Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №9/2003

ФЛАГИ НА БАШНЯХ

ИГРА-ПУТЕШЕСТВИЕ

Внеклассное мероприятие
Химия и пищевые ресурсы

(Выступление команды 10-го класса)

(продолжение)

Продолжение. Начало см. в № 8/2003

Жировые отложения – форма запаса энергии
в организме животных и человека

Жиры – один из основных видов биомолекул, имеющих свои специфические свойства и функции. Они составляют существенную часть пищи человека, содержатся в мясе, рыбе, молочных продуктах, зерне.
Молекулы жиров состоят из углерода, водорода, кислорода, как и молекулы углеводов. Если поступление энергии в организм превышает ее расход, то «лишнее» количество превращается в жир и откладывается в тканях организма. Если энергии поступает меньше, чем нужно, то этот жир расходуется.
Молекулы большинства жиров представляют собой сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот:

Жиры, содержащие насыщенные жирные кислоты, называются насыщенными; жиры, содержащие ненасыщенные жирные кислоты, – ненасыщенными.
Термин «полиненасыщенный», часто употребляемый для продуктов питания, означает пищу, содержащую более чем одну двойную углерод-углеродную связь на остаток жирной кислоты. На такие продукты с недавних пор обращают особое внимание в связи с тем, что, согласно современным данным, потребление только насыщенных жиров может вредно сказаться на здоровье: они могут вызывать образование бляшек из жироподобного или нитевидного вещества, которые способны закупоривать артерии. В результате происходит «затвердение артерий», или атеросклероз, особенно опасный, если поражает коронарные (сердечные) артерии или артерии, снабжающие мозг кровью. При блокировании коронарной артерии происходит сердечный приступ, повреждается сердечная мышца. При перекрывании артерий, ведущих к мозгу, гибнут мозговые клетки, что нарушает самые разнообразные функции организма.
Молекулы, входящие в состав сливочного масла и других животных жиров, почти все насыщены, и поэтому они твердые при комнатной температуре. Жиры растительного происхождения, как правило, содержат несколько двойных углерод-углеродных связей в молекуле. Такие ненасыщенные жиры – жидкости при комнатной температуре, например подсолнечное масло (91% ненасыщенных жиров), кукурузное (87%) и др.
Молекулы жиров богаты энергией: 1 г жира дает 9 ккал энергии, т. е. примерно в два раза больше, чем 1 г углеводов или белков. Неудивительно, что именно жир был выбран природой в качестве аккумулятора энергии в живых организмах. Также понятно, почему трудно «сжечь» избыток жира: при «сгорании» в организме всего 1 г его выделяется в два раза больше энергии, чем при «сгорании» такого же количества углеводов.
Наше тело состоит примерно на 60% из воды и на 20% из жира. Остальные 20% приходятся главным образом на белки, углеводы и родственные им соединения, а также на костные ткани, состоящие в основном из солей кальция и фосфора.

Белки – вещества,
из которых состоит все живое на Земле

Белки – важнейшие для жизни вещества, основной структурный компонент живых тканей. Кожа, волосы, глаза, ногти – это белки; костные ткани, кровь, мозг тоже содержат белки. Кроме того, все ферменты, контролирующие химические процессы в организме, представляют собой белки. В каждом человеке десятки различных белков. В табл. 3 перечислены только некоторые белки и их функции в организме.

Таблица 3

Белки и их функции

Белки – незаменимый компонент живого организма, они необходимы как для его роста, так и для поддержания нормальной жизнедеятельности. В обоих случаях образуются новые ткани. Вообще говоря, старые клетки на новые заменяются очень часто. Например, красные кровяные клетки ежемесячно полностью обновляются. Клетки, выстилающие стенки кишечника, обновляются еженедельно. Каждый раз, принимая ванну, мы сбрасываем с себя мертвые клетки кожи.
Белки – это полимеры, построенные из остатков аминокислот.
Соединение двух молекул аминокислот, сопровождающееся также образованием одной молекулы воды, – это реакция конденсации:

Связи, образованные аминогруппой одной аминокислоты и карбоксильной группой другой, называются пептидными:

Белок, попадающий с пищей в организм, подвергается действию ферментов, называемых протеазами, которые катализируют расщепление пептидных связей в белках. Происходит это в желудке и тонком кишечнике. Свободные аминокислоты переносятся током крови сначала в печень, а потом во все клетки, где из них синтезируются новые белки, необходимые организму.
Если в организм поступило белка больше, чем надо, или организму требуется «сжечь» белки из-за недостатка углеводов, то эти реакции аминокислот происходят в печени; здесь азот из аминокислот образует мочевину, выделяемую из организма с мочой. Именно поэтому белковое питание дает лишнюю нагрузку на печень и почки. Оставшаяся часть молекулы аминокислоты перерабатывается в глюкозу и окисляется или превращается в жировые запасы.
Человеческое тело может синтезировать 12 из 20 аминокислот. Остальные восемь должны поступать в организм в готовом виде вместе с пищей, поэтому они называются незаменимыми. При ограниченном поступлении такой аминокислоты в организм она становится лимитирующим веществом при построении любого белка, в состав которого она должна входить. Если такое случается, то единственное, что может предпринять организм, – это разрушить собственный белок, содержащий эту же аминокислоту.
Большинство животных белков содержат все восемь незаменимых аминокислот в достаточных количествах. Любой белок, имеющий необходимое содержание всех незаменимых аминокислот, называется совершенным. Растительные белки несовершенны: в них низкое содержание некоторых незаменимых аминокислот.
Хотя ни один из растительных белков не может обеспечить нас всеми незаменимыми аминокислотами, но смеси таких белков могут это сделать.
Человеческое тело не может запасать белки, поэтому сбалансированное белковое питание требуется человеку каждый день. Взрослому человеку массой 82 кг требуется 79 г белка в день.
Избыток белков вреден, как и их недостаток, поскольку перегружает печень и почки – органы, занятые их переработкой. Избыток белков также ускоряет вымывание из организма ионов кальция, участвующих в передаче нервных импульсов и построении костных тканей. Питание, богатое белками, может привести и к обезвоживанию. Последняя проблема особенно актуальна для спортсменов.
Сколько же нам нужно потреблять белка? Нормы белка для человека приведены в табл. 4.

Таблица 4

Норма белка в организме человека

Молоко – первый продукт питания, потребляемый человеком, содержит углеводы, жиры и белки. И поскольку молоко животного происхождения, оно содержит незаменимые аминокислоты в достаточных количествах. Молоко богато витаминами группы А и В и витамином D (после обогащения). Кроме того, в нем много кальция, ценного для организма.

Лабораторная работа. «Анализ молока»

1. Экстрагирование жира.
В большую пробирку влили 1 мл молока и добавили в него 1 мл неполярного растворителя (дихлорметан), плотно закрыли пробирку пробкой и сильно взболтали. Через некоторое время стало видно образование двух жидких фаз. Жир – неполярное вещество, он стремится перейти в неполярный слой.
2. Удаление молочного белка.
В стакан с обезжиренным молоком добавили
30 капель концентрированной уксусной кислоты. Взболтали и дали отстояться. Образовался осадок. Кислота осаждает белки молока, приводя к образованию сгустка.
3. Определение наличия молочного сахара – лактозы.
Реакция «серебряного зеркала» и действие Сu(OH)2.
4. Качественное определение ионов Са2+.
В золе молока кальций можно определить при помощи щавелевой кислоты или ее солей: образуется оксалат кальция – малорастворимое вещество.
5. Обнаружение ионов , Fe2+, Fe3+.
Переведя молоко в коллоидный раствор (в золь), можно обнаружить фосфат-ионы и ионы железа:

Вещества, присутствующие
в продуктах питания в малых количествах

Белки, жиры, углеводы – основные компоненты пищи и источники энергии для всего живого. Витамины и минеральные соли не менее важны, хотя необходимы организму в микроскопических количествах. Они поступают в организм вместе с пищей.
Почему же эти вещества столь незаменимы?
Витамины выполняют в организме крайне специфические задачи. Например, витамин D дает возможность ионам кальция проникать в кровь из продуктов через стенки кишечника. Без этого витамина большая часть ионов кальция была бы потеряна для организма.
По определению витамины – это биомолекулы, которые нужны в небольших количествах для роста, воспроизводства, здоровья и жизни. Несмотря на всю их важность, общее количество всех витаминов, необходимых организму, составляет 0,2 г в день.
Хотя термин «витамины» появился в начале XX в., задолго до этого уже были свидетельства, что организму требуются кроме жиров, белков и углеводов еще и другие какие-то вещества. Например, среди моряков часто встречалась болезнь, названная цингой, которая проявлялась в кровоточивости десен и легкой ранимости кожных покровов. В XIV в. люди поняли, что цинга связана с плохим питанием. После 1753 г. путешественники научились бороться с этой болезнью, употребляя в пищу цитрусовые. Теперь известно, что цинга вызвана недостатком в пищи витамина С, которого много в цитрусовых.
Многие другие осложнения со здоровьем также могут быть вызваны недостатком витаминов. К настоящему времени известно больше десятка витаминов, существование которых доказано химическим синтезом с последующим испытанием на животных.
Витамины можно разделить на жиро- и водорастворимые.
В табл. 5 перечислены некоторые функции витаминов.

Таблица 5

Источники и функции витаминов

14-5.gif (20559 bytes)

Неорганические минеральные вещества – один из важнейших компонентов продуктов питания. Некоторые из этих веществ имеются в наборе химикатов, которые преподаватель раздает вам на занятиях.
Минеральные вещества входят в состав структурных элементов организма (например, костные ткани), помогают ферментам выполнять их функции, играют жизненно важную роль в поддержании работы сердца и других органов. Щитовидной железе, например, требуются микроскопические количества йода для производства важного гормона – тироксина.
Функции минеральных веществ в организме – предмет изучения быстро развивающейся бионеорганической химии.
По современным представлениям, из более 100 известных элементов незаменимыми являются 22. Углерод, водород, азот и кислород не входят в этот список – они слишком широко представлены в живой природе. Для удобства остальные элементы подразделяют на две большие группы: макроэлементы, присутствующие в больших количествах, и микроэлементы, присутствующие в следовых количествах (тысячная доля процента и ниже).
Несмотря на такое малое содержание, микроэлементы чрезвычайно важны. Любой из них может стать лимитирующим. В табл. 6 приведены важнейшие для организма элементы.
Кроме того, исследования на животных показали, что в следовых количествах незаменимыми являются кобальт Со, никель Ni, мышьяк As и кадмий Сd.
То, что мышьяк – общепризнанный яд, незаменим для жизни, может вас удивить. Но нет ничего необычного, что одни и те же вещества могут приносить и пользу, и вред в зависимости от дозы. Даже поваренная соль может стать ядовитой, если попадет в организм в слишком больших количествах.
Вопрос. В каких продуктах питания содержатся незаменимые аминокислоты?

Таблица 6

Источники и функции важнеaйших макро- и микроэлементов


* Кофакторы – соединения небелковой природы, необходимые для проявления максимальной активности многих ферментов.

Л.И.ДРАНИШНИКОВА,
учитель средней школы № 27
(г. Дзержинск, Нижегородская обл.)