Обмен углеводов
Из углеводов важное значение для человека имеет глюкоза, фруктоза, гликоген и крахмал. Крахмал и в незначительной степени фруктоза и глюкоза содержатся в растениях; они являются существенным компонентом питания и поступают в организм с картофелем, мукой и сахаром. Гликоген, откладываемый преимущественно в печени и мышцах, — основной источник глюкозы у животных.
Глюкоза — основное питательное вещество для всех клеток организма. Содержание глюкозы в крови регулируют несколько гормонов. Если благодаря потреблению углеводов (в виде пищи) уровень глюкозы в крови растет, то повышается выделение (секреция) инсулина поджелудочной железой (панкреасом). Это ускоряет поступление глюкозы в клетку, где она «сгорает», распадаясь на двуокись углерода и воду. При этом образуется энергия в виде аденозинтрифосфата (АТФ). При неполном «сгорании» молекулы глюкозы могут поставлять строительный материал для других веществ, нужных организму. Расщеплению гликогена на глюкозу способствуют катехоламины (адреналин и норадреналин), выделение которых связано главным образом с мышечной работой и психическим напряжением. Расщепление гликогена и освобождение глюкозы вызывает также гормон глюкагон (антагонист инсулина), применяющийся при падении уровня сахара в крови, например при голодании или интенсивной физической нагрузке.
Обмен жиров
Жир в жировых клетках и худощавых и тучных людей имеет одинаковый состав. Жир — это соединения жирных кислот и глицерина (триацилглицерола), 5—10% приходится на долю холестерина и фосфолипидов. В жировой клетке 65—70% жира, остальное — вода с незначительным содержанием белков, сахара и солей. Жир в жировых клетках образуется двумя способами. Прежде всего он формируется в печени из углеводов, полученных с пищей либо другим путем. Жир в воде нерастворим и транспортируется в крови особыми белками — липопротеинами. На поверхности жировых клеток триацилглицеролы освобождаются из молекул липопротеина и вылавливаются жировыми клетками, где откладываются после небольшого преобразования в виде жировых капелек.
Синтезу и отложению жира в жировых клетках способствует главным образом гормон инсулин и также частично женские половые гормоны типа эстрогенов. Инсулин, следовательно, помогает не только метаболизму глюкозы, но и влияет на синтез жиров.
Расщепление отложенных жиров в жировой ткани вызывается рядом гормонов, важнейшие из которых — катехоламины (адреналин и норадреналин) — образуются в надпочечниках в результате мышечной работы или психического напряжения. Триацилглицеролы расщепляются также гормоном роста, образующимся в гипофизе при голодании. Освобожденные ненасыщенные жирные кислоты покидают жировую клетку и связываются в крови с белком альбумином, который доставляет их к печени и мышцам, где жирные кислоты могут быть разложены подобно глюкозе на воду и углекислый газ. За счет выделяемой при этом энергии синтезируется аденозинтрифосфат (АТФ), который передает ее для самых разнообразных процессов клеткам, в том числе и работающим мышцам.
Обмен белков
Белки (протеины) составляют основу живой материи. «Строительными кирпичами» белков являются аминокислоты. Полученные с пищей белки в пищеварительном тракте расщепляются на аминокислоты. Из них клетки вновь образуют белки, необходимые организму. Синтезом белков (на него косвенно влияет и инсулин) управляет сложный механизм, нарушения которого — главная причина наследственных болезней.
В организме беспрерывно происходит обмен белков, но источником энергии они служат лишь в чрезвычайных обстоятельствах, например при нарушенном энергетическом, балансе, который по разным причинам невозможно выровнять ни приемом пищи, ни использованием собственных запасов гликогена и жира. При такой кризисной ситуации энергия из аминокислот (то есть белков) начинает освобождаться под действием гормона кортизона, вырабатываемого в коре надпочечников. Это так называемая стрессовая реакция. Вызывается она разнообразными неблагоприятными факторами: ранением, голодом, ожогом, вынужденным бездействием, чрезмерно напряженной работой, а также страхом, злостью и т. п.
При сжигании 1 г жира организм получает приблизительно 37,6 кДж (9 ккал), в то время как 1 г белков или углеводов дает только 16,7 кДж (4 ккал).