Расщепляя и усваивая эти вещества, человек и животные часть полученного материала используют на построение тканей своего тела (растут, толстеют, хорошеют и меняют старые на свежие), а часть окисляют, т.е. биохимически «сжигают», используя выделяемую энергию для движения и некоторых других нужд.
При «сжигании» жиров и углеводов потребляется кислород, а образуются почти исключительно углекислый газ и вода. Как правило, это не вызывает особых проблем. А вот белки содержат азот и фосфор (обычно азота примерно в 7 раз больше чем фосфора). Так что, получаемые в результате их расщепления, соединения азота докучают нам гораздо серьезнее. В некоторых случаях мы сталкиваемся и с проблемой фосфатов. Но сейчас мы поговорим о других проблемах.
Белки (Протеины, Proteins) - природные высокомолекулярные органические соединения.
В процессах жизнедеятельности всех организмов белки выполняют структурную, регуляторную, каталитическую, защитную, транспортную, энергетическую и другие функции. Белки - основа кожи, шерсти, шелка, чешуи и других натуральных материалов, важнейшие компоненты здорового питания человека и животных. В зависимости от формы белковой молекулы различают фибриллярные и глобулярные белки.
Нам еще в школе рассказывали, что белковые молекулы представляют собой длинные сложные цепочки, состоящие преимущественно из аминокислот. Основных аминокислот всего 20 штук. Но, составляя их как разноцветные бусинки или как буквы алфавита, можно создать бесчисленное множество комбинаций. Каждый вид живых существ обладает собственным, только ему присущим набором разновидностей белковых молекул.
Рис. 1. Общая формула аминокислот:
где R – атом водорода или какая-нибудь органическая группа.
Рис. 2. Соединение двух аминокислот:
В процессе пищеварения белковые молекулы продуктов питания расщепляются именно на аминокислоты, которые всасываются в кровь и переносятся ею к клеткам организма как детали на сборочный конвейер.
Однако белки продуктов питания отличаются от тех белков, которые должны быть построены организмом. Следовательно, соотношение разных видов аминокислот у них разное. Какие-то аминокислоты окажутся в избытке, а каких-то будет не хватать. Это то же самое, как если бы в типографии при наборе текста книги, не хватало бы некоторых букв.
Часть аминокислот организм могжет синтезировать самостоятельно. Главным образом этот синтез происходит в печени. Однако некоторые из них могут быть получены только с пищей. Такие аминокислоты называют незаменимыми.
Грубо говоря, если в запасе у организма какой-нибудь одной аминокислоты окажется только в количестве достаточном для построения одной молекулы белка, а всех прочих аминокислот – на десять. То построить он сможет только одну, а лишние аминокислоты придется сжечь. Организму при этом – лишние хлопоты (в т.ч. токсичные продукты распада в тканях) и голод, а нам - головная боль при борьбе с аммонием, нитритами, нитратами и фосфатами.
Не сбалансированный по аминокислотному составу кормовой белок называется неполноценным. Ярким примером корма с выраженной белковой неполноценностью является пресловутое говяжье сердце. В нем содержится 21% белка, однако усваивается только 3%.
Растительные белки неполноценны. Это касается и получивших в последнее время широкое распространение соевых продуктов.
Употребление неполноценных по белку продуктов питания, т.е. отсутствие или острая нехватка одной или нескольких незаменимых аминокислот в рационе, приводит к серьезным физиологическим нарушениям – потере аппетита, нарушению пищеварения, замедлению роста и т.д. и т.п.
Иногда, продукты питания с неполноценным белком обогащают искусственными аминокислотами.
Высококачественный полноценный белок содержится, например, в икре и яйцах (единственное питание эмбрионов), планктоне, мясе рыб, печени…
Жиры и липиды
Липиды (Lipids) – греч. lipos жир + eidos вид – класс жиров и жироподобных веществ (липоидов). С химической точки зрения представляют собой жирные кислоты и их производные.
Молекулы липидов состоят в основном из атомов углерода, водорода и кислорода. Кроме того, в небольшом количестве липиды, входящие в состав продуктов питания, могут содержать и другие элементы - фосфор (фосфолипиды), азот…
Липиды играют весьма важную роль в жизнедеятельности организмов. Это: главные компоненты биомембран; запасной, изолирующий и защищающий органы материал; наиболее калорийная часть пищи; важная составная часть диеты; переносчики ряда витаминов; регуляторы транспорта воды и солей; иммуномодуляторы; регуляторы активности некоторых ферментов; эндогормоны; передатчики биологических сигналов.
Жиры (Fats) – самая массовая разновидностей липидов корма. Кормовые жиры представлены в основном нейтральными жирами (триглицеридами). Это сравнительно простые соединения, которые в процессе пищеварения распадаются на составные части – глицерин и жирные кислоты. В составе триглицеридов содержится около 9% глицерина и жирные кислоты с разной длиной углеродной цепочки. Свойства триглицеридов зависят от длины и особенностей химической структуры, входящих в их состав жирных кислот.
Рис. 3. Общая формула жиров:
где R, R’ и R’’ – углеводородные остатки (радикалы) жирных кислот, содержащие от 4 до 26 атомов углерода.
Жиры являются основным источником энергии для человека и большинства животных. Один грамм жира при полном окислении (оно идет в клетках с участием кислорода) дает 9,5 ккал (около 40 кДж) энергии. Это почти вдвое больше, чем можно получить из белков или углеводов. Кроме того, жировые запасы в организме практически не содержат воду, тогда как молекулы белков и углеводов всегда окружены молекулами воды. В результате один грамм жира дает почти в 6 раз больше энергии, чем один грамм животного крахмала – гликогена.
С другой стороны, жиры это не только высококалорийное «топливо». Они входят в состав клеточных компонентов, в том числе мембран, и служат основой синтеза важных для организма соединений. Жирорастворимые витамины (A, D, E и K) «хранятся» только в жирах и без них не усваиваются. При отсутствии в продуктах питания жира, нарушается деятельность центральной нервной системы, ослабляется иммунитет.
Несмотря на высокую «энергоемкость» жиров, получение из них энергии в организме – процесс медленный. Это связано с малой реакционной способностью жиров, особенно их углеводородных цепей. Углеводы, хотя и дают меньше энергии, чем жиры, зато позволяют получить ее намного быстрее.
Жиры корма расщепляются в желудке и в кишечнике, после чего проникают через их стенки в кровеносные сосуды, откуда транспортируются в печень и жировые ткани, где происходит их накопление.
Жирные кислоты бывают насыщенными (предельными) и ненасыщенными (непредельными). Ненасыщенные жиры, также как незаменимые аминокислоты, не могут синтезироваться в организме рыб и должны поступать с кормом. Ткани высших позвоночных животных (в т.ч. с-х животных) содержат в основном насыщенные жиры, тогда как у рыб и растений они преимущественно ненасыщенные. Ненасыщенные жиры – мягкие и не застывают при пониженных температурах, характерных для рыб, которые имеют температуру окружающей среды. Жиры теплокровных животных – в основном твердые.
Если жир переходит из жидкого состояния в твердое, он теряет жирорастворимые витамины (A, D, E, K), которые затем быстро разрушаются. Жиры, находящиеся в твердом состоянии усваиваются в желудочно-кишечном тракте гораздо хуже, чем жидкие.
В природе содержание жиров в пище обычно не превышает 1-2%. Содержание жиров. При прочих равных условиях, чем больше в продуктах питания белка, тем выше может быть содержание жира.
Углеводороды
Углеводы (Сахара, Carbohydrates) - органические соединения, в состав которых входят углерод, кислород и водород. Имеют общую формулу Cn(H2O)m, за что и получили свое основное название.
В растениях углеводы - это первичные продукты фотосинтеза и основные исходные продукты биосинтеза других веществ. Они составляют существенную часть рациона человека и многих животных; подвергаясь окислительным превращениям (биохимическому «сжиганию»), обеспечивают все живые клетки энергией; входят в состав клеточных оболочек и других структур.
Углеводы подразделяются на моносахариды (глюкоза, фруктоза…), дисахариды (сахароза, мальтоза…) и полисахариды (целлюлоза, она же – клетчатка, а также крахмал и его аналог животного происхождения – гликоген, …).
Ту часть полученных с кормом и усвоенных углеводов, которая сразу не была «сожжена» для получения энергии, животные преобразуют в жиры и гликоген, и накапливают в печени и мышцах. В случае необходимости гликоген легко превращается в глюкозу, а та, в свою очередь, может участвовать в энергетическом обмене.
Человек и теплокровные животные тратят значительную часть полученных из пищи углеводов на поддержание повышенной температуры тела.
Недостаток углеводов приводит к запорам, воспалениям, снижению иммунитета и вторичному заражению.
Гибель микрофлоры желудочно-кишечного тракта, например, в результате применения некоторых антибиотиков, приводит к затруднениям в переваривании пищи, богатой высшими углеводами. Вплоть до полного прекращения усвоения пищи
Минеральные вещества (зольный остаток) и Витамины
Организм человека и животных нуждается в пище, сбалансированной по химическим элементам и витаминам. Вредно сказывается как недостаток, так и избыток почти каждого из них.
Принципиальным отличием рыб и беспозвоночных от наземных животных (включая нас с вами) является то, что минеральные вещества и витамины могут попадать в их организм не только с кормом или питьем, но и непосредственно из окружающей воды – через жабры и покровы тела.
Макроэлементы
Около 99% массы тела обычно приходится на пять химических элементов - водород, кислород, углерод, азот и кальций. Они участвуют в большинстве химических реакций, протекающих в организме; входят в состав белков, жиров и углеводов.
Еще шесть элементов - фосфор, хлор, калий, натрий, сера и магний вместе составляют примерно 1% биомассы живых существ.
Их наличие и правильное соотношение в пище вышеперечисленных элементов играет важную роль. Недостаток кальция, к примеру, является причиной неправильного построения скелета и уродств появления у молодых растущих организмах.
Микроэлементы
Микроэлементы (Элементы следа, Трейс-элементы, Trace Elements) – элементы, присутствующие в живых организмах в низких концентрациях, но необходимые для их нормальной жизнедеятельности. Обычно имеются в виду концентрации, превышающие 1 мкг/кг, но ниже 0,2 мг/кг.
Насчитывается свыше 30 микроэлементов – металлов и неметаллов.
Металлы: алюминий Al, железо Fe, медь Сu, марганец Mn, цинк Zn, молибден Mo, кобальт Co, никель Ni, стронций Sr, хром Cr, олово Sn и некоторые другие.
Неметаллы: йод I, селен Se, бром Br, фтор F, мышьяк As, бор В…
Роль и функции различных микроэлементов в различных организмах весьма разнообразны. Они входят в состав ферментов, витаминов, дыхательных пигментов, гормонов и иных биологически активных соединений. Микроэлементы влияют на рост, размножение, кроветворение и т.д.
Обеспечение человека и животных микроэлементами – не такая уж простая задача. Во-первых, концентрации их таковы, что не поддаются аналитическому определению простыми методами. Во-вторых, еще более сложно выяснить участие и роль конкретных микроэлементов в жизненных процессах. В-третьих, эти элементы из-за их ничтожных концентраций легко передозировать, а в избыточном количестве многие из них могут быть весьма токсичны.
Витамины
Витамины (Vitamins) – от лат.Vita - жизнь – низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, выполняющие важнейшие биохимические функции в живых организмах. Упрощенно говоря, они представляют собой биологические катализаторы. В отличие от других незаменимых факторов питания (аминокислоты, жирные кислоты и др.) витамины не являются материалом для биосинтезов или источником энергии. Однако они участвуют практически во всех биохимических и физиологических процессах, составляющих в совокупности обмен веществ.
Витамины требуются организмам в очень небольших количествах (от нескольких мкг до нескольких мг в сутки). Животные не синтезируют витамины или не синтезируют их в достаточном количестве и поэтому должны получать их с пищей или из воды.
Важная роль в образовании витаминов принадлежит микроорганизмам, обитающим в желудочно-кишечном тракте. Гибель микрофлоры желудочно-кишечного тракта, например, в результате применения антибиотиков, приводит к авитаминозам и снижению иммунитета.
Некоторые вещества, называемые антивитаминами, блокируют действие витаминов, связывают их или разрушают. К антивитаминам относятся и некоторые антимикробные химиотерапевтические средства, например - сульфаниламидные препараты (антагонисты витамина H1 – парааминобензойной кислоты).
Различают водорастворимые (C, B1, B2, B6, B12 и PP) и жирорастворимые витамины (A, D, E, K). Кроме того, выделяют группу витаминоподобных соединений.
Водорастворимые витамины
К водорастворимым относятся: аскорбиновая кислота (витамин C), витамины группы B – тиамин (B1), рибофлавин (B2), B6, B12 (кобаламин), ниацин (витамин PP), фолацин, пантотеновая кислота, биотин.
Жирорастворимые витамины
К жирорастворимым относятся: витамины A, D (кальциферолы), E (токоферолы) и K.
Авитоминозы и гипервитаминозы
Гипервитаминозы – возможны при использовании искусственных витаминных препаратов в избыточных дозах. На практике, в случае использования специальных аквариумных препаратов, они возникают крайне редко. Скорее такая ситуация может возникнуть при использовании промышленных и медицинских препаратов, когда аквариумисты сами рассчитывают дозировки.
Авитаминозы – в острой форме, обычно являются результатом обильного и однообразного кормления или применения лекарственных препаратов.
В тоже время не следует забывать, что даже в тех случаях, когда явных симптомов авитаминоза не наблюдается, употребление витаминных препаратов существенно улучшает самочувствие, повышает иммунитет. Кроме того, эти препараты помогают нам пережить сложные ситуации, связанные со стрессом, применением лекарственных препаратов и т.п.
