Вивільнення енергії з жирів та білків у навчальному посібнику для студентів-біологів
Окрім вуглеводів, білки та жири також служать енергією для метаболізму живих істот. Жири - це перш за все важливі джерела енергії в їжі. Вони забезпечують удвічі більше енергії, ніж білки та вуглеводи на одиницю маси. Білки забезпечують організм амінокислотами, які використовуються для власного синтезу білка в організмі. Надлишок амінокислот розщеплюється з виділенням енергії (до глюкози).
Люди отримують енергію для свого метаболізму завдяки їжі, яку вони їдять. Екзогенні поживні речовини розщеплюються і перетворюються у власні речовини організму, використовуючи енергію, яку вони містять (гетеротрофне засвоєння). Екзогенними речовинами, які поглинаються, є вуглеводи, жири та білки. Після прийому всередину вони спочатку перетравлюються в організмі, завдяки чому високомолекулярні, нерозчинні у воді компоненти їжі розщеплюються на низькомолекулярні, водорозчинні компоненти, щоб вони могли засвоюватися організмом. Тут важливу роль відіграють ферменти. Власні речовини організму синтезуються в клітинах із низькомолекулярних будівельних блоків, які транспортуються через кров та лімфу.
Вуглеводи, жири і, меншою мірою, білки служать для вивільнення енергії.
Жири - це висококонцентровані запаси метаболічної енергії. При повному окисленні жирні кислоти забезпечують близько 38 кДж/г вуглеводів, а білки - близько 17 кДж/г. Ця велика різниця в енерговитратах обумовлена тим, що жири можуть зберігатися безводними, але вуглеводи та білки знаходяться в гідратованій формі. Тому жири є ідеальними матеріалами для зберігання, оскільки вони є осмотично неефективними, можуть відкладатися у безводному вигляді і містяться у зменшеному вигляді.
Приклад:
Чоловік вагою 70 кг має запаси пального 40 000 кДж у вигляді жирів, 100 000 кДж у вигляді білків (переважно в м’язах), 2500 кДж як глікоген і 160 кДж як глюкозу.
Частка жирів становить близько 11 кг ваги його тіла. Якби енергія, що міститься в ній, зберігалася виключно у вигляді глікогену, вага людини була б на 55 кг вище (глікоген все одно зв’язує 2 г води на грам).
Розщеплення жиру (ліполіз)
Жири - чудові запаси енергії. Якщо їх не використовувати відразу після прийому, вони зберігаються у так званих жирових відкладеннях. Якщо ви довго не вживаєте вуглеводів, ви можете повернутися до цих запасних жирів. Потім з них отримують необхідну енергію.
Жири, що потрапляють з їжею, є найважливішим резервуаром енергії для людини, або вони зберігаються у безводному стані, або розщеплюються до ацетил-коферменту А після розщеплення на гліцерин та жирні кислоти шляхом β-окислення. Жири бувають тваринні та рослинні (олії). Каталізуючи травні ферменти (ліпази), вони розщеплюються в тонкому кишечнику до гліцерину та вільних жирних кислот. Енергія, що виділяється під час цього процесу, використовується, наприклад, як джерело тепла для зимових сплячок тварин до шести місяців.
Обмін жирів тісно пов’язаний з вуглеводним обміном. Гліцерин, що утворюється в результаті розщеплення жирних кислот, може бути введений в гліколіз після фосфорилювання. Ацетил-кофермент А, що утворюється в результаті β-окислення, також розщеплюється в циклі лимонної кислоти.
Деградація білка (протеоліз)
Білки розщеплюються або в шлунково-кишковому тракті, або внутрішньоклітинно шляхом гідролізу. Після всмоктування через кишкову стінку амінокислоти розподіляються по крові в клітини всього організму. Оскільки амінокислоти неможливо зберігати, вони негайно використовуються для утворення нових білків або виводяться з організму. Ваш азот перетворюється на сечовину і виводиться із сечею. На додаток до синтезу вуглеводів або ліпідів, вуглецеві основи використовуються для утворення АТФ (виділення енергії).
Доросла людина розщеплює близько 300-400 г білка на день. Близько 90% білків, що потрапляють з їжею, розщеплюються за допомогою спеціальних ферментів (протеаз) на пептидні фрагменти та вільні амінокислоти, які використовуються як будівельні блоки для власних білків організму після всмоктування. Кілька ферментів з різною специфікою повинні працювати разом для повного розкладання.