Лекция по Биологии на тему "Обмен веществ и превращение энергии в клетке." (1 курс спо, биология)

Лекция 6. Обмен веществ и превращение энергии в клетке. 1.Ассимиляция и диссимиляция 2.Обмен веществ в организме. 1.Ассимиляция и диссимиляция Все   живые   организмы   —   открытые   системы,   постоянно   обменивающиеся   веществом   и   энергией   с окружающей   средой.   Обмен   веществ   и   энергии   (метаболизм)   —   это   совокупность   химических   реакций, протекающих   в   живых   организмах,   обеспечивающих   их   жизнедеятельность,   рост,   воспроизведение, взаимодействие и обмен с окружающей средой. Метаболизм — основное свойство живого, проявляющееся на разных уровнях его организации. Все реакции обмена осуществляются при участии ферментов. На   уровне   клетки   обмен   веществ   складывается   из   двух   взаимосвязанных,   одновременно   протекающих процессов: ассимиляции (анаболизма) и диссимиляции (катаболизма). Ассимиляция (пластический обмен) — процесс превращения простых веществ, поступающих в клетку, в специфические вещества, характерные для данной клетки. Ассимиляция представляет совокупность реакций   биологического   синтеза.   Биосинтез   веществ   —   это   эндотермический   процесс,   т.   е.   он сопровождается   затратой   энергии.   Источником   энергии   служат   ранее   синтезированные   вещества, находящиеся   в   клетке.   В   процессе   диссимиляции   они   расщепляются   до   простых   соединений   с одновременным выделением энергии. Диссимиляция   (энергетический   обмен)   —   это   совокупность   реакций   расщепления   веществ, экзотермический процесс, при котором происходит распад веществ и выделяется энергия. Ассимиляция   и   диссимиляция   в   клетке   протекают   одновременно   и   заключительные   стадии   реакций диссимиляции   являются   исходной   стадией   для   ассимиляции.   Совокупность   реакций   ассимиляции   и диссимиляции, идущих в клетке в любой момент, составляет ее метаболизм. Эти реакции происходят при участии ферментов. Органические вещества, поступающие к клетку, служат для нее, во­первых, строительным материалом для биосинтеза новых клеточных компонентов или замены старых; во­вторых, источником химической энергии. При расщеплении питательных веществ высвобождается энергия. Клетка использует ее для поддержания своих жизненных процессов. Энергия в различных участках клетки  переходит из одной формы в другую, выделяется постепенно, порциями. Каждая форма энергии служит для выполнения определенной работы, такой как биосинтез веществ, механическая работа, клеточное деление, активный транспорт, осмос, мышеч­ ное сокращение, биолюминесценция, поддержание постоянной температуры; часть энергии рассеивается в виде тепла. Пластический обмен По типу ассимиляции организмы могут быть автотрофными, гетеротрофными и миксотрофными. Автотрофная  ассимиляция.  Автотрофные   организмы   способны  синтезировать   органические   вещества   из неорганических (СO2 и Н2O). К ним относятся зеленые растения и микроорганизмы. В зависимости от того, какой источник энергии используют автотрофные организмы для синтеза органических веществ, их подразде­ ляют на две группы: фототрофы и хемотрофы. Фотосинтез — это процесс преобразования солнечной энергии в потенциальную энергию химических связей в органических  веществах. Фотосинтез был открыт в 1771 г.  английским химиком Д.  Пристли.  Процесс фотосинтеза и роль в нем хлорофилла растений описал К.А.Тимирязев (1843—1920). Зеленые растения — фототрофы. Для ассимиляции они используют энергию, выделяемую при окислении неорганических веществ. В хлоропластах  зеленых растений присутствует  хлорофилл.  При его участии происходит  фотосинтез  — сложный многоступенчатый процесс, в основе которого лежит окислительно­восстановительный процесс, в котором электроны переносятся от донора­восстановителя (вода, водород) к акцептору (С02) с образованием восстановленных  соединений (углеводов) и выделением 02. В нем выделяют две фазы:  световую и темновую (рис. 5.1). Световая   фаза   фотосинтеза   происходит   только   на   свету   в   мембране   гран   хлоропласта   при   участии хлорофилла, белков­переносчиков и АТФ­синтетазы. Под действием кванта света хлорофилл теряет электрон, переходя в возбужденное состояние. Эти электроны передаются   переносчиками   на   наружную   поверхность   мембраны   тилакоидов   и   там   накапливаются. Одновременно внутри полостей тилакоидов происходит фотолиз воды (разложение под действием энергии света): Ионы ОН", отдав электроны, превращаются в свободные радикалы, которые, взаимодействуя друг с другом, образуют воду и свободный кислород: Электроны передаются переносчиками к молекулам хлорофилла и восстанавливают их. 1 Протоны, которые образовались при фотолизе воды, накапливаются на внутренней поверхности мембраны тилакоида, создавая положительный заряд. Наружная поверхность тилакоида заряжена отрицательно за счет электронов.   Возникает   разность   потенциалов   между   наружной   и   внутренней   поверхностями   мембраны тилакоида.   Когда   величина   протонного   потенциала   достигает   критического   уровня,   протоны   через протонный   канал   фермента   АТФ­синтетазы   поступают   на   наружную   поверхность   мембраны   тилакоида. Освободившаяся энергия тратится на синтез АТФ. Этот процесс назван фотофосфорилированием, так как для синтеза АТФ во время световой фазы фотосинтеза используется энергия солнечного  нечного света: На наружной поверхности мембраны ионы водорода присоединяют к себе электроны, образуя атомарный водород, идущий па восстановление переносчика НАДФ+ (никотинамидаденинди­иуклеотид фосфат). Таким   образом,   в   световой   фазе фотосинтеза   синтезируется богатое энергетическими связями вещество — АТФ; атомарный водород связывается с переносчиком (НАДФ •Н2); образуется молекулярный кислород. АТФ и НАДФ • Н2  транспортируются в стро­му хлоропласта и участвуют в процессах темновой стадии фотосинтеза. Кислород поступает в атмосферу. Темновая фаза фотосинтеза протекает в строме хлоро­пластов как на свету, так и в темноте. Она состоит из последовательных ферментативных реакций по связыванию С02, в результате которых образуется глюкоза. В реакциях темновой фазы участвуют молекулы АТФ и атомы водорода, образовавшиеся в процессе фотолиза воды, связанные с молекулами­переносчиками. Акцептором   С02  является   рибулезадифосфат   —   пятиуглерод­ный   сахар,   имеющийся   в   хлоропластах. Ферменты   связывают   пя­тиуглеродный  сахар  с   С02  воздуха.   При  этом   образуются  соединения,   которые последовательно восстанавливаются до шестиугле­родной молекулы глюкозы. Реакции осуществляются за счет энергии АТФ и НАДФ • Н2. Фиксация С02  и превращение углерода в углеводы носят циклический характер. Впервые этот процесс подробно изучил американский биохимик М.Кальвин, в честь которого цепь последовательных ферментативных реакций названа циклом Кальвина: Полученные   в   результате   темновой   фазы   фотосинтеза   молекулы   моносахарида   глюкозы   через   ряд ферментативных   реакций  превращаются   в   полисахариды.   В   процессе   фотосинтеза   образуются   мономеры других органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Так, энергия солнечного света преобразуется в энергию химических связей сложных органических веществ. В   результате   фотосинтеза   образуются   органические   вещества   и   выделяется   свободный   кислород, необходимый для жизни на Земле. Хемосинтез — это синтез органических веществ у автотрофных бактерий, идущий с использованием энергии, которая выделяется при   химических   реакциях   окисления   неорганических   соединений:   сероводорода,   серы,   аммиака,   азотной кислоты, железа и др. Хемосинтез был открыт в 1887 г. русским микробиологом С. Н. Виноградским. В теплых водоемах, содержащих сероводород, живут бесцветные бактерии, способные добывать энергию, необходимую для синтеза органического вещества из углекислоты в полной темноте, окисляя сероводород и накапливая серу: При истощении запасов сероводорода бактерии используют отложенную в них серу, окисляя ее до серной  кислоты: 2S + 3O2 + 2Н2O ­> 2H2SO4 + Q Образовавшаяся   энергия   запасается   бактериями   в   виде   молекул   АТФ   и   используется   для   синтеза органических веществ, протекающего по типу синтеза глюкозы в темновой фазе фотосинтеза. Нитрифицирующие   бактерии   обитают   в   почве   и   водоемах.   Одни  из   них   получают   энергию   в   результате окисления аммиака в азотистую кислоту: Другая группа бактерий окисляет азотистую кислоту до азотной и использует выделенную энергию для  синтеза вешеств: 2 Деятельность бактерий, участвующих в хемосинтезе, весьма  велика. Они улучшают почвы, делая их более плодородными,   обеспечивают   образование   и   накопление   нитратов.   Серобактерии   участвуют   в   очистке сточных   вод.   Хемосинтезирующие   бактерии   играют   важную   роль   в   круговороте   веществ   в   природе,   в образовании отложений руд железа и марганца. Гетеротрофная ассимиляция. Данный вид ассимиляции происходит в клетках животных, грибов, некоторых  бактерий. Гетеротрофные организмы синтезируют органические вещества своего тела из уже готовых  органических веществ, поступающих с пищей. Энергию для синтеза гетеротрофы получают в результате окис­ ления органических соединений. В процессе пищеварения эти вещества распадаются до мономеров. Из  мономеров в клетках синтезируются белки, жиры и углеводы, характерные для данного организма. Все  реакции идут при участии ферментов и с использованием энергии АТФ. Превращение веществ в  гетеротрофном организме идет по организме идет по следующей схеме: Миксотрофная   ассимиляция.  Миксотрофные   организмы   (например,   эвглена   зеленая)   содержат   пигмент хлорофилл и могут быть автотрофами на свету. При отсутствии света они становятся гете­ротрофами. Энергетический обмен Первичным   источником   энергии   в   живых   организмах   является   солнце.   Энергия,   приносимая   световыми квантами   (фотонами),   поглощается   пигментом   хлорофиллом,   содержащимся   в   хлоро­пластах   зеленых растений, и накапливается в виде химической энергии в различных питательных веществах. Без солнца жизнь на нашей планете была бы невозможна. Энергетический обмен (диссимиляция) представляет совокупность ферментативных реакций в живом организме, направленных на расщепление сложных органических веществ (белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот). В процессе диссимиляции энергия, заключенная в химиче­ ских связях органических молекул, освобождается и запасается в форме богатых энергией фосфатных связей АТФ. Процесс, при котором окисление органических веществ ведет к выделению химической энергии, называют дыханием. Если этот процесс происходит в клетках, его называют клеточным дыханием. По типу диссимиляции организмы могут быть аэробными (живущими в кислородной среде) или анаэробными (обитающими в среде, лишенной кислорода). Некоторые бактерии и беспозвоночные могут постоянно обитать в анаэробных условиях. Такие организмы называют анаэробами. При анаэробном метаболизме органические вещества окисляются не полностью, а до промежуточных продуктов распада. Энергетический выход на одну молекулу глюкозы при анаэробном ме­ таболизме значительно меньше, чем при аэробной диссимиляции. Все   позвоночные   и   большинство   беспозвоночных   животных   нуждаются   в   молекулярном   кислороде   для обеспечения тканевого дыхания, их называют аэробными организмами. У аэробных животных имеются ткани, способные в течение некоторого времени к анаэробному метаболизму при недостатке кислорода. С поступле­ нием кислорода аэробный обмен возобновляется. При   аэробном   метаболизме   молекулы   органических   веществ   полностью   окисляются   молекулярным кислородом до углекислого газа и воды. Вся энергия, заключенная в химических связях, высвобождается и идет   на   синтез   молекул   АТФ.   В   живой   клетке   это   большое   количество   энергии   не   освобождается одновременно.   Освобождение   энергии   представляет   собой   ступенчатый   процесс,   осуществляемый   с помощью окислительных ферментов, расщепляющих в конце концов питательные вещества до углекислого газа и воды. Часть   энергии,   освобождаемой   из   питательных   веществ,   рассеивается   в   виде   тепла,   остальная   — превращается  в новую  химическую  энергию.  За счет  этой энергии  осуществляются  различные  функции клетки. 3 Биологическое   окисление.  Потерю   электронов   каким­либо   атомом   или   молекулой   водорода   называют окислением, а присоединение электронов или атомов водорода — восстановлением. Реакции окисления сопровождаются выделением энергии. Биологическое окисление — это совокупность реакций окисления, протекающих во всех живых организмах, необходимых для обеспечения их энергией. Энергетический обмен проходит в три этапа. Первый этап — подготовительный — осуществляется в желу­ дочно­кишечном тракте, где происходит ферментативное расщепление сложных белков, жиров и углеводов, поступивших в организм с пищей, до простых мономеров: белков — до аминокислот, жиров — до глицерина и жирных кислот, углеводов — до моносахаридов. Образовавшиеся мономеры могут быть использованы для синтеза собственных белков, жиров и углеводов или подвергнуться дальнейшему расщеплению. Выделяется небольшое количество энергии, которое рассеивается в виде тепла. Второй   этап   —   неполное   окисление   (бескислородный)   —   протекает   в   цитоплазме   клеток.   Мономеры (аминокислоты,   глюкоза,   жирные   кислоты   и   др.),   образовавшиеся   на   первом   этапе,   расщепляются   без участия кислорода. Для разложения веществ необходимы ферменты. Эти реакции идут в несколько стадий с   выделением   энергии   АТФ.   Главный   источник   энергии   в   клетке   —   глюкоза.   Бескислородное ферментативное расщепление глюкозы называют гликолизом. Гликолиз происходит в цитоплазме при участии ферментов. В результате ряда последовательных реакций глюкоза превращается в пировиноградную кислоту. Из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты (С3Н403), выделяется энергия (около 200 кДж), 60 % которой рассеивается в виде   тепла,   а   40   %   идет   на   синтез   АТФ,   вода   и   атомы   водорода,   запасающиеся   клеткой   в   форме никатинамидадениндинуклеотида (НАД • Н). Суммарная формула гликолиза: Третий   этап   —   полное   окисление   (дыхание)   —   происходит   при   участии   кислорода.   Этот   этап осуществляется   в   митохондриях,   на   внутренних   мембранах   и   в   матриксе   которых   имеются   ферменты аэробного расщепления. Реакции окисления, протекающие в митохондриях, носят циклический характер и по имени ученого, впервые их описавшего, названы циклом Кребса (лимонной кислоты или трикарбоновых кислот). Попав в митохондрию, пировиноградная кислота при участии ферментов матрикса образует молекулы С02, которые  выводятся  из  клетки,  и атомы  Н.  С помощью  молекул  —  переносчиков  НАД атомы  водорода направляются   к   внутренней   мембране   митохондрий,   где   проходят   процессы   окислительного фосфорилирования   (цепь   реакций   окисления—восстановления   с   освобождающейся   энергией   для фосфорилирования   АДФ   в   АТФ).   Образуется   также   ацетилкофермент   А   (ацетил­КоА)   —   соединение, богатое энергией, которое включается в цикл Кребса. В результате реакций цикла Кребса из одной молекулы ацетил­КоА   образуются   две   молекулы   С02,   одна   молекула   АТФ   и   четыре   пары   атомов   Н,   которые присоединяются к НАД и ФАД (флавинаде­ниндинуклеотид). Все атомы водорода направляются в дыхатель­ ную цепь. Передача энергии от НАД • Н и ФАД • Н2  происходит на внутренней мембране митохондрий в дыхательной цепи. Атомы водорода НАД • Н и ФАД • Н2 транспортируются в мембраны митохондрий. На внутренней стороне мембраны они оставляют электроны, а катионы Н+  переносятся на наружную сторону. Электроны соединяются с кислородом, в результате чего образуются анионы: Между  внутренней  и внешней  поверхностями  внутренней  мембраны  возникает  разность потенциалов.  Во внутреннюю мембрану митохондрий встроены молекулы фермента АТФ­синтетазы, имеющие ионный канал. Когда разность потенциалов на мембране достигает критического уровня, положительно заряженные частицы начинают   проходить   через   канал   АТФазы   и   на   внутренней   поверхности   мембраны   взаимодействовать   с кислородом, образуя воду: Энергия транспортирующихся ионов водорода используется для фосфорилирования АДФ в АТФ (рис. 5.2): В результате расщепления одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ: на втором этапе неполного окисления — 2 молекулы АТФ и на третьем этапе полного окисления — 36 молекул АТФ. Процесс дыхания энергетически более выгоден, чем процесс гликолиза. Суммарная реакция клеточного дыхания выглядит следующим образом: 4 Брожение.  Брожение   —   это   анаэробный   окислительно­восстановительный   процесс   превращения органических  веществ,   в результате  которого  организмы получают энергию,  необходимую для их жизнедеятельности.  Брожению   подвергаются   углеводы,   спирты,   органические   кислоты   и   др.   Данный процесс   характерен   для   микроорганизмов,   но   при   недостатке   кислорода   может   встречаться   в   клетках высших растений и животных. При брожении расщепление веществ происходит неполностью — до орга­ нического конечного продукта, еще богатого энергией. Выделяется энергии не очень много. В зависимости от конечных   продуктов   различают   следующие   типы   брожения:   спиртовое,   масляно­кислое,   молочнокислое. Брожение происходит при участии ферментов. У дрожжей при недостатке кислорода и присутствии сахара идет спиртовое брожение, в результате чего образуется этиловый спирт, углекислый газ и две молекулы АТФ: У   некоторых   бактерий,   а   также   в   мышцах   животных   и   человека   при   большой   физической   нагрузке   и недостатке кислорода может происходить молочнокислое брожение, при котором пировино­градная кислота (С3Н4O3), образовавшаяся при распаде глюкозы, восстанавливается до молочной (С3Н6O3): Большие количества молочной кислоты, которые накапливаются при чрезмерной работе мышц, вызывают  чувство усталости  и характеризуют кислородную «задолженность», которую можно ликвидировать, усилив  приток кислорода к мышцам. Таким   образом,   при   брожении   выделяется   часть   энергии   и   распад   веществ   идет   до   промежуточных продуктов реакций, а при аэробном окислении выделяется вся энергия и распад идет до конечных продуктов (СO2 и Н2O). 2.Обмен веществ в организме. Между организмом и окружающей средой происходит постоянный обмен веществ и энергией. Это основное свойство живых организмов. Он включает поступление веществ в организм из внешней среды, их превращение, усвоение   и   выделение   продуктов   распада.   Сложные   органические   вещества,   поступающие   с   пищей, распадаются на простые, которые усваиваются и служат пластическим материалом для построения новых клеток и тканей. Потенциальная энергия, заключенная в химических связях органических веществ, при их расщеплении освобождается и превращается в другие виды энергии, которые используются организмом для выполнения различных функций. Конечные продукты распада выводятся из организма. Таким   образом,   обмен   веществ   —   это   совокупность   всех   химических   превращений   (ассимиляции   и диссимиляции) в живом организме, обеспечивающих его жизнедеятельность. Обмен белков Белки пищи в пищеварительном тракте под действием ферментов расщепляются до аминокислот, которые всасываются в кровь и транспортируются ко всем клеткам организма. В клетках из них синтезируются белки, свойственные только данному организму. В каждой клетке происходит постоянный синтез новых белков, но общее   количество   их   во   взрослом   здоровом   организме   остается   постоянным.   Это   связано   с   тем,   что определенная   часть   белков   в   процессе   жизнедеятельности   разрушается.   Только   в   молодом   растущем организме   процессы   ассимиляции   преобладают   над   процессами   диссимиляции,   поэтому   масса   тела возрастает.   При   распаде   1   г   белков   до   конечных   продуктов   выделяется   17,6   кДж   энергии.   Организм использует белки как источник энергии лишь при истощении других источников — углеводов и жиров. Конечные   продукты   распада   белков   —   углекислый   газ,   вода,   мочевина,   мочевая   кислота   и   другие выводятся из организма с мочой и потом. Аммиак, образующийся при распаде аминокислот, нейтрализу­ ется в печени путем образования мочевины. Аминокислоты,   входящие   в   состав   белков,   подразделяют   на   заменимые   и   незаменимые.   Заменимые аминокислоты могут синтезироваться в организме человека; их можно заменить другими аминокислотами (например, глицином, тирозином, серином). Незаменимые кислоты должны поступать в организм с белками пищи  (триптофан,   лизин,   лейцин   и   др.).   Белки,   содержащие   все   незаменимые   аминокислоты,   называют полноценными. Преимущественно это белки животного происхождения (белки молока, мяса, рыбы, яиц и др.). Белки, в которых отсутствует хотя бы одна незаменимая аминокислота, называют неполноценными. В основном   это   белки   растительного   происхождения.   При   питании   только   неполноценными   белками нарушается их обмен в организме. Два или три неполноценных белка, дополняя друг друга, могут обес­ печить сбалансированное питание человека. Суточная потребность В белках составляет 80 — 150 г и зависит от интенсивности физической нагрузки. При избытке белков, поступающих с пищей, они превращаются в жиры и углеводы. Обмен липидов 5 Липиды,  или  жиры,  содержат  наибольшие   запасы  энергии.  При  распаде   1  г  жира  выделяется  38,9  кДж энергии.   Жир,   поступивший   в   организм   с   пищей,   в   пищеварительном   тракте   с   помощью   ферментов расщепляется до глицерина и жирных кислот. Попав в кишечные ворсинки, глицерин и жирные кислоты соединяются вновь и образуют жиры, свойственные данному организму. Большая часть жиров поступает в лимфу, меньшая — в кровь и разносится по органам и тканям. Много жира поступает в жировую ткань, выполняющую функцию жирового депо организма. Липиды откладываются в запас в подкожной клетчатке и сальнике;   из них  строятся  оболочки клеток;   они служат  источником  эндогенной  воды,  входят  в состав гормонов и выполняют другие функции. Суточная потребность в жирах составляет 70— 80 г. Конечные про­ дукты распада жиров — углекислый газ и вода — выводятся из организма. Обмен углеводов Углеводы — основной источник энергии в организме. При расщеплении 1 г глюкозы выделяется 17,6 кДж  энергии. Окисление углеводов происходит легче и быстрее, чем белков. Выделившаяся энергия используется  для всех жизненных процессов. Углеводы, поступающие с пищей, в пищеварительном тракте при участии  ферментов распадаются до моносахаридов и попадают в кровь. В крови концентрация глюкозы  поддерживается постоянной: от 0,08 до 0,12 % благодаря гормонам поджелудочной железы инсулину и глкжагону. Инсулин превращает избыток глюкозы в гликоген (животный крахмал), который откладывается в запас в печени и мышцах. При его недостатке развивается тяжелая болезнь — сахарный диабет. Глюкагон превращает гликоген в глюкозу при ее недостатке   в   крови.   Снижение   уровня   глюкозы   приводит   к   нервным   расстройствам   (потере   сознания, судорогам)   и   даже   к   смерти.   Суточная   потребность   в   углеводах   —   500   г.   Конечные   продукты   распада углеводов — С02 и Н20. При недостатке углеводов в пище они могут образовываться из жиров и белков. Часть углеводов может превращаться в жиры и откладываться в запас. Процессы превращения жиров, углеводов и белков строго согласованы между собой. Конечные продукты обмена   этих   веществ   —   С02,   Н20   и   аммиак,   характерный   только   для   обмена   белков.   При   распаде органических   веществ   образуются   промежуточные   продукты   одного   химического   состава,   которые независимо от источника получения используются для синтеза специфических для данных тканей белков, жиров и углеводов. Водно­солевой обмен Важную роль в организме играет водно­солевой обмен. Вода составляет около 70 % массы тела. Суточная  потребность в воде составляет 2,5 —3 л. Вода и минеральные соли переходят из пищеварительного тракта в  кровь в неизмененном состоянии. Все химические превращения в организме происходят только в водных  растворах, поэтому вода необходима для нормальной жизнедеятельности. Воду, которую человек получает в  виде питья (1500 мл) и с пищей (1000—1200 мл), называют экзогенной. Воду, образующуюся при  окислительном распаде органических веществ (500 мл), называют эндогенной. Основная масса воды  содержится в цитоплазме клеток (72 %). Это внутриклеточная вода. Входящую в состав крови, лимфы,  спинномозговой жидкости воду называют внеклеточной (28 %). Организм   не   может   существовать   без   минеральных   веществ.   Они  необходимы   для   нормального функционирования всех систем органов. Минеральные соли нужны для поддержания постоянного состава внутренней среды, транспортировки кислорода и углекислого газа кровью, возникновения возбуждения в нервных и мышечных клетках, построения костей, синтеза гемоглобина, нуклеиновых кислот, АТФ и т.д. Наиболее   велика   потребность   организма   в   фосфоре,   кальции,   калии,   натрии,   хлоре,   железе   и   других макро­ и микроэлементах. Выделение воды и минеральных солей происходит через почки, кожу, легкие и кишечник. Витамины Обмен веществ невозможен без витаминов. Они представляют группу биологически активных органических соединений,   поступающих   в   организм   с   пищей   в   очень   малых   количествах.   Некоторые   витамины синтезируются флорой кишечника. Их значение для жизни установил в 1888 г. русский врач Н.И.Лунин (1854 —1937). Термин «витамин» в 1912 г. предложил польский ученый К.Функ. Витамины служат составной частью многих ферментов; участвуют непосредственно в обмене веществ. Они повышают сопротивляемость организма к неблагоприятным условиям среды. Основной   источник   витаминов   —   растения,   в   которых   могут   содержаться   провитамины,   способные превращаться в витамины В животном организме. При   отсутствии   какого­либо   витамина   или   его   предшественника   возникает   состояние,   называемое авитаминозом; при недостаточном поступлении витамина с пищей — гиповитаминоз. Избыток витаминов в организме приводит к гипервитаминозу. Витамины классифицируют на жирорастворимые (A, D, Е, К) и водорастворимые (Вь В2, В6, В12, РР, С и др.). Жирорастворимые витамины. Витамин А (ретинол) влияет на зрение, рост, развитие. При его недостатке возникает  нарушение сумеречного  зрения  (куриная  слепота),  повреждение роговицы  глаз,   сухость кожи. Витамин А содержится в сливочном масле, молоке, печени, яйцах. В моркови находится каротин (провита­ 6 мин   А),   из   которого   образуется   витамин.   Суточная   норма   составляет   1,5   мг.   При   избытке   витамина возникает   гипервитаминоз.   Витамин   накапливается   в   печени,   происходит   ее   увеличение,   возникает помутнение роговицы глаз. Витамин  D  (кальциферол)  регулирует  обмен  кальция  и фосфора.  При недостатке  витамина в детском возрасте   развивается   рахит,   деформация   костей;   у   взрослых   возникает   размягчение   костей.   Витамин содержится в рыбьем жире, яичном желтке, печени. Образуется в коже под влиянием ультрафиолетовых лучей. Суточная потребность 2,5 мкг. При избытке витамина происходит повышенное всасывание кальция и фосфора и отложение его в сосудах, аорте. Витамин   Е   (токоферол)  участвует   в   регуляции   белкового   обмена,   обладает   противоокислительным действием   на   внутриклеточные   липиды,   замедляет   свертываемость   крови,   входит   в   состав   клеточных мембран. При недостатке развивается дистрофия скелетных мышц, ослабевает половая функция. Витамин содержится в растительных маслах, печени, молоке, зародышах пшеницы. Суточная потребность 10—15 мг. Витамин   К   (филлохинон)  участвует   в   синтезе   протромбина,   способствует   нормальной   свертываемости крови. При недостатке  витамина понижается  свертываемость крови, возникают внутренние и подкожные кровоизлияния. Витамин синтезируется микрофлорой кишечника. Содержится в шпинате, салате, томате, моркови. Суточная потребность 0,2 — 0,3 мг. Водорастворимые   витамины.  Витамин   В{  (тиамин)  участвует   в  обмене   белков,   жиров,   углеводов,   в проведении   нервных   импульсов.   При   недостатке   витамина   возникает   заболевание   бери­бери, сопровождаемое   нарушением   двигательной   активности,   параличами   конечностей,   атрофией   мышц, поражением  нервной системы. Витамин присутствует в зерновых  и бобовых культурах, печени,  курином желтке, дрожжах. Суточная потребность 1,5 — 2 мг. Витамин В2  (рибофлавин)  участвует в клеточном дыхании, необходим для нормального обмена веществ в нервных   клетках.   При   недостатке   витамина   возникает   задержка   роста   молодого   организма,   поражение слизистой оболочки рта, помутнение хрусталика глаза, снижение работоспособности. Витамин содержится в молоке, пивных дрожжах, печени, овощах, мясе, рыбе, яичном белке. Суточная потребность 2 — 3 мг. Витамин   В6  (пиридоксин)  участвует   в   обмене   белков,   аминокислот,   влияет   на   кроветворение.   При   его недостатке возникают заболевание кожи, анемия, судороги, потеря аппетита, сонливость, раздражительность. Витамин содержится в печени, почках, курином желтке, дрожжах, бобовых и зерновых культурах. Синтезиру­ ется микрофлорой кишечника. Суточная потребность 1,5 —3 мг. Витамин Вп (цианкобаламин) обеспечивает нормальное протекание процессов кроветворения, препятствует возникновению анемии. При его недостатке может развиться злокачественная анемия. Авитаминоз возникает в результате нарушения всасывания витамина в желудке. Витамин содержится в печени, почках, мясе, син­ тезируется микрофлорой кишечника. Суточная потребность 2 мкг. Витамин  С  (аскорбиновая   кислота)  участвует   в   окислительно­восстановительных   процессах,   повышает устойчивость к инфекциям. При недостатке витамина возникает заболевание — цинга, сопровождающееся кровоточивостью десен, поражением стенок кровеносных сосудов, развитием мелких кровоизлияний в коже. Нарушается углеводный, жировой и белковый обмены веществ. Витамин содержится в шиповнике, черной смородине, лимонах, зеленом луке, овощах, печени, молоке. Суточная потребность 50—100 мг. Витамин   РР   (никотиновая   кислота)  участвует   в   клеточном   дыхании,   обмене   углеводов,   аминокислот, жиров,  нормализует   функции   желудочно­кишечного   тракта,   печени.   При   недостатке   витамина   возникает болезнь пеллагра, сопровождаемая поражением кожи, нарушением пищеварения, ослаблением памяти, апа­ тией, слабоумием. Витамин содержится в дрожжах, отрубях, пшенице, рисе, ячмене, может синтезироваться бактериями кишечника из триптофана. Суточная потребность 15 мг. Контрольные вопросы: 1. Сформулируйте понятия «ассимиляция, «диссимиляция» 2.Приведите примеры «ассимиляции» и «диссимиляции» 3. Сформулируйте понятие «брожение» 4. Обмен веществ. Приведите примеры. 7