Реферат: Углеводы, жиры и белки - источники энергии для человека и животных

По определению, организм - совокупность систем органов, взаимосвя­занных между собой. Какая связь, например, существует между мочевыдели­тельной системой и опорно-двигательной? На первый взгляд, никакой пря­мой связи не видно. Однако, на самом деле, опорно-двигательная система защищает органы мочевыделительной системы от неблагоприятных воздей­ствий окружающей среды. Нервная система контролирует все остальные си­стемы, а пищеварительная система делает возможным процесс питания, как необходимое условие для нормального роста организма, его развития и жиз­недеятельности. Пищеварительная система связана с мочевыделительной системой, с кровеносной системой, с опорно-двигательной системой и други­ми. Связи эти не только односторонни (обеспечение питательными вещества­ми других систем), но и многофункциональны. На пищеварительную систему оказывают свое влияние практически все другие системы человека. Клеткам пищеварительной системы необходим кислород, который им поставляет кро­веносная система, связанная, в свою очередь, со всеми без исключения систе­мами организма. А если пищеварительная система дает какие-либо сбои, то все внутренние и внешние органы человека недополучают или получают в чрезмерно избыточном количестве вещества, что приводит к патологическим изменениям данного органа.

Рассмотрим подробнее пищеварительную систему и сам процесс пище­варения животного организма.

2. Пищеварительная система

Пищеварительная система - это совокупность взаимосвязанных органов, обеспечивающих переваривание пищи, необходимой для жизнедеятельности организма. Все органы пищеварительной системы соединены в единый ана­томический и функциональный комплекс. Они образуют пищевой канал, ко­торый начинается ротовым отверстием и заканчивается задним проходом. Нормальное пищеварение происходит при участии всех органов пищевари­тельной системы. Вся пищеварительная система может быть разделена на отделы: 1) воспринимающий; 2) проводящий; 3) собственно пищеварительный отдел; 4) отдел всасывания воды, резидуального пищеварения, обратного всасывания солей, различных эндогенных компонентов.

Стенки пищевательной системы на всем ее протяжении состоят из четы­рех слоев: серозной, мышечной, подслизистой и слизистой оболочек. Сероз­ная оболочка - наружный слой пищеварительной трубки, построенной из рыхлой волокнистой соединительной ткани. Мышечная оболочка состоит из внутреннего слоя кольцеобразных и наружного слоя продольных мышц. Вол­нообразные сокращения - перистальтика - обусловлены координированной работой этих мышц. В желудке мышечная оболочка представлена тремя сло­ями: продольный (наружный), циркулярный (средний) и внутренний. Подсли­зистая основа состоит из соедительной ткани, содержащей эластичные во­локна и коллаген. В ней расположены нервные сплетения, кровеносные и лимфатические сосуды. Здесь же могут находиться железы, выделяющие слизь. Слизистая оболочка представлена железистым эпителием, секретиру­ющим в некоторых местах слизь и пищевые ферменты. Его клетки располо­жены на базальной мембране, под которой находятся соединительная ткань и мышечные волокна.

Пищеварение - это расщепление питательных веществ, обеспеченных си­стемой механических, физико-химических и химических процессов. Расщеп­ление большинства органических компонентов осуществляется под дей­ствием гидролитических ферментов, синтезируемых специальными клетками на всем протяжении желудочно-кишечного тракта. Эндогидролазы и другие специальные вещества обеспечивают расщепление крупных молекул и обра­зование промежуточных продуктов. Последующая обработка пищи осуще­ствляется в результате ее постепенного перемещения по желудочно-кишеч­ному тракту.

Далее мы рассмотрим по отдельности основные компоненты питатель­ных веществ, непосредственно участвующих в процессе пищеварения. Это - углеводы, жиры и белки.

II. Углеводы

1. Общие свойства углеводов

Углеводы - группа органических веществ общей формулы - Cm H2n On. Формально Cm(H2O)n - соединение углерода и воды. Осюда и название: угле-воды.

Основные функции углеводов:

1) энергетическая (при окислении простых сахаров, в первую очередь, глюкозы организм получает основную часть необходимой ему энергии);

2) запасающая (такие полисахариды, как крахмал и глюкоген, играют роль источников глюкозы, высвобождая ее по мере необходимости);

3) опорно-строительная (из хитина, например, построен панцирь насе­комых).

Углеводы делят на простые или моносахариды, не способные к гидро­лизу, и сложные углеводы, гидрализующиеся на ряд простых. По числу ато­мов углерода углеводы делят на тетрозы, пентозы, гексозы и т.д., а по хими­ческому строению - это многоатомные альдегидо- и кетоноспирты - альдозы и кетозы. Наибольшее значение для питаания имеют гекзозы. Сложные угле­воды по количеству получающихся при гидролизации простых углеводов де­лят на дисахариды, трисахариды и т.д. и полисахариды, дающие при гидро­лизе много атомов простых углеводов. Полисахариды делят на гомополиса­хариды, которые дают при гидролизе один вид простых углеводов и гетеро­сахариды, которые дают при гидролизе смесь простых углеводов и их произ­водных.

2. Свойства моносахаридов.

Моносахариды - бесцветные кристаллические вещества, хорошо рство­римые в воде, плохо - в спирте, нерастворимые в эфире. Моносахариды - ос­новной источник энергии в организме человека.

Самый важный моносахарид - глюкоза. Название произошло от гречес­кого - glykys - сладкий. Химическая формула - C6H12O6. Молекулы глюкозы выполняют роль биологического топлива в одном из важнейших энергегети­ческих процессов в организме - в процессе гликолиза. В пентозном цикле глюкоза окисляется до СО2 и воды, генерируя энергию для некоторых реак­ций. В природе встречается D - глюкоза.

Глюкоза очень легко окисляется оксидами и гидроксидами тяжелых ме­таллов. Полное окисление глюкозы идет по уравнению:

C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6 H2O + 686 ккал.

Значительная часть выделенной энергии аккумулируется в АТФ. Посто­янный источник глюкозы в организме - гликоген. В растворах глюкоза суще­ствует в виде пяти таутомерных форм - a- и b-глюкоприраноз с шестичлен­ным кольцом, a- и b-глюкофураноз с пятичленным кольцом, а также в виде открытой формы со свободной альдегидной группой. a- и b-формы отлича­ются простраственным расположением полуацетального гидроксида.

Недостаток глюкозы вызывает ацидоз и кетоз. Избыток - диабет. Норма содержания в крови - 0,1%.

3. Свойства дисахаридов

Основным представителем дисахаридов является сахароза. Молекула сахарозы состоит из остатков молекулы D-глюкозы и D-фруктозы. Химичес­кая формула - C12H22O11. Сахароза - один из главных углеводов в организме человека, бесцветное кристаллическое вещество. При температуре выше 200є C разлагается с образованием так называемых карамелей. Сахароза не ра­створима в неполярных органических растворителях, в абсолютном метаноле и этаноле, умеренно растворима в атилацетате, анилине, в водных растворах метанола и этанола. Хорошо растворима в воде. Сахароза не обладает реду­центными свойствами, поэтому она устойчива к действию щелочей, но гидра­лизуется под влиянием кислот и ферментов сахараз с образованием D- глюко­зы и D-фруктозы. Со щелочным металлами образует сахараты. Сахароза является одним из основных дисахаридов. Она гидролизуется HCl желудоч­ного сока и сахаразой слизистой оболочкой тонкой кишки человека.

Сахароза входит в состав сахара (99,75%), используемого для придания пище сладкого вкуса. Сахарозу также называют свекловичным сахаром.

Другой представитель дисахаридов - лактоза (молочный сахар). Она со­стоит из остатков гелактозы и глюкозы. Лактоза - важная составная часть молока млекопитающих и человека. Образуется в процессе лактации в мо­лочной железе из глюкозы и является для новорожденных ее источником. Лактоза облегчает всасывание кальция их кишечника. Содержание лактозы в женском молоке - 7 г/ 100 мл. В молоке коров и коз - 4,5г/100 мл.

4.Свойства полисахаридов

Основным источником полисахаридов является крахмал. Крахмал - ос­новной резервный полисахарид растений. Образуется в клеточных органел­лах зеленых листьев в результате процесса фотосинтеза. Крахмал является основной частью важнейших продуктов питания. Конечные продукты фер­ментативного расщепления - глюкозо - один- фосфат - представляет собой важнейшие субстраты как энергетического обмена, так и синтетических про­цессов. Химическая формула крахмала - (C6H10O5)n. Переваривание крахмала в пищеварительном тракте осуществляется при помощи a-амилазы слюны, дисахааридаз и глюкоамилаз щеточной каймы слизистой оболочки тонкой кишки. Глюкоза, являющаяся конечным продуктом распада пищевого крах­мала, всасывается в тонкой кишке. Калорийность крахмала - 4,2 ккал/г.

Целлюлоза . Химическая формула целлюлозы (C6H10O5)n, такая же как и у крахмала. Цепи целлюлозы построены в основном из элементарных звеньев ангидро- D-глюкозы, соединенных между собой 1,4 - b-глюкозидными связями. Целлюлоза, содержащаяся в пище, является одним из основных бал­ластных веществ, или пищевых волокон, играющих чрезвычайно важную роль в нормальном питании и пищеварении. Эти волокна не перевариваются в желудочно-кишечном тракте, но способствуют его нормальному функцио­нированию. Они адсорбируют на себе некоторые токсины, препятствуют их всасыванию в кишечник.

5. Углеводный обмен

Углеводный обмен представляет собой совокупность процессов прев­ращений углеводов в организме человека и животных.

Процесс превращений углеводов начинается с переваривания их в рото­вой полости, где происходит частичное расщепление крахмала под действием фермента слюны - амилазы. В основном углеводы перевариваются и всасы­ваются в тонком кишечнике и затем с током крови разносятся в ткани и ор­ганы, а основная часть их, главным образом глюкоза, накапливается в печени в виде гликогена. Глюкоза с кровью поступает в те органы и ткани, где воз­никает потребность в ней, причем скорость проникновения глюкозы в клетки определяется проницаемостью клеточных оболочек. В клетки печени глюко­за проникает свободно, в клетки мышечной ткани проникновение глюкозы связано с затратой энергии; во время мышечной работы проницаемость кле­точной стенки значительно возрастает. В клетках глюкоза претерпевает про­цесс превращений на молекулярном уровне в процессе биологического окис­ления с накоплением энергии.

Пр окислении глюкозы в пентозном (аэробном) цикле образуется вос­становленный никотинамид-адениннуклеотидфосфат, необходимый для вос­становительных синтезов. Кроме того промежуточные продукты этого цикла являются материалом для синтеза многих важных соединений.

Регуляция углеводного обмена в основном осуществляется гормонами и центральной нервной системой. О состоянии углеводного обмена можно су­дить по содержанию сахара в крови (в норме 70-120 мг%). При сахарной на­грузке эта величина возрастает, но затем быстро достигает нормы. Наруше­ния углеводного обмена возникают при различных заболеваниях. Так, при недостатке инсулина наступает сахарный диабет, а понижение активности одного из ферментов углеводного обмена - мышечной фосфорилазы - ведет к мышечной дистрофии.

III. Жиры

1. Свойства липидов

Липиды представляют собой разнородную группу биоорганических со­единений, общим свойством которых является их нерастворимость в воде и хорошая растворимость в неполярных растворителях. К липидам относятся вещества с различным химическим строением. Большая их часть является сложными эфирами спиртов и жирных кислот. Последние могут быть как на­сыщенными, так и ненасыщенными. Наиболее часто в состав липидов входи­ит пальмитииновая, стереатиновая, олеиновая, линоливая и линоленовая кислоты. Спиртами обычно являются глицерин и сфингоцин, а также неторые другие вещества. В состав молекул сложных липидов могут входить и другие компоненты.

При присоединении остатка ортофосфорной кислоты образуются фос­фолипиды. Стероиды составляют совершенно особую группу липидов. Они построены на основе высокомолекулярного спирта - холестерола. В орга­низме липиды выполняют следующие функции: 1) строительную, 2) гормо­нальную, 3)энергетическую, 4) запасающую, 5) защитную, 6) участие в мета­болизме.

2. Свойства жиров