Тема 16. Питательные вещества

Определения и обозначения

Питательные вещества — компоненты пищи, необходимые организму как источник энергии и материал для построения тканей и поддержания жизненных процессов. Проще говоря, они помогают организму получать энергию, обновлять клетки и обеспечивать их работу. Разным веществам соответствуют разные задачи, поэтому значение имеет состав всего рациона.

Белки — высокомолекулярные органические вещества, построенные из остатков аминокислот и содержащие пептидные связи. Пептидная связь соединяет части молекулы белка в длинную цепь. Благодаря этому определённый порядок аминокислот образует молекулы, необходимые для построения тканей и выполнения других функций.

Углеводы — органические вещества, к которым относятся моносахариды, дисахариды и полисахариды; многие из них служат источником энергии. Эти названия указывают, сколько структурных единиц входит в молекулу: одну, две или много. Различие в строении помогает объяснить разнообразие свойств углеводов.

Жиры — преимущественно сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот, выполняющие энергетическую и структурную функции. Высшие карбоновые кислоты — органические кислоты с длинной углеродной цепью. Их состав влияет на свойства жира, а при окислении жир может отдавать организму энергию.

Как это устроено

Состав пищи связан с тем, что организму одновременно нужны энергия, материал для клеток и вещества для поддержания обмена. При превращениях питательных веществ высвобождается энергия, используемая для процессов в клетках. Другие компоненты включаются в состав тканей или помогают нормальному течению реакций. Поэтому один продукт или одна группа веществ не может обеспечить все потребности.

Белки способны выполнять разнообразные функции, потому что состоят из разных аминокислот, расположенных в определённом порядке. Эта последовательность влияет на то, как цепь сворачивается и какое строение приобретает молекула. Строение определяет свойства белка, а свойства — то, в каких процессах он может участвовать. Изменение состава или порядка аминокислот может изменить свойства молекулы.

У моносахаридов одна структурная единица, у дисахаридов две, а у полисахаридов — множество соединённых единиц. Разное число звеньев означает различия в размере и устройстве молекул, а значит, и в свойствах вещества. Например, простые сахара обычно имеют сладкий вкус, а крахмал, относящийся к полисахаридам, обычно не сладкий. Строение также связано с тем, как углеводы перерабатываются и усваиваются организмом.

Жир образуется из глицерина и высших карбоновых кислот, но конкретный состав кислот может различаться. От него зависят свойства жира, в частности агрегатное состояние при обычных условиях. При окислении жиров выделяется энергия, поэтому они могут служить её источником. Однако энергетическая роль не исчерпывает их значения для организма: жиры выполняют и структурные функции.

Белки, жиры и углеводы не взаимозаменяемы полностью, поскольку их строение и функции различаются. Организму нужны и другие компоненты пищи: витамины участвуют в поддержании процессов обмена, а вода и минеральные вещества необходимы для нормальной работы клеток и систем организма. Их роль не сводится к получению энергии. Разнообразный рацион помогает обеспечить организм веществами с разными функциями.

Основные питательные вещества и их роль

Сначала сопоставьте строение вещества с его группой, затем прочитайте, какую роль оно выполняет. Примеры источников показывают, где такие вещества встречаются в пище, но один продукт может содержать сразу несколько групп. Таблица помогает увидеть, почему рацион должен быть разнообразным.

Разбор задач

Задача 1. Определите, к какой группе питательных веществ относятся глюкоза, крахмал, белок яйца и растительное масло. Чтобы не опираться только на внешний вид продукта, сопоставим каждое название с известным химическим классом. Сначала определим строение глюкозы и крахмала, затем разберём два оставшихся вещества. Так можно получить классификацию всех четырёх примеров.

1. Глюкоза относится к моносахаридам, то есть к простым углеводам.
2. Крахмал — полисахарид, поэтому также относится к углеводам.
3. Белок яйца относится к белкам, а растительное масло — к жирам.

Ответ: глюкоза — углевод-моносахарид; крахмал — углевод-полисахарид; белок яйца — белок; растительное масло — жир.

Задача 2. В образце пищи обнаружены пептидные связи. Какую группу питательных веществ это позволяет предположить и почему? Пептидная связь — отличительный элемент строения молекул, составленных из остатков аминокислот. Поэтому при распознавании вещества важно связать найденную связь не с отдельной аминокислотой, а с построенной из таких остатков молекулой.

1. Вспоминаем, какие молекулы содержат пептидные связи: такие связи соединяют остатки аминокислот в белках.
2. Сопоставляем обнаруженный признак со строением питательных веществ.
3. Делаем вывод о наиболее вероятной группе образца.

Ответ: в образце можно предположить наличие белков, поскольку их молекулы построены из остатков аминокислот, соединённых пептидными связями.

Задача 3. В порции продукта содержится 10 г белков, 15 г жиров и 30 г углеводов. Оцените энергетическую ценность, используя 17 кДж/г для белков и углеводов и 38 кДж/г для жиров. Рассчитаем вклад каждой группы отдельно: так не перепутаем удельные значения и массы. Затем сложим полученные величины, поскольку требуется общая оценка. Результат будет приближённым.

1. Белки: 10 г × 17 кДж/г = 170 кДж.
2. Жиры: 15 г × 38 кДж/г = 570 кДж.
3. Углеводы: 30 г × 17 кДж/г = 510 кДж.
4. Складываем: 170 + 570 + 510 = 1250 кДж.

Ответ: примерная энергетическая ценность порции — 1250 кДж. Расчёт использует заданные удельные значения и не учитывает возможные особенности усвоения.

Типичные ошибки

Считать, что все углеводы сладкие. Такое представление появляется из-за знакомых сахаров, но в группу входят вещества с разным строением и вкусом. Например, крахмал обычно не сладкий. Проверяйте себя так: классифицируйте вещество по строению, а не по вкусу.

Смешивать белки и аминокислоты. Ошибка возникает потому, что аминокислоты входят в состав белков. Но белок — крупная молекула из остатков многих аминокислот, а не одна аминокислота. Если речь идёт о цепи, соединённой пептидными связями, это белковая молекула.

Считать жиры ненужными или исключительно вредными. Это может быть связано с тем, что жиры дают много энергии, однако энергетическая ценность не означает, что вещество вредно само по себе. Жиры необходимы организму и выполняют несколько функций. Проверка: учитывайте и роль вещества, и умеренность его употребления, и общий состав рациона.

Сводить роль питательных веществ только к энергии. Так происходит, когда пищу рассматривают лишь как топливо. Белки и жиры также выполняют структурные функции, а витамины, вода и минеральные вещества нужны для нормальной работы организма. Проверяйте вывод, перечисляя не только энергетическую, но и другие роли каждого вещества.

Связь с другими темами

Для понимания темы полезно знать классы органических веществ, а также понятия мономера и полимера. Пригодятся основы строения белков, углеводов и сложных эфиров: они объясняют различия между группами пищи. Тема связана с биологией — пищеварением, обменом веществ и ролью витаминов и минеральных веществ. Эти знания помогают разбираться в химических свойствах органических веществ, составе продуктов и принципах рационального питания.

Что запомнить

• Пища содержит вещества с разными химическим строением и функциями.
• Белки построены из остатков аминокислот.
• Углеводы делятся на моносахариды, дисахариды и полисахариды.
• Жиры — преимущественно сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот.
• Белки, жиры и углеводы могут служить источниками энергии, но не являются полностью взаимозаменяемыми.
• Витамины, вода и минеральные вещества нужны для нормального функционирования организма.