Энергетическая функция питания.

Биохимия питания

 

Питание – это процесс поступления, переваривания, всасывания и усвоения в организме пищевых веществ. Питание является основой для нормального протекания метаболических процессов внутри организма.

 Все вещества, входящие в состав пищевых продуктов можно условно разделить на 4 группы:

1. Нутриенты или питательные вещества – включаются в обмен веществ и обеспечивают выполнение основных функций питания. К ним относятся:

 а) макронутриенты – белки, жиры, углеводы, макроэлементы, вода, суточная потребность для человека в этих веществах составляет десятки и сотни граммов;

б) микронутриенты – витамины, микроэлементы, биологически активные молекулы, суточная потребность составляет доли грамма.

2. Неалиментарные вещества – не выполняют питательных функций, но могут оказывать влияние на усвоение питательных веществ. К ним относятся: балластные вещества, ароматические, вкусовые вещества, пигменты. По мере развития науки могут пополнять группу нутриентов.

3. Антиалиментарные вещества – существенно снижают степень усвоения или биологический эффект отдельных нутриентов, без проявления общей токсичности. К ним относятся:

а) ингибиторы протеиназ – вещества, снижающие усвоение белков пищи. Например, ингибиторы из сои и бобов; овомукоид из яиц утки и индейки.

б) а нтивитамины – вещества, обладающие способностью уменьшать или полностью ликвидировать специфический эффект витаминов. Например, тиаминаза сырой рыбы расщепляет витамин В₁; овальбумин сырых яиц – связывает в кишечнике и нарушает всасывание витамина Н.

в) вещества, подавляющие утилизацию минеральных элементов – кальция, железа, цинка. Это - фитин, щавелевая кислота.

Антиалиментарные факторы при полном благополучии химического состава пищевых продуктов способны создавать состояние дефицита отдельных нутриентов и приводить к избирательному разбалансированию рациона питания.

4. Химические и биологические загрязнители пищи – обладают токсичностью.

Функции питания

Энергетическая функция питания.

Макромолекулы, поступающие с пищей, вовлекаются в организме в катаболические процессы, протекающие с выделением энергии, которая куммулируется в химических связях АТФ. Как источники энергии, вещества, содержащиеся в пище, могут заменять друг друга и комбинироваться в рационе в произвольных соотношениях. Это зависит от вкусовых пристрастий, национальных традиций и доступности продуктов питания. Однако следует помнить, что недостаток в рационе одного из энергетических субстратов неизбежно приводит к усиленному расходованию других. Особенно невыгодно использование в качестве источника энергии белков.

Пластическая функция питания.

Химические вещества, содержащиеся в пище, являются строительным материалом для синтеза внутриклеточных мембранных структур, ферментов, гормонов и других регуляторных молекул. Значительную часть структурных блоков, необходимых для синтеза собственных полимеров, клетки способны синтезировать сами, рекомбинируя атомы углерода пищевых веществ. Но есть группа соединений, синтез которых в тканях ограничен или невозможен вообще. Это незаменимые или эссенциальные компоненты пищевого рациона. К ним относятся:

· 8 аминокислот (вал, лей, илей, тре, три, лиз, мет, фен)

· 3 полиненасыщенные жирные кислоты (линолевая, линоленовая, арахидоновая). Синтез последней в тканях возможен, но лимитируется поступлением с пищей линолевой кислоты

· 13 витаминов

· минеральные вещества

всего более 50 компонентов пищевого рациона.

 

Пища, как источник биологически активных соединений.

Пища содержит в своем составе биологически активные вещества, которые способны оказывать регулирующее влияние на физиологические процессы в организме.

Характеристика основных питательных веществ.

Белки.

Для оптимального удовлетворения потребностей организма в аминокислотах желательно сочетание растительных и животных белков.

Суточная потребность: 85-90 г или не менее 1г/кг веса тела.

 

Белковая недостаточность.

Причины:

1) малое содержание белка в пище или преобладание белков низкой биологической ценности;

2) низкая энергетическая ценность рациона, приводящая к расходованию белков на энергетические нужды;

3) самолечение физиологически необоснованными диетами

4) заболевания, приводящие к нарушению процессов переваривания, всасывания или утилизации пищевых белков.

Проявления:

· снижение работоспособности и сопротивляемости организма к инфекциям

· ухудшение пищеварительной функции

· анемия

· атрофия мышц

· отёки.

У детей дефицит белков в питании приводит к развитию патофизиологических реакций в следующей последовательности:

1. нарушение неспецифической сопротивляемости организма

2. нарушение иммунологической сопротивляемости организма

3. снижение толерантности к глюкозе из-за дефицита инсулина

4. нарушение синтеза факторов роста и замедление роста

5. энергетическая недостаточность (истощение углеводных и жировых депо, катаболизм тканевых белков)

6. потеря массы тела (гипотрофия).

Белковая недостаточность в период зародышевого развития и в ранний постнатальный период приводит к тому, что организм не накапливает необходимого количества клеток и надклеточных структурных элементов в мозге, сердце, желудке, кишечнике, легких, почках, жировой ткани т.е. заключенная в геноме память не реализуется..

Избыток белков

в рационе приводит к перегрузке печени и почек продуктами азотистого обмена, усилению гнилостных процессов в кишечнике, накоплению в организме продуктов азотистого обмена со сдвигом рН в кислую сторону.

 

Жиры

В состав пищевых жиров входят, в основном, триацилглицеролы (98%), фосфолипиды и холестерол. Жиры животного происхождения содержат в своем составе много насыщенных жирных кислот и имеют твердую консистенцию. Растительные жиры содержат больше ненасыщенных жирных кислот и имеют жидкую консистенцию (масла).

Функции:

1) являются одним из основных источников энергии. Окисление 1г дает 37,7 кДж (9 ккал)

2) служат источником ненасыщенных жирных кислот

3) обеспечивают всасывание из кишечника жирорастворимых витаминов и ряда минеральных веществ

Функции ненасыщенных жирных кислот:

- входят в состав фосфолипидов, формирующих основу биологических мембран и липопротеинов

- арахидоновая кислота является предшественником простагландинов, простациклинов, тромбоксанов и лейкотриенов.

Пищевая ценность жиров определяется их жирнокислотным составом, t⁰ плавления, наличием незаменимых пищевых веществ, степенью эмульгирования. Чем больше насыщенных жирных кислот, тем выше температура плавления жира, тем более длительно его переваривание и меньше усвоение. Хуже всего усваиваются бараний и говяжий жир, лучше – растительные масла, молочный и рыбий жир. Молочный жир содержит витамины А, D, каротин; растительные масла – витамин Е.

Суточная потребность: 90-100 г, из них – 25-30 г должны приходиться на растительные масла, что обеспечивает поступление в организм 15 г линолевой кислоты.

Углеводы

Продукты питания содержат в своем составе простые и сложные углеводы. К простым углеводам относятся моносахариды – глюкоза, фруктоза, галактоза и дисахариды – сахароза, лактоза, мальтоза. Эти углеводы легко усваиваются в кишечнике, и при сбалансированном рационе на их долю приходится примерно 20% от общего количества углеводов. Сложные углеводы – крахмал, гликоген, клетчатка. На долю крахмала приходится 80% от общего содержания углеводов в суточном рационе. Он медленно усваивается в кишечнике, постепенно расщепляясь до глюкозы. Клетчатка (целлюлоза) и пектины относятся к неусвояемым углеводам.

Функции пищевых углеводов

Усвояемые углеводы:

1) являются основным источником энергии для человека, при окислении 1 г дают 16.7 кДж

2) включаются в состав биополимеров – сложных белков, протеогликанов, нуклеиновых кислот.

Неусвояемые углеводы:

1) стимулируют двигательную функцию кишечника и желчеотделение;

2) способствуют выведению холестерина и токсинов из организма.

Суточная потребность: усвояемые углеводы – 300-400 г, неусвояемые – 25 г.

 

Избыток углеводов в рационе

способствует развитию: 1. ожирения; 2. сахарного диабета; 3. атеросклероза;

4. тромбозов; 5. кариесазубов

 

Минеральные элементы

     Кроме шести основных элементов – С, Н, N, О, S, Р из которых состоят белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты, человеку необходимо получать с пищей ещё около 20. В зависимости от количества, в котором они должны поступать в организм, минеральные вещества делятся на: макроэлементы – кальций, хлор, калий, натрий, магний – суточная потребность более 100 мг и микроэлементы – железо, марганец, медь, иод, фтор, молибден, селен, цинк и др. – суточная потребность несколько мг.

     Биологическая роль:

1. являются структурными компонентами тканей;

2. обеспечивают водно-солевой баланс;

3. являются простетической группой ферментов – а) входят в состав активных центров, б) стабилизируют структуру ферментов, в)участвуют в формировании фермент-субстратных комплексов

4. участвуют в передаче нервных импульсов

5. участвуют в гормональной регуляции обмена веществ.

Примеры участия минеральных элементов в обмене веществ:

Na ⁺ - основной внеклеточный катион, концентрация во внеклеточной жидкости – 60-120, в крови 135-146, в клетках <10 ммоль/л.

К⁺- основной внутриклеточный катион, концентрация во внеклеточной жидкости менее 4, в крови 3.8-5.4, в клетках – 145 ммоль/л. Оба эти иона играют важную роль в регуляции водно-электролитного обмена. Кроме того, ионы К⁺ необходимы для протекания процессов биосинтеза белков и работы ряда ферментов.

Mg ²⁺ - участвует в ферментативных АТФ-зависимых реакциях, концентрация в крови 0.7-1.1 ммоль/ л

F е²⁺- входит в состав простетических групп гемопротеинов и железо-серных белков

Си²⁺- является простетической группой ряда ферментов (цитохром с-оксидаза), в том числе, ответственных за метаболизм железа.

Недостаток железа и меди в организме приводит к анемии.

Фтор – входит в состав костей и зубов, его недостаток приводит к кариесу.

Иод – входит в состав гормонов щитовидной железы, при недостатке иода в пище и воде развивается эндемический зоб.

Са²⁺- представлен в организме двумя фондами:

1. Структурный фонд – кальций костей и зубов составляет 99% от общего количества

2. Метаболический фонд – участвует в:

- нервно-мышечном возбуждении

-активации ферментов (например, свёртывания крови)

-секреции гормонов и медиаторов

-передаче гормонального сигнала (является вторичным посредником гормонов дистантного действия)

Концентрация кальция в крови 1.3-2.5 ммоль/л.

В поддержании постоянства уровня кальция в крови принимают участие три гормона.

Кальцитриол (активная форма витамина Д₃ – 1,25-диоксихолекальциферол) – стимулирует всасывание кальция из кишечника.

Паратгормон:

1. Способствует мобилизации кальция из костной ткани (угнетая синтез коллагена и снижая тем самым Са²⁺-связывающую способность костной ткани)

2. Стимулирует обратное всасывание Са²⁺в почечных канальцах и понижает всасывание фосфатов.

Эти два гормона работают взаимосвязано, и их выработка определяется уровнем кальция в крови.

 

                                                            Са²⁺плазмы

                                                                            

                                                                      +

                        Паратгормон                                  1,25(ОН)₂Д₃

                                                                     ^—

           абсорбция Са²⁺в почках                                  Всасывание Са²⁺

           Мобилизация из костей                                   в кишечнике

                                                                                                  

                         

                                                          Са²⁺ плазмы

Кальцитонин – стимулирует синтез коллагена в костной ткани и, как следствие, повышает Са²⁺- связывающую способность костей.

 

Витамины

 

.    Витамины это низкомолекулярные органические соединения, поступающие в организм с пищей и обеспечивающие нормальное протекание биохимических и физиологических процессов. От других пищевых компонентов витамины отличают: а) содержание в пище в небольших количествах, б) они не включаются в структуру тканей, в) они не используются в качестве источника энергии.

По своей химической природе витамины представляют очень разнородную группу веществ и классифицируются по своей растворимости. К жирорастворимым витаминам относятся витамины А, D, Е, К. Они всасываются из кишечника вместе с липидами пищи и при стеаторрее возникает недостаток всего комплекса жирорастворимых (но не водорастворимых) витаминов. К водорастворимым витаминам относятся витамины группы В (тиамин, рибофлавин, пантотеновая кислота, никотинамид, пиридоксин, фолиевая кислота, кобаламин), витамин С и Н. Для каждого витамина кроме буквенного обозначения существует химическое и физиологическое название. Физиологическое название состоит из приставки анти- и названия заболевания, развитие которого предупреждает данный витамин. Например, витамин В_1: химическое название - тиамин, физиологическое - антиневритный витамин.

Биологическая роль витаминов. Витамины, попадая в организм, превращаются в активную форму, которая и принимает непосредственное участие в регуляции биохимических процессов. Для водорастворимых витаминов такой активной формой являются коферменты. С большинством из них вы уже знакомы. Для некоторых жирорастворимых витаминов тоже установлены активные формы. Например, витамин Д превращается в организме в гормон кальцитриол, участвующий в регуляции фосфорно-кальциевого обмена. Таким образом, витамины в организме могут служить предшественниками коферментов и гормонов.

Некоторые витамины могут синтезироваться непосредственно в клетках организма человека. Соединения, из которых в клетках организма человека могут образовываться витамины, называются провитаминами. Так, витамин А образуется в клетках слизистой кишечника из b-каротина, витамин D₃ синтезируется в клетках кожи из 7-дегидрохолестерола, витамин РР - в клетках печени из аминокислоты триптофан. Однако эти синтезы носят ограниченный характер и лимитируются либо поступлением провитаминов с пищей, либо, как в случае с витамином D - количеством солнечных дней в году.  

Для обеспечения нормального протекания биохимических процессов в организме человека должен поддерживаться определенный уровень концентрации витаминов. При изменении этого уровня развиваются заболевания с характерными симптомами.

Гипервитаминозы - нарушения обмена веществ, вызванные избытком витаминов в организме. Характерны, в основном, для жирорастворимых витаминов, способных накапливаться в клетках печени. Чаще всего встречаются гипервитаминозы А и D. Гипервитаминоз А характеризуется общими симптомами отравления: сильные головные боли, тошнота, слабость, нарушение зрения и функций почек. Гипервитаминоз D сопровождается деминерализацией костей, кальцинацией мягких тканей, образованием камней в почках. Токсичны и некоторые витамины группы В. Так, витамин В₁ угнетает фермент гистаминазу, участвующий в катаболизме гистамина, что приводит к острой аллергической реакции. Возможны аллергические реакции и на витамины РР, В₆, фолиевую кислоту. Гипервитаминозы трудно получить алиментарным путем. Они, как правило, являются следствием передозировки витамин-содержащих препаратов.

Гиповитаминозы и авитаминозы - нарушения обмена веществ, обусловленные недостатком или полным отсутствием витаминов в организме. По происхождению гиповитаминозы можно разделить на две группы.

Первичные (алиментарные, экзогенные) гиповитаминозы связаны с недостаточным поступлением витаминов с пищей. Среди основных причин развития алиментарных гиповитаминозов можно назвать:

1. Сезонные колебания содержания витаминов в пищевых продуктах;

2. Неправильное хранение и кулинарная обработка продуктов

3. Однообразность рациона.

4. нарушение синтеза витаминов микрофлорой кишечника при дисбактериозе;

К группе первичных гиповитаминозов можно причислить и относительные гиповитаминозы - повышение потребности в витаминах под влиянием некоторых факторов внешней среды (повышенная и пониженная температура), повышенное физическое и нервно-психическое напряжение, кислородное голодание, работа с вредными веществами.

Вторичные (эндогенные) гиповитаминозы связаны с изменением метаболических путей витаминов в организме человека. Причины:

1. нарушение процессов всасывания витаминов при заболеваниях желудочно-кишечного тракта;

2. болезни печени и поджелудочной железы, приводящие к нарушению всасывания пищевых жиров и вместе с ними - жирорастворимых витаминов;

3. повышенная потребность в витаминах при некоторых физиологических и патологических состояниях (беременность, тиреотоксикоз);

4. дефекты белков, участвующих во всасывании, транспорте или превращении витаминов в активные формы в организме человека. Подобные нарушения приводят к развитию витамин-резистентных состояний (врожденных, в случае генетических дефектов, или приобретенных в случае поражения соответствующих органов и тканей).

5.Еще одна причина - прием лекарственных препаратов - антивитаминов.

Антивитамины - это вещества, вызывающие снижение или полную потерю биологической активности витамина. Они применяются в качестве лекарственных препаратов, например, при лечении инфекционных заболеваний, так как подавляют рост и размножение микроорганизмов, которые тоже нуждаются в витаминах. Однако при введении в организм животного антивитамины способны вызывать классическую картину гипо- или авитаминоза. Поэтому при использовании их в качестве лекарственных препаратов, следует одновременно вести компенсаторную витаминотерапию. По механизму действия антивитамины делят на две группы:

1. Структурные аналоги витаминов. Они вытесняют витамины из состава соответствующих коферментов;

2. Антивитамины, вызывающие химическую модификацию витаминов.

Примерами лекарственных препаратов - структурных аналогов витаминов могут служить: акрихин - антивитамин В₂ - применяется при лечении малярии, красной волчанки; изониазид - антивитамин РР - противотуберкулезный препарат; метотрексат – антивитамин фолиевой кислты используется в онкологии. Для лечения тромбозов применяют препараты - производные дикумарола - антивитамина К.

Жирорастворимых витаминов

Витамин Н, биотин

Биологическая роль. Подобно другим водорастворимым витаминам выполняет коферментную функцию. Образует комплексы биотин-фермент за счёт пептидной связи своей карбоксильной группы с аминогруппой лизина белковых субъединиц. Биотинсодержащие ферменты катализируют реакции карбоксилирования с фиксацией углекислого газа.

В качестве примера можно привести реакции образования

А) малонил-КоА из ацетил-КоА под действием ацетил-КоА-карбоксилазы в синтезе высших жирных кислот

Б) оксалоацетата из пирувата под действием пируваткарбоксилазы

Проявления недостаточности: очаговое выпадение волос, шелушение и пепельная бледность кожи, атрофия вкусовых сосочков, потеря аппетита, мышечные боли, депресия.

Причины недостаточности:

1. употребление в пищу больших количеств сырых яиц

2. поносы

3. длительное применение антибиотиков

Источники витамина. Основным источником витамина Н является микрофлора кишечника. Бактериальный синтез полностью покрывает потребности взрослого человека.

 

Так как коферментные функции остальных водорастворимых витаминов мы уже разбирали в соответствующих разделах обмена веществ, информацию о них приводится в кратком виде.

 

Витамин В₁ - тиамин.

 

Активная форма: кофермент тиаминдифосфат.

Биологическая роль: участвует в реакциях окислительного декарбоксилирования пировиноградной и a-кетоглутаровой кислот, транскетолазных реакциях пентозофосфатного пути.

Суточная потребность: 1-2 мг.

Основные пищевые источники: мука грубого помола, бобовые, мясо, рыба.

Гиповитаминоз - болезнь “бери-бери”. Симптомы: 1. периферические невриты; 2. мышечная слабость; 3. дискоординация движений; 4. увеличение размеров сердца; 5. повышение уровня пирувата в крови. Основная причина смертности у больных бери-бери - сердечная недостаточность.

 

Витамин В₂ - рибофлавин.

 

                      Флавинадениндинуклеотид

Активная форма – коферменты флавинмононуклеотид и флавинадениндинуклеотид.

Биологичекая роль – окислительно-восстановительные реакции. Например: 1. перенос водородов в процессе дыхания и микросомального окисления, 2. окисление сукцината 3. окисление высших жирных кислот.

Суточная потребность 1.5-3.0 мг

Основные пищевые источники: молоко, печень, мясные продукты, яйца, жёлтые овощи.

Гиповитаминоз часто встречается у беременных, детей, у людей в состоянии стресса. Симптомы:

1. воспаление сосочков языка - глоссит; 2. растрескивание губ и уголков рта – ангулярный стоматит; 3. помутнение хрусталика - катаракта; 4. воспаление роговицы глаза - кератит.

 

Витамин В₆ - пиридоксин.

Активная форма: кофермент пиридоксальфосфат Биологическая роль - участвует в реакциях: 1. трансаминирования; 2. декарбоксилирования аминокислот; 3. синтеза никотинамида из триптофана; 4. синтеза d-аминолевулиновой кислоты (синтез гема). Суточная потребность – 2 мг

 

 

 

                                                                              пиридоксальфосфат

 

Основные пищевые источники: хлеб, горох, фасоль, картофель, мясо.

Гиповитаминоз - недостаточность витамина не вызывает специфических симптомов.

Биохимия питания

 

Питание – это процесс поступления, переваривания, всасывания и усвоения в организме пищевых веществ. Питание является основой для нормального протекания метаболических процессов внутри организма.

 Все вещества, входящие в состав пищевых продуктов можно условно разделить на 4 группы:

1. Нутриенты или питательные вещества – включаются в обмен веществ и обеспечивают выполнение основных функций питания. К ним относятся:

 а) макронутриенты – белки, жиры, углеводы, макроэлементы, вода, суточная потребность для человека в этих веществах составляет десятки и сотни граммов;

б) микронутриенты – витамины, микроэлементы, биологически активные молекулы, суточная потребность составляет доли грамма.

2. Неалиментарные вещества – не выполняют питательных функций, но могут оказывать влияние на усвоение питательных веществ. К ним относятся: балластные вещества, ароматические, вкусовые вещества, пигменты. По мере развития науки могут пополнять группу нутриентов.

3. Антиалиментарные вещества – существенно снижают степень усвоения или биологический эффект отдельных нутриентов, без проявления общей токсичности. К ним относятся:

а) ингибиторы протеиназ – вещества, снижающие усвоение белков пищи. Например, ингибиторы из сои и бобов; овомукоид из яиц утки и индейки.

б) а нтивитамины – вещества, обладающие способностью уменьшать или полностью ликвидировать специфический эффект витаминов. Например, тиаминаза сырой рыбы расщепляет витамин В₁; овальбумин сырых яиц – связывает в кишечнике и нарушает всасывание витамина Н.

в) вещества, подавляющие утилизацию минеральных элементов – кальция, железа, цинка. Это - фитин, щавелевая кислота.

Антиалиментарные факторы при полном благополучии химического состава пищевых продуктов способны создавать состояние дефицита отдельных нутриентов и приводить к избирательному разбалансированию рациона питания.

4. Химические и биологические загрязнители пищи – обладают токсичностью.

Функции питания

Энергетическая функция питания.

Макромолекулы, поступающие с пищей, вовлекаются в организме в катаболические процессы, протекающие с выделением энергии, которая куммулируется в химических связях АТФ. Как источники энергии, вещества, содержащиеся в пище, могут заменять друг друга и комбинироваться в рационе в произвольных соотношениях. Это зависит от вкусовых пристрастий, национальных традиций и доступности продуктов питания. Однако следует помнить, что недостаток в рационе одного из энергетических субстратов неизбежно приводит к усиленному расходованию других. Особенно невыгодно использование в качестве источника энергии белков.