Обмен веществ

“” Введение
“” §1. Обмен веществ в организме человека
“” §2. Обмен липидов в организме человека. Превращение карбоновых кислот в тканевом липолизе
“” § 2.1. Жирные кислоты (ЖК)
“” § 2.2. Липиды, содержащие глицерин
“” § 2.3. Липиды, не содержащие глицерина
“” § 2.4. Биологические функции липидов
“” § 2.5. Переваривание и всасывание липидов
“” § 2.6. Окисление жирных кислот
“” § 2.7. Нарушения обмена липидов
“” §3. Способы ресинтеза АТФ в анаэробных и аэробных условиях
“” § 3.1. Реакции цикла Кребса
“” § 3.2. Биологический смысл аэробного расщепления глюкозы
“” § 3.3. Распад и синтез гликогена
“” §4. Характеристика группы водорастворимых витаминов
“” Заключение

Введение

Жизнь
· эта макромолекулярная система, для которой характерны определенная иерархическая организация, а также способность к воспроизведению, обмен веществ и тщательно регулируемый поток энергии,
· являет собой разрастающийся центр упорядоченности в менее упорядоченной Вселенной ( К.Гробстайн).
Живой организм
· макромолекулярная система, осуществляющая обмен веществ, энергии и самовоспроизведение. Минимальная структурная единица этой системы
· клетка, в которой имеется шесть обязательных надмолекулярных образований или органелл (мембрана, ядро, митохондрии, рибосомы, аппарат Гольджи, лизосомы), содержащих в своем составе три класса молекул (макромолекулы, низкомолекулярные биологически активные вещества, минеральные вещества).
Благодаря разработке методов выделения субклеточных структур стало возможным изучение их химического состава. Оказалось, что все многообразие молекул , обнаруживаемых в этих частицах из разных по происхождению клеток, можно свести к небольшому числу классов: 1) макромолекулы (белки, углеводы, липиды); 2) низкомолекулярные биологически активные органические соединения; 3) минеральные вещества.
В данной контрольной работе будут охарактеризованы особенности обмена веществ в организме человека, его закономерности и виды.

§1. Обмен веществ в организме человека
Обмен веществ, или метаболизм,
· это совокупность химических реакций в организме, которые обеспечивают его веществами и энергией, необходимыми для жизнедеятельности. В этом процессе можно выделить два последовательных этапа. Первый из них включает переваривание и всасывание, химические изменения, приводящие вещество, поступившее алиментарным путем (с пищей), к состоянию, в котором оно может проникнуть во внутреннюю среду, и собственно всасывание. Второй этап включает в себя превращения, которым подвергаются всосавшиеся вещества в толще слизистой тонкого кишечника или после транспортировки в ткани. Этот этап нередко обозначали как промежуточный обмен, а в последнее время именно этот этап называют метаболизмом. В этом смысле мы и используем термин метаболизм, понимаем под ним совокупность химических превращений, в которые вовлекается соединение, проникшее во внутреннюю среду организма. Следовательно, изучая обмен конкретной группы веществ, мы будем рассматривать их переваривание, всасывание и метаболизм.
Метаболический путь
· это характер и последовательность химических превращений конкретного вещества в организме. Промежуточные продукты, образующиеся в процессе превращения, называют метаболиты, а последнее соединение метаболического пути
· конечный продукт.
Процесс метаболизма, сопровождающийся образованием более простых соединений из сложных, обозначают термином
· катаболизм. Процесс, идущий в обратном направлении и приводящий в конечном счете к образованию сложного продукта из относительно простых,
· анаболизм. Анаболические процессы сопровождаются потреблением энергии, катаболические
· высвобождением.
Существует понятие амфиболизм
· процесс, в ходе которого сочетаются катаболические и анаболические превращения, наряду с разрушением какого-либо соединения происходит синтез другого.
Метаболический цикл
· это такой метаболический путь, один из конечных продуктов которого идентичен одному из соединений, вовлеченных в этот процесс.
Субстраты метаболизма
· химические соединения, поступающие с пищей. Среди них можно выделить две группы: основные пищевые вещества (углеводы, белки, липиды) и минорные, поступающие в малых количествах (витамины, минеральные соединения).
Принято различать среди пищевых веществ заменимые и незаменимые. Незаменимыми называют те пищевые вещества, которые не могут синтезироваться в организме и, следовательно, должны обязательно поступать с пищей.

§2. Обмен липидов в организме человека. Превращение карбоновых кислот в тканевом липолизе

Компоненты фракции животной и растительной тканей, извлекающиеся органическими растворителями, называют липидами. Это название не может служить структурной характеристикой, хотя большинство липидов имеет общие структурные особенности, которые определяют их биологические свойства. Сходна и растворимость липидов. Большая часть их
· ионные или полярные производные углеводородов. Наличие в молекуле полярных или ионных гидрофильных группировок, наряду с неполярными гидрофобными углеводородными группировками, позволяет относить липиды к амфифилам (бифилам). От природы этих группировок зависят в значительной степени свойства липидов: одни из них слабо полярны, что определяет низкое сродство к воде (нейтральные жиры), другие
· более полярны (фосфоглицериды, сфинголипиды). Различны и функции липидов, отличающихся по структуре и свойствам.
Различия в компонентах, составляющих молекулу липида, позволяют разделить их на следующие группы.
I. Жирные кислоты.
II. Глицеринсодержащие липиды.
1. Нейтральные жиры:
а) моно-, ди- и триглицериды;
б) простые эфиры глицерина;
в) гликозилглицериды.
2. фосфоглицериды:
а) фосфатиды;
б) дифосфатидилглицериды и фосфоинозитиды.
III. Липиды, не содержащие глицерин.
1. Сфинголипиды:
а) церамиды;
б) сфиногмиэлины;
в) гликосфинголипиды.
2. Алифатические спирты и воска.
3. Терпены. .
4. Стероиды.
IY. Липиды, связанные с веществами других классов.
1. Липопротеины.
2. Протеолипиды.
3. Фосфатидопептиды.
4. Липоаминокислоты.
5. Липополисахариды.
Мы рассмотрим те группы липидов, сведения о которых необходимы для изучения их обмена.
§ 2.1. Жирные кислоты (ЖК)
ЖК в тканях и жидкостях организма
· чаще компоненты других классов липидов (эфирно- или амидосвязанные жирные кислоты в отличии от свободных ЖК). Для биологически значимых ЖК характерны: 1) наличие, как правило, одной карбоксильной группы и неполярной неразветвленной углеродной цепи (ациклические ЖК); 2) наличие четного числа углеродных атомов; 3) существование в форме насыщенных или ненасыщенных соединений (2-4 двойных связей).
Насыщенные жирные кислоты, распространенные в биологических объектах, содержат от 2 до 28 углеродных атомов (нумерация от карбоксильного углерода, в скобках название по женевской номенклатуре):
С2 Н4О2
· уксусная (этановая);
C4 H8 O2
· масляная (н-бутановая);
C8 H16 O2
· каприловая (н-октановая)
и далее с той же закономерностью (Сn Н2n О2 , n
· четное число): каприновая (н-декановая), лауриновал_ (н-нондекановая), миристиновая (н-тетрадекановая), пальмитиновая (н-гексадекановая), стеариновая (н-октадекановая), арахи-новая (н-эконозановая), бегеновая (н-докозановая), лигноцериновая (н-тетракозановая), церотиновая (н-гексокозановая) и монтановая (н-октакозановая).
Все ЖК
· слабые кислоты, диссоциирующие в водных растворах (рК примерно одинаково для всех и близко к 4,84, т.е. к рК уксусной кислоты
· 4,76).
Ненасыщенные жирные кислоты. Одиночная двойная связь обычно находится в положении 9,10. Наиболее распространенная из таких кислот
· олеиновая (С , цис-форма).
Две двойные связи расположены в ЖК животного происхождения обычно в виде сопряженных связей.
Наиболее распространенная из таких ЖК
· линолевая (С ). С тремя двойными связями
· линоленовая, с четырьмя
· арахидоновая.
Существенно, что ненасыщенные жирные кислоты относят к незаменимым, так как в организме они не синтезируются.
Простагландины
· ЖК (C20), содержащие циклопентановое кольцо, имеются во всех тканях организма, отличаются многообразной и высокой биологической активностью. Общая структурная формула этих соединений такова (нумерация атомов углерода начинается с карбоксильного):
§ 2.2. Липиды, содержащие глицерин
Нейтральные жиры
· эфиры жирных кислот и глицерина в форме моно-, ди- и триацилглицеридов.
Это слабые амфифилы, нерастворимые в воде, хорошо растворимы в полярных растворителях. Из всего многообразия ЖК в ацилтриглицеридах тканей человека присутствуют миристиновая, пальмитиновая, стеариновая, пальмитоолеиновая, олеиновая, линолевая. На долю олеиновой и пальмитиновой приходится 50 и 23 мол.%, на третьем месте
· линоленовая (10 мол.%), содержание остальных составляет от 3 до 6 мол.%.
Простые эфиры глицерина и гликозилглицериды выделены из тканей патологических образований, тканей крупного рогатого скота, растительных тканей. Их значение в организме человека неизвестно.
Фосфоглицериды
· производные глицеро-3-фосфата, их разделяют на группы в соответствии с типами связи между углеводородной частью молекулы и глицерином, а также в зависимости от природы полярных групп в молекуле.

§ 2.3. Липиды, не содержащие глицерина
Сфинголипиды объединяют группу липидов, в молекуле которых содержится остаток сфингозина или дигидросфингозина
· длинноцепочный
(С18 ) первичный алифатический а-аминоспирт с единичной двойной связью или без нее.
1. Церамиды
· производные сфингозинов, у которых аминогруппа ацилиро-вана жирной кислотой. Различаются остатками ЖК.
2. Сфингомиэлины
· фосфохолиновые производные церамидов (фосфохолин соединен эфирной связью, в ее образовании участвуют гидроксидная группа сфингозина и остаток фосфорной кислоты фосфохолина). Сфингомиэлины входят в состав ткани мозга, в состав липидов крови.
3. Гликосфинголипиды, как и Сфингомиэлины,
· производные церамидов, но не содержат фосфорной кислоты, место которой в молекуле занимает один или более остатков углевода. Эти соединения накапливаются в больших количествах при некоторых нарушениях липидного обмена.
Различают четыре класса гликосфинголипидов:
1. Цереброзиды (молекула включает в себя по одному остатку сфингозина, жирной кислоты и гексозы
· чаще галактозы, реже
· глюкозы).
2. Цереброзидсульфатиды (сульфаты цереброзидов), серная кислота эфирно связана с остатком галактозы у С-3.
3. Церамидолигосахариды
· производные церамида, в котором гетерооли-госахариды находятся в гликозидной связи.
4. Ганглиозиды представляют собой Церамидолигосахариды, содержащие помимо других Сахаров не менее одного остатка сиаловой кислоты. Из-за наличия в сиаловой кислоте свободной карбоксильной группы все они
· кислые соединения. Как видно из названия, входят в состав серого вещества мозга, где были впервые обнаружены, однако присутствуют и в других тканях.
Алифатические спирты и воска. В липидах из некоторых источников (например, головной мозг кашалота) обнаружены сложные эфиры алифатичес-кого высокомолекулярного (С16 ) первичного спирта (цетиловый спирт) с жирными кислотами (пальмитиновая кислота). Такие соединения объединяют общим названием
· воска.
Терпены объединяют множество соединений, в углеродном скелете которых имеется повторяющийся фрагмент, сходный с изопреном.
К терпенам относят эфирные масла (пинен, цитраль, камфора и др.), каучук, растительные пигменты (в частности, каротин
· предшественник витамина А), сквален
· компонент секрета сальных желез и промежуточный продукт биосинтеза холестерола и др. Боковая цепь терпенового типа свойственна веществам группы витаминов Е и К, коферменту Q
· переносчику электронов.
Стероиды можно рассматривать как производные восстановленных конденсированных циклических систем
· циклопентанофенантренов. Стерины
· стероиды, содержащие 8 С-атомов углерода в боковой цепи (у С-17) и спиртовую гидроксидную группу у С-3. Наиболее распространенный в животных тканях стерин
· холестерол. Этот стерин существует в виде свободного спирта (1/3), но главным образом в виде эфирносвязанного с ненасыщенными ЖК.
В коже обнаружен стерин 7-дегидрохолестерол, отличающийся наличием второй двойной связи (С-7
·С-8)
· предшественник витамина Д. Другой предшественник этого витамина (дрожжевой стерин) именуется эргостерином, отличаясь от 7-дегидрохолестерола наличием третьей двойной связи в боковой цепи.
Желчные кислоты
· стероиды, боковая цепь которых у С-17 состоит из пяти углеродных атомов, заканчиваясь карбоксильной группой. В желчи человека обнаружены четыре такие кислоты: холевая содержит гидрооксигруппы у 3,7 и 12 углеродных атомов, дезоксихолевая
· у 3 и 12, хенодезоксихолевая
· у 3 и 7 и литохолевая
· только у С-3. В желчи эти кислоты обычно конъюгированы пептидной связью с остатком глицина или таурина (глико- или таурохолевая кислоты и т.д.).
Прогестерон и адренокортикостероиды содержат в боковой цепи у С-17 два углеродных атома, кетогруппу у С-3 и двойную связь (С-4
· С-5), различаясь числом и положением гидрооксигрупп. Основные из них
· прогестерон, кортикостерон и кортизол (17-оксикортикостерон).
Андрогены и эстрогены отличаются отсутствием боковой цепи, кроме того, у эстрогенов отсутствует ангулярная метильна я группа в положении 10, в связи с чем кольцо А
· ароматическое.
Тестостерон один из андрогенов
· половой гормон, синтезируемый в яичниках, эстрадиол
· эстроген, секретируемый яичниками.
§ 2.4. Биологические функции липидов
Участие в формировании мембран
· одна из существенных функций липидов. Биомембраны состоят из полярных липидов (преимущественно из фосфолипидов) и белков. К полярным липидам мембран относятся фосфолипиды и гликолипиды с углеродной цепью длиной до 2,1 нм, поэтому толщина гидрофобного белка i равна примерно 4,2 нм. За счет полярных групп фосфолипидов и присутствия белков толщина в среднем составляет 7,5 нм.
Содержание липидов, участвующих в образовании мембран и других структурных компонентов клетки, относительно стабильно и изменяется в сторону уменьшения только в крайних состояниях, приводящих к разрушению клетки. На этом основании с физиологических позиций структурные липиды обозначают иногда как протоплазматические, т.е. как обязательный постоянный компонент протоплазмы, в противоположность резервным липидам.
Резервным липидом принято обозначать относительно мобильные липиды жировых депо (подкожная жировая клетчатка, жировые капсулы внутренних органов, бржеечный жир и т.п.). Их содержание в зависимости от характера питания и образа жизни может существенно изменяться, как и при нарушениях жирового обмена.
Резервным липидам свойственны следующие функции.
1. Механическая, заключающаяся в фиксации анатомического положения внутренних органов (жировая капсула почки, внутрибрюшинный жир), в уменьшении травмирования внутренних органов и скелета при внешних воздействиях, перемещении тела в пространстве и частей тела друг относительно друга.
2. Терморегуляционная реализуется за счет подкожной жировой клетчатки, ограничивающей теплопотери и перегревание.
3. Энергетическая, так как липиды
· материал, расходуемый с той или иной интенсивностью, в зависимости от соотношения между энерготратами и поступлением энергоносителей с пищей.
Роль липидов в питании определяется прежде всего тем, что они являются энергетическим материалом, участвуют в образовании клеточных мембран.