Количество энергии выделяемое при распаде углеводов: Количество энергии при распаде жиров,белков и углеводов

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ — АНАТОМИЯ, ФИЗИОЛОГИЯ И ГИГИЕНА ЧЕЛОВЕКА

Обмен веществ (метаболизм) представляет собой сложный процесс превращения веществ и энергии в организме. Он позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды. Вещества, поступающие с пищей, распадаются на относительно простые химические соединения, которые усваиваются организмом и служат пластическим материалом для его построения. При распаде и превращении различных компонентов пиши выделяется энергия, расходуемая для осуществления ряда функций. Конечные продуты распада выводятся из организма.

Метаболизм обычно делят на две стадии. В ходе энергетического обмена (катаболизма) сложные органические вещества деградируют до более простых, выделяемая при этом энергия запасается клетками в виде молекул АТФ. В процессах анаболизма (пластического обмена) с затратами энергии синтезируются такие вещества, как белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты, обеспечивающие рост, развитие, деятельность организма и жизнь в целом.

Процессы превращения жиров, углеводов и белков строго согласованы между собой. Единство в превращении этих трех групп веществ обусловлено тем, что при их распаде образуются общие промежуточные продукты, из которых в определенных условиях могут образовываться аминокислоты, либо углеводы, либо жирные кислоты или же эти общие метаболиты могут вовлекаться в окислительные реакции и расщепляться до СО₂ и Н₂О с выделением энергии

Обмен белков

Белки — необходимый строительный материал протоплазмы клеток. Они выполняют в организме специальные функции. В частности, все ферменты, многие гормоны, зрительный пурпур сетчатки, переносчики кислорода, защитные вещества крови являются белковыми молекулами.

Аминокислоты делятся на незаменимые и заменимые. Незаменимыми называются те, которые организм получает только с пищей. Заменимые могут быть синтезированы в организме из других аминокислот. По содержанию аминокислот определяется ценность белков пиши. Полноценные белки содержат все незаменимые аминокислоты, неполноценные — не содержат некоторые незаменимые аминокислоты. Основным источником полноценных белков служат животные белки. Растительные белки (за редким исключением) неполноценные. Два или три неполноценных белка, дополняя друг друга, могут обеспечить сбалансированное питание человека Суточная потребность в белках составляет около 80—150 г и зависит от интенсивности физических нагрузок. При избытке поступающих с пищей белков они превращаются в жиры и углеводы.

Белки пищи расщепляются ферментами пищеварительных соков до аминокислот, которые всасываются в кровь. С током крови они поступают к клеткам тела, где образуются белки, специфические для человека. В тканях и клетках непрерывно идет разрушение и синтез белковых структур. В условно здоровом организме взрослого человека количество распавшегося белка равно количеству синтезированного. Показано, что 50% белков печени обновляйся через 4 сут., белков мышечной ткани — через 24, белков кожи — через 300 сут.

Конечные продукты распада белков — СО₂, Н₂О, мочевина, мочевая кислота и др. — выводятся из организма с мочой и потом. Образующийся при распаде аминокислот аммиак нейтрализуется в печени путем образования мочевины. Белки могут служить одним из источников энергии. При распаде 1 г белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж. Однако организм использует белки как источник энергии лишь при истощении иных источников — углеводов и жиров.

В регуляции белкового обмена наиболее важную роль играют гормоны щитовидной железы (тироксин), гипофиза (соматотропный) и коры надпочечников (гидрокортизон, кортикостерон).

Обмен углеводов

В ротовой полости и тонком отделе кишечника происходит гидролиз углеводов. Глюкоза, фруктоза и галактоза всасываются в стенки кишечника и поступают в кровь. Углеводы — основной источник энергии в организме. При расщеплении 1 г высвобождается 17,6 кДж энергии. Суточное потребление углеводов должно составлять около 500 г. При избытке их в пище углеводы могут превращаться в жиры, а при недостатке они могут образовываться из белков и жиров. Моносахариды током крови попадают в печень, где из них синтезируется гликоген. При нормальном смешанном питании от 3 до 5% глюкозы превращается в гликоген, 25% — в жиры, 70% окисляется до СО

2 и Н₂О. В мышцах также синтезируется гликоген. Распад гликогена является основным источником энергии мышечного сокращения. Гормоны адреналин, глюкагон и адренокортикотропный гормон вызывают повышение расщепления гликогена, тогда как инсулин тормозит распад гликогена и способствует его синтезу из глюкозы в печени. Согласованное действие этих гормонов сохраняет определенный уровень глюкозы в крови.

Обмен жиров

Образовавшиеся в результате пищеварительных процессов глицерин и высокомолекулярные органические кислоты попадают при всасывании в эпителиальные клетки ворсинок тонкой кишки. Здесь осуществляется синтез жиров. Они поступают в виде мельчайших капелек в лимфатические сосуды.

Лимфа переносит жиры в кровь, затем они могут поступить в клетки. Жиры содержа! наибольшие запасы энергии. При распаде 1 г выделяется 38,9 кДж энергии Половина энергетических затрат печени, почек, находящихся в покое сердечной и скелетной мышц обеспечиваются за счет окисления жирных кислот и глицерина. Из липидов строятся оболочки клеток, липиды входят в состав медиаторов и гормонов, образуют жировые отложения в подкожной клетчатке, сальнике и других тканях и по мере необходимости используются организмом. Суточная потребность в жирах составляет 70—80 г. В пищу человека входят жиры животного и растительного происхождения. Избыточное употребление в пищу жира или углеводов и белков приводит к отложению жира в организме. В норме у человека 25—30% углеводов пищи превращаются в жиры. В регуляции жирового обмена существенную роль играют гормоны желез внутренней секреции — надпочечников, гипофиза, щитовидной железы.

Водно-солевой обмен

Водно-солевой обмен обеспечивает поступление воды и солей в организм, их распределение во внутренних средах и выделение.

Суточное потребление человеком воды составляет около 2500— 3000 мл. Воду, которую человек получает в виде питья (1500 мл) и в составе пищевых продуктов (1000—1200 мл), называют экзогенной. Воду, которая образуется при окислительном распаде в организме белков, жиров и углеводов, называют эндогенной (500 мл). В организме человека ²/₃ общего количества воды приходится на внутриклеточную жидкость и ¹/₃ — на внеклеточную. Часть внеклеточной воды находится в сосудистом русле (около 5% от массы тела), большая же часть внеклеточной воды находится вне сосудистого русла, это тканевая жидкость (около 5% от массы тела). Кроме того, различают свободную воду, связанную воду (удерживаемую коллоидами в клетках) и конституционную (внутримолекулярную) воду, входящую в состав молекул белков, жиров и углеводов и освобождающуюся при их окислении. Разные ткани характеризуются различным соотношением свободной, связанной и конституционной воды. За сутки почками выводится 1000—1400 мл воды, кишечником — около 200 мл; с потом и испарением через кожу человек теряет около 500 мл, с выдыхаемым воздухом — около 400 мл. Поступление воды контролируется потребностью в ней, проявляющейся в чувстве жажды. Это чувство возникает при возбуждении питьевого центра в гипоталамусе. Системы регуляции водносолевого обмена обеспечивают поддержание общей концентрации электролитов (натрия, калия, кальция, магния) и ионного состава внутриклеточной и внеклеточной жидкости на одном и том же уровне. Организм нуждае1ся в поступлении не только воды, но и минеральных веществ. В сутки человеку необходимо не менее 8 г натрия, 4 г хлора, 3 г калия, 0,8 г кальция, 2 г фосфора, 15—20 мг железа и др. Натрий, калий и хлор необходимы для поддержания кислотно-щелочного равновесия, калий участвует в обеспечении процессов возбудимости нервной и мышечной тканей. Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, АТФ, некоторых ферментов; в соединении с кальцием и магнием образует костный скелет. Железо необходимо в составе гемоглобина, миоглобина, а также ферментов, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях. Большое значение имеют микроэлементы: йод входит в состав гормонов щитовидной железы; цинк — поджелудочной; фтор придает прочность эмали зубов; кобальт является компонентом витамина В

12; медь необходима для процесса кроветворения, синтеза гемоглобина, влияет на рост.

Витамины

Витамины — это соединения, которые не являются ни источником энергии, ни структурными составляющими тканей, однако незаменимы для роста и развития организма, а также для нормального хода обмена веществ. Витамины поступают вместе с пищей в готовом виде или в форме провитаминов, которые в процессе обмена веществ в организме становятся биологически активными. Некоторые витамины синтезируются микробной флорой кишечника. Разные витамины действуют по-разному, но все они, непосредственно или косвенно, влияют на процессы обмена веществ на клеточном уровне, часто являясь составной частью ферментов или биологически активных веществ. Дефицит хотя бы одного витамина в организме человека вызывает

гиповитаминоз, а полное отсутствие — болезнь под названием авитаминоз. Даже незначительный дефицит витаминов может являться причиной различных нарушений и увеличивает риск возникновения различных болезней. Употребление слишком большого количества некоторых витаминов или значительная передозировка вредны не меньше, поскольку могут привести к заболеванию — гипервитаминозу, напоминающему по симптомам отравление. Авитаминоз и гиповитаминоз могут возникать не только при отсутствии витаминов в пище, но и при нарушении их всасывания, а также при подавлении микрофлоры кишечника антибиотиками.

Витамины делят на жирорастворимые (A, D, Е, К) и водорастворимые (В₁, В₂, В₆, В₁₂, РР, С и др.). Всего в настоящее время известно около 50 витаминов (табл. 29.1).

Таблица 29.1

Важнейшие витамины

Витамин	Физиологическое воздействие и гиповитаминозы	Источники (пищевые продукты)	Суточная норма
А	Влияет на зрение, рост и развитие. Участвует в образовании зрительного пигмента. При авитаминозе — нарушение сумеречного зрения (куриная слепота), повреждение роговицы глаз, сухость эпителия и его ороговение	Животные жиры, мясо, печень, яйца, молоко Источники каротина, из которого образуется витамин А, — морковь, абрикосы, крапива	1,5 мг
D	Регулирует обмен кальция и фосфора При недостатке в детском возрасте развивается рахит (нарушается процесс костеобразования). Образуется в коже год влиянием ультрафиолетовых лучей	Рыбий жир, яичный желток, печень	2,5 мкг
Е	Обладает противоокислительным действием на внутриклеточные липиды. При недостатке — развивается дистрофия скелетных мышц, ослабляется половая функция	Растительное масло, салат	10-15 мг
К	Участвует в синтезе протромбина, способствует нормальной свертываемости крови. При недостатке — понижается свертываемость крови Синтезируется микрофлорой кишечника	Шпинат, салат, капуста, томаты, морковь	0,2-0,3 мг
В1	Участвует в обмене углеводов, жиров, белков, в проведении нервного импульса. При недостатке — расстройство двигательной активности, параличи, нарушение работы желудочно-кишечного тракта	Зерновые и бобовые культуры, печень, куриный желток	1,5-2 мг
В2	Участвует в клеточном дыхании. При недостатке — помутнение хрусталика, поражение слизистой оболочки	Пивные дрожжи, печень, сырые яйца, зерновые и бобовые культуры, томаты	2-3 мг
РР (В3)	Участвует в клеточном дыхании, нормализует функции желудочно-кишечного тракта, печени. При недостатке — развивается пеллагра (воспаление кожи, понос, слабоумие). Может синтезироваться из триптофана	Дрожжи, отруби, пшеница, рис, ячмень, арахис	15 мг
В6	Обмен белков, синтез ферментов, обеспечивающих обмен аминокислот, влияет на кроветворение. При недостатке — заболевания кожи, анемия, судороги. Синтезируется микрофлорой кишечника	Печень, почки, куриный желток, зерновые, бобовые	1,5-3 мг
В12	Обмен белков, синтез ферментов, обеспечивающих обмен аминокислот, влияет на кроветворение. При недостатке — заболевание кожи, анемия, судороги. Синтезируется микрофлорой кишечника	Печень, почки, куриный желток, зерновые и бобовые	1,5-3 мг

Калория и ее история

Любовь Стрельникова
«Химия и жизнь» №2, 2013

Тучные земли

Нигде и никогда прежде я не видела такого количества огромных, тучных людей, как в штате Техас несколько лет назад. В толпе на улицах Остина я чувствовала себя дистрофиком.

Массовое ожирение в США остается предметом постоянных дискуссий в печати уже более десятка лет. Однако проблема эта возникла отнюдь не в начале ХХI века. Еще полвека назад, в 1958 году, Джон Кеннет Гэлбрейт, известный экономист из Гарварда, впервые написал в своем бестселлере «Общество изобилия», что все больше американцев умирает от переедания, а не от истощения. Он усматривал в этом экономические причины. Поскольку к середине пятидесятых годов основные потребности американцев в еде, крове и одежде были удовлетворены, корпорации начали придумывать и навязывать с помощью рекламы новые потребности, которые они спешили удовлетворить. Главное, чтобы покупали.

В результате к началу XXI века у 61% американцев уже появились проблемы со здоровьем, вызванные избытком веса. А ежедневное потребление энергии каждым жителем США с 1977 по 1995 год выросло почти на двести килокалорий, как пишет Грег Крицер в книге «Тучные земли: как американцы стали самыми толстыми людьми в мире» (“Fat Land: How Americans Became the Fattest People in the World”, Boston, MA: Houghton Mifflin, 2003).

Ожирение в США приняло характер эпидемии. Это не просто метафора: о «пандемии ожирения» заявляет и Всемирная организация здравоохранения. А в США скорость его распространения — самая высокая в мире: 13% населения в 1962 году, 19,4% — в 1997, 24,5% — в 2004, 26,6% — в 2007, 33,8% взрослых и 17% детей — в 2008, 35,7% взрослых и 17% детей — в 2010-м.

Подробные статистические данные по России найти нелегко. Часто пишут о 15–16% взрослого населения, но эти цифры относятся, вероятно, к началу 2000-х. В декабре 2012 года директор НИИ питания РАМН, главный диетолог Минздрава РФ В. А. Тутельян сообщил на пресс-конференции, что ожирением страдают более 25% россиян, избыточный вес наблюдается у 50%. Такое впечатление, что мы изо всех сил опять стараемся догнать Америку…

Ожирение убивает 100–400 тысяч американцев каждый год и обходится американскому обществу в 117 миллиардов долларов. Эти расходы сопоставимы с затратами на решение медицинских проблем, связанных с курением и алкоголизмом.

В чем же дело? Только ли в переедании, о котором писал Гэлбрейт? Грег Крицер в своей книге анализирует возможные причины, политические, социальные и экономические. Например, когда цены на продукты питания в 70-х годах достигли пика, президент Ричард Никсон потребовал принять меры. В результате реформ министра сельского хозяйства Эрла Буца были сняты ограничения на импорт дешевого пальмового масла, а из кукурузы было дозволено делать с помощью новых технологий сладкий глюкозо-фруктозный сироп. Эти дешевые, но высококалорийные продукты стали использовать при изготовлении подавляющего большинства продуктов питания, чтобы сделать их доступными.

Маркетологи фастфуда тоже не остались в стороне. Они просто заставили своих покупателей есть больше, начав выпускать бигмаки и прочие блюда суперразмера. В результате калорийность одного блюда в «Макдональдсе» возросла с 200 килокалорий в 1960 году до 610. А покупатели усердно поглощали раздувшиеся супербургеры — никто не может устоять против подаренной еды.

Наконец, Крицер описывает появление «новой культуры без границ», которая облегчает и делает модным потребление всех этих богатых жиром и бедных питательными веществами продуктов. Если в прежние времена приготовление домашних обедов было традицией, то в 80-х хозяйки перестали тратить на это время: можно ведь пойти куда-нибудь или заказать готовую еду на дом. Тем временем популярные книги и передачи навязывали теории, утверждающие, что ребенок сам знает, когда он или она сыт, когда и что надо есть. В результате родители перестали контролировать, что и когда их ребенок ест, даже если это только картофель фри и гамбургеры.

Чтобы как-то исправить ситуацию, американское правительство стало принимать меры, среди которых — закон 1990 года о маркировке (Nutrition Labling and Education Act, NLEA), обязывающий производителей писать калорийность продуктов и их состав на всех упаковках. А в 2008 году Нью-Йорк стал первым городом, где в ресторанных меню начали указывать калорийность блюд, чтобы посетитель мог сделать осознанный выбор, который не причинит вреда здоровью. Все в очередной раз заговорили о калориях и начали их подсчитывать.

Калория и калориметр

Раньше любой школьник знал, что такое калория: количество тепла, которое необходимо, чтобы нагреть один грамм воды на один градус. Термин «калория» (от латинского calor — тепло) ввел в научный оборот французский химик Николя Клеман-Дезорм (1779–1842). Его определение калории как единицы измерения тепла было впервые опубликовано в 1824 году в журнале «Le Producteur», а во французских словарях оно появилось в 1842 году. Однако задолго до появления этого термина были сконструированы первые калориметры — приборы для измерения теплоты. Первый калориметр изобрел английский химик Джозеф Блэк и в 1759–1763 годах с его помощью определил теплоемкости разных веществ, скрытую теплоту плавления льда и испарения воды.

Изобретением Д. Блэка воспользовались знаменитые французские ученые Антуан Лоран Лавуазье (1743–1794) и Пьер Симон Лаплас (1749–1827). В 1780 году они начали серию калориметрических экспериментов, которые позволили измерить тепловую энергию. Это понятие встречается еще в XVIII веке в трудах шведского физика Иоганна Карла Вильке (1732–1796), который занимался исследованием электрических, магнитных и тепловых явлений и задумывался об эквивалентах, в которых можно измерять тепловую энергию.

Устройство, которое впоследствии начали называть калориметром, Лавуазье и Лаплас использовали, чтобы измерять количество теплоты, выделяющееся в различных физических, химических и биологических процессах. Тогда еще не было точных термометров, поэтому для измерения теплоты приходилось идти на ухищрения. Первый калориметр был ледяным. Внутренняя полая камера, куда помещали объект, излучающий тепло (например, мышку), была окружена рубашкой, заполненной льдом или снегом. А ледяная рубашка, в свою очередь, была окружена воздушной, чтобы лед не плавился под действием внешнего нагрева. Тепло от объекта внутри калориметра нагревало и плавило лед. Взвешивая талую воду, стекавшую из рубашки в специальный сосуд, исследователи определяли теплоту, выделенную объектом.

Простенький, казалось бы, прибор позволил Лавуазье и Лапласу измерить теплоту многих химических реакций: сгорания угля, водорода, фосфора, черного пороха. Этими работами они заложили основы термохимии и сформулировали ее основной принцип: «Всякие тепловые изменения, которые испытывает какая-нибудь материальная система, переменяя свое состояние, происходят в порядке обратном, когда система вновь возвращается в свое первоначальное состояние». Иными словами, чтобы разложить воду на водород и кислород, надо затратить столько же энергии, сколько выделяется при реакции водорода с кислородом с образованием воды.

В том же 1780 году Лавуазье поместил в калориметр морскую свинку. Тепло от ее дыхания растапливало снег в рубашке. Потом последовали и другие эксперименты, которые имели огромное значение для физиологии. Тогда-то Лавуазье высказал мысль, что дыхание животного подобно горению свечи, за счет которого в организме поддерживается необходимый запас тепла. Он также впервые связал три важнейшие функции живого организма: дыхание, питание и транспирацию (испарение воды). Видимо, с тех пор и заговорили о том, что пища сгорает в нашем организме.

В XIX веке благодаря стараниям знаменитого французского химика Марселена Бертло (1827–1907), который опубликовал более 200 работ по термохимии, точность калориметрических методов сильно повысилась и появились более совершенные приборы — водяной калориметр и герметичная калориметрическая бомба. Последний прибор нам особенно интересен, потому что в нем можно измерять теплоту, выделяемую при очень быстрых реакциях — горении и взрыве. Навеску сухого исследуемого вещества насыпают в тигель, помещают внутри бомбы и герметично закрывают этот сосуд. Затем вещество поджигают электрической искрой. Оно сгорает, отдавая тепло воде в окружающей его водяной рубашке. Термометры позволяют точно фиксировать изменение температуры воды.

Видимо, в похожем калориметре в тридцатых годах XIX века проводил первые опыты с пищей знаменитый немецкий химик Юстус фон Либих (1803–1873), который разделял идеи Лавуазье о том, что пища — это топливо для организма, как дрова для печки. Причем Либих назвал эти дрова: белки, жиры и углеводы. Он сжигал навески пищи в калориметре и измерял выделившееся тепло. На основании результатов этих опытов Либих вместе со своим коллегой Юлиусом фон Майером составил первые в мире таблицы калорийности продуктов питания и на их основе попытался рассчитать научно обоснованный рацион для прусских солдат.

Знаменитым последователем Юстуса фон Либиха стал американский агрохимик Уилбур Олин Этуотер (1844–1907). Он первым додумался измерять энергоемкость компонентов пищи и придумал схему подсчета калорийности любых продуктов питания. Ему не пришлось начинать с нуля. Три года (1869–1871) Этуотер провел в Германии, где изучал опыт европейских коллег-агрохимиков. Здесь он не только вдохновился идеями физиологической калориметрии, посеянными Либихом, но и освоил некоторые методики эксперимента.

Сегодня его называют отцом диетологии. «Большую часть сведений о пище и ее компонентах, которыми мы пользуемся сегодня, мы почерпнули из экспериментов Этуотера», — говорит Эрика Тэйлор, профессор химии Веслеанского колледжа в Коннектикуте, где в свое время работал У. О.Этуотер. Действительно, столь хорошо знакомые нам значения калорийности углеводов (4 ккал/г), белков (4 ккал/г) и жиров (9 ккал/г) впервые экспериментально получил Этуотер. Но и теперь, спустя сто двадцать лет, диетологи используют эти цифры при подсчете энергетической ценности продуктов питания. Система Этуотера по сей день лежит в основе маркировки продуктов. И в этом смысле, как верно подметил кто-то из журналистов, Уилбур Этуотер — самый цитируемый ученый в мире.

Основные факторы Этуотера

Как пишет американский антрополог Ричард Рэнгем в своей книге «Зажечь огонь: как кулинария сделала нас людьми» (Москва, Астрель, 2012), Этуотер мечтал устроить так, чтобы бедняки могли на свои скромные средства покупать достаточно еды, обеспечивая себя необходимой энергией. Для этого надо было понять, сколько калорий содержится в разных продуктах и сколько их нужно человеку, чтобы обеспечить энергией его жизнь. В то время наши сведения о составе продуктов были скудноваты. В 70-х годах XIX века еще не знали о витаминах, микроэлементах, антиоксидантах и их важности для организма. Значение кальция и фосфора признавали, но не понимали, какова их роль. Впрочем, Этуотер решал «энергетические» проблемы, а в то время уже точно знали, что энергию организму дают три основных компонента пищи: белки, жиры и углеводы. Здесь-то Этуотеру и понадобилась калориметрическая бомба. В ней он измерял, сколько тепла выделяется при полном сгорании точной навески типичных белков, жиров и углеводов. Конечно, есть различные белки, как, впрочем, жиры и углеводы. Но их теплотворная способность внутри каждой группы различалась не сильно.

Однако одной теплоты сгорания недостаточно. Необходимо знать, сколько каждого из этих компонентов содержится в продуктах. Решение было найдено сугубо химическое. С помощью эфира Этуотер экстрагировал жир из измельченного кусочка пищи, вес которого ему был точно известен. А затем определял вес вещества (жира), перешедшего в эфир. Так можно было подсчитать содержание липидов в продукте. Кстати, этот же несложный метод применяют и в наши дни.

С белками пришлось повозиться, поскольку нет анализа, позволяющего определить общее количество белков в том или ином продукте. Однако Этуотер знал, что в среднем около 16% массы белка приходится на азот. Он придумал, как определять количество азота в пище, и через него рассчитывал содержание белка.

С углеводами похожая проблема: определять их общее содержание в пище тогда не умели. Здесь выручила арифметика. Этуотер сжигал навеску пищи и определял количество образовавшегося пепла, содержащего только неорганические вещества. Теперь не составляло труда определить общее содержание органики (исходный вес пищи минус пепел). Вычитая из этого значения массу жира и белка, Этуотер получал содержание углеводов.

Однако не вся съедаемая пища усваивается нашим организмом. Сколько же проскакивает вхолостую? Это важно было знать и учитывать при оценке энергетической ценности продукта. Чтобы ответить на этот вопрос, Этуотеру пришлось обследовать фекалии людей, чей рацион питания был точно известен. По его расчетам оказалось, что в среднем доля неусвоенной пищи составляет не более 10%.

В результате всех этих экспериментов и расчетов, которые заняли не один год, Этуотер наконец провозгласил: энергетическая ценность белков и углеводов, съедаемых человеком, составляет 4 ккал/г, а жиров — 9 ккал/г. Эти магические цифры назвали факторами Этуотера, его подход — системой Этуотера. К 1896 году он разработал таблицы калорийности. Именно ими пользовались составители справочника Министерства сельского хозяйства США «Национальная база данных питательных веществ» и справочника «Состав пищевых продуктов».

Система Этуотера оказалась на редкость универсальной и живучей. Достаточно сказать, что общие факторы и по сей день остаются неизменными. Но при этом система гибкая и открытая для разных дополнений и уточнений. Сам Этуотер со временем добавил в свою схему спирт (7 ккал/г), обоснованно считая его калорийным источником энергии. Правда, после того, как ученый опубликовал результаты исследования, производители алкогольной продукции немедленно ухватились за тезис «спирт дает много калорий человеческому организму» и стали активно использовать его в рекламе своей продукции. Это сильно огорчило Этуотера, и он посчитал необходимым каждый год обязательно читать студентам одну лекцию о вреде алкоголя и пользе умеренности во всем.

В ХХ веке биохимия питания развивалась чрезвычайно активно, позволяя исследователям получать все новые данные. Уже во второй половине прошлого столетия в систему внесли новые факторы для пищевых волокон (некрахмалистых полисахаридов). Известно, что эта группа веществ усваивается намного хуже углеводов, поэтому их энергетическая ценность была заметно ниже — 2 ккал/г. Удалось даже учесть энергию, которую расходует организм на производство мочи и газов.

В 1955 году общие факторы дополнили конкретными: белок яйца — 4,36 ккал/г, белок коричневого риса — 3,41 ккал/г и т. д. То же и с содержанием азота в белке: вместо среднего показателя в 16% стали использовать конкретные цифры — например, 17,54% для белка макарон и 15,67% для белка молока.

Впрочем, эффект от всех этих мелких уточнений оказался настолько мал, что многие диетологи по-прежнему используют общие факторы Этуотера. Гораздо более серьезные проблемы этой системы связаны с другим.

Неучтенные факторы

Первый крупный недостаток заключается в том, что система Этуотера не учитывает расход энергии на пищеварение. Люди тратят на пищеварение, конечно, значительно меньше энергии, чем, скажем, змеи и рыбы. Но тем не менее эти траты заметны. За переваривание пищи нам приходится расплачиваться энергией. Легче всего переваривается жир, затем углеводы, хуже всего — белки. Чем больше доля белка в пище, тем выше расходы на пищеварение. Рэнгем в своей книге упоминает одно исследование 1987 года, которое показало, «что люди, в рационе которых содержалось много жиров, получали такую же прибавку в весе, что и те, кто употреблял почти в пять раз больше калорий, но в виде углеводов». Однако значение имеет не только химический состав продукта, но и его физическое состояние. Очевидно, что организм будет тратить больше энергии на переваривание сырой пищи, а не вареной, жесткой, а не мягкой, состоящей из крупных частиц, а не из мелких, холодной, а не горячей. Получается, что калорийность пищи многократно обработанной, измельченной, пропаренной-проваренной и максимально размягченной выше, чем у приготовленной из тех же продуктов, но обработанной менее интенсивно.

Когда мы отправляемся в больницу навестить заболевшего друга или родственника, мы приносим с собой куриный бульон и отварную куриную грудку, или паровые котлетки, или пюре… Не потому, что это вкусно и просто приготовить (кто-то не любит куриные грудки). А потому, что это самое нежное мясо у курицы, где практически нет соединительных тканей. Оно очень мягкое, поэтому легко усваивается, не отбирая у больного лишней энергии на переваривание (она пригодится ему для выздоровления) и давая при этом больше калорий. В этом смысле калорийность куриных грудок выше, чем куриных окорочков.

Хорошая иллюстрация к сказанному — известное исследование, выполненное японским ученым Киоко Ока с соавторами (K.Oka et al, «Food texture Differences Affect Energy Metabolism in Rats», «Journal of Dental Research», 2003, 82, 491–494). Исследователи содержали 20 крыс в разных режимах питания: половине давали обычный гранулированный корм, над которым надо было потрудиться, чтобы его разгрызть, вторую половину животных кормили теми же гранулами, только вздутыми, как хлопья для завтрака. Условия содержания животных и их нагрузки были одинаковыми. Казалось бы, как может повлиять способ приготовления пищи на рост животных? Еще как может.

Крысы перешли на рацион с разными гранулами в возрасте четырех недель. На 22-й неделе различия стали заметны невооруженным глазом. Крысы, питавшиеся мягкой пищей, в среднем весили на 37 граммов (примерно на 6%) больше тех, кого кормили твердыми гранулами, а жира у них было больше в среднем на 30%, что уже классифицируется как ожирение. От мягкой, сильно переработанной пищи крысы толстели, потому что тратили значительно меньше энергии на пищеварение. Получается, что воздушные хлопья калорийнее твердых гранул.

Физическое состояние пищи — это ловушка для системы Этуотера. Он полагал, и это заложено в его системе в качестве одного из основных факторов, что в организме не переваривается 10% пищи, которая выводится с фекалиями. Этуотер думал, что эта величина постоянная и не зависит от консистенции пищи. Возможно, в его времена не было белоснежной муки невероятно тонкого помола. Но сегодня мы знаем, что именно эта мука усваивается на 100%. А если мы едим выпечку из муки крупного помола, то треть ее выводится из организма непереваренной.

У системы Этуотера есть еще один подводный камень, который можно назвать «биоразнообразием». Все мы очень разные, разные генетически, а значит — биохимически и метаболически. Сколько раз нам доводилось удивляться волчьему аппетиту худых людей, которые, несмотря на большие объемы поглощаемой пищи, не толстеют. А дело в том, что худые люди в норме затрачивают на пищеварение больше энергии, чем полные. Поэтому, съев пищу той же калорийности, полный человек прибавит в весе больше, чем худой.

Итак, в системе Этуотера не учтен весомый вклад, который вносят в калорийность пищи ее физические свойства и способы приготовления, наконец — метаболический портрет каждого из нас. А значит, мы не можем оценить с помощью этой системы реальную питательную ценность собственного рациона. На прилавках все больше калорийных продуктов, хотя они не выглядят таковыми, если судить по составу и заявленной калорийности на этикетках. Они вводят нас в заблуждение, потому что ничто из того, о чем мы говорили в этой главе, в этих надписях не учтено. А мы тем временем продолжаем толстеть от пищи, которую легко переваривать.

Можно ли все эти дополнительные, но столь важные факторы учесть в системе Этуотера? Чрезвычайно трудно, если вообще возможно. Методически это невероятно сложная задача. Ведь потребуется провести гигантское количество экспериментов, чтобы получить реальные значения питательной ценности конкретных продуктов, учитывающие их консистенцию, способ приготовления, сочетания с другими продуктами и нашу биохимическую индивидуальность.

Обойдемся без калорий?

А сколько человеку нужно калорий? На этот вопрос, который поставил перед собой Этуотер в самом начале своих исследований, он смог дать исчерпывающий ответ. Вместе со своими коллегами по Веслеанскому колледжу Эдвардом Росой и Френсисом Бенедиктом он сконструировал специальную вентилируемую камеру-калориметр, в которой мог находиться человек, работать и отдыхать. Выделяемое им тепло определяли по разности температур воды, которая протекала через систему трубок, проложенных в камере, — на входе и на выходе. С ее помощью в 1896 году он начал исследовать, сколько энергии человек тратит в состоянии покоя, бодрствования и при разного рода деятельности, сколько потребляет кислорода и сколько производит углекислого газа. Объектами исследования в первую очередь становились его студенты.

На основании результатов этих измерений Этуотер впервые подсчитал баланс между энергией, поступающей в организм с пищей и расходуемой человеком. Он подтвердил, что и в человеческом организме работает закон сохранения энергии: она никуда не исчезает, а переходит из одной формы в другую. Интересно, что до Этуотера в научных кругах бытовало мнение, будто первый закон термодинамики применим к животным, но никак не к человеку, поскольку человек уникален. Этуотер не только опроверг это заблуждение, но и впервые доказал: если человек не использует полностью энергию, поступающую в его организм с пищей, то она запасается в виде избыточных килограммов.

Этуотер изучал рационы огромного количества самых разных семей разных слоев общества. Анализируя результаты, он с грустью отмечал, что люди все больше едят жирного и сладкого и все меньше двигаются. Уже тогда он говорил о важности дешевой и эффективной диеты, которая включает больше белков, бобов и овощей вместо углеводов.

Этуотер внес огромный вклад в науку о питании. Это не только результаты более 500 научных работ и полутора сотен статей. Он сумел добиться создания Федерального фонда США по исследованию пищи. В 1894 году впервые по законопроекту правительство США ассигновало десять тысяч долларов на исследования пищевых продуктов и рационов. Большую их часть выполнил Этуотер. Спустя сто лет федеральная поддержка этих программ возросла до 82 миллионов долларов. И он предвидел то, что мы начнем толстеть, потому что больше едим и меньше двигаемся. Предвидел в конце XIX века.

Калорийность и химический состав по-прежнему подсчитывают по системе Этуотера, пусть и подправленной в ХХ веке. Да, сегодня мы понимаем, что она дает грубые оценки. Но это лучше, чем ничего.

Судя по всему, скрупулезный подсчет калорий в магазине и ресторане теряет смысл. На что же ориентироваться? На простые правила, которые прошли испытание временем и не нуждаются в корректировке: быть умеренным в еде, больше двигаться, избегать фастфуда и сладких напитков, больше овощей и фруктов, самому готовить домашнюю еду из свежих продуктов. Все это вы знаете не хуже меня.

Но вот еще один аргумент, достойный внимания. Джуди Макбрайд из Научно-исследовательской сельскохозяйственной службы Министерства сельского хозяйства США очень верно подметила: «Кто знает, сколько неизвестных компонентов, полезных и необходимых для нашего организма, мы еще не открыли или не заметили в пищевых продуктах? Именно поэтому крайне важно получать питательные вещества вместе со свежими натуральными продуктами, а не с витаминными добавками».

Напоследок предлагаю вам несколько правил (всего их 64), взятых из книги популярного американского журналиста Майкла Поллана «Библия питания», которую выпустило издательство «Астрель» в ушедшем году.

• Правило 1. Ешьте настоящую еду, а не промышленные новинки.
• Правило 8. Избегайте пищевых продуктов, которые рекламируют как полезные для здоровья.
• Правило 13. Ешьте только то, что потом испортится.
• Правило 20. То, что просунули в окно вашей машины, пищей не считается.
• Правило 27. Ешьте животных, которые и сами хорошо питались.
• Правило 29. Питайтесь как всеядное существо.
• Правило 37. Чем белее хлеб, тем быстрее в гроб.
• Правило 39. Ешьте что угодно, если вы приготовили это сами.
• Правило 42. К нетрадиционным блюдам относитесь скептически.
• Правило 44. Платите больше, ешьте меньше.
• Правило 47. Ешьте от голода, а не от скуки.
• Правило 49. Ешьте помедленнее.
• Правило 52. Покупайте маленькую посуду.
• Правило 56. Перекусывайте только необработанной растительной пищей.
• Правило 57. Не заправляйтесь там же, где машины.
• Правило 58. Ешьте только за столом.
• Правило 59. Старайтесь не есть в одиночестве.
• Правило 63. Готовьте сами.
• Правило 64. Время от времени нарушайте правила.

Энергия выделяемая при гидролизе ATP

    Более универсальна предложенная Г.В.Карпенко [25] адсорбционно-электрохимическая гипотеза коррозионной усталости, согласно которой первичным актом взаимодействия коррозионной среды с деформируемым металлом является адсорбция молекул среды, приводящая к термодинамически неизбежному изменению поверхностной энергии металла [26], а также возможное наводороживание катодных участков металла, вызывающее водородную усталость.В дальнейшем будет показано, чтб водород также интенсивно выделяется в устье развивающейся коррозионноусталостной трещины в нейтральной коррозионной среде, представляющей собой растворы солей, слабые растворы кислот или просто в воде за счет процесса гидролиза среды, ее подкисления от pH = 7 до pH = 3 и ниже [27 — 31].  [c.15]
    Ангидриды фосфорной кислоты. Как указывалось выше, лучшим примером высокоэнергетического соединения может служить ангидрид фосфорной кислоты — АТФ. Из табл. 5 видно, что при гидролизе 1 моль этого соединения до АДФ и неорганического фосфата или до АМФ и пирофосфата выделяется более 7 ккал свободной энергии. Приблизительно такими же величинами АС при pH 7 характеризуются и другие ангидриды фосфорной кислоты. Способность соединений этого типа выделять большое ко,пичество энергии при гидролизе легче всего понять, рассмотрев химически более простое, но весьма близкое по своей природе соединение — ангидрид уксусной кислоты. Большая отрицательная величина изменения свободной энергии, характеризующая гидролиз ангидрида уксусной кислоты при pH 7, определяется двумя факторами. Первый из них — это стабилизация электрофиль-ного карбонильного атома углерода за счет подачи к нему электрона и его дестабилизация при оттягивании электрона. Поскольку ацетильная группа является достаточно сильным электроноакцепторным заместителем, замещение приводит к дестабилизации ангидрида уксусной кислоты по отношению к продуктам реакции гидролиза. Влияние этого фактора легко почувствовать, сравнив реакционную способность ацетилхлорида, ангидрида уксусной кислоты, ацетилфосфата, этилацетата и ацетамида. Хотя в названном ряду действуют, конечно, и другие факторы, однако четко видно, что реакционная способность этих производных уксусной кислоты уменьшается при уменьшении электроноакцепторной способности заместителя у карбонильного углерода. Вторым фактором является значительно более высокая стабильность продуктов гидролиза ангидрида уксусной кислоты при pH 7 по сравнению со стабильностью самого ангидрида, о чем свидетельствует тот факт, что энергия резонанса ангидрида уксусной кислоты (29 ккал) значительно меньше энергии резонанса двух ацетат-ионов (36 ккал), являющихся продуктами гидролиза при pH 7. Уменьшение энергии резонанса при образовании ангидрида обусловлено тем, что я-электроны атома кислорода, связывающего два карбонильных атома углерода, не могут удовлетворить потребности в электронах обоих карбонилов одновременно  [c. 36]
    Главное химическое свойство АТР (а также в некоторой степени и других аденозинфосфатов) обусловлено нестабильностью его водных растворов. АТР легко гидролизуется уже при 0 С в кислой, нейтральной и ш,елочной средах, выделяя при этом заметное количество энергии — гидролиз идет ступенчато до АДР и АМР. Легкость гидролиза этого класса веществ обусловлена ангидридным характером связей между фосфатными фрагментами. [c.284]

    В дальнейшем энергия выделяется при гидролизе эфирных связей, например при гидролизе 1,3-дифосфоглицериновой кислоты  [c.96]

    АТФ выступает в роли кофермента, участвующего совместно с определенными ферментами в катализе биохимических реакций. Близкий к нему кофермент аденозиндифосфат, АДФ, обладает такой же структурой, как и АТФ, но содержит на одну фосфатную группу меньше. Одна из важнейших функций АТФ — выделение энергии при гидролизе до АДФ. Существуют убедительные доказательства того, что эта реакция — основной источник знергии в живых организмах, причем в зависимости от ферментативной системы эта энергия гидролиза может выделяться в виде тепла, электричества, сокращения мускулов или использоваться на проведение эндотермических синтезов. Эти реакции будут подробно рассмотрены в гл. 40, а сейчас приведем лишь данные для суммарной реакции  [c.467]

    При использовании энергии АТФ этот нуклеотид сначала сорбируется на соответствующем ферменте, а затем гидролизуется. Иногда энергия выделяется при сорбции АТФ, а не при гидролизе при этом сорбированный ( распятый на ферменте) АТФ выступает как низкоэнергетическое соединение (см. разд. 5.1.1). В подобных случаях сродство АТФ к ферменту оказывается много большим, чем сродство АДФ и фосфата, и роль гидролиза связанного АТФ ограничивается удалением продуктов реакции из активного центра фермента. [c.21]

    Углеводы являются чрезвычайно важным классом природных соединений. Исследование их химических свойств может дать ценную информацию о механизмах реакций и стереохимии. Значительным достижением в настоящее время является применение углеводов в качестве хиральных синтонов и заготовок для стерео-специфического синтеза таких соединений, как простагландины, аминокислоты, гетероциклические производные, липиды и т. д. Для биолога значение углеводов заключается в доминирующей роли, которая отводится им в живых организмах, и в сложности их функций. Углеводы участвуют в большинстве биохимических процессов в виде макромолекулярных частиц, хотя во многих биологических жидкостях содержатся моно- и дисахариды, а большинство растений содержит глюкозу, фруктозу и сахарозу. Только растения способны осуществлять полный синтез углеводов посредством фотосинтеза, в процессе которого атмосферный диоксид углерода превращается в углеводы, причем в качестве источника энергии используется свет (см. гл. 28.2). В результате этого накапливается огромное количество гомополисахаридов — целлюлозы (структурный материал) и крахмала (запасной питательный материал). Некоторые растения, в особенности сахарный тростник и сахарная свекла, накапливают относительно большие количества уникального дисахарида сахарозы (а-О-глюкопиранозил-р-О-фруктофуранозида), который выделяют в значительных количествах (82-10 т в год). Сахароза — наиболее дешевое, доступное, Чистое органическое вещество, запасы которого (в отличие от запасов нефти и продуктов ее переработки) можно восполнять. -Глюкоза известна уже в течение нескольких веков из-за ее способности кристаллизоваться из засахаривающегося меда и винного сусла. В промышленном масштабе ее получают гидролизом крахмала, причем в настоящее время применяют непрерывную Схему с использованием ферментов, иммобилизованных на твердом полимерном носителе. [c.127]

    Точка X на вершине кривой (см. рис. 3), характеризующей изменение свободной энергии в ходе реакции, соответствует последней устойчивой конфигурации, через которую молекулы исходных веществ проходят на пути их превращения в продукты эта конфигурация носит название активированного комплекса, или, как его чаще называют, переходного состояния. Следует подчеркнуть, что переходное состояние представляет собой предельно неустойчивое сочетание реагирующих молекул, через которое они проходят в процессе реакции, и это состояние ни в коем случае нельзя путать с промежуточным соединением, которое реально может быть выделено. Примером переходного состояния может служить состояние I, возникающее при щелочном гидролизе бромистого метила [c. 57]

    Когда молекула гидролизуется, напряжение в молекуле резко уменьшается, продукты гидролиза очень стабильны, следовательно, выделяется энергия. Устойчивость продуктов гидролиза (фосфатов) также объясняется наличием резонансных структур в молекуле фосфата. [c.74]

    ТОВ. Это вещество участвует во многих реакциях биологического окисления, поэтому его рассмотрение можно было бы с равным успехом включить в раздел, посвященный окислительно-восстановительным системам. Фундаментальная роль АТР состоит в том, что энергия, которая выделяется при гидролизе имеющихся в его молекуле пирофосфатных связей, служит движущей силой различных биохимических процессов. [c.213]

    Переход к нуклеотиду (АТФ), связанный с появлением нового координационного центра в виде замещенного фосфат-иона, не экранированного соседними фрагментами молекул, вновь приводит к достаточно устойчивым комплексам с = 6,13. Аденозинтрифосфат является основным источником энергии, необходимой для протекания жизненно важных биохимических реакций. Этот нуклеотид запасает энергию в фосфор—оксидных мостиках (Р-О-Р), которые в процессе гидролиза выделяют ее сполна. [c.181]

    Как видно из схемы, всосавшиеся аминокислоты в первую очередь используются в качестве строительного материала для синтеза специфических тканевых белков, ферментов, гормонов и других биологически активных соединений. Некоторое количество аминокислот подвергается распаду с образованием конечных продуктов белкового обмена (СО,, Н,0 и МНз) и освобождением энергии. Подсчитано, что в организме взрослого человека, находящегося на полноценной диете, образуется примерно 1200 кДж в сутки за счет окисления около 70 г аминокислот (помимо пищевых, также эндогенных аминокислот, образующихся при гидролизе тканевых белков). Это количество составляет около 10% от суточной потребности организма человека в энергии. Количество аминокислот, подвергающихся распаду, зависит как от характера питания, так и от физиологического состояния организма. Например, даже при полном голодании или частичном белковом голодании с мочой постоянно выделяется небольшое количество азотистых веществ, что свидетельствует о непрерывности процессов распада белков тела. Аминокислоты, как и белки, не накапливаются и не откладываются в тканях (наподобие жиров и гликогена), и у взрослого человека при нормальной обеспеченности пищевым белком поддерживается довольно постоянная концентрация аминокислот в крови (см. главу 16). [c.429]

    Как же построен этот многообразный носитель химической энергии, который в живой природе является единственным в своем роде Чтобы избежать сложных химических формул, мы символизируем его как А — (Р) — (Р) — (Р), где А будет обозначать нуклеозид, а (Р)—фосфатный остаток (табл. 10.2). Фосфат может быть легко отщеплен от нуклеозида путем энзиматического гидролиза или с помощью минеральной кислоты, причем выделяется энергия в количестве 12 ккал/моль, из которых свободная энергия составляет ДО = —11,5 ккал, [c.466]

    Активный (т. е. энергозависимый) транспорт молекул через мембрану против градиента концентрации осуществляется при участии мембранных белков, использующих для процесса транслокации энергию гидролиза АТФ. В отличие от пассивного транспорта, который идет самопроизвольно, белки-переносчики должны не только транспортировать молекулу через мембрану, но и обладать АТФ-азным действием, т. е. катализировать гидролиз АТФ, который является основным источником энергии для активного транспорта. В зависимости от способа использования энергии для транспорта молекул выделяют первично- и вторично-активный транспорт. [c.310]

    Аденозин-5 -трифосфорная кислота (АТФ)—бесцветное водорастворимое вещество, образует стабильные соли. Связи Р—О—Р легко гидролизуются, при этом выделяется значительное количество энергии (33—46 кДж/моль)  [c.714]

    НИИ вплоть до углекислого газа. В результате выделяется значительное количество энергии. Жиры нерастворимы в воде и поэтому не могут непосредственно усваиваться организмом. Разложение пищевых жиров — это сложный процесс, идет он в основном в кишечнике. Вначале жиры под действием желчи переходят в стойкую эмульсию подобно эмульсии жира в воде — молоку. Затем под действием особого биологического катализатора — фермента липазы — жиры расщепляются на жирные кислоты и глицерин. Продукты гидролиза всасываются в ткань стенки кишечника, где вновь синтезируется жир, характерный для данного организма. Затем жир распределяется по другим органам и тканям. Жиры в животном организме либо отлагаются как запасные питательные вещества либо подвергаются сложным превращениям в клетках тканей в процессе обмена веществ. [c.150]

    Выделяя вместо аммиака мочевину, уреотелич кие животные оплачивают это свое преимущество, теряя, согласно оценке, около 15% энергии тех аминокислот, которые служат источником этой мочевины. У некоторых жвачных животных эти потери энергии в той или иной мере возмещаются. Так, у коровы, например, значительная часть мочевины поступает из крови в первый отдел желудка (рубец). Обитаюпще здесь бактерии используют ее в качестве источника NHj для синтеза аминокислот, которые затем всасываются и утилизируются организмом хозяина. У верблюда мочевина поступает в желудочно-кшпечный тракт и возвращается в цикл тем же способом, что избавляет животное от потерь воды, неизбежных при выделении мочевины с мочой. Это одно из тех биохимических и физиологических приспособлений, которые дают возможность верблюду обходиться очень малым количеством воды. Ни жвачные, ни какие-либо другие группы животных не способны сами по себе, без помощи микроорганизмов, использовать мочевину в качестве источника аминогрупп для синтеза аминокислот. Причина этого в том, что у них отсутствуют ферменты, необходимые для того, чтобы гидролизовать или использовать мочевину. [c.595]

    Гидролиз второго фосфатного остатка протекает аналогичным образом с выделением свободной энергии (но эта энергия не может служить для химических процессов, полезных живому организму). Третий фосфатный остаток тоже может отщепляться при гидролизе однако эта реакция протекает значительно труднее и выделяется намного меньшее количество энергии [c. 250]

    Какими структурными особенностями молекулы АТР следует объяснить тот факт, что при гидролитическом отщеплении его концевой фосфатной группы выделяется гораздо больше свободной энергии, чем, например, при гидролизе глюкозо-6-фосфата Для того чтобы ответить на этот вопрос, требуется учесть свойства не только субстрата, но и продуктов реакции, потому что изменение стандартной свободной энергии есть разность между свободной энергией исходных веществ и свободной энергией продуктов реакции. Величина стандартной свободной энергии гидролиза АТР определяется тремя главными структурными факторами. Первый из них-это степень диссоциации самого АТР и продуктов его гидролиза. При pH 7,0 АТР почти полностью ионизован, т.е. существует в виде аниона АТР» . В результате гидролиза АТР образуются не один, а три продукта АВР НРО и Н . Суммарное уравнение гидролиза АТР имеет следующий вид  [c.417]

    Жиры являются необходимой и весьма ценной составной частью пищи. С жирами организм получает значительно большее количество энергии, чем с таким же количеством белков и углеводов (по весу и объему). При усвоении 1 г жира выделяется 9,3 ккал. После приема в пищу жиров долго сохраняется ощущение сытости, что позволяет принимать пищу через более продолжительные промежутки времени. В природных жирах в качестве примесей содер-жется и другие полезные вещества, в том числе витамины А, Д, Е. Средний суточный рацион для человека 60—70 г жира. Жиры в организме вследствие их энергетической ценности служат резервным питательным веществом. В кишечнике под влиянием ферментов (липазы) жиры подвергаются гидролизу на глицерин и органические кислоты. Продукты гидролиза всасываются стенками кишечника и в организме синтезируются новые жиры. [c.188]

    При обратной реакции — гидролизе АТФ до АДФ илн до АМФ поглощенная энергия выделяется и обеспечивает протекание биохимических процессов. Имеется еще ряд соединений с так называемыми высокозиергегическими фосфатными связями, энергия гидролиза которых используется организмами. Однако АТФ в этом плане более универсальное соединение. Энергию, необходимую для синтеза АТФ, организмы получают при дыхании в ходе постепенного окисления органических молекул до Oj и HiO. Высшие растения путем синтеза АТФ утилизируют до 40% энергии, выделяющейся при дыхании. Кроме этого, для синтеза АТФ они используют и часть поглощенной световой энергии. [c.327]

    Реакции, идущие с поглощением свободной энергии, называются эндергони-ческими, с выделением энергии — экзергоническими. Эндергонические реакции требуют поступления энергии от внешнего источника. Живые организмы не могут использовать для этой цели подводимую извне тепловую энергию, как при реакциях химического синтеза. Однако, у них есть возможность использовать энергию одновременно протекающих экзергонических реакций, в которых участвуют так называемые высокоэнергетические (макроэргнческие) соединения. Эти соединения содержат связи, при расщеплении которых, например в результате гидролиза, выделяется значительное количество энергии.  [c.326]

    Темновая стадия (цикл Кальвина) включает восстановление углекислоты сильным восстановителем никоти-намидадениндинуклеотидом. Необходимая для этого энергия выделяется при гидролизе АТР до ADP. [c.249]

    Важным для реакционного поведения анилина при этом является появление полярных формул (II и III). Можпо показать, что при пирамидальном строении молекулы доля участия этих предельных формул в основном состоянии уменьшилась бы по сравнению со структурой 1 в этом случае структуру I следовало бы писать с точками вместо крестиков х, так как оба находящихся у азота электрона были бы уже не л-электронами. Занятость неподеленной электронной пары у азота делает понятным, почему анилин имеет гораздо меньшУЮ основность, чем алифатические амины для связывания протона эта пара может быть использована не так легко при образовании соли она должна быть с определенной затратой энергии выделена из всего комплекса связи. Изменение основности нитроанилинов в ряду орто-, мета-, пара- (это изменение может быть определено из скорости гидролиза гидрохлоридов) также может быть объяснено мезомерией между бензоидной и хиноид-ной формами [119].  [c.389]

    Сам по себе процесс транслокации еще недостаточен 1ля активного транспорта ионов. Нужна энергия, чтобы 1рочно связанные ионы оторвались от центров связывания, та энергия в конечном счете обусловлена гидролизом ТФ. Но на этапе 2, где этот гидролиз происходит, обра-5уется Е/ Ф-комплекс с макроэргической фосфатной вязью. Высвобождение энергии происходит на третьем 9тапе работы Са -АТФ-азы в результате изменения характера связи фосфатной группы с ферментом связь становится обычной, при ее гидролизе энергии выделяется немного. Энергия, ранее сосредоточенная в макроэргической фосфатной связи, расходуется на изменение константы связывания ионов кальция с ферментом. Константа связывания становится равной примерно 10 л/моль. С энергетической точки зрения это означает изменение энергии связывания АО при связывании Са внутри везикул равна всего лишь 17,8 кДж/моль (АС —5,9 lg/ . кДж/моль). Перенос Са с одной стороны мембраны на другую сопровождается, таким образом, затратой энергии, которая может составлять 37,4 — 17,8 = 19,6 кДж/моль. Ясно, что энергии гидролиза АТФ (около 40 кДж/моль) хватает на перенос двух ионов кальция. Действительно, [c.131]

    Перенос электронов в ходе фотосинтеза в норме цриводит к образованию восстановительной силы в форме АТР и ЫАОРНг. Об АТР обычно говорят как о соединении, богатом энергией, и в этой связи уместно разобраться — почему Как мы уже видели, для разрыва химических связей всегда необходима энергия, а если в ходе какой-то реакции энергия выделяется, то в некоторых случаях ее можно определить простым вычитанием суммы энергий, затрачиваемых на разрыв связей, из общей энергии, высвобождающейся при образоваиии связей. При при-мененгш этого подхода к реакции гидролиза АТР (рис. 2.2) можно ожидать, что полная энергия останется без изменений, так как разрушается и образуется равное число связей соответственно О—Р и О—Н. [c.29]

    Энергия, необходимая для работы мышцы, выделяется в результате ферментативного гидролиза АТФ под действием мышечного белка миозина. Удельный вес мышцы, содержащей 10% миозина (мол. вес 2-10 ), приблизительно равен единице, коэффициент диффузии АТФ в мышце равен 10 см /сек. Реакция гидролиза АТФ под действием миозина характеризуется значениями кат=100 сек-, /(т(каж)= 10- М. Оцбнить, (при какой толщине мышечного волокна (моделируя его пластинкой) работа мышцы начнет лимитироваться диффузией, если начальная концентрация АТФ равна 1 10 3 М. [c.275]

    Превращение белков в организме. В организмах животных и человека под влиянием ферментов (пепсина, трипси—на, эрепсина и др.) происходит гидролиз белков. В результате этого образуются аминокислоты, которые всасываются ворсинками кишечника в кровь и используются для образования белков, специфических данному организму. Синтез белков идет с поглощением энергии. Эту энергию доставляют молекулы АТФ. (Повторите из учебника Общая биология 42.) В организме одновременно с синтезом белков непрерывно происходит и полное их разрушение, вначале до аминокислот, а затем до оксида углерода (IV), аммиака, мочевины и воды. При этих процессах выделяется энергия, но Б меньшем количестве, чем при распаде углеводов и жиров. [c.21]

    Существенно, что потенциальная возможность дать заметный экзо-евободноэнергетический эффект при обычной температуре и в присутствии воды практически почти не проявляется молекулами АТФ в отсутствие специальных катализаторов — ферментов гидролиз в таких условиях идет крайне медленно. Таким образом, макроэргическая связь — О Р является как бы хранилищем возможного совершения химической работы за счет свободной энергии гидролитического процесса. Ферментативный катализ при гидролизе АТФ позволяет эффекту ДО выделяться не в виде тепла, но путем передачи заметных по величине квант энергии другим молекулам, которые и подвергаются эндгтермической перестройке, полимеризации, присоединению радикалов или молекул, реакциям замещения и т. п. [c.330]

    ДНпл 12,5 кДж/моль, ДНвоаг 72,8 кДж/моль 5° 62,8 Дж/(моль-К). Степень окисл. —2, -1-2, -1-4 и -Ьб. На воздухе окисляется в водных р-рах сильно гидролизе-ван реаг. с р-рами к-т с Нг образует летучий гидрид. Ро получ. облучением металлич. Bi нейтронами, а также из отходов переработки урановых руд выделяют П., используя методы соосаждения, экстракции, хроматографии, электрохим. методы. °Ро (а-излучатель) — источник энергии в атомных батарейках на спутниках, а также в переносных устройствах в смеси с Ве примен. для приготовления ампульных источников нейтронов. Высокотоксичен (ПДК в воде 3-10 мкКи/мг, в воздухе 2-10 мкКи/см ). [c.471]

    Н, к. разлагается в парах до О , СН3 СООН, СО2, СН3ОН и др. энергия диссоциации связи О—О 125-142 кДж/моль. Гидролизуется водными р-рами щелочей при комнатной т-ре (кат.-переходные металлы, Р1-чернь). Сильный окислитель из р-ров иодидов на холоду выделяет окисляет карбонильные соед. до сложных эфиров эпоксидирует олефины. Обладает сильным антимикробным, бактерицидным, фунгицидным и отбеливающим действием. [c.166]

    Олигосахариды. В растениях олигосахариды представлены главным образом группой сахарозы, куда кроме сахарозы входят олигосахариды, молекулы которых состоят из остатка сахарозы и одного или более остатков О-галактозы (в некоторых случаях это могут быть остатки О-глюкозы или О-фруктозы). Сахароза (а-О-глюкопиранозил-Р-О-фруктофура-нозид) содержится во всех частях растений. Она хорошо растворима в воде, легко гидролизуется и является основным переносчиком связанного углерода и энергии в растениях. Остальные олигосахариды этой группы в растениях служат резервом О-галактозных, О-глюкозных и О-фруктозных остатков и выделены из семян многих растений. [c.332]

    Перейдем к молекулярному рассмотрению. Как уже сказано, источником свободной энергии для активного транспорта служит АТФ. АТФ усиливает активный транспорт, будучи введена внутрь клетки, но ие влияет ка него, находясь во внешней среде. Цз клеточных мембран удалось выделить К, Na-активируемую АТФ-азу. Этот фермент расщепляет АТФ только в присутствии ионов К» » и Na» . Действие АТФ в мембране непосредственно связано с активным транспортом — глюкозид оубаин ингибирует АТФ-азу при той же концентрации, при которой он прекращает работу натриевого насоса. Гидролиз АТФ in vitro с помощью этой АТФ-азы происходит в две стадии. Вначале выделяется АДФ, а неорганический фосфат остается связанным с ферментом. Эта стадия активируется ионами Na»». Второй этап требует ионов К»» и состоит в отщеплении фосфата от фермента. Сходная, но уже пространственная асимметрия свойственна насосу — на внутренней поверхности мембраны его активность зависит от Na, на внешней — от При расщеплении АТФ на мембранах наблюдается переход меченого фосфата из АТФ в фосфопротеи-ды мембраны. Кинетика действия АТФ-азы in vitro характеризуется S-образной зависимостью скорости реакции от концентраций Na»», К+ и АТФ. Гидролиз одной молекулы АТФ в мембране сопровождается выходом из клетки двух-трех ионов Na»». [c.348]

    Б этом случае образуется ион карбония Иб, в котором, согласно принципу Франка — Кондона, атом кислорода гидроксильной группы может особенно легко мигрировать к атому углерода. Поэтому описанным выше способом образуется эпоксид, который, будучи богатым энергией соединением с заслоненной конформацией, в условиях реакции тотчас же гидролизуется. Гидролиз резко стереоспецифичен и приводит к транс-а, а-1,2-гликолю. Таким образом, снова образуется исходное соединение. Следовательно, реакция с конформацией 1Б не дает конечного продукта реакции. В других случаях эпоксид молено выделить, поэтому изложенное рассмотрение подтверждено экспериментально. С другой стороны, конформация 1Б может превращаться в 1А (см. стр. 213), в частности, в данном случае, когда для метильных и гидроксильных групп можно допустить примерно одинаковое заполнение пространства. В конце концов, нз 1А практически исключительно образуется наблюдаемый 1-метил-1-ацетилциклопентан (8.30, IV). [c.509]

    Свойство аденозинтрифосфорной кислоты передавать другим молекулам фосфатные остатки обусловлено особым энергетическим характером связи между группой POjHa и остатком молекулы. При гидролизе аденозинтрифосфорной кислоты, гладко протекающем под действием минеральных кислот или ферментов, выделяется энергия примерно 12 ккал, из которых 11,5 ккал соответствуют свободной энергии, а остаток —энтропийному члену (TAS из уравнения ДС = ДЯ—TAS см. том 1) [c.250]

    Мы видели выше, что в термодинамической шкале фосфорилированных соединений АТР занимает промежуточное положение, т. е. характеризуется средней величиной AG . Именно эта особенность АТР наряду с другими его свойствами позволяет ему служить промежуточным переносчиком фосфатных групп от сверхвысокоэнергетических соединений, т. е. от таких, которые при гидролизе выделяют больше свободной энергии, чем АТР, к акцепторам фосфата, фосфорилированные производные которых характеризуются низким значением AG° и потому при гидролизе в стандартных условиях выделяют меньше свободной энергии, чем АТР. [c.418]

---

Что приводит к освобождению энергии в организме. Обмен веществ и энергии.

Основной и общий обмен веществ

Все пищевые вещества обладают определенным запасом энергии. Организм называют трансформатором энергии, ибо в нем постоянно происходят специфические превращения питательных веществ, приводящие к освобождению энергии и переходу ее из одного вида в другой.

Соотношение между количеством энергии, получаемой с пищей, и количеством затрачиваемой энергии носит название энергетического баланса организма . Для его изучения необходимо определение энергетической ценности пищи.

Исследования показали, что каждый грамм полисахаридов и белков дает 17,2 кДж. При распаде жиров освобождается 38,96 кДж. Отсюда следует, что энергетическая ценность различных пищевых веществ неодинакова и зависит от того, какие в данном веществе содержатся питательные вещества. Так, например, энергетическая ценность орехов оказывается равной 2723,5 кДж, сливочного масла — 3322,2 кДж и т.д. Энергетическая ценность пищевых веществ не всегда совпадает с их физиологической ценностью, ибо последняя еще определяется способностью к усвоению. Пищевые вещества животного происхождения усваиваются лучше, чем растительного.

Методы определения обмена веществ.

Количество энергии, освобождающееся в организме, зависит от химических превращений веществ в нем, т.е. от обменных процессов. Отсюда следует, что количество тепла, выделенное организмом, может служить показателем обмена веществ. Определение количества тепла, т.е. количества калорий, выделенных организмом, дает всю сумму энергетических превращений в виде конечного теплового итога. Такой способ определения энергии носит название прямой калориметрии. Определение количества калорий методом прямой калориметрии производится с помощью калориметрической камеры, или калориметра. Этот метод определения энергетического баланса трудоемкий.

Все эти определения можно произвести гораздо проще, изучая газообмен. Определение количества энергии, выделенной организмом, с помощью изучения газообмена, получило название непрямой калориметрии . Зная, что все количество энергии, выделяемой в организме, есть результат распада белков, жиров и углеводов, зная также, какое количество энергии выделяется при распаде этих веществ и какое количество их подверглось распаду за определенный промежуток времени, можно вычислить количество освобождающейся энергии. Для того, чтобы определить, какие вещества подверглись в организме окислению — белки, жиры или углеводы, вычисляют дыхательный коэффициент . Под дыхательным коэффициентом понимают отношение объема выделенной углекислоты к объему поглощенного кислорода. Дыхательный коэффициент оказывается различным при окислении белков, жиров и углеводов. Суммарная формула распада углеводов выражается следующим уравнением:

(C 6 H 10 O 5) n + 6 n O 2 = 6 n CO 2 + 5 n H 2 O.

Отсюда CO 2 /O 2 = 6/6 = 1.

Для жиров дыхательный коэффициент равен 0,7.

Зная величину дыхательного коэффициента, по таблицам можно определить тепловой эквивалент кислорода , которым называют количество освобождаемой энергии на каждый литр потребленного кислорода. Тепловой эквивалент кислорода неодинаков при разных значениях дыхательного коэффициента. Для определения количества потребленного кислорода и выделенной углекислоты пользуются методом Дугласа-Холдена. Испытуемый берет в рот мундштук, нос закрывает, и весь выдыхаемый за определенный промежуток времени воздух собирается в резиновый мешок. Объем выдохнутого воздуха определяется с помощью газовых часов. Из мешка берут пробу воздуха и определяют в ней содержание кислорода и углекислого газа; вдыхаемый воздух содержит определенное их количество. Отсюда по разности в процентах вычисляют количество потребленного кислорода, выделенного углекислого газа и дыхательный коэффициент. Затем находят соответствующий его величине тепловой эквивалент кислорода, который умножают на количество литров потребленного кислорода. При этом получают величину обмена за тот промежуток времени, в течение которого производилось определение газообмена. Затем переводят эту величину на сутки.

Основной и общий обмен веществ.

Различают общий обмен веществ и обмен веществ при полном покое. Обмен веществ в покое организма называют основным . Его определяют при следующих условиях: человек получает последний раз пищу за 12 ч до опыта. Испытуемого укладывают в постель и спустя 30 мин начинают определение газообмена. В этих условиях энергия тратится на работу сердца, дыхание, поддержание температуры тела и т. д. Но эта затрата энергии невелика. Главные затраты при определении основного обмена связаны с химическими процессами, всегда имеющими место в живых клетках. Величина основного обмена составляет от 4200 до 8400 кДж в сутки для мужчин и от 4200 до 7140 кДж — для женщин.

Обмен веществ может значительно изменяться при различных условиях. Так, например, во время сна обмен оказывается значительно меньшим. Интенсивность основного обмена во время сна уменьшается на 8-10% по сравнению с исследованием во время бодрствования. Во время работы, при мышечной нагрузке, наоборот, обмен значительно увеличивается. Увеличение обмена тем значительней, чем интенсивнее была мышечная нагрузка. В связи с этим работники различных профессий тратят неодинаковое количество энергии в сутки (от 12600 до 21000 кДж). Умственная работа вызывает незначительное повышение обмена веществ: всего на 2-3%. Всякие эмоциональные возбуждения неизбежно приводят к повышению обмена веществ. Обмен веществ изменяется и под влиянием приема пищи. После приема пищи обмен возрастает на 10-40%. Влияние пищи на обмен веществ не зависит от деятельности желудочно-кишечного тракта, оно обусловлено специфическим действием пищи на обмен. В связи с этим и принято говорить о специфическо-динамическом действии пищи на обмен , понимая под этим его увеличение после принятия пищи.

Обмен веществ и энергии — основа процессов жизнедеятельно­сти организма. В организ­ме человека, его органах, тканях, клетках непрерывно образуются, разрушаются, обновляются клеточные структуры и различные сложные химические соединения. Для построения новых клеток организма, их непрерывного обновления, для работы таких органов, как мозг, сердце, желу­дочно-кишечный тракт, дыхательный аппарат, почки и т. д., а так­же для совершения человеком работы нужна энергия. Эту энер­гию человек получает в процессе обмена веществ. Источником энергии, необходимой для жизни, служат пита­тельные вещества, поступающие в организм.

9.7.2. Анаболизм и катаболизм.

В процессе обмена веществ проис­ходят два противоположных и взаимосвязанных процесса: анабо­лизм и катаболизм.

Анаболизм является основой для построения структур иду­щих на восстановление отмирающих клеток, формирования новых тканей в процессе роста организма, для синтеза клеточных со­единений, необходимых для жизнедеятельности клеток. Анаболизм требует затраты энергии.

Энергия для анаболических процессов поставляется реакция­ми катаболизма.

Конечные продукты катаболизма — вода, углекислый газ, аммиак, мочевина, мочевая кислота удаляются из организма.

Соотношение процессов анаболизма и катаболизма определяет три различных состояния: динамическое равновесие, рост, частичное разрушение структур тела. При динамическом рав­ новесии , когда процессы анаболизма и катаболизма уравновеше­ны, общее количество ткани не изменяется. Превалирование ана­ болических процессов приводит к накоплению ткани, происходит рост организма; преобладание катаболизма над анаболизмом при­водит к разрушению ткани, уменьшению массы организма — его истощению. У взрослых обычно при нормальном состоянии орга­низма анаболические и катаболические процессы находятся в состоянии равновесия.

9.7.3. Основные этапы обмена веществ в организме.

Химические превращения пищевых веществ начинаются в пищеварительном тракте. Здесь сложные вещества пищи расщепляются до более простых, способных всосаться в кровь или лимфу. Превращения веществ, происходящие внутри клеток, составляют существо вну­ триклеточного или промежуточного обмена. Решающая роль во внутриклеточном обмене принадлежит многочисленным фермен­там клетки. Ферменты представляют собой белки, которые дейст­вуют как органические катализаторы; сами ферменты в реакциях не участвуют, однако благодаря их деятельности с веществами клетки происходят сложные превращения, разрываются внутри­молекулярные химические связи в них, что приводит к высвобож­дению энергии. Особое значение здесь приобретают реакции окисления и вос­становления. При участии специальных ферментов осуществляют­ся и другие типы химических реакций в клетке: таковы реакции переноса остатка фосфорной кислоты (фосфорилирование), ами­ногруппы NH 2 (переаминирование), группы метила СН 3 (транс­метилирование) и др. Освобождающаяся при этих реакциях энер­гия используется для построения новых веществ в клетке, на под­держание жизнедеятельности организма. Конечные, продукты внутриклеточного обмена частично идут на построение новых веществ клетки, а не используемые клеткой вещества удаляются из организма в результате деятельности ор­ганов выделения. Энергетический метаболизм клеток (образование и превраще­ние энергии) происходит главным образом в митохондриях. В жидкой части клетки — цитоплазме растворены вещества, слу­жащие источником обменных процессов. Основным аккумулятором и переносчиком энергии, используемой при синтетических процес­сах, является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Большая часть энергии, высвобождаемой при катаболических процессах, образуется в митохондриях при участии кислорода — это аэробные реакции . Кроме аэробных реакций в организме про­исходят анаэробные реакции , не требующие кислорода, они чаще происходят в цитоплазме клеток. Анаэробные процессы наиболее характерны для мышечной ткани.

1 вариант.

Часть 1 (А 1 – А 10)

А 1. Какие кости в скелете человека соединены неподвижно?

1.плечевая кость и локтевая; 2. рёбра и грудина; 3. мозгового отдела черепа;

4. грудного отдела позвоночника.

А 2. При свёртывании крови

1.гемоглобин превращается в оксигемоглобин; 2. Растворимый белок фибриноген превращается в нерастворимый фибрин; 3. Образуются гормоны и другие, биологически активные вещества; 4. Уменьшается содержание гемоглобина в крови.

А 3. К возникновению близорукости может привести

1.повышение уровня обмена веществ; 2. чтение текста лёжа; 3. повышенная возбудимость нервной системы; 4. чтение текста на расстоянии 30-35 см от глаз.

А 4. Внутренняя среда организма образована

1.клетками тела; 2. органами брюшной полости; 3. кровью, межклеточной жидкостью, лимфой; 4. содержимым желудка и кишечника.

А 5. К освобождению энергии в организме приводит

1. образование органических соединений; 2. диффузия веществ через мембраны клеток; 3. окисление органических веществ в клетках тела; 4. разложение оксигемоглобина до кислорода и гемоглобина.

А 6. Какими свойством обладают нервная и мышечная ткани?

1.проводимостью; 2. сократимостью; 3. возбудимостью; 4. воспроизведением.

А 7 .Газообмен между наружным воздухом и воздухом альвеол у человека называется

1.тканевым дыханием; 2. биосинтезом; 3. лёгочным дыханием; 4. транспортом газов.

А 8. В желудке человека повышает активность ферментов и уничтожает бактерии

1.слизь; 2. инсулин; 3. желчь; 4. соляная кислота.

А 9. Концентрация глюкозы в крови нарушается при недостаточной функции

1.щитовидной железы; 2. надпочечников; 3. поджелудочной железы; 4. гипофиза.

А 10. Первая доврачебная помощь при артериальном кровотечении состоит в

1.наложении шины; 2. наложения жгута; 3. обработка раны йодом;

4. воздействием холодом.

Часть 2.

В 1. Гладкая мышечная ткань, в отличие от поперечнополосатой

1.состоит из многоядерных волокон; 2. состоит из вытянутых клеток с овальным ядром;

3. обладает большей скоростью и энергией сокращения; 4. составляет основу скелетной мускулатуры;

5. располагается в стенках внутренних органов; 6. сокращается медлен, ритмично, непроизвольно.

В 2. В тонком кишечнике происходит всасывание в кровь

1.глюкозы; 2. аминокислот; 3. глицерина; 4 гликогена; 5. клетчатки; 6. гормонов.

В 3. В среднем ухе расположены

1.ушная раковина; 2. улитка 3. молоточек; 4. вестибулярный аппарат; 5. наковальня;

6. стремечко.

В 4

Характеристика

Вид иммунитета
передаётся по наследству, врождённый.			А. естественный
возникает под действием вакцин.			Б. искусственный.
приобретается при введении в организм лечебной сывороткой.
формируется после перенесённого заболевания.
различаю активный и пассивный.

Часть 3.

С. Какая существует связь между органами кровообращения, дыхания и пищеварения?

Дополнительное задание.

Установите, в какой последовательности звуковые колебания должны передаваться к рецепторам слухового анализатора.

А) наружное ухо.

Б) перепонка овального окна.

В) слуховые косточки.

Г) барабанная перепонка.

Д) жидкость в улитке.

Е) слуховые рецепторы.

Итоговый контроль знаний по курсу «Биология. Человек»

2 вариант.

Часть 1 (А 1 – А 10)

При выполнении заданий этой части укажите 1 цифру, которая обозначает выбранный вами ответ

А 1. Какая кровь у млекопитающих животных и человека течёт в венах большого круга кровообращения

1.насыщенная углекислым газом; 2. насыщенная кислородом; 3.артериальная;

4. смешанная.

А 2. Наложение шины на сломанную конечность

1.уменьшает её отёк; 2. замедляет кровотечение; 3. предупреждает смещение сломанных костей; 4. препятствует проникновению микроорганизмов в место перелома.

А 3. У человека в связи с прямохождением в процессе эволюции

1.сформировался свод стопы; 2. когти превратились в ногти; 3. срослись фаланги пальцев;

4. большой палец противопоставляется всем остальным.

А 4. Какая наука изучает процессы жизнедеятельности, происходящие в организме человека?

1.анатомия; 2. физиология; 3. экология; 4. гигиена.

А 5 .Кровь, лимфа и межклеточное вещество – разновидности ткани

1.нервной; 2. мышечной; 3. соединительной; 4. эпителиальной.

А 6. Выделительную функцию в организме человека и млекопитающих животных выполняют

1.почки, кожа и лёгкие; 2. толстая и прямая кишка; 3. печень и желудок; 4. слюнные и слёзные железы.

А 7 .Артериальная кровь у человека превращается в венозную в

1.печёночной вене; 2. капиллярах малого круга кровообращения;

3. капиллярах большого круга кровообращения; 4. лимфатических сосудах.

А 8. Первичная моча – это жидкость, поступившая

1.из кровеносных капилляров в полость капсулы почечного канальца; 2. из полости почечного канальца в прилежащие кровеносные сосуды; 3. из нефрона в почечную лоханку; 4. из почечной лоханки в мочевой пузырь.

А 9. Дышать следует через нос, так как в носовой полости

1.происходит газообмен; 2. образуется много слизи; 3. имеются хрящевые полукольца;

4. воздух согревается и очищается.

А 10. Нервным импульсом называют

1.электрическую волну, бегущую по нервному волокну; 2. длинный отросток нейрона, покрытый оболочкой; 3. процесс сокращения клетки; 4. процесс, обеспечивающий торможение клетки-адресата.

Часть 2.

При выполнении заданий В1 – В3 в ответы запишите номера трёх элементов, относящихся к правильному ответу.

В 1. По артериям большого круга кровообращения у человека течёт кровь

1.от сердца; 2. к сердцу; 3. насыщенная углекислым газом; 4. насыщенная кислородом;

5. быстрее, чем в других кровеносных сосудах; 6. медленнее, чем в других кровеносных сосудах.

В 2. Витамины – это органические вещества, которые

1.оказывают сильное влияние на обмен веществ в ничтожно малых количествах; 2. влияют на превращение глюкозы в гликоген; 3. входят в состав ферментов; 4. уравновешивают процессы образования и отдачи тепла; 5. являются в организме источником энергии;

6. поступают, как правило, в организм вместе с пищей.

В 3. К центральной нервной системе относят

1.чувствительные нервы; 2. спинной мозг; 3. двигательные нервы; 4. мозжечок; 5. мост; 6. нервные узлы.

В 4 При выполнении задания установите соответствие между содержанием первого и второго столбцов. Выпишите в таблицу буквы выбранных ответов.

Строение и функции

Отростки нейрона
обеспечивает проведение сигнала к телу нейрона			А. аксон.
снаружи покрыт миелиновой оболочкой.			Б. дендрит.
короткий и сильно ветвится.
участвует в образовании нервных волокон.
обеспечивает проведение сигнала от тела нейрона.

Часть 3.

На задание С дайте полный развёрнутый ответ.

С. Какие особенности строения кожи способствуют снижению температуры тела?

Дополнительное задание.

Установите последовательность движения крови по большому кругу кровообращения у человека.

А) левый желудочек.

Б) капилляры.

В) правое предсердие.

Г) артерии.

Д) вены.

Е) аорта.

Итоговый контроль знаний по курсу «Биология. Человек»

3 вариант.

Часть 1 (А 1 – А 10)

При выполнении заданий этой части укажите 1 цифру, которая обозначает выбранный вами ответ

А 1. Дыхание обеспечивает организм энергией за счёт

1.синтез органических веществ; 2. окисление органических веществ; 3. поглощения солнечной энергии; 4. круговорота веществ.

А 2. Барьерная роль печени в организме человека состоит в том, что в ней

1.образуется желчь; 2. обезвреживаются ядовитые вещества; 3. образуется гликоген;

4. гликоген превращается в глюкозу.

А 3. Причина непрерывного движения крови по сосудам –

1.высокое давление в артериях и низкое в венах; 2. одинаковое давление в артериях и венах; 3. увеличение давления при движении крови по сосудам от артерий к венам;

4. высокое кровяное давление в капиллярах по сравнению с артериями.

А 4. Для оказания первой доврачебной помощи при переломе костей конечности пострадавшему надо

1. наложить жгут выше места перелома; 2. сделать холодный компресс; 3. наложить давящую повязку; 4. зафиксировать повреждённую конечность с помощью шины.

А 5. По чувствительному нерву нервные импульсы направляются

1.из головного мозга в спинной; 2. из спинного мозга в головной; 3. в центральную нервную систему; 4. к исполнительному органу.

А 6. Утолщённая стенка левого желудочка сердца обеспечивает передвижение крови

1.по малому кругу кровообращения; 2. по большому кругу кровообращения; 3. из левого предсердия в левый желудочек; 4. из правого предсердия в левое предсердие.

А 7. Вакцина содержит

1.яды, выделяемые возбудителями; 2. ослабленных возбудителей; 3. готовые антитела;

4. убитых возбудителей.

А 8. В свёртывании крови участвуют

1.эритроциты; 2. лимфоциты; 3. лейкоциты; 4. тромбоциты.

А 9. Кожа выполняет выделительную функцию с помощью

1.волос; 2. капилляров; 3. потовых желез; 4. сальных желез.

А 10. В сером веществе спинного мозга расположены

1.тела вставочных и двигательных нейронов; 2. длинные отростки двигательных нейронов;

3. короткие отростки чувствительных нейронов; 4. тела чувствительных нейронов.

Часть 2.

При выполнении заданий В1 – В3 в ответы запишите номера трёх элементов, относящихся к правильному ответу.

В 1. Неправильная осанка может привести к

1.смещению и сдавливанию внутренних органов; 2. нарушению кровоснабжения внутренних органов; 3. растяжению связок в тазобедренном суставе; 4. нарушению мышечного и связочного аппарата стопы; 5. деформации грудной клетки; 6. увеличению содержания минеральных веществ в костях.

В 2. Поджелудочная железа в организме человека

1.участвует в иммунных реакциях; 2. образует клетки крови; 3. является железой внутренней секреции; 4. образует гормоны; 5. выделяет желчь; 6. выделяет пищеварительные ферменты.

В 3. Людям необходима растительная пища, так как в ней содержится

1.все аминокислоты, необходимые для синтеза белков; 2. все жирные кислоты, необходимые для организма; 3. много витаминов и минеральных веществ; 4. антитела и различные ферменты; 5. клетчатка и другие вещества, улучшающие работу кишечника;

6. гормоны роста, необходимые человеку.

В 4. При выполнении задания установите соответствие между содержанием первого и второго столбцов. Выпишите в таблицу буквы выбранных ответов.

Характеристика

Тип желез
имеются выводные протоки.			А. внешней секреции.
отсутствуют выводные протоки			Б. внутренней секреции.
выделят секрет в кровь.
выделяют секрет в полости тела или органов.
выделяют секрет на поверхность тела.

Часть 3.

На задание С дайте полный развёрнутый ответ.

С. Какие особенности строения эритроцитов связаны с их функциями?

Дополнительное задание.

Установите, в какой последовательности осуществляется преломление лучей света в оптической системе глаза человека.

А) хрусталик

Б) роговица

В) зрачок

Г) палочки и колбочки

Д) стекловидное тело

Итоговый контроль знаний по курсу «Биология. Человек»

4 вариант.

Часть 1 (А 1 – А 10)

При выполнении заданий этой части укажите 1 цифру, которая обозначает выбранный вами ответ

А 1. Согревание воздуха в дыхательных путях происходит благодаря тому, что

1.их стенки выстланы ресничным эпителием; 2.в их стенках располагаются железы, выделяющие слизь; 3. в их стенках разветвляются мелкие кровеносные сосуды;

4. у человека в лёгких воздух поступает медленно.

А 2. Скопление тел нейронов вне центральной нервной системы образуют

1.нервы; 2. нервные узлы; 3 спинной мозг; 4. вегетативную нервную систему.

А 3. Рефлексы в организме животного и человека осуществляются с помощью

1.ферментов; 2. гормонов; 3. витаминов; 4. рефлекторных дуг.

А 4. Значение дыхания состоит в обеспечении организма

1.энергией; 2. строительным материалом; 3. запасными питательными веществами;

4. витаминами.

А 5. Мягкую ткань между телом и шиной помещают для того, чтобы

1. шина не давила на повреждённый участок и не вызывала боли; 2. избежать инфицирования места перелома; 3. согреть повреждённую часть тела;

4. к повреждённому участку тела поступало больше кислорода.

А 6. Затылочная кость соединяется с теменной

1.подвижно; 2. неподвижно; 3. полуподвижно; 4. с помощью сустава.

А 7. Отсутствие витаминов в пище человека приводит к нарушению обмена веществ, так как они участвуют в образовании

1. углеводов; 2. нуклеиновых кислот; 3. ферментов; 4. минеральных солей.

А 8. Проводниковая часть зрительного анализатора –

1.сетчатка; 2. зрачок; 3. зрительный нерв; 4. зрительная зона коры головного мозга.

А 9. Лейкоциты человека, в отличие от эритроцитов,

1.передвигаются пассивно с током крови; 2. способны активно передвигаться;

3. не могут проникать сквозь стенки капилляров; 4. передвигаются с помощью ресничек.

А 10. Самое высокое давление крови у человека в

1.капиллярах; 2. крупных венах; 3. аорте; 4. мелких артериях.

Часть 2.

При выполнении заданий В1 – В3 в ответы запишите номера трёх элементов, относящихся к правильному ответу.

В 1. Какие конечные продукты образуются при окислении белков в клетках тела?

1.аминокислоты; 2. глюкоза; 3. глицерин; 4. вода; 5. углекислый газ; 6. аммиак.

В 2. Что происходит в организме человека после предупредительной прививки?

1.антитела сыворотки уничтожают микробы; 2. в организме вырабатываются ферменты;

3. организм заболевает в лёгкой форме; 4. в организме образуются антитела; 5. происходит свёртывание крови; 6. погибают возбудители заболеваний.

В 3. Какие особенности организма человека играют важную роль в сохранении постоянной температуры тела?

1.снабжение клеток тела артериальной кровью; 2. наличие потовых желез; 3. развитие коры головного мозга; 4. усложнение строения органов чувств; 5. интенсивный обмен веществ; 6. усложнение строения органов пищеварения.

В 4. При выполнении задания установите соответствие между содержанием первого и второго столбцов. Выпишите в таблицу буквы выбранных ответов.

Процесс пищеварения.

Отдел пищеварительного канала.
обработка пищевой массы желчью.			А. желудок.
первичное расщепление белков.			Б. тонкая кишка.
интенсивное всасывание питательных веществ ворсинками.			В. толстая кишка
расщепление клетчатки.
завершение расщепления белков, углеводов, жиров.

Часть 3.

На задание С дайте полный развёрнутый ответ.

С. Почему человек слепнет, если у него нарушены функции зрительного нерва?

Дополнительное задание.

Установите, в какой последовательности надо расположить кровеносные сосуды в порядке уменьшения в них кровяного давления.

А) вены

Б) аорта

В) артерии

Г) капилляры.

Ответы к контрольным работам.

1 вариант.

А1 -3

А7 — 3	В1 – 256
А2 -2	А8 — 4	В2 – 123
А3 – 2	А9 — 3	В3 – 356
А4 – 3	А10 – 2	В4 – 1А 2Б 3Б 4А 5АБ
А5 – 3	Дополнительное задание
А6 – 3	А Г В Б Д Е

2 вариант.

А1 -1

А7 — 3	В1 – 145
А2 -3	А8 — 1	В2 – 126
А3 – 1	А9 — 4	В3 – 245
А4 – 2	А10 – 1	В4 – 1Б 2А 3Б 4А 5А
А5 – 3	Дополнительное задание
А6 – 1	А Е Г Б Д В

3 вариант.

А1 -2

А7 — 2	В1 – 125
А2 -2	А8 — 4	В2 – 345
А3 – 1	А9 — 3	В3 – 135
А4 – 4	А10 – 1	В4 – 1А 2Б 3Б 4А 5А
А5 – 3	Дополнительное задание
А6 – 2	Б В А Б Д Г

4 вариант.

А1 -3

А7 — 3	В1 – 456
А2 -2	А8 — 3	В2 – 346
А3 – 4	А9 — 2	В3 – 245
А4 – 1	А10 – 3	В4 – 1Б 2А 3Б 4В 5Б
А5 – 1	Дополнительное задание
А6 – 2	Б В А Г

Тестирование по теме «Обмен веществ. Кожа. Выделение» 8 класс

1. Какой процесс характерен для всех живых организмов?

1) фотосинтез

2) обмен веществ

3) активное передвижение

4) питание готовыми органическими веществами

2. К освобождению энергии в организме приводит

1) образование органических соединений

2) диффузия веществ через мембраны клеток

3) окисление органических веществ в клетках тела

4) разложение оксигемоглобина до кислорода и гемо-глобина

3. Какой буквой на рисунке обозначен орган, в котором происходит превращение глюкозы в гликоген? 1) А 2) Б 3) В 4) Г

4. Что происходит в процессе дыхания в клетках расте-ний,

животных и человека?

1) образование органических веществ

из неорганических

2) передвижение органических и неорганических веществ

3)окисление органических веществ с освобождением энергии

4)выделение из организма кислорода

5. При недостатке в организме витамина С наступает

1) резкое ухудшение зрения

6. Основным источником энергии для организма служит процесс

1) выделения

2) дыхания

3) поглощения веществ из окружающей среды

4) передвижения веществ в организме

7. Выделительную функцию в организме человека и мле-копитающих животных выполняют

1) почки, кожа и легкие

2) толстая и прямая кишка

3) печень и желудок

4) слюнные и слезные железы

8. Роль дыхания в жизни организмов состоит в

1) образовании и отложении органических веществ

2) поглощении из окружающей среды углекислого газа

3) освобождении энергии, необходимой для их жизне-деятельности

4) поглощении органических веществ из окружающей среды

9. Сущность выделительной функции у животных и чело-века состоит в удалении из организма

1) углекислого газа

2) непереваренных остатков пищи

4) веществ, образующихся в сальных железах

10. Многие процессы, протекающие в клетке (деление, движение и др.), происходят с затратой энергии, кото-рая освобождается в результате

1) клеточного дыхания

2) биосинтеза

3) регенерации поврежденных частей клетки

4) удаления из клетки продуктов обмена

11. Конечные продукты обмена веществ образуются в

3) клетках и тканях

4) органах пищеварения

12. Конечные продукты обмена веществ должны быть уда-лены из организма человека, так как они

1) могут замедлить процесс пищеварения

2) накапливаясь в тканях, могут вызвать отравление организма

3) вызывают торможение в нервных клетках

4) влияют на кислотность желудочного сока

13. В качестве источника энергии в процессе жизнедея-тельности организма в первую очередь используются

1) углеводы

4) нуклеиновые кислоты

14. В образовании каких веществ участвуют витамины?

1) ферментов

2) гормонов

3) антител

4) гемоглобина

15. Обмен веществ и превращение энергии — это признак, по которому можно отличить

1) низшие растения от высших

2) живое от неживого

3) одноклеточные организмы от многоклеточных

4) животных от человека

16. В клетках человека и животных в качестве источника энергии используются

1) гормоны и витамины

2) вода и углекислый газ

3) неорганические вещества

4) белки, жиры и углеводы

17. Обмен веществ и превращение энергии —

1) основа изменчивости организмов

2) основной признак жизни

3) реакция организма на воздействие среды

4) признак, присущий всем телам живой и неживой природы

18. Избыток сахара в крови и моче свидетельствует о нару-шениях в деятельности

1) щитовидной железы

3) поджелудочной железы

4) надпочечников

19. Процессы окисления и синтеза новых молекул органи-ческих веществ проявляются на уровне организации живой природы

1) видовом

2) биосферном

3) клеточном

4) организменном

20. При недостатке в организме витамина А наступает

1) резкое ухудшение зрения

2) кровоточивость десен, воспаление слизистых оболочек

3) искривление костей конечностей

4) нарушение процессов обмена углеводов и белков

21. Углеводы и жиры не могут заменить в пищевом рационе белки, так как они не содержат атомы

1) углерода

3) кислорода

4) водорода

22. В процессе биосинтеза в клетке происходит

1) окисление органических веществ

2) поступление кислорода и удаление углекислого газа

3) образование более сложных органических веществ из менее сложных

4) расщепление крахмала до глюкозы

23. Окисление органических веществ в клетках способствует

1) освобождению энергии

2) измельчению поступающей в организм пищи

3) накоплению в организме кислорода

4) образованию специфических для данного организма органических веществ

24. В процессе энергетического обмена происходит синтез молекул

1) белков 2)жиров 3)углеводов 4) АТФ

25. Обмен веществ и превращение энергии — это признак,

1) характерный для тел живой и неживой природы

2) по которому живое можно отличить от неживого

3) по которому одноклеточные организмы отличают от
многоклеточных

4) характерный только для тел неживой природы

26. Выпишите буквы, обозначающие элементы верного ответа на вопрос: какие конечные продукты образуются при окислении белков в клетках тела?

А) аминокислоты

Б) глюкоза

В) глицерин

Д) углекислый газ

Е) аммиак

27. Выпишите буквы, обозначающие элементы верного отве-та на вопрос:

какие продукты содержат много витамина А?

A) морковь

Б) черная смородина

Г) сливочное масло

Е) шпинат

28. Установите соответствие между признаком обмена ве

ществ и его видом у человека. Признаки обмена веществ

1) окисление веществ

2) синтез веществ

3) запасание энергии

4) расход энергии

5) участие рибосом

6) участие митохондрий

29. У детей развивается рахит при недостатке:

1) марганца и железа 3) меди и цинка

2) кальция и фосфора 4) серы и азота

30. Заболевание «куриная слепота» возникает при авитаминозе:

1)В 2)А 3) С 4) РР

31. Пластический обмен состоит преимущественно из реакций:

1) распада органических веществ

2) распада неорганических веществ

3) синтеза органических веществ

4) синтеза неорганических веществ

32. Основным источником энергии мышечного сокращения является рас-пад:

1) белков 2) гликогена 3)жиров 4) гормонов

33. Дерма — это часть:

1) кожи 2) нервной системы 3) выделительной системы

4)эндокринной системы

34. Первичная моча — это жидкость, поступающая

1) из кровеносных капилляров в полость капсулы почечного канальца

2) из полости почечного канальца в прилежащие кровенос-ные сосуды

3) из нефрона в почечную лоханку

4) из почечной лоханки в мочеточники

35. Кожа выполняет выделительную функцию с помощью
1)волос 2)капилляров 3)потовых желез 4) сальных желез

36. Витамины в организме человека и животных

1) регулируют поступление кислорода

2) оказывают влияние на рост, развитие, обмен веществ

3) вызывают образование антител

4) увеличивают скорость образования и распада оксигемоглобина

37. Черный хлеб является источником витамина
1)А 2) В 3)С 4)D

38. В состав зрительного пигмента, содержащегося в светочувствительных клетках сетчатки, входит витамин

Вариант 1

Часть 1

А1. В скелете человека неподвижно соединены следующие кости:

1) плечевая и локтевая;
2) ребра и грудина;
3) мозгового отдела черепа;
4) грудного отдела позвоночника.

А2. При свертывании крови:

1) гемоглобин превращается в оксигемоглобин;
2) растворимый белок фибриноген превращается в нерастворимый фибрин;
3) образуются гормоны и другие биологически активные вещества;
4) уменьшается содержание гемоглобина в крови.

А3. К возникновению близорукости может привести:

1) повышение уровня обмена веществ;
2) чтение текста лежа;
3) повышенная возбудимость нервной системы;
4) чтение текста на расстоянии 30–35 см от глаз.

А4. Внутренняя среда организма представлена:

1) клетками тела;
2) органами брюшной полости;
3) кровью, межклеточной жидкостью, лимфой;
4) содержимым желудка и кишечника.

А5. К освобождению энергии в организме приводит:

1) образование органических соединений;
2) диффузия веществ через мембраны клеток;
3) окисление органических веществ в клетках тела;
4) разложение оксигемоглобина до кислорода и гемоглобина.

А6. И нервная, и мышечная ткани обладают:

1) проводимостью;
2) сократимостью;
3) возбудимостью;
4) воспроизведением.

А7. Газообмен между наружным воздухом и воздухом альвеол у человека называется:

1) тканевым дыханием;
2) биосинтезом;
3) легочным дыханием;
4) транспортом газов.

А8. В желудке человека повышает активность ферментов и уничтожает бактерии:

1) слизь;
2) инсулин;
3) желчь;
4) соляная кислота.

А9. Концентрация глюкозы в крови нарушается при недостаточности функции:

1) щитовидной железы;
2) надпочечников;
3) поджелудочной железы;
4) гипофиза.

А10. Первая доврачебная помощь при артериальном кровотечении состоит в:

1) наложении шины;
2) наложении жгута;
3) обработке раны йодом;
4) воздействии холодом.

Часть 2

В1. Гладкая мышечная ткань, в отличие от поперечнополосатой:

1) состоит из многоядерных волокон;
2) состоит из вытянутых клеток с овальным ядром;
3) обладает большей скоростью и энергией сокращения;
4) составляет основу скелетной мускулатуры;
5) располагается в стенках внутренних органов;
6) сокращается и расслабляется медленно, ритмично, непроизвольно.

В2. В тонком кишечнике происходит всасывание в кровь:

1) глюкозы;
2) аминокислот;
3) глицерина;
4) гликогена;
5) клетчатки;
6) гормонов.

В3. Частями среднего уха являются:

1) ушная раковина;
2) улитка;
3) молоточек;
4) вестибулярный аппарат;
5) наковальня;
6) стремечко.

В4. Установите соответствие между видом иммунитета и его признаками.

Часть 3

Задание С. Дайте полный развернутый ответ на вопрос: какая существует связь между органами кровообращения, дыхания и пищеварения?

Дополнительное задание.

Укажите последовательность передачи звуковых колебаний к рецепторам слухового анализатора.

А. Наружное ухо.
Б. Перепонка овального окна.
В. Слуховые косточки.
Г. Барабанная перепонка.
Д. Жидкость в улитке.
Е. Слуховые рецепторы.

Вариант 2

Часть 1

При выполнении заданий А1–А10 выберите один правильный ответ.

А1. У млекопитающих и человека в венах большого круга кровообращения течет кровь:

1) насыщенная углекислым газом;
2) насыщенная кислородом;
3) артериальная;
4) смешанная.

А2. Наложение шины на сломанную конечность:

1) уменьшает ее отек;
2) замедляет кровотечение;
3) предупреждает смещение сломанных костей;
4) препятствует проникновению микроорганизмов в место перелома.

А3. У человека в связи с прямохождением в процессе эволюции:

1) сформировался свод стопы;
2) когти превратились в ногти;
3) срослись фаланги пальцев;
4) большой палец противопоставлен всем остальным.

А4. Процессы жизнедеятельности, происходящие в организме человека, изучает:

1) анатомия;
2) физиология;
3) экология;
4) гигиена.

А5. Кровь, лимфа и межклеточное вещество – разновидности ткани:

1) нервной;
2) мышечной;
3) соединительной;
4) эпителиальной.

А6. Выделительную функцию в организме человека и млекопитающих животных выполняют:

1) почки, кожа и легкие;
2) тонкий и толстый кишечник;
3) печень и желудок;
4) слюнные и слезные железы.

А7. Артериальная кровь у человека превращается в венозную в:

1) печеночной вене;
2) капиллярах малого круга кровообращения;
3) капиллярах большого круга кровообращения;
4) лимфатических сосудах.

А8. Первичной мочой называется жидкость, поступающая:

1) из кровеносных капилляров в полость капсулы почечного канальца;
2) из полости почечного канальца в прилежащие кровеносные сосуды;
3) из нефрона в почечную лоханку;
4) из почечной лоханки в мочевой пузырь.

А9. Дышать следует через нос, так как в носовой полости:

1) происходит газообмен;
2) образуется много слизи;
3) имеются хрящевые полукольца;
4) воздух согревается и очищается.

А10. Нервным импульсом называют:

1) электрическую волну, бегущую по нервному волокну;
2) длинный отросток нейрона, покрытый оболочкой;
3) процесс сокращения клетки;
4) процесс, обеспечивающий торможение клетки-адресата.

Часть 2

При выполнении заданий В1–В3 выберите три правильных ответа. В задании В4 установите соответствие.

В1. По артериям большого круга кровообращения у человека кровь течет:

1) от сердца;
2) к сердцу;
3) насыщенная углекислым газом;
4) насыщенная кислородом;
5) быстрее, чем в других кровеносных сосудах;
6) медленнее, чем в других кровеносных сосудах.

В2. Витамины – это органические вещества, которые:

1) в ничтожно малых количествах оказывают сильное влияние на обмен веществ;
2) участвуют, например, в процессах кроветворения и свертывания крови;
3) содержатся только в овощах и фруктах;
4) уравновешивают процессы образования и отдачи тепла;
5) являются в организме источником энергии;
6) поступают в организм, как правило, вместе с пищей.

В3. К центральной нервной системе относят:

1) чувствительные нервы;
2) спинной мозг;
3) двигательные нервы;
4) мозжечок;
5) мост;
6) нервные узлы.

В4. Установите соответствие между типом отростков нейрона и их строением и функциями.

Часть 3

Задание С. Дайте полный, развернутый ответ на вопрос: какие особенности строения кожи способствуют снижению температуры тела?

Дополнительное задание.

Укажите последовательность движения крови по большому кругу кровообращения у человека.

А. Левый желудочек.
Б. Капилляры.
В. Правое предсердие.
Г. Артерии.
Д. Вены.
Е. Аорта.

Энергетическая сторона обмена, скрытая энергия белков, жиров, углеводов

Питательные вещества, поступающие в организм с пищей, — это строительный материал и одновременно источник энергии. При распаде и окислении белков, жиров и углеводов выделяется разное, но постоянное для каждого вещества количество энергии, характеризующее их энергетическую ценность. Избыточное высококалорийное питание может нанести непоправимый вред организму, способствуя нарушениям обмена веществ. Правильное питание — залог здоровья, силы и красоты человека.

Так для чего же человек употребляет пищу? Этот вопрос и послужил основанием для нашего исследования.

Гипотеза: пища является источником энергии и строительного материала.

Цель работы:доказать, что пища является источником энергии.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

· Сформировать представление об энергетической ценности различных продуктов

питания.

· Проанализировать, как питание влияет на двигательную активность.

· Выяснить физиологические нормы и режим питания.

 

Теоритическая часть.

Значение питания в жизни человека.

Человеку дано не очень много естественных возможностей для поддержания и совершенствования здорового образа жизни. Физкультура и спорт, правильный режим труда (учебы) и отдыха, рациональное питание – вот и все составляющие здорового образа жизни. Ни одной из них не следует пренебрегать.

По оценкам ученых-медиков и специалистов по питанию, воплощение в жизнь людей принципов здорового питания позволило бы снизить смертность от сердечно-сосудистых заболеваний на 25%, от рака – на 25-30%, от диабета – на 50%, к слову говоря диабет – это бич нашего времени.

Правильное питание очень важно для детей и подростков. У детей, в отличие от взрослых, значительная часть энергии расходуется на рост и пластические процессы, которые наиболее велики у новорожденных и детей раннего возраста. В детском возрасте формируется пищевой стереотип, закладываются типологические особенности метаболизма взрослого человека.

Следовательно, от правильной организации питания в детском возрасте во многом зависит состояние здоровья взрослого человека. Если питание построено неправильно и пищевые вещества поступают в детский организм в недостаточном количестве или неправильном соотношении, то происходит задержка физического и психического развития ребенка, возникают нарушения в структуре и функции его органов.

 

2.2. Энергетическая ценность различных пищевых продуктов

Макс Рубнер (1893) показал, что все тепло, выделяемое животным, образуется за счет окисления пищевых веществ. Это было новым подтверждением применимости закона сохранения энергии к животному организму и открывало возможность рассчитывать потребность его в пище, исходя из количества теряемого им тепла. Таким образом, возникла необходимость наряду с изучением расхода энергии изучить и энергетическую ценность пищевых веществ.

Калорийность — это количество энергии, полученной человеком в результате поглощения того или иного продукта. Количество калорий, необходимых человеку, зависит от выполняемой работы, физической активности, пола, возраста, географической широты (холодный или жаркий климат). Как и любое топливо, пищевые продукты, сгорая в топке организма, выделяют энергию. Следовательно, пища имеет определенную энергетическую ценность, которую можно измерить (например, в килокалориях или джоулях). Поэтому другое название энергетической ценности пищевых продуктов — калорийность. Каждый из нас не раз видел на фабричных упаковках купленных в магазине продуктов цифру, которая соответствует энергетической ценности 100 г данного продукта. Любой может подсчитать, сколько энергии получит его организм после употребления определенного количества продукта.

В зависимости от количества энергии все пищевые продукты делятся на продукты с высокой, средней и низкой энергетической ценностью.

К продуктам с высокой энергетической ценностью относятся сливочное и растительные масла, животные жиры, жирная свинина, сахар, мед, кондитерские изделия.

Среднюю энергетическую ценность имеют умеренной жирности колбасы, мясо и рыба, сметана, сливки, сыр, хлебобулочные и макаронные изделия, крупы.

Низкой энергетической ценностью характеризуются овощи и фрукты, ягоды, молоко, кефир, нежирные сорта мяса, рыбы, тощий творог, яйца.

Поступившие в избытке в организм пищевые вещества превращаются в жиры и откладываются в жировой ткани, что при определенных условиях может привести к развитию ожирения. Основной обмен веществ осуществляется в процессе жизнедеятельности организма в состоянии полного покоя. При заболеваниях, сопровождающихся повышением температуры тела, он повышается (при тиреотоксикозе, туберкулезе, легочной и сердечной недостаточности).

Энергетическая сторона обмена, скрытая энергия белков, жиров, углеводов

На протяжении жизни человек осуществляет разнообразные физические движения, связанные с перемещением тела и выполнением трудовой деятельности. Всю жизнь в организме работают сердце, мышцы, пищеварительная и другие системы, происходит распад одних веществ и синтез других, что лежит в основе обмена веществ и постоянного обновления клеток. Эти процессы требуют энергии, которую организм получает за счет пищевых веществ.

Пищевые вещества в организме человека претерпевают изменения в результате окисления кислородом воздуха, поступающим через органы дыхания и разносящимся ко всем клеткам. При этом выделяется определенное количество энергии в виде тепла. Следует отметить, что в первой фазе обмена веществ пищевые вещества превращаются под влиянием ферментов в более простые: белки — в аминокислоты, сложные углеводы — в простые, жиры — в глицерин и жирные кислоты. В этой фазе в результате распада пищевых веществ энергия не только не выделяется, но и потребляется, о чем свидетельствует так называемое специфическое динамическое действие пищи. Во второй фазе продукты распада пищевых веществ подвергаются дальнейшему расщеплению и окисляются до углекислого газа и воды с выделением энергии.

Белкиявляются одними из четырех основных органических веществ живой материи (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры), но по своему значению и биологическим функциям они занимают в ней особое место. Около 30% всех белков человеческого тела находится в мышцах, около 20% — в костях и сухожилиях и около 10% — в коже. Но наиболее важными белками всех организмов являются ферменты, которые, холя и присутствуют в их теле и в каждой клетке тела в малом количестве, тем не менее, управляют рядом существенно важных для жизни химических реакций. Все процессы, происходящие в организме: переваривание пищи, окислительные реакции, активность желез внутренней секреции, мышечная деятельность и работа мозга регулируется ферментами. Разнообразие ферментов в теле организмов огромно. Даже в маленькой бактерии их насчитываются многие сотни. Для того чтобы клетки организма синтезировали белок, необходимо, чтобы белки поступали с пищей в пищеварительный канал, где они подвергаются расщеплению на аминокислоты, и уже из всосавшихся аминокислот будет образован белок.

Основная роль углеводов связана с их энергетической функцией. При их ферментативном расщеплении и окислении выделяется энергия, которая используется клеткой.

Углеводы, как уже говорилось выше, играют очень важную роль в организме, являясь основным источником энергии. Они поступают к нам в организм в виде сложных полисахаридов — крахмала, дисахаридов и моносахаридов. Основное количество углеводов поступает в виде крахмала. Расщепившись до глюкозы, углеводы всасываются и через ряд промежуточных реакций распадаются на углекислый газ и воду. Эти превращения углеводов и окончательное окисление сопровождаются освобождением энергии, которая и используется организмом.

В составжироввходят углерод, водород и кислород.

В процессе пищеварения жир расщепляется на составные части — глицерин и жирные кислоты. Жирные кислоты нейтрализуются щелочами, в результате чего образуются их соли — мыла. Мыла растворяются в воде и легко всасываются.

Жиры являются составной частью протоплазмы и входят в состав всех органов, тканей и клеток организма человека. Кроме того, жиры представляют собой богатый источник энергии. Жиры, как и углеводы, являются в первую очередь энергетическим материалом и используются организмом как источник энергии. При окислении 1 г жира количество освобождающейся энергии в два с лишним раза больше, чем при окислении такого же количества углеродов или белков. В органах пищеварения жиры расщепляются на глицерин и жирные кислоты. Глицерин всасывается легко, а жирные кислоты только после омыления.

Жир используется организмом не только как богатый источник энергии, он входит в состав клеток. Жир является обязательной составной частью протоплазмы, ядра и оболочки.

 

 

11 Образование и разложение органических веществ » СтудИзба

ЛЕКЦИЯ 9

Образование и разложение органических веществ.

(Фотосинтез, дыхание, транспирация)

            Рассмотрим подробнее процессы аккумуляции солнечной энергии при образовании органических веществ и рассеивании ее при разрушении этих веществ. Жизнь на Земле зависит от потока энергии, образующейся в результате термоядерных реакций, идущих в недрах Солнца. Около 1 % солнечной энергии, достигающей Земли, преобразуется клетками растений (и некоторых бактерий) в химическую энергию синтезированных углеводов.

         Образование органических веществ на свету  называется фотосинтезом (гр. Свет, соединение)  Фотосинтез – это накопление  части солнечной энергии путем превращения ее потенциальную энергию химических связей органических веществ.

         Фотосинтез — необходимое связующее звено между живой и неживой природой.  Без притока энергии от Солнца жизнь на нашей планете, подчиняясь второму закону термодинамики прекратилась бы навсегда. Сравнительно недавно (конец 18 столетия) было обнаружено, что в образующихся при фотосинтезе органических веществах соотношение углерода, водорода и кислорода таково, что на 1 атом углерода приходится как бы 1 молекула воды (откуда и название сахаров – углеводы). Считалось, что углеводы образуются из углерода и воды, а кислород выделяется из СО₂. Позже английский медик Корнелиус ван Ниль, изучая фото синтезирующие бактерии, показал, что в результате фотосинтеза серные бактерии выделяют серу, а не кислород:

Он предположил, что не СО₂ , а вода разлагается при фотосинтезе, и предложил следующее суммарное уравнение фотосинтеза:

Для водорослей и зеленых растений Н₂А — это вода (Н₂О). Для пурпурных серных бактерий Н₂А – сероводорюд. Для других бактерий это может быть свободный водород или другое окисляемое вещество.

Эта идея в 30-х годах 20-го столетия была подтверждена экспериментально с использованием тяжелого изотопа кислорода (¹⁸О).

Для водорослей и зеленых растений суммарное уравнение фотосинтеза стали записывать следующим образом:

Синтезированные растениями углеводы (глюкоза, сахароза, крахмал и др.) являются главным источником энергии для большинства гетеротрофных организмов, населяющих нашу планету. Разложение органических веществ происходит в процессе метаболизма (гр. изменение) в живых клетках.

         Метаболизм – это совокупность биохимических реакции и превращений энергии в живых клетках, сопровождающихся обменом веществ между  организмом и средой.

         Сумма реакций, ведущих к распаду или деградации молекул и выделению энергии, называется катоболизмом, а приводящих к образованию новых молекул – анаболизмом.

         Превращения энергии в живых клетках осуществляются путем переноса электронов с одного уровня на другой или от одного атома или молекулы — к другим. Энергия углеводов выделяется в метаболических процессах при дыхании организмов.

         Дыхание – это процесс, в результате которого энергия, выделенная при распаде углеводов, передается на универсальную энергонесущую молекулу аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), где она хранится в виде высокоэнергетических фосфатных связей.

         Так, например, при разложении 1 моля глюкозы выделяется 686 ккал свободной энергии (1 ккал = 4,18т10 Дж). Если бы эта энергия выделялась быстро, то большая часть ее рассеялась бы в виде теплоты. Это не принесло бы пользы клетке, а привело бы к гибельному для нее увеличению температуры. Но в живых системах есть сложные механизмы, которые регулируют многочисленные химические реакции таким образом, что энергия хранится в химических связях и затем может выделяться постепенно, по мере необходимости. У млекопитающих, птиц и некоторых других позвоночных теплота, выделяемая при дыхании, сохраняется, и поэтому температура их тела выше температуры окружающей среды. У растений скорость дыхания невелика, поэтому выделяемая теплота обычно не влияет на температуру растений. Дыхание может происходить как в аэробных (в присутствии кислорода), так и в анаэробных  (бескислородных) условиях.

         Аэробное дыхание — процесс, обратный  фотосинтезу, т. е. синтезированное органическое вещество (С₆ Н₁₂О₆) вновь разлагается с образованием СО₂ и Н₂О с высвобождением потенциальной энергии Q_пот аккумулированной в этом веществе:

При этом

         Однако в отсутствие кислорода процесс может идти не до конца. В результате такого незавершенного дыхания образуются органические вещества, еще содержащие некоторое количество энергии, которая в дальнейшем может быть использована другими организмами при других типах дыхания.

         Анаэробное дыхание протекает без участия газообразного кислорода. Акцептором электронов служит не кислород, а другое вещество, например уксусная кислота:

При этом		а выделяющийся метан обладает еще некоторым

запасом энергии q₁ и может использоваться в качестве топлива или самопроизвольно окисляться и воспламеняться в природе по реакции:

         Бескислородное дыхание служит основой жизнедеятельности многих сапротрофов (бактерий, дрожжей, плесневых грибков, простейших), но может встречаться и в тканях высших животных.

         Брожение — это анаэробное дыхание, при котором органическое вещество само служит акцептором электронов:

При этом		а образующийся спирт также содержит

некоторое количество энергии q₂,  которая может быть использована другими организмами:

         Разложение может быть результатом не только биотических, но и абиотических процессов. Так, например, степные и лесные пожары возвращают большое количество СО₂ и других газов в атмосферу и минеральных веществ в почву. Они — важный и иногда даже необходимый процесс в экосистемах, где физические условия таковы, что микроорганизмы не успевают разлагать образующиеся органические остатки. Но окончательное разложение отмерших растений и животных осуществляется, в основном, гетеротрофными микроорганизмами — редуцентами, примером которых являются широко распространенные в сточных и природных водах сапрофитные бактерии. Разложение органических веществ есть результат добывания необходимых химических элементов и энергии в процессе преобразовании пищи внутри клеток их тел. При прекращении этих процессов все биогенные элементы окажутся  связанными в мертвых остатках и  продолжение жизни станет невозможным. Комплекс разрушителей в биосфере состоит из огромного числа видов, которые, действуя последовательно, осуществляют распад органических веществ до минеральных. Процессы образования органических веществ и их распад называют процессами продукции (лат. создание, производство) и деструкции  (лат. разрушение).     Продукционно-деструкционный  баланс в биосфере в целом в современных условиях является положительным. Это обусловлено тем, что не все части отмерших растений и животных разрушаются с одинаковой скоростью. Жиры, сахара и белки разлагаются достаточно быстро, а древесина (клетчатка, лигнин), хитин, кости — очень медленно. Наиболее устойчивым промежуточным продуктом разложения органических веществ является гумус (лат. почва, перегной), дальнейшая минерализация которого очень замедлена. Медленное разложение гумуса — одна из причин запаздывания деструкции по сравнению с продукцией. С точки зрения химии, гумусовые вещества представляют собой продукты конденсации (лат. — скопление, уплотнение) ароматических соединений (фенолов, бензолов и др.) с продуктами распада белков и полисахаров. для их расщепления, видимо, требуются специальные ферменты, которые часто отсутствуют у почвенных и водных сапротрофов.

         Таким образом, разложение органических остатков — длительный, многоступенчатый и сложный процесс, который контролирует несколько важных функций экосистемы: возвращение элементов питания в круговорот и энергии — в систему; преобразование инертных веществ земной поверхности; образование безвредных комплексных соединений токсичных веществ; поддержание состава атмосферы, необходимого для жизни азробов. Для биосферы в целом важнейшее значение имеет отставание процессов разложения органических  веществ от процессов  синтеза их зелеными растениями. Именно это отставание обусловило накопление в недрах планеты горючих ископаемых,  а в атмосфере кислорода. Установившийся в биосфере положительный баланс продукционно-деструкционных процессов обеспечивает жизнь аэробных организмов, в том числе и человека.

Основные закономерности водопотребления  растениями.

         Транспирация – это процесс испарения воды наземными частями растений. 

         Одна из основных физиологических функций любого организма — поддержание на достаточном уровне количества воды в теле. В процессе эволюции у организмов сформировались разнообразные приспособления к добыванию и экономному расходованию воды, а также к переживанию засушливого периода. Одни животные пустыни получают воду из пищи, другие за счет окисления своевременно запасенных жиров (на пример, верблюд, способный путем биологического окисления из 100 г жира получить 107 г метаболической воды). При этом у них минимальна водопроницаемость наружных покровов тела, преимущественно ночной образ жизни и т. д. При периодической засушливости характерно впадание в состояние покоя с минимальной интенсивностью обмена веществ.

         Наземные растения получают воду главным образом из почвы. Малое количество осадков, быстрый дренаж, интенсивное испарение либо сочетания этих факторов ведут к иссушению, а избыток влаги — к переувлажнению и заболачиванию почв. Баланс влаги зависит от разницы между количеством выпавших осадков и количеством воды, испарившейся с поверхностей растений и почвы, а также путем транспирации. В свою очередь процессы испарения непосредственно зависят от относительной влажности атмосферного воздуха. При влажности, близкой к 100%, испарение практически прекращается, и если дополнительно понижается температура, то начинается обратный процесс — конденсация (образуется туман, выпадают роса, иней). Влажность воздуха как экологический фактор при своих крайних значениях (повышенной и пониженной влажности), усиливает воздействие (усугубляет) температуры на организм. Насыщение воздуха парами воды редко достигает максимального значения. Дефицит влажности — разность между максимально возможным и фактически существующим насыщением при данной температуре. Это один из важнейших экологических параметров, поскольку характеризует сразу две величины: температуру и влажность. Чем выше дефицит влажности, тем суше и теплее, и наоборот. Режим осадков — важнейший фактор, определяющий миграцию загрязняющих веществ в природной среде и вымывание их из атмосферы.

         Масса воды, содержащаяся в живых организмах, оценивается в 1,1 10³ млрд т, т. е. меньше, чем содержат русла всех рек мира. Биоценоз биосферы, заключая в себе относительно малое количество воды, тем не менее интенсивно прогоняет ее через себя. Особенно интенсивно это происходит в океане, где вода является и средой обитания, и источником пита тельных веществ и газов. Основную массу биоценоза планеты составляют продуценты. В водных экосистемах это водоросли и фитопланктон, а в наземных — растительность. В водной среде растения непрерывно фильтруют воду через свою поверхность, а на суше они извлекают воду корнями из почвы и удаляют (транспирируют) наземной частью. Так, для синтеза одного грамма биомассы высшие растения должны испарить около 100 г воды.

Наиболее мощные системы транспирации на суше — это леса, которые способны прокачать через себя всю массу воды гидросферы за 50 тыс. лет; при этом планктон океана профильтровывает всю воду океана за год, а морские организмы все вместе — всего за полгода.

         В биосфере работает сложный фильтр фотосинтеза, в процессе которого вода разлагается и вместе с диоксидом углерода используется при синтезе органических соединений, необходимых для построения клеток организмов. Всю массу воды гидросферы фотосинтезирующие живые организмы могут разложить примерно за 5—б млн лет, а другие организмы примерно за такой же срок восстанавливают потерянную воду из отмирающей органической массы.

         Таким образом, биосфера, несмотря на ничтожный объем заключенной в ней воды, оказывается самым мощным и сложным фильтром гидросферы на Земле.

         Каскад биологических фильтров пропускает через себя массу воды, равную массе всей гидросферы за время от полугода до миллионов лет. Поэтому можно утверждать, что гидросфера — это продукт живых организмов, среда, которую они создали сами для себя. Академик В. И. Вернадский выразил это тезисом: Организм имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена к нему.

Развитие экосистем.

         Наблюдения в природе показывают, что заброшенные поля или выжженный лес постепенно завоевываются многолетними дикими травами, затем кустарниками и, в конце концов, деревьями. Развитие экосистем во времени известно в экологии под названием экологических сукцессий (лат. преемственность, последовательность).

         Экологическая сукцессия — это последовательная смена биоценозов, преемственно возникающих на одной и той же территории под воздействием природных или антропогенных факторов.

         Некоторые сообщества остаются стабильными многие годы, другие быстро изменяются. Изменения происходят во всех экосистемах естественным или искусственным путем. Естественные изменения являются закономерными и управляются самим сообществом. Если сукцессионные изменения определяются в основном внутренними взаимодействиями, то это аутогенные, т. е. самопорождающиеся сукцессии. Если изменения вызываются внешними силами на входе экосистемы (шторм, пожар, воздействие человека), то такие сукцессии называют аллогенными т. е. порожденными извне.  Например, вырубка в леса быстро заселяется окружающими деревьями; луг может смениться лесом. Аналогичные явления происходят в озерах, на скальных склонах, голых песчаниках, на улицах покинутых поселков и т. п. Процессы сукцессии непрерывно идут на всей планете.

         Последовательные сообщества, сменяющие друг друга на данном пространстве, называются сериями или стадиями.

          Сукцессия, начинающаяся на участке, прежде не занятом, называется первичной. Например, поселения лишайников на камнях: под действием выделений лишайников каменистый субстрат постепенно превращается в подобие почвы, где поселяются затем кустистые лишайники, зеленые травы, кустарники и т. л.

         Если сообщество развивается на месте уже существовавшего, то говорят о вторичной сукцессии. Например, изменения, происходящие после раскорчевки или порубки леса, устройство пруда или водохранилища и т. п.

         Скорость сукцессий различна. В историческом аспекте смена фауны и флоры по геологическим периодам есть не что иное, как экологические сукцессии. Они тесно связаны с геологическими и климатическими изменениями и эволюцией видов. Такие изменения происходят очень медленно. Для первичных сукцессий требуются сотни и тысячи лет. Вторичные протекают быстрее.  Сукцессия начинается с несбалансированного сообщества, у которого продукция (П) органического вещества  либо больше, либо меньше скорости дыхания (Д), и сообщество стремится к состоянию, где П = Д. Сукцессия, начинающаяся при П > Д называется автотрофной, а при П <Д — гетеротрофной. Отношение П/Д является функциональным показателем зрелости экосистем.

При П > Д постепенно растет биомасса сообщества (Б) и отношение биомассы к продукции Б/П, т. е- увеличиваются размеры организмов. Возрастание происходит до тех пор, пока не произойдет стабилизация системы. Состояние стабилизированной экосистемы называется климаксом ( гр. лестница, зрелая ступень).

Автотрофная сукцессия — широко распространенное в природе явление, которое начинается в незаселенной среде: формирование леса на брошенных землях или восстановление жизни после извержения вулканов и других природных катастроф. Она характеризуется длительным преобладанием автотрофных организмов.

Гетеротрофная сукцессия  характеризуется преобладанием бактерий и встречается тогда, когда среда пересыщена органическими веществами. Например, в реке, загрязняемой сточными водами с большим содержанием органических веществ, или на очистных сооружениях. При гетеротрофных сукцессиях энергетические запасы могут постепенно исчезать. Из-за отсутствия автотрофного процесса климакс может не наступить; тогда после исчерпания энергетических запасов экосистема может исчезнуть (разрушающееся дерево).

            В климаксных системах  образуется сложная сеть взаимоотношений, поддерживающих ее стабильное состояние. Теоретически такое состояние должно бытъ постоянным во времени и существовать до тех пор, пока его не нарушат сильные внешние возмущения. Чем больше отношение П/Д отклоняется от 1, тем менее зрелой и менее устойчивой является экосистема. В климаксных сообществах это отношение приближается к 1.

Тенденции изменения основных характеристик экосистем. При аутогенных сукцессиях наблюдается закономерное изменение основных признаков экологических систем (табл. 2.2).

            Сукцессии связаны с функциональным сдвигом энергии в сторону увеличения затрат на дыхание, по мере того как накапливаются органическое вещество и биомасса. Общая стратегия развития экосистем состоит в возрастании эффективности использования энергии и биогенных элементов, достижении максимального разнообразия видов и усложнении структуры системы.

         Сукцессия- это направленное предсказуемое развитие экосистемы до установления равновесия между биотическим сообществом – биоценозом и абиотической средой – биотопом.

         В процессе сукцессии популяции организмов, функциональные связи между ними закономерно и обратимо сменяют друг друга. Несмотря на то, что экосистема не является «сверхорганизмом», между развитием экосистемы, популяции, организма, а также сообщества людей существует множество параллелей.

         Эволюция экосистем, в отличие от сукцессий,  представляет собой длительный процесс исторического развития. Эволюция экосистем — это история развития жизни на Земле от возникновения биосферы до наших дней. В основе эволюции лежит естественный отбор на видовом или более низком уровне. Эволюция экосистем в какой-то степени повторяется в их сукцессионном развитии. Эволюционные процессы необратимы  и нецикличны. Если сравнить состав и структуру экосистем в ранние и поздние геологические эпохи, то прослеживается тенденция увеличения видового разнообразия, степени замкнутости биогеохимических циклов равномерности распределения и сохранения ресурсов внутри системы, усложнения структуры сообществ и стремления к сбалансированному состоянию, при котором темпы эволюции замедляются. В такой системе эволюция встречает множество препятствий, т.к. сообщество плотно укомплектовано и связи между организмами и популяциями прочны. При этом шансы проникнуть в такую систему извне очень малы и ее эволюция несколько заторможена.

         Биомы. Физико-химические и климатические условия в разных частях биосферы различны. Климатически обусловленные крупные совокупности экосистем называют биомами, или формациями. Биом- это макросистема или совокупность экосистем, тесно связанных климатическими условиями, потоками энергии, круговоротом веществ, миграцией организмов и типом растительности. Каждый биом включает в себя ряд меньших по размеру, связанных между собой экосистем.

            Биомы по местообитанию подразделяют на три основные группы: наземные, морские и пресноводные. Формирование их зависит от макроклимата, а для пресноводной — от географической широты местности.  Важными факторами являются:

циркуляция воздуха,

распределение солнечного света,

сезонность климата,

высота и ориентация гор,

гидродинамика водных систем.

         Наземные биомы в основном определяются растительностью, теснейшим образом зависящей от климата и образующей основную биомассу.  Четкие границы между биомами встречаются редко. Чаще они размыты и представляют широкие переходные зоны.  На границе двух экосистем, например на опушке леса, одновременно встречаются представители лесных и луговых видов.  Контрастность среды, а потому большое обилие экологических возможностей порождает «сгущение жизни», называемое правилом краевого эффекта или правилом экотона (от гр. дом и связь). Самый богатый по числу видов биом планеты — это вечнозеленый дождевой тропический лес.

         Морские биомы в меньшей степени зависят от климата, чем наземные. Они формируются в зависимости от глубины водоема и вертикального размещения организмов. Важнейшее значение имеет то, что фотосинтез возможен лишь в поверхностных горизонтах воды. Прибрежное океаническое мелководье, ограниченное с одной стороны берегом, а с другой — гребнем континентального склона (до 600 м), называется континентальным шельфом ( англ. полка). Площадь шельфа составляет около 8 % от общей площади мирового океана.

         В области шельфа расположена литоральная зона (лат. прибрежный). Небольшие глубины, близостъ к материкам, приливы и отливы определяют ее богатство питательными веществами, высокую продуктивность и разнообразие организмов. Здесь производится около 80 % всей биомассы океана и сконцентрирован мировой океанический промысел. От нижнего края шельфа над континентальным склоном до глубины 2 — З тыс. м простирается батиальная  зона (гр. глубокий). Площадь этой зоны — чуть более 15 % от всей площади океана. По сравнению с литоралью фауна и флора батиали гораздо беднее; общая биомасса не превышает 10 % биомассы мирового океана. От подножия  континентального склона до глубин  6 — 7 тыс. м  находится абиссальная зона (гр. бездна) океана. Она занимает площадь более 75 % дна океана. Абиссаль характеризуется отсутствием солнечного света у дна, слабой подвижностью водных масс, ограниченностью питательных веществ, бедностью животного мира, низким видовым разнообразием, биомассой. В абиссальной области встречаются глубокие впадины – до 11 тыс. м, площадь которых около 2 % от общей площади дна океана.

Пресные внутренние водоемы, как правило, неглубоки. Ведущим фактором в этих экосистемах становится скорость циркуляции воды. По этому признаку различают лотические  (лат. смывающие) текучие воды (реки, ручьи)  и лентические (лат, медленно, спокойно), стоячие воды (озера, пруды, лужи).

Крупные биомы земного шара отличаются стабильностью.

Физиология обмена веществ и энергии (стр. 1 из 4)

Обмен веществ в организме. Пластическая и энергетическая роль питательных веществ

Постоянный обмен веществ и энергии между организмом и окружающей средой является необходимым условием его

существования и отражает их единство. Сущность этого обмена заключается в том, что поступающие в организм питательные вещества после пищеварительных превращений используются как пластический материал. Энергия, образующаяся при этих превращениях восполняет энергозатраты организма. Синтез сложных специфичных веществ организма из

простых соединений, всасывающихся в кровь из пищеварительного канала, называется ассимиляцией или анаболизмом, Распад веществ организма до конечных продуктов, сопровождающийся выделением энергии называется диссимиляцией или катаболизмом. Два этих процесса неразрывно связаны. ‘Ассимиляция обеспечивает аккумуляцию энергии, а энергия выделяющаяся при диссимиляции необходима для синтеза веществ. Анаболизм и катаболизм объединены в единый процесс с помощью АТ.Ф и НАДФ. С их помощью энергия образующаяся в результате дис­симиляции передается для процессов ассимиляции. Белки в основном являются пластическим материалом. Они входят в состав клеточных мембран, органел. Белковые молекулы постоянно обновляются. Но это обновление происходит не только за счет белков пищи, но и посредством реутилизации собственных белков организма. Из 20 аминокислот, образующих белки 10 являются незаменимыми. Т.е. не могут образовываться в организме. Конечными продуктами распада белков являются такие азотсодержащие соединения, как мочевина, мочевая кислота, креатинин. Состояние белкового обмена оценивается по азотистому балансу. Это соотношение количества азота поступающего с белками пищи и выделенного из организма с азотсодержащими продуктами обмена. В белке содержится около 16 г азота. Следовательно выделение 1 г азота свидетельствует о распаде в организме 6,25 г белка. Если количество выделяемого азота равно количеству поглощенного организмом имеет место азотистое равновесие. Если поступившего .азота больше, чем выделенного, это называется положительным .азотистым балансом. В организме происходит задержка или ретенция азота. Положи­тельный азотистый баланс наблюдается при росте организма, при выздоровлении после тяжелых заболевания, сопровождавшихся похуданием и после длительного голодания. Когда количество азота, выделенного организмом больше, чем поступившего, имеет место отрицательный азотистый баланс. Его возникновение объясняется распадом собственных белков организма. Он возникает при голодании, отсутствии в пище незаменимых аминокислот, нарушениях переваривания и всасывания белка, тяжелых заболеваниях. Количество белка которое полностью обес­печивает потребности организма называется белковым оптимумом. Минимальное, обеспечивающее лишь сохранение азотистого баланса — белковым минимумом. ВОЗ рекомендует потребление белка не менее 0,75 г на кг веса в сутки. Энергетическая роль белков относительно небольшая.

Жирами организма являются триглицериды, фосфолипиды и стерины. Они также имеют определенную пластическую роль, так как фосфолипиды, холестерин, жирные кислоты входят в состав клеточных мембран и органел. Основная их роль энергетическая. При окислении липидов выделяется наибольшее количество энергии, поэтому около половины энергозатрат организма обеспечивается липидами. Кроме того, они являются аккумулятором энергии в организме, потому что откладываются в жировых депо и используются по мере необходимости. Жир депо составляют около 15% веса тела. Покрывая внутренние органы, жировая ткань выполняет и пластическую функцию. Например, околопочечный жир способствует фиксации почек и предохранению их от механических воздействий. Липиды явля­ются источниками воды, потому что при окислении 100 г жира образуется около 100 г воды. Особую функцию выполняет бурый жир, располагающийся вдоль крупных сосудов. Содержащийся в его жировых клетках полипептид тормозит ре-синтез АТФ за счет липидов. В результате резко усиливается теплопродукция. Большое значение имеют незаменимые жирные кислоты — линолевая, линоленовая и арахидоновая. Они не образуются в организме. Без них невозможен синтез фосфолипидов клеток, образование простагландинов и т.д. При их отсутствии задерживается рост и развитие организма.

Углеводы в основном играют энергетическую роль так как служат основным источником энергии для ‘клеток.

Потребности нейронов покрываются исключительно глюкозой. Углеводы аккумулируются в виде гликогена в печени

и мышцах. Углеводы имеют определенное пластическое значение. Глюкоза необходима для образования нуклеотидов

и синтеза некоторых аминокислот.

Методы измерения энергетический баланса организма

Соотношение между количеством энергии, поступившей в организм с пищей, и энергии, выделенной организмом во

внешнюю среду называется энергетическим балансом .организма. Существует 2 метода определения выделяемой

организмом энергии.

1. Прямая калориметрия. Принцип прямой калориметрии основан на том, что все виды энергии в конечном итоге переходят в тепловую. Поэтому при прямой калориметрии определяют количество тепла выделяемого организмом в окружающую среду за единицу времени. Для этого используют специальные камеры с хорошей теплоизоляцией и системой теплообменных труб, в которых циркулирует и нагревается вода.

2. Непрямая калориметрия. Она заключается в определении соотношения выделенного углекислого газа и поглощенного кислорода за единицу времени. Т.е. полном газовом анализе. Это соотношение называется дыхательным коэффициентом (ДК). УС02 ДК=—У02

Величина дыхательного коэффициента определяется тем, какое вещество окисляется в клетках организма. Например в молекуле углеводов атомов кислорода много, Поэтому на их окисление кислорода идет меньше и их дыхательный коэффициент равен 1. В молекуле липидов кислорода значительно меньше, поэтому дыхательный коэффициент при их окислении 0,7. Дыхательный коэффициент белков 0,8. При смешанном питании его величина 0,85-0,9. Дыхательный коэффициент становится больше 1 при тяжелой физической работе, ацидозе, гипервентиляции и преобразовании в организме углеводов в жиры. Меньше 0,7 он бывает при переходе жиров в углеводы. Исходя из дыхательного коэффициента рассчитывается калорический эквивалент кислорода, т.е. количество энергии выделяемой организмом при потреблении 1 л кислорода. Его величина также зависит от характера окисляемых веществ. Для углеводов он составляет 5 ккал, белков 4,5 ккал, жиров 4,7 ккал. Непрямая калориметрия в клинике производится с помощью аппаратов «Метатест-2», «Спиролит».

величина поступившей в организм энергии определяется количеством и энергетической ценностью пищевых веществ. Их энергетическую ценность определяют путем сжигания в бомбе Бертло в атмосфере чистого кислорода. Таким путем получают физический калорический коэффициент. Для белков он равен 5,8 ккал/г, углеводов 4,1 ккал/г, жиров 9,3 ккал/г. Для расчетов используют физиологический калорический коэффициент. Для углеводов и жиров он соответствует физическому, а для белков составляет 4,1 ккал/г. Его меньшая величина для белков объясняется тем, что в организме они расщепляются не до углекислого газа и воды, а да азотсодержащих продуктов. Основной обмен

Количество энергии, которое затрачивается организмом на выполнение жизненно важных функций называется основным обменом. Это затраты энергии на поддержание постоянства температуры тела, работу внутренних органов, нервной системы, желез. Основной обмен измеряется методами прямой и непрямой калориметрии при базисных условиях, т.е. лежа с расслабленными мышцами, при температуре комфорта, натощак. Согласно закону поверхности, сформулированному в 19 веке Рубнером и Рише, величина основного прямопропорциональна площади поверхности тела. Это связано с тем, что наибольшее количество энергии тратится на поддержание постоянства температуры тела. Помимо этого на величину основного обмена влияют пол, возраст, условия окружающей среды, характер питания, со­стояние желез внутренней секреции, нервной системы. У мужчин основной обмен на 10% больше, чем у женщин. У детей его величина относительно веса тела больше, чем в зрелом возрасте, а у пожилых наоборот меньше. В холодном климате или зимой он возрастает, летом снижается. При гипертиреозе он значительно увеличивается, а гипотиреозе снижается. В среднем величина основного обмена у мужчин 1700 ккал/сут., а у женщин 1550.

Общий обмен энергии

Общий обмен энергии это сумма основного обмена, рабочей прибавки и энергии специфически динамического действия пищи. Рабочая прибавка это энергетические затраты на физическую и умственную работу. По характеру производственной деятельности и энергозатратам выделяют следующие группы работающих:

1. Лица умственного труда (преподаватели, студенты, врачи и т.д.). Их энергозатраты 2200-3300 ккал/сут.

2. Работники занятые механизированным трудом (сборщики на конвейере). 2350-3500 ккал/сут.

3. Лица занятые частично механизированным трудом (шофера). 2500-3700 ккал/сут. .

1. Занятые тяжелым немеханизированным трудом (грузчики). 2900-4200 ккал/сут. Специфически динамическое действие пищи это энергозатраты на усвоение питательных веществ. Наиболее выражено это действие у белков, меньше у жиров и углеводов. В частности белки повышают энергетический обмен на 30%, а жиры и углеводы на 15%. Физиологические основы питания.

2. Режимы питания. В зависимости от возраста, пола, профессии потребление белков, жиров и углеводов должно составлять:

В прошлом веке Рубнер сформулировал закон изодинамии, согласно которому пищевые вещества могут взаимозаменяться по своей энергетической ценности. Однако он имеет относительное значение, так как белки, выполняющие пластическую роль, не могут синтезироваться из других веществ. Это же касается незаменимых жирных кислот. Поэтому требуется питание сбалансированное по всем питательным веществам. Кроме того необходимо учитывать усвояемость пищи. Это соотношение всосавшихся и выделившихся с калом питательных веществ. Наиболее легко усваиваются животные продукты. Поэтому животный белок должен составлять не менее 50% суточного белкового рациона, а жиры не более 70% жирового.

энергии | Безграничная микробиология

Метаболизм углеводов

Организмы расщепляют углеводы для производства энергии для клеточных процессов, а фотосинтезирующие растения производят углеводы.

Цели обучения

Анализируйте важность углеводного обмена для производства энергии

Основные выводы

Ключевые моменты

• Распад глюкозы, которую живые организмы используют для производства энергии, описывается уравнением: [латекс] {\ text {C}} _ ​​{6} {\ text {H}} _ {12} {\ text {O}} _ {6} +6 {\ text {O}} _ {2} \ rightarrow 6 {\ text {CO}} _ {2} +6 {\ text {H}} _ {2} \ text {O} + \ text {энергия} [/ латекс].
• Процесс фотосинтеза, который растения используют для синтеза глюкозы, описывается уравнением: [латекс] 6 \ text {CO} _ {2} +6 {\ text {H}} _ {2} \ text {O} + \ text { энергия} \ rightarrow {\ text {C}} _ ​​{6} {\ text {H}} _ {12} {\ text {O}} _ {6} +6 \ text {O} _ {2} [/ латекс].
• Потребляемая глюкоза используется для производства энергии в виде АТФ, который используется для выполнения работы и химических реакций в клетке.
• Во время фотосинтеза растения превращают световую энергию в химическую энергию, которая используется для создания молекул глюкозы.

Ключевые термины

• аденозинтрифосфат : многофункциональный нуклеозидтрифосфат, используемый в клетках в качестве кофермента, часто называемый «молекулярной единицей энергетической валюты» при внутриклеточном переносе энергии
• глюкоза : простой моносахарид (сахар) с молекулярной формулой [латекс] {\ text {C}} _ ​​{6} {\ text {H}} _ {12} {\ text {O}} _ { 6} [/ латекс] C6h22O6; это основной источник энергии для клеточного метаболизма

Метаболизм углеводов

Углеводы — одна из основных форм энергии для животных и растений.Растения вырабатывают углеводы, используя световую энергию солнца (в процессе фотосинтеза), в то время как животные едят растения или других животных для получения углеводов. Растения хранят углеводы в длинных полисахаридных цепях, называемых крахмалом, в то время как животные хранят углеводы в виде молекулы гликогена. Эти большие полисахариды содержат много химических связей и, следовательно, хранят много химической энергии. Когда эти молекулы расщепляются во время метаболизма, энергия химических связей высвобождается и может использоваться для клеточных процессов.

Все живые существа используют углеводы как форму энергии. : Растения, такие как дуб и желудь, используют энергию солнечного света для производства сахара и других органических молекул. И растения, и животные (например, эта белка) используют клеточное дыхание для получения энергии из органических молекул, изначально производимых растениями

Производство энергии из углеводов (клеточное дыхание)

Метаболизм любого моносахарида (простого сахара) может производить энергию для использования клеткой.Избыточные углеводы хранятся в виде крахмала в растениях и в виде гликогена у животных, готовые к метаболизму, если потребность организма в энергии внезапно возрастет. Когда эта потребность в энергии увеличивается, углеводы расщепляются на составляющие моносахариды, которые затем распределяются по всем живым клеткам организма. Глюкоза (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) является типичным примером моносахаридов, используемых для производства энергии.

Внутри клетки каждая молекула сахара расщепляется в ходе сложной серии химических реакций.Поскольку химическая энергия высвобождается из связей в моносахариде, она используется для синтеза высокоэнергетических молекул аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ — это основная энергетическая валюта всех клеток. Точно так же, как доллар используется в качестве валюты для покупки товаров, клетки используют молекулы АТФ для немедленной работы и проведения химических реакций.

Распад глюкозы во время метаболизма — клеточное дыхание — можно описать уравнением:

[латекс] {\ text {C}} _ ​​{6} {\ text {H}} _ {12} {\ text {O}} _ {6} +6 {\ text {O}} _ {2} \ rightarrow 6 {\ text {CO}} _ {2} +6 {\ text {H}} _ {2} \ text {O} + \ text {energy} [/ latex]

Производство углеводов (фотосинтез)

Растения и некоторые другие виды организмов производят углеводы в процессе фотосинтеза.Во время фотосинтеза растения превращают световую энергию в химическую энергию, превращая молекулы углекислого газа (CO ₂ ) в молекулы сахара, такие как глюкоза. Поскольку этот процесс включает в себя создание связей для синтеза большой молекулы, для его продолжения требуется ввод энергии (света). Синтез глюкозы путем фотосинтеза описывается этим уравнением (обратите внимание, что оно является обратным предыдущему уравнению):

[латекс] 6 \ text {CO} _ {2} +6 {\ text {H}} _ {2} \ text {O} + \ text {energy} \ rightarrow {\ text {C}} _ ​​{6 } {\ text {H}} _ {12} {\ text {O}} _ {6} +6 \ text {O} _ {2} [/ latex]

В рамках химических процессов растений молекулы глюкозы могут объединяться и превращаться в другие типы сахаров.В растениях глюкоза хранится в форме крахмала, который может быть снова расщеплен на глюкозу посредством клеточного дыхания для обеспечения АТФ.

Изменения свободной энергии в химических реакциях

ΔG определяет направление и степень химического изменения.

Цели обучения

Вспомните возможные изменения свободной энергии для химических реакций.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Если свободная энергия реагентов больше, чем у продуктов, энтропия мира будет увеличиваться, когда реакция протекает так, как написано, и поэтому реакция будет иметь тенденцию происходить спонтанно.
• Если свободная энергия продуктов превышает свободную энергию реагентов, то реакция не происходит.
• Важным следствием одностороннего нисходящего пути свободной энергии является то, что как только она достигает минимально возможного значения, чистое изменение останавливается.
• При спонтанном изменении энергия Гиббса всегда уменьшается и никогда не увеличивается.

Ключевые термины

• спонтанное изменение : Спонтанный процесс — это эволюция системы во времени, в которой она выделяет свободную энергию (обычно в виде тепла) и переходит в более низкое, более термодинамически стабильное энергетическое состояние.

Направление и масштабы химических изменений

ΔG определяет направление и степень химического изменения. Помните, что ΔG имеет значение только для изменений, при которых температура и давление остаются постоянными. Это условия, при которых большинство реакций проводится в лаборатории. Система обычно открыта для атмосферы (постоянное давление), и процесс начинается и заканчивается при комнатной температуре (после того, как тепло, которое было добавлено или высвободилось в результате реакции, рассеивается.)

Важность функции Гиббса трудно переоценить: она определяет, возможно ли данное химическое изменение термодинамически. Таким образом, если свободная энергия реагентов больше, чем у продуктов, энтропия мира будет увеличиваться, и реакция будет происходить спонтанно. И наоборот, если свободная энергия продуктов превышает свободную энергию реагентов, реакция не состоится.

При спонтанном изменении энергия Гиббса всегда уменьшается и никогда не увеличивается.Это, конечно, отражает тот факт, что энтропия мира ведет себя прямо противоположным образом (из-за отрицательного знака в члене TΔS). Вот пример:

[латекс] {\ text {H}} _ {2} \ text {O} (\ text {liquid}) \ rightarrow {\ text {H}} _ {2} \ text {O} (\ text {ice }) [/ латекс]

Вода при температуре ниже нуля градусов Цельсия испытывает снижение своей энтропии, но тепло, выделяемое в окружающую среду, более чем компенсирует это, поэтому энтропия мира увеличивается, свободная энергия H ₂ O уменьшается, и процесс идет спонтанно. .

Важным следствием одностороннего нисходящего пути свободной энергии является то, что как только она достигает минимально возможного значения, чистое изменение прекращается. Это, конечно, представляет собой состояние химического равновесия. Эти отношения резюмируются следующим образом:

• [латекс] \ Delta G <0 [/ latex]: реакция будет происходить спонтанно справа.
• [латекс] \ Delta G> 0 [/ latex]: реакция будет происходить спонтанно слева.
• [латекс] \ Delta G = 0 [/ latex]: реакция находится в равновесии и не будет идти ни в одном направлении.

Условия самопроизвольного изменения

Напомним условие самопроизвольного изменения:

ΔG = ΔH — TΔS <0

где ΔG = изменение свободной энергии Гиббса, ΔH = изменение энтальпии, T = абсолютная температура и ΔS = изменение энтропии

Очевидно, что температурная зависимость ΔG почти полностью зависит от изменения энтропии, связанного с процессом. (уместно сказать «почти», потому что значения ΔH и ΔS сами по себе немного зависят от температуры; оба постепенно увеличиваются с температурой).В частности, обратите внимание, что в приведенном выше уравнении знак изменения энтропии определяет, станет ли реакция более или менее спонтанной при повышении температуры.

Для любой данной реакции знак ΔH также может быть положительным или отрицательным. Это означает, что существует четыре возможности влияния температуры на спонтанность процесса:

Случай 1: ΔH

<0 и ΔS> 0

В этих условиях оба члена ΔH и TΔS будут отрицательными, поэтому ΔG будет отрицательным независимо от температуры.Экзотермическая реакция, энтропия которой увеличивается, будет спонтанной при всех температурах.

Случай 2: ΔH

<0 и ΔS <0

Если реакция является достаточно экзотермической, она может привести к отрицательному значению ΔG только при температурах, ниже которых | TΔS | <| ΔH |. Это означает, что существует температура, определяемая [latex] T = \ frac {\ Delta H} {\ Delta S} [/ latex], при которой реакция находится в равновесии; реакция будет происходить самопроизвольно только ниже этой температуры. Замерзание жидкости или конденсация газа - наиболее частые примеры этого состояния.

Случай 3: ΔH> 0 и ΔS> 0

Это обратное предыдущему случаю; увеличение энтропии должно преодолевать недостатки эндотермического процесса, так что TΔS> ΔH. Поскольку влияние температуры должно «усилить» влияние положительного ΔS, процесс будет спонтанным при температурах выше [латекса] T = \ frac {\ Delta H} {\ Delta S} [/ latex]. (Подумайте о плавлении и кипении.)

Случай 4: ΔH> 0 и ΔS

<0

Поскольку оба ΔH и ΔS работают против этого, этот вид процесса не будет происходить самопроизвольно при любой температуре.Вещество А всегда имеет большее количество доступных энергетических состояний и поэтому всегда является предпочтительной формой.

Внутренняя энергия и энтальпия

Энтальпия реакции измеряет тепло, выделяемое / поглощаемое реакцией, которая происходит при постоянном давлении.

Цели обучения

Проверить энтальпию реакции

Основные выводы

Ключевые моменты

• При постоянном объеме теплота реакции равна изменению внутренней энергии системы.
• При постоянном давлении теплота реакции равна изменению энтальпии системы.
• Большинство химических реакций происходит при постоянном давлении, поэтому энтальпия чаще используется для измерения теплоты реакции, чем внутренняя энергия.

Ключевые термины

• энтальпия : В термодинамике мера теплосодержания химической или физической системы.
• внутренняя энергия : Свойство, характеризующее состояние термодинамической системы, изменение которого равно поглощенному теплу за вычетом работы, совершаемой системой.
• первый закон термодинамики : Тепло и работа являются формами передачи энергии; внутренняя энергия замкнутой системы изменяется по мере того, как тепло и работа передаются в нее или из нее.

В термодинамике работа ( W ) определяется как процесс передачи энергии от одной системы к другой. Первый закон термодинамики гласит, что энергия замкнутой системы равна количеству тепла, подводимого к системе, за вычетом количества работы, выполняемой системой над ее окружением.Количество энергии для замкнутой системы записывается следующим образом:

[латекс] \ Delta U = Q — W [/ латекс]

В этом уравнении U — это полная энергия системы, Q — тепло и Вт — работа. В химических системах наиболее распространенным типом работы является работа «давление-объем» ( PV ), при которой объем газа изменяется. Подставляя это для работы в вышеприведенное уравнение, мы можем определить изменение внутренней энергии для химической системы:

[латекс] \ Delta U = Q-P \ Delta V [/ латекс]

Изменение внутренней энергии при постоянном объеме

Давайте рассмотрим изменение внутренней энергии [латекс] \ Delta U [/ латекс] при постоянном объеме.При постоянном объеме [латекс] \ Delta V = 0 [/ латекс] уравнение для изменения внутренней энергии сводится к следующему:

[латекс] \ Delta U = Q_V [/ латекс]

Нижний индекс V добавлен к Q , чтобы указать, что это теплопередача, связанная с химическим процессом при постоянном объеме. Однако эту внутреннюю энергию часто очень трудно вычислить в реальных условиях, потому что химики, как правило, проводят свои реакции в открытых колбах и мензурках, которые позволяют газам уходить в атмосферу.Следовательно, объем не поддерживается постоянным, и вычисление [латекс] \ Delta U [/ латекс] становится проблематичным. Чтобы исправить это, мы вводим понятие энтальпии , которое гораздо чаще используется химиками.

Стандартная энтальпия реакции

Энтальпия реакции определяется как внутренняя энергия реакционной системы, плюс произведение давления и объема. Выдается:

[латекс] H = U + PV [/ латекс]

Добавив термин PV , можно измерить изменение энергии в химической системе, даже когда эта система действительно воздействует на окружающую среду.Чаще всего нас интересует изменение энтальпии данной реакции, которое можно выразить следующим образом:

[латекс] \ Delta H = \ Delta U + P \ Delta V [/ латекс]

Когда вы запускаете химическую реакцию в лаборатории, реакция происходит при постоянном давлении, потому что атмосферное давление вокруг нас относительно постоянно. Мы рассмотрим изменение энтальпии для реакции при постоянном давлении, чтобы понять, почему энтальпия является таким полезным понятием для химиков.

Энтальпия реакции при постоянном давлении

Давайте еще раз посмотрим на изменение энтальпии для данного химического процесса.Выдается следующим образом:

[латекс] \ Delta H = \ Delta U + P \ Delta V [/ латекс]

Однако мы также знаем, что:

[латекс] \ Delta U = Q-W = Q-P \ Delta V [/ латекс]

Подставляя для объединения этих двух уравнений, получаем:

[латекс] \ Delta H = Q-P \ Delta V + P \ Delta V = Q_P [/ latex]

Таким образом, при постоянном давлении изменение энтальпии просто равно количеству тепла, выделяемого / поглощаемого реакцией. Из-за этой связи изменение энтальпии часто называют просто «теплотой реакции».”

Энтальпия : Объяснение того, почему энтальпию можно рассматривать как «теплосодержание» в системе постоянного давления.

2.6.1: Метаболизм углеводов — Биология LibreTexts

Цели обучения

• Анализировать важность метаболизма углеводов для производства энергии

Метаболизм углеводов

Углеводы — одна из основных форм энергии для животных и растений.Растения вырабатывают углеводы, используя световую энергию солнца (в процессе фотосинтеза), в то время как животные едят растения или других животных для получения углеводов. Растения хранят углеводы в длинных полисахаридных цепях, называемых крахмалом, в то время как животные хранят углеводы в виде молекулы гликогена. Эти большие полисахариды содержат много химических связей и, следовательно, хранят много химической энергии. Когда эти молекулы расщепляются во время метаболизма, энергия химических связей высвобождается и может использоваться для клеточных процессов.

Рисунок: Все живые существа используют углеводы как форму энергии. : Растения, такие как дуб и желудь, используют энергию солнечного света для производства сахара и других органических молекул. И растения, и животные (например, эта белка) используют клеточное дыхание для получения энергии из органических молекул, первоначально производимых растениями

Производство энергии из углеводов (клеточное дыхание)

Метаболизм любого моносахарида (простого сахара) может производить энергию для использования клеткой.Избыточные углеводы хранятся в виде крахмала в растениях и в виде гликогена у животных, готовые к метаболизму, если потребность организма в энергии внезапно возрастет. Когда эта потребность в энергии увеличивается, углеводы расщепляются на составляющие моносахариды, которые затем распределяются по всем живым клеткам организма. Глюкоза (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) является типичным примером моносахаридов, используемых для производства энергии.

Внутри клетки каждая молекула сахара расщепляется в ходе сложной серии химических реакций.Поскольку химическая энергия высвобождается из связей в моносахариде, она используется для синтеза высокоэнергетических молекул аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ — это основная энергетическая валюта всех клеток. Точно так же, как доллар используется в качестве валюты для покупки товаров, клетки используют молекулы АТФ для немедленной работы и проведения химических реакций.

Распад глюкозы во время метаболизма — клеточное дыхание — можно описать уравнением:

\ [\ ce {C6h22O6 + 6O2 → 6CO2 + 6h3O + энергия} \]

Производство углеводов (фотосинтез)

Растения и некоторые другие виды организмов производят углеводы в процессе фотосинтеза.Во время фотосинтеза растения превращают световую энергию в химическую энергию, превращая молекулы углекислого газа (CO ₂ ) в молекулы сахара, такие как глюкоза. Поскольку этот процесс включает в себя создание связей для синтеза большой молекулы, для его продолжения требуется ввод энергии (света). Синтез глюкозы путем фотосинтеза описывается этим уравнением (обратите внимание, что оно является обратным предыдущему уравнению):

\ [\ ce {6CO2 + 6h3O + энергия → C6h22O6 + 6O2} \]

В рамках химических процессов растений молекулы глюкозы могут объединяться и превращаться в другие типы сахаров.В растениях глюкоза хранится в форме крахмала, который может быть снова расщеплен на глюкозу посредством клеточного дыхания для обеспечения АТФ.

Ключевые моменты

• Распад глюкозы, которую живые организмы используют для производства энергии, описывается уравнением: \ [\ ce {C6h22O6 + 6O2 → 6CO2 + 6h3O + energy} \ nonumber \]
• Процесс фотосинтеза, который растения используют для синтеза глюкозы, описывается уравнением: \ [\ ce {6CO2 + 6h3O + энергия → C6h22O6 + 6O2} \ nonumber \]
• Потребляемая глюкоза используется для производства энергии в виде АТФ, который используется для выполнения работы и химических реакций в клетке.
• Во время фотосинтеза растения превращают световую энергию в химическую энергию, которая используется для создания молекул глюкозы.

Ключевые термины

• аденозинтрифосфат : многофункциональный нуклеозидтрифосфат, используемый в клетках в качестве кофермента, часто называемый «молекулярной единицей энергетической валюты» при внутриклеточном переносе энергии
• глюкоза : простой моносахарид (сахар) с молекулярной формулой C6h22O6C6h22O6C6h22O6; это основной источник энергии для клеточного метаболизма

Углеводы, белки и жиры — Нарушения питания

Белки состоят из единиц, называемых аминокислотами, соединенных в сложные образования.Поскольку белки представляют собой сложные молекулы, организму требуется больше времени, чтобы их расщепить. В результате они являются гораздо более медленным и продолжительным источником энергии, чем углеводы.

Есть 20 аминокислот. Организм синтезирует некоторые из них из компонентов внутри тела, но не может синтезировать 9 аминокислот, называемых незаменимыми аминокислотами. Их необходимо употреблять в пищу. Каждому нужны 8 из этих аминокислот: изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан и валин.Младенцам также нужен 9-й — гистидин.

Процент белка, который организм может использовать для синтеза незаменимых аминокислот, варьируется от белка к белку. Организм может использовать 100% белка, содержащегося в яйцах, и высокий процент белков, содержащихся в молоке и мясе. Организм может использовать чуть меньше половины белка, содержащегося в большинстве овощей и злаков.

Телу необходим белок для поддержания и замены тканей, а также для функционирования и роста. Белок обычно не используется для получения энергии.Однако, если организм не получает достаточного количества калорий из других питательных веществ или жира, хранящегося в организме, белок используется для получения энергии. Если потребляется больше белка, чем необходимо, организм расщепляет белок и откладывает его компоненты в виде жира.

В организме содержится большое количество белка. Белок, основной строительный блок организма, является основным компонентом большинства клеток. Например, мышцы, соединительные ткани и кожа состоят из белка.

Взрослым необходимо съедать около 60 граммов белка в день (0.8 грамм на килограмм веса или от 10 до 15% от общей калорийности). Взрослым, которые пытаются нарастить мышцы, нужно немного больше. Детям тоже нужно больше, потому что они растут. Людям, которые ограничивают количество калорий для похудения, обычно требуется большее количество белка, чтобы предотвратить потерю мышечной массы во время похудения.

Углеводы, белки, жиры и сахар в крови

Обзор темы

Организм использует три основных питательных вещества для своего функционирования — углеводы, белки и жиры.

Эти питательные вещества перевариваются в более простые соединения. Углеводы используются для получения энергии (глюкозы). Жиры используются для получения энергии после того, как они расщепляются на жирные кислоты. Белок также можно использовать для получения энергии, но первая задача — помочь в производстве гормонов, мышц и других белков.

Питательные вещества, необходимые организму, и для чего они используются

Тип питательного вещества	Где находится	Как это используется
Углеводы (крахмалы и сахар)	Хлеб Зерна Фрукты Овощи Молоко и йогурт Продукты с сахаром	Разлагается на глюкозу, используется для снабжения клеток энергией.Экстра хранится в печени.
Белок	Мясо Морепродукты Бобовые Орехи и семена Яйца Молочные продукты Овощи	Разлагается на аминокислоты, используется для наращивания мышц и производства других белков, необходимых для функционирования организма.
Жир	Масла Сливочное масло Яичные желтки Продукты животного происхождения	Разлагается на жирные кислоты, образуя клеточные оболочки и гормоны. Экстра хранится в жировых клетках.

После еды уровень сахара (глюкозы) в крови повышается по мере переваривания углеводов.Это дает сигнал бета-клеткам поджелудочной железы, чтобы высвободить инсулин в кровоток. Инсулин помогает глюкозе проникать в клетки организма и использовать ее для получения энергии. Если вся глюкоза не нужна для получения энергии, часть ее откладывается в жировых клетках и в печени в виде гликогена. Когда сахар перемещается из крови в клетки, уровень глюкозы в крови возвращается к нормальному диапазону между приемами пищи.

Некоторые гормоны и процессы помогают регулировать уровень сахара в крови и поддерживать его в определенном диапазоне (от 70 мг / дл до 120 мг / дл).Когда уровень сахара в крови падает ниже этого диапазона, что может происходить между приемами пищи, у организма есть по крайней мере три способа реагирования:

• Клетки поджелудочной железы могут выделять глюкагон, гормон, который сигнализирует организму о выработке глюкозы из гликогена в организме. мышцы и печень и выпустить его в кровь.
• Когда гликоген израсходован, мышечный белок расщепляется на аминокислоты. Печень использует аминокислоты для создания глюкозы посредством биохимических реакций (глюконеогенез).
• Запасы жира можно использовать для получения энергии, образуя кетоны.

Другие гормоны могут повышать уровень сахара в крови, в том числе адреналин (также называемый адреналином) и кортизол, выделяемый надпочечниками, и гормон роста, выделяемый гипофизом.

Кредиты

Текущий по состоянию на: 31 августа 2020 г.

Автор: Healthwise Staff
Медицинский обзор:
Э. Грегори Томпсон, врач-терапевт
Адам Хусни, доктор медицины, семейная медицина
Кэтлин Ромито, доктор медицины, семейная медицина
Ронда О’Брайен, доктор медицинских наук, CDE — сертифицированный педагог по диабету
Коллин О’Коннор PhD, RD — зарегистрированный диетолог

Действует на 31 августа 2020 года

Автор: Здоровый персонал

Медицинский обзор: E.Грегори Томпсон, врач внутренних болезней и Адам Хусни, доктор медицины, семейная медицина и Кэтлин Ромито, доктор медицины, семейная медицина, Ронда О’Брайен, доктор медицинских наук, CDE, сертифицированный педагог по диабету и Коллин О’Коннор, доктор медицинских наук, зарегистрированный диетолог

Ключевые функции углеводов?

С биологической точки зрения углеводы — это молекулы, которые содержат атомы углерода, водорода и кислорода в определенных соотношениях.

Но в мире питания это одна из самых противоречивых тем.

Некоторые считают, что употребление меньшего количества углеводов — это путь к оптимальному здоровью, в то время как другие предпочитают диеты с более высоким содержанием углеводов. Тем не менее, другие настаивают на умеренности.

Куда бы вы ни попали в этом споре, трудно отрицать, что углеводы играют важную роль в организме человека. В этой статье освещаются их основные функции.

Углеводы обеспечивают ваше тело энергией

Одна из основных функций углеводов — обеспечивать ваше тело энергией.

Большинство углеводов в продуктах, которые вы едите, перевариваются и расщепляются на глюкозу, прежде чем попасть в кровоток.

Глюкоза из крови попадает в клетки вашего тела и используется для производства топливной молекулы, называемой аденозинтрифосфатом (АТФ), посредством ряда сложных процессов, известных как клеточное дыхание. Затем клетки могут использовать АТФ для выполнения различных метаболических задач.

Большинство клеток организма могут производить АТФ из нескольких источников, включая пищевые углеводы и жиры. Но если вы придерживаетесь диеты со смесью этих питательных веществ, большинство клеток вашего тела предпочтут использовать углеводы в качестве основного источника энергии (1).

Резюме Одна из основных функций углеводов
— обеспечивать ваше тело энергией. Ваши клетки
превращают углеводы в топливную молекулу АТФ посредством процесса, называемого клеточным дыханием
.

Они также обеспечивают запасенную энергию

Если в вашем организме достаточно глюкозы для удовлетворения текущих потребностей, избыток глюкозы может быть сохранен для дальнейшего использования.

Эта хранимая форма глюкозы называется гликогеном и в основном находится в печени и мышцах.

В печени содержится примерно 100 граммов гликогена. Эти запасенные молекулы глюкозы могут попадать в кровь, чтобы обеспечивать энергией весь организм и поддерживать нормальный уровень сахара в крови между приемами пищи.

В отличие от гликогена печени, гликоген в ваших мышцах может использоваться только мышечными клетками. Он жизненно важен для использования во время длительных тренировок высокой интенсивности. Содержание гликогена в мышцах варьируется от человека к человеку, но составляет примерно 500 граммов (2).

В обстоятельствах, когда у вас есть вся необходимая вашему организму глюкоза и ваши запасы гликогена полны, ваше тело может преобразовывать избыточные углеводы в молекулы триглицеридов и хранить их в виде жира.

Резюме Ваше тело может
преобразовывать лишние углеводы в запасенную энергию в виде гликогена.
В печени и мышцах может храниться несколько сотен граммов.

Углеводы помогают сохранить мышцы

Накопление гликогена — это лишь один из нескольких способов, с помощью которых ваш организм обеспечивает достаточное количество глюкозы для всех своих функций.

При недостатке глюкозы из углеводов мышцы также могут расщепляться на аминокислоты и превращаться в глюкозу или другие соединения для выработки энергии.

Очевидно, это не идеальный сценарий, поскольку мышечные клетки имеют решающее значение для движения тела. Сильная потеря мышечной массы связана с плохим здоровьем и повышенным риском смерти (3).

Однако это один из способов, с помощью которого организм обеспечивает мозг достаточным количеством энергии, которому требуется глюкоза для получения энергии даже в периоды длительного голодания.

Употребление хотя бы некоторого количества углеводов — один из способов предотвратить потерю мышечной массы, связанную с голоданием. Эти углеводы уменьшат разрушение мышц и обеспечат глюкозу энергией для мозга (4).

Другие способы сохранения мышечной массы организмом без углеводов будут рассмотрены далее в этой статье.

Резюме В периоды голодания
, когда углеводы недоступны, организм может преобразовывать аминокислоты
из мышц в глюкозу, чтобы обеспечить мозг энергией. Употребление хотя бы
углеводов может предотвратить разрушение мышц в этом сценарии.

Они способствуют здоровью пищеварительной системы

В отличие от сахаров и крахмалов, пищевые волокна не расщепляются на глюкозу.

Вместо этого, этот тип углеводов проходит через организм в непереваренном виде. Его можно разделить на два основных типа клетчатки: растворимую и нерастворимую.

Растворимая клетчатка содержится в овсе, бобовых, а также во внутренней части фруктов и некоторых овощей. Проходя через тело, он втягивает воду и образует гелеобразное вещество. Это увеличивает объем стула и смягчает его, чтобы облегчить опорожнение кишечника.

В обзоре четырех контролируемых исследований было обнаружено, что растворимая клетчатка улучшает консистенцию стула и увеличивает частоту испражнений у людей с запорами.Кроме того, он уменьшал напряжение и боль, связанные с дефекацией (5).

С другой стороны, нерастворимая клетчатка помогает облегчить запор, увеличивая объем стула и заставляя его двигаться по пищеварительному тракту немного быстрее. Этот тип клетчатки содержится в цельнозерновых продуктах, кожуре и семенах фруктов и овощей.

Получение достаточного количества нерастворимой клетчатки также может защитить от болезней пищеварительного тракта.

Одно обсервационное исследование с участием более 40 000 мужчин показало, что более высокое потребление нерастворимой клетчатки было связано с 37% снижением риска дивертикулярной болезни, заболевания, при котором в кишечнике развиваются мешочки (6).

Резюме Клетчатка — это тип
углеводов, который способствует хорошему пищеварению за счет уменьшения запоров и
снижения риска заболеваний пищеварительного тракта.

Они влияют на здоровье сердца и диабет

Безусловно, чрезмерное употребление рафинированных углеводов вредит сердцу и может повысить риск диабета.

Однако употребление большого количества пищевых волокон может принести пользу вашему сердцу и уровню сахара в крови (7, 8, 9).

Когда вязкая растворимая клетчатка проходит через тонкий кишечник, она связывается с желчными кислотами и препятствует их реабсорбции. Чтобы вырабатывать больше желчных кислот, печень использует холестерин, который в противном случае был бы в крови.

Контролируемые исследования показывают, что ежедневный прием 10,2 грамма добавки с растворимой клетчаткой под названием псиллиум может снизить «плохой» холестерин ЛПНП на 7% (10).

Кроме того, обзор 22 обсервационных исследований подсчитал, что риск сердечных заболеваний был на 9% ниже на каждые дополнительные 7 граммов пищевых волокон, потребляемых людьми в день (11).

Кроме того, клетчатка не повышает уровень сахара в крови, как другие углеводы. Фактически, растворимая клетчатка помогает замедлить всасывание углеводов в пищеварительном тракте. Это может привести к снижению уровня сахара в крови после еды (12).

Обзор 35 исследований показал значительное снижение уровня сахара в крови натощак, когда участники ежедневно принимали добавки с растворимой клетчаткой. Это также снизило их уровень A1c, молекулы, которая указывает средний уровень сахара в крови за последние три месяца (13).

Хотя клетчатка снижает уровень сахара в крови у людей с преддиабетом, она наиболее сильна у людей с диабетом 2 типа (13).

Резюме Избыток рафинированных
углеводов может увеличить риск сердечных заболеваний и диабета. Клетчатка — это тип углеводов
, который связан с пониженным уровнем «плохого» холестерина ЛПНП
, более низким риском сердечных заболеваний и усилением гликемического контроля.

Нужны ли углеводы для этих функций?

Как видите, углеводы играют роль в нескольких важных процессах.Однако у вашего тела есть альтернативные способы выполнять многие из этих задач без углеводов.

Почти каждая клетка вашего тела может генерировать топливную молекулу АТФ из жира. Фактически, самая большая форма запасенной энергии в организме — это не гликоген, а молекулы триглицеридов, хранящиеся в жировой ткани.

Большую часть времени мозг использует почти исключительно глюкозу в качестве топлива. Однако во время длительного голодания или диет с очень низким содержанием углеводов мозг переключает свой основной источник топлива с глюкозы на кетоновые тела, также известные как кетоны.

Кетоны — это молекулы, образующиеся при расщеплении жирных кислот. Ваше тело вырабатывает их, когда углеводы недоступны для обеспечения вашего тела энергией, необходимой для его функционирования.

Кетоз возникает, когда организм вырабатывает большое количество кетонов, которые используются для получения энергии. Это состояние не обязательно вредно и сильно отличается от осложнения неконтролируемого диабета, известного как кетоацидоз.

Однако, несмотря на то, что кетоны являются основным источником топлива для мозга во время голодания, мозгу по-прежнему требуется около одной трети своей энергии, которая поступает из глюкозы через распад мышц и других источников в организме (14).

Используя кетоны вместо глюкозы, мозг заметно сокращает количество мышц, которые необходимо расщепить и преобразовать в глюкозу для получения энергии. Этот сдвиг — жизненно важный метод выживания, который позволяет людям жить без еды в течение нескольких недель.

Резюме В организме есть
альтернативный способ обеспечить энергией и сохранить мышцы во время голодания или
диет с очень низким содержанием углеводов.

Углеводы выполняют несколько ключевых функций в организме.

Они дают вам энергию для повседневных задач и являются основным источником энергии для вашего мозга.

Клетчатка — это особый тип углеводов, который способствует хорошему пищеварению и может снизить риск сердечных заболеваний и диабета.

В целом углеводы выполняют эти функции у большинства людей. Однако, если вы придерживаетесь низкоуглеводной диеты или еды недостаточно, ваше тело будет использовать альтернативные методы для выработки энергии и подпитки вашего мозга.

Поглощение, ферменты, процесс и многое другое

Что такое углеводы?

Углеводы дают организму энергию для выполнения повседневных умственных и физических задач.Переваривание или метаболизм углеводов расщепляет пищу на сахара, которые также называются сахаридами. Эти молекулы начинают перевариваться во рту и продолжают использоваться в организме для чего угодно — от нормального функционирования клеток до роста и восстановления клеток.

Вы, наверное, слышали, что одни углеводы считаются «хорошими», а другие — «плохими». Но на самом деле все не так просто.

Есть три основных типа углеводов. Некоторые углеводы встречаются в природе. Вы можете найти их в целых фруктах и ​​овощах, в то время как другие обработаны и рафинированы, и в них либо отсутствуют, либо лишены питательных веществ.Вот в чем дело:

Типы углеводов

Три типа углеводов:

И простые, и сложные углеводы расщепляются на глюкозу (также известный как сахар в крови). Простой углевод состоит из одной или двух молекул сахара, а сложный углевод состоит из трех или более молекул сахара.

Клетчатка, с другой стороны, содержится в здоровых углеводах, но не переваривается и не расщепляется. Было доказано, что он полезен для здоровья сердца и контроля веса.

Простые сахара естественного происхождения содержатся во фруктах и ​​молочных продуктах.Есть также обработанные и рафинированные простые сахара, которые пищевые компании могут добавлять в такие продукты, как газированные напитки, конфеты и десерты.

Хорошие источники сложных углеводов включают:

Клетчатка содержится во многих здоровых углеводах, таких как:

Употребление волокнистых, сложных и простых углеводов из естественных источников, таких как фрукты, может защитить вас от болезней и может даже помочь вам сохранить свой вес. Эти углеводы содержат больше витаминов и минералов.

Однако обработанные и рафинированные углеводы высококалорийны, но относительно не питательны.Они заставляют людей набирать вес и могут даже способствовать развитию состояний, связанных с ожирением, таких как диабет 2 типа и сердечные заболевания.

Суточное потребление

Углеводы должны составлять от 45 до 65 процентов ежедневного потребления калорий в соответствии с американскими диетическими рекомендациями.

Для человека, потребляющего стандартные 2000 калорий в день, это означает, что углеводы могут составлять от 900 до 1300 калорий. Это составляет от 225 до 325 граммов каждый день.Однако потребление углеводов будет зависеть от ваших индивидуальных потребностей.

Вся пища, которую вы едите, проходит через пищеварительную систему, поэтому она может расщепляться и использоваться организмом. Углеводы начинают свой путь, начиная с приема их ртом и заканчивая их выводом из толстой кишки. Между точкой входа и выхода происходит много всего.

1. Рот

Вы начинаете переваривать углеводы в ту минуту, когда пища попадает вам в рот. Слюна, выделяемая слюнными железами, увлажняет пищу во время пережевывания.

Слюна выделяет фермент амилазу, который начинает процесс расщепления сахаров в углеводах, которые вы едите.

2. Желудок

Оттуда вы проглатываете пищу теперь, когда она пережевана на более мелкие кусочки. Углеводы попадают через пищевод в желудок. На этом этапе пища называется химусом.

Ваш желудок вырабатывает кислоту, которая убивает бактерии химуса, прежде чем он сделает следующий шаг в пищеварении.

3.Тонкая кишка, поджелудочная железа и печень

Химус затем переходит из желудка в первую часть тонкой кишки, называемую двенадцатиперстной кишкой. Это заставляет поджелудочную железу выделять панкреатическую амилазу. Этот фермент расщепляет химус на декстрин и мальтозу.

Оттуда стенка тонкой кишки начинает вырабатывать лактазу, сахарозу и мальтазу. Эти ферменты еще больше расщепляют сахара на моносахариды или отдельные сахара.

Эти сахара окончательно всасываются в тонкую кишку.После того, как они всасываются, они еще больше перерабатываются печенью и сохраняются в виде гликогена. Другая глюкоза перемещается по телу с током крови.

Гормон инсулин высвобождается из поджелудочной железы и позволяет глюкозе использовать в качестве энергии.

4. Толстая кишка

Все, что остается после этих пищеварительных процессов, попадает в толстую кишку. Затем он расщепляется кишечными бактериями. Клетчатка содержится во многих углеводах и не усваивается организмом. Он достигает толстой кишки и затем выводится со стулом.

Есть некоторые заболевания, которые могут нарушить процесс переваривания углеводов. Следующий список не является исчерпывающим, и эти состояния обычно редки и являются генетическими, то есть передаются по наследству при рождении.

Галактоземия

Галактоземия — это генетическое заболевание, которое влияет на то, как организм перерабатывает простую сахарную галактозу, сахар, который входит в состав более крупного сахара, называемого лактозой, который содержится в молоке, сыре и других молочных продуктах. Это приводит к слишком большому количеству этого сахара в крови, вызывая такие осложнения, как повреждение печени, нарушение обучаемости или репродуктивные проблемы.

Мальабсорбция фруктозы

Это состояние также называют пищевой непереносимостью фруктозы. Это влияет на то, как организм расщепляет сахар фруктозу из фруктов и овощей, меда, агавы и обработанных пищевых продуктов. Симптомы включают:

• тошноту
• диарею
• хроническая усталость

Мукополисахаридозы

Синдром Хантера — это тип наследственного заболевания, относящегося к мукополисахаридозам (MPSs). Обычно он начинается в возрасте от 2 до 4 лет и вызван отсутствием фермента, который не расщепляет углеводы.Это расстройство может повлиять на физические способности, внешний вид, умственное развитие и функции органов.

Нарушения обмена пирувата

Дефицит пируватдегидрогеназы — тип наследственного заболевания, классифицируемого как нарушения обмена пирувата. Это вызывает накопление молочной кислоты в кровотоке.

Симптомы могут проявиться уже в младенчестве. К ним относятся:

• летаргия
• плохое питание
• учащенное дыхание
• плохой мышечный тонус
• аномальные движения глаз

Симптомы могут усиливаться после приема пищи, богатой углеводами.

Для правильного функционирования организму необходимы углеводы. Диета, богатая полезными цельными продуктами, должна дать вам достаточно энергии для работы в течение дня.

Не забудьте включить изрядное количество сложных углеводов, таких как фрукты и овощи — обычно от 900 до 1300 калорий каждый день. Конечно, это количество будет зависеть от вашего роста, веса и уровня активности. Если вам нужны определенные углеводы, рекомендуется проконсультироваться с диетологом.

Другие советы

• Наполняйте тарелку цельнозерновыми, а не рафинированными, наряду с фруктами и овощами.Эти сложные углеводы содержат больше клетчатки и основных питательных веществ, таких как витамины B.
• Часы для молочных продуктов с добавлением сахара. Нежирное молоко, сыры и йогурты дают организму необходимые кальций и белок, а также другие витамины и минералы без калорийной нагрузки.
• Включите в свой день больше бобов, гороха и чечевицы. Эти бобовые не только содержат сложные углеводы, но также могут похвастаться впечатляющим содержанием белка, фолиевой кислоты, калия, железа и магния без большого количества жира.
• Прочтите свои этикетки. Всегда следите за добавлением сахара, особенно в обработанных пищевых продуктах. Вам следует стремиться получать менее 10 процентов калорий каждый день за счет добавленных сахаров или простых углеводов.

Переваривание, всасывание и энергетическая ценность углеводов

Переваривание, всасывание и энергетическая ценность углеводов

---

Введение

Многое было изучено о переваривании и всасывании углеводов за последние 20 лет, и эти новые знания во многих отношениях полностью изменили наше представление о пищевых углеводах.Теперь мы знаем, что крахмалы перевариваются не полностью, и действительно, некоторые из них перевариваются довольно плохо. Мы узнали, что неперевариваемые углеводы являются не просто нейтральными наполнителями, но обладают важными физиологическими эффектами и даже вносят энергию в рацион. «Сахар» не вреден для здоровья, и не все крахмалы одинаково влияют на уровень глюкозы и липидов в крови. Однако знания во всех этих областях далеко не полные. Кроме того, до сих пор не решены споры о том, как определять и как измерять пищевые волокна и крахмал, и в разных частях мира используются разные методы.Это представляет собой серьезную проблему для тех, кто несет ответственность за формулирование политики и рекомендаций в отношении пищевых углеводов и того, как определяется энергетическая ценность и углеводный состав пищевых продуктов.

Энергетическая ценность углеводов

Было использовано множество различных методов, чтобы определить, сколько энергии в пищевых продуктах доступно для метаболизма человека, называемой метаболизируемой энергией (ME). Общее количество энергии в пище (TE) можно определить калориметрическим методом, но ME меньше TE, потому что не вся энергия в пище поглощается, а часть поглощается, но теряется с мочой.Большая часть непоглощенной энергии заканчивается с калом, но некоторая часть теряется с газами и теплом, выделяемыми во время брожения в толстой кишке.

Наиболее распространенным подходом к определению энергетической ценности пищевых продуктов является факторный метод (68), в котором рассчитывается количество энергии, содержащейся в каждом из различных компонентов пищи (например, жир, белок, углевод, алкоголь), и сумма полученных цифр принимается за количество энергии в пище. Определение энергетической ценности углеводов представляет собой концептуальную проблему, потому что углеводы различаются по их валовой энергии на грамм, степени, в которой они перевариваются и всасываются, а также тому факту, что неперевариваемые углеводы обеспечивают количество энергии, которое зависит от степени, в которой они ферментируются в толстой кишке.Это может варьироваться от 0 до 100%. Были предложены альтернативные эмпирические модели, основанные на уравнениях регрессии, разработанных на основе экспериментов, в которых общее потребление энергии и выделение энергии с мочой и калом измерялись при различных диетах. Здесь метаболизируемая энергия в рационе равна общему потреблению энергии за вычетом потерь энергии, которые оцениваются по потреблению азота и недоступных углеводов. Утверждалось, что эмпирические модели для определения энергетической ценности рациона более точны, чем факторный подход, поскольку они имеют меньше и меньше источников ошибок (68).Тем не менее, кажется маловероятным, что факторный подход будет заменен, по крайней мере, в ближайшем будущем, потому что он укоренился в правилах маркировки пищевых продуктов и таблицах пищевых продуктов.

Переваривание и всасывание углеводов

Полисахариды и олигосахариды перед абсорбцией необходимо гидролизовать до составляющих их моносахаридов. Переваривание крахмала начинается с амилазы слюны, но эта активность гораздо менее важна, чем активность амилазы поджелудочной железы в тонком кишечнике.Амилаза гидролизует крахмал, причем основными конечными продуктами являются мальтоза, мальтотриоза и α-декстрины, хотя также образуется некоторое количество глюкозы. Продукты расщепления -амилазы гидролизуются до составляющих их моносахаридов ферментами, экспрессируемыми на границе клеток тонкого кишечника, наиболее важными из которых являются мальтаза, сахароза, изомальтаза и лактаза (69). При типичных изысканных западных диетах переваривание углеводов происходит быстро, а всасывание углеводов происходит в основном в верхних отделах тонкой кишки.Это отражается в наличии ворсинок в виде пальцев в слизистой оболочке верхнего отдела тонкой кишки и более широких и более коротких ворсинок в нижней половине тонкой кишки. Однако переваривание и всасывание углеводов может происходить по всей длине тонкого кишечника и смещается в сторону подвздошной кишки, когда диета содержит менее легко усваиваемые углеводы или когда присутствуют ингибиторы кишечной глюкозидазы, которые могут использоваться для лечения диабета. В этой ситуации верхняя часть тонкой кишки демонстрирует широкие ворсинчатые структуры с листовидными массивами, тогда как в подвздошной кишке ворсинки становятся более длинными и более похожими на пальцы.

Моносахариды

В тонком кишечнике человека активно всасываются только D-глюкоза и D-галактоза. D-фруктоза не всасывается активно, но имеет более высокую скорость диффузии, чем можно было бы ожидать при пассивной диффузии. Натрийзависимый переносчик глюкозы, SGLT1, отвечает за активный транспорт глюкозы или галактозы с эквимолярным количеством натрия против градиента концентрации в цитоплазму энтероцита. Фруктоза поглощается путем облегченного транспорта переносчиком глюкозы 5 (GLUT5).Глюкоза перекачивается из энтероцита во внутриклеточное пространство транспортером глюкозы 2 (GLUT2) (70). Полный механизм всасывания фруктозы в кишечнике человека не изучен. Когда фруктоза вводится отдельно в растворе, у 40-80% субъектов наблюдается мальабсорбция, а некоторые субъекты могут поглощать менее 15 г фруктозы. Метеоризм и диарея являются обычным явлением при приеме внутрь дозы фруктозы более 50 г. Однако, если фруктоза вводится в сочетании с глюкозой или крахмалом, фруктоза полностью всасывается даже у субъектов, которые плохо усваивают только фруктозу (71).Поскольку фруктоза редко встречается в рационе в отсутствие других углеводов, мальабсорбция фруктозы на самом деле является проблемой только для исследований, связанных с пероральными нагрузками фруктозы.

Дисахариды

Глюкозидазы щеточной каймы кишечника, как правило, индуцируются. Например, есть данные о том, что высокое потребление сахарозы увеличивает постпрандиальный инсулин и желудочный ингибирующий полипептидный ответ на большие нагрузки пероральной сахарозы (72), что, вероятно, отражает повышенную скорость всасывания из-за индукции кишечной активности сахарозы.Отсутствие глюкозидаз щеточной каймы приводит к неспособности усваивать определенные углеводы. Это случается редко, за исключением лактазной недостаточности, которая часто встречается у неевропейских популяций. Последнее может быть полным или частичным и приводит к снижению способности переваривать и поглощать лактозу.

Гликемический индекс

Ответы глюкозы в крови углеводной пищи можно классифицировать по гликемическому индексу (GI). ГИ считается достоверным показателем биологической ценности пищевых углеводов.Он определяется как гликемический ответ, вызванный 50-граммовой углеводной порцией пищевого продукта, выраженный в процентах от того, который вызывается 50-граммовой углеводной порцией стандартной пищи (73). Гликемический ответ определяется как увеличивающаяся площадь под кривой ответа на уровень глюкозы в крови без учета площади под концентрацией натощак (то есть площади под кривой) (74-76). Стандартной едой была глюкоза или белый хлеб. Если глюкоза является стандартом (т. Е. ГИ глюкозы = 100), значения ГИ продуктов ниже, чем если бы белый хлеб был стандартом, в 1 раз.38, потому что гликемический ответ глюкозы в 1,38 раза больше, чем у белого хлеба. Были опубликованы значения ГИ для нескольких сотен пищевых продуктов (77,78) (см. Таблицу 8).

Гликемический индекс и смешанное питание

Обоснованность GI была предметом многочисленных споров, в основном из-за предполагаемого неприменения к смешанным блюдам. Большая часть разногласий возникла из-за применения неподходящих методов для оценки ожидаемого гликемического ответа при смешанном приеме пищи.При правильном применении GI предсказывает с разумной точностью относительные реакции глюкозы в крови для смешанных блюд одного и того же состава, но состоящих из разных углеводных продуктов (79).

Значение гликемического индекса

Существует ряд долгосрочных последствий изменения скорости всасывания, или ГИ, пищевых углеводов. Имеются убедительные доказательства того, что уменьшение ГИ в диете улучшает общий контроль глюкозы в крови у пациентов с диабетом (80) и снижает уровень триглицеридов в сыворотке у пациентов с гипертриглицеридемией (81).

Есть также некоторые свидетельства того, что гликемический индекс имеет отношение к спортивному питанию и регуляции аппетита. Продукты с низким ГИ, употребляемые перед длительными физическими упражнениями, увеличивают время выносливости и обеспечивают более высокие концентрации плазменного топлива к концу тренировки (82). Однако продукты с высоким ГИ приводили к более быстрому восполнению гликогена в мышцах после упражнений (83).

ТАБЛИЦА 8 Гликемический индекс избранных продуктов (продолжение на следующей странице)

	GI *	n **		GI *	н **
ВЫПЕЧКА			ЗЕРНА
Торты	87 ± 5	9	Ячмень перловый	36 ± 3	4
Файлы cookie	90 ± 3	14	Треснувший ячмень	72	1
Крекеры пшеничные	99 ± 4	8	Гречка	78 ± 6	3
Маффины	88 ± 9	8	Булгур	68 ± 3	4
Рисовые лепешки	123 ± 6	2	Кускус	93 ± 9	2
			Кукурузная мука	98 ± 1	3
ХЛЕБ
Ядро ячменя	49 ± 5	3	сладкая кукуруза	78 ± 2	7
Ячменная мука	95 ± 2	2	Просо	101	1
Ядро ржи	71 ± 3	6	Рис, белый	81 ± 3	13
Ржаная мука	92 ± 3	10	Рис с низким содержанием амилозы	126 ± 4	3
Хлебцы ржаные	93 ± 2	5	Рис с высоким содержанием амилозы	83 ± 5	3
Белый хлеб	101 ± 0	5	Рис коричневый	79 ± 6	3
Цельнозерновая мука	99 ± 3	12	Рис растворимый	128 ± 4	2
Прочие продукты a	100 ± 4	5	Рис, пропаренный	68 ± 4	13
			Фирменный рис	78 ± 2	5
ЗЕРНОВЫЕ ЗАВТРАКИ			Ядра ржи	48 ± 4	3
Все отруби	60 ± 7	4	тапиока	115 ± 9	1
Кукурузные хлопья	119 ± 5	4	Кинелса пшеничная	59 ± 4	4
Мюсли	80 ± 14	4
Овсяные отруби	78 ± 8	2	МОЛОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ
Каша овсяная	87 ± 2	8	Мороженое	84 ± 9	6
Воздушный рис	123 ± 11	3	Молоко цельное	39 ± 9	4
Пшеница воздушная	105 ± 3	2	Молоко обезжиренное	46	1
Измельченная пшеница	99 ± 9	3	Йогурт д	48 ± 1	2
Другое, GI³ 80 b	103 ± 3	15	Йогурт e	27 ± 7	2
Другое, GI <80 c	72 ± 2	4
ФРУКТЫ			БОБЫ
Яблоко	52 ± 3	4	Печеные бобы	69 ± 12	2
Яблочный сок	58 ± 1	2	Горох черноглазый	59 ± 12	2
Абрикосы сушеные	44 ± 2	2	Масляные бобы	44 ± 3	3
Абрикосы консервированные	91	1	нута	47 ± 2	3
Банан	83 ± 6	5	Консервы из нута	59 ± 1	2
Банан недозрелый	51 ± 8	2	Фасоль	54 ± 8	5
Банан перезрелый	82 ± 8	2	фасоль	42 ± 6	7
Киви	75 ± 8	2	Фасоль консервированная	74	1
Манго	80 ± 7	2	Чечевица	38 ± 3	6
оранжевый	62 ± 6	4	Чечевица зеленая	42 ± 6	3
Апельсиновый сок	74 ± 4	3	Чечевица зеленая консервированная	74	1
Лапа лапа	83 ± 3	2	Лимская фасоль	46	1
Персик консервированный	67 ± 12	3	Горошек сушеный зеленый	56 ± 12	2
Груша	54 ± 4	4	Горошек зеленый	68 ± 7	3
Другое, GI <80 f	54 ± 7	7	фасоль пинто	61 ± 3	3
Другое, GI³ 80 г	92 ± 4	5	Соевые бобы	23 ± 3	3
			Горох колотый, желтый	45	1
ПАСТА			ЗАКУСКИ
лингвини	71 ± 4	6	Желейные бобы	114	1
Макароны	64	1	Спасатели	100	1
Макароны в штучной упаковке	92	1	Шоколад (разный)	84 ± 14	2
Спагетти, белые	59 ± 4	10	Попкорн	79	1
Спагетти твердые	78 ± 7	3	Кукурузные чипсы	105 ± 2	2
Спагетти, коричневые	53 ± 7	2	Картофельные чипсы	77 ± 4	2
Другое	59 ± 3	8	Арахис	21 ± 12	3
КАРТОФЕЛЬ			СУПЫ
Мгновенно	118 ± 2	5	Фасолевые супы (разные)	84 ± 7	4
Запеченный	121 ± 16	4	Помидор	54	1
Новое	81 ± 8	3	САХАР
Белый вареный	80 ± 2	3	Мед	104 ± 21	2
Белое пюре	100 ± 2	3	Фруктоза	32 ± 2	4
Картофель фри	107	1	Глюкоза	138 ± 4	8
сладкий картофель	77 ± 11	2	сахароза	87 ± 2	5
Ям	73	1	Лактоза	65 ± 4	2

* GI = гликемический индекс (белый хлеб = 100), среднее ± SEM средних значений из различных исследований.
** Количество исследований.

^a Бублик, смесь для начинки, булочка для гамбургеров, булочки, тосты мельба.

^b Почки отрубей, Отруби Chex, Cheerios, Кукурузные отруби, Corn chex. Пшеничная миска, Crispix, Golden Grahams, Grapenuts, Grapenuts хлопья, Life, Pro stars, Sustain, Team, Total (диапазон GI, 83-127)

^c Почки отрубей с псиллиумом, Red River, Special K (Австралия), отруби Sultana (Австралия) (GI диапазон 67-77)

^d С сахаром

^e Искусственно подслащенный

^f Вишня, фруктовый коктейль, грейпфрут, грейпфрутовый сок, виноград, слива, ананасовый сок

^г Ананас, изюм, арбуз, султанас, арбуз

---

.