Биохимические основы питания

Питание – это совокупность процессов, которые включают поступление в организм, переваривание, всасывание и усвоение им пищевых веществ. Питание является составной частью обмена веществ. Благодаря питанию человек получает энергию и различные химические соединения, которые используются для роста, жизнедеятельности и воспроизводства.
Человек, как и все животные, является гетеротрофом: в своём питании он прямо или косвенно зависит от органического вещества, создаваемого автотрофами-растениями. Таким образом, человек потребляет в пищу либо продукты растительного происхождения (овощи, фрукты, крупы, бобовые, злаки, орехи, масличные культуры, пряности, чай, кофе и др.); либо продукты животного происхождения (мясо зверей и птиц, рыбу и морепродукты, яйца, молочные продукты и др.) Последние образуются в свою очередь в результате прямого или косвенного потребления животными растений-автотрофов.
Как и у других видов, потребность человека в пище и её удовлетворение определяются энергетическими и пластическими затратами организма, которые, в свою очередь, зависят от размеров тела, пола, возраста, физиологического состояния (беременность, болезнь), физической и умственной активности, а также от ряда факторов внешней среды (температура, высота над уровнем океана и т.п.) Все вышеперечисленные факторы определяют не только количество пищи, необходимой для поддержания нормальной жизнедеятельности организма, но и качественный состав потребляемой пищи.
Традиционно выделяли 5 групп питательных веществ, в которых нуждается человек: белки, жиры, углеводы, витамины, минеральные соли, а также вода. Согласно современным данным полноценное питание должно содержать:
1. белки, в том числе незаменимые аминокислоты;
2. липиды, в том числе незаменимые жирные кислоты;
3. углеводы, в том числе клетчатку;
4. витамины;
5. минеральные вещества (макро- и микроэлементы);
6. воду.
Кроме качественного состава для функционирования организма важно и количественное соотношение, пропорции различных питательных веществ в потребляемых продуктах.
Рассмотрим основные группы питательных веществ, их биохимическую роль в организме, а также продукты питания, которые являются их основные источниками.
Белки
Основная функция белков (протеинов) в организме пластическая: они необходимы для роста и обновления всех клеток и тканей организма, синтеза антител, многих ферментов и гормонов.
Источник белка: продукты из мяса животных, рыбы, птицы, яйца, бобовые, продукты из зерна (крупа, макароны, хлеб), орехи, семена.
Биологическая роль пищевых белков заключается в том, что они, расщепляясь в пищеварительном тракте, являются источником незаменимых и заменимых аминокислот. Человеческий организм может синтезировать только 10 из 20 необходимых ему аминокислот из продуктов обмена углеводов и липидов, но в первую очередь – из других аминокислот. Эти аминокислоты называются заменимыми. Остальные 10 аминокислот (незаменимых) должны поступать в организм с пищей. Белки пищи, содержащие все незаменимые аминокислоты, называются полноценными, в отличие от неполноценных, в составе которых отсутствуют те или иные незаменимые аминокислоты.
В дальнейшем обмене данные аминокислоты обеих групп используются организмом для синтеза собственных протеинов или в качестве предшественников небелковых азотистых веществ (гормонов, пуринов, порфиринов и др.). Несмотря на то, что энергетическая функция не является основной для белков, иногда они могут использоваться как источник энергии (окисление 1 г белков даёт примерно 4 ккал энергии).
Биологическая ценность пищевого белка целиком зависит от степени его усвоения организмом, что в свою очередь определяется соответствием между аминокислотным составом потребляемого протеина и аминокислотным составом эндогенных белков. Для человека, например, протеины мяса, молочных продуктов, яиц биологически более ценны, поскольку их аминокислотный состав ближе к аминокислотному составу тканей и органов человека. Однако из этого не следует, что растительные белки должны быть исключены из рациона, потому что соотношение необходимых аминокислот иное. Например, при соблюдении веганской диеты для обеспечения биосинтеза необходимого количества белков организма потребуется употребить в пищу значительно большее количество протеинов растительного происхождения, чем животного.
При распаде белков образуется ядовитое вещество аммиак (ион аммония), который в печени превращается в мочевину. Конечные продукты обмена протеинов – углекислый газ, вода, мочевина, мочевая кислота и некоторые другие азотистые соединения выводятся из организма с мочой, пόтом и в составе выдыхаемого воздуха.
Количество потребляемого с пищей белка должно варьироваться в зависимости от возраста, пола, условий труда, профессии, климатических условий и других факторов. Например, взрослый человек, занимающийся умственным трудом или подвергающийся средней физической нагрузке (полностью механизированный труд), должен получать 100–120 г белка в сутки при трате общего количества энергии 12000 кДж. При изменении условий труда (недостаточно механизированный труд) и больших тратах энергии норма белка увеличивается на 10 г на каждые 2100 кДж. Рабочие, выполняющие тяжелую физическую работу, спортсмены должны получать 130–150 г белка в сутки. При тех же условиях потребность в белке у женщин в среднем несколько меньше, т.к. средняя масса тела женщин уступает таковой мужчин.
Потребности в протеине у детей определяются в первую очередь возрастом и массой тела. Дети даже раннего детского возраста нуждаются в 55–72 г белка в сутки. С возрастом (от 12 до 15 лет) эта норма увеличивается до суточной нормы взрослого человека. Рекомендуемое содержание в рационе белков животного происхождения относительно общего количества белков варьирует от 70% (для детей первых лет жизни) до 50% и более для взрослых

. Суточная потребность в белке резко возрастает при беременности, лактации, а также при некоторых патологических состояниях, когда организм теряет белок с мочой, асцитной жидкостью, экссудатами при нефритах, тяжелых инфекционных заболеваниях, ожогах, травмах и т.д.
Углеводы
Углеводы являют собой самый большой по массе компонент питания. Они бывают сложные и простые, усваиваемые и неусваиваемые. Основной источник углеводов - продукты растительного происхождения. Усваиваемые углеводы представляют собой важный энергетический ресурс для организма, сжигаются на 100%.
Углеводы являются основной частью пищевого рациона. В организм их поступает в два раза больше, чем белков и жиров. Углеводы пищи - это полисахариды: крахмал, гликоген и сахара: моносахара - глюкоза, фруктоза, лактоза, сахароза и дисахариды. Кроме сахаров и крахмала к углеводам относится не усваиваемая клетчатка и пектин. При обычном смешанном питании за счет углеводов обеспечивается около 60 % суточной энергоценности, тогда как за счет белков и жиров вместе взятых - только 40 %. Углеводы в организме используются преимущественно как источник энергии для мышечной работы. Чем интенсивнее физическая нагрузка, тем больше требуется углеводов. При малоподвижном образе жизни, напротив, потребность в углеводах уменьшается.
Углеводы пищи - это полисахариды: крахмал, гликоген и сахара: моносахара - глюкоза, фруктоза, лактоза, сахароза и дисахариды. Кроме сахаров и крахмала к углеводам относится не усваиваемая клетчатка и пектин.
Углеводы содержатся в различных пищевых продуктах: крупы, бобовые, макароны, хлеб, овощи и так далее.
Углеводы необходимы для нормального обмена белков и жиров в организме человека. В комплексе с белками они образуют некоторые гормоны и ферменты, секреты слюнных и других образующих слизь желез, а также другие важные соединения.
Особое значение имеют клетчатка, пектины, гемицеллюлоза, которые только частично перевариваются в кишечнике и являются незначительным источником энергии. Однако эти полисахариды составляют основу пищевых волокон и играют важную роль в питании.
Среднесуточная норма углеводов составляет от 350 до 500 г, она обусловлена родом деятельности и энергетическими затратами. Минимальной дозой считается количество в 50 – 60 г, дальнейшее снижение которого приводит к нарушениям обменных процессов.
Недостаток углеводов приводит к нарушению обмена жиров и белков, расходу белков пищи и тканевых белков. В крови накапливаются вредные продукты неполного окисления жирных кислот и некоторых аминокислот, кислотно-основное состояние организма сдвигается в кислую сторону. При сильном дефиците углеводов возникают слабость, сонливость, головокружение, головные боли, чувство голода, тошнота, потливость, дрожь в руках. Эти явления быстро проходят после приема сахара. При длительном ограничении углеводов в диете их количество все же не должно быть ниже 100 г.
Избыток углеводов может приводить к ожирению. Систематическое чрезмерное потребление сахара и других легкоусвояемых углеводов способствует проявлению скрытого сахарного диабета из-за перегрузки, а затем истощения клеток поджелудочной железы, вырабатывающих необходимый для усвоения глюкозы инсулин.
Лучшим вариантом среди продуктов, содержащих углеводы, являются натуральные, не переработанные овощи, фрукты и ягоды.
Витамины
Витамины представляют собой группу органических соединений, которые являются незаменимыми компонентами нормального функционирования организма человека и животных, поскольку обладают высокой биологической активностью и участвуют во множестве биохимических реакций, входя в состав ряда ферментов и гормонов.
В большинстве случаев витамины поступают в организм с пищей, однако небольшое их количество может синтезироваться полезной микрофлорой кишечника, но это количество недостаточно для полного обеспечения потребности организма в этих соединениях.
В настоящее время особую актуальность приобретает не столько исследование новых свойств и структуры витаминов, а проблема витаминной недостаточности в современных продуктах питания, несмотря на их разнообразие.
Эта проблема усугубляется еще и тем, что современный человек, особенно житель мегаполиса испытывает значительные психологические и физические нагрузки в связи со стрессами, хронической усталостью и отравлением организма вследствие загрязнения окружающей среды.
Витамины обеспечивают нормальную жизнедеятельность нервной системы, скелетной и гладкой мускулатуры и ряда других систем и органов. В частности, от того, достаточен ли уровень витаминов в рационе, зависит умственное и физическое состояние человека, его работоспособность и выносливость, а также устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды и стрессам.
В настоящее время известно полтора десятка витаминов, которые в зависимости от свойств делятся на жиро- и водорастворимые. К жирорастворимым относятся витамины A, D, E, F, K, к водорастворимым – витамины группы В, витамин С.
В отличие от водорастворимых, жирорастворимые витамины способны накапливаться в организме, депонируясь в подкожной жировой клетчатке и тканях печени, поэтому гиповитаминозы водорастворимых витаминов встречаются чаще.
Рассмотрим основные виды водо- и жирорастворимых витаминов и их роль в организме человека.
1. Витамин А (ретинол) – витамин, отвечающий за функционирование иммунной системы, остроту зрения и выработку ряда гормонов. Данный витамин способствует концентрации внимания и ускорению скорости психических реакций. Также витамин А способствует более полному усвоению цинка.
2. Витамин С (аскорбиновая кислота) – природный антиоксидант, который участвует в процессах тканевого дыхания, стимуляции роста и усвоения углеводов. Витамин С обладает свойством повышения иммунитета и способствует высокой сопротивляемости организма воздействию стрессов и токсинов, в том числе при инфекционных заболеваниях