obiective de invatare

Până la sfârșitul acestei secțiuni, veți putea:

  • Explicați de ce dieta unui animal ar trebui să fie echilibrată și să satisfacă nevoile organismului
  • Definiți componentele principale ale alimentelor
  • Descrieți nutrienții esențiali necesari funcției celulare care nu pot fi sintetizați de corpul animalului
  • Explicați cum se produce energie prin dietă și digestie
  • Descrieți cum sunt depozitați în organism excesul de carbohidrați și energia

Având în vedere diversitatea vieții animale de pe planeta noastră, nu este surprinzător faptul că și dieta animalelor ar varia, de asemenea, substanțial. Dieta animală este sursa de materiale necesare pentru construirea ADN-ului și a altor molecule complexe necesare creșterii, întreținerii și reproducerii; colectiv aceste procese se numesc biosinteză. Dieta este, de asemenea, sursa de materiale pentru producerea de ATP în celule. Dieta trebuie să fie echilibrată pentru a oferi mineralele și vitaminele necesare funcției celulare.

Cerințe alimentare

Care sunt cerințele fundamentale ale dietei animale? Dieta animalelor ar trebui să fie bine echilibrată și să furnizeze substanțele nutritive necesare funcției corporale și mineralele și vitaminele necesare pentru menținerea structurii și reglării necesare pentru o bună sănătate și capacitate de reproducere. Aceste cerințe pentru un om sunt ilustrate grafic în Figura 15.14

producția
Figura 15.14.
Pentru oameni, o dietă echilibrată include fructe, legume, cereale și proteine. (credit: USDA)

Conceptul în acțiune

Primul pas pentru a vă asigura că îndepliniți cerințele alimentare ale corpului dvs. este conștientizarea grupurilor de alimente și a nutrienților pe care aceștia le furnizează. Pentru a afla mai multe despre fiecare grup de alimente și cantitățile zilnice recomandate, explorați acest site interactiv de către Departamentul Agriculturii din Statele Unite.

Precursori organici

Moleculele organice necesare pentru construirea materialului celular și a țesuturilor trebuie să provină din alimente. Glucidele sau zaharurile sunt sursa primară de carboni organici din corpul animalului. În timpul digestiei, glucidele digerabile sunt în cele din urmă descompuse în glucoză și utilizate pentru a furniza energie prin căi metabolice. Glucidele complexe, inclusiv polizaharidele, pot fi descompuse în glucoză prin modificare biochimică; cu toate acestea, oamenii nu produc enzima celulază și nu au capacitatea de a obține glucoză din celuloză polizaharidică. La om, aceste molecule furnizează fibra necesară pentru deplasarea deșeurilor prin intestinul gros și un colon sănătos. Flora intestinală din intestinul uman este capabilă să extragă o anumită nutriție din aceste fibre vegetale. Excesul de zaharuri din organism este transformat in glicogen si stocat in ficat si muschi pentru utilizare ulterioara. Depozitele de glicogen sunt folosite pentru a alimenta eforturi prelungite, cum ar fi alergarea pe distanțe lungi, și pentru a furniza energie în timpul lipsei de alimente. Excesul de glicogen poate fi transformat în grăsimi, care sunt stocate în stratul inferior al pielii mamiferelor pentru izolare și stocare a energiei. Excesul de carbohidrați digerabili este stocat de mamifere pentru a supraviețui foametei și a ajuta la mobilitate.

O altă cerință importantă este cea a azotului. Catabolismul proteinelor oferă o sursă de azot organic. Aminoacizii sunt elementele de bază ale proteinelor, iar defalcarea proteinelor oferă aminoacizi care sunt utilizați pentru funcția celulară. Carbonul și azotul derivat din acestea devin elementul de bază pentru nucleotide, acizi nucleici, proteine, celule și țesuturi. Excesul de azot trebuie eliminat deoarece este toxic. Grăsimile adaugă aromă alimentelor și promovează un sentiment de sațietate sau plinătate. Alimentele grase sunt, de asemenea, surse semnificative de energie, deoarece un gram de grăsime conține nouă calorii. Grăsimile sunt necesare în dietă pentru a ajuta la absorbția vitaminelor liposolubile și la producerea de hormoni liposolubili.

Nutrienți esențiali

În timp ce corpul animalului poate sintetiza multe dintre moleculele necesare funcționării din precursorii organici, există unii nutrienți care trebuie consumați din alimente. Acești nutrienți sunt denumiți nutrienți esențiali, adică trebuie mâncate și corpul nu le poate produce.

Acidul alfa-linolenic omega-3 și acidul linoleic omega-6 sunt acizi grași esențiali necesari pentru producerea unor fosfolipide de membrană. Vitamine sunt o altă clasă de molecule organice esențiale care sunt necesare în cantități mici pentru ca mai multe enzime să funcționeze și, din acest motiv, sunt considerate a fi coenzime. Absența sau nivelurile scăzute de vitamine pot avea un efect dramatic asupra sănătății, așa cum este subliniat în Tabelul 15.1 și Tabelul 15.2. Atât vitaminele liposolubile, cât și cele solubile în apă trebuie obținute din alimente. Minerale, enumerate în Tabelul 15.3, sunt substanțe nutritive esențiale anorganice care trebuie obținute din alimente. Printre numeroasele lor funcții, mineralele ajută la structură și reglare și sunt considerate co-factori. Anumiți aminoacizi trebuie, de asemenea, să fie obținuți din alimente și nu pot fi sintetizați de organism. Acești aminoacizi sunt aminoacizii „esențiali”. Corpul uman poate sintetiza doar 11 din cei 20 de aminoacizi necesari; restul trebuie obținut din alimente. Aminoacizii esențiali sunt enumerați în Tabelul 15.4.

Tabelul 15 .1.Vitamine esențiale solubile în apă Deficiențele funcționale ale vitaminelor pot duce la surse
Vitamina B1 (tiamina) Necesară organismului pentru procesarea lipidelor, proteinelor și carbohidraților Coenzima elimină CO2 din compușii organici Slăbiciune musculară, Beriberi: funcție cardiacă redusă, probleme ale SNC Lapte, carne, fasole uscată, cereale integrale
Vitamina B2 (riboflavină) Prinde un rol activ în metabolism, ajutând la conversia alimentelor în energie (FAD și FMN) Fisuri sau răni pe suprafața exterioară a buzelor (chelioză); inflamație și roșeață a limbii; inflamație umedă și solzoasă a pielii (dermatită seboreică) Carne, ouă, cereale îmbogățite, legume
Vitamina B3 (niacina) Folosit de organism pentru a elibera energie din carbohidrați și pentru a procesa alcoolul; necesare pentru sinteza hormonilor sexuali; componentă a coenzimei NAD + și NADP + Pelagra, care poate duce la dermatită, diaree, demență și moarte Carne, ouă, cereale, nuci, cartofi
Vitamina B5 (acid pantotenic) Ajută la producerea de energie din alimente (lipide, în special); componentă a coenzimei A Oboseală, coordonare slabă, creștere întârziată, amorțeală, furnicături ale mâinilor și picioarelor Carne, cereale integrale, lapte, fructe, legume
Vitamina B6 (piridoxină) Principala vitamină pentru procesarea aminoacizilor și lipidelor; ajută, de asemenea, la transformarea nutrienților în energie Iritabilitate, depresie, confuzie, răni sau ulcere la nivelul gurii, anemie, zvâcniri musculare Carne, produse lactate, cereale integrale, suc de portocale
Vitamina B7 (biotină) Utilizat în metabolismul energetic și al aminoacizilor, sinteza grăsimilor și descompunerea grăsimilor; ajută organismul să utilizeze zahărul din sânge Căderea părului, dermatită, depresie, amorțeală și furnicături la nivelul extremităților; tulburări neuromusculare Carne, ouă, leguminoase și alte legume
Vitamina B9 (acid folic) Asistă dezvoltarea normală a celulelor, în special în timpul dezvoltării fetale; ajută la metabolizarea nucleicilor și aminoacizilor Deficiența în timpul sarcinii este asociată cu defecte congenitale, cum ar fi defecte ale tubului neural și anemie Legume verzi cu frunze, grâu integral, fructe, nuci, leguminoase
Vitamina B12 (Cobalamina) Menține sistemul nervos sănătos și ajută la formarea celulelor sanguine; coenzima în metabolismul acidului nucleic Anemie, tulburări neurologice, amorțeală, pierderea echilibrului Carne, ouă, produse de origine animală
Vitamina C (acid ascorbic) Ajută la menținerea țesutului conjunctiv: os, cartilaj și dentină; stimulează sistemul imunitar Scorbut, care are ca rezultat sângerări, căderea părului și a dinților; dureri și umflături articulare; întârzierea vindecării rănilor Citrice, broccoli, roșii, ardei dulci roșii

Tabelul 15.2. Vitamine esențiale liposolubile Deficiențele funcționale ale vitaminelor pot duce la surse
Vitamina A (Retinol) Critică pentru dezvoltarea oaselor, a dinților și a pielii; ajută la menținerea vederii, îmbunătățește sistemul imunitar, dezvoltarea fetală, expresia genelor Orbire nocturnă, tulburări ale pielii, imunitate afectată Legume cu frunze verzi închise, legume galben-portocalii fructe, lapte, unt
Vitamina D Critic pentru absorbția calciului pentru dezvoltarea și rezistența oaselor; menține un sistem nervos stabil; menține un ritm normal și puternic al inimii; ajută la coagularea sângelui Rahitism, osteomalacie, imunitate Ulei de ficat de cod, lapte, gălbenuș de ou
Vitamina E (tocoferol) Reduce deteriorarea oxidativă a celulelor și previne deteriorarea plămânilor de la poluanți; vital pentru sistemul imunitar Deficitul este rar; anemie, degenerare a sistemului nervos Ulei de germeni de grâu, uleiuri vegetale nerafinate, nuci, semințe, cereale
Vitamina K (Filochinona) Esențial pentru coagularea sângelui Sângerări și vânătăi ușoare Legume verzi cu frunze, ceai
Tabelul 15.3. Mineralele și funcția lor în corpul uman Deficiențele funcției minerale pot duce la surse
* Calciu Necesar pentru funcția musculară și neuronală; sanatatea inimii; construiește osul și susține sinteza și funcția celulelor sanguine; funcția nervoasă Osteoporoză, rahitism, spasme musculare, tulburări de creștere Lapte, iaurt, pește, legume cu frunze verzi, leguminoase
* Clor Necesar pentru producerea de acid clorhidric (HCl) în funcția stomacului și a nervului; echilibrul osmotic Crampe musculare, tulburări de dispoziție, apetit redus Sare de masă
Cupru (urme) Componenta necesară a multor enzime redox, inclusiv citocrom c oxidaza; cofactor pentru sinteza hemoglobinei Deficitul de cupru este rar Ficat, stridii, cacao, ciocolată, susan, nuci
Iod Necesar pentru sinteza hormonilor tiroidieni Guşă Fructe de mare, sare iodată, produse lactate
Fier Este necesar pentru multe proteine ​​și enzime, în special pentru hemoglobină, pentru a preveni anemia Anemie, care cauzează o concentrație slabă, oboseală și o funcție imună slabă Carne roșie, legume cu frunze verzi, pește (ton, somon), ouă, fructe uscate, fasole, cereale integrale
* Magneziu Co-factor necesar pentru formarea ATP; formarea oaselor; funcții normale ale membranei; funcția musculară Tulburări ale dispoziției, spasme musculare Cereale integrale, legume verzi cu frunze
Mangan (urme) Un cofactor în funcțiile enzimei; sunt necesare urme Deficitul de mangan este rar Frecvente în majoritatea alimentelor
Molibden (urme) Acționează ca un cofactor pentru trei enzime esențiale la om: sulfit oxidază, xantină oxidază și aldehid oxidază Deficitul de molibden este rar
* Fosfor O componentă a oaselor și a dinților; ajută la reglarea echilibrului acido-bazic; sinteza nucleotidelor Slăbiciune, anomalii osoase, pierderi de calciu Lapte, brânză tare, cereale integrale, carne
* Potasiu Vital pentru mușchi, inimă și funcția nervilor Tulburări ale ritmului cardiac, slăbiciune musculară Leguminoase, piele de cartofi, roșii, banane
Seleniu (urme) Un cofactor esențial pentru activitatea enzimelor antioxidante, cum ar fi glutation peroxidaza; sunt necesare urme Deficitul de seleniu este rar Frecvente în majoritatea alimentelor
* Sodiu Electrolit sistemic necesar pentru multe funcții; echilibru acido-bazic; echilibrul apei; funcția nervoasă Crampe musculare, oboseală, apetit redus Sare de masă
Zinc (urme) Necesar pentru mai multe enzime, cum ar fi carboxipeptidaza, alcoolul hepatic dehidrogenază și anhidrază carbonică Anemia, vindecarea slabă a rănilor, poate duce la statură scurtă Frecvente în majoritatea alimentelor
* Este necesar mai mult de 200 mg/zi
Tabelul 15.4. Aminoacizi esențiali Aminoacizi care trebuie consumați Aminoacizi anabolizați de organism
izoleucină alanină
leucina selenocisteină
lizină aspartat
metionină cisteină
Fenilalanină glutamat
triptofan glicină
valină prolină
histidină * serină
treonină tirozină
arginină * asparagină
* Corpul uman poate sintetiza histidina și arginina, dar nu în cantitățile necesare, în special pentru copiii în creștere.

Energia alimentară și ATP

Animalele au nevoie de hrană pentru a obține energie și pentru a menține homeostazia. Homeostazia este capacitatea unui sistem de a menține un mediu intern stabil chiar și în fața schimbărilor externe aduse mediului. De exemplu, temperatura corporală normală a oamenilor este de 37 ° C (98,6 ° F). Oamenii mențin această temperatură chiar și atunci când temperatura externă este caldă sau rece. Este nevoie de energie pentru a menține această temperatură corporală, iar animalele obțin această energie din alimente.

Sursa primară de energie pentru animale este glucidele, în principal glucoza. Glucoza este numită combustibilul corpului. Carbohidrații digerabili din dieta unui animal sunt transformați în molecule de glucoză printr-o serie de reacții chimice catabolice.

Adenozin trifosfatul sau ATP este moneda primară a energiei din celule; ATP stochează energie în legături ester fosfat. ATP eliberează energie atunci când legăturile fosfodiester sunt rupte și ATP este convertit în ADP și o grupare fosfat. ATP este produs de reacțiile oxidative din citoplasmă și mitocondriul celulei, unde carbohidrații, proteinele și grăsimile suferă o serie de reacții metabolice denumite în mod colectiv respirație celulară. De exemplu, glicoliza este o serie de reacții în care glucoza este convertită în acid piruvic și o parte din energia sa potențială chimică este transferată la NADH și ATP.

ATP este necesar pentru toate funcțiile celulare. Este folosit pentru a construi moleculele organice care sunt necesare pentru celule și țesuturi; asigură energie pentru contracția musculară și pentru transmiterea semnalelor electrice în sistemul nervos. Atunci când cantitatea de ATP este disponibilă peste cerințele organismului, ficatul folosește excesul de ATP și excesul de glucoză pentru a produce molecule numite glicogen. Glicogenul este o formă polimerică de glucoză și este stocat în ficat și celulele musculare scheletice. Când glicemia scade, ficatul eliberează glucoza din depozitele de glicogen. Mușchiul scheletic transformă glicogenul în glucoză în timpul exercițiilor intense. Procesul de conversie a glucozei și a excesului de ATP în glicogen și a stocării excesului de energie este un pas important din punct de vedere evolutiv în a ajuta animalele să facă față mobilității, penuriei de alimente și foametei.

Obezitatea

Obezitatea este o problemă majoră de sănătate în Statele Unite și se concentrează din ce în ce mai mult pe reducerea obezității și a bolilor la care poate duce, cum ar fi diabetul de tip 2, cancerele de colon și de sân și bolile cardiovasculare. Cum contribuie alimentele consumate la obezitate?

Alimentele grase sunt bogate în calorii, ceea ce înseamnă că au mai multe calorii pe unitate de masă decât carbohidrații sau proteinele. Un gram de carbohidrați are patru calorii, un gram de proteine ​​are patru calorii, iar un gram de grăsimi are nouă calorii. Animalele tind să caute alimente bogate în lipide pentru conținutul lor mai mare de energie.

Semnalele de foame („timpul de a mânca”) și de sațietate („timpul de a nu mai mânca”) sunt controlate în regiunea hipotalamusului creierului. Alimentele bogate în acizi grași tind să promoveze mai mult satietatea decât alimentele care sunt bogate doar în carbohidrați.

Excesul de carbohidrați și ATP sunt folosiți de ficat pentru a sintetiza glicogenul. Piruvatul produs în timpul glicolizei este utilizat pentru sintetizarea acizilor grași. Atunci când există mai multă glucoză în organism decât este necesar, excesul de piruvat rezultat este transformat în molecule care duc în cele din urmă la sinteza acizilor grași din corp. Acești acizi grași sunt depozitați în celulele adipoase - celulele adipoase din corpul mamiferelor al căror rol principal este de a depozita grăsimea pentru utilizare ulterioară.

Este important de reținut că unele animale beneficiază de obezitate. Urșii polari și sigiliile au nevoie de grăsime corporală pentru izolare și pentru a le împiedica să piardă căldura corpului în timpul iernilor arctice. Când alimentele sunt rare, grăsimea corporală stocată oferă energie pentru menținerea homeostaziei. Grăsimile previn foametea la mamifere, permițându-le accesul la energie atunci când hrana nu este disponibilă zilnic; grăsimile sunt depozitate atunci când se face o ucidere mare sau este disponibilă o mulțime de alimente.

rezumat

Dieta animalelor ar trebui să fie echilibrată și să satisfacă nevoile organismului. Carbohidrații, proteinele și grăsimile sunt componentele principale ale alimentelor. Unii nutrienți esențiali sunt necesari pentru funcția celulară, dar nu pot fi produși de corpul animalului. Acestea includ vitamine, minerale, unii acizi grași și unii aminoacizi. Aportul alimentar în cantități mai mult decât necesare este stocat ca glicogen în celulele hepatice și musculare și în celulele grase. Depozitarea excesivă a grăsimii poate duce la obezitate și probleme grave de sănătate. ATP este moneda energetică a celulei și se obține din căile metabolice. Excesul de carbohidrați și energia sunt stocate ca glicogen în organism.