какое количество энергии выделяется при расщеплении 1г углеводов
Какое количество энергии выделяется при расщеплении 1г углеводов
Углеводы — это органические соединения, образованные тремя химическими элемента ми — углеродом, водородом и кислородом. Некоторые содержат также азот или серу. Общая формула углеводов — Сm(H2O)n.
Их делят на три основных класса: моносахариды, олигосахариды(дисахариды) и полисахариды.
Моносахариды — это простейшие углеводы, имеющие 3–10 атомов углерода. Большинство атомов углерода в молекуле моносахарида связано со спиртовыми группами, а один — с альдегидной или кетогруппой.
Глюкоза (виноградный сахар) встречается во всех организмах, в том числе в крови человека, поскольку является энергетическим резервом, входит в состав сахарозы, лактозы, мальтозы, крахмала, целлюлозы и других углеводов. Фруктоза (плодовый сахар) в наибольших кон центрациях содержится в плодах, меде, корнеплодах сахарной свеклы. Она не только принимает активное участие в процессах обмена веществ, но и входит в состав сахарозы.
Моносахариды — кристаллические вещества, сладкие на вкус и хорошо растворимые в воде.
К олигосахаридам относят углеводы, образованные не сколькими остатками моносахаридов. Они в основном так же кристаллические, хорошо растворимы в воде и сладки на вкус. В зависимости от количества этих остатков разли чают дисахариды (два остатка моносахаридов), трисахари ды (три) и т.д.
Полисахариды — это биополимеры, мономе рами которых являются остатки моносахаридов. К ним относятся крахмал, гликоген, целлюло за, хитин и др. Мономером этих полисахаридов является глюкоза.
Крахмал является основ ным запасным веществом растений, которое накапливается в семенах, плодах, клубнях, корневищах и других запасающих органах. Качественной реакцией на крахмал является реакция с йодом, при которой крахмал окрашивается в синефиолетовый цвет.
Гликоген (животный крахмал) — это запасной полисахарид животных и грибов, который у человека в наибольших количествах накапливается в мышцах и печени. Молекулы гликогена имеют более высокую степень ветвления, чем молекулы крахмала.
Целлюлоза, или клетчатка, — основной опорный полисахарид растений. Неразветвленные молекулы целлюлозы образуют пучки, которые входят в состав клеточных стенок растений. Она используется в производстве тканей, бумаги, спирта и других органических веществ.
Хитин — это полисахарид, мономером которого является азотсодержащий моносахарид на основе глюкозы. Он входит в состав клеточных стенок грибов и панцирей членистоногих.
Полисахариды представляют собой порошкообразные вещества, которые несладки на вкус и нерастворимы в воде.
Видео YouTube
Какое количество энергии выделяется при расщеплении 1г углеводов
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:
Какое количество энергии выделяется при расщеплении 1г углеводов
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».
Какое количество энергии выделяется при расщеплении 1г углеводов
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);