Белки являются основными структурными и функциональными компонентами живых организмов. Их пищевая ценность определяется аминокислотным составом, степенью усвояемости и биологической полноценностью. Полноценные белки содержат все незаменимые аминокислоты в оптимальных соотношениях. К ним относятся белки животных продуктов — мяса, рыбы, яиц, молока. Неполноценные белки растительного происхождения (злаки, бобовые) часто ограничены по содержанию одной или нескольких незаменимых аминокислот, таких как лизин, метионин или триптофан.
Биологическая ценность белка характеризуется коэффициентом использования азота и аминокислот для синтеза белков организма. Усвояемость белков пищи в желудочно-кишечном тракте зависит от их структуры, наличия антипитательных веществ, способа термической обработки. В процессе переваривания белки расщепляются под действием ферментов — пепсина, трипсина, химотрипсина, карбоксипептидаз и аминопептидаз — до аминокислот и коротких пептидов, которые всасываются в тонком кишечнике.
Особое значение имеют незаменимые аминокислоты — лейцин, изолейцин, валин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан и гистидин (у детей). Их недостаток приводит к нарушению синтеза белков, ферментов и гормонов, снижению роста и регенерации тканей. Баланс между незаменимыми и заменимыми аминокислотами определяет анаболический потенциал пищи.
Жиры (липиды) представляют собой концентрированный источник энергии, обеспечивая около 9 ккал на 1 г вещества. Основную часть пищевых жиров составляют триглицериды, включающие глицерин и высшие жирные кислоты. Биологическая ценность липидов зависит от присутствия незаменимых жирных кислот — линолевой, линоленовой и арахидоновой, которые являются предшественниками простагландинов, тромбоксанов и лейкотриенов.
Жиры выполняют энергетическую, структурную, транспортную и регуляторную функции. Фосфолипиды входят в состав клеточных мембран, обеспечивая их текучесть и проницаемость, а холестерин служит предшественником стероидных гормонов и желчных кислот.
Соотношение насыщенных и ненасыщенных жирных кислот имеет большое физиологическое значение. Избыточное потребление насыщенных жиров (животного происхождения) способствует развитию атеросклероза и нарушению липидного обмена, тогда как ненасыщенные жиры (растительные масла, рыбий жир) снижают уровень холестерина крови и улучшают метаболические процессы.
Углеводы обеспечивают организм энергией, составляя до 60 % суточной калорийности пищи. Основными представителями являются моносахариды (глюкоза, фруктоза), дисахариды (сахароза, лактоза) и полисахариды (крахмал, гликоген, клетчатка).
Глюкоза является универсальным энергетическим субстратом для большинства клеток. Она окисляется в процессе гликолиза и дыхательной цепи до углекислого газа и воды, высвобождая энергию в форме АТФ. Гликоген выполняет функцию резервного углевода, депонируясь в печени и мышцах.
Пищевые волокна (целлюлоза, пектин, гемицеллюлоза) не перевариваются ферментами человека, но играют важную роль в регуляции пищеварения, всасывания липидов и глюкозы, а также в поддержании микробиоты кишечника. Недостаток клетчатки связан с нарушением перистальтики, развитием запоров и дисбактериоза.
Быстроусвояемые углеводы повышают уровень глюкозы в крови и стимулируют секрецию инсулина, что при избыточном потреблении ведёт к метаболическому синдрому и ожирению. Медленноусвояемые углеводы (цельнозерновые продукты, овощи) способствуют стабильному энергетическому обмену и профилактике эндокринных нарушений.
Витамины являются низкомолекулярными органическими соединениями, необходимыми в малых количествах для нормального метаболизма. Они не синтезируются организмом в достаточной мере и должны поступать с пищей.
Водорастворимые витамины (группа B, витамин C) участвуют в реакциях окислительного фосфорилирования, декарбоксилирования, синтеза нуклеотидов и аминокислот. Например, тиамин (B₁) является коферментом транскетолазы, рибофлавин (B₂) — компонентом ФАД и ФМН, а никотинамид (B₃) — структурной частью НАД⁺ и НАДФ⁺.
Жирорастворимые витамины (A, D, E, K) обеспечивают регуляцию роста, антиоксидантную защиту и свёртывание крови. Витамин A поддерживает зрение и дифференцировку эпителия, витамин D регулирует кальциево-фосфорный обмен, витамин E защищает мембраны от перекисного окисления липидов, витамин K участвует в синтезе протромбина.
Недостаток витаминов вызывает гипо- или авитаминозы, сопровождающиеся метаболическими нарушениями и повреждением тканей.
Минеральные компоненты пищи подразделяются на макро- и микроэлементы. Макроэлементы (кальций, фосфор, калий, натрий, магний, сера, хлор) необходимы в больших количествах, участвуют в формировании костной ткани, поддержании осмотического давления и кислотно-щелочного равновесия.
Микроэлементы (железо, цинк, медь, марганец, йод, селен, кобальт, фтор) входят в состав ферментов, гормонов и белков переноса. Железо является центральным элементом гемоглобина и цитохромов, цинк активирует более 200 ферментов, йод необходим для синтеза тиреоидных гормонов.
Нарушение минерального баланса приводит к серьёзным физиологическим расстройствам: гипокальциемия вызывает остеопороз, дефицит железа — анемию, недостаток йода — зоб.
Вода составляет 60–70 % массы тела и является средой для всех биохимических реакций. Она обеспечивает транспорт веществ, терморегуляцию, участие в гидролитических процессах и поддержание осмотического равновесия. Суточная потребность в воде определяется обменом веществ и температурными условиями и составляет в среднем 2–2,5 литра.
Нарушение водно-солевого баланса ведёт к дегидратации или гипергидратации, изменению электролитного состава плазмы и снижению метаболической активности клеток.
Оптимальная пищевая ценность достигается сочетанием всех классов нутриентов в физиологически обоснованных пропорциях. Белки должны обеспечивать 10–15 % общей энергетической ценности, жиры — 25–30 %, углеводы — 55–65 %. Важен не только количественный, но и качественный состав пищи: баланс аминокислот, тип жирных кислот, соотношение простых и сложных углеводов.
Сбалансированное питание поддерживает стабильный уровень глюкозы и липидов в крови, нормализует синтез белков и ферментов, обеспечивает антиоксидантную защиту и гормональную регуляцию. Биохимическая интеграция питательных веществ лежит в основе гомеостаза и энергетической устойчивости организма.