3.13: Висновок тематичного дослідження: дієта та резюме глав

Висновок тематичного дослідження: Дилема дієти

Прочитавши цю главу, ви повинні мати можливість побачити численні зв'язки між хімією, людським життям та здоров'ям. У ситуації Мохіндера хімія бере участь у причині, чому їхній батько хворий на діабет, чому їх особистий ризик захворіти на діабет високий та різні зміни в харчуванні, які вони розглядають.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Фрукти і йогурт

Наприклад, діабет 2 типу викликаний головним чином відсутністю реакції в організмі на гормон інсулін, що викликає проблеми в регуляції цукру в крові або глюкози. Інсулін - пептидний гормон, і, як ви дізналися, пептиди - це ланцюги амінокислот. Тому інсулін відноситься до класу біохімічних сполук, званих білками. Мохіндер має підвищений ризик діабету частково тому, що є генетичний компонент захворювання. ДНК, яка є типом хімічної сполуки, званої нуклеїновою кислотою, передається від батьків до їх потомства і несе інструкції з виробництва білків в одиницях, званих генами. Якщо є проблема в гені (або генах), яка сприяє розвитку захворювання, такого як діабет 2 типу, це може передаватися потомству і може підвищити ризик захворіти цією дитиною.

Але генетика - це лише частина причини, чому Мохіндер схильний до підвищеного ризику діабету. Ожиріння саме по собі є фактором ризику і тим, яким можна поділитися в сім'ях через спільні фактори способу життя, такі як неправильне харчування та відсутність фізичних вправ, крім генетики. Споживання занадто великої кількості рафінованих вуглеводів, таких як білий хліб і газована вода, також може сприяти ожирінню та розвитку діабету. Як ви, напевно, тепер знаєте, ці прості вуглеводи легше і швидше розщеплюються в травній системі до глюкози, ніж більші складні вуглеводні молекули, такі як ті, що містяться в овочах і цільних зернових. Це може призвести до різких стрибків рівня цукру в крові, що особливо проблематично для людей з діабетом, оскільки вони мають проблеми з підтримкою рівня цукру в крові на безпечному рівні. Ви можете зрозуміти, чому батько Мохіндера обмежує споживання рафінованих вуглеводів, і насправді деякі наукові дослідження показали, що уникнення рафінованих вуглеводів може насправді допомогти знизити ризик захворіти на діабет в першу чергу.

Друг Мохіндера рекомендував їсти дієту з низьким вмістом жиру та високим вмістом вуглеводів, щоб схуднути, але ви можете бачити, який тип вуглеводів - простий або складний - є важливим фактором. Вживання великої кількості білого хліба та рису може не допомогти Мохіндеру зменшити ризик діабету! Але здорове харчування, яке допомагає їм схуднути, може знизити ризик діабету, оскільки саме ожиріння є фактором. Яка конкретна дієта буде працювати найкраще, щоб допомогти їм схуднути, ймовірно, залежить від різних факторів, включаючи їх біологію, спосіб життя та харчові переваги. Мохіндер повинен проконсультуватися зі своїм лікарем щодо їх дієти та плану фізичних вправ, щоб їх конкретна ситуація могла бути врахована та контрольована медичним працівником.

Пиття достатньої кількості води, як правило, є гарною порадою для всіх, особливо якщо вона замінює солодкі напої, такі як газована вода. Ви тепер знаєте, що вода важлива для багатьох хімічних реакцій, які відбуваються в організмі.

Нарешті, ви, напевно, тепер розумієте, що «хімікати» не повинні бути страшними, токсичними речовинами. Вся матерія складається з хімічних речовин, включаючи вас, воду та здорові свіжі фрукти та овочі, як ті, що зображені вище. Коли люди виступають за «чисте харчування» та уникаючи «хімічних речовин» у їжі, вони зазвичай мають на увазі уникнення синтетичних або техногенних хімічних добавок, таких як консерванти. Це може бути здоровим способом харчування, оскільки це передбачає вживання різноманітних цілих, свіжих, необроблених продуктів. Але немає причин лякатися хімічних речовин взагалі - це просто молекули, і як вони реагують, залежить від того, якими вони є, які інші молекули присутні, і навколишнього середовища, що їх оточують.

Резюме глави

До теперішнього часу ви повинні добре розбиратися в основах хімії життя. Зокрема, ви дізналися:

• Вся матерія складається з хімічних речовин. Хімічна речовина має певний і послідовний склад і може бути як елементом, так і сполукою.
• Елемент - це чиста речовина, яка не може бути розщеплена на інші типи речовин.
  • Атом - це найменша частинка елемента, яка все ще має властивості цього елемента. Атоми, в свою чергу, складаються з субатомних частинок, включаючи негативні електрони, позитивні протони та нейтральні нейтрони. Кількість протонів в атомі визначає елемент, який він представляє.
  • Атоми мають рівну кількість електронів і протонів, тому вони не мають заряду. Іони - це атоми, які втратили або отримали електрони, тому вони мають або позитивний, або негативний заряд. Атоми з однаковою кількістю протонів, але різною кількістю нейтронів називаються ізотопами.
  • Відомо майже 120 елементів. Більшість елементів - метали. Менша кількість - це неметали, включаючи вуглець, водень, кисень.
• З'єднання - це речовина, яка складається з двох і більше елементів в унікальному складі. Найменша частинка з'єднання називається молекулою. Хімічні зв'язки утримують атоми молекул. Ми обговорили чотири типи зв'язків: полярний ковалентний зв'язок, водневий зв'язок, неполярний ковалентний зв'язок та іонний зв'язок.
  • В іонному зв'язку атом віддає один або кілька електронів іншому атому.
  • У ковалентному зв'язку два атоми поділяють один або кілька електронів. Рівний розподіл електронів породжує неполярний ковалентний зв'язок, а нерівномірний розподіл електронів породжує полярний ковалентний зв'язок.
  • Полярні молекули утворюють водневі зв'язки між ними і всередині себе.
  • Хімічний зв'язок - це сила тяжіння між атомами або іонами. Утворюються зв'язки, коли атоми поділяють або переносять валентні електрони.
  • Атоми утворюють хімічні зв'язки для досягнення повного рівня зовнішньої енергії, який є найбільш стабільним розташуванням електронів.
• Сполуки можуть утворюватися тільки в хімічних реакціях, а руйнуватися вони можуть тільки в інших хімічних реакціях.
• Біохімічні сполуки - це сполуки на основі вуглецю, що містяться в живих Вони складають клітини та інші структури організмів і здійснюють життєві процеси. Більшість біохімічних сполук - це великі молекули, звані полімерами, які складаються з багатьох повторюваних одиниць менших молекул, званих мономерами.
• Існують мільйони різних біохімічних сполук, але всі вони діляться на чотири основні класи: вуглеводи, ліпіди, білки, нуклеїнові кислоти.
• Вуглеводи - найпоширеніший клас біохімічних сполук. Вони забезпечують клітини енергією, накопичують енергію та складають органічні структури, такі як клітинні стінки рослин. Основним будівельним блоком вуглеводів є моносахарид.
  • Цукор - це вуглеводи з коротким ланцюгом, які постачають нас енергією. Прості цукру, такі як глюкоза, складаються всього з одного моносахарида. Деякі цукру, такі як сахароза, або столовий цукор, складаються з двох моносахаридів і називаються дисахаридами. Дисахариди утворюються при реакції конденсації.
  • Складні вуглеводи, або полісахариди, складаються з сотень і навіть тисяч моносахаридів. До їх складу входять крохмаль, глікоген, целюлоза, хітин.
    • Крохмаль виготовляється рослинами для зберігання енергії і легко розщеплюється до його складових цукрів під час травлення.
    • Глікоген виробляється тваринами та грибами для зберігання енергії і відіграє вирішальну роль у гомеостазі рівня глюкози в крові у людини.
    • Клітковина - найпоширеніша біохімічна сполука в живих істотах. Він утворює клітинні стінки рослин і певні водорості. Людина не може перетравлювати целюлозу, але вона становить більшу частину найважливіших харчових волокон у раціоні людини.
    • Хітин становить органічні структури, такі як клітинні стінки грибів та екзоскелети комах та інших членистоногих.
• До ліпідів відносяться жири і масла. Вони накопичують енергію, утворюють клітинні мембрани та несуть повідомлення.
  • Молекули ліпідів складаються переважно з повторюваних одиниць, званих жирними Жирні кислоти можуть бути насиченими або ненасиченими, залежно від частки атомів водню, які вони містять. Тварини зберігають жир як насичені жирні кислоти; рослини зберігають жир як ненасичені жирні кислоти.
  • Типи ліпідів включають тригліцериди, фосфоліпіди та стероїди.
    • Тригліцериди містять гліцерин (спирт) крім жирних кислот. Люди та інші тварини зберігають жир як тригліцериди в жирових клітині.
    • Фосфоліпіди містять крім жирних кислот фосфат і гліцерин. Вони є основним компонентом клітинних мембран у всьому живому.
    • Стероїди являють собою ліпіди з чотирикільцевої структурою. Деякі стероїди, такі як холестерин, є важливими компонентами клітинних мембран. Багато інших стероїдів є гормонами.
• Білки включають ферменти, антитіла та численні інші важливі сполуки в живих істотах. Вони мають багато функцій, включаючи допомогу клітинам зберегти свою форму, складаючи м'язи, прискорюючи хімічні реакції та перенесення повідомлень та матеріалів.
  • Білки складаються з невеликих молекул мономерів, званих амінокислотами.
  • Пептидний зв'язок утворюється між двома амінокислотами, коли вони об'єднуються в реакції синтезу конденсації. Довгі ланцюги амінокислот утворюють поліпептиди. Послідовність амінокислот в поліпептидах становить первинну структуру білків. Вторинна структура відноситься до таких конфігурацій, як спіралі та листи всередині поліпептидних ланцюгів. Третинна структура - це загальна тривимірна форма білка, яка контролює основну функцію молекули. Четвертинна структура утворюється, якщо кілька білкових молекул з'єднуються між собою і функціонують як комплекс.
  • Головною характеристикою, яка дозволяє білкам виконувати різноманітні функції, є їх здатність конкретно і щільно зв'язуватися з іншими молекулами.
• Нуклеїнові кислоти включають ДНК і РНК. Вони кодують інструкції з виготовлення білків, допомагаючи виробляти білки, і передаючи закодовані інструкції від батьків потомству.
  • Нуклеїнові кислоти побудовані з мономерів, званих нуклеотидами, які зв'язуються між собою довгими ланцюгами, утворюючи полінуклеотиди. ДНК складається з двох полінуклеотидів, а РНК складається з одного полінуклеотида.
  • Кожен нуклеотид складається з молекули цукру, фосфатної групи та азотної основи. Цукор і фосфатні групи сусідніх нуклеотидів зв'язуються між собою, утворюючи «кістяк» полінуклеотида. Зв'язок між комплементарними основами утримують два полінуклеотидних ланцюга ДНК і змушують її набувати характерну форму подвійної спіралі.
  • ДНК складається з генів, а послідовність азотних основ в ДНК становить генетичний код для синтезу білків. РНК допомагає синтезувати білки в клітині. Генетичний код в ДНК також передається від батьків потомству під час розмноження, пояснюючи, як передаються успадкові характеристики від одного покоління до наступного.
• Хімічна реакція - це процес, який змінює одні хімічні речовини на інші. Речовина, яка запускає хімічну реакцію, називається реагентом, а речовина, що утворюється в хімічній реакції, називається продуктом. Під час хімічної реакції зв'язки розриваються в реагентах і в продуктах утворюються нові зв'язки.
• Хімічні реакції можуть бути представлені хімічними рівняннями. Згідно із законом збереження маси, маса завжди зберігається в хімічній реакції, тому хімічне рівняння має бути збалансованим, з такою ж кількістю атомів кожного типу елемента в продуктах, як і в реагентах.
• Багато хімічних реакцій відбуваються навколо нас щодня, такі як іржавіння заліза та гниття органічних речовин, але не всі зміни є хімічними процесами. Деякі зміни, такі як танення льоду або розрив паперу на менші шматочки, є фізичними процесами, які не передбачають хімічних реакцій та утворення нових речовин.
• Всі хімічні реакції включають енергію і потребують енергії активації, щоб почати. Ексергонічні реакції вивільняють енергію. Ендергонічні реакції поглинають енергію.
• Біохімічні реакції - це хімічні реакції, які відбуваються всередині живих істот. Сума всіх біохімічних реакцій в організмі іменується метаболізмом. Обмін речовин включає катаболічні реакції, які є екзотермічними реакціями, і анаболічні реакції, які є ендотермічними реакціями.
• Більшість біохімічних реакцій потребують біологічного каталізатора, який називається ферментом, щоб прискорити реакцію за рахунок зменшення кількості енергії активації, необхідної для початку реакції. Більшість ферментів - це білки, які впливають лише на одну конкретну речовину, звану субстратом ферменту.
• Вода - полярна молекула, тому молекули води утворюють водневі зв'язки між ними. Завдяки цій властивості вода існує у вигляді рідини в широкому діапазоні температур і розчиняє багато речовин. Ці властивості залежать від полярності води, яка змушує молекули води «злипаються».
• Організмам потрібна вода для розчинення багатьох речовин і для більшості біохімічних процесів, включаючи фотосинтез і клітинне дихання.
• Розчин являє собою суміш двох і більше речовин, яка має однаковий склад на всьому протязі. Багато розчини складаються з води і одного або декількох розчинених речовин.
• Кислотність - це міра концентрації іонів гідронію в розчині. Чиста вода має дуже низьку концентрацію і рН 7, що є точкою нейтральності за шкалою рН. Кислоти мають більш високу концентрацію іонів гідронію, ніж чиста вода, і рН нижче 7. Підстави мають меншу концентрацію іонів гідронію, ніж чиста вода, і рН вище 7.
• Багато кислот і підстав у живих істотах виділяються, щоб забезпечити належний рН для належної роботи ферментів.

Тепер, коли ви зрозуміли хімію молекул, що складають живі істоти, в наступному розділі ви дізнаєтеся, як ці молекули складають основну одиницю структури і функції в живих організмах - клітинам - і зможете зрозуміти деякі найважливіші хімічні реакції, що відбуваються всередині клітин.

Розділ Резюме Огляд

1. Чотири основні класи біохімічних сполук - вуглеводи, ліпіди, білки та нуклеїнові кислоти. Для кожного з наведених нижче речовин визначте, до якого з цих класів відноситься речовина.
   1. Ферменти
   2. Фруктоза
   3. ДНК
   4. РНК
   5. Стероїди
2. Хімічна формула складного вуглеводного глікогену - C24H42O21.
   1. Які елементи в глікогені?
   2. Скільки атомів в одній молекулі глікогену?
   3. Чи є глікоген іоном? Чому чи чому ні?
   4. Глікоген - це моносахарид або полісахарид? Окрім запам'ятовування цього факту, як би ви це знали на основі інформації в питанні?
   5. Яка функція глікогену в організмі людини?
3. У чому різниця між іоном і полярною молекулою? Наведіть приклад кожного в своєму поясненні.
4. Визначте мономер і полімер.
5. Для кожного з наступних полімерів визначте назву його мономерів.
   1. РНК
   2. Протеїн
   3. Складний вуглевод
6. У чому різниця між білком і поліпептидом?
7. Люди з діабетом мають проблеми з контролем рівня глюкози в крові. Знаючи це, чому, на вашу думку, часто рекомендується людям з діабетом обмежувати споживання вуглеводів?
8. Визначте кожну з наступних реакцій як ендергонічну або ексергонічну.
   1. Клітинне дихання
   2. Фотосинтез
   3. катаболічні реакції
   4. Анаболічні реакції
9. Пепсин - це фермент в шлунку, який допомагає нам перетравлювати білок. Дайте відповідь на наступні питання про пепсин.
   1. Що таке субстрат для пепсину?
   2. Як працює пепсин для прискорення реакції перетравлення білка?
   3. З огляду на те, що ви знаєте про структуру білків, які, на вашу думку, є деякі продукти реакції, яку каталізує пепсин?
   4. Шлунок в нормі кислий. Як ви думаєте, що станеться з активністю пепсину та впливом на перетравлення білка, якщо рН значно підвищений?
10. Що визначає нейтральний рН? Що таке числове значення нейтрального рН?
11. Правда чи брехня. Ненасичені жирні кислоти мають прямі ланцюги.
12. Правда чи брехня. Код ДНК містить вказівки щодо правильної послідовності нуклеїнових кислот в білку.
13. Правда чи брехня. Фосфоліпіди складають клітинні мембрани.
14. Функція білків може включати
    1. допомагаючи клітинам зберігати форму
    2. допомагаючи знищити чужорідні речовини
    3. прискорення біохімічних реакцій
    4. все вищесказане
15. Що з перерахованого не входить до складу нуклеотиду?
    1. азотна основа
    2. молекула клітковини
    3. молекула цукру
    4. фосфатна група
16. «поштовхом», необхідним для початку хімічної реакції, є
    1. ферментативна енергія
    2. ендотермічна енергія
    3. енергія активації
    4. енергія реагенту

Атрибуції

1. Соєва сироваткова білкова дієта Пеггі Греб, USDA ARS, суспільне надбання через Wikimedia Commons
2. Текст адаптований з біології людини CK-12 ліцензований CC BY-NC 3.0