Поступив организм, молекулы пищевых веществ участвуют во многих реакциях. Эти ре-акции и другие проявления жизнедеятельности – метаболизм (обмен веществ). Пищевые вещества используются в качестве сырья для синтеза новых клеток, окисляются, доставляя энергию. Часть ее используется для синтеза новых клеток, другая часть – для функциониро-вания этих клеток. оставшаяся энергия освобождается в виде тепла. Процессы обмена:

Анаболизм (ассимиляция) – химический процесс, при котором простые вещества объеди-няются между собой в сложные. Это приводит к накоплению энергии и росту. Катаболизм - диссимиляция – расщепление сложных веществ на простые с выделением энергии. Сущ-ность обмена веществ – поступление в организм веществ, их усвоение, использование и вы-деление продуктов обмена. Функции метаболизма:

· извлечение энергии из внешней среды в форме химической энер-гии органических веществ

· превращение этих веществ в строительные блоки

· сборка клеточных компонентов из этих блоков

· синтез и разрушение биомолекул, которые необходимы для вы-полнения функций

Обмен белков – совокупность процессов превращения белков в организме, включая об-мен аминокислот. Белки – основа всех клеточных структур, материальные носители жизни, основной строительный материал. Суточная потребность – 100 – 120гр. Белки состоят из аминокислот (23):

· заменимые – могут образовываться из других в организме

· незаменимые – не могут синтезироваться в организме и должны

поступать с пищей - валин, лейцин, изолейцин, лизин, аргинин, триптофан, гистидин Этапы белкового обмена:

1. ферментативное расщепление белков пищи до аминокислот

2. всасывание аминокислот в кровь

3. превращение аминокислот в свойственные данному организму

4. биосинтез белков из этих кислот

5. расщепление и использование белков

6. образование продуктов расщепления аминокислот Всосавшись в кровеносные капилляры тонкого кишечника, аминокислоты по воротной

вене поступают в печень, где используются или задерживаются. Часть аминокислот остает-ся в крови, поступает в клетки, где из них строятся новые белки.

Период обновления белка у человека – 80 дней. Если с пищей поступает большое коли-чество белка, то ферменты печени отщепляют от них аминогруппы (NH2) – дезаминирова-ние. Другие ферменты соединяют аминогруппы с СО2, и образуется мочевина, которая по-ступает с кровью в почки и в норме выделяется с мочой. Белки почти не откладываются в депо, поэтому после истощения запасов углеводов и жиров используются не резервные бел-ки, а белки клеток. Это состояние очень опасно – белковое голодание – страдают головной мозг и другие органы (безбелковые диеты). Различают белки животного и растительного происхождения. Животные белки – мясо, рыба и морепродукты, растительные – соя, бобы, горох, чечевица, грибы, которые являются необходимыми для нормального белкового об-мена.

Обмен жиров – совокупность процессов превращения жиров в организме. Жиры - энерге-тический и пластический материал, они входят в состав оболочек и цитоплазмы клеток. Часть жиров накапливается в виде запасов в подкожной жировой клетчатке, большом и ма-лом сальниках и вокруг некоторых внутренних органов (почки) – 30% всей массы тела. Ос-новная масса жиров – нейтральный жир, который участвует в жировом обмене. Суточная потребность в жирах – 100 гр.

Некоторые жирные кислоты являются незаменимыми для организма и должны посту-пать с пищей – это полиненасыщенные жирные кислоты: линоленовая, линолевая, арахидо-новая, гамма – аминомасляная (морепродукты, молочные продукты). Гамма – аминомасля-ная кислота является основным тормозным веществом в ЦНС. Благодаря ей происходит ре-гулярная смена фаз сна и бодровствования, правильная работа нейронов. Жиры делятся на животные и растительные (масла), которые очень важны для нормального жирового обмена.

Этапы жирового обмена:

1. ферментативное расщепление жиров в ЖКТ до глицерина и жир-ных кислот

2. образование липопротеидов в слизистой оболочке кишечника

3. транспорт липопротеидов кровью

4. гидролиз этих соединений на поверхности клеточных мембран

5. всасывание глицерина и жирных кислот в клетки

6. синтез собственных липидов из продуктов распада жиров

7. окисление жиров с выделением энергии, СО2 и воды

При избыточном поступлении жиров с пищей он переходит в гликоген в печени или от-кладывается в запас. С пищей, богатой жирами, человек получает жироподобные вещества – фосфатиды и стеарины. Фосфатиды необходимы для построения клеточных мембран, ядер и

цитоплазмы. Ими богата нервная ткань. Главным представителем стеаринов является холе-стерин. Норма его в плазме – 3,11 – 6,47 ммоль/л. Холестеином богат желток куриного яйца, сливочное масло, печень. Он необходим для нормального функционирования нервной сис-темы, половой системы, из него стоятся клеточные мембраны, половые гормоны. При пато-логии он приводит к атеросклерозу.

Обмен углеводов – совокупность превращения углеводов в организме. Углеводы – ис-точник энергии в организме для непосредственного использования (глюкозы) или образо-вания депо (гликоген). Суточная потребность – 500 гр.

Этапы углеводного обмена:

1. ферментативное расщепление углеводов пищи до моносахаридов

2. всасывание моносахаридов в тонком кишечнике

3. депонирование глюкозы в печени в виде гликогена или ее непосредственное использование

4. расщепление гликогена в печени и поступление глюкозы в кровь

5. окисление глюкозы с выделением СО2 и воды

Углеводы всасываются в ЖКТ в виде глюкозы, фруктозы и галактозы, поступают в кровь

– в печень поворотной вене – глюкоза переходит в гликоген. Процесс перехода глюкозы в гликоген в печени – гликогенез. Глюкоза – постоянная составляющая часть крови (80 – 120 млг/%). Увеличение уровня глюкозы в крови – гипергликемия, уменьшение – гипогликемия. Уменьшение уровня глюкозы до 70 млг/% вызывает чувство голода, до 40 млг/% - кому.

Процесс распада гликогена в печени до глюкозы – гликогенолиз. Процесс биосинтеза угле-водов из продуктов распада жиров и белков – гликонеогенез. Процесс расщепления углево-дов без кислорода с накоплением энергии и образованием молочной и пировиноградной кислот – гликолиз. При увеличении глюкозы в пище печень переводит ее в жир, который затем используется.

Питание - поступление в организм растений, животных и человека и усвоение ими веществ, необходимых для восполнения энергетических затрат, построения и возобновления тканей. Посредством питания, как составной части обмена веществ, осуществляется связь организма со средой. В зависимости от типа питания все организмы делят на автотрофов и гетеротрофов. Большинству растений свойственно воздушное (фотосинтез) и почвенное (минеральное) питание. Способ питания животных определяется главным образом средой обитания и характером доступной пищи. Недостаточное и избыточное питание приводит к нарушениям обмена веществ.

Питание человека

Энергия химических связей веществ пищи - жиров, углеводов и белков и некоторых других - обеспечивает энергетические потребности организма человека. Современные представления о питании человека нашли отражение в теории. Пища - фактор, обеспечивающий человека энергией и компонентами, необходимыми для роста и развития организма. Рациональное питание способствует сохранению здоровья, работоспособности, используется в профилактике и лечении различных заболеваний. Вкус пищи, ее аромат, внешний вид могут влиять на настроение человека.

Рис.1. Пирамида питания

Согласно современной теории сбалансированного питания для обеспечения нормальной жизнедеятельности организма необходимо его снабжение адекватным количеством энергии и пищевых веществ при соблюдении достаточно строгих взаимоотношений (баланса) между незаменимыми факторами питания, каждому из которых в обмене веществ принадлежит специфическая роль. В экстремальных условиях, например при полном голодании, организм человека может существовать определенное время за счет внутренних запасов и структур. Этот процесс получил название эндогенного питания. Суточные энергозатраты человека и соответствующая им потребность в энергии составляют от 7100 до 21000 кДж (примерно 1700-5000 ккал) и более; они зависят от пола, возраста, характера труда и образа жизни. В пищевых продуктах выделяют такие пищевые вещества (нутриенты) как белки (протеины), углеводы, жиры (липиды), витамины, минеральные вещества.

Белковый обмен организма

Белки являются важнейшими компонентами пищи животных и человека. Пищевая ценность белков определяется содержанием в них незаменимых аминокислот, которые в самом организме не образуются. В этом отношении растительные белки менее ценны, чем животные: они беднее лизином, метионином и триптофаном, труднее перевариваются в желудочно-кишечном тракте. Отсутствие незаменимых аминокислот в пище приводит к тяжелым нарушениям азотистого обмена. В процессе пищеварения белки расщепляются до свободных аминокислот, которые после всасывания в кишечнике поступают в кровь и разносятся ко всем клеткам. Часть из них распадается до простых соединений с выделением энергии, используемой на разные нужды клеткой, а часть идет на синтез новых белков, свойственных данному организму.

Белки составляют примерно 20% массы человеческого тела и более 50% сухой массы клетки. В тканях человека белки не откладываются «про запас», поэтому необходимо ежедневное их поступление с пищей. Десять аминокислот из 20 известных не могут синтезироваться в организме человека. Их называют незаменимыми. К их числу относят триптофан, лизин, метионин, лейцин, изолейцин, валин, фенилаланин, треонин, гистидин, аргинин. Последние две аминокислоты являются незаменимыми только у детей, особенно новорожденных.

Белки пищи отличаются друг от друга по своей биологической ценности. Последняя зависит от наличия в них незаменимых аминокислот, их соотношения с заменимыми, перевариваемости в пищеварительном тракте. В среднем биологическая ценность выше у белков животного происхождения. Белки, содержащиеся в молоке, яйцах, мясе, печени, обладают оптимальным соотношением незаменимых аминокислот. Их усвояемость в пищеварительном тракте составляет 97%.

Растительные белки усваиваются гораздо хуже - лишь на 83-85% - из-за значительного содержания балластных (неперевариваемых) веществ в продуктах растительного происхождения. Растительная пища в большинстве своем содержит небольшое количество белка и часто дефицитна по триптофану, лизину, метионину. Лишь в бобовых (горохе, фасоли, сое) содержится высокий процент белка (24-45%). Семена подсолнечника, орехи имеют в своем составе около 20% белка. По аминокислотному составу к животным белкам приближаются белки сои, риса и ржи.

Потребность в белке зависит от возраста, пола, характера трудовой деятельности, климатических и национальных особенностей питания. В нашей стране для взрослых, не выполняющих существенной физической нагрузки, рекомендуемая суточная норма белка составляет чуть меньше 1 г на кг массы тела. За счет белка пищи должно обеспечиваться 1/6 доля в весовом выражении, 10-13% общей энергетической потребности организма; при этом 55% белка рекомендуемой нормы должны быть животного происхождения. Для детей и занятых физическим трудом взрослых норма белка существенно выше. Потребность детей в белке составляет 1,5-4 г/кг массы тела в связи с преобладанием в организме пластических процессов.

Углеводный обмен организма

Углеводы в состав пищевых продуктов входят в виде моносахаридов (фруктоза, глюкоза), олигосахаридов (сахароза, лактоза) и полисахаридов (крахмал, гликоген, клетчатка, пектиновые вещества). Для человека углеводы являются основным источником энергии. При их окислении из 1 г в организме образуется 4 ккал (16,7 кДж). Средняя потребность в углеводах для людей, не занятых физическим трудом, равна 400-500 г/сут, в весовом выражении - 2/3 от суточного рациона, в калорическом - около 60%. При интенсивной физической нагрузке количество углеводов, необходимых организму, увеличивается.

При питании предпочтение должно отдаваться полисахаридам (крахмал, гликоген, пектин и др.), а не олиго-моносахаридам (сахароза, глюкоза, фруктоза, лактоза и др.). Первые медленнее перевариваются и динамика концентрации конечного продукта переваривания - глюкозы - в жидкостях организма более благоприятна для последующих метаболических процессов. Кроме того, они не обладают сладким вкусом, что значительно снижает опасность их чрезмерного потребления.

В молоке и молочных продуктах содержится дисахарид лактоза. Основным же источником углеводов в питание человека служат растения, в них они составляют 80-90% сухой массы. Растительные продукты очень богаты неперевариваемыми и неусвояемыми полисахаридами, в первую очередь целлюлозой. Грубоволокнистая неперевариваемая пища стимулирует перистальтику кишечника, адсорбирует некоторые катаболиты (в том числе токсические) в толстом кишечнике, способствует выведению холестерина, является одним из источников питания полезных для организма человека бактерий кишечника. Рекомендуемая для взрослого человека суточная доза балластных веществ составляет 25 г/сут.

Жировой обмен организма

Пищевые жиры представляют собой эфиры глицерина и высших жирных кислот. Последние обычно содержат четное число углеродных атомов и делятся на две большие группы: насыщенные и ненасыщенные. Насыщенные жирные кислоты в большом количестве (до 50% от общей массы) содержатся в твердых животных жирах. Ненасыщенные распространены в жидких маслах и продуктах моря. Во многих растительных маслах содержание их доходит до 80-90% (в подсолнечном, кукурузном, льняном, оливковом).

В организме человека в норме содержится 10-20% жира, но при некоторых нарушениях жирового обмена его количество может возрастать до 50%. Жиры и жироподобные вещества входят в состав клеточных мембран и оболочек нервных волокон, участвуют в синтезе желчных кислот, гормонов, витаминов. Жировые отложения - энергетический резерв организма.

Энергетическая ценность жиров более чем вдвое превышает таковую белков и углеводов. При окислении 1 г жиров выделяется 9 ккал (37,3 кДж) энергии. Взрослому здоровому человеку рекомендуется употреблять 80-100 г жира в сутки, что обеспечивает 30-35 % суточной энергетической ценности рациона.

Незаменимые полиненасыщенные жирные кислоты - линолевая и линоленовая - не могут синтезироваться в организме и должны обязательно поступать с пищей. Эти кислоты содержатся в растительных маслах, орехах, жире некоторых рыб и морских млекопитающих. Они и другие высшие ненасыщенные жирные кислоты препятствуют развитию атеросклероза, повышают устойчивость к инфекционным заболеваниям.

Пищевая ценность жира определяется наличием незаменимых жирных кислот, витаминов А, Е, D, перевариваемостью и всасываемостью. Наибольшей биологической ценностью обладают жиры, содержащие незаменимую линолевую кислоту и другие высшие ненасыщенные жирные кислоты. Усвояемость зависит от температуры плавления жира: если точка плавления ниже, чем температура человеческого тела, то усвояемость равна 97-98%, жиры с температурой плавления 50-60 оС усваиваются только на 70-80%.

С пищей в организм человека поступают и такие жироподобные вещества как стерины, фосфолипиды, жирорастворимые витамины. Самым известным из стеринов является холестерин. Он содержится в продуктах животного происхождения, однако может синтезироваться и в организме человека из промежуточных продуктов обмена углеводов и жиров.

Холестерин является источником желчных кислот, гормонов, предшественником витамина D3. В крови, желчи холестерин удерживается в виде коллоидного раствора, благодаря связыванию с белками, ненасыщенными жирными кислотами, фосфатидами. При нарушении обмена этих веществ или их недостатке холестерин выпадает в виде мелких кристаллов, оседающих на стенках кровеносных сосудов, в желчных путях, что способствует развитию атеросклероза, образованию желчных камней.

Водный обмен организма

Кроме белков, жиров, углеводов, витаминов и минеральных веществ организм человека также нуждается в воде, которая составляет около 60% общей массы тела. В сутки человеку требуется в среднем 1,5-2,5 литра жидкости. Большая часть ее поступает в виде напитков, часть - в составе различных пищевых продуктов. Кроме того, вода может синтезироваться в нашем организме за счет окисления жиров, белков, углеводов. Так, при окислении 100 г жира выделяется 107 г эндогенной воды. Без воды невозможен ни один из процессов жизнедеятельности человека.

Таким образом, питание человека должно быть построено так, чтобы оно полностью обеспечивало потребность организма в энергии и веществах, необходимых для его роста и развития. При этом наиболее рациональным признан четырехразовый прием пищи, где по 20-25% суточной потребности удовлетворяется во время первого завтрака и ужина, 10-15% - во время второго завтрака или полдника и 40-45% во время обеда. В идеале пищевой рацион должен подбираться для каждого человека индивидуально в зависимости от особенностей его обмена веществ, возраста, пола, национальности, физической нагрузки, уровня здоровья, климатических условий. Несоблюдение принципов сбалансированного питания может приводить к различным нарушениям обмена веществ (см. Алиментарные заболевания).



ОБМЕН БЕЛКОВ, ЖИРОВ И УГЛЕВОДОВ В ОРГАНИЗМЕ.

1. Общая характеристика обмена веществ в организме.

2. Обмен белков.

3. Обмен жирова.

4. Обмен углеводов.

ЦЕЛЬ: Представлять общую схему обмена веществ в организме, обмен белков, жиров, углеводов и проявления патологии этих видов обмена.

1. Поступив в организм, молекулы пищевых веществ участвуют во множестве различных реакций. Эти реакции, а также остальные химические проявления жизнедеятельности называются обменом веществ, или метаболизмом. Пищевые вещества используются в качестве сырья для син-теза новых клеток или окисляются, доставляя организму энергию.Часть этой энергии необходима для непрерывного построения новых тканевых компонентов, другая расходуется в процессе функционирования клеток: при сокращении мышц, передаче нервных импульсов, секреции кле-точных продуктов. Остальная энергия освобождается в виде тепла.

Процессы обмена веществ разделяют на анаболические и катаболические. Анаболизм (ассимиляция) - химические процессы, при которых простые вещества соединяются между собой с образованием более сложных,что приводит к накоплению энергии, построению новой протоплазмы и росту. Катаболизм (диссимиляция) - расщепление сложных веществ, приводящее к освобождению энергии, при этом происходит разрушение протоплазмы и расходование ее веществ.

Сущность обмена веществ:1)поступление в организм из внешней среды различных питатель-ных веществ;2)усвоение и использование их в процессе жизнедеятельности как источников энергии и материала для построения тканей;3)выделение образующихся продуктов обмена во внешнюю среду.

Специфические функции обмена веществ:1) извлечение энергии из окружающей среды в форме химической энергии органических веществ;2) превращение экзогенных веществ в строительные блоки, т.е.предшественники макромолекулярных компонентов клетки;3) сборка белков, нуклеиновых кислот и других клеточных компонентов из этих блоков;4) синтез и разрушение биомолекул, необходимых для выполнения различных специфических функций данной клетки.

2. Обмен белков - совокупность пластических и энергетических процессов превращения белков в организме, включая обмен аминокислот и продуктов их распада. Белки - основа всех клеточ-ных структур, являются материальными носителями жизни. Биосинтез белков определяет рост, развитие и самообновление всех структурных элементов в организме и тем самым их функциональную надежность. Суточная потребность в белках (белковый оптимум) для взрослого человека составляет 100-120 г (при трате энергии 3000 ккал/сутки). В распоряжении организма должны быть все аминокислоты (20) в определенном соотношении и количестве, иначе белок не может быть синтезирован. Многие составляющие белок аминокислоты (валин, лейцин, изолейцин, лизин,метионин, треонин, фенилаланин, триптофан) не могут синтезироваться в организме и должны поступать с пищей (незаменимые аминокислоты). Другие аминокислоты могут быть синтезированы в организме и называются заменимыми (гистидин,гликокол,глицин,аланин, глутаминовая кислота, пролин, оксипролин, серии, тирозин, цистеин, аргинин,).Белки делят на биологически полноценные (с полным набором всех незаменимых аминокислот) и неполноценные (при отсутствии одной или нескольких незаменимых аминокислот).

Основные этапы обмена белков:1) ферментативное расщепление белков пищи до аминокислот и всасывание последних;2) превращение аминокислот;3) биосинтез белков;4) расщепление белков; 5) образование конечных продуктов распада аминокислот.

Всосавшись в кровеносные капилляры ворсинок слизистой оболочки тонкого кишечника, аминокислоты по воротной вене поступают в течень,где они немедленно используются, либо задерживаются в качестве небольшого резерва. Часть аминокислот остается в крови и попадает в другие клетки тела, где они включаются в состав новых белков. Белки тела непрерывно расщепляются и синтезируются заново (период обновления общего белка в организме - 80 дней). Если пища содержит больше аминокислот, чем необходимо для синтеза клеточных белков, ферменты печени отщепляют от них аминогруппы NH2, т.е. производят дезаминирование. Другие ферменты, соединяя отщепленные аминогруппы с СО2, образуют из них мочевину, которая переносится с кровью в почки и выделяется с мочой. Белки не откладываются в депо, поэтому белки, которые организм расходует после истощения запаса углеводов и жиров, - не резервные, а ферменты и структурные белки клеток.

Нарушения обмена белков в организме могут быть количественные и качественные. О количественных изменениях белкового обмена судят по азотистому балансу, т.е. по соотношению количества азота, поступившегo в организм с пищей и выделенного из него. В норме у взрослого человека при адекватном питании количество введенного в организм азота равно количеству, выведенного из организма (азотистое равновесие). Когда поступление азота превышает его выде-ление, говорят о положительном азотистом балансе, при этом происходит задержка азота в орга-низме. Наблюдается в период роста организма, во время беременности, при выздоровлении.. Когда количество выведенного из организма азота превышает количество поступившего, говорят об отрицательном азотистом балансе.Он отмечается при значительном снижении содержания белка в пище (белковом голодании).

3. Обмен жиров - совокупность процессов превращения липидов (жиров) в организме. Жиры являются энергетическим и пластическим материалом, входят в состав оболочки и цитоплазмы клеток. Часть жиров накапливается в виде запасов (10-30% массы тела). Основная масса жиров - нейтральные липиды (триглицериды олеиновой, пальмитиновой, стеариновой и других высших жирных кислот). Суточная потребность в жирах для взрослого человека 70-100 г. Биологическая ценность жиров определяется тем, что некоторые ненасыщенные жирные кислоты (линолевая, линоленовая, арахидоновая), необходимые для жизнедеятельности, являются незаменимыми (суточная потребность 10-12 г).и не могут образовываться в организме человека из других жирных кислот, поэтому они должны обязательно поступать с пищей (растительные и животные жиры).

Основные этапы жирового обмена:1) ферментативное расщепление жиров пищи в желудочно-кишечном тракте до глицерина и жирных кислот и всасывание последних в тонком кишечнике; 2) образование липопротеидов в слизистой оболочке кишечника и в печени и транспорт их кровью;3) гидролиз этих соединений на поверхности клеточных мембран ферментом липопротеидлипазой, всасывание жирных кислот и глицерина в клетки, где они используются для синтеза собственных липидов клеток органов и тканей. После синтеза липиды могут подвергаться окисле-нию, выделяя энергию, и превращаться в конечном итоге в углекислый газ и воду (100 г жиров дает при окислении 118 г воды). Жир может трансформироваться в гликоген, а затем подвергаться окислительным процессам по типу углеводного обмена. При избытке жир откладывается в виде запасов в подкожной клетчатке, большом сальнике, вокруг некоторых внутренних органов.

С пищей, богатой жирами, поступает некоторое количество липоидов (жироподобных веществ) - фосфатидов и стеринов. Фосфатиды необходимы организму для синтеза клеточных мембран, они входят в состав ядерного вещества, цитоплазмы клеток. Фосфатидами особенно богата нервная ткань. Главным представителем стеринов является холестерин. Он также входит в состав клеточных мембран, является предшественником гормонов коры надпочечников, половых желез, витамина D, желчных кислот. Холестерин повышает устойчивость эритроцитов к гемолизу, служит изолятором для нервных клеток, обеспечивая проведение нервных импульсов. Нормальное содержание общего холестерина в плазме крови 3,11-6,47 ммоль/л.

4. Обмен углеводов - совокупность процессов превращения углеводов в организме. Углеводы являются источниками энергии для непосредственного использования (глюкоза) или образуют депо энергии (гликоген), являются компонентами сложных соединений (нуклеопротеиды, глико-протеиды), используемых для построения клеточных структур.Суточная потребность 400-500 г.

Основные этапы углеводного обмена: 1) расщепление углеводов пищи в желудочно-кишеч-ном тракте и всасывание моносахаридов в тонком кишечнике;2) депонирование глюкозы в виде гликогена в печени и мышцах или непосредственное ее использование в энергетических целях; 3) расщепление гликогена в печени и поступление глюкозы в кровь по мере ее убыли (мобилизация гликогена);4) синтез глюкозы из промежуточных продуктов (пировиноградной и молочной кислот) и неуглеводных предшественников;5) превращение глюкозы в жирные кислоты; 6) окисление глюкозы с образованием углекислого газа и воды.

Углеводы всасываются в пищеварительном канале в виде глюкозы, фруктозы и галактозы. Они поступают по воротной вене в печень, где фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу, накапливающуюся в виде гликогена. Процесс синтеза гликогена в печени из глюкозы называется гликогенезом (в печени содержится в виде гликогена 150-200 г углеводов). Часть глюкозы попадает в общий кровоток и разносится по всему организму, используясь как основной энергетический материал и как компонент сложных соединений (гликопротеиды, нуклеопротеиды).

Глюкоза является постоянной составной частью (биологической константой) крови. Содержание глюкозы в крови в норме 4,44-6,67 ммоль/л, при увеличении ее содержания (гипергликемии) до 8,34-10 ммоль/л она выводится с мочой в виде следов. При понижении уровня глюкозы в крови (гипогликемии) до 3,89 ммоль/л появляется чувство голода, до 3,22 ммоль/л - возникают судороги, бред и потеря сознания (кома). При окислении глюкозы в клетках для получения энергии она в конечном итоге превращается в углекислый газ и воду. Распад гликогена в печени до глюкозы - гликогенолиз. Биосинтез углеводов из продуктов их распада или продуктов распада жиров и белков - гликонеогенез. Расщепление углеводов при отсутствии кислорода с накоплением энергии в АТФ и образованием молочной и пировиноградной кислот - гликолиз.

Когда поступление глюкозы превышает потребность, печень превращает глюкозу в жир, который откладывается про запас в жировых депо и может быть использован в будущем как источ-ник энергии. Нарушение нормального обмена углеводов проявляется повышением содержания глюкозы в крови. Постоянная гипергликемия и глюкозурия, связанная с глубоким нарушением углеводного обмена наблюдается при сахарном диабете. В основе болезни лежит недостаточность инкреторной функции поджелудочной железы. Вследствие недостатка или отсутствия инсулина в организме нарушается способность тканей использовать глюкозу, и она выводится с мочой..

Важное значение для человека имеет глюкоза, фруктоза, гликоген и крахмал. Крахмал и в незначительной степени фруктоза и глюкоза содержатся в растениях; они являются существенным компонентом питания и поступают в организм с картофелем, мукой и сахаром. Гликоген, откладываемый преимущественно в печени и мышцах, - основной источник глюкозы у животных.

Глюкоза - основное питательное вещество для всех клеток организма. Содержание глюкозы в крови регулируют несколько гормонов. Если благодаря потреблению углеводов (в виде пищи) уровень глюкозы в крови растет, то повышается выделение (секреция) инсулина поджелудочной железой (панкреасом). Это ускоряет поступление глюкозы в клетку, где она «сгорает», распадаясь на двуокись углерода и воду. При этом образуется энергия в виде аденозинтрифосфата (АТФ). При неполном «сгорании» молекулы глюкозы могут поставлять строительный материал для других веществ, нужных организму. Расщеплению гликогена на глюкозу способствуют катехоламины (адреналин и норадреналин), выделение которых связано главным образом с мышечной работой и психическим напряжением. Расщепление гликогена и освобождение глюкозы вызывает также гормон глюкагон (антагонист инсулина), применяющийся при падении уровня сахара в крови, например при голодании или интенсивной физической нагрузке.

Обмен жиров

Жир в жировых клетках и худощавых и тучных людей имеет одинаковый состав. Жир - это соединения жирных кислот и глицерина (триацилглицерола), 5-10% приходится на долю и фосфолипидов. В жировой клетке 65-70% жира, остальное - вода с незначительным содержанием белков, сахара и солей. Жир в жировых клетках образуется двумя способами. Прежде всего он формируется в печени из углеводов, полученных с пищей либо другим путем. Жир в воде нерастворим и транспортируется в крови особыми белками - липопротеинами. На поверхности жировых клеток триацилглицеролы освобождаются из молекул липопротеина и вылавливаются жировыми клетками, где откладываются после небольшого преобразования в виде жировых капелек.

Синтезу и отложению жира в жировых клетках способствует главным образом гормон инсулин и также частично женские типа эстрогенов. Инсулин, следовательно, помогает не только метаболизму глюкозы, но и влияет на синтез жиров.

Расщепление отложенных жиров в жировой ткани вызывается рядом гормонов, важнейшие из которых - катехоламины (адреналин и норадреналин) - образуются в надпочечниках в результате мышечной работы или психического напряжения. Триацилглицеролы расщепляются также гормоном роста, образующимся в гипофизе при голодании. Освобожденные ненасыщенные жирные кислоты покидают жировую клетку и связываются в крови с белком альбумином, который доставляет их к печени и мышцам, где жирные кислоты могут быть разложены подобно глюкозе на воду и . За счет выделяемой при этом энергии синтезируется аденозинтрифосфат (АТФ), который передает ее для самых разнообразных процессов клеткам, в том числе и работающим мышцам.

Обмен белков

Белки (протеины) составляют основу живой материи. «Строительными кирпичами» белков являются аминокислоты. Полученные с пищей белки в пищеварительном тракте расщепляются на аминокислоты. Из них клетки вновь образуют белки, необходимые организму. Синтезом белков (на него косвенно влияет и инсулин) управляет сложный механизм, нарушения которого - главная причина наследственных болезней.

В организме беспрерывно происходит обмен белков, но источником энергии они служат лишь в чрезвычайных обстоятельствах, например при нарушенном энергетическом, балансе, который по разным причинам невозможно выровнять ни приемом пищи, ни использованием собственных запасов гликогена и жира. При такой кризисной ситуации энергия из аминокислот (то есть белков) начинает освобождаться под действием гормона кортизона, вырабатываемого в коре надпочечников. Это так называемая стрессовая реакция. Вызывается она разнообразными неблагоприятными факторами: ранением, голодом, ожогом, вынужденным бездействием, чрезмерно напряженной работой, а также страхом, злостью и т. п.

При сжигании 1 г жира организм получает приблизительно 37,6 кДж (9 ккал), в то время как 1 г белков или углеводов дает только 16,7 кДж (4 ккал).

Печень, являясь центральным органом метаболизма, участвует в поддержании метаболического гомеостаза и способна осуществлять взаимодействие реакций обмена белков, жиров и углеводов.

Местами "соединения" обмена углеводов и белков является пировиноградная кислота, щавелевоуксусная и α-кетоглутаровая кислоты из ЦТК, способных в реакциях трансаминирования превращаться, соответственно, в аланин, аспартат и глутамат. Аналогично протекает процесс превращения аминокислот в кетокислоты.

С обменом липидов углеводы связаны еще более тесно:

• образуемые в пентозофосфатном пути молекулы НАДФН используются для синтеза жирных кислот и холестерола,
• глицеральдегидфосфат , также образуемый в пентозофосфатном пути, включается в гликолиз и превращается в диоксиацетонфосфат,
• глицерол-3-фосфат , образуемый из диоксиацетонфосфата гликолиза, направляется для синтеза триацилглицеролов. Также для этой цели может быть использован глицеральдегид-3-фосфат, синтезированный в этапе структурных перестроек пентозофосфатного пути,
• "глюкозный" и "аминокислотный" ацетил-SКоА способен участвовать в синтезе жирных кислот и холестерола.

Углеводный обмен

В гепатоцитах активно протекают процессы углеводного обмена. Благодаря синтезу и распаду гликогена печень поддерживает концентрацию глюкозы в крови. Активный синтез гликогена происходит после приема пищи, когда концентрация глюкозы в крови воротной вены достигает 20 ммоль/л. Запасы гликогена в печени составляют от 30 до 100 г. При кратковременном голодании происходит гликогенолиз , в случае длительного голодания основным источником глюкозы крови является глюконеогенез из аминокислот и глицерина.

Печень осуществляет взаимопревращение сахаров , т.е. превращение гексоз (фруктозы, галактозы) в глюкозу.

Активные реакции пентозофосфатного пути обеспечивают наработку НАДФН , необходимого для микросомального окисления и синтеза жирных кислот и холестерола из глюкозы.

Липидный обмен

Если во время приема пищи в печень поступает избыток глюкозы, который не используется для синтеза гликогена и других синтезов, то она превращается в липиды – холестерол и триацилглицеролы. Поскольку запасать ТАГ печень не может, то их удаление происходит при помощи липопротеинов очень низкой плотности (ЛПОНП ). Холестерол используется, в первую очередь, для синтеза желчных кислот , также он включается в состав липопротеинов низкой плотности (ЛПНП ) и ЛПОНП .

При определенных условиях – голодание, длительная мышечная нагрузка, сахарный диабет I типа, богатая жирами диета – в печени активируется синтез кетоновых тел , используемых большинством тканей как альтернативный источник энергии.

Белковый обмен

Больше половины синтезируемого за сутки в организме белка приходится на печень. Скорость обновления всех белков печени составляет 7 суток, тогда как в других органах эта величина соответствует 17 суткам и более. К ним относятся не только белки собственно гепатоцитов, но и идущие на "экспорт" – альбумины , многие глобулины , ферменты крови , а также фибриноген и факторы свертывания крови.

Аминокислоты подвергаются катаболическим реакциям с трансаминированием и дезаминированием, декарбоксилированию с образованием биогенных аминов. Происходят реакции синтеза холина и креатина благодаря переносу метильной группы от аденозилметионина. В печени идет утилизация избыточного азота и включение его в состав мочевины .

Реакции синтеза мочевины теснейшим образом связаны с циклом трикарбоновых кислот.

Тесное взаимодействие синтеза мочевины и ЦТК

Пигментный обмен

Участие печени в пигментном обмене заключается в превращении гидрофобного билирубина в гидрофильную форму и секреция его в желчь.

Пигментный обмен, в свою очередь, играет важную роль в обмене железа в организме – в гепатоцитах находится железосодержащий белок ферритин.

Оценка метаболической функции

В клинической практике существуют приемы оценки той или иной функции:

Участие в углеводном обмене оценивается:

• по концентрации глюкозы крови,
• по крутизне кривой теста толерантности к глюкозе ,
• по "сахарной" кривой после нагрузки галактозой ,
• по величине гипергликемии после введения гормонов (например, адреналина).

Роль в липидном обмене рассматривается:

• по уровню в крови триацилглицеролов , холестерола , ЛПОНП, ЛПНП, ЛПВП,
• по коэффициенту атерогенности .

Белковый обмен оценивается:

• по концентрации общего белка и его фракций в сыворотке крови,
• по показателям коагулограммы ,
• по уровню мочевины в крови и моче,
• по активности ферментов АСТ и АЛТ, ЛДГ-4,5, щелочной фосфатазы, глутаматдегидрогеназы.

Пигментный обмен оценивается:

• по концентрации общего и прямого билирубина в сыворотке крови.