Загальне поняття про обмін речовин і енергії
Організм людини, як і всі живі організми, існує як відкрита енергетична система. Це означає, що організм постійно втрачає речовину у вигляді досить простих хімічних сполук. Одночасно з цим відбувається виведення енергії з організму. Але організм - це стійка енергетична система, тому втрата речовини і енергії заповнюється постійним їх поглинанням з навколишнього середовища. Таким чином, через організм людини постійно йде потік речовини і укладеної в ньому енергії. Цей безперервний потік є одним з найважливіших властивостей живих організмів і називається обмін речовин і енергії, або метаболізм. Речовина, що надходить в організм, містить в собі хімічну енергію (енергія внутрішньомолекулярних хімічних зв'язків). Ця енергія перетворюється в організмі в хімічну енергію інших з'єднань, а також в теплову, механічну і електричну. Електричної енергії в організмі виробляється небагато, але вона важлива для діяльності нервової і м'язової систем.
Обмін речовин - це єдиний процес, який наразі триває на рівні цілісного організму, він складається з метаболічних процесів, що відбуваються в кожній окремій клітці. Суттю метаболізму є все різноманіття перетворень речовин в організмі, які відбуваються або з витратою, або із звільненням енергії. Тому загальний процес метаболізму має дві сторони, нерозривно пов'язані між собою:
- Анаболизм (асиміляція, пластичний обмін) - це сукупність реакцій синтезу, що протікають в клітинах. При цьому з більш простих речовин синтезуються більш складні речовини. Реакції анаболізму йдуть з витратою енергії. Основним джерелом енергії для реакцій анаболізму є АТФ. Прикладом таких реакцій є біосинтез білка, що протікає у всіх клітинах. Вихідними речовинами для анаболізму є поживні речовини, що надходять в організм з їжею і утворюються в результаті процесу травлення. В результаті анаболічних реакцій відбувається постійне самовідновлення, ріст і розвиток організму. Крім цього, реакції анаболізму є постачальниками органічних сполук для процесів катаболізму.
- Катаболізм (дисиміляція, енергетичний обмін) - це сукупність реакцій розщеплення і розпаду більш складних органічних речовин до більш простих, аж до вуглекислого газу і води. Ці реакції йдуть із звільненням енергії, приблизно половина якої перетворюється в теплову і витрачається на підтримання температури тіла, а друга половина енергії запасається у вигляді макроергічних зв'язків в молекулах АТФ, яка використовується в реакціях синтезу.
Основними органічними речовинами, з яких складається організм людини, є білки, вуглеводи, жири, нуклеїнові кислоти, при цьому одні речовини можуть перетворюватися в інші, наприклад, вуглеводи - в жири і навпаки, білки можуть перетворюватися в жири і вуглеводи. Неорганічні речовини організму - це вода і мінеральні солі. Повноцінна, збалансована їжа повинна містити органічні речовини в достатній кількості і якості, а також в її складі повинні бути необхідні мінеральні солі і вода і вітаміни. Налічується близько 60 харчових речовин, які вимагають збалансованості. Одноманітне харчування, яке призводить до виключення окремих компонентів, викликає порушення обміну речовин. Прийнято виділяти білковий, вуглеводний, жировий і водно-сольовий обмін. Енергетичну цінність їжі вимірюють в кілокалоріях (ккал). Добова потреба людини в енергії становить в середньому близько 3 100 кДж. Ця величина залежить від статі, віку, фізичної та емоційної активності. Особливо високі витрати енергії в перерахунку на масу тіла у дітей 1 - 5 років в зв'язку з високою активністю обмінних процесів.