To je univerzalni akumulator energije. Akumulator žive energije - ATF

ATP je univerzalni uređaj za skladištenje biološke energije. Njegovu ulogu za sva živa bića formulirao je akademik Akademije medicinskih nauka SSSR V.A. Engelhardt 1940. godine na sljedeći način: „Svaki uređaj za skladištenje ćelijske energije formira ATP, a svaka potrošnja energije u ćeliji plaća se ATP-om.” Ovo pravilo važi i za mišićne ćelije i moždane ćelije, gde se energija dodatno akumulira.

U kineskoj tradiciji postoji koncept četiri bigrama ili četiri fundamentalna energije: transcendentan energije, energije početak, nikada se ne spominje u knjigama, jer je sveprisutan i bez njega ništa ne bi postojalo; ...

ATP molekul sadrži tri ostatka fosforne kiseline. Veze između njih (u prisustvu enzima ATPaze) se lako prekidaju. Kada se jedan molekul fosforne kiseline odvoji od jednog molekula ATP-a, oslobađa se 40 kJ energije, zbog čega se veze nazivaju makroergijskim (nose veliku količinu energije).

Pretvaranje energije hemijski vezane u ATP-u u mehaničku (potrebnu za kontrakciju mišića), električnu, svetlosnu, zvučnu energiju osmoze i druge njene vrste, obezbeđivanje sinteze plastičnih materija u ćeliji, rast, razvoj, mogućnost prenošenja naslednih karakteristika , provodi se u glavi ansambala elementarnih respiratornih čestica zbog prisustva u njima, odnosno u istim česticama gdje se odvija njegova sinteza. Energija koja se oslobađa pri razgradnji ATP-a direktno se pretvara u biološku energiju, neophodnu za sintezu proteina, nukleotida i drugih organskih spojeva, bez kojih je rast i razvoj organizma nemoguć. Energetske rezerve u ATP-u se koriste za izvođenje pokreta, generiranje električne energije, svjetlosti i za obavljanje bilo koje funkcije ćelije i njenih organela.

Rezerve ATP-a u ćeliji su ograničene. U mišićnim vlaknima mogu dati energiju za samo 30-40 kontrakcija, a u ćelijama drugih tkiva još manje. Da bi se popunile rezerve ATP-a, njegova sinteza mora se stalno odvijati - iz (ADP) i neorganskog fosfata, koja se odvija uz sudjelovanje enzima ATP sintetaze. Stoga je odnos koncentracija ATP-a i ADP-a (aktivnost ATP sintetaze) od velike važnosti za kontrolu procesa sinteze ATP-a. Uz nedostatak ADP-a, zbog prisustva ATPaze u aktivnom centru, hidroliza ATP-a će se ubrzati, što je, kako je navedeno, povezano sa oksidativnim procesom i zavisi od stanja nosača vodonika i kiseonika.

Što je više NAD i što je manje njegovog redukovanog oblika, što su citokrom c i ADP više oksidirani, to je veća stopa sinteze ATP-a. Uz ostale enzime i koenzime, glavni regulatori rada respiratornih ansambala su u prvoj fazi prenos vodonika sa supstrata NAD - NAD u drugoj - transporter elektrona do kiseonika, citokroma, a u završnoj fazi - do odnos između ATP i ADP.

Zbog energije svjetlosti u fotosintetskim ćelijama nastaju ATP i još neki molekuli, koji imaju ulogu svojevrsnih akumulatora energije. Elektron pobuđen svjetlošću oslobađa energiju za fosforilaciju ADP-a, što rezultira stvaranjem ATP-a. Akumulator energije, pored ATP-a, je složeno organsko jedinjenje - nikotinamid adenin dinukleotid fosfat, skraćeno NADP + (kako se označava njegov oksidovani oblik). Ovo jedinjenje hvata elektrone pobuđene svjetlom i vodikov jon (proton) i time se reducira u NADPH. (Ove skraćenice: NADP+ i NADP-H - čitaju se kao NADEF i NADEP-AS, poslednje slovo ovde je simbol atoma vodonika.) Na Sl. Slika 35 prikazuje nikotinamidni prsten koji nosi atom vodonika bogat energijom i elektrone. Zbog energije ATP-a i uz učešće NADPH, ugljični dioksid se reducira u glukozu. Svi ovi složeni procesi odvijaju se u biljnim ćelijama u specijalizovanim ćelijskim organelama

Razmjena energije. Lanac transporta protona i elektrona – 5 enzimskih kompleksa. Oksidativna fosforilacija. Oksidativni procesi koji nisu povezani sa skladištenjem energije - mikrosomalna oksidacija, oksidacija slobodnih radikala, reaktivne vrste kiseonika. Antioksidativni sistem

Uvod u bioenergiju

Bioenergija, ili biohemijska termodinamika, proučava energetske transformacije koje prate biohemijske reakcije.

Promjena slobodne energije (∆G) je dio promjene unutrašnje energije sistema koji se može pretvoriti u rad. Drugim riječima, ovo je korisna energija i izražava se jednadžbom

∆G = ∆H - T∆S,

gdje je ∆H promjena entalpije (toplote), T je apsolutna temperatura, ∆S je promjena entropije. Entropija služi kao mjera nereda i haotičnosti sistema i povećava se tokom spontanih procesa.

Ako je vrijednost ∆G negativna, tada se reakcija odvija spontano i praćena je smanjenjem slobodne energije. Takve reakcije se nazivaju exergonic. Ako je vrijednost ∆G pozitivna, tada će se reakcija dogoditi samo kada se slobodna energija dovodi izvana; ova reakcija se zove endergonic. Kada je ∆G jednak nuli, sistem je u ravnoteži. Vrijednost ∆G u standardnim uslovima hemijske reakcije (koncentracija supstanci učesnica 1,0 M, temperatura 25 ºS, pH 7,0) označava se DG 0 ¢ i naziva se standardna slobodna energija reakcije.

Vitalni procesi u tijelu - reakcije sinteze, kontrakcija mišića, provođenje nervnog impulsa, transport kroz membrane - primaju energiju kemijskim spajanjem s oksidativnim reakcijama, koje rezultiraju oslobađanjem energije. One. endergonske reakcije u organizmu su povezane sa eksergonskim (slika 1).

	Eksergonijske reakcije

Fig.1. Konjugacija eksergonijskih procesa sa endergonijskim.

Za spajanje endergoničkih reakcija s eksergoničkim reakcijama potrebni su energetski akumulatori u tijelu, u kojima se pohranjuje otprilike 50% energije.

Akumulatori energije u tijelu

1. Unutrašnja membrana mitohondrija- Ovo je srednji akumulator energije za proizvodnju ATP-a. Zbog energije oksidacije tvari, protoni se „izbacuju“ iz matriksa u intermembranski prostor mitohondrija. Kao rezultat, na unutrašnjoj membrani mitohondrija stvara se elektrohemijski potencijal (ECP). Kada se membrana isprazni, energija elektrohemijskog potencijala se transformiše u energiju ATP: E oksida. ® E exp ® E ATP. Za implementaciju ovog mehanizma, unutrašnja mitohondrijalna membrana sadrži enzimski lanac transporta elektrona za kisik i ATP sintazu (proton-zavisna ATP sintaza).

2. ATP i druga visokoenergetska jedinjenja. Materijalni nosač slobodne energije u organskim supstancama su hemijske veze između atoma. Uobičajeni nivo energije za formiranje ili raspad hemijske veze je ~ 12,5 kJ/mol. Međutim, postoji određeni broj molekula čije se veze hidroliziraju kako bi se oslobodilo više od 21 kJ/mol energije (Tabela 1). To uključuje spojeve sa visokoenergetskom fosfoanhidridnom vezom (ATP), kao i acil fosfate (acetil fosfat, 1,3-bisfosfoglicerat), enol fosfate (fosfoenolpiruvat) i fosfogvanidin (fosfofosfosfosfat).

Tabela 1.

Standardna slobodna energija hidrolize nekih fosforiliranih spojeva

Glavni visokoenergetski spoj u ljudskom tijelu je ATP.

U ATP-u, lanac od tri fosfatna ostatka je vezan za 5'-OH grupu adenozina. Fosfatne (fosforilne) grupe su označene kao a, b i g. Dva ostatka fosforne kiseline su međusobno povezana fosfoanhidridnim vezama, a a-ostatak fosforne kiseline povezan je fosfornom vezom. Hidrolizom ATP-a u standardnim uslovima oslobađa se -30,5 kJ/mol energije.

Pri fiziološkim pH vrijednostima, ATP nosi četiri negativna naboja. Jedan od razloga relativne nestabilnosti fosfoanhidridnih veza je snažno odbijanje negativno nabijenih atoma kisika, koje slabi hidrolitičkom eliminacijom terminalne fosfatne grupe. Stoga su takve reakcije vrlo eksergonične.

U ćelijama, ATP je u kompleksu sa Mg 2+ ili Mn 2+ jonima, koordiniran sa a- i b-fosfatom, što povećava promenu slobodne energije tokom hidrolize ATP-a na 52,5 kJ/mol.

Centralno mjesto u gornjoj skali (tabela 8.3) zauzima ATP ciklus “ADP + pH”. To omogućava ATP-u da bude i univerzalna baterija i univerzalni izvor energije za žive organizme.

U toplokrvnim ćelijama ATP je univerzalna baterija energija se javlja na dva načina:

1) akumulira energiju energetski intenzivnijih jedinjenja koja su na termodinamičkoj skali veća od ATP-a bez učešća O 2 – fosforilacija supstrata : S ~ P + ADP ® S + ATP;

2) akumulira energiju elektrohemijskog potencijala tokom pražnjenja unutrašnje mitohondrijalne membrane – oksidativna fosforilacija .

ATP je univerzalan izvor energije za obavljanje glavnih vrsta rada ćelija (prenos naslednih informacija, mišićna kontrakcija, transmembranski prenos supstanci, biosinteza): 1) ATP + H 2 O®ADP + Rn; 2) ATP + H 2 O ® AMP + PPn.

Tokom intenzivnog vježbanja, stopa korištenja ATP-a može doseći 0,5 kg/min.

Ako je enzimska reakcija termodinamički nepovoljna, onda se može dogoditi kada je povezana s reakcijom hidrolize ATP-a. Hidroliza molekula ATP mijenja ravnotežni omjer supstrata i proizvoda u spregnutoj reakciji za 10 8 puta.

Za kvantificiranje energetskog stanja ćelije koristi se sljedeći indikator: energetski naboj. Mnoge metaboličke reakcije su kontrolirane snabdijevanjem ćelija energijom, što je kontrolirano energetskim nabojem stanice. Energetski naboj može biti u rasponu od 0 (svi AMP) do 1 (svi ATP). Prema D. Atkinsonu, katabolički putevi koji proizvode ATP su inhibirani visokim energetskim nabojem ćelije, a anabolički putevi koji koriste ATP stimulirani su visokim energetskim nabojem ćelije. Oba puta funkcionišu identično pri energetskom naboju blizu 0,9 (tačka ukrštanja na slici 8.3). Posljedično, energetski naboj, kao i pH, je pufer regulator metabolizma (omjer katabolizma i anabolizma). U većini ćelija, energetski naboj varira između 0,80-0,95.

Energetski naboj =

Visokoenergetska jedinjenja takođe uključuju nukleozid trifosfate, koji obezbeđuju energiju za brojne biosinteze: UTP – ugljeni hidrati; CTP - lipidi; GTP - proteini. Kreatin fosfat igra važnu ulogu u bioenergetici mišića.

3. NADPH+H +– smanjeni nikotinamid adenin dinukleotid fosfat. Ovo je posebna visokoenergetska baterija koja se koristi u ćeliji (citosol) za biosintezu. R-CH 3 + NADPH 2 + O 2 ® R-CH 2 OH + H 2 O + NADP + (ovdje je prikazano stvaranje OH grupe u molekulu).

Putevi potrošnje kiseonika (biološka oksidacija)

Biološka oksidacija se zasniva na redoks procesi određeni prenosom elektrona. Supstanca oksidira kada izgubi elektrone ili istovremeno elektrona i protona (atomi vodika, dehidrogenacija) ili dodaje kisik (oksigenacija). Suprotna transformacija je restauracija.

Sposobnost molekula da doniraju elektrone drugom molekulu je određena redoks potencijal(redox potencijal, E 0 ¢, ili ORP). Redox potencijal se određuje mjerenjem elektromotorne sile u voltima. Za standard se uzima redoks potencijal reakcije pri pH 7,0: H 2 « 2H + + 2e - jednak -0,42 V. Što je manji potencijal redoks sistema, lakše se odustaje od elektrona i to je više. redukciono sredstvo. Što je veći potencijal sistema, to su njegova oksidaciona svojstva izraženija, tj. sposobnost prihvatanja elektrona. Ovo pravilo je u osnovi redosleda rasporeda srednjih nosača elektrona od vodonika supstrata do kiseonika.

Prilikom proučavanja oksidativnih procesa u ćelijama, preporučljivo je pridržavati se sljedeće sheme za korištenje kisika (Tablica 2).

tabela 2

Glavni načini na koji se kisik koristi u stanicama

Ovde se razmatraju tri glavna načina: 1) oksidacija supstrata dehidrogenacijom sa prelaskom dva atoma vodika na atom kiseonika sa stvaranjem H 2 O (energija oksidacije se akumulira u obliku ATP-a, više od 90% kiseonika se troši u ovom procesu) ili molekula kiseonika sa stvaranjem H 2 O 2 ; 2) dodavanje atoma kiseonika da bi se formirala hidroksilna grupa (povećanje rastvorljivosti supstrata) ili molekul kiseonika (metabolizam i neutralizacija stabilnih aromatičnih molekula); 3) formiranje slobodnih radikala kiseonika, koji služe i za zaštitu unutrašnje sredine tela od stranih makromolekula i za oštećenje membrana u mehanizmima oksidativnog stresa.

U biohemiji i ćelijskoj biologiji pod tkivno (ćelijsko) disanje razumiju molekularne procese koji rezultiraju apsorpcijom kisika u ćeliji i oslobađanjem ugljičnog dioksida. Ćelijsko disanje uključuje 3 faze. U prvoj fazi, organski molekuli - glukoza, masne kiseline i neke aminokiseline - se oksidiraju u acetil-CoA. U drugoj fazi, acetil-CoA ulazi u TCA ciklus, gdje se njegova acetilna grupa enzimski oksidira u CO 2 i oslobađa se HS-CoA. Energija oslobođena tokom oksidacije pohranjuje se u redukovanim nosačima elektrona NADH i FADH 2 . U trećoj fazi, elektroni se prenose na O 2 kao konačni akceptor kroz lanac transporta elektrona koji se naziva respiratorni lanac ili lanac transporta elektrona (ETC). Kada se elektroni prenose duž respiratornog lanca, oslobađa se velika količina energije koja se koristi za sintezu ATP-a kroz oksidativnu fosforilaciju.

Proces tkivnog disanja procjenjuje se pomoću respiratornog koeficijenta:

RQ = broj nastalih molova CO 2 / broj apsorbovanih molova O 2 .

Ovaj indikator vam omogućava da procijenite vrstu molekula goriva koje tijelo koristi: uz potpunu oksidaciju ugljikohidrata, respiratorni koeficijent je 1, proteini - 0,80, masti - 0,71; sa mješovitom ishranom, vrijednost RQ = 0,85. Varburgova gasometrijska metoda se koristi za proučavanje respiracije tkiva u presjecima organa: pri oksidaciji ugljikohidratnih supstrata koeficijent CO 2 /O 2 teži 1, a pri oksidaciji lipidnih supstrata – 04-07.

CPE je ugrađen u unutrašnju membranu mitohondrija. Elektroni se kreću duž lanca od elektronegativnijih komponenti do elektropozitivnijeg kiseonika: od NADH (-0,32 V) do kiseonika (+0,82 V).

CPE je univerzalni transporter za prijenos elektrona sa oksidacijskih supstrata na kisik, izgrađen u skladu s gradijentom redoks potencijala. Glavne komponente respiratornog lanca raspoređene su u rastućem redoslijedu njihovog redoks potencijala. Tokom procesa prijenosa elektrona duž gradijenta redoks potencijala oslobađa se slobodna energija.

Struktura mitohondrija

Mitohondrije su ćelijske organele.Spoljna membrana je propusna za mnoge male molekule i jone jer sadrži mnogo mitohondrijalnih porina - proteina molekulske težine 30-35 kDa (takođe se naziva VDAC). Električni ovisni anjonski kanali VDAC regulišu protok anjona (fosfata, hlorida, organskih anjona i adenil nukleotida) kroz membranu. Unutrašnja membrana mitohondrija je nepropusna za većinu jona i polarnih molekula. Postoji niz specijalizovanih transportera za ATP, piruvat i citrat kroz unutrašnju mitohondrijalnu membranu. U unutrašnjoj membrani mitohondrija nalazi se površina matriksa (N) i citosolna (P) površina.

Mitohondrije sadrže vlastitu kružnu DNK, koja kodira sintezu niza RNK i proteina. Ljudska mitohondrijska DNK sadrži 16.569 parova baza i kodira 13 proteina lanca transporta elektrona. Mitohondrije također sadrže niz proteina koji su kodirani nuklearnom DNK.

Povezane informacije.

Univerzalni akumulator biološke energije. Svjetlosna energija Sunca i energija sadržana u konzumiranoj hrani pohranjena je u molekulima ATP-a. Zalihe ATP-a u ćeliji su male. Dakle, ATP rezerva u mišićima je dovoljna za 20-30 kontrakcija. Kod intenzivnog, ali kratkotrajnog rada, mišići rade isključivo zbog razgradnje ATP-a koji se nalazi u njima. Nakon završetka posla, osoba teško diše - u tom periodu se razgrađuju ugljikohidrati i druge tvari (akumulira se energija) i obnavlja se opskrba ATP-om u stanicama.

18. CAGE

EUKARIOTI (eukarioti) (od grčkog eu - dobar, potpuno i karyon - jezgro), organizmi (svi osim bakterija, uključujući cijanobakterije), koji, za razliku od prokariota, imaju formirano jezgro ćelije, odvojeno od citoplazme nuklearnom ovojnicom. Genetski materijal je sadržan u hromozomima. Eukariotske ćelije imaju mitohondrije, plastide i druge organele. Seksualni proces je karakterističan.

19. CAGE, elementarni živi sistem, osnova strukture i životne aktivnosti svih životinja i biljaka. Ćelije postoje kao samostalni organizmi (npr. protozoe, bakterije) i kao dio višećelijskih organizama, u kojima se nalaze zametne stanice koje služe za reprodukciju, i tjelesne (somatske), različite po strukturi i funkciji (npr. živčane, koštane , mišićni, sekretorni). Veličina ćelija varira od 0,1-0,25 mikrona (neke bakterije) do 155 mm (nojevo jaje u ljusci).

Kod ljudi, u tijelu novorođenčeta, cca. 2·1012. Svaka ćelija ima dva glavna dijela: jezgro i citoplazmu, koja sadrži organele i inkluzije. Biljne ćelije su obično prekrivene tvrdom membranom. Nauka o ćelijama je citologija.

PROKARIOTI (od latinskog pro - naprijed, umjesto i grčkog karyon - jezgro), organizmi koji, za razliku od eukariota, nemaju formirano ćelijsko jezgro. Genetski materijal u obliku kružnog DNK lanca leži slobodan u nukleotidu i ne formira prave hromozome. Ne postoji tipičan seksualni proces. Prokarioti uključuju bakterije, uključujući cijanobakterije (plavo-zelene alge). U sistemu organskog svijeta, prokarioti čine nadkraljevstvo.

20. PLAZMA MEMBRANA(ćelijska membrana, plazmalema), biološka membrana koja okružuje protoplazmu biljnih i životinjskih ćelija. Učestvuje u regulaciji metabolizma između ćelije i okoline.

21. ĆELIČNE INKLUZIJE- akumulacije rezervnih nutrijenata: proteina, masti i ugljenih hidrata.

22. GOLGI APART(Golgijev kompleks) (nazvan po K. Golgiju), ćelijska organela uključena u formiranje njenih metaboličkih proizvoda (razne sekrecije, kolagen, glikogen, lipidi itd.) i u sintezu glikoproteina.

23 LIZOZOMI(od lys. i grčkog soma - tijelo), ćelijske strukture koje sadrže enzime sposobne da razgrađuju (liziraju) proteine, nukleinske kiseline, polisaharide. Sudjeluju u unutarćelijskoj probavi tvari koje ulaze u ćeliju putem fagocitoze i pinocitoze.

24. MITOHONDRIJE okruženo vanjskom membranom i stoga već odjeljkom, odvojeno od okolne citoplazme; Osim toga, unutrašnji prostor mitohondrija je također podijeljen na dva odjeljka pomoću unutrašnje membrane. Vanjska membrana mitohondrija je po sastavu vrlo slična membranama endoplazmatskog retikuluma; unutrašnja mitohondrijalna membrana, koja formira nabore (kriste), vrlo je bogata proteinima - možda je ovo jedna od najbogatijih membrana u ćeliji; među njima su proteini "respiratornog lanca" odgovorni za prijenos elektrona; proteini nosači za ADP, ATP, kiseonik, CO u nekim organskim molekulima i jonima. Proizvodi glikolize koji ulaze u mitohondrije iz citoplazme oksidiraju se u unutrašnjem odjeljku mitohondrija.

Proteini odgovorni za prijenos elektrona nalaze se u membrani tako da se u procesu prijenosa elektrona protoni izbacuju s jedne strane membrane – ulaze u prostor između vanjske i unutrašnje membrane i tamo se akumuliraju. Ovo rezultira elektrohemijskim potencijalom (zbog razlika u koncentraciji i naelektrisanju). Ova razlika se održava zbog najvažnijeg svojstva unutrašnje mitohondrijalne membrane - nepropusna je za protone. To jest, u normalnim uslovima, sami protoni ne mogu proći kroz ovu membranu. Ali sadrži posebne proteine, odnosno proteinske komplekse, koji se sastoje od mnogih proteina i formiraju kanal za protone. Protoni prolaze kroz ovaj kanal pod pokretačkom silom elektrohemijskog gradijenta. Energiju ovog procesa koristi enzim sadržan u istim proteinskim kompleksima i sposoban da veže fosfatnu grupu na adenozin difosfat (ADP), što dovodi do sinteze ATP-a.

Mitohondrije tako igraju ulogu “energetske stanice” u ćeliji. Princip formiranja ATP-a u hloroplastima biljnih ćelija je uglavnom isti – upotreba protonskog gradijenta i pretvaranje energije elektrohemijskog gradijenta u energiju hemijskih veza.

25. PLASTIDI(od grčkog plastos - oblikovan), citoplazmatske organele biljnih ćelija. Često sadrže pigmente koji određuju boju plastida. Kod viših biljaka zeleni plastidi su hloroplasti, bezbojni su leukoplasti, a različito obojeni su hromoplasti; U većini algi plastidi se nazivaju hromatofori.

26. CORE- najvažniji deo ćelije. Prekriven je dvostrukom membranom s porama, kroz koje neke tvari prodiru u jezgro, dok druge ulaze u citoplazmu. Hromozomi su glavne strukture jezgra, nosioci nasljednih informacija o karakteristikama organizma. Prenosi se tokom diobe matične ćelije na ćerke ćelije, a sa zametnim ćelijama na ćerke organizme. Jezgro je mjesto sinteze DNK i mRNA. rRNA.

28. FAZE MITOZE(profaza, meta-faza, anafaza, telofaza) - niz uzastopnih promjena u ćeliji: a) spiralizacija hromozoma, otapanje nuklearne membrane i nukleola; b) formiranje vretena, položaj hromozoma u centru ćelije, vezanje niti vretena za njih c) divergencija hromatida na suprotnim polovima ćelije (oni postaju hromozomi);

d) formiranje ćelijskog septuma, podjela citoplazme i njenih organela, formiranje jezgrenog omotača, pojava dvije ćelije iz jedne sa istim skupom hromozoma (po 46 u majčinoj i ćerki ljudskim ćelijama).

ATP je univerzalna energetska "valuta" ćelije. Jedan od najneverovatnijih „izumi“ prirode su molekuli takozvanih „makroergijskih“ supstanci, u čijoj hemijskoj strukturi postoji jedna ili više veza koje deluju kao uređaji za skladištenje energije. U prirodi je pronađeno nekoliko sličnih molekula, ali samo jedan od njih se nalazi u ljudskom tijelu - adenozin trifosforna kiselina (ATP). Ovo je prilično složena organska molekula na koju su vezana 3 negativno nabijena ostatka neorganske fosforne kiseline PO. Upravo su ti ostaci fosfora povezani sa organskim dijelom molekule „makroergijskim“ vezama, koje se lako uništavaju tijekom različitih unutarćelijskih reakcija. Međutim, energija ovih veza se ne raspršuje u prostoru u obliku toplote, već se koristi za kretanje ili hemijsku interakciju drugih molekula. Zahvaljujući ovom svojstvu ATP u ćeliji obavlja funkciju univerzalnog uređaja za pohranu energije (akumulatora), kao i univerzalne "valute". Na kraju krajeva, skoro svaka hemijska transformacija koja se dogodi u ćeliji apsorbuje ili oslobađa energiju. Prema zakonu održanja energije, ukupna količina energije koja nastaje kao rezultat oksidativnih reakcija i pohranjena u obliku ATP-a jednaka je količini energije koju ćelija može iskoristiti za svoje sintetičke procese i obavljanje bilo koje funkcije. . Kao "plaćanje" za mogućnost da izvrši ovu ili onu radnju, ćelija je prisiljena potrošiti svoje zalihe ATP-a. Posebno treba naglasiti: molekula ATP-a je toliko velika da ne može proći kroz ćelijsku membranu. Stoga, ATP proizveden u jednoj ćeliji ne može se koristiti od strane druge ćelije. Svaka stanica tijela prisiljena je samostalno sintetizirati ATP za svoje potrebe u količinama u kojima je potrebna za obavljanje svojih funkcija.

Tri izvora resinteze ATP-a u ljudskim ćelijama. Očigledno, daleki preci ćelija ljudskog tijela postojali su prije mnogo milijuna godina okruženi biljnim stanicama, koje su ih opskrbljivale ugljikohidratima u izobilju, dok je kisika bilo malo ili nimalo. Upravo su ugljikohidrati najkorištenija komponenta nutrijenata za proizvodnju energije u tijelu. I iako je većina stanica ljudskog tijela stekla sposobnost korištenja proteina i masti kao energetskih sirovina, neke (na primjer, živčane, crvena krv, muške reproduktivne) stanice su sposobne proizvoditi energiju samo oksidacijom ugljikohidrata.

Procesi primarne oksidacije ugljikohidrata - odnosno glukoze, koja je, zapravo, glavni supstrat oksidacije u stanicama - odvijaju se direktno u citoplazmi: tamo se nalaze enzimski kompleksi, zbog kojih je molekula glukoze djelomično uništena, a oslobođena energija se pohranjuje u obliku ATP-a. Ovaj proces se naziva glikoliza, može se odvijati u svim ćelijama ljudskog tijela bez izuzetka. Kao rezultat ove reakcije, dva 3-ugljična molekula pirogrožđane kiseline i dva molekula ATP-a nastaju iz jedne 6-ugljične molekule glukoze.

Glikoliza je vrlo brz, ali relativno neefikasan proces. Pirogrožđana kiselina, nastala u ćeliji nakon završetka reakcija glikolize, gotovo se odmah pretvara u mliječnu kiselinu, a ponekad (na primjer, pri teškom mišićnom radu) se oslobađa u krv u vrlo velikim količinama, budući da je to mali molekul koji može slobodno prolaze kroz ćelijsku membranu. Ovako masovno oslobađanje kiselih metaboličkih produkata u krv narušava homeostazu i tijelo mora uključiti posebne homeostatske mehanizme kako bi se izborilo s posljedicama mišićnog rada ili drugog aktivnog djelovanja.

Pirogrožđana kiselina nastala kao rezultat glikolize još uvijek sadrži dosta potencijalne kemijske energije i može poslužiti kao supstrat za dalju oksidaciju, ali za to su potrebni posebni enzimi i kisik. Ovaj proces se odvija u mnogim ćelijama koje sadrže posebne organele - mitohondrije. Unutrašnja površina mitohondrijalnih membrana je sastavljena od velikih molekula lipida i proteina, uključujući veliki broj oksidativnih enzima. Molekule sa tri ugljika formirane u citoplazmi prodiru unutar mitohondrija - obično octena kiselina (acetat). Tamo su uključeni u kontinuirani ciklus reakcija, tokom kojih se atomi ugljika i vodika naizmjenično odvajaju od ovih organskih molekula, koji se, spajajući se s kisikom, pretvaraju u ugljični dioksid i vodu. Ove reakcije oslobađaju veliku količinu energije, koja se pohranjuje u obliku ATP-a. Svaki molekul pirogrožđane kiseline, nakon što je prošao puni ciklus oksidacije u mitohondrijima, omogućava ćeliji da dobije 17 molekula ATP-a. Dakle, potpuna oksidacija 1 molekula glukoze daje ćeliji 2+17x2 = 36 ATP molekula. Jednako je važno da proces mitohondrijalne oksidacije može uključivati ​​i masne kiseline i aminokiseline, odnosno komponente masti i proteina. Zahvaljujući ovoj sposobnosti, mitohondrije čine ćeliju relativno nezavisnom od hrane koju tijelo jede: u svakom slučaju će se proizvesti potrebna količina energije.

Dio energije je pohranjen u ćeliji u obliku manjeg i pokretljivijeg molekula, kreatin fosfata (CrP), od ATP-a. To je ovaj mali molekul koji se može brzo kretati s jednog kraja ćelije na drugi – tamo gdje je energija trenutno najpotrebnija. KrF sam po sebi ne može dati energiju procesima sinteze, mišićne kontrakcije ili provođenja nervnog impulsa: za to je potreban ATP. No, s druge strane, KrP je lako i praktično bez gubitaka sposoban svu energiju koja se nalazi u njemu predati molekulu adenazin difosfata (ADP), koji se odmah pretvara u ATP i spreman je za daljnje biokemijske transformacije.

Dakle, energija koja se troši tokom funkcionisanja ćelije, tj. ATP se može obnoviti zahvaljujući tri glavna procesa: anaerobnoj (bez kisika) glikolizi, aerobnoj (uz sudjelovanje kisika) mitohondrijalnoj oksidaciji, a također i zbog prijenosa fosfatne grupe sa CrP na ADP.

Izvor kreatin fosfata je najmoćniji, jer se reakcija kreatin fosfata sa ADP odvija vrlo brzo. Međutim, rezerva CrF-a u ćeliji je obično mala - na primjer, mišići mogu raditi uz maksimalni napor zbog CrF-a ne duže od 6-7 s. Ovo je obično dovoljno da pokrene drugi najmoćniji - glikolitički - izvor energije. U ovom slučaju resurs nutrijenata je višestruko veći, ali kako rad napreduje, homeostaza postaje sve više naglašena zbog stvaranja mliječne kiseline, a ako takav rad obavljaju veliki mišići, ne može trajati duže od 1,5-2 minute. Ali za to vrijeme mitohondrije su gotovo potpuno aktivirane, koje su sposobne sagorijevati ne samo glukozu, već i masne kiseline, čija je zaliha u tijelu gotovo neiscrpna. Dakle, aerobni mitohondrijski izvor može raditi jako dugo, iako je njegova snaga relativno mala - 2-3 puta manja od glikolitičkog izvora i 5 puta manja od snage izvora kreatin fosfata.

Osobine organizacije proizvodnje energije u različitim tkivima tijela. Različita tkiva imaju različite nivoe mitohondrija. Najmanje ih ima u kostima i bijeloj masti, najviše u smeđoj masti, jetri i bubrezima. U nervnim ćelijama ima dosta mitohondrija. Mišići nemaju visoku koncentraciju mitohondrija, ali zbog činjenice da su skeletni mišići najmasivnije tkivo tijela (oko 40% tjelesne težine odrasle osobe), potrebe mišićnih stanica u velikoj mjeri određuju intenzitet i smjer svih procesa energetskog metabolizma. I. A. Arshavsky je ovo nazvao "energetskim pravilom skeletnih mišića".

S godinama se mijenjaju dvije važne komponente energetskog metabolizma odjednom: mijenja se odnos masa tkiva s različitim metaboličkim aktivnostima, kao i sadržaj najvažnijih oksidativnih enzima u tim tkivima. Kao rezultat toga, energetski metabolizam prolazi kroz prilično složene promjene, ali općenito njegov intenzitet opada s godinama, i to prilično značajno.

Energetski metabolizam

Energetski metabolizam predstavlja najintegralniju funkciju tijela. Svaka sinteza, aktivnost bilo kojeg organa, bilo koja funkcionalna aktivnost neminovno utječe na energetski metabolizam, jer prema zakonu održanja, koji nema izuzetaka, svaki čin povezan s transformacijom tvari je praćen trošenjem energije.

Troškovi energije Tijelo se sastoji od tri nejednaka dijela bazalnog metabolizma, snabdijevanja funkcijama energijom, kao i potrošnje energije za rast, razvoj i adaptivne procese. Odnos između ovih delova određen je stepenom individualnog razvoja i specifičnim uslovima (tabela 2).

Bazalni metabolizam- ovo je minimalni nivo proizvodnje energije koji uvek postoji, bez obzira na funkcionalnu aktivnost organa i sistema, i nikada nije jednak nuli. Bazalni metabolizam se sastoji od tri glavne vrste potrošnje energije: minimalni nivo funkcija, uzaludni ciklusi i reparativni procesi.

Minimalne energetske potrebe organizma. Pitanje minimalnog nivoa funkcija je sasvim očito: čak i u uvjetima potpunog odmora (na primjer, miran san), kada na tijelo ne djeluju nikakvi aktivacijski faktori, potrebno je održavati određenu aktivnost mozga i endokrinih žlijezda, jetra i gastrointestinalni trakt, srce i krvni sudovi, respiratorni mišići i plućno tkivo, tonik i glatki mišići itd.

Uzaludni ciklusi. Manje je poznato da se u svakoj ćeliji tijela kontinuirano odvijaju milijuni cikličkih biokemijskih reakcija, uslijed kojih se ništa ne proizvodi, ali je za njihovo provođenje potrebna određena količina energije. To su takozvani uzaludni ciklusi, procesi koji održavaju „borbenu efikasnost“ ćelijskih struktura u nedostatku stvarnog funkcionalnog zadatka. Poput okretnog vrha, uzaludni ciklusi daju stabilnost ćeliji i svim njenim strukturama. Potrošnja energije za održavanje svakog od uzaludnih ciklusa je mala, ali ih ima mnogo, a to na kraju rezultira prilično primjetnim udjelom bazalnih troškova energije.

Reparativni procesi. Brojni složeno organizirani molekuli uključeni u metaboličke procese prije ili kasnije počinju da se oštećuju, gube svoja funkcionalna svojstva ili čak dobivaju toksična. Potreban je kontinuirani "rad popravke i restauracije", uklanjanje oštećenih molekula iz ćelije i sintetiziranje novih na njihovom mjestu, identičnih prethodnim. Takvi reparativni procesi odvijaju se stalno u svakoj ćeliji, budući da životni vijek bilo kojeg proteinskog molekula obično ne prelazi 1-2 sedmice, a u svakoj ćeliji ih ima na stotine miliona. Čimbenici okoliša - nepovoljna temperatura, povećano pozadinsko zračenje, izloženost toksičnim tvarima i još mnogo toga - mogu značajno skratiti život složenih molekula i kao rezultat toga povećati stres reparativnih procesa.

Minimalni nivo funkcionisanja tkiva višećelijskog organizma. Funkcionisanje ćelije je uvek izvesno eksterni rad. Za mišićnu ćeliju to je njena kontrakcija, za živčanu ćeliju je to proizvodnja i provođenje električnog impulsa, za žljezdanu ćeliju je proizvodnja sekrecije i čin sekrecije, za epitelnu ćeliju je pinocitoza ili neki drugi oblik interakcije sa okolnim tkivima i biološkim tečnostima. Naravno, bilo koji posao se ne može izvesti bez trošenja energije na njegovu provedbu. Ali svaki rad, osim toga, dovodi do promjene unutrašnjeg okruženja tijela, budući da otpadni proizvodi aktivne ćelije mogu biti od značaja za druge ćelije i tkiva. Stoga je drugi ešalon potrošnje energije pri obavljanju funkcije povezan s aktivnim održavanjem homeostaze, koja ponekad troši vrlo značajan dio energije. U međuvremenu, ne mijenja se samo sastav unutrašnjeg okruženja kako se izvršavaju funkcionalni zadaci, strukture se često mijenjaju, a često i ka uništenju. Dakle, pri kontrakciji skeletnih mišića (čak i pri slabom intenzitetu) uvijek dolazi do pucanja mišićnih vlakana, tj. integritet forme je narušen. Tijelo ima posebne mehanizme za održavanje postojanosti oblika (homeomorfoza), osiguravajući brzu obnovu oštećenih ili izmijenjenih struktura, ali to opet troši energiju. I konačno, za organizam u razvoju vrlo je važno održati glavne trendove njegovog razvoja, bez obzira na to koje funkcije moraju biti aktivirane kao rezultat izlaganja specifičnim uvjetima. Održavanje istog pravca i kanala razvoja (homeorez) je još jedan oblik potrošnje energije pri aktiviranju funkcija.

Za organizam u razvoju važna stavka potrošnje energije je sam rast i razvoj. Međutim, za bilo koji organizam, uključujući i zreli, procesi adaptivnog restrukturiranja nisu ništa manje energetski intenzivni po volumenu i vrlo slični u suštini. Ovdje je potrošnja energije usmjerena na aktiviranje genoma, uništavanje zastarjelih struktura (katabolizam) i sinteze (anabolizam).

Troškovi bazalnog metabolizma i troškovi rasta i razvoja značajno se smanjuju s godinama, a troškovi obavljanja funkcija postaju kvalitativno drugačiji. Budući da je metodički izuzetno teško razdvojiti bazalnu potrošnju energije i potrošnju energije u procese rasta i razvoja, oni se obično smatraju zajedno pod nazivom "BX".

Starosna dinamika bazalnog metabolizma. Još od vremena M. Rubnera (1861) poznato je da kod sisara, kako se povećava tjelesna masa, intenzitet proizvodnje topline po jedinici mase opada; dok iznos razmjene izračunat po jedinici površine ostaje konstantan („pravilo površine“). Ove činjenice još uvijek nemaju zadovoljavajuće teorijsko objašnjenje, te se stoga koriste empirijske formule za izražavanje odnosa između veličine tijela i brzine metabolizma. Za sisare, uključujući ljude, trenutno se najčešće koristi formula M. Kleibera:

M= 67,7·R 0,75 kcal/dan,

gdje je M proizvodnja topline cijelog organizma, a P tjelesna težina.

Međutim, promjene bazalnog metabolizma povezane sa godinama ne mogu se uvijek opisati ovom jednačinom. Tokom prve godine života, proizvodnja toplote se ne smanjuje, kao što bi zahtevala Kleiberova jednačina, već ostaje na istom nivou ili čak neznatno raste. Samo u dobi od godinu dana postiže se približno ista metabolička stopa (55 kcal/kg·dan), što je „pretpostavljeno“ Kleiberovom jednačinom za organizam od 10 kg. Tek od treće godine, intenzitet bazalnog metabolizma počinje postepeno opadati i dostiže nivo odrasle osobe - 25 kcal / kg · dan - tek tokom puberteta.

Troškovi energije procesa rasta i razvoja.Često je povećan bazalni metabolizam kod djece povezan s troškovima rasta. Međutim, tačna mjerenja i proračuni provedeni posljednjih godina pokazali su da čak i najintenzivniji procesi rasta u prva 3 mjeseca života ne zahtijevaju više od 7-8% dnevne potrošnje energije, a nakon 12 mjeseci ne prelaze 1 %. Štaviše, najveći nivo potrošnje energije djetetovog tijela bilježi se u dobi od 1 godine, kada stopa rasta postaje 10 puta niža nego u dobi od šest mjeseci. Pokazalo se da su te faze ontogeneze znatno „energetski intenzivnije“ kada se stopa rasta smanjuje i dolazi do značajnih kvalitativnih promjena u organima i tkivima zbog procesa ćelijske diferencijacije. Posebne studije biokemičara pokazale su da u tkivima koja ulaze u fazu procesa diferencijacije (na primjer, u mozgu), sadržaj mitohondrija naglo raste, a posljedično se povećava oksidativni metabolizam i proizvodnja topline. Biološki smisao ovog fenomena je da u procesu diferencijacije ćelije nastaju nove strukture, novi proteini i drugi veliki molekuli koje ćelija ranije nije mogla da proizvede. Kao i svaki novi posao, ovo zahtijeva posebnu potrošnju energije, dok su procesi rasta ustaljena „serijska proizvodnja“ proteina i drugih makromolekula u ćeliji.

U procesu daljeg individualnog razvoja uočava se smanjenje intenziteta bazalnog metabolizma. Pokazalo se da se doprinos različitih organa bazalnom metabolizmu mijenja s godinama. Na primjer, mozak (koji daje značajan doprinos bazalnom metabolizmu) čini 12% tjelesne težine novorođenčadi, ali samo 2% kod odrasle osobe. Neravnomjerno rastu i unutrašnji organi, koji, kao i mozak, imaju vrlo visok nivo energetskog metabolizma čak i u mirovanju - 300 kcal/kg dnevno. Istovremeno, mišićno tkivo, čija se relativna količina gotovo udvostručuje tokom postnatalnog razvoja, karakteriše veoma nizak nivo metabolizma u mirovanju - 18 kcal/kg dnevno. Kod odrasle osobe, mozak učestvuje sa oko 24% bazalnog metabolizma, jetra - 20%, srce - 10% i skeletni mišići - 28%. Kod jednogodišnjeg djeteta, mozak učestvuje sa 53% bazalnog metabolizma, jetra učestvuje sa oko 18%, a skeletni mišići samo 8%.

Metabolizam u mirovanju kod djece školskog uzrasta. Mjerenje bazalnog metabolizma može se obaviti samo u klinici: za to su potrebni posebni uslovi. Ali metabolizam u mirovanju može se izmjeriti kod svake osobe: dovoljno je da bude u stanju gladovanja i ostane u mišićnom mirovanju nekoliko desetina minuta. Brzina metabolizma u mirovanju je nešto viša od bazalne brzine metabolizma, ali ova razlika nije fundamentalna. Dinamika starosnih promjena u metabolizmu u mirovanju nije ograničena na jednostavno smanjenje brzine metabolizma. Periodi karakterizirani brzim smanjenjem brzine metabolizma praćeni su dobnim intervalima u kojima se metabolizam u mirovanju stabilizuje.

U ovom slučaju otkriva se bliska veza između prirode promjena u brzini metabolizma i brzine rasta (vidi sliku 8 na str. 57). Trake na slici pokazuju relativno godišnje povećanje tjelesne težine. Ispostavilo se da što je veća relativna stopa rasta, to je veće smanjenje stope metabolizma u mirovanju tokom ovog perioda.

Prikazana slika pokazuje još jednu osobinu – izrazite polne razlike: djevojčice u ispitivanom starosnom rasponu su oko godinu dana ispred dječaka u pogledu promjena u stopama rasta i stopi metabolizma. Istovremeno, utvrđena je bliska veza između intenziteta metabolizma u mirovanju i brzine rasta djece tokom naglog rasta - od 4 do 7 godina. U istom periodu počinje zamjena mliječnih zuba trajnim, što može poslužiti i kao jedan od pokazatelja morfofunkcionalnog sazrijevanja.

U procesu daljeg razvoja nastavlja se smanjenje intenziteta bazalnog metabolizma, a sada u bliskoj vezi sa procesima puberteta. U ranim fazama puberteta, metabolička stopa adolescenata je otprilike 30% viša nego kod odraslih. Oštar pad indikatora počinje u III fazi, kada se aktiviraju gonade, i nastavlja se do početka puberteta. Kao što je poznato, pubertetski nalet rasta poklapa se i sa postizanjem III faze puberteta, tj. iu ovom slučaju ostaje obrazac smanjenja brzine metabolizma u periodima najintenzivnijeg rasta.

Dječaci u ovom periodu zaostaju oko godinu dana za djevojčicama u svom razvoju. U skladu sa ovom činjenicom, intenzitet metaboličkih procesa kod dječaka je uvijek veći nego kod djevojčica istog kalendarskog uzrasta. Ove razlike su male (5-10%), ali stabilne tokom čitavog perioda puberteta.

Termoregulacija

Termoregulaciju, tj. održavanje konstantne temperature jezgra tijela, određuju dva glavna procesa: proizvodnja topline i prijenos topline. Proizvodnja topline (termogeneza) ovisi prije svega o intenzitetu metaboličkih procesa, dok je prijenos topline određen toplinskom izolacijom i cijelim kompleksom prilično složenih fizioloških mehanizama, uključujući vazomotorne reakcije, aktivnost vanjskog disanja i znojenje. S tim u vezi, termogeneza se klasifikuje kao mehanizam hemijske termoregulacije, a metode promene prenosa toplote su klasifikovane kao mehanizmi fizičke termoregulacije. S godinama se mijenjaju i ovi i drugi mehanizmi, kao i njihov značaj u održavanju stabilne tjelesne temperature.

Starosni razvoj termoregulacionih mehanizama.Čisto fizički zakoni dovode do činjenice da kako se povećava masa i apsolutna veličina tijela, doprinos kemijske termoregulacije opada. Tako je kod novorođene djece vrijednost termoregulacijske proizvodnje topline približno 0,5 kcal/kg h st., a kod odrasle osobe 0,15 kcal/kg h st.

Kada temperatura okoline padne, novorođeno dijete može povećati proizvodnju topline na gotovo iste vrijednosti kao odrasla osoba - do 4 kcal/kg h. Međutim, zbog niske toplotne izolacije (0,15 stepeni m 2 h/kcal), raspon hemijske termoregulacije kod novorođenčeta je vrlo mali - ne više od 5°. Treba uzeti u obzir da je kritična temperatura ( Th), na kojoj se termogeneza uključuje, iznosi +33 °C za donošenu bebu, a u odrasloj dobi pada na +27...+23 °C. Međutim, u odjeći, čija je toplinska izolacija obično 2,5 KLO, odnosno 0,45 deg m 2 h/kcal, kritična temperatura pada na +20 °C, tako da je dijete u svojoj uobičajenoj odjeći na sobnoj temperaturi u termoneutralnom okruženju, tj. u uslovima koji ne zahtevaju dodatne troškove za održavanje telesne temperature.

Samo tokom postupka presvlačenja kako bi se spriječilo hlađenje, dijete u prvim mjesecima života treba uključiti dovoljno moćne mehanizme proizvodnje topline. Štoviše, djeca ovog uzrasta imaju posebne, specifične mehanizme termogeneze koji su odsutni kod odraslih. Odrasla osoba počinje da drhti kao odgovor na hlađenje, uključujući takozvanu „kontraktilnu“ termogenezu, tj. dodatnu proizvodnju topline u skeletnim mišićima (hladno drhtanje). Dizajnerske karakteristike dječjeg tijela čine ovaj mehanizam proizvodnje topline neučinkovitim, pa se kod djece aktivira takozvana "nekontraktilna" termogeneza, lokalizirana ne u skeletnim mišićima, već u potpuno različitim organima.

To su unutrašnji organi (prvenstveno jetra) i posebno smeđe masno tkivo, zasićeno mitohondrijama (zbog toga je smeđa boja) i sa visokim energetskim sposobnostima. Aktiviranje proizvodnje toplote smeđe masti kod zdravog djeteta može se primijetiti povećanjem temperature kože u onim dijelovima tijela gdje se smeđa mast nalazi površnije - međulopatičnom području i vratu. Promjenom temperature u ovim područjima može se suditi o stanju termoregulacijskih mehanizama djeteta i stepenu njegovog otvrdnjavanja. Takozvani "vrući potiljak" djeteta u prvim mjesecima života povezan je upravo sa aktivnošću smeđe masti.

Tokom prve godine života smanjuje se aktivnost hemijske termoregulacije. Kod djeteta od 5-6 mjeseci značajno se povećava uloga fizičke termoregulacije. S godinama glavnina smeđe masti nestaje, ali i prije 3. godine ostaje reakcija najvećeg dijela smeđe masti, međulopatične. Postoje izvještaji da kod odraslih koji rade na otvorenom na sjeveru, smeđe masno tkivo nastavlja aktivno funkcionirati. U normalnim uslovima, kod deteta starijeg od 3 godine, aktivnost nekontraktilne termogeneze je ograničena, a specifična kontraktilna aktivnost skeletnih mišića – mišićni tonus i mišićni tremor – počinje da igra dominantnu ulogu u povećanju proizvodnje toplote kada hemijski termoregulacija se aktivira. Ako se takvo dijete nađe u uslovima normalne sobne temperature (+20°C) u kratkim hlačama i majici, u 80 slučajeva od 100 aktivira se njegova proizvodnja topline.

Intenziviranje procesa rasta tokom rasta (5-6 godina) dovodi do povećanja dužine i površine udova, čime se obezbeđuje regulisana razmena toplote između tela i okoline. To zauzvrat dovodi do činjenice da se, počevši od 5,5-6 godina (posebno jasno kod djevojčica), javljaju značajne promjene u termoregulatornoj funkciji. Povećava se toplinska izolacija tijela, a aktivnost hemijske termoregulacije značajno se smanjuje. Ova metoda regulacije tjelesne temperature je ekonomičnija i upravo ona postaje preovlađujuća u daljnjem uzrastu. Ovaj period razvoja termoregulacije je osjetljiv na postupke očvršćavanja.

S početkom puberteta počinje sljedeća faza u razvoju termoregulacije, koja se očituje u raspadu funkcionalnog sistema u nastajanju. Kod djevojčica od 11-12 godina i dječaka od 13 godina, uprkos kontinuiranom smanjenju stope metabolizma u mirovanju, ne dolazi do odgovarajućeg prilagođavanja vaskularne regulacije. Tek u adolescenciji nakon puberteta sposobnost termoregulacije dostiže definitivan nivo razvoja. Povećanje toplinske izolacije vlastitih tjelesnih tkiva omogućava vam da bez uključivanja kemijske termoregulacije (tj. dodatne proizvodnje topline) čak i kada se temperatura okoline smanji za 10-15 °C. Ova reakcija organizma je prirodno ekonomičnija i efikasnija.

Ishrana

Sve tvari neophodne ljudskom tijelu, koje se koriste za proizvodnju energije i izgradnju vlastitog tijela, potiču iz okoline. Kako dijete raste, do kraja prve godine života sve više prelazi na samostalnu prehranu, a nakon 3 godine ishrana djeteta se ne razlikuje mnogo od prehrane odrasle osobe.

Strukturne komponente nutrijenata. Ljudska hrana može biti biljnog ili životinjskog porijekla, ali bez obzira na to, sastoji se od istih klasa organskih jedinjenja – proteina, masti i ugljikohidrata. Zapravo, ove iste klase jedinjenja u osnovi čine samo ljudsko tijelo. Istovremeno, postoje razlike između životinjske i biljne hrane, i to prilično važne.

Ugljikohidrati. Najčešća komponenta biljne hrane su ugljikohidrati (najčešće u obliku škroba), koji čine osnovu za snabdijevanje ljudskog tijela energijom. Za odraslu osobu potrebno je unositi ugljikohidrate, masti i proteine ​​u omjeru 4:1:1. Budući da su metabolički procesi kod djece intenzivniji, uglavnom zbog metaboličke aktivnosti mozga, koji se hrani gotovo isključivo ugljikohidratima, djeca bi trebala primati više ugljikohidratne hrane – u omjeru 5:1:1. U prvim mjesecima života dijete ne prima biljnu hranu, ali ljudsko mlijeko sadrži relativno puno ugljikohidrata: otprilike je isto masnoće kao i kravlje mlijeko, sadrži 2 puta manje proteina, ali 2 puta više ugljikohidrata. Odnos ugljenih hidrata, masti i proteina u majčinom mleku je približno 5:2:1. Vještačke formule za ishranu djece u prvim mjesecima života pripremaju se na bazi približno polurazrijeđenog kravljeg mlijeka sa dodatkom fruktoze, glukoze i drugih ugljikohidrata.

Masti. Biljna hrana retko je bogata mastima, ali su komponente sadržane u biljnim mastima izuzetno neophodne ljudskom organizmu. Za razliku od životinjskih masti, biljne masti sadrže mnogo takozvanih polinezasićenih masnih kiselina. To su dugolančane masne kiseline koje u svojoj strukturi imaju dvostruke hemijske veze. Takve molekule koriste ljudske stanice za izgradnju staničnih membrana, u kojima imaju stabilizirajuću ulogu, štiteći stanice od invazije agresivnih molekula i slobodnih radikala. Zahvaljujući ovom svojstvu, biljne masti imaju antikancerogeno, antioksidativno i antiradikalno djelovanje. Osim toga, u biljnim mastima obično se rastvaraju velike količine vrijednih vitamina A i E. Još jedna prednost biljnih masti je odsustvo kolesterola koji se može taložiti u ljudskim krvnim sudovima i uzrokovati njihove sklerotične promjene. Životinjske masti, naprotiv, sadrže značajnu količinu holesterola, ali praktički ne sadrže vitamine i polinezasićene masne kiseline. Međutim, životinjske masti su neophodne i ljudskom organizmu, jer predstavljaju važnu komponentu snabdevanja energijom, a osim toga sadrže i lipokinine, koji pomažu telu da apsorbuje i prerađuje sopstvenu masnoću.

Vjeverice. Biljni i životinjski proteini se takođe značajno razlikuju po svom sastavu. Iako su svi proteini napravljeni od aminokiselina, neke od ovih esencijalnih gradivnih blokova ljudske ćelije mogu sintetizirati, dok druge ne. Ovih potonjih je malo, svega 4-5 vrsta, ali se ničim ne mogu zamijeniti, zbog čega se zovu esencijalne aminokiseline. Biljna hrana ne sadrži gotovo nikakve esencijalne aminokiseline - samo mahunarke i soja sadrže male količine. U međuvremenu, ove tvari su široko zastupljene u mesu, ribi i drugim proizvodima životinjskog porijekla. Nedostatak nekih esencijalnih aminokiselina oštro negativno utiče na dinamiku procesa rasta i razvoj mnogih funkcija, a najviše na razvoj djetetovog mozga i inteligencije. Iz tog razloga, djeca koja pate od dugotrajne pothranjenosti u ranoj dobi često ostaju mentalno hendikepirana do kraja života. Zbog toga se djeca nikada ne smiju ograničavati u konzumaciji životinjske hrane: najmanje mlijeka i jaja, kao i ribe. Očigledno je ista okolnost povezana s činjenicom da djeca mlađa od 7 godina, prema kršćanskim tradicijama, ne bi trebala postiti, odnosno odbijati hranu životinjskog porijekla.

Makro- i mikroelementi. Prehrambeni proizvodi sadrže skoro sve hemijske elemente poznate nauci, sa mogućim izuzetkom radioaktivnih i teških metala, kao i inertnih gasova. Neki elementi, kao što su ugljenik, vodonik, azot, kiseonik, fosfor, kalcijum, kalijum, natrijum i neki drugi, nalaze se u svim prehrambenim proizvodima i ulaze u organizam u veoma velikim količinama (desetine i stotine grama dnevno). Takve supstance se obično nazivaju makroelementi. Drugi se nalaze u hrani u mikroskopskim dozama, zbog čega se nazivaju elementima u tragovima. To su jod, fluor, bakar, kobalt, srebro i mnogi drugi elementi. Mikroelementi često uključuju gvožđe, iako je njegova količina u organizmu prilično velika, jer gvožđe igra ključnu ulogu u prenosu kiseonika unutar organizma. Nedostatak nekog od mikroelemenata može uzrokovati ozbiljne bolesti. Nedostatak joda, na primjer, dovodi do razvoja teške bolesti štitne žlijezde (tzv. gušavost). Nedostatak gvožđa dovodi do anemije usled nedostatka gvožđa – oblika anemije koji negativno utiče na performanse, rast i razvoj deteta. U svim takvim slučajevima neophodna je korekcija ishrane, uključujući hranu koja sadrži elemente koji nedostaju u prehrani. Dakle, jod se u velikim količinama nalazi u morskim algama - algi, osim toga, jodirana kuhinjska sol se prodaje u trgovinama. Gvožđe se nalazi u goveđoj džigerici, jabukama i nekom drugom voću, kao i u Hematogen dečijim karamelama koje se prodaju u apotekama.

Vitamini, nedostatak vitamina, metaboličke bolesti. Vitamini su srednje velike i složene organske molekule koje normalno ne proizvode ćelije u ljudskom tijelu. Prisiljeni smo da unosimo vitamine iz hrane, jer su neophodni za funkcionisanje mnogih enzima koji regulišu biohemijske procese u organizmu. Vitamini su vrlo nestabilne tvari, pa kuhanje hrane na vatri gotovo u potpunosti uništava vitamine koji se u njoj nalaze. Samo sirova hrana sadrži vitamine u primetnim količinama, pa su nam glavni izvor vitamina povrće i voće. Životinje grabljivice, kao i autohtoni stanovnici sjevera, koji jedu gotovo isključivo meso i ribu, dobivaju dovoljne količine vitamina iz sirovih životinjskih proizvoda. U prženom i kuvanom mesu i ribi praktički nema vitamina.

Nedostatak vitamina se manifestuje raznim metaboličkim oboljenjima, koja se zajednički nazivaju nedostatkom vitamina. Sada je otkriveno oko 50 vitamina, a svaki od njih je odgovoran za svoj „odjel“ metaboličkih procesa, pa prema tome postoji nekoliko desetina bolesti uzrokovanih nedostatkom vitamina. Skorbut, beriberi, pelagra i druge bolesti ove vrste su nadaleko poznate.

Vitamini se dijele u dvije velike grupe: rastvorljive u mastima i rastvorljive u vodi. Vitamini rastvorljivi u vodi nalaze se u velikim količinama u povrću i voću, dok se vitamini rastvorljivi u mastima često nalaze u semenkama i orašastim plodovima. Maslinovo, suncokretovo, kukuruzno i ​​druga biljna ulja važni su izvori mnogih vitamina rastvorljivih u mastima. Međutim, vitamin D (anti-roachitis) nalazi se uglavnom u ribljem ulju, koje se ekstrahira iz jetre bakalara i nekih drugih morskih riba.

U srednjim i sjevernim geografskim širinama, do proljeća, količina vitamina u biljnoj hrani sačuvanoj od jeseni naglo se smanjuje, a mnogi ljudi - stanovnici sjevernih zemalja - doživljavaju nedostatak vitamina. Slana i ukiseljena hrana (kupus, krastavci i neke druge), bogata mnogim vitaminima, pomaže u prevladavanju ovog stanja. Osim toga, vitamine proizvodi crijevna mikroflora, pa se uz normalnu probavu osoba opskrbljuje mnogim najvažnijim vitaminima B u dovoljnim količinama. Kod dece prve godine života crevna mikroflora još nije formirana, pa bi trebalo da dobijaju dovoljne količine majčinog mleka, kao i sokova od voća i povrća kao izvora vitamina.

Dnevna potreba za energijom, proteinima, vitaminima. Količina hrane koja se pojede dnevno direktno zavisi od brzine metaboličkih procesa, jer hrana mora u potpunosti nadoknaditi energiju koja se troši na sve funkcije (Sl. 13). Iako se intenzitet metaboličkih procesa smanjuje s godinama kod djece starije od 1 godine, povećanje njihove tjelesne težine dovodi do povećanja ukupne (bruto) potrošnje energije. Shodno tome, povećava se potreba za esencijalnim nutrijentima. Ispod su referentne tabele (Tabele 3-6) koje prikazuju približne brojke za normalan dnevni unos nutrijenata, vitamina i esencijalnih minerala za djecu. Treba naglasiti da tabele daju masu čistih supstanci bez uzimanja u obzir vode sadržane u bilo kojoj hrani, kao i organskih materija koje nisu povezane sa proteinima, mastima i ugljikohidratima (na primjer, celuloza, koja čini većinu povrća).