Обмен энергии. Пути превращения высокомолекулярных веществ в низкомолекулярные с освобождением энергии. Определение энергетических затрат. Прямая и непрямая калориметрия

ОТВЕТ: Организм представляет собой открытую систему, которая постоянно обменивается с внешней средой как веществами, так и энергией. Энергия поступает в организм с пищей в форме химических связей, затем преобразуется в тепловую, а также в механическую (сокращение мышц, движение ресничек), электрическую (генерация потенциалов), химическую (синтез новых молекул). Энергия запасается в организме в виде макроэргических соединений, основным является аденозинтрифосфат (АТФ). Образовавшиеся при распаде белков, жиров и углеводов мономеры (аминокислоты, глюкоза, жирные кислоты) могут превращаться в так называемые ключевые метаболиты (например, в ацетилкоэнзим А). Они, в свою очередь, включаются в сложные цепочки реакций (цикл трикарбоновых кислот, окислительное фосфорилирование), сопровождающиеся выделением энергии в виде молекул АТФ.

Количество поступившей энергии равно количеству выделившейся (энергетический баланс). Наука, изучающая энергетический обмен организма, называется биоэнергетикой.

Методы исследования энергетического обмена. Вся энергия, поступившая в организм, в конечном итоге преобразуется в тепловую. Таким образом, оценить энергетический обмен можно просто измерив количество выделенного организмом тепла. Такой метод называется прямой калориметрией. Исследуемого человека или животное помещают в герметичную камеру, через стены которой по системе труб пропускают воду. По разнице температур на входе и на выходе из камеры определяют количество выделившейся теплоты и соответственно оценивают энерготраты.

Этот метод очень громоздкий, кроме того, он сложен в применении, поэтому на практике используют метод непрямой калориметрии. В этом случае энергетический обмен оценивают косвенно, по количеству поглощённого О₂ и выделенного CO₂. При окислении углеводов на каждый литр кислорода выделяется 5,05 ккал энергии. Этот показатель называется калорическим эквивалентом кислорода. Таким образом, зная количество поглощённого человеком кислорода, можно рассчитать энерготраты (умножив объём поглощённого кислорода на калорический эквивалент). Однако такие расчёты верны только для углеводов. Для жиров и белков количество энергии на каждый поглощённый литр кислорода будет другим. Кроме того, точно оценить массу употреблённых с пищей жиров, углеводов и белков очень сложно. Поэтому на практике используется ещё один показатель – дыхательный коэффициент. Он равен отношению выделенного СО₂ к поглощённому О₂. ДК для углеводов равен 1, для жиров – 0,7, для белков – 0,82. Дыхательный коэффициент позволят откорректировать калорический эквивалент кислорода исходя из конкретной употреблённой человеком пищи. При изменении дыхательного коэффициента на 0,01 калорический эквивалент меняется на 12 калорий.