмала и сахаров, а также (в меньшей степени) из пищевых волокон и сахарных спиртов.

Основными источниками углеводов являются зерновые и картофель. Фрукты, фруктовый сок, ягоды и молоко также содержат сахара (моно- и дисахариды). Сладости, сладкие напитки, фруктовые сиропы, подслащенные кондитерские изделия и молочные продукты со вкусовыми добавками – основные источники добавленных сахаров. Добавленными сахарами называются сахара, добавляемые в продукты в процессе их обработки или приготовления. 

Понятия «углевод» и «сахар» – не одно и то же. Сахар – это условное обиходное понятие, используемое в основном в отношении сахарозы (т.н. столовый сахар), а также других водорастворимых простых углеводов со сладким вкусом (моно- и дисахариды, такие как глюкоза, фруктоза, лактоза, мальтоза).

  • Углеводы должны покрывать 50–60% суточной потребности в пищевой энергии.
  • Энергия, получаемая с добавленным сахаром, не должна превышать 10% суточной пищевой энергии.

Человеку с суточной потребностью в энергии 2000 ккал за день следует употреблять: от 0,5 x 2000 ккал / 4 ккал = 250 г до 0,6 x 2000 / 4 ккал = 300 г углеводов. При суточной потребности в энергии 2500 ккал рекомендуемое дневное количество углеводов 313–375 г, при 3000 ккал – 375–450 г.

Наш организм, а в особенности мозг, нуждается в постоянном снабжении глюкозой, обеспечивающей эффективность и результативность его работы. При длительном недостатке углеводов организм начинает синтезировать глюкозу из собственных белков, из-за чего заметно снижается его защитная способность в отношении факторов внешней среды.

С точки зрения пищевой ценности углеводы делятся на две больших группы:

В первую входят углеводы, которые перевариваются и всасываются, снабжая клетки тела в основном глюкозой, то есть гликемические углеводы (крахмал и сахара).

Во вторую группу входят пищевые волокна. 

Глюкоза – основное «топливо» для большинства клеток тела. Она откладывается в печени и мышцах в виде гликогена. Гликоген печени используется для поддержания в норме уровня глюкозы в крови в перерывах между едой, гликоген мышц является основным источником мышечной энергии.

В пищеварительном тракте человека, питающегося богатой крахмалом пищей, происходит расщепление крахмала, в результате которого образуется большое количество глюкозы. Наиболее богаты крахмалом зерновые и картофель.

Они не перевариваются и направляются в кишечник, образуя необходимый для его микрофлоры субстрат.

Углеводы выполняют в организме множество функций:
  • являются главным источником энергии в организме: 1 грамм углеводов = 4 ккал,
  • входят в состав клеток и тканей,
  • определяют группу крови,
  • входят в состав многих гормонов,
  • выполняют защитную функцию в составе антител,
  • играют роль запасного вещества в организме: аккумулирующийся в печени и мышцах гликоген – временный запас глюкозы, которой организм при необходимости может легко воспользоваться,
  • пищевые волокна необходимы для исправной работы пищеварительной системы.
Основные углеводы и их лучшие источники:
Моно- и дисахариды*, то есть простые углеводы, то есть сахара
Глюкоза, или виноградный сахармед, фрукты, ягоды, соки
Фруктоза, или фруктовый сахарфрукты, ягоды, соки, мед
Лактоза, или молочный сахармолоко и молочные продукты
Мальтоза, или солодовый сахарзерновые продукты
Сахароза, или столовый сахарсахарный тростник, сахарная свекла, столовый сахар, сахаросодержащие продукты, фрукты, ягоды
Олигосахариды
Мальтодекстринвырабатывается из крахмала, используется преимущественно как БАД. Содержится также в пиве и хлебе
Рафинозабобовые
Полисахариды
Крахмалкартофель, зерновые продукты, рис, макаронные изделия
Пищевые волокна (целлюлоза, пектин)зерновые, фрукты 

* дисахариды по структуре относятся к олигосахаридам

Пищевые волокна

Пищевые волокна содержатся только в растениях, например, целлюлоза и пектин встречаются в основном в цельнозерновых продуктах, фруктах и овощах, а также бобовых.

Обитающие в кишечнике микроорганизмы способны частично расщеплять пищевые волокна, которые являются пищей для микробов пищеварительного тракта, в свою очередь важных для защитных сил организма человека.

Пищевые волокна:
  • ​увеличивают объем пищевой кашицы, вызывая тем самым ощущение сытости,
  • ускоряют продвижение пищевой массы по тонкому кишечнику,
  • способствуют предотвращению запоров и могут предотвращать некоторые формы рака, заболевания сердечно-сосудистой системы и диабет II типа,
  • облегчают вывод из организма холестерина,
  • замедляют всасывание глюкозы, предотвращая слишком резкое возрастание уровня сахара в крови,
  • помогают поддерживать нормальную массу тела.

Пищевые волокна в организме не всасываются, но, благодаря частичному разложению в кишечнике под действием микрофлоры пищеварительного тракта, образуют жирные кислоты с короткой молекулярной цепью и дают около 2 ккал/г энергии.

Пищевые волокна можно подразделить на водорастворимые и нерастворимые. Поскольку они выполняют разные функции, следует ежедневно употреблять продукты, содержащие пищевые волокна обоих видов:

  • Овес, рожь, фрукты, ягоды, овощи и бобовые (горох, чечевицу, фасоль) – хорошие источники водорастворимых пищевых волокон.
  • Цельнозерновые продукты (ржаной хлеб, цельнозерновой пшеничный хлеб, сепик, крупы, цельнозерновые хлопья, цельнозерновой рис) – хорошие источники не растворимых в воде пищевых волокон.

Взрослый человек должен получать от 25 до 35 г пищевых волокон в день в зависимости от суточной потребности в энергии (ок. 13 г пищевых волокон на 1000 ккал). 

Рекомендуемое суточное количество пищевых волокон для ребенка старше одного года составляет 8–13 г на 1000 ккал потребленной энергии. Рекомендуемое суточное количество для ребенка можно приблизительно подсчитать по формуле «возраст + 7». Чрезмерное употребление пищевых волокон не рекомендуется, поскольку возникает опасность, что какое-либо необходимое организму минеральное вещество окажется связанным в труднорастворимом соединении, и организм не сможет его усвоить.

Рекомендации по увеличению потребления продуктов, богатых крахмалом и пищевыми волокнами:
  • Выбирая основное блюдо, предпочтите цельнозерновые макаронные изделия или рис и поменьше соуса.
  • В случае сосисок с отварным картофелем возьмите больше картофеля и меньше сосисок.
  • Добавляйте фасоль и горох в рагу, овощные запеканки или тушеные блюда. Этим вы повысите содержание в блюде пищевых волокон. Действуя таким образом, можно употреблять меньше мяса, блюда становятся экономнее, также сокращается количество употребляемых насыщенных жирных кислот.
  • Предпочтите цельнозерновой ржаной и пшеничный хлеб.
  • Выберите цельнозерновой рис: он содержит большое количество пищевых волокон.
  • Употребляйте на завтрак цельнозерновые хлопья или подмешивайте их в свои любимые хлопья.
  • Каша – отлично согревающий зимний завтрак, цельнозерновые овсяные хлопья со свежими фруктами, ягодами и йогуртом – освежающий летний завтрак.
  • Съедайте 3–5 ломтиков цельнозернового ржаного хлеба в день.
  • Съедайте за день по меньшей мере 500 г фруктов и овощей.
Сахар

Большинство людей норовят употреблять слишком много сахара, поскольку едят много сладостей, пирожных, выпечки и других богатых сахаром продуктов, пьют прохладительные и соковые напитки. Сахаров, содержащихся в необработанных продуктах, например, во фруктах и молоке, опасаться не стоит. Прежде всего следует сокращать употребление пищи, содержащей добавленный сахар.

Сахар добавляют во многие продукты, но больше всего его содержат:
  • прохладительные и соковые напитки: например, 500 мл лимонада могут содержать до 50 г, то есть 10-15 чайных ложек сахара,
  • сладости, конфеты, печенье,
  • варенье,
  • ​пирожные, торты, булочки, пудинги,
  • мороженое.

Основными недостатками многих богатых сахаром продуктов является, с одной стороны, относительно высокое содержание энергии, а с другой – как правило, довольно низкое содержание витаминов и минеральных веществ. Кроме того, многие насыщенные сахаром продукты содержат и много жира – например, шоколад, печенье, булочки, пирожные и мороженое.

Богатыми сахаром продуктами и напитками можно повредить зубы, если не уделять достаточного внимания гигиене полости рта. Зубы следует тщательно чистить не менее 2 раз в день, а между приемами пищи очищать, например, с помощью жевательной резинки. Если сахара, содержащиеся во фруктах, не так уж сильно вредят зубам, то в составе соков их структура уже расщеплена, и потому они настолько же вредны для зубов, как и любая другая богатая сахаром пища, особенно если употреблять их часто. Выпивать стакан фруктового сока в день все же рекомендуется (причем желательно вместе с пищей), поскольку он обогащает наш стол витаминами, минералами и фитохимикатами.

Употреблять меньше сахара – задача решаемая!

Питательные вещества и здоровье – Энергия и белок

Питательные вещества и здоровье – Энергия и белок

Отчет г-жи Жаклин ФУНГ, научного сотрудника,
Секция информирования о рисках,
Центр безопасности пищевых продуктов

9 выпуск, серия продуктов питания будет посвящена отдельным питательным веществам. Для начала мы вводим силу, которая заставляет нас двигаться (т. е. энергию), и вещество, которое помогает нам расти (т. е. белок).

Энергия

Если тело — это машина, то пища — это топливо. Говоря более конкретно, углеводы, жиры и белки в пищевых продуктах обеспечивают энергию для функций организма и физической активности (см. таблицу 1). Однако они не производят одинакового количества энергии (см. таблицу 2). Жир производит более чем в два раза больше энергии на грамм, чем углеводы или белок. Метаболизм в организме превращает углеводы, белки и жиры в энергию. Любой избыток этих питательных веществ будет откладываться в виде жира в организме. Другими словами, независимо от того, углеводы это, белки или жиры, они будут преобразованы в жировые отложения в организме, если они не используются. По мере накопления жировых отложений наша масса тела увеличивается.

Таблица 1

Цели Всемирной организации здравоохранения по потреблению питательных веществ для производства энергии

  • Углеводы = 55-75% вклада энергии
  • Белок = 10-15% вклада энергии
  • Жир = 15-30% энергии
Таблица 2

Энергетическая ценность питательных веществ: —

  • 1 грамм углеводов = 4 килокалории
  • 1 грамм белка = 4 килокалории
  • 1 грамм жира = 9 килокалорий
  • В дополнение к углеводам, белку и жиру алкоголь также может давать энергию (1 грамм алкоголя = 7 килокалорий)

Примечание: —

  • Килокалории (ккал) и килоджоули (кДж) являются единицами измерения энергии.
  • 1 килокалория примерно равна 4,2 килоджоуля.

Энергетические потребности людей варьируются в зависимости от нескольких факторов, включая термический эффект пищи (энергия, необходимая для обработки пищевых продуктов), скорость основного обмена и уровень физической активности. Что касается рекомендованного в Китае уровня потребления питательных веществ (RNI), потребность в энергии для взрослых мужчин и женщин при легкой физической активности составляет около 2400 ккал и 2100 ккал в день соответственно. Для поддержания веса важно сбалансировать потребление и расход энергии. Следовательно, чтобы помочь контролировать массу тела, можно уменьшить потребление энергии и/или увеличить физическую активность.

Белок

Организм использует белок для построения и восстановления всех тканей организма. Аминокислоты являются строительными блоками белка. Существует девять незаменимых аминокислот (см. таблицу 3), которые организм не может вырабатывать или не может вырабатывать в достаточном количестве для удовлетворения потребностей. Поэтому они являются важными компонентами нашего рациона. Как правило, белок животного происхождения считается полноценным белком, поскольку он содержит все незаменимые аминокислоты, тогда как белок растительного происхождения, за исключением соевого белка, содержит одну или несколько незаменимых аминокислот. Например, зерновые ограничены в лизине, а бобовые ограничены в метионине, двух из девяти незаменимых аминокислот. Для строгих вегетарианцев рекомендуется, чтобы их диета включала смесь продуктов из различных растительных источников, чтобы разные продукты дополняли друг друга (т. один со всеми незаменимыми аминокислотами.

Таблица 3

Девять незаменимых аминокислот
Гистидин Лизин Треонин
Изолейцин Метионин Триптофан
Лейцин Фенилаланин Валин

Дефицит белка не является обычным явлением в Гонконге. Однако белково-энергетическая недостаточность (БЭН) является одной из самых распространенных в мире проблем, связанных с неполноценным питанием, которая распространена в Африке. С другой стороны, избыточное потребление белка не дает дополнительных преимуществ для здоровья, поскольку дополнительный белок, который не используется организмом, будет преобразован в жир. Во время преобразования белок расщепляется, а избыток азота выводится из организма, что создает дополнительную нагрузку на печень и почки. Особенно это касается людей с заболеваниями почек. Таким образом, больным с заболеванием почек часто рекомендуется соблюдать диету с белком хорошего качества, но в ограниченном количестве.

В соответствии с рекомендациями Китая по потреблению питательных веществ (RNI), взрослый мужчина и женщина с легким уровнем физической активности должны потреблять 75 г и 65 г белка в день соответственно. Детям, подросткам, беременным и кормящим женщинам для роста требуется больше белка.

Мясо, птица, рыба, яйца и сухие бобы являются хорошими источниками белка.

Что касается пищевой пирамиды, то это третий уровень ниже уровня «Ешьте умеренно». В пересчете на фактическое количество взрослый человек должен съедать 5-6 таэлей (что эквивалентно 200-240 г) мяса в день.

Иллюстрация: Пищевая пирамида

В следующем выпуске мы рассмотрим еще один макронутриент – углеводы: предпочтительный источник энергии для организма.

Гликолиз



Гликолиз

 

Реактивность в химии

Механизмы гликолиза

 

ГЛ1. Введение в гликолиз: энергия Хранение

Гликолиз – это биохимический путь, при котором глюкоза потребляется и образуется АТФ. Этот путь является примером катаболизма, в какие более крупные молекулы расщепляются в клетке на более мелкие. Противоположным путем является анаболизм, при котором более крупные молекулы синтезируются из более мелких в клетке.

С точки зрения биолога катаболизм связан с распадом более крупных молекул с высвобождением энергии. Для например, в начальной школе вы, возможно, узнали, что большинство организмов получают энергию за счет расщепления углеводов. Вы, возможно, видели процесс дыхания выражается следующим уравнением реакции:

C

6 H 12 O 6 (s)   +  6 O 2 (g) →    6 CO 2 г + 6 H 2 O (л) + энергия

Это Эта идея порождает слегка вводящую в заблуждение парадигму о том, что энергия запасается в химических облигации. Идея состоит в том, что, например, когда единственная молекула сахара представлена по формуле C 6 H 12 O 6 , распадается на шесть молекул углекислого газа, энергия всех этих разорванных связей высвобождается на благо организм.

Возможно, вы также узнали о другом важном молекула запаса энергии, АТФ. Подобно расщеплению сахара, распад АТФ используется для питания других процессов в клетке.

Этот процесс может быть выражается в следующем выражении:

АТФ (водный) + H 2 O (л)     → ADP (водн.) + P i (водн.) + энергия

В очередной раз это можно считать поломкой процесс, при котором молекула АТФ расщепляется на меньшую молекулу АДФ и неорганический фосфат.

С точки зрения химика неправильно предлагать эта энергия хранится в химических связях. Вместо этого энергия высвобождается, когда образуются связи. Эта химическая перспектива — больше, чем идея; это представляет физическую реальность. Это может быть продемонстрировано в количество способов высвобождения энергии при образовании связей, и энергия должна быть израсходовано, чтобы разорвать узы; по-видимому, эта ситуация противоположна биологическая точка зрения.

Некоторые авторы предположили, что это кажущееся несогласие — это что-то вроде разницы во взглядах. Подумайте о наблюдатель, стоящий на берегу океана и наблюдающий за уплывающим кораблем. С точки зрения наблюдателя, корабль в конце концов тонет в океане. Через некоторое время его корпус уже не виден; остались только его мачты, и, наконец, они тоже соскальзывают и исчезают. Однако пассажиру корабля корабль все еще плывет по поверхности океана. Биологи и химики думают о соединении по-другому, потому что они смотрят на него с иная точка зрения.

Биологи говорят, что энергия хранится в химических связях потому что думать о вещах таким образом полезно для них. полезно думайте о катаболических процессах, таких как расщепление сахаров, как о высвобождающая энергию. Полезно думать об анаболических процессах, таких как фотосинтез или синтез сложных природных продуктов, как энергоемкий.

Биологи смотрят на вещи исключительно с точки зрения взгляд на биомолекулу. Либо он распадается на более мелкие части (его связи рвутся), высвобождая энергию, или же она строится в что-то большее (созданы связи), требующее энергии.

В очень широком смысле это как если бы реакция расщепление углеводов сокращается до:

С 6 Н 12 О 6 (с) →    6 CO 2 г + энергия

А реакция распада АТФ обозначается аббревиатурой:

ATP (водный)     → ADP (водн. ) + P i (водн.) + энергия

Другими словами, часть реакции игнорируется. Эта точка зрения позволяет сосредоточиться на биомолекуле, но упускает из виду некоторые важные вещи. Например, при расщеплении углеводов это не С-С. разрыв связи углеводов, являющихся источником энергии. Это образование прочных новых связей O-H и C=O и другие, более тонкие изменения, которые высвободить энергию.

Как всегда, мы получаем больше информации о реакции, глядя по структурным формулам в уравнении, а не по сокращенным формулам. Таким образом, мы действительно можем видеть, какие связи создаются и разрываются.

Рисунок GL1.1.   Уравнение реакция дыхания или сжигание глюкозы со структурами.

 

Случай с ATP немного отличается. Облигации Сделано и сломано при расщеплении АТФ почти одно и то же; свободно, мы просто обменяйте одну облигацию P-O на другую. Этот случай более сложен, но Самое простое объяснение состоит в том, что расщепление АТФ уменьшает отталкивание между несколько отрицательных зарядов в молекуле АТФ.

Энергия уменьшается в образовавшиеся молекулы, а остальная энергия, которая раньше была в реагентах выпущен.

Рисунок GL1.2.  Уравнение реакции гидролиза АТФ, со структурами.

И наоборот, когда АДФ фосфорилируется с образованием АТФ, энергия системы увеличивается (система просто означает все в реакции; это все по одну сторону стрелки или по другую). Эта энергия, однако на самом деле он не хранится ни в каких химических связях. Он распространяется во всей системе, например, в движениях всех этих атомов. Связи могут растягиваться, становясь длиннее и короче, но вдобавок группы на концы связей могут вращаться, а молекулы могут кувыркаться и метаться через пространство. Есть много способов распределить эту энергию по всему весь этот набор атомов; его не заставляют сидеть в той единственной связи, которая был вновь образован между двумя атомами.

Таким образом, хотя идея хранения энергии в химических связи могут быть очень полезны на уроках биологии, они только свой путь на уроке химии. Вы должны быть в состоянии снять с себя шляпу биолога и надевайте лабораторный халат химика, когда вам это нужно.

 

Проблема GL1.1.

Движущей силой нашей экономики в основном является потребление ископаемое топливо, такое как гептан. Учитывая следующую реакцию на разбивка гептана:

CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 +     11 О 2     → 7 CO 2     +     8 H 2 O

Используйте таблицу силы связи, чтобы определить, насколько энергия выделяется при израсходовании моля гептана.

Бонд О=О С-С С-Ч С=О OH
Средняя прочность связи (ккал/моль) 120 80 100 190 110

а) Начните с определения энергии, необходимой для разрыва связей.

б) Определить энергию, высвобождаемую при образовании новых связей.

c) Определите общее изменение энергии.

 

Проблема GL1.2.

Используйте таблицу силы связи, чтобы определить, насколько энергия выделяется при израсходовании моля октана.

CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 +     12,5 О 2     → 8 CO 2     +     9 H 2 O

 

Проблема GL1.3.

Учитывая примерную прочность связи C-O 85 ккал/моль, Используйте таблицу прочности связи, чтобы определить, сколько энергии высвобождается при моль глюкозы потребляется.

 

Проблема GL1.4.

Обеспечить механизм гидролиза АТФ в АДФ.

 

Проблема GL1.5.

Предположите возможную роль иона магния в гидролиз АТФ.

 

См. раздел метаболические пути в Генри Якубовски Биохимия онлайн.