Суставы

Основной энергетический материал для организма. Пищевые источники энергии. Что является главным источником энергии в организме

Энергия не может возникнуть ниоткуда или исчезнуть в никуда, она может только превращаться из одного вида в другой. А от чего зависит энергия человека?

Вся энергия на Земле берется от Солнца. Растения способны превращать солнечную энергию в химическую (фотосинтез).

Люди не могут напрямую использовать энергию Солнца, однако мы можем получать энергию из растений. Мы едим либо сами растения, либо мясо животных, которые ели растения. Человек получает всю энергию из еды и питья.

Пищевые источники энергии

Энергия человека для его жизнедеятельности зависит от употребляемой им пищи. Единицей измерения энергии является калория. Одна калория – это количество тепла, необходимое для нагрева 1 кг воды на 1°С. Большую часть энергии мы получаем из следующих питательных веществ:

– Углеводы – 4ккал (17кДж) на 1г
– Белки (протеин) – 4ккал (17кДж) на 1г
– Жиры – 9ккал (37кДж) на 1г

Углеводы (сахара и крахмал) являются важнейшим источником энергии, больше всего их содержится в хлебе, рисе и макаронах. Хорошими источниками протеина служат мясо, рыба и яйца. Сливочное и растительное масло, а также маргарин почти полностью состоят из жирных кислот. Волокнистая пища, а также алкоголь также дают организму энергию, но уровень их потребления сильно отличается у разных людей.

Витамины и минералы сами по себе не дают организму энергию, однако, они принимают участие в важнейших процессах энергообмена в организме.

Энергетическая ценность различных пищевых продуктов сильно отличается. Здоровые люди достигают сбалансированности своей потреблением самой разнообразной пищи. Очевидно, что, чем более активный образ жизни ведет человек, тем больше он нуждается в пище, или тем более энергоемкой она должна быть.

Самым важным источником энергии для человека являются углеводы.

Сбалансированная обеспечивает организм разными видами углеводов, но большая часть энергии должна поступать из крахмала. В последние годы немало внимания уделялось изучению связи между компонентами питания людей и различными болезнями. Исследователи сходятся во мнении, что людям необходимо уменьшать потребление жирной пищи в пользу углеводов.

Каким образом мы получаем энергию из пищи?

После того, как пища проглатывается, она некоторое время находится в желудке. Там под воздействием пищеварительных соков начинается ее переваривание. Этот процесс продолжается в тонком кишечнике, в результате компоненты пищи распадаются на более мелкие единицы, и становится возможной их абсорбция через стенки кишечника в кровь. После этого организм может использовать питательные вещества на производство энергии, которая вырабатывается и хранится в виде аденозин трифосфат (АТФ).

Молекула АТФ из аденозина и трех фосфатных групп, соединенных в ряд. Запасы энергии «сосредоточены» в химических связях между фосфатными группами. Чтобы высвободить эту потенциальную энергию одна фосфатная группа должна отсоединиться, т.е. АТФ распадается до АДФ (аденозин дифосфат) с выделением энергии.

Аденозинтрифосфат (сокр. АТФ, англ. АТР) - нуклеотид, играет исключительно важную роль в обмене энергии и веществ в организмах; в первую очередь соединение известно как универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. АТФ является основным переносчиком энергии в клетке.

В каждой клетке содержится очень ограниченное количество АТФ, которое обычно расходуется за считанные секунды. Для восстановления АДФ до АТФ требуется энергия, которая и получается в процессе окисления углеводов, протеина и жирных кислот в клетках.

Запасы энергии в организме.

После того, как питательные вещества абсорбируются в организме, некоторая их часть откладывается в запас как резервное топливо в виде гликогена или жира.

Гликоген также относится к классу углеводов. Запасы его в организме ограничены и хранятся в печени и мышечной ткани. Во время физических нагрузок гликоген распадается до глюкозы, и вместе с жиром и глюкозой, циркулирующей в крови, обеспечивает энергией работающие мышцы. Пропорции расходуемых питательных веществ зависят от типа и продолжительности физических упражнений.

Гликоген состоит из молекул глюкозы, соединенных в длинные цепочки. Если запасы гликогена в организме в норме, то избыточные углеводы, поступающие в организм, будут превращаться с жир.

Обычно протеин и аминокислоты не используются в организме как источники энергии. Однако при дефиците питательных веществ на фоне повышенных энергозатрат аминокислоты, содержащиеся в мышечной ткани, могут также расходоваться на энергию. Протеин, поступающий с пищей, может служить источником энергии и превращаться в жир в том случае, если потребности в нем, как в строительном материале, полностью удовлетворены.

Как расходуется энергия человека во время тренировки?

Начало тренировки

В самом начале тренировки, или когда энергозатраты резко возрастают (спринт), потребность в энергии больше, чем уровень, с которым происходит синтез АТФ с помощью окисления углеводов. Вначале углеводы «сжигаются» анаэробно (без участия кислорода), это процесс сопровождается выделением молочной кислоты (лактата). В результате освобождается некоторое количество АТФ – меньше, чем при аэробной реакции (с участием кислорода), но быстрее.

Другим «быстрым» источником энергии, идущим на синтез АТФ, является креатин фосфат. Небольшие количества этого вещества содержатся в мышечной ткани. При распаде креатин фосфата освобождается энергия, необходимая для восстановления АДФ до АТФ. Этот процесс протекает очень быстро, и запасов креатин фосфата в организме хватает лишь на 10-15 секунд «взрывной» работы, т.е. креатин фосфат является своеобразным буфером, покрывающим краткосрочный дефицит АТФ.

Начальный период тренировки

В это время в организме начинает работать аэробный метаболизм углеводов, прекращается использование креатин фосфата и образование лактата (молочной кислоты). Запасы жирных кислот мобилизуются и становятся доступными как источник энергии для работающих мышц, при этом повышается уровень восстановления АДФ до АТФ за счет окисления жиров.

Основной период тренировки

Между пятой и пятнадцатой минутой после начала тренировки в организме повышенная потребность в АТФ стабилизируется. В течение продолжительной, относительно ровной по интенсивности тренировки синтез АТФ поддерживается за счет окисления углеводов (гликогена и глюкозы) и жирных кислот. Запасы креатин фосфата в это время постепенно восстанавливаются.

Креатин является аминокислотой, которая синтезируется в печени из аргинина и глицина. Именно креатин позволяет спортсменам выдерживать высочайшие нагрузки с большей легкостью. Благодаря его действию в мышцах человека задерживается выделение молочной кислоты, которая и вызывает многочисленные мышечные боли.

С другой стороны креатин позволяет производить сильные физические нагрузки благодаря высвобождению большого количества энергии в организме.

При возрастании нагрузки (например, при беге в гору) расход АТФ увеличивается, причем, если это возрастание значительное, организм вновь переходит на анаэробное окисление углеводов с образованием лактата и использование креатин фосфата. Если организм не успевает восстанавливать уровень АТФ, может быстро наступить состояние усталости.

Какие источники энергии используются в процессе тренировки?

Углеводы являются самым важным и самым дефицитным источником энергии для работающих мышц. Они необходимы при любом виде физической активности. В организме человека углеводы хранятся в небольших количествах в виде гликогена в печени и в мышцах. Во время тренировки гликоген расходуется, и вместе с жирными кислотами и глюкозой, циркулирующей в крови, используется как источник мышечной энергии. Соотношение различных используемых источников энергии зависит от типа и продолжительности упражнений.

Несмотря на то, что в жире больше энергии, его утилизация происходит медленнее, и синтез АТФ через окисление жирных кислот поддерживается использованием углеводов и креатин фосфата.

Когда запасы углеводов истощаются, организм становится не в состоянии переносить высокие нагрузки. Таким образом, углеводы являются источником энергии, лимитирующим уровень нагрузки во время тренировки.

Факторы, ограничивающие энергозапасы организма во время тренировки

1. Источники энергии, используемые при различных типах физической активности

– слабая интенсивность (бег трусцой)

Требуемый уровень восстановления АТФ из АДФ относительно низок, и достигается окислением жиров, глюкозы и гликогена. Когда запасы гликогена исчерпаны, возрастает роль жиров как источника энергии. Поскольку жирные кислоты окисляются довольно медленно, чтобы восполнять расходуемую энергию, возможность долго продолжать подобную тренировку зависит от количества гликогена в организме.

– средняя интенсивность (быстрый бег)

Когда физическая активность достигает максимального для продолжения процессов аэробного окисления уровня, возникает потребность быстрого восстановления запасов АТФ. Углеводы становятся основным топливом для организма. Однако только окислением углеводов требуемый уровень АТФ поддерживаться не может, поэтому параллельно происходит окисление жиров и образование лактата.

– максимальная интенсивность (спринт)

Синтез АТФ поддерживается, в основном, использованием креатин фосфата и образование лактата, поскольку метаболизм окисления углеводов и жиров не может поддерживаться с такой большой скоростью.

2. Продолжительность тренировки

Тип источника энергии зависит от продолжительности тренировки. Сначала происходит выброс энергии за счет использования креатин фосфата. Затем организм переходит на преимущественное использование гликогена, что обеспечивает энергией приблизительно на 50-60% синтез АТФ.

Остальную часть энергии на синтез АТФ организм получает за счет окисления свободных жирных кислот и глюкозы. Когда запасы гликогена истощаются, основным источником энергии становятся жиры, в то же время из углеводов начинает больше использоваться глюкоза.

3. Тип тренировки

В тех видах спорта, где периоды относительно низких нагрузок сменяются резкими повышениями активности (футбол, хоккей, баскетбол), происходит чередование использования креатин фосфата (во время пиков нагрузки) и гликогена как основных источников энергии для синтеза АТФ. В течение «спокойной» фазы в организме восстанавливаются запасы креатин фосфата.

4. Тренированность организма

Чем тренированнее человек, тем выше способность организма к окислительному метаболизму (меньше гликогена превращается в лактозу) и тем экономичнее расходуются запасы энергии. То есть, тренированный человек выполняет какое-либо упражнение с меньшим расходом энергии, чем нетренированный.

5. Диета

Чем выше уровень гликогена в организме перед началом тренировки, тем позднее настанет утомление. Чтобы повысить запасы гликогена, необходимо увеличить потребление пищи, богатой углеводами. Специалисты в области спортивного питания рекомендуют придерживаться таких диет, в которых до 70% энергетической ценности составляли бы углеводы.

– рис
– паста (макаронные изделия)
– хлеб
– зерновые злаки
– корнеплоды

– введите в свой план питания больше углеводов, чтобы поддерживать энергетические запасы организма;
– за 1-4 часа до тренировки съедайте 75-100 г углеводов;
– непосредственно перед тренировкой выпейте 200-500 мл специализированного спортивного напитка (изотоника) для увеличения запасов жидкости и углеводов;
– если возможно, пейте по 100-150 мл изотоника каждые 15-20 минут во время тренировки, чтобы компенсировать расход жидкости и углеводов;
– в течение первого получаса тренировки, когда способность мышц к восстановлению максимальна, съешьте 50-100 углеводов;
– после тренировки необходимо продолжать потребление углеводов для скорейшего восстановления запасов гликогена.

Обмен веществ и энергии - это взаимосвязанные процессы, разделение которых связано только с удобством изучения. Ни один из этих процессов в отдельности не существует. При окислении энергия химических связей, содержащаяся в питательных веществах, освобождается и употребляется организмом. За счет перехода одних видов энергии в другие и поддерживаются все жизненные функции организма. Наряду с этим общее число энергии не изменяется. Соотношение между числом энергии, поступающей с пищей, и величиной энергетических затрат называется энергетическим балансом.

Сказанное возможно проиллюстрировать на примере деятельности сердца. Сердце делает огромную работу. Любой час оно выбрасывает в аорту около 300 л крови. Эта работа совершается за счет сокращения сердечной мускулы, в которой наряду с этим протекают интенсивные окислительные процессы. Благодаря освобождающейся энергии обеспечивается механическое сокращение мышц, и в конечном итоге вся энергия переходит в тепловую, которая рассеивается в организме и отдается им в окружающее пространство. Аналогичные процессы идут в каждом органе человеческого тела. И в каждом случае в конечном счете химическая, электрическая, механическая и другие виды энергии трансформируются в тепловую и рассеиваются во окружающую среду. Количество энергии, расходуемое на исполнение физической работы, определяют как коэффициент нужного действия (кпд). Его средняя величина - 20-25%, у спортсменов КПД выше. Установлено, что 1 г белка при окислении выделяет 4,1 ккал, 1 г жира - 9,3, air углеводов - 4,1 ккал. Зная содержание белков, жиров и углеводов в пищевых продуктах (табл. 1), возможно установить их калорийность, либо энергетическую цена.

Мышечная деятельность, деятельный двигательный режим, физические упражнения и спорт связаны со большим расходом энергии. В некоторых случаях он может быть около 5 000 какое количество, а в дни интенсивных и объемных тренировок у спортсменов и того более. Такое повышение энергозатрат нужно учитывать при составлении пищевого рациона. В то время, когда в пище присутствует много белка, существенно удлиняется процесс ее переваривания (от двух до четырех часов). За один раз целесообразно принимать до 70 г белка, поскольку излишки его начинают преобразовываться в жир. А представители некоторых видов спорта (к примеру, гимнасты, бодибилдеры и др.) всячески избегают накопления лишнего жира и предпочитают энергию получать из растительной пищи (к примеру, фруктовая пища связана с образованием стремительных углеводов).

Питательные вещества возможно замещать, учитывая их калоричес-кую ценность. Вправду, с энергетической точки зрения 1 г углевода эквивалентен (изодинамичен) 1 г белка, поскольку у них однообразный калорический коэффициент (4,1 ккал), а 1 г белка либо углевода эквивалентен 0,44 г жира (калорический коэффициент жира 9,3 ккал). Из этого следует, что человек, дневный расход энергии которого 3 000 ккал, может всецело удовлетворить энергетические потребности организма, потребляя в день 732 г углеводов. Но для организма ответственна не только неспециализированная калорийность пищи. В случае если человек достаточно долго потребляет лишь жиры либо белки, либо углеводы, в его организме появляются глубокие трансформации в обмене веществ. Наряду с этим нарушаются пластические процессы в протоплазме клеток, отмечается сдвиг азотистого равновесия, образуются и накапливаются токсические продукты.

Таблица 1. Состав наиболее серьёзных пищевых продуктов (в % сырого вещества)

Говядина средняя жирная

Желток куриного яйца

Белок куриного яйца

Для обычной жизнедеятельности организм должен получать оптимальное количество полноценных белков, жиров, углеводов, минеральных солей и витаминов, каковые находятся в разных пищевых продуктах. Уровень качества пищевых продуктов определяется их физиологической ценностью. Наиболее полезными пищевыми продуктами являются молоко, масло, творог, яйца, мясо, рыба, зерновые, фрукты, овощи, сахар.

Люди различных профессий затрачивают при своей деятельности различное количество энергии. К примеру, занимающийся интеллектуальным трудом в сутки тратит менее 3000 громадных калорий. Человек, занимающийся тяжелым физическим трудом, за сутки затрачивает в 2 раза больше энергии (табл. 2).

Энергетический расход (ккал/сут) для лиц разных категорий труда

Тяжелый физический Механизированный Умственный

Бессчётные изучения продемонстрировали, что мужчине среднего возраста, занимающемуся и умственным, и физическим трудом в течение 8-10 ч, нужно потреблять в сутки 118 г белков, 56 г жиров, 500 г углеводов. В пересчете это образовывает около 3 000 ккал. Для детей, людей пожилого возраста, для лиц занимающихся тяжелым физическим трудом, требуются личные, научно обоснованные нормы питания. Пищевой рацион составляется с учетом пола, возраста человека и характера его деятельности. Громадное значение имеет режим питания. В зависимости от возраста, рода работы и других параметров устанавливается 3-6-разовое питание в день с определенным процентным содержанием пищи на любой прием.

Так, дабы сохранять энергетический баланс, поддерживать обычную массу тела, снабжать высокую работоспособность и профилактику разного рода патологических явлений в организме, нужно при полноценном питании расширить расход энергии за счет увеличения двигательной активности, что значительно стимулирует обменные процессы.

Наиболее значимая физиологическая константа организма - то предельное число энергии, которое человек расходует в состоянии полного спокойствия. Эта константа называется основным обменом. Нервная система, сердце, дыхательная мускулатура, почки, печень и другие органы непрерывно функционируют и потребляют определенное количество энергии. Сумма этих затрат энергии и образовывает величину основного обмена.

Основной обмен человека определяют при соблюдении следующих условий: при полном физическом и психическом покое; в положении лежа; в утренние часы; натощак, т.е. через 14ч по окончании последнего приема пищи; при температуре комфорта (20°С). Нарушение любого из этих условий ведет к отклонению обмена веществ в сторону увеличения. За 1 ч минимальные энергетические затраты организма взрослого человека составляют в среднем 1 ккал на 1 кг массы тела.

Основной обмен есть личной константой и зависит от пола, возраста, массы и роста человека. У здорового человека он может держаться на постоянном уровне в течение ряда лет. В детском возрасте величина основного обмена существенно выше, чем в пожилом. Деятельное состояние приводит к заметной интенсификации обмена веществ. Обмен веществ при этих условиях называется рабочим обменом. В случае если основной обмен взрослого человека равен 1700- 1800 ккал, то рабочий обмен в 2-3 раза выше. Так, основной обмен есть исходным фоновым уровнем потребления энергии. Резкое изменение основного обмена возможно серьёзным диагностическим показателем переутомления, перенапряжения и недовосстановления либо заболевания.

Источниками энергии для организма человека являются белки, жиры, углеводы которые составляют 90% сухого веса всего питания и поставляют 100% энергии. Все три питательных вещества обеспечивают энергию (измеряется в калориях), но количество энергии в 1 грамме вещества различно:

4 килокалории в грамме углеводов или белков;
9 килокалорий в грамме жира.

В грамме жира в 2 раза больше энергии для организма чем в грамме углеводов и белков.

Эти питательные вещества также различаются в том, как быстро они поставляют энергию. Углеводы поставляются быстрее, а жиры медленнее.

Белки, жиры, углеводы перевариваются в кишечнике, где они разбиваются на основные единицы:

углеводы в сахаре
белки в аминокислотах
жиры в жирных кислотах и глицерине.

Организм использует эти базовые единицы для создания веществ, которые необходимы для выполнения основных жизненных функций (в том числе другие углеводы, белки, жиры).

Виды углеводов

В зависимости от размера молекулы углеводов могут быть простыми или сложными.

Простые углеводы: различные виды сахаров, таких, как глюкоза и сахароза (столовый сахар), являются простыми углеводами. Это маленькие молекулы, поэтому они быстро поглощается организмом и являются быстрым источником энергии. Они быстро увеличивают уровень глюкозы в крови (уровень сахара в крови). Фрукты, молочные продукты, мед и кленовый сироп содержат большое количество простых углеводов, которые обеспечивают сладкий вкус в большинстве конфет и пирожных.
Сложные углеводы: эти углеводы состоят из длинных строк простых углеводов. Поскольку сложные углеводы большие молекулы, они должны быть разбиты на простые молекулы прежде, чем они могут быть поглощены. Таким образом, они, как правило, обеспечивают энергию для организма более медленно, чем простые, но все же быстрее, чем белок или жир. Это потому что они перевариваются медленнее, чем простые углеводы, и меньше шансов быть преобразованными в жир. Они также повышают уровень сахара в крови более медленными темпами и на более низких уровнях, чем простые, но для более длительного времени. Сложные углеводы включают крахмал и белки, которые имеются в продуктах пшеницы (хлеб и макаронные изделия), другие зерновые (рожь и кукуруза), бобы и корнеплоды (картофель).

Углеводы могут быть:

рафинированными
нерафинированными

Рафинированные – обработанные, волокна и отруби, а также многие из витаминов и минералов, которые они содержат удалены. Таким образом в процессе метаболизма обрабатываются эти углеводы быстро и обеспечивают мало питания, хотя они содержат примерно столько же калорий. Рафинированные продукты часто обогащенные, то есть витамины и минералы добавляются искусственно, чтобы повысить питательную ценность. Диета с высоким содержанием простых или рафинированных углеводов, как правило, повышают риск ожирения и диабета.

Нерафинированные углеводы из растительных продуктов. В них углеводы содержатся в виде крахмала и клетчатки. Это такие продукты как картофель, цельное зерно, овощи, фрукты.

Если люди потребляют больше углеводов, чем они нуждаются, организм хранит некоторые из этих углеводов в клетках (как гликоген), а остальные преобразует в жир. Гликоген является сложным углеводом для преобразования в энергию и хранится в печени и мышцах. Мышцы используют гликоген энергию в периоды интенсивных упражнений. Количество углеводов, хранящихся как гликоген, может обеспечить калориями на день. Несколько других тканей тела хранят сложные углеводы, которые не могут быть использованы как источник энергии для организма.

Гликемический индекс углеводов

Гликемический индекс углеводов представляет значение, как быстро их потребление повышает уровень сахара в крови. Диапазон значений от 1 (самое медленное усвоение) до 100 (быстрое, индекс чистой глюкозы). Однако, как быстро на самом деле повышается уровень зависит от продуктов, попадающих в организм.

Гликемический индекс, как правило, ниже для сложных углеводов, чем для простых углеводов, но есть исключения. Например, фруктоза (сахар в плодах) имеет незначительное влияние на уровень сахара в крови.

На гликемический индекс влияет технология обработки и состав продовольствия:

обработка: обработанные, нарезанные или мелко молотые продукты, как правило, имеют высокий гликемический индекс
тип крахмала: различные виды крахмала поглощаются по-разному. Крахмал картофельный переваривается и сравнительно быстро впитывается в кровь. Ячмень переваривается и поглощается гораздо медленнее.
содержание волокна: больше клетчатки пища, тем труднее это переварить. Как следствие сахар более медленно всасывается в кровь
спелость фруктов: зрелые плоды, больше сахара в нем и чем выше его гликемический индекс
содержание жира или кислоты: содержит больше жира или кислоты пищи, медленно перевариваются и медленно ее сахара всасываются в кровь
приготовление пищи: как готовится пища может повлиять на то как быстро всасывается в кровь. Как правило, приготовление пищи или измельчение пищи увеличивает его гликемический индекс, поскольку после процесса приготовления пищи их легче переваривать и усваивать.
другие факторы: процессы питания организма варьируется от человека к человеку, как быстро влияют углеводы на преобразование в сахар и всасывание. Насколько хорошо пережевана пища и как быстро глотается важно.

Гликемический индекс некоторых продуктов

Продукты	Состав	Индекс
Фасоль	Семена фасоли	33
	Чечевица красная	27
	Соя	14
Хлеб	Ржаной хлеб	49
	Белый	69
	Цельная пшеница	72
Зерновые культуры	Все отруби	54
	Кукурузные хлопья	83
	Овсяная каша	53
	Запыхаться риса	90
	Измельченные пшеница	70
Молочные	Молоко, мороженое и йогурт	34 – 38
Фрукты	Яблоко	38
	Банан	61
	Мандарин	43
	Апельсиновый сок	49
	Клубника	32
Зерно	Ячмень	22
	Коричневый рис	66
	Белый рис	72
Макаронные изделия	-	38
Картофель	Мгновенное пюре (через блендер)	86
	Пюре	72
	Сладкое пюре	50
Закуски	Кукурузные чипсы	72
	Печенье овсяное	57
	Картофельные чипсы	56
Сахар	Фруктоза	22
	Глюкоза	100
	Мед	91
	Сахар-рафинад	64

Гликемический индекс важный параметр, потому что углеводы повышают сахар в крови, если быстро (с высоким гликемическим индексом) то увеличивается уровень инсулина. Увеличение инсулина может привести к низкому уровню сахара в крови (гипогликемия) и голоду, который, как правило, потребляет лишние калории и набирает вес.

Углеводы с низким гликемическим индексом не сильно увеличивают уровень инсулина. В результате люди чувствуют себя сытыми дольше после еды. Потребление углеводов с низким гликемическим индексом также приводит к более здоровому уровню холестерина и снижает риск ожирения и диабета у людей с диабетом, риск осложнений из-за диабета.

Несмотря на связь между продуктами с низким гликемическим индексом и улучшением здоровья, использование индекса для выбора продуктов не приводит автоматически к здоровому питанию.

Например, высокий гликемический индекс у картофельных чипсов и некоторых конфет не выбор здорового питания, но некоторые пищевые продукты с высоким гликемическим индексом содержат ценные витамины и минералы.

Таким образом, гликемический индекс следует использовать только в качестве общего руководства для выбора продуктов.

Гликемическая нагрузка продуктов

Гликемический индекс показывает, как быстро углеводы в пище всасываются в кровь. Он не включает количество углеводов в пище, которые имеют важное значение.

Гликемическая нагрузка, относительно новый термин, включает гликемический индекс и количество углеводов в пище.

Продукты питания, такие как морковь, бананы, арбуз или хлеб из муки грубого помола, могут иметь высокий гликемический индекс, но содержат сравнительно мало углеводов и, таким образом, у них низкая гликемическая нагрузка продуктов. Такие продукты имеют незначительное влияние на уровень сахара в крови.

Белки в продуктах

Белки состоят из структуры, называемой аминокислоты и образуют сложные образования. Поскольку белки являются сложными молекулами, организм занимает больше времени, чтобы впитать их. В результате они гораздо медленный и долгий источник энергии для организма человека, чем углеводы.

Существуют 20 аминокислот. Организм человека синтезирует некоторые из компонентов в организме, но он не может синтезировать 9 аминокислот - называемые незаменимые аминокислоты. Они должны употребляться в рационе питания. Каждый нуждается в 8 из этих аминокислот: изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан и валина. Младенцы также нуждаются в 9 аминокислоте — гистидине.

Процент белка, который организм может использовать для синтеза незаменимых аминокислот варьируется. Организм может использовать 100% белка в яйце и высокий процент из белков молока и мяса, но может использовать немного меньше половины белка из большинства овощей и зерновых.

Организм любого млекопитающего нуждается в белке для обслуживания и замены тканей росте. Белок обычно не используется как источник энергии для организма человека. Однако если организм не получает достаточного количества калорий из других питательных веществ или из жира, хранящихся в организме, белок используется для энергии. Если больше белка чем необходимо, организм преобразует белок и сохраняет его компоненты как жир.

Живое тело содержит большое количество белка. Белок, главный строительный блок в организме и является основным компонентом большинства клеток. Например, мышцы, соединительная ткань и кожа все построено из белка.

Взрослые должны съесть около 60 граммов белка в день (1,5 грамм на килограмм веса или 10-15% от общего числа калорий).

Взрослым, которые пытаются развить мышцы нужно немного больше. Детям также необходимо белка больше потому, что они растут.

Жиры

Жиры являются сложными молекулами, состоящими из жирных кислот и глицерина. Организм нуждается в жирах для роста и как источник энергии для организма. Жир также используется для синтеза гормонов и других веществ, необходимых для деятельности органа (например, простагландины).

Жиры медленный источник энергии, но наиболее энергоэффективный вид пищи. Каждый грамм жира поставляет телу около 9 калорий, более чем вдвое больше, чем поставляемые белки или углеводы. Жиры — эффективная форма энергии и тело хранит излишки энергии как жир. Организм откладывает избыточный жир в брюшной полости (сальниковый жир) и под кожу (подкожный жир), чтобы использовать, когда требуется больше энергии. Тело может также изъять избыток жира из кровеносных сосудов и из органов, где он может блокировать поток крови и из поврежденных органов, что часто вызывает серьезные расстройства.

Жирные кислоты

Когда организм нуждается в жирных кислотах, он может сделать (синтезировать) некоторые из них. Некоторые кислоты, называемые незаменимые жирные кислоты, не могут быть синтезированы и должны потребляться в рационе питания.

Незаменимые жирные кислоты составляют около 7% жира, потребляемого в нормальной диете и около 3% от общего количества калорий (около 8 грамм). Они включают линолевую и линоленовую кислоты, которые присутствуют в некоторых растительных маслах. Эйкозапентаеновая и докозагексаеновая кислоты, которые являются жирными кислотами необходимы для развития мозга и могут быть синтезированы из линолевой кислоты. Однако они также присутствуют в некоторых морских рыбных продуктах, которые являются более эффективным источником.

Где находится жир?

Тип жира	Источник
Мононенасыщенные	Авокадо, оливковое масло Арахисовое масло
Полиненасыщенные	Рапс, кукуруза, соя, подсолнечник и многие другие жидкие растительные масла
Насыщенные	Мясо, особенно говядины Жирное молочные продукты, такие как цельное молоко, сливочное масло и сыр Кокосовое и пальмовое масла Искусственно гидрогенизированные растительные масла
Омега-3 жирные кислоты	Льняное семя Озерная форель и некоторых глубоководных рыб, таких как скумбрия, лосось, сельдь и тунец Зеленые листовые овощи Грецкие орехи
Омега-6 жирные кислоты	Растительные масла (в том числе подсолнечника, сафлора, кукуруза, хлопковое и соевого масла) Рыбий жир Яичные желтки
Транс-жиры	Коммерчески запеченные продукты, такие, как печенье, крекеры и пончики Картофель фри и другие жареные продукты Маргарин Картофельные чипсы

Линолевая и арахидоновая кислоты состоят из омега-6 жирных кислот.

Линоленовой кислота, эйкозапентаеновая и докозагексаеновая кислоты представляют омега-3 жирные кислоты.

Питание, богатое омега-3 жирными кислотами может снизить риск атеросклероза (включая заболевание коронарной артерии). Озерная форель и некоторые глубоководные рыбы содержат большое количество Омега-3 жирных кислот.

Необходимо потреблять достаточное количество омега-6 жирных кислот

Виды жиров

Существуют различные виды жиров

мононенасыщенные
полиненасыщенные
насыщенные

Употребление насыщенных жиров увеличивает уровень холестерина и риск атеросклероза. Продукты, полученные от животных обычно содержат насыщенные жиры, которые, как правило, твердые при комнатной температуре. Жиры, полученных из растений обычно содержат мононенасыщенные или полиненасыщенные жирные кислоты, которые, как правило, жидкие при комнатной температуре. Исключением являются пальмовое и кокосовое масло. Они содержат больше насыщенных жиров, чем другие растительные масла.

Транс-жиры (транс-жирные кислоты) — другая категория жира. Они искусственные и формируются путем добавления атомов водорода (гидрирования) мононенасыщенных или полиненасыщенных жирных кислот. Жиры могут полностью или частично быть гидрогенизированные (насыщенные атомами воды). Основным источником питания транс-жиров является частично гидрогенизированные растительные масла в коммерчески подготовленных продуктах. Потребление транс-жиров может негативно повлиять на уровень холестерина в организме и может способствовать риску атеросклероза.

Жиры в питании

жир должен быть ограничен и составлять менее 30% от общего количества ежедневных калорий (или менее 90 грамм в день)
насыщенные жиры должны употребляться ограниченно до 10%.

Когда потребление жиров сокращается до 10% или меньше от общего количества ежедневных калорий, уровень холестерина резко уменьшается.

Углеводы, белки и жиры представляют основные источники энергии для человека необходимой для жизнедеятельности и их качество имеет важное значения для здоровья.

Первоначальным источником энергии для живых организмов служит энергия солнечного света. Фототрофы - растения и фотосинтезирующие микроорганизмы - непосредственно используют световую энергию для синтеза сложных органических веществ (жиров, белков, углеводов и др.), являющихся вторичными источниками энергии. Гетеротрофы, к которым относятся животные, используют химическую энергию, выделяющуюся при окислении органических веществ, синтезированных растениями.

Биоэнергетические процессы можно разделить на процессы производства и аккумуляции энергии и процессы, в которых за счет запасенной энергии выполняется полезная работа (Рис.1.1). Фотосинтез - основной биоэнергетический процесс на Земле. Это сложная многоступенчатая система фотофизических, фотохимических и темновых биохимических процессов, в которых энергия солнечного света трансформируется в химическую или электрохимическую формы энергии. В первом случае это энергия, заключенная в сложных органических молекулах, а во втором - энергия градиента протонов на мембранах, которая также преобразуется в химическую форму. В фотосинтезирующих организмах кванты солнечного света поглощаются молекулами хлорофилла и переводят их электроны в возбужденное состояние с повышенной энергией. Именно за счет энергии возбужденных электронов в молекулах хлорофилла фотосинтетическая система фототрофов из простых молекул углекислого газа и воды синтезирует глюкозу и другие органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, нуклеотиды и т.д.), из которых впоследствии в организме строятся углеводы, белки, жиры и нуклеиновые кислоты. Продуктом этих реакций также является молекулярный кислород.

Суммарное уравнение основных реакций фотосинтеза:

6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 (глюкоза) + 6 O 2 ,

где hн - энергия фотонов.

Глобальная роль фотосинтеза исключительно велика. Мощность солнечного излучения порядка 10 26 Вт. Из нее до поверхности Земли доходит около 2 10 17 Вт, а из этой величины примерно 4 10 13 Вт используется фотосинтезирующими организмами для синтеза органических веществ (Самойлов, 2004). Эта энергия поддерживает жизнь на Земле. За счет нее синтезируется около 7,510 10 тонн биомассы в год (в расчете на углерод). При этом порядка 4 10 10 тонн углерода фиксируется фитопланктоном в океане и 3,510 10 тонн - растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами на суше.

Человечество потребляет продукты фотосинтеза в виде пищи, съедая органические вещества, первично произведенные растениями или вторично произведенные животными, поедающими растения, и в виде топлива, в качестве которого на 90 % используются ранее запасенные продукты фотосинтеза - нефть и уголь (остальную энергию дают атомные и гидроэлектростанции).

Извлечение энергии, накопленной фототрофными организмами, и ее последующее использование осуществляется в процессах питания и дыхания. При прохождении по пищеварительному тракту пища размельчается, клетки разрушаются и биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты, жиры и углеводы) расщепляются на низкомолекулярные мономеры (аминокислоты, нуклеотиды, жирные кислоты и сахара), которые в кишечнике всасываются в кровь и транспортируются по всему организму. Из них клетки извлекают атомы водорода, несущие высокоэнергетические электроны, энергию которых удается частично запасать в виде молекул аденозинтрифосфата (adenosine triphosphate, ATP). ATP - универсальный источник энергии, используемый как батарейка, там и тогда, где и когда необходимо выполнить полезную работу.

Конспект по экологии

Главнейшим источником энергии, определяющим тепловой баланс и термический режим биосферы Земли, является лучистая энергия Солнца.

Солнце освещает и обогревает Землю, поставляя энергию, которую зеленые растения используют для синтеза соединений, обеспечивающих их жизнедеятельность и потребляемых в пищу практически всеми остальными организмами. Кроме того, солнечная энергия поддерживает круговорот важнейших химических веществ и является движущей силой климатических и метеорологических систем, перераспределяющих тепло и влагу на земной поверхности.

Энергия Солнца излучается в космос в виде спектра ультрафиолетового, видимого светового и инфракрасного излучения и других форм лучистой или электромагнитной энергии.

Поверхности Земли достигают в основном ближнее ультрафиолетовое излучение, видимый свет и ближнее инфракрасное излучение. Около 34% лучистой энергии Солнца, достигшей поверхности Земли, сразу же отражается назад в космос облаками, пылью и другими веществами, находящимися в атмосфере, а также собственно поверхностью Земли. Подавляющая часть из остающихся 66% идет на нагревание атмосферы и суши, испарение и круговорот воды, преобразуется в энергию ветров. И лишь незначительная доля этой энергии (0,5%) улавливается зелеными растениями и используется в процессе фотосинтеза для образования органических соединений, необходимых для поддержания жизнедеятельности организмов.

Основная доля вредного ионизирующего излучения Солнца. Особенно ультрафиолетовой радиации, поглощается молекулами озона (О3) в верхней части атмосферы (стратосфере) и водяным паром в нижней части атмосферы. Без этого экранирующего эффекта большинство современных форм жизни на Земле не могло бы существовать.

Таким образом, все живое на Земле существует за счёт незагрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.

Растения используют всего лишь 0,5 % солнечного света, достигающего Земли. Даже если бы люди существовали исключительно за счет солнечной энергии, они бы использовали еще меньшую часть ее. Таким образом, поступающей на Землю солнечной энергии вполне достаточно для удовлетворения любых мыслимых потребностей человечества. Поскольку вся солнечная энергия в конечном счете превращается в тепло, увеличение ее использования для хозяйственных нужд не должно повлиять на динамику биосферы. Солнечная энергия – абсолютно чистая энергия, имеющаяся в неисчерпаемом объеме и по неизменной цене (бесплатно). На ее поступление не влияют политическое эмбарго и экономические трудности. В то же время, она слишком рассеяна: чтобы она служила человечеству, ее надо сконцентрировать, и это препятствие вполне преодолимо.

Говоря об энергии, следует иметь в виду, что энергия – это способность производить работу или теплообмен между двумя объектами, обладающими разной температурой. Энергия различается по качеству или способности совершать полезную работу. Качество энергии – это мера ее эффективности. Энергия высокого качества характеризуется большой степенью упорядоченности, или концентрации, а значит, высокой способностью производить полезную работу. В качестве примеров носителей таких форм энергии можно привести электричество, каменный уголь, бензин, концентрированную солнечную энергию, а также высокотемпературное тепло и др. Энергии низкого качества свойственны неупорядоченность и малая способность производить полезную работу. Пример носителя такой энергии – низкотемпературное тепло в воздухе вокруг нас, в реке, озере, океане. Например, общее количество тепла в Атлантическом океане значительно превышает количество энергии высокого качества в нефтяных скважинах Саудовской Аравии. Но тепло настолько рассеяно в океане, что мы не в состоянии его использовать.

Говоря об энергии, следует напомнить о двух законах природы, которым энергия подчиняется.

Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии): энергия не возникает и не исчезает, она лишь переходит из одной форму в другую. Закон подразумевает, что в результате превращений энергии никогда нельзя получить её больше, чем затрачено: выход энергии всегда равен её затратам; нельзя из ничего получить нечто, за все нужно платить.

Второй закон термодинамики: при любых превращениях энергии часть её теряется в виде тепла. Это низкотемпературное тепло обычно рассеивается в окружающей среде и неспособно выполнять полезную работу.

При сгорании бензина высококачественной химической энергии в двигателе автомобиля в механическую и электрическую энергию превращается около 1%, остальные 99% в виде бесполезного тепла рассеиваются в окружающей среде и, в конечном счете, теряются в космическом пространстве. В лампе накаливания 5% электрической энергии превращается в полезное световое излучение, а 95% в виде тепла рассеивается в окружающей среде. Согласно первому закону термодинамики, энергия никогда не истощится, поскольку она не может ни возникать, ни исчезать. Но согласно второму закону термодинамики, общее количество концентрированной высококачественной энергии, которую мы можем получить из всех источников, постоянно сокращается, превращаясь в низкокачественную энергию. Мы не только не можем получить нечто из ничего, мы не в состоянии нарушить выравнивание качества энергии.

Большая часть неотражённой земной поверхностью солнечной радиации, в соответствии со вторым законом термодинамики, преобразуется в низкотемпературную тепловую энергию (излучение «дальнего» ИК диапазона) и излучается обратно в космическое пространство; количество энергии, возвращающейся в космос в виде тепла, зависит от наличия в атмосфере молекул воды, диоксида углерода, метана, оксида азота, озона и некоторых форм твердых частиц. Эти вещества, действуя наподобие избирательного фильтра, позволяют некоторым высококачественным формам лучистой энергии Солнца пройти сквозь атмосферу к земной поверхности и в то же время задерживают и поглощают (и повторно излучают назад) часть возникающего потока низкокачественного теплового излучения Земли.

Одной из важнейших характеристик состояния термодинамической системы является энтропия (превращение – <греч.>) - отношение количества теплоты, введённого в систему или отведённого от неё, к термодинамической температуре: dS = dQ/T . Можно утверждать, что энтропия характеризует количество энергии в системе, недоступной для совершения работы, т. е. недоступной для использования. Система обладает низкой энтропией, если в ней происходит непрерывное рассеяние упорядоченной энергии и превращение её в другой, менее упорядоченный вид, например, превращение энергии света или пищи в тепловую энергию. Поэтому часто энтропию определяют как меру неупорядоченности системы. Важнейшей особенностью организмов является их способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, т. е. состояние с низкой энтропией.

Любое нагретое тело, в том числе и живое, будет отдавать тепло до тех пор, пока его температура не сравняется с температурой окружающей среды. В конечном счёте энергия любого тела может быть рассеяна в тепловой форме, после чего наступает состояние термодинамического равновесия, и любые энергетические процессы становятся невозможными, т. е. система приходит в состояние максимальной энтропии или минимальной упорядоченности.

Для того чтобы энтропия организма не возрастала в результате непрерывного рассеяния энергии путём её превращения из форм с высокой степенью упорядоченности (например, химической энергии пищи) в тепловую форму с минимальной степенью упорядоченности, организм должен непрерывно накапливать упорядоченную энергию извне, т. е. как бы извлекать извне "упорядоченность" или отрицательную энтропию.

Живые организмы извлекают отрицательную энтропию из пищи, используя упорядоченность ее химической энергии. Для того чтобы экологические системы и биосфера в целом имели возможность извлекать из окружающей среды отрицательную энтропию, необходима энергетическая дотация, которая в действительности и получается в виде даровой солнечной энергии. Растения в процессе автотрофного питания – фотосинтеза создают органическое вещество с повышенным уровнем упорядоченности его химических связей, что и обусловливает уменьшение энтропии. Травоядные животные поедают растения, которых, в свою очередь, поедают хищники и т. д.