какое количество энергии выделяется при окислении 1 г жира
Какое количество энергии выделяется при окислении 1 г жира
Обмен жиров
К жирам относят неоднородные в химическом отношении вещества, которые делят на простые липиды (нейтральные жиры, воски), сложные липиды (фосфолипиды, гликолипиды, сульфолипиды) и стероиды (холестерин и др.). Основная масса липидов представлена в организме человека нейтральными жирами. Нейтральные жиры пищи человека являются важным источником энергии. При окислении 1 г жира выделяется 38,3 кДж (9,3 ккал) энергии. За счет окисления нейтральных жиров образуется около 50% энергии взрослого человека и около 40% энергии грудного ребенка. Нейтральные жиры являются источником эндогенной воды (при окислении 100 г жира освобождается 107-Ю-3 л воды). Они способствуют нормальному обмену воды в организме. Нейтральный жир является обязательной составной частью протоплазмы, ядра и оболочки клетки, выполняя тем самым пластическую функцию. Жир может депонироваться в виде жировых капель, преимущественно в подкожной жировой клетчатке. В этом случае жир предохраняет организм от усиленной отдачи тепла. Если жир отложился в других местах, то он защищает органы от травматических повреждений.
Суточная потребность взрослого человека в нейтральном жире составляет 70-80 г, детей 3-10 лет- 26-30 г.
В нормальных условиях количество жира в организме составляет 10-20% массы тела. При употреблении пищи, содержащей небольшие количества жира, в теле животных и человека откладывается жир, свойственный видовым особенностям данного организма. Если же в питании длительно используют большие количества какого-либо одного вида жира, состав жировых депо меняется.
Фосфо- и гликолипиды входят в состав всех клеток, но главным образом в состав клеток нервной системы. Фосфолипиды синтезируются в кишечной стенке и в печени. Однако только клетки печени способны выделять фосфолипиды в кровь, поэтому печень является практически единственным органом, поддерживающим уровень фосфолипидов в крови. Холестерин и другие стероиды могут поступать с пищей или синтезироваться в организме. Основным местом синтеза холестерина является печень. Неиспользованный холестерин подвергается расщеплению в печени, и продукты его распада превращаются в желчные кислоты. Они поступают в кишечник с желчью. Часть холестерина может проходить непосредственно из крови через стенку толстого кишечника в его полость.
В жировой ткани нейтральный жир депонируется в виде триглицеридов. По мере необходимости происходит мобилизация жира, т. е. распад триглицеридов с освобождением неэстерифицированных (свободных) жирных кислот.
Образование жиров из углеводов. Избыточное употребление в пищу углеводов приводит к отложению жира в организме. В норме у человека 25-30% углеводов пищи превращается в жиры.
Образование жиров из белков. Белки являются пластическим материалом. Организм сберегает эти ценные вещества. Только при чрезвычайных обстоятельствах белки используются для энергетических целей. Превращение белка в жирные кислоты происходит, вероятнее всего, через образование углеводов.
Какое количество энергии выделяется при окислении 1 г жира
Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динамического равновесия (рис. 26). Преобладание анаболических процессов над катаболическими приводит к росту, накоплению массы тканей, а преобладание катаболических процессов ведет к частичному разрушению тканевых структур. Состояние равновесного или неравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от возраста (в детском возрасте преобладает анаболизм, у взрослых обычно наблюдается равновесие, в старческом возрасте преобладает катаболизм), состояния здоровья, выполняемой организмом физической или психоэмоциональной нагрузки.
Превращение и использование энергии
В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: энергия сложных органических соединений, поступивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и электрическую. Человек и животные получают энергию из окружающей среды в виде потенциальной энергии, заключенной в химических связях молекул жиров, белков и углеводов. Все процессы жизнедеятельности обеспечиваются энергией за счет анаэробного и аэробного метаболизма. Получение энергии без участия кислорода, например, гликолиз, (расщепление глюкозы до молочной кислоты) называется анаэробным обменом. В ходе анаэробного расщепления глюкозы (гликолиза) или ее резервного субстрата гликогена (гликогенолиза) превращение 1 моля глюкозы в 2 моля лактата приводит к образованию 2 молей АТФ. Энергии, образующейся в ходе анаэробных процессов, недостаточно для осуществления активной жизни, реакции, происходящие с участием кислорода, энергетически более эффективны. Все процессы, генерирующие энергию с участием кислорода, называются аэробным обменом. При окислении сложных молекул химические связи разрываются, сначала органические молекулы распадаются до трехуглеродных соединений, которые включаются в цикл Кребса (цикл лимонной кислоты), а далее окисляются до СО2 и Н2О. Высвободившиеся в этих реакциях протоны и электроны вступают в цепь переноса электронов, в которой кислород служит конечным акцептором электронов. Биологическое окисление в сущности представляет собой «сгорание» вещества при низкой температуре, часть энергии, высвобождающейся при окислении, запасается в высокоэнергетических фосфатных связях аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ является аккумулятором химической энергии и средством ее переноса, диффундируя в те места, где она требуется. Общее количество молекул АТФ, образующихся при полном окислении 1 моля глюкозы до СО2 и Н2О, составляет 25,5 молей. При полном окислении молекулы жиров образуется большее количество молей АТФ, чем при окислении молекулы углеводов.
Динамика химических превращений, происходящих в клетках, изучается биологической химией. Задачей физиологии является определение общих затрат веществ и энергии организмом и того, как они должны восполняться с помощью полноценного питания. Энергетический обмен служит показателем общего состояния и физиологической активности организма.
Единица измерения энергии, обычно применяемая в биологии и медицине, – калория (кал). Она определяется как количество энергии, необходимое для повышения температуры 1 г воды на ГС. В Международной системе единиц (СИ) при измерении энергетических величин используется джоуль (1 ккал = 4,19 кДж).
Энергетический эквивалент пищи
Количество энергии, выделяемой при окислении какого-либо соединения, не зависит от числа промежуточных этапов его распада, т. е. от того, сгорело ли оно или окислилось в ходе катаболических процессов. Запас энергии в пище определяется в калориметрической бомбе – замкнутой камере, погруженной в водяную баню. Точно взвешенную пробу помещают в эту камеру, наполненную чистым О2, и поджигают. Количество выделившейся энергии определяется по изменению температуры воды, окружающей камеру.
При окислении углеводов выделяется 17,17 кДж/г (4,1 ккал/г), окисление 1 г жира дает 38,96 кДж (9,3 ккал). Запасание энергии в форме жира является наиболее экономичным способом длительного хранения энергии в организме. Белки окисляются в организме не полностью. Аминогруппы отщепляются от молекулы белка и выводятся с мочой в форме мочевины. Поэтому при сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется больше энергии, чем при его окислении в организме: при сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется 22,61 кДж/г (5,4 ккал/г), а при окислении в организме – 17,17 кДж/г (4,1 ккал/г). Разница приходится на ту энергию, которая выделяется при сжигании мочевины.
Определение уровня метаболизма
Почти половина всей энергии, получаемой в результате катаболизма, теряется в виде тепла в процессе образования молекул АТФ. Мышечное сокращение – процесс еще менее эффективный. Около 80% энергии, используемой при мышечном сокращении, теряется в виде тепла и только 20% превращается в механическую работу (сокращение мышцы). Если человек не совершает работу, то практически вся генерируемая им энергия теряется в форме тепла (например, у человека, лежащего в постели). Следовательно, величина теплопродукции является точным выражением величины обмена в организме человека.
Для определения количества затрачиваемой организмом энергии применяют прямую и непрямую калориметрию. Первые прямые измерения энергетического обмена провели в 1788 г. Лавуазье и Лаплас.
Прямая калориметрия заключается в непосредственном измерении тепла, выделяемого организмом. Для этого животное или человек помещается в специальную герметическую камеру, по трубам, проходящим через нее, протекает вода. Для вычисления теплопродукции используются данные о теплоемкости жидкости, ее объеме, протекающем через камеру за единицу времени, и разности температур поступающей в камеру и вытекающей жидкости.
Непрямая калориметрия основана на том, что источником энергии в организме являются окислительные процессы, при которых потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Поэтому энергетический обмен можно оценивать, исследуя газообмен. Наиболее распространен способ Дугласа – Холдейна, при котором в течение 10- 15 мин собирают выдыхаемый обследуемым человеком воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани (мешок Дугласа). Затем определяют объем выдохнутого воздуха и процентное содержание в нем О2 и СО2. По соотношению между количеством выделенного углекислого газа и количеством потребленного за данный период времени кислорода – дыхательному коэффициенту (ДК) – можно установить, какие вещества окисляются в организме. ДК при окислении белков равен 0,8, при окислении жиров – 0,7, а углеводов – 1,0. Каждому значению ДК соответствует определенный калорический эквивалент кислорода, т. е. то количество тепла, которое выделяется при окислении какого-либо вещества на каждый литр поглощенного при этом кислорода. Количество энергии на единицу потребляемого О2 зависит от типа окисляющихся в организме веществ. Калорический эквивалент кислорода при окислении углеводов равен 21 кДж на 1 л О2 (5 ккал/л), белков – 18,7 кДж (4,5 ккал), жиров – 19,8 кДж (4,74 ккал).
Для косвенного определения интенсивности обмена могут быть использованы некоторые физиологические параметры, связанные с потреблением кислорода: частота дыханий и вентиляционный объем, частота сокращений сердца и минутный объем кровотока – все они отражают затраты энергии. Однако эти показатели недостаточно точны.
Интенсивность энергетического обмена значительно варьирует и зависит от многих факторов. Поэтому для сравнения энергетических затрат у разных людей была введена условная стандартная величина – основной обмен.
Основной обмен (ОО) – это минимальные для бодрствующего организма затраты энергии, определенные в строго контролируемых стандартных условиях:
Почему в жире запасается больше энергии, чем в углеводах?
Жиры являются источником энергии. При окислении 1г жира до углекислого газа и воды выделяется 38,9 кДж энергии (при окислении 1г глюкозы всего 17 кДж).
Жиры служат источником метаболической воды, из 1г жира образуется 1,1 г воды. Используя жировые запасы, верблюды и впадающие в спячку суслики могут обходиться без воды длительное время.
Жиры в основном откладываются в клетках жировой ткани. Эта ткань служит энергетическим депо организма, предохраняя его от потери тепла и выполняют защитную функцию.
Как известно, липиды представляют собой соединение глицерина и жирных кислот – триглицеридов. Каждая молекула триглицерида состоит из цепочки углеводорода и кислотного остатка. Поэтому жиры иначе называются триглицеридами. Глицерин представляет собой бесцветную и вязкую жидкость, у которой нет запаха. Он тяжелее воды, и потому легко смешивается с ней.
При их окислении в организме выделяется в два раза больше теплоты, чем при окислении таких же количеств белков и углеводов.
В отличие от углеводов и тем больше белков, жиры откладываются в больших количествах в депо (подкожная основа, сальник) и создают в организме большие запасы энергии. Нормальной комплекции взрослый человек имеет в своем организме 9-12 кг жира соответствует 251000-377000 кДж (60000-90000 ккал). Эта энергия расходуется во всех случаях недостаточного питания.
Молекулы жиров и углеводов построены из атомов углерода, водорода и кислорода, но окисляться могут только атомы углерода и водорода. Поэтому чем меньше кислорода (и, соответственно, чем больше углерода и водорода) содержится в молекулах окисляемых веществ, тем больше энергии высвобождается в результате окисления.
В молекулах жиров содержание кислорода намного меньше, чем в молекулах углеводов. Например, в молекуле жира тристеарата С3Н5(С17Н35СОО)3 на 6 атомов кислорода приходится 57 атомов углерода и 110 атомов водорода, а в молекуле глюкозы С6Н12О6 на те же 6 атомов кислорода – лишь 6 атомов углерода и 12 атомов водорода. Проще говоря, углеводы изначально более окислены, чем жиры.
Общая формула жиров Структурная формула углеводов(глюкоза)
Какое количество энергии выделяется при окислении 1 г жира
Все приведённые ниже органические вещества, кроме двух, могут выполнять энергетическую функцию. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.
Единственным источником энергии для организма человека является окисление органических веществ, поступающих с пищей. При расщеплении пищевых продуктов до конечных элементов — углекислого газа и воды, — выделяется энергия, часть которой переходит в механическую работу, выполняемую мышцами, другая часть используется для синтеза более сложных соединений или накапливается в специальных макроэргических соединениях (АТФ).
Углеводы являются основным источником энергии в клетке. При окислении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж энергии. У животных в клетках печени откладывается гликоген. В мышцах, так же как и в печени, синтезируется гликоген. Распад гликогена является одним из источников энергии мышечного сокращения.
Липиды (в том числе нейтральные жиры) выполняют энергетическую функцию. При расщеплении жиров выделяется больше энергии, чем при расщеплении белков и углеводов. При окислении 1 г жира образуется 38,9 кДж энергии. Липиды обеспечивают 25−30% энергетических потребностей организма.
Белки тоже могут использоваться в качестве источника энергии — при окислении 1 г белка в среднем освобождается энергия, равная 17,6 кДж.
(1) гликоген — энергетическая функция;
(2) глюкоза — энергетическая функция;
(3) липид — энергетическая функция;
(4) витамин А — признак выпадает (витамины не выполняют энергетическую функцию);
(5) меланин — признак выпадает (пигменты не выполняют энергетическую функцию);
Какое количество энергии выделяется при окислении 1 г жира
Какие органические вещества в организме человека могут выполнять энергетическую функцию? Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны.
2) нуклеиновая кислота
Единственным источником энергии для организма человека является окисление органических веществ, поступающих с пищей. При расщеплении пищевых продуктов до конечных элементов — углекислого газа и воды, — выделяется энергия, часть которой переходит в механическую работу, выполняемую мышцами, другая часть используется для синтеза более сложных соединений или накапливается в специальных макроэргических соединениях (АТФ).
Углеводы являются основным источником энергии в клетке. При окислении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж энергии. У животных в клетках печени откладывается гликоген. В мышцах, так же как и в печени, синтезируется гликоген. Распад гликогена является одним из источников энергии мышечного сокращения.
Липиды (в том числе нейтральные жиры) выполняют энергетическую функцию. При расщеплении жиров выделяется больше энергии, чем при расщеплении белков и углеводов. При окислении 1 г жира образуется 38,9 кДж энергии. Липиды обеспечивают 25−30% энергетических потребностей организма.
Белки тоже следует отметить — при окислении 1 г белка в среднем освобождается энергия, равная 17,6 кДж.
АТФ — энергетический нуклеотид (аденозинтрифосфорная кислота). Это вещество главный аккумулятор энергии в живой клетке.
Следует обратить внимание на пункт 2 (нуклеиновые кислоты — ДНК и РНК). Существуют ферменты — нуклеазы, которые расщепляют нуклеиновые кислоты поступающие с пищей до нуклеотидов, но количество данной энергии не учитывается при расчете энергетических потребностей организма, и энергетической роли им не отводится. И по сути — АТФ — мономерная форма — нуклеотид, так же «обычно» к АТФ не применяется термин «нуклеиновая кислота».