Обмен веществ
Обмен веществ — это совокупность процессов поступления веществ в организм, их превращения, использования и удаления конечных продуктов. Благодаря обмену веществ клетки получают энергию, строят новые структуры, растут, восстанавливаются и поддерживают постоянство внутренней среды.
Что такое обмен веществ
Обмен веществ, или метаболизм, включает два взаимосвязанных направления. Пластический обмен — образование сложных веществ из более простых; он необходим для роста, обновления клеток и создания запасов. Энергетический обмен — расщепление сложных веществ до более простых с выделением энергии.
Обмен веществ — поступление в организм веществ и кислорода, их превращение в клетках, использование полученных веществ и энергии, а также выведение конечных продуктов.
Для обмена веществ организму нужны вода, минеральные соли, белки, жиры, углеводы, витамины и кислород. Пища сначала переваривается в пищеварительной системе, а кислород поступает через газообмен. Затем питательные вещества и кислород переносятся кровью к клеткам.
- Поступление веществ: человек получает пищу, воду и кислород.
- Переваривание и всасывание: крупные молекулы пищи расщепляются до более простых и поступают во внутреннюю среду.
- Транспорт: кровь доставляет вещества к клеткам.
- Клеточные превращения: вещества используются для построения клеток или расщепляются с выделением энергии.
- Удаление продуктов обмена: углекислый газ, вода и другие ненужные вещества выводятся из организма.
Энергетический и пластический обмен
При энергетическом обмене органические вещества окисляются. В клетках особенно важна глюкоза: при её полном окислении образуются углекислый газ и вода, а энергия запасается в молекулах АТФ. АТФ служит удобным переносчиком энергии для клеточных процессов.
Энергия АТФ расходуется на сокращение мышц, проведение нервных импульсов, синтез белков, активный транспорт веществ и поддержание температуры тела. Часть энергии неизбежно превращается в тепло.
Пластический обмен использует простые вещества и энергию для синтеза сложных. Например, аминокислоты соединяются в белки, глицерин и жирные кислоты — в жиры, а глюкоза может использоваться для образования запасного углевода гликогена. Поэтому энергетический и пластический обмены нельзя рассматривать отдельно: энергия нужна для синтеза, а органические вещества могут расщепляться для получения энергии.
Энергетический обмен обеспечивает клетку энергией, а пластический обмен использует эту энергию для построения и обновления веществ организма. Оба процесса идут одновременно.
| Процесс | Что происходит | Результат |
|---|---|---|
| Пластический обмен | Из простых веществ образуются сложные | Рост, восстановление, образование запасов |
| Энергетический обмен | Сложные вещества расщепляются и окисляются | Энергия АТФ и тепло |
| Выделение | Удаляются конечные продукты обмена | Поддержание постоянства внутренней среды |
Какое утверждение верно?
Обмен основных веществ
Белки состоят из аминокислот. Они нужны для построения клеток, ферментов, некоторых гормонов и антител. При расщеплении белков образуются конечные азотистые продукты, которые обезвреживаются и выводятся главным образом через почки.
Углеводы — основной быстрый источник энергии. Глюкоза поступает в клетки и используется в энергетическом обмене. Избыток глюкозы превращается в гликоген, который запасается преимущественно в печени и мышцах.
Жиры являются концентрированным источником энергии. Они входят в состав клеточных мембран, защищают органы от механических повреждений и уменьшают потерю тепла. При избытке энергии жир откладывается в жировой ткани.
Вода необходима как растворитель и среда для химических реакций, а минеральные вещества участвуют в работе нервной системы, мышц, ферментов и поддержании состава крови. Витамины нужны в небольших количествах, но регулируют многие процессы обмена; обычно они не служат источником энергии.
Энергетическая ценность пищи
Количество энергии, которое выделяется при полном расщеплении питательных веществ, называют энергетической ценностью пищи. В школьных задачах используют приблизительные значения: 1 г белков даёт 17,6 кДж, 1 г углеводов — 17,6 кДж, 1 г жиров — 38,9 кДж.
Здесь \(Q\) — энергетическая ценность в кДж, а \(m_{\text{б}}\), \(m_{\text{у}}\) и \(m_{\text{ж}}\) — массы белков, углеводов и жиров в граммах. Если в условии указаны килокалории, используют соотношение \(1\ \text{ккал}\approx4{,}2\ \text{кДж}\).
Не путайте массу продукта с массой питательного вещества. Если в 100 г продукта содержится 12 г белков, в расчёт подставляют именно 12 г, а не 100 г. Также нельзя складывать граммы и килоджоули: сначала умножьте массу каждого вещества на его энергетическую ценность.
Регуляция и равновесие обмена
Скорость обмена веществ зависит от возраста, пола, массы тела, физической нагрузки, температуры окружающей среды, состояния здоровья и работы эндокринной системы. Нервная и гормональная регуляция согласуют деятельность органов и поддерживают постоянство внутренней среды.
При равновесии организм получает примерно столько энергии, сколько расходует. Если поступление энергии длительно превышает расход, масса тела обычно увеличивается: избыток откладывается главным образом в виде жира. Если расход выше поступления, организм использует запасы, и масса тела может уменьшаться.
Если \(\Delta E>0\), энергетический запас увеличивается; если \(\Delta E<0\), организм расходует запасённые вещества. Это упрощённая модель: на массу тела также влияют вода, рост тканей и состояние здоровья.
Конечные продукты обмена должны своевременно удаляться. Углекислый газ выводится через органы дыхания, лишняя вода и растворённые вещества — через выделительную систему. Образование мочи подробно рассматривается на странице мочеобразование. Поддержание температуры связано с обменом веществ и терморегуляцией.
Разобранный пример
В обеде содержится 20 г белков, 30 г углеводов и 10 г жиров. Определите его энергетическую ценность в килоджоулях.
Сначала выпишите массу каждого питательного вещества, затем выберите коэффициент для белков, углеводов и жиров. После вычислений проверьте результат: жиры имеют большую энергетическую ценность, поэтому даже небольшая масса жира заметно увеличивает общий результат.
Как сохранить нормальный обмен веществ
Для нормального обмена важны разнообразное питание, достаточное количество воды, регулярная физическая активность и полноценный сон. Нельзя считать полезным полное исключение какого-либо класса веществ без медицинских оснований: белки, жиры и углеводы выполняют разные функции.
- Питаться разнообразно и учитывать размер порций.
- Получать достаточно белка, овощей, фруктов и продуктов — источников сложных углеводов.
- Не заменять воду сладкими напитками.
- Сочетать питание с посильной физической активностью.
- Помнить, что витамины и минеральные вещества не заменяют полноценную пищу.
Итоговая проверка
Главное
- Обмен веществ включает поступление, превращение, использование и выведение веществ.
- Пластический обмен строит сложные вещества, энергетический обмен расщепляет их и обеспечивает клетку энергией.
- Белки и углеводы дают примерно 17,6 кДж на 1 г, жиры — примерно 38,9 кДж на 1 г.
- Вода, витамины и минеральные вещества необходимы для регуляции процессов, хотя обычно не являются источниками энергии.
- Постоянство внутренней среды поддерживается совместной работой пищеварительной, дыхательной, кровеносной и выделительной систем.