Биологическая химия - [34]

V. Общие представления об обмене веществ и энергии

Жизненные процессы связаны с постоянным поглощением веществ из окружающей среды и выделением конечных продуктов распада из организма в эту среду. Совокупность этих процессов называется обменом веществ. Обмен веществ создает то единство, которое существует между живыми организмами и окружающей их средой.

Марксистско-ленинская философия рассматривает жизнь как особую форму движения материи, форму существования белковых тел.

Ф. Энгельс дал обобщающее представление об обмене веществ: "Жизнь — это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней средой, причем, с прекращением этого обмена прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка"¹.

Значение обмена веществ для проявления жизни неоднократно подчеркивали в своих трудах крупнейшие ученые биологи-материалисты. И. М. Сеченов в 1884 г. в "Физиологических очерках" писал: "Проследить судьбу внешнего вещества при его странствовании по телу — значит описать всю историю жизни". И. П. Павлов рассматривал обмен веществ как основу физиологических функций организма.

Обмен веществ свойствен как живой, так и неживой природе. Однако между ними существует важное различие. В результате обмена веществ неживых тел последние необратимо разрушаются, тогда как обмен веществ живой ткани с окружающей средой является основным условием его существования.

Обмен веществ состоит из двух процессов: ассимиляции — усвоения веществ и синтеза соединений и диссимиляции — расщепления и выведения из организма продуктов распада. Процессы биосинтеза органических соединений называют анаболизмом, а процессы распада — катаболизмом.

В результате процессов диссимиляции (катаболизма) питательных веществ образуются энергия и исходные соединения, которые обеспечивают течение процессов ассимиляции (анаболизма). Взаимосвязь этих двух процессов обеспечивает существование животного организма.

В основе обмена веществ лежит огромное множество химических реакций, которые протекают в определенной последовательности и теснейшим образом связаны друг с другом. Эти реакции катализируются ферментами и находятся под контролем центральной нервной системы, которая, по определению И. П. Павлова, является распорядителем всей деятельности организма.

Обмен веществ можно условно подразделить на внешний обмен, который включает поступление питательных веществ в организм и выведение конечных продуктов распада, и внутренний — промежуточный, который охватывает различные превращения питательных веществ в клетках организма.

Питательные вещества, поступившие в организм, расходуются на энергетические и строительные процессы. В организме эти два процесса протекают одновременно. При распаде пищевых продуктов выделяется энергия, которая расходуется на синтез специфических для организма соединений. Поэтому раздельное рассмотрение энергетического и пластического обменов связано с простотой их понимания.

Главный метод изучения обмена веществ основан на определении баланса поступивших и выделившихся веществ и их энергетической ценности.

Энергетический баланс организма

Баланс энергии определяется на основании данных о калорийности потребляемых питательных веществ и выводимых из организма конечных продуктов. Для получения этих данных необходимо определить величину энергии пищи и энергии, выделяющейся из организма в виде тепла и механической работы. Разность между этими величинами и составляет энергию, которая обеспечивает течение всех химических реакций организма, обеспечивает его жизнедеятельность.

Потребность человека в энергии определяется опытным путем и выражается в килокалориях. Нормы энергетических затрат человека в сутки разработаны Институтом питания АМН СССР и представлены в табл. 3. Они зависят от рода трудовой деятельности, пола, возраста и т. д.

Таблица 3. Энергетические потребности людей в сутки в килокалориях

 

Энергетические потребности человека должны полностью покрываться за счет энергетической ценности пищевых продуктов, входящих в суточный рацион человека. Энергетическая ценность пищевых продуктов приведена в табл. 4.

Таблица 4. Содержание белков, жиров, углеводов и калорийность различных пищевых продуктов

 

Откуда же берется эта энергия?

У растений она накапливается в ходе процесса фотосинтеза из солнечной энергии, а у домашних животных образуется в организме после потребления растительной пищи. Следовательно, вся энергия растительных и животных продуктов питания — это энергия солнца.

Водород является основным носителем энергии, которая заключена в электроне и выделяется в окружающую среду при переходе последнего с одного энергетического уровня на другой. Поэтому освобождение электрона из питательных веществ и использование его энергии для обеспечения различных химических процессов организма и составляет сущность энергетического обмена. Особенностью этого обмена в организме является постепенная выработка энергии и аккумулирование ее в макроэргических соединениях типа АТФ.

Процесс освобождения энергии пищи в животном организме можно условно разделить на 3 этапа.