Что является единственным источником энергии для организма человека и почему. Белки, жиры, углеводы — источники энергии для организма человека

Первоначальным источником энергии для живых организмов служит энергия солнечного света. Фототрофы - растения и фотосинтезирующие микроорганизмы - непосредственно используют световую энергию для синтеза сложных органических веществ (жиров, белков, углеводов и др.), являющихся вторичными источниками энергии. Гетеротрофы, к которым относятся животные, используют химическую энергию, выделяющуюся при окислении органических веществ, синтезированных растениями.

Биоэнергетические процессы можно разделить на процессы производства и аккумуляции энергии и процессы, в которых за счет запасенной энергии выполняется полезная работа (Рис.1.1). Фотосинтез - основной биоэнергетический процесс на Земле. Это сложная многоступенчатая система фотофизических, фотохимических и темновых биохимических процессов, в которых энергия солнечного света трансформируется в химическую или электрохимическую формы энергии. В первом случае это энергия, заключенная в сложных органических молекулах, а во втором - энергия градиента протонов на мембранах, которая также преобразуется в химическую форму. В фотосинтезирующих организмах кванты солнечного света поглощаются молекулами хлорофилла и переводят их электроны в возбужденное состояние с повышенной энергией. Именно за счет энергии возбужденных электронов в молекулах хлорофилла фотосинтетическая система фототрофов из простых молекул углекислого газа и воды синтезирует глюкозу и другие органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, нуклеотиды и т.д.), из которых впоследствии в организме строятся углеводы, белки, жиры и нуклеиновые кислоты. Продуктом этих реакций также является молекулярный кислород.

Суммарное уравнение основных реакций фотосинтеза:

6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 (глюкоза) + 6 O 2 ,

где hн - энергия фотонов.

Глобальная роль фотосинтеза исключительно велика. Мощность солнечного излучения порядка 10 26 Вт. Из нее до поверхности Земли доходит около 2 10 17 Вт, а из этой величины примерно 4 10 13 Вт используется фотосинтезирующими организмами для синтеза органических веществ (Самойлов, 2004). Эта энергия поддерживает жизнь на Земле. За счет нее синтезируется около 7,510 10 тонн биомассы в год (в расчете на углерод). При этом порядка 4 10 10 тонн углерода фиксируется фитопланктоном в океане и 3,510 10 тонн - растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами на суше.

Человечество потребляет продукты фотосинтеза в виде пищи, съедая органические вещества, первично произведенные растениями или вторично произведенные животными, поедающими растения, и в виде топлива, в качестве которого на 90 % используются ранее запасенные продукты фотосинтеза - нефть и уголь (остальную энергию дают атомные и гидроэлектростанции).

Извлечение энергии, накопленной фототрофными организмами, и ее последующее использование осуществляется в процессах питания и дыхания. При прохождении по пищеварительному тракту пища размельчается, клетки разрушаются и биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты, жиры и углеводы) расщепляются на низкомолекулярные мономеры (аминокислоты, нуклеотиды, жирные кислоты и сахара), которые в кишечнике всасываются в кровь и транспортируются по всему организму. Из них клетки извлекают атомы водорода, несущие высокоэнергетические электроны, энергию которых удается частично запасать в виде молекул аденозинтрифосфата (adenosine triphosphate, ATP). ATP - универсальный источник энергии, используемый как батарейка, там и тогда, где и когда необходимо выполнить полезную работу.

Основными источниками энергии для организма являются углеводы, белки, минеральные соли, жиры, витамины. Они обеспечивают его нормальную деятельность, позволяют организму функционировать без особых проблем. Питательные вещества - это источники энергии в организме человека. Кроме того, они выступают в качестве строительного материала, способствуют росту и воспроизводству новых клеток, появляющихся на месте отмирающих. В том виде, в котором они употребляются в пищу, их невозможно всосать и использовать организмом. Только вода, а также витамины и минеральные соли усваиваются и всасываются в том виде, в котором они поступают.

Основными источниками энергии для организма являются белки, углеводы, жиры. В пищеварительном тракте они подвергаются не только физическим воздействиям (перетираются и измельчаются), но и химическим превращениям, происходящим под воздействием ферментов, которые находятся в соке специальных пищеварительных желез.

Строение белков

В растениях и животных есть определенное вещество, являющееся основой жизни. Этим соединением является протеин. Обнаружены белковые тела были биохимиком Жераром Мюльдером в 1838 году. Именно им была сформулирована теория протеина. Слово «протеин» с греческого языка означает «занимающий первое место». Примерно половину сухого веса любого организма составляют именно белки. У вирусов такое содержание колеблется в диапазоне 45-95 процентов.

Рассуждая о том, что является главным источником энергии в организме, нельзя оставить без внимания белковые молекулы. Они занимают особое место по биологическим функциям и значению.

Функции и расположение в организме

Около 30 % белковых соединений располагается в мышцах, порядка 20 % обнаружено в сухожилиях и в костях, а 10 % содержится в коже. Максимально значимыми для организмов являются ферменты, управляющие обменными химическими процессами: перевариванием пищи, активностью желез внутренней секреции, работой мозга, мышечной деятельностью. Даже в небольших бактериях содержатся сотни ферментов.

Протеины - это обязательная часть живых клеток. В них содержится водород, углерод, азот, сера, кислород, а в некоторых есть и фосфор. Обязательным химическим элементом, содержащимся в белковых молекулах, является азот. Именно поэтому эти органические вещества называют азотсодержащими соединениями.

Свойства и превращение белков в организме

Попадая в пищеварительный тракт, они расщепляются на аминокислоты, которые всасываются в кровь и используются для синтеза специфичного для организма пептида, затем окисляются до воды и углекислого газа. При повышении температуры происходит свертывание белковой молекулы. Известны такие молекулы, которые способны растворяться в воде только при нагревании. К примеру, такими свойствами обладает желатин.

После поглощения пища сначала оказывается в ротовой полости, потом она движется по пищеводу, попадает в желудок. В нем находится кислая реакция среды, которая обеспечивается соляной кислотой. В желудочном соке есть который расщепляет белковые молекулы на альбумозы и пептоны. Это вещество активно только в кислой среде. Пища, которая поступила в желудок, способна задерживаться в нем 3-10 часов, в зависимости от ее агрегатного состояния и характера. Поджелудочный сок обладает щелочной реакцией, в нем есть ферменты, способные расщеплять жиры, углеводы, белки.

Среди его основных ферментов выделяют трипсин, который в соке поджелудочной железы располагается в виде трипсиногена. Он не способен расщеплять белки, но при соприкосновении с кишечным соком превращается в активное вещество - энтерокиназу. Трипсин расщепляет белковые соединения до аминокислот. Заканчивается переработка пищи в тонкой кишке. Если в двенадцатиперстное кишке и в желудке жиры, углеводы, белки почти полностью распадаются, то в тонкой кишке происходит полное расщепление питательных веществ, всасывание в кровь продуктов реакции. Осуществляется процесс через капилляры, каждый из которых подходит к ворсинкам, располагающимся на стенке тонкой кишки.

Обмен белков

После того как белок полностью распадется на аминокислоты в пищеварительном тракте, они всасываются в кровь. Также в нее попадает и незначительное количество полипептидов. Из аминокислотных остатков в организме живого существа синтезируется специфичный белок, в котором нуждается человек или животное. Процесс образования новых белковых молекул протекает в живом организме непрерывно, поскольку отмирающие клетки кожи, крови, кишечника, слизистой оболочки удаляются, а на их месте образуются молодые клетки.

Для того чтобы осуществлялся синтез белков, необходимо, чтобы они вместе с пищей поступали в пищеварительный тракт. Если полипептид вводится в кровь, минуя пищеварительный тракт, человеческий организм не имеет возможности его использовать. Подобный процесс может негативно отражаться на состоянии человеческого организма, вызывать многочисленные осложнения: повышение температуры, паралич дыхания, сбой сердечной деятельности, общие судороги.

Белки нельзя заменить иными пищевыми веществами, поскольку для их синтеза внутри организма необходимы аминокислоты. Недостаточное количество этих веществ приводит к задержке либо приостановлению роста.

Сахариды

Начнем с того, что углеводы - главный источник энергии организма. Они представляют собой одну из главных групп органических соединений, в которых нуждается наш организм. Этот источник энергии живых организмов является первичным продуктом фотосинтеза. Содержание в живой растительной клетке углеводов может колебаться в диапазоне 1-2 процентов, а в некоторых ситуациях этот показатель достигает 85-90 процентов.

Основными источниками энергии живых организмов являются моносахариды: глюкоза, фруктоза, рибоза.

В составе углеводов есть атомы кислорода, водорода, углерода. К примеру, глюкоза - источник энергии в организме, имеет формулу С6Н12О6. Существует подразделение всех углеводов (по строению) на простые и сложные соединения: моно- и полисахариды. По количеству углеродных атомов моносахариды делят на несколько групп:

• триозы;
• тетрозы;
• пентозы;
• гексозы;
• гептозы.

Моносахариды, которые имеют в составе пять и более углеродных атомов, при растворении в воде могут образовывать кольцевую структуру.

Основным источником энергии в организме является глюкоза. Дезоксирибоза и рибоза являются углеводами, имеющими особое значение для нуклеиновых кислот и АТФ.

Глюкоза - это главный источник энергии в организме. С процессами превращения моносахаридов напрямую связан биосинтез многих органических соединений, а также процесс выведения из него ядовитых соединений, которые попадают извне либо образуются в результате распада белковых молекул.

Отличительные особенности дисахаридов

Моносахарид и дисахарид - это основной источник энергии для организма. При объединении моносахаридов происходит отщепление, а продуктом взаимодействия выступает дисахарид.

Среди типичных представителей данной группы можно отметить сахарозу (тростниковый сахар), мальтозу (солодовый сахар), лактозу (молочный сахар).

Такой источник энергии для организма, как дисахариды, заслуживает детального изучения. Они отлично растворяются в воде, обладают сладким вкусом. Чрезмерное употребление сахарозы приводит к появлению серьезных сбоев в организме, поэтому так важно соблюдать нормы.

Полисахариды

Отличным источником энергии для организма служат такие вещества, как целлюлоза, гликоген, крахмал.

В первую очередь любой из них можно рассматривать как источник энергии для человеческого организма. В случае их ферментативного расщепления и распада происходит выделение большого количества энергии, используемой живой клеткой.

Этот источник энергии для организма выполняет и иные важные функции. Например, хитин, целлюлоза применяются в качестве строительного материала. Полисахариды отлично подходят организму в качестве запасных соединений, поскольку они не растворяются в воде, не оказывают химического и осмотического действия на клетку. Подобные свойства позволяют им сохраняться длительное время в живой клетке. В обезвоженном виде полисахариды способны увеличивать массу запасаемых продуктов благодаря экономии объема.

Такой источник энергии для организма способен противостоять болезнетворным бактериям, попадающим в организм вместе с пищей. В случае необходимости при гидролизе происходит превращение запасных полисахаридов в простые сахара.

Обмен углеводов

Как ведет себя главный источник энергии в организме? Углеводы поступают в большей степени в виде полисахаридов, к примеру, в виде крахмала. В результате гидролиза из него образуется глюкоза. Моносахарид всасывается в кровь, благодаря нескольким промежуточным реакциям он расщепляется на углекислый газ и воду. После окончательного окисления происходит высвобождение энергии, которую использует организм.

Процесс расщепления и крахмала протекает непосредственно в полости рта, в качестве катализатора реакции выступает фермент птиалин. В тонких кишках углеводы распадаются до моносахаридов. В кровь они всасываются в основном в виде глюкозы. Процесс протекает в верхних отделах кишечника, а вот в нижних углеводов почти нет. Вместе с кровью сахариды попадают в воротную вену, доходят до печени. В том случае, когда концентрация сахара в человеческой крови составляет 0,1 %, углеводы проходят через печень, оказываются в общем кровотоке.

Необходимо поддерживать постоянное количество сахара в крови около 0,1 %. При избыточном попадании в кровь сахаридов, излишки накапливаются в печени. Подобный процесс сопровождается резким падением сахара в крови.

Изменение уровня сахара в организме

Если в пище присутствует крахмал, это не приводит к масштабным изменениям сахара в крови, поскольку процесс гидролиза полисахарида протекает достаточно долго. Если доза сахара оставляет порядка 15-200 граммов, наблюдается резкое повышение его содержания в крови. Этот процесс называют алиментарной или пищевой гипергликемией. Избыточное количество сахара выводится почками, поэтому в моче содержится глюкоза.

Из организма почки начинают выводить сахар в том случае, если его уровень в крови достигает диапазона 0,15-0,18 %. Подобное явление возникает при единовременном употреблении существенного количества сахара, достаточно быстро проходит, не приводя к серьезным нарушениям обменных процессов в организме.

Если нарушается внутрисекреторная работа поджелудочной железы, возникает такое заболевание, как сахарный диабет. Оно сопровождается существенным увеличением количества сахара в крови, что приводит к потере печенью способности удерживать глюкозу, в итоге сахар выводится с мочой из организма.

Существенное количество гликогена может откладываться в мышцах, здесь он востребован при осуществлении химических реакций, происходящих в ходе сокращений мышц.

О важности глюкозы

Значение глюкозы для живого организма не ограничивается только энергетической функцией. Потребность в глюкозе возрастает при выполнении тяжелой физической работы. Удовлетворяется такая потребность путем расщепления в печени гликогена на глюкозу, которая поступает в кровь.

Данный моносахарид есть и в составе протоплазмы клеток, поэтому требуется для формирования новых клеток, особенно актуальна глюкоза в процессе роста. Особое значение имеет данный моносахарид для полноценной деятельности центральной нервной системы. Как только концентрация сахара в крови понижается до показателя 0,04 %, возникают судороги, человек теряет сознание. Это является прямым подтверждением того, что понижение сахара в крови вызывает мгновенное нарушение деятельности центральной нервной системы. Если пациенту вводят глюкозу в кровь либо предлагают сладкую пищу, все нарушения пропадают. При длительном понижении сахара в крови развивается гипогликемия. Она приводит к серьезным нарушениям деятельности организма, которые могу вызвать его смерть.

Коротко о жирах

В качестве еще одного источника энергии для живого организма можно рассматривать жиры. В их составе присутствуют углерод, кислород, водород. Жиры имеют сложное химическое строение, представляют собой соединения многоатомного спирта глицерина и жирных карбоновых кислот.

В ходе пищеварительных процессов происходит расщепление жира на составные части, из которых он был получен. Именно жиры являются составной частью протоплазмы, содержатся в тканях, органах, клетках живого организма. Они по праву считаются отличным источником энергии. Расщепление этих органических соединений начинается в желудке. В желудочном соке содержится липаза, которая превращает молекулы жира в глицерин и карбоновую кислоту.

Глицерин отлично всасывается, так как имеет хорошую растворимость в воде. Для растворения кислот используется желчь. Под ее влиянием эффективность воздействия на жир липазы возрастает до 15-20 раз. Из желудка пища движется в двенадцатиперстную кишку, где под действием сока происходит ее дальнейшее расщепление до продуктов, которые способны всасываться в лимфу и кровь.

Далее пищевая кашица движется по пищеварительному тракту, попадает в тонкий кишечник. Здесь происходит ее полное расщепление под влиянием кишечного сока, а также всасывание. В отличие от продуктов расщепления белков и углеводов, вещества, получаемые при гидролизе жиров, всасываются в лимфу. Глицерин и мыла после прохождения через клетки слизистой оболочки кишечника опять соединяются, формируют жир.

Подводя общий итог, отметим, что основными источниками энергии для организма человека и животных выступают белки, жиры, углеводы. Именно благодаря углеводному, белковому обмену, сопровождающемуся образованием дополнительной энергии, функционирует живой организм. Поэтому не стоит долго сидеть на диетах, ограничивая себя в каком-то конкретном микроэлементе или веществе, иначе это может отрицательно сказаться на здоровье и самочувствии.

Углеводы – универсальный источник энергии для всех живых существ. Они являются главными в энергетическом обмене веществ человека. Только при распаде 1 молекулы получается столько энергии, сколько не получается при расщеплении жира. Универсальным источником он считается потому, что не имеет противопоказаний и обязательно должен употребляться человеком ежедневно.

Немного химии

Любая молекула углевода состоит из атомов С, Н и О. Самым массовым является водород, так как он считается самым простым элементом из всех существующих. На втором месте по количеству располагается углерод, а на третьем – кислород. Именно углерод является базовым элементом и именно он образует цепи, которые бывают разветвленные и неразветвленные. Чем сложнее устроена молекула, тем больше энергии она дает (кроме неусваиваемых углеводов).

Все углеводы, которые потребляет человек, делятся на просты и сложные. Разделение главным образом происходит по морфологическим различиям. Однако при изменении морфологии происходит и изменение вкуса и биохимических свойств. Чем более простое строение, тем более сладкий вкус и легкая усваиваемость. Самые сложные углеводы и клетчатка вообще не подвергаются разложению и выводятся в неизменном виде из организма человека.

Простые углеводы

Также их называют сахарами из-за их сладкого вкуса. Они представляют собой неразветвленные цепи с разным количеством атомов углерода. Простые углеводы являются быстрыми источниками энергии. Из-за своей простой структуры они не нуждаются в дополнительном расщеплении и поэтому сразу поступают в кровь. Уже спустя 10 минут простые углеводы значительно повышают концентрацию глюкозы в крови.

Глюкоза

Другое название – виноградный сахар. Содержится во фруктах. Также в значительных количествах в ягодах и меде. Не имеет противопоказаний. Однако, при сахарном диабете стоит заменить на сахарозу.

Фруктоза

Также можно называть фруктовым сахаром. Исходя из названия, можно догадаться, что содержится во фруктах.

Галактоза

Является единственным простым сахаром животного происхождения. Галактоза является частью молочного сахара (лактозы).

Дисахариды

Именно дисахариды считаются основными источниками энергии для организма человека. Их особенностью строения является то, что они состоят из двух простых сахаров. Несмотря на то что они состоят из простых углеводов, они не такие сладкие. Наименее сладким является лактоза. Однако, из сахарозы производится сахар, который мы привыкли добавлять в чай. С точки зрения энергетического обмена, дисахариды содержат большее количество энергии. Но их расщепление требует времени, поэтому только спустя 30-60 минут можно отметить явное повышение концентрации глюкозы в крови.

Сахароза

Или другое название – тростниковый сахар. В своем составе имеет глюкозу и фруктозу.

Мальтоза

Солодковый сахар, или мальтоза, является главным компонентом таких веществ, как крахмал и гликоген.

Лактоза

Молочный сахар является главным компонентом молока млекопитающих животных. В первые дни жизни лактоза является основным источником энергии для человека. Существует лактозная недостаточность, при которой употребление молочного сахара вызывает неприятные диспепсические расстройства у человека. Исключение лактозы из рациона не приведет к тяжелым последствиям, однако, стоит компенсировать недостаток другими углеводами.

Полисахариды

Все сложные углеводы можно разделить на те, которые усваиваются, и которые не усваиваются и не являются источником энергии, но выполняют не менее важные функции в процессах пищеварения.

В качестве усваиваемых углеводов можно выделить крахмал и гликоген. Все они являются высокомолекулярными соединениями. Количество их мономеров может доходить до сотен и даже тысяч. Такая сложная морфология и обуславливает длительное переваривание. Полисахариды можно разделить на гомополисахариды и гетерополисахариды. Различие в том, что у одних мономером является одно вещество, а у других – разные.

Крахмал

В основном содержится в растениях во всех его частях (луковицы, клубень, семена). Относиться к резервным полисахаридам.

Гликоген

Является основным и главным источником энергии в организме человека. При необходимости гликоген превращается в глюкозу для восполнения недостатка.

Неусваиваемые углеводы

К неусваиваемым углеводам можно отнести клетчатку и пектиновые вещества. Они являются полисахаридами, но из-за своего сложно строения не могут подвергаться расщеплению пищеварительными ферментами. Их роль в энергетическом обмене невелика. При распаде этого вида углеводов выделяется совсем незначительное количество энергии, которое даже не учитывается.

Они не расщепляются ферментами желудка и кишечника и практически в неизменном виде выводятся из организма через ЖКТ. Неусваиваемые углеводы могут задерживать воду в организме, влияют на перистальтику кишечника и способствуют образованию желчи для лучшего пищеварения.

Углеводы в пище и организме

Основной функцией углеводов является поддержание энергии организма на необходимом уровне, при котором человек сможет выполнять активную физическую и умственную деятельность и при этом не чувствовать усталости.

Углеводы должны составлять 60-70% нашего рациона. Именно за счет них калорийность пищи достигает необходимых значений. В среднем, человек должен потреблять 1500 ккал, то есть около 1100 должно приходиться на углеводы. Стоит отдать предпочтение кашам, хлебобулочным изделиям из муки грубого помола, овощам.

Потребление углеводов должно быть индивидуальным и зависеть физических данных и активности в течение всего дня. В среднем, для здорового человека нормой является 350-500 гр. Однако, если много энергии траться на умственную или физическую нагрузку, то количество должно быть увеличено.

В молодом возрасте стоит увеличить потребление углеводов, так как они необходимы для построения организма. В пожилом возрасте, наоборот, стоит уменьшить количество, так как энергии тратится немного, а излишки будут откладываться в жир. Это в итоге приведет к ожирению и сахарному диабету.

Большая часть энергии углеводов поступает к нам из зерновых культур. На втором месте – сахар, а на третьем – овощи и фрукты. Стоит отдать предпочтение овощам и зерновым культурам.

Продукты растительного происхождения содержат как простые углеводы, так и сложные. Их соотношение влияет на сладкий вкус фрукта. При снижении количества крахмала, полисахарида, вкус становится более сладким, так как преобладают простые сахара.

Всасывание в кровь

Все продукты, содержащие углеводы всасываются в кровь с разной скоростью. Это связано с их морфологическим строением – чем более разветвленные цепи и больше углеродных остатков, тем дольше происходит переваривание.

Самыми быстрыми источниками энергии являются простые углеводы. У них нет необходимости подвергаться расщеплению пищеварительными ферментами, поэтому они начинают всасываться уже в ротовой полости. Эта особенность важна для людей больных сахарным диабетом, так как для восстановления концентрации глюкозы у них немного времени. Также быстрые углеводы полезно употреблять перед экзаменами, важными встречами и спортивными соревнованиями или тренировками.

Дисахариды должны подвергаться действию ферментов, поэтому их всасывание будет дольше. Главными источниками энергии для организма человека являются полисахариды. Так как они не всасываются моментально, они создают резерв энергии в организме. Эта энергия поступает постепенно в течение 2-6 часов. Преимуществом полисахаридов в том, что они не вызывают резкого повышения глюкозы в крови. Поэтому все диетологи говорят, что утро стоит начинать с каши.

Органы и их потребление глюкозы

Нервная система является самой чувствительной к недостатку глюкозы. У нейронов нет возможности откладывать энергию в резерв, поэтому они потребляют ее сразу. Нервной системе необходимо около 140 гр в течение суток. Эритроцитам необходимо около 40 гр. Мышечная ткань потребляет глюкозу в зависимости от энергетических потребностей, и поэтому число постоянно варьирует. Все остальные органы и системы могут использовать гликоген для получения глюкозы посредством его окисления.

Гликоген содержится в печени и мышцах. Его среднее количество 300-400 гр. При увеличении поступления глюкозы она откладывается в жир, если физическая активность не покрывает это количество энергии. При повышенной физической нагрузке тратиться сначала гликоген, а уже потом жировые запасы.

Самым чувствительным к недостатку глюкозы считается головной мозг. Поэтому при длительном голодании, когда развивается гипогликемия, могут появляться неприятные симптомы. К ним относятся:

• головокружение;
• потеря сознания;
• тошнота;
• слабость;
• помутнение в глазах;
• чрезмерная потливость;
• дрожание рук и судороги.

Углеводы нельзя заменить белками или жирами, они обязательно должны быть в рационе каждого. При соблюдении диеты или при похудении исключать их нельзя, стоит лишь снизить их количество, но они все равно должны преобладать количественно над жирами и белками.

Универсальностью углеводов является то, что они всасываются практически в неизменном виде, в то время как при расщеплении белков образуется много продуктов распада, которые в большом количестве могут вызывать интоксикацию. Поэтому основным источником энергии в организме являются углеводы.

Энергия не может возникнуть ниоткуда или исчезнуть в никуда, она может только превращаться из одного вида в другой. А от чего зависит энергия человека?

Вся энергия на Земле берется от Солнца. Растения способны превращать солнечную энергию в химическую (фотосинтез).

Люди не могут напрямую использовать энергию Солнца, однако мы можем получать энергию из растений. Мы едим либо сами растения, либо мясо животных, которые ели растения. Человек получает всю энергию из еды и питья.

Пищевые источники энергии

Энергия человека для его жизнедеятельности зависит от употребляемой им пищи. Единицей измерения энергии является калория. Одна калория – это количество тепла, необходимое для нагрева 1 кг воды на 1°С. Большую часть энергии мы получаем из следующих питательных веществ:

– Углеводы – 4ккал (17кДж) на 1г
– Белки (протеин) – 4ккал (17кДж) на 1г
– Жиры – 9ккал (37кДж) на 1г

Углеводы (сахара и крахмал) являются важнейшим источником энергии, больше всего их содержится в хлебе, рисе и макаронах. Хорошими источниками протеина служат мясо, рыба и яйца. Сливочное и растительное масло, а также маргарин почти полностью состоят из жирных кислот. Волокнистая пища, а также алкоголь также дают организму энергию, но уровень их потребления сильно отличается у разных людей.

Витамины и минералы сами по себе не дают организму энергию, однако, они принимают участие в важнейших процессах энергообмена в организме.

Энергетическая ценность различных пищевых продуктов сильно отличается. Здоровые люди достигают сбалансированности своей потреблением самой разнообразной пищи. Очевидно, что, чем более активный образ жизни ведет человек, тем больше он нуждается в пище, или тем более энергоемкой она должна быть.

Самым важным источником энергии для человека являются углеводы.

Сбалансированная обеспечивает организм разными видами углеводов, но большая часть энергии должна поступать из крахмала. В последние годы немало внимания уделялось изучению связи между компонентами питания людей и различными болезнями. Исследователи сходятся во мнении, что людям необходимо уменьшать потребление жирной пищи в пользу углеводов.

Каким образом мы получаем энергию из пищи?

После того, как пища проглатывается, она некоторое время находится в желудке. Там под воздействием пищеварительных соков начинается ее переваривание. Этот процесс продолжается в тонком кишечнике, в результате компоненты пищи распадаются на более мелкие единицы, и становится возможной их абсорбция через стенки кишечника в кровь. После этого организм может использовать питательные вещества на производство энергии, которая вырабатывается и хранится в виде аденозин трифосфат (АТФ).

Молекула АТФ из аденозина и трех фосфатных групп, соединенных в ряд. Запасы энергии «сосредоточены» в химических связях между фосфатными группами. Чтобы высвободить эту потенциальную энергию одна фосфатная группа должна отсоединиться, т.е. АТФ распадается до АДФ (аденозин дифосфат) с выделением энергии.

Аденозинтрифосфат (сокр. АТФ, англ. АТР) - нуклеотид, играет исключительно важную роль в обмене энергии и веществ в организмах; в первую очередь соединение известно как универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. АТФ является основным переносчиком энергии в клетке.

В каждой клетке содержится очень ограниченное количество АТФ, которое обычно расходуется за считанные секунды. Для восстановления АДФ до АТФ требуется энергия, которая и получается в процессе окисления углеводов, протеина и жирных кислот в клетках.

Запасы энергии в организме.

После того, как питательные вещества абсорбируются в организме, некоторая их часть откладывается в запас как резервное топливо в виде гликогена или жира.

Гликоген также относится к классу углеводов. Запасы его в организме ограничены и хранятся в печени и мышечной ткани. Во время физических нагрузок гликоген распадается до глюкозы, и вместе с жиром и глюкозой, циркулирующей в крови, обеспечивает энергией работающие мышцы. Пропорции расходуемых питательных веществ зависят от типа и продолжительности физических упражнений.

Гликоген состоит из молекул глюкозы, соединенных в длинные цепочки. Если запасы гликогена в организме в норме, то избыточные углеводы, поступающие в организм, будут превращаться с жир.

Обычно протеин и аминокислоты не используются в организме как источники энергии. Однако при дефиците питательных веществ на фоне повышенных энергозатрат аминокислоты, содержащиеся в мышечной ткани, могут также расходоваться на энергию. Протеин, поступающий с пищей, может служить источником энергии и превращаться в жир в том случае, если потребности в нем, как в строительном материале, полностью удовлетворены.

Как расходуется энергия человека во время тренировки?

Начало тренировки

В самом начале тренировки, или когда энергозатраты резко возрастают (спринт), потребность в энергии больше, чем уровень, с которым происходит синтез АТФ с помощью окисления углеводов. Вначале углеводы «сжигаются» анаэробно (без участия кислорода), это процесс сопровождается выделением молочной кислоты (лактата). В результате освобождается некоторое количество АТФ – меньше, чем при аэробной реакции (с участием кислорода), но быстрее.

Другим «быстрым» источником энергии, идущим на синтез АТФ, является креатин фосфат. Небольшие количества этого вещества содержатся в мышечной ткани. При распаде креатин фосфата освобождается энергия, необходимая для восстановления АДФ до АТФ. Этот процесс протекает очень быстро, и запасов креатин фосфата в организме хватает лишь на 10-15 секунд «взрывной» работы, т.е. креатин фосфат является своеобразным буфером, покрывающим краткосрочный дефицит АТФ.

Начальный период тренировки

В это время в организме начинает работать аэробный метаболизм углеводов, прекращается использование креатин фосфата и образование лактата (молочной кислоты). Запасы жирных кислот мобилизуются и становятся доступными как источник энергии для работающих мышц, при этом повышается уровень восстановления АДФ до АТФ за счет окисления жиров.

Основной период тренировки

Между пятой и пятнадцатой минутой после начала тренировки в организме повышенная потребность в АТФ стабилизируется. В течение продолжительной, относительно ровной по интенсивности тренировки синтез АТФ поддерживается за счет окисления углеводов (гликогена и глюкозы) и жирных кислот. Запасы креатин фосфата в это время постепенно восстанавливаются.

Креатин является аминокислотой, которая синтезируется в печени из аргинина и глицина. Именно креатин позволяет спортсменам выдерживать высочайшие нагрузки с большей легкостью. Благодаря его действию в мышцах человека задерживается выделение молочной кислоты, которая и вызывает многочисленные мышечные боли.

С другой стороны креатин позволяет производить сильные физические нагрузки благодаря высвобождению большого количества энергии в организме.

При возрастании нагрузки (например, при беге в гору) расход АТФ увеличивается, причем, если это возрастание значительное, организм вновь переходит на анаэробное окисление углеводов с образованием лактата и использование креатин фосфата. Если организм не успевает восстанавливать уровень АТФ, может быстро наступить состояние усталости.

Какие источники энергии используются в процессе тренировки?

Углеводы являются самым важным и самым дефицитным источником энергии для работающих мышц. Они необходимы при любом виде физической активности. В организме человека углеводы хранятся в небольших количествах в виде гликогена в печени и в мышцах. Во время тренировки гликоген расходуется, и вместе с жирными кислотами и глюкозой, циркулирующей в крови, используется как источник мышечной энергии. Соотношение различных используемых источников энергии зависит от типа и продолжительности упражнений.

Несмотря на то, что в жире больше энергии, его утилизация происходит медленнее, и синтез АТФ через окисление жирных кислот поддерживается использованием углеводов и креатин фосфата.

Когда запасы углеводов истощаются, организм становится не в состоянии переносить высокие нагрузки. Таким образом, углеводы являются источником энергии, лимитирующим уровень нагрузки во время тренировки.

Факторы, ограничивающие энергозапасы организма во время тренировки

1. Источники энергии, используемые при различных типах физической активности

– слабая интенсивность (бег трусцой)

Требуемый уровень восстановления АТФ из АДФ относительно низок, и достигается окислением жиров, глюкозы и гликогена. Когда запасы гликогена исчерпаны, возрастает роль жиров как источника энергии. Поскольку жирные кислоты окисляются довольно медленно, чтобы восполнять расходуемую энергию, возможность долго продолжать подобную тренировку зависит от количества гликогена в организме.

– средняя интенсивность (быстрый бег)

Когда физическая активность достигает максимального для продолжения процессов аэробного окисления уровня, возникает потребность быстрого восстановления запасов АТФ. Углеводы становятся основным топливом для организма. Однако только окислением углеводов требуемый уровень АТФ поддерживаться не может, поэтому параллельно происходит окисление жиров и образование лактата.

– максимальная интенсивность (спринт)

Синтез АТФ поддерживается, в основном, использованием креатин фосфата и образование лактата, поскольку метаболизм окисления углеводов и жиров не может поддерживаться с такой большой скоростью.

2. Продолжительность тренировки

Тип источника энергии зависит от продолжительности тренировки. Сначала происходит выброс энергии за счет использования креатин фосфата. Затем организм переходит на преимущественное использование гликогена, что обеспечивает энергией приблизительно на 50-60% синтез АТФ.

Остальную часть энергии на синтез АТФ организм получает за счет окисления свободных жирных кислот и глюкозы. Когда запасы гликогена истощаются, основным источником энергии становятся жиры, в то же время из углеводов начинает больше использоваться глюкоза.

3. Тип тренировки

В тех видах спорта, где периоды относительно низких нагрузок сменяются резкими повышениями активности (футбол, хоккей, баскетбол), происходит чередование использования креатин фосфата (во время пиков нагрузки) и гликогена как основных источников энергии для синтеза АТФ. В течение «спокойной» фазы в организме восстанавливаются запасы креатин фосфата.

4. Тренированность организма

Чем тренированнее человек, тем выше способность организма к окислительному метаболизму (меньше гликогена превращается в лактозу) и тем экономичнее расходуются запасы энергии. То есть, тренированный человек выполняет какое-либо упражнение с меньшим расходом энергии, чем нетренированный.

5. Диета

Чем выше уровень гликогена в организме перед началом тренировки, тем позднее настанет утомление. Чтобы повысить запасы гликогена, необходимо увеличить потребление пищи, богатой углеводами. Специалисты в области спортивного питания рекомендуют придерживаться таких диет, в которых до 70% энергетической ценности составляли бы углеводы.

– рис
– паста (макаронные изделия)
– хлеб
– зерновые злаки
– корнеплоды

– введите в свой план питания больше углеводов, чтобы поддерживать энергетические запасы организма;
– за 1-4 часа до тренировки съедайте 75-100 г углеводов;
– непосредственно перед тренировкой выпейте 200-500 мл специализированного спортивного напитка (изотоника) для увеличения запасов жидкости и углеводов;
– если возможно, пейте по 100-150 мл изотоника каждые 15-20 минут во время тренировки, чтобы компенсировать расход жидкости и углеводов;
– в течение первого получаса тренировки, когда способность мышц к восстановлению максимальна, съешьте 50-100 углеводов;
– после тренировки необходимо продолжать потребление углеводов для скорейшего восстановления запасов гликогена.

11 329

Каждый из нас, наверное, чувствовал прилив энергии при общении с приятными людьми, с природой и искусством, от занятий спортом и от положительных эмоций. Энергию также дают нам солнечный свет, воздух и тепло.

Но эта энергия не может быть использована организмом ни на сокращения сердца, ни на функционирование нервной системы, циркуляцию крови, дыхание, ни на физическую работу. Вышеуказанные виды энергии лишь обеспечивают мотивацию к действию, а при осуществлении этих действий используется ранее запасенная энергия.

Энергия может быть использована организмом только в том случае, если из неё может образовываться АТФ (Аденозинтрифосфат). А это значит, что реальная энергия поступает в организм только с питательными веществами — белками, углеводами и жирами.

Безусловно, организм использует и другие формы энергии. Но что при этом происходит? Возьмем, к примеру, тепловую энергию. Выпитая чашка горячего чая в холодную погоду повышает теплопродукцию организма, позволяя временно согреться. Но энергия при этом не запасается. Приём горячего лишь снижает расходование ранее запасенной АТФ.

Таким образом, вышеуказанные виды энергии не могут преобразовываться в АТФ и запасаться, а потому их действие краткосрочно и реальной энергии, которая может быть использована в последующем организмом, они не приносят.
И вот мы приходим к тому, что единственным источником энергии для человека является энергия, которую нам дают питательные вещества – белки, жиры и углеводы. Причем в основном – углеводы и жиры, т.к. белки организм использует для более важных нужд – построения собственных клеток и тканей.
В пище присутствуют и другие носители энергии (янтарная и уксусная кислота, этиловый спирт и др.), но существенного значения в энергообеспечении организма они не имеют.

Энергетическая ценность пищи .

Т.к. пища является единственным источником энергии для человека, возникает необходимость знать, а сколько же энергии она нам даёт.
Для этого используется показатель «Энергетическая ценность пищи ».

Энергетическая ценность пищи — это количество энер¬гии, которое образуется в организме при биологическом окис¬лении белков, жиров и углеводов, содержащихся в продуктах питания. Организм перерабатывает и сжигает эти вещества до воды, углекислого газа и других веществ с выделением при этом энергии. Выражается она количеством калорий.

Нужно отметить, что простое попадание пищи в ЖКТ ещё не означает, что энергия поступила. Ведь часть пищевых веществ может не усвоиться, транзитом пройти через ЖКТ, вывестись с калом и не участвовать в энергетическом обмене.
Только после усвоения питательных веществ и их поступления в кровь энергия считается полученной.

Как определяют, сколько энергии приносят нам белки, жиры и углеводы?

Как известно из физики, конечным результатом превращения энергии является тепло. Тепло также является мерой энергии в организме. Эта энергия освобождается в результате окисления (горения) веществ в процессе катаболизма. Затем освободившаяся энергия переходит в доступную для организма форму — энергию химических связей молекулы АТФ.

Таким образом, при горении веществ выделяется тепло. Разные вещества горят по — разному, выделяя различное количество тепла. А по количеству выделившегося тепла можно узнать — сколько было энергии в горящем веществе.

Вот и энергетическую ценность пищи принято определять по количеству теплоты, полученной при её сгорании в калориметре. Для этого в калориметрической камере сжигают по 1 грамму белков, жиров и углеводов и определяют количество выделенного ими тепла (в калориях). То же самое происходит в организме человека — белки, жиры и углеводы окисляются до углекислоты и воды с образованием такого же количества энергии, что и при сгорании их вне организма.

Итак, в калориметре при сгорании 1 г белка выделяется 5,65 ккал, при сгорании 1 г углеводов — 4,1 ккал, 1 г жиров – 9,45 ккал.

Но мы — то знаем, что калорийность углеводов и белков составляет по 4 ккал/г, а жиров — 9,0 ккал/г. Почему же в калориметре показатели калорийности этих веществ отличаются от тех, к которым мы привыкли? Особенно того, что касается белка.

А связано это с тем, что внутри камеры всё сгорает полностью без остатка. А в организме белок сгорает не полностью — часть его без сгорания выводится из организма в виде мочевины. Эта часть содержит в себе 1,3 ккал из 5,65. Т.о. калорийность белка для организма составляет 4,35 ккал (5,65-1,3).
Опять это не совсем те цифры, которые мы привыкли видеть. И вот почему.

В норме жиры, белки и углеводы усваиваются не полностью.
Так белки усваиваются на 92%, жиры - на 95%, углеводы - на 98%. Вот и получается:
калорийность усвоившихся белков составляет 4,35 х 92% = 4 ккал/г;
углеводов – 4,1 х 98% = 4 ккал/г;
жиров – 9,3 х 95% = 9 ккал/г.