Главная › Новообразования › Метаболизм: Реферат: Биология. Метаболизм

Метаболизм: Реферат: Биология. Метаболизм

Общее понятие об обмене веществ и энергии Организм человека, как и все живые организмы, существует как открытая энергетическая система. Это значит, что организм постоянно теряет вещество в виде достаточно простых химических соединений. Одновременно с этим происходит выведение энергии из организма. Но организм - это устойчивая энергетическая система, поэтому потеря вещества и энергии восполняется постоянным их поглощением из окружающей среды. Таким образом, через организм человека постоянно идет поток вещества и заключенной в нем энергии. Этот непрерывный поток является одним из важнейших свойств живых организмов и называется обмен веществ и энергии, или метаболизм.

Вещество, поступающее в организм, заключает в себе химическую энергию (энергия внутримолекулярных химических связей). Эта энергия преобразуется в организме в химическую энергию других соединений, а также в тепловую, механическую и электрическую. Электрической энергии в организме вырабатывается немного, но она важна для деятельности нервной и мышечной систем.

Обмен веществ – это единый процесс, осуществляющийся на уровне целостного организма, он складывается из метаболических процессов, происходящих в каждой отдельной клетке. Сутью метаболизма является все многообразие превращений веществ в организме, которые происходят либо с затратой, либо с освобождением энергии. Поэтому общий процесс метаболизма имеет две стороны, неразрывно связанные между собой:

Анаболизм (ассимиляция, пластический обмен) - это совокупность реакций синтеза, протекающих в клетках. При этом из более простых веществ синтезируются более сложные вещества. Реакции анаболизма идут с затратой энергии. Основным источником энергии для реакций анаболизма является АТФ. Примером таких реакций является биосинтез белка, протекающий во всех клетках. Исходными веществами для анаболизма являются питательные вещества, поступающие в организм с пищей и образующиеся в результате процесса пищеварения. В результате анаболических реакций происходит постоянное самообновление, рост и развитие организма. Кроме этого, реакции анаболизма являются поставщиками органических соединений для процессов катаболизма.

Катаболизм (диссимиляция, энергетический обмен) - это совокупность реакций расщепления и распада более сложных органических веществ до более простых, вплоть до углекислого газа и воды. Эти реакции идут с освобождением энергии, примерно половина которой превращается в тепловую и тратится на поддержание температуры тела, а вторая половина энергии запасается в виде макроэргических связей в молекулах АТФ, которая используется в реакциях синтеза.

Основными органическими веществами, из которых состоит организм человека, являются белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты, при этом одни вещества могут превращаться в другие, например, углеводы – в жиры и наоборот, белки могут превращаться в жиры и углеводы. Неорганические вещества организма - это вода и минеральные соли. Полноценная, сбалансированная пища должна содержать органические вещества в достаточном количестве и качестве, а также в ее составе должны быть необходимые минеральные соли и вода и витамины. Насчитывается около 60 пищевых веществ, которые требуют сбалансированности.

Однообразное питание, приводящее к исключению отдельных компонентов, вызывает нарушение обмена веществ. Принято выделять белковый, углеводный, жировой и водно-солевой обмен. Энергетическую ценность пищи измеряют в килокалориях(ккал). Суточная потребность человека в энергии составляет в среднем около 3 100 к. Дж. Эта величина зависит от пола, возраста, физической и эмоциональной активности. Особенно высоки затраты энергии в пересчете на массу тела у детей 1 – 5 лет в связи с высокой активностью обменных процессов.

Белковый обмен Среди всех органических соединений, входящих в состав организма человека, наибольшее количество приходится на белки. Функции белков в организме очень многообразны: структурная (входят в состав мембран клеток, образуют цитоскелет); каталитическая (белки-ферменты); регуляторная (белки - гормоны); транспортная (альбумины и глобулины плазмы крови, гемоглобин эритроцитов); защитная (белки - антитела, белки свертывающей системы крови); рецепторная, сигнальная (белки мембран рецепторных окончаний); сократительная (актин и миозин мышечных клеток, белок тубулин жгутиков и ресничек); энергетическая (освобождение энергии при расщеплении белков);

Белки имеют особое значение в сбалансированном питании, так как они в организме человека не синтезируются из других органических соединений и должны поступать в организм в составе пищи. С химической точки зрения белки - это полимерные соединения, состоящие из аминокислот. В пищеварительном тракте человека белки пищи расщепляются до аминокислот, из которых затем в клетках тела синтезируются собственные белки. В составе белков человека 22 различные аминокислоты. Все аминокислоты делятся на заменимые и незаменимые.

Заменимые могут образовываться в организме человека из других аминокислот. Незаменимые аминокислоты в организме человека синтезироваться не могут, и поэтому должны поступать в составе пищи. В организме взрослого человека могут синтезироваться 14 аминокислот. Незаменимых аминокислот у детей 10, а у взрослых 8 (аргинин, валин, лейцин, изолейцин и др.). Недостаток или отсутствие какой-либо одной незаменимой аминокислоты приводит к замедлению и даже остановке роста и развития. В связи с этим существует понятие биологическая ценность белков.

Белки, содержащие все незаменимые аминокислоты и в достаточном количестве, называются полноценными. Это животные белки (белки мяса, рыбы, яиц, молока). Белки, содержащие не все незаменимые аминокислоты, называются неполноценными. Это белки растительного происхождения (кроме белков картофеля).

Белки пищи под действием протеолитических ферментов, входящих в состав пищеварительных соков, расщепляются до аминокислот и всасываются через стенки кишечника в кровь. С током крови аминокислоты поступают в клети организма и участвуют в дальнейших превращениях (биосинтез белка, преобразование в другие аминокислоты и др.).

Полное окисление 1 грамма белков до углекислого газа, воды и мочевины сопровождается освобождением 17, 6 к. Дж (4, 1 ккал) энергии. Белки практически не откладываются в запас. При белковом голодании в клетках происходит использование белков мембран самих клеток, что приводит к тяжелым нарушениям обменных процессов. Суточная потребность взрослого человека в белках составляет 90 150 граммов (в зависимости от физических нагрузок).

Избыток белков в пище может превращаться в гликоген и жиры, но в основном избыточные аминокислоты окисляются до углекислого газа, воды и аммиака. Аммиак токсичен, поэтому в печени он превращается в нетоксичную мочевину и выводится в составе мочи. В организме взрослого человека в норме количество синтезируемых белков равно количеству распадающегося белка. У детей синтез белков преобладает на их распадом, а у старых людей преобладает процесс распада над синтезом.

В зрелом возрасте у здорового человека существует азотное равновесие, т. е. количество азота, полученного с белками пищи равно количеству выделяемого азота. В молодом, растущем организме идет накопление белковой массы, поэтому азотный баланс будет положительный, т. е. количество поступающего азота превышает количество выводимого из организма. В престарелом возрасте из-за преобладающего распада белков азотный баланс отрицателен, т. е. количество азота поступившего в организм меньше количества азота, выведенного из организма.

Болезни, связанные с отсутствием белка. Уменьшается содержание белка в сыворотке крови, развивается гипопротеинемия. Вслед за белками крови распадаются белки печени, мышц, кожи. Позже распадаются белки мышц сердца и головного мозга. Ранний показатель-изменение мочевины в моче.

Углеводный обмен В организм человека углеводы поступают в составе пищи в виде моносахаридов (глюкоза, фруктоза, галактоза), дисахаридов (сахароза, мальтоза, лактоза) и полисахаридов (крахмал, гликоген). До 60% энергообмена человека зависит от превращений углеводов. Окисление углеводов происходит гораздо быстрее и легче по сравнению с окислением жиров и белков. В организме человека углеводы выполняют ряд важных функций:

энергетическая (при полном окислении одного грамма глюкозы освобождается 17, 6 к. Дж энергии); рецепторная (образуют углеводные рецепторы гликокаликса клеток); защитная (входят в состав слизей); запасающая (в мышцах и печени откладываются в запас в виде гликогена);

В пищеварительном тракте человека полисахариды и дисахариды расщепляются под действие амилолитических ферментов до глюкозы и других моносахаров. В крови человека содержание глюкозы очень постоянно, от 0, 08 до 0, 12%. В организме избыток углеводов из крови под действием гормона инсулина откладывается в запас в виде полисахарида гликогена в печени и в мышцах. При недостатке инсулина развивается тяжелое заболевание – сахарный диабет.

Запасы гликогена в организме взрослого человека составляют около 400 граммов. Эти запасы легко мобилизуются на энергетические нужды: под действием гормона глюкагона и некоторых ферментов гликоген расщепляется до глюкозы. Суточная потребность человека в углеводах 400 - 600 граммов. Богата углеводами растительная пища. При недостатке углеводов в пище они могут синтезироваться из жиров и белков. Избыток углеводов в пище превращается в процессе метаболизма в жиры.

Жировой обмен Жиры (липиды) составляют 10 -20% массы тела. Большинство молекул жира человека – это сложные эфиры трехатомного спирта глицерола и высших карбоновых (жирных) кислот. Липиды могут быть твердыми (жиры) и жидкими (масла). Жиры выполняют ряд важных функций:

структурная (жиры – фосфолипиды являются основой строения клеточных мембран); энергетическая (полное окисление 1 г жира до углекислого газа и воды освобождает 38, 9 к. Дж (9, 3 ккал) энергии); защитная (теплоизоляция и гидроизоляция от внешних воздействий низкой температуры и агрессивных водных растворов, сдавливающего действия механического давления на определенные участки тела); амортизационная (жировые капсулы некоторых внутренних органов (почек и др.); источник эндогенной воды (1 г жира при окислении освобождает 1, 1 г воды, которая может использоваться организмом на метаболические нужды; животные степей и пустынь могут длительно обходиться без питья за счет окисления запасного жира); регуляторная (некоторые гормоны являются производными жиров, например прогестерон, андростерон и др.); являются растворителями для жирорастворимых витаминов.

В пищеварительном тракте жиры под действием липолитических ферментов расщепляются до глицерола и жирных кислот. Эти вещества в клетках слизистой тонкого кишечника преобразуются в собственные жиры человека и всасываются в лимфу. Избыток жиров, поступающих в пищей, откладывается в запас на поверхности внутренних органов и в подкожной жировой клетчатке. В составе жиров человека имеются насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты. Ненасыщенные в организме человека не синтезируются, поэтому должны поступать с пищей.

Источником ненасыщенных жирных кислот являются растительные масла. Суточная потребность взрослого человека в жирах - 80 -100 г. , при этом около 30% их количества должны составлять растительные масла как источник ненасыщенных жирных кислот. При недостатке жиров в пище они могут синтезироваться из белков и углеводов. Чрезмерное употребление жиров животного происхождения способствует образованию холестерина, который откладывается на внутренних стенках артерий и приводит к утолщению их стенок и способствует развитию гипертонии.

Водный и солевой обмен Организм человека содержит около 65% воды. Особенно большое количество воды содержат клетки нервной ткани (нейроны), клетки селезенки и печени – до 85%. В эмбриональных клетках количество воды может быть до 95%, а в старых клетках ее содержание снижается до 60%. На каждый килограмм веса тела взрослого человека приходится около 700 г воды, при этом 500 г внутриклеточной и 200 г внеклеточной воды. Суточная потеря воды с мочой, при дыхании, через кожу, с калом у взрослого человека составляет около 2, 5 литров, поэтому суточная потребность в воде равна этому количеству.

Восполнение потерь воды осуществляется за счет пищи потребления жидкости. Около 300 г воды ежесуточно образуется внутри организма за счет окисления белков, жиров и углеводов. Вода как химическое вещество обладает рядом уникальных физико-химических свойств, на чем основаны функции, которые она выполняет в организме:

является универсальным растворителем (все биохимические реакции в клетках происходят только в растворенном состоянии); определяет упругость (тургор) клеток и тканей; является основой жидких транспортных систем (движение цитоплазмы, крови, лимфы) и пищеварительных соков; является основой внутренней среды (кровь, лимфа; тканевая, плевральная, спинномозговая, суставная жидкости); является реагентом в биохимических реакциях; участвует в сохранении, распределении и перераспределении тепла в организме и в терморегуляции; Без воды человек может прожить не более 5 суток.

Минеральные соли необходимы для нормального протекания обменных процессов и функционирования всех систем органов, нормального роста и развития. Макроэлементами, количество которых составляет десятки и сотни граммов в организме, являются натрий, калий, кальций, фосфор и магний. Организму человека требуется большое разнообразие микроэлементов, количество которых исчисляется миллиграммами. Как правило, потребность в минеральных солях покрывается продуктами пищи, за исключением поваренной соли и йода, которым бедны воды и почвы некоторых регионов, в том числе и территория Алтайского края. Каждый минеральный элемент выполняет свою важную роль и не может быть заменен никаким другим элементом.

Функции некоторых минеральных элементов в организме человека и их суточная потребность Название элемента Функции в организме Суточная потребность, г Натрий (хлорид натрия) Ионы находятся в тканевой жидкости на наружной поверхности клеточной мембраны; обеспечивает процессы возбудимости клеток 10 - 12 Калий Ионы находятся на внутренней поверхности клеточной мембраны и обеспечивают процессы возбудимости клеток 2 - 3

Фосфор Входит в состав межклеточного вещества костной ткани; является необходимым компонентом фосфорсодержащих органических соединений (АТФ, ДНК, РНК) 1, 5 – 2, 0 Кальций Входит в состав межклеточного вещества костной ткани; ионы участвуют в процессах мышечного сокращения и свертывания крови 0, 6 – 0, 8 Магний Входит в состав межклеточного вещества костной ткани; 0, 3 Железо Входит в состав гемоглобина и некоторых окислительных ферментов 0, 001 – 0, 003 Хлор (хлорид натрия) Входит в состав желудочного сока (соляная кислота) 10 - 12

Сера Входит в состав некоторых аминокислот 0, 8 – 1, 0 Йод Входит в состав гормонов щитовидной железы 0, 00003 Цинк Входит в состав ферментов, катализирующих образование инсулина и половых гормонов Фтор Входит в состав твердых тканей зубов и костей Бром Входит в состав нервной ткани, обеспечивая процессы возбуждения и торможения Медь Входит в состав некоторых ферментов 0, 001 Кобальт Входит в состав молекулы витамина В 12 , активизирует активность некоторых дыхательных ферментов

Общее представление о метаболизме органических веществ.
Что такое метаболизм? Понятие метаболизма. Методы исследования.
Метаболизм - значение слова. Метаболизм углеводов и липоидов.

Метаболизм белков

МЕТАБОЛИЗМ - этообмен веществ, химические превращения, протекающие от момента поступления питательных веществ в живой организм до момента, когда конечные продукты этих превращений выделяются во внешнюю среду. К метаболизму относятся все реакции, в результате которых строятся структурные элементы клеток и тканей, и процессы, в которых из содержащихся в клетках веществ извлекается энергия. Иногда для удобства рассматривают по отдельности две стороны метаболизма – анаболизм и катаболизм, т.е. процессы созидания органических веществ и процессы их разрушения. Анаболические процессы обычно связаны с затратой энергии и приводят к образованию сложных молекул из более простых, катаболические же сопровождаются высвобождением энергии и заканчиваются образованием таких конечных продуктов (отходов) метаболизма, как мочевина, диоксид углерода, аммиак и вода.

Клеточный метаболизм.

Живая клетка – это высокоорганизованная система. В ней имеются различные структуры, а также ферменты, способные их разрушить. Содержатся в ней и крупные макромолекулы, которые могут распадаться на более мелкие компоненты в результате гидролиза (расщепления под действием воды). В клетке обычно много калия и очень мало натрия, хотя клетка существует в среде, где натрия много, а калия относительно мало, и клеточная мембрана легко проницаема для обоих ионов. Следовательно, клетка – это химическая система, весьма далекая от равновесия. Равновесие наступает только в процессе посмертного автолиза (само переваривания под действием собственных ферментов).

Потребность в энергии.

Чтобы удержать систему в состоянии, далеком от химического равновесия, требуется производить работу, а для этого необходима энергия. Получение этой энергии и выполнение этой работы – непременное условие для того, чтобы клетка оставалась в своем стационарном (нормальном) состоянии, далеком от равновесия. Одновременно в ней выполняется и иная работа, связанная со взаимодействием со средой, например: в мышечных клетках – сокращение; в нервных клетках – проведение нервного импульса; в клетках почек – образование мочи, значительно отличающейся по своему составу от плазмы крови; в специализированных клетках желудочно-кишечного тракта – синтез и выделение пищеварительных ферментов; в клетках эндокринных желез – секреция гормонов; в клетках светляков – свечение; в клетках некоторых рыб – генерирование электрических разрядов и т.д.

Источники энергии.

В любом из перечисленных выше примеров непосредственным источником энергии, которую клетка использует для производства работы, служит энергия, заключенная в структуре аденозинтрифосфата (АТФ). В силу особенностей своей структуры это соединение богато энергией, и разрыв связей между его фосфатными группами может происходить таким образом, что высвобождающаяся энергия используется для производства работы. Однако энергия не может стать доступной для клетки при простом гидролитическом разрыве фосфатных связей АТФ: в этом случае она расходуется впустую, выделяясь в виде тепла. Процесс должен состоять из двух последовательных этапов, в каждом из которых участвует промежуточный продукт, обозначенный здесь X–Ф (в приведенных уравнениях X и Y означают два разных органических вещества; Ф – фосфат; АДФ – аденозиндифосфат).

Термин «обмен веществ» вошел в повседневную жизнь с тех пор, как врачи стали связывать избыточный или недостаточный вес, чрезмерную нервозность или, наоборот, вялость больного с повышенным или пониженным обменом. Для суждения об интенсивности метаболизма ставят тест на «основной обмен». Основной обмен – это показатель способности организма вырабатывать энергию. Тест проводят натощак в состоянии покоя; измеряют поглощение кислорода (О2) и выделение диоксида углерода (СО2). Сопоставляя эти величины, определяют, насколько полно организм использует («сжигает») питательные вещества. На интенсивность метаболизма влияют гормоны щитовидной железы, поэтому врачи при диагностике заболеваний, связанных с нарушениями обмена, в последнее время все чаще измеряют уровень этих гормонов в крови.

Методы исследования метаболизма.

При изучении метаболизма какого-нибудь одного из питательных веществ прослеживают все его превращения от той формы, в какой оно поступает в организм, до конечных продуктов, выводимых из организма. В таких исследованиях применяется крайне разнообразный набор биохимических методов. Использование интактных животных или органов. Животному вводят изучаемое соединение, а затем в его моче и экскрементах определяют возможные продукты превращений (метаболиты) этого вещества. Более определенную информацию можно получить, исследуя метаболизм определенного органа, например печени или мозга. В этих случаях вещество вводят в соответствующий кровеносный сосуд, а метаболиты определяют в крови, оттекающей от данного органа. Поскольку такого рода процедуры сопряжены с большими трудностями, часто для исследования используют тонкие срезы органов. Их инкубируют при комнатной температуре или при температуре тела в растворах с добавкой того вещества, метаболизм которого изучают. Клетки в таких препаратах не повреждены, и так как срезы очень тонкие, вещество легко проникает в клетки и легко выходит из них. Иногда затруднения возникают из-за слишком медленного прохождения вещества сквозь клеточные мембраны. В этих случаях ткани измельчают, чтобы разрушить мембраны, и с изучаемым веществом инкубируют клеточную кашицу. Именно в таких опытах было показано, что все живые клетки окисляют глюкозу до СО2 и воды и что только ткань печени способна синтезировать мочевину.

Использование клеток.

Даже клетки представляют собой очень сложно организованные системы. В них имеется ядро, а в окружающей его цитоплазме находятся более мелкие тельца, т.н. органеллы, различных размеров и консистенции. С помощью соответствующей методики ткань можно «гомогенизировать», а затем подвергнуть дифференциальному центрифугированию (разделению) и получить препараты, содержащие только митохондрии, только микросомы или прозрачную жидкость – цитоплазму. Эти препараты можно по отдельности инкубировать с тем соединением, метаболизм которого изучается, и таким путем установить, какие именно субклеточные структуры участвуют в его последовательных превращениях. Известны случаи, когда начальная реакция протекает в цитоплазме, ее продукт подвергается превращению в микросомах, а продукт этого превращения вступает в новую реакцию уже в митохондриях. Инкубация изучаемого вещества с живыми клетками или с гомогенатом ткани обычно не выявляет отдельные этапы его метаболизма, и только последовательные эксперименты, в которых для инкубации используются те или иные субклеточные структуры, позволяют понять всю цепочку событий.

Использование радиоактивных изотопов.

Для изучения метаболизма какого-либо вещества необходимы: 1) соответствующие аналитические методы для определения этого вещества и его метаболитов; и 2) методы, позволяющие отличать добавленное вещество от того же вещества, уже присутствующего в данном биологическом препарате. Эти требования служили главным препятствием при изучении метаболизма до тех пор, пока не были открыты радиоактивные изотопы элементов и в первую очередь радиоактивный углерод 14C. С появлением соединений, «меченных» 14C, а также приборов для измерения слабой радиоактивности эти трудности были преодолены. Если к биологическому препарату, например к суспензии митохондрий, добавляют меченную 14C жирную кислоту, то никаких специальных анализов для определения продуктов ее превращений не требуется; чтобы оценить скорость ее использования, достаточно просто измерять радиоактивность последовательно получаемых митохондриальных фракций. Эта же методика позволяет легко отличать молекулы радиоактивной жирной кислоты, введенной экспериментатором, от молекул жирной кислоты, уже присутствовавших в митохондриях к началу эксперимента.

Хроматография и электрофорез.

В дополнение к вышеупомянутым требованиям необходимы и методы, позволяющие разделять смеси, состоящие из малых количеств органических веществ. Важнейший из них – хроматография, в основе которой лежит феномен адсорбции. Разделение компонентов смеси проводят при этом либо на бумаге, либо путем адсорбции на сорбенте, которым заполняют колонки (длинные стеклянные трубки), с последующей постепенной элюцией (вымыванием) каждого из компонентов.

Разделение методом электрофореза зависит от знака и числа зарядов ионизированных молекул. Электрофорез проводят на бумаге или на каком-нибудь инертном (неактивном) носителе, таком, как крахмал, целлюлоза или каучук. Высокочувствительный и эффективный метод разделения – газовая хроматография. Им пользуются в тех случаях, когда подлежащие разделению вещества находятся в газообразном состоянии или могут быть в него переведены.

Выделение ферментов.

Последнее место в описываемом ряду – животное, орган, тканевой срез, гомогенат и фракция клеточных органелл – занимает фермент, способный катализировать определенную химическую реакцию. Выделение ферментов в очищенном виде – важный раздел в изучении метаболизма.

Сочетание перечисленных методов позволило проследить главные метаболические пути у большей части организмов (в том числе у человека), установить, где именно эти различные процессы протекают, и выяснить последовательные этапы главных метаболических путей. К настоящему времени известны тысячи отдельных биохимических реакций, изучены участвующие в них ферменты.

Поскольку практически для любого проявления жизнедеятельности клеток необходим АТФ, неудивительно, что метаболическая активность живых клеток направлена в первую очередь на синтез АТФ. Этой цели служат различные сложные последовательности реакций, в которых используется потенциальная химическая энергия, заключенная в молекулах углеводов и жиров (липидов).

МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ И ЛИПОИДОВ

Синтез АТФ. Анаэробный метаболизм (без участия кислорода).

Главная роль углеводов и липидов в клеточном метаболизме состоит в том, что их расщепление на более простые соединения обеспечивает синтез АТФ. Несомненно, что те же процессы протекали и в первых, самых примитивных клетках. Однако в атмосфере, лишенной кислорода, полное окисление углеводов и жиров до CO2 было невозможно. У этих примитивных клеток имелись все же механизмы, с помощью которых перестройка структуры молекулы глюкозы обеспечивала синтез небольших количеств АТФ. Речь идет о процессах, которые у микроорганизмов называют брожением. Лучше всего изучено сбраживание глюкозы до этилового спирта и CO2 у дрожжей.

В ходе 11 последовательных реакций, необходимых для того, чтобы завершилось это превращение, образуется ряд промежуточных продуктов, представляющих собой эфиры фосфорной кислоты (фосфаты). Их фосфатная группа переносится на аденозиндифосфат (АДФ) с образованием АТФ. Чистый выход АТФ составляет 2 молекулы АТФ на каждую молекулу глюкозы, расщепленную в процессе брожения. Аналогичные процессы происходят во всех живых клетках; поскольку они поставляют необходимую для жизнедеятельности энергию, их иногда (не вполне корректно) называют анаэробным дыханием клеток.

У млекопитающих, в том числе у человека, такой процесс называется гликолизом и его конечным продуктом является молочная кислота, а не спирт и CO2. Вся последовательность реакций гликолиза, за исключением двух последних этапов, полностью идентична процессу, протекающему в дрожжевых клетках.

Аэробный метаболизм (с использованием кислорода).

С появлением в атмосфере кислорода, источником которого послужил, очевидно, фотосинтез растений, в ходе эволюции развился механизм, обеспечивающий полное окисление глюкозы до CO2 и воды, – аэробный процесс, в котором чистый выход АТФ составляет 38 молекул АТФ на каждую окисленную молекулу глюкозы. Этот процесс потребления клетками кислорода для образования богатых энергией соединений известен как клеточное дыхание (аэробное). В отличие от анаэробного процесса, осуществляемого ферментами цитоплазмы, окислительные процессы протекают в митохондриях. В митохондриях пировиноградная кислота – промежуточный продукт, образовавшийся в анаэробной фазе – окисляется до СО2 в шести последовательных реакциях, в каждой из которых пара электронов переносится на общий акцептор – кофермент никотинамидадениндинуклеотид (НАД). Эту последовательность реакций называют циклом трикарбоновых кислот, циклом лимонной кислоты или циклом Кребса. Из каждой молекулы глюкозы образуется 2 молекулы пировиноградной кислоты; 12 пар электронов отщепляется от молекулы глюкозы в ходе ее окисления.

Липиды как источник энергии.

Жирные кислоты могут использоваться в качестве источника энергии приблизительно так же, как и углеводы. Окисление жирных кислот протекает путем последовательного отщепления от молекулы жирной кислоты двууглеродного фрагмента с образованием ацетилкофермента A (ацетил-КоА) и одновременной передачей двух пар электронов в цепь переноса электронов. Образовавшийся ацетил-КоА – нормальный компонент цикла трикарбоновых кислот, и в дальнейшем его судьба не отличается от судьбы ацетил-КоА, поставляемого углеводным обменом. Таким образом, механизмы синтеза АТФ при окислении, как жирных кислот, так и метаболитов глюкозы практически одинаковы.

Если организм животного получает энергию почти целиком за счет одного только окисления жирных кислот, а это бывает, например, при голодании или при сахарном диабете, то скорость образования ацетил-КоА превышает скорость его окисления в цикле трикарбоновых кислот. В этом случае лишние молекулы ацетил-КоА реагируют друг с другом, в результате чего образуются в конечном счете ацетоуксусная и b-гидроксимасляная кислоты. Их накопление является причиной патологического состояния, т.н. кетоза (одного из видов ацидоза), который при тяжелом диабете может вызвать кому и смерть.

Запасание энергии.

Животные питаются нерегулярно, и их организму нужно как-то запасать заключенную в пище энергию, источником которой являются поглощенные животным углеводы и жиры. Жирные кислоты могут запасаться в виде нейтральных жиров либо в печени, либо в жировой ткани. Углеводы, поступая в большом количестве, в желудочно-кишечном тракте гидролизуются до глюкозы или иных сахаров, которые затем в печени превращаются в ту же глюкозу. Здесь из глюкозы синтезируется гигантский полимер гликоген путем присоединения друг к другу остатков глюкозы с отщеплением молекул воды (число остатков глюкозы в молекулах гликогена доходит до 30 000). Когда возникает потребность в энергии, гликоген вновь распадается до глюкозы в реакции, продуктом которой является глюкозофосфат. Этот глюкозофосфат направляется на путь гликолиза – процесса, составляющего часть пути окисления глюкозы. В печени глюкозофосфат может также подвергнуться гидролизу, и образующаяся глюкоза поступает в кровоток и доставляется кровью к клеткам в разных частях тела.

Синтез липидов из углеводов.

Если количество углеводов, поглощенных с пищей за один прием, больше того, какое может быть запасено в виде гликогена, то избыток углеводов превращается в жиры. Начальная последовательность реакций совпадает при этом с обычным окислительным путем, т.е. сначала из глюкозы образуется ацетил-КоА, но далее этот ацетил-КоА используется в цитоплазме клетки для синтеза длинноцепочечных жирных кислот. Процесс синтеза можно описать как обращение обычного процесса окисления жирных клеток. Затем жирные кислоты запасаются в виде нейтральных жиров (триглицеридов), отлагающихся в разных частях тела. Когда требуется энергия, нейтральные жиры подвергаются гидролизу и жирные кислоты поступают в кровь. Здесь они адсорбируются молекулами плазменных белков (альбуминов и глобулинов) и затем поглощаются клетками самых разных типов. Механизмов, способных осуществлять синтез глюкозы из жирных кислот, у животных нет, но у растений такие механизмы имеются.

Метаболизм липидов.

Липиды попадают в организм главным образом в форме триглицеридов жирных кислот. В кишечнике под действием ферментов поджелудочной железы они подвергаются гидролизу, продукты которого всасываются клетками стенки кишечника. Здесь из них вновь синтезируются нейтральные жиры, которые через лимфатическую систему поступают в кровь и либо транспортируются в печень, либо отлагаются в жировой ткани. Выше уже указывалось, что жирные кислоты могут также синтезироваться заново из углеводных предшественников. Следует отметить, что, хотя в клетках млекопитающих может происходить включение одной двойной связи в молекулы длинноцепочечных жирных кислот (между С–9 и С–10), включать вторую и третью двойную связь эти клетки неспособны. Поскольку жирные кислоты с двумя и тремя двойными связями играют важную роль в метаболизме млекопитающих, они в сущности являются витаминами. Поэтому линолевую (C18:2) и линоленовую (C18:3) кислоты называют незаменимыми жирными кислотами. В то же время в клетках млекопитающих в линоленовую кислоту может включаться четвертая двойная связь и путем удлинения углеродной цепи может образоваться арахидоновая кислота (C20:4), также необходимый участник метаболических процессов.

В процессе синтеза липидов остатки жирных кислот, связанные с коферментом А (ацил-КоА), переносятся на глицерофосфат – эфир фосфорной кислоты и глицерина. В результате образуется фосфатидная кислота – соединение, в котором одна гидроксильная группа глицерина этерифицирована фосфорной кислотой, а две группы – жирными кислотами. При образовании нейтральных жиров фосфорная кислота удаляется путем гидролиза, и ее место занимает третья жирная кислота в результате реакции с ацил-КоА. Кофермент А образуется из пантотеновой кислоты (одного из витаминов). В его молекуле имеется сульфгидрильная (– SH) группа, способная реагировать с кислотами с образованием тиоэфиров. При образовании фосфолипидов фосфатидная кислота реагирует непосредственно с активированным производным одного из азотистых оснований, таких, как холин, этаноламин или серин.

За исключением витамина D, все встречающиеся в организме животных стероиды (производные сложных спиртов) легко синтезируются самим организмом. Сюда относятся холестерин (холестерол), желчные кислоты, мужские и женские половые гормоны и гормоны надпочечников. В каждом случае исходным материалом для синтеза служит ацетил-КоА: из ацетильных групп путем многократно повторяющейся конденсации строится углеродный скелет синтезируемого соединения.

МЕТАБОЛИЗМ БЕЛКОВ

Синтез аминокислот. Растения и большинство микроорганизмов могут жить и расти в среде, в которой для их питания имеются только минеральные вещества, диоксид углерода и вода. Это значит, что все обнаруживаемые в них органические вещества эти организмы синтезируют сами. Встречающиеся во всех живых клетках белки построены из 21 вида аминокислот, соединенных в различной последовательности. Аминокислоты синтезируются живыми организмами. В каждом случае ряд химических реакций приводит к образованию a-кетокислоты. Одна такая a-кетокислота, а именно a-кетоглутаровая (обычный компонент цикла трикарбоновых кислот), участвует в связывании азота.

Азот глутаминовой кислоты может быть затем передан любой из других a-кетокислот с образованием соответствующей аминокислоты.

Организм человека и большинства других животных сохранил способность синтезировать все аминокислоты за исключением девяти т.н. незаменимых аминокислот. Поскольку кетокислоты, соответствующие этим девяти, не синтезируются, незаменимые аминокислоты должны поступать с пищей.

Синтез белков.

Аминокислоты нужны для биосинтеза белка. Процесс биосинтеза протекает обычно следующим образом. В цитоплазме клетки каждая аминокислота «активируется» в реакции с АТФ, а затем присоединяется к концевой группе молекулы рибонуклеиновой кислоты, специфичной именно для данной аминокислоты. Эта сложная молекула связывается с небольшим тельцем, т.н. рибосомой, в положении, определяемом более длинной молекулой рибонуклеиновой кислоты, прикрепленной к рибосоме. После того как все эти сложные молекулы соответствующим образом выстроились, связи между исходной аминокислотой и рибонуклеиновой кислотой разрываются и возникают связи между соседними аминокислотами – синтезируется специфичный белок. Процесс биосинтеза поставляет белки не только для роста организма или для секреции в среду. Все белки живых клеток со временем претерпевают распад до составляющих их аминокислот, и для поддержания жизни клетки должны синтезироваться вновь.

Синтез других азотсодержащих соединений.

В организме млекопитающих аминокислоты используются не только для биосинтеза белков, но и как исходный материал для синтеза многих азотсодержащих соединений. Аминокислота тирозин является предшественником гормонов адреналина и норадреналина. Простейшая аминокислота глицин служит исходным материалом для биосинтеза пуринов, входящих в состав нуклеиновых кислот, и порфиринов, входящих в состав цитохромов и гемоглобина. Аспарагиновая кислота – предшественник пиримидинов нуклеиновых кислот. Метильная группа метионина передается ряду других соединений в ходе биосинтеза креатина, холина и саркозина. При биосинтезе креатина от одного соединения к другому передается также и гуанидиновая группировка аргинина. Триптофан служит предшественником никотиновой кислоты, а из валина в растениях синтезируется такой витамин, как пантотеновая кислота. Все это лишь отдельные примеры использования аминокислот в процессах биосинтеза.

Азот, поглощаемый микроорганизмами и высшими растениями в виде иона аммония, расходуется почти целиком на образование аминокислот, из которых затем синтезируются многие азотсодержащие соединения живых клеток. Избыточных количеств азота ни растения, ни микроорганизмы не поглощают. В отличие от них, у животных количество поглощенного азота зависит от содержащихся в пище белков. Весь азот, поступивший в организм в виде аминокислот и не израсходованный в процессах биосинтеза, довольно быстро выводится из организма с мочой. Происходит это следующим образом. В печени неиспользованные аминокислоты передают свой азот a-кетоглутаровой кислоте с образованием глутаминовой кислоты, которая дезаминируется, высвобождая аммиак. Далее азот аммиака может либо на время запасаться путем синтеза глутамина, либо сразу же использоваться для синтеза мочевины, протекающего в печени.

У глутамина есть и другая роль. Он может подвергаться гидролизу в почках с высвобождением аммиака, который поступает в мочу в обмен на ионы натрия. Этот процесс крайне важен как средство поддержания кислотно-щелочного равновесия в организме животного. Почти весь аммиак, происходящий из аминокислот и, возможно, из других источников, превращается в печени в мочевину, так что свободного аммиака в крови обычно почти нет. Однако при некоторых условиях довольно значительные количества аммиака содержит моча. Этот аммиак образуется в почках из глутамина и переходит в мочу в обмен на ионы натрия, которые таким образом реадсорбируются и задерживаются в организме. Этот процесс усиливается при развитии ацидоза – состояния, при котором организм нуждается в дополнительных количествах катионов натрия для связывания избытка ионов бикарбоната в крови.

Избыточные количества пиримидинов тоже распадаются в печени через ряд реакций, в которых высвобождается аммиак. Что касается пуринов, то их избыток подвергается окислению с образованием мочевой кислоты, выделяющейся с мочой у человека и других приматов, но не у остальных млекопитающих. У птиц отсутствует механизм синтеза мочевины, и именно мочевая кислота, а не мочевина, является у них конечным продуктом обмена всех азотсодержащих соединений.

ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕТАБОЛИЗМЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Можно сформулировать некоторые общие понятия, или «правила», касающиеся метаболизма. Приведенные ниже несколько главных «правил» позволяют лучше понять, как протекает и регулируется метаболизм.

1. Метаболические пути необратимы. Распад никогда не идет по пути, который являлся бы простым обращением реакций синтеза. В нем участвуют другие ферменты и другие промежуточные продукты. Нередко противоположно направленные процессы протекают в разных отсеках клетки. Так, жирные кислоты синтезируются в цитоплазме при участии одного набора ферментов, а окисляются в митохондриях при участии совсем другого набора.

2. Ферментов в живых клетках достаточно для того, чтобы все известные метаболические реакции могли протекать гораздо быстрее, чем это обычно наблюдается в организме. Следовательно, в клетках существуют какие-то регуляторные механизмы. Открыты разные типы таких механизмов.

а) Фактором, ограничивающим скорость метаболических превращений данного вещества, может быть поступление этого вещества в клетку; именно на этот процесс в таком случае и направлена регуляция. Роль инсулина, например, связана с тем, что он, по-видимому, облегчает проникновение глюкозы во все клетки, глюкоза же подвергается превращениям с той скоростью, с какой она поступает. Сходным образом проникновение железа и кальция из кишечника в кровь зависит от процессов, скорость которых регулируется.

б) Вещества далеко не всегда могут свободно переходить из одного клеточного отсека в другой; есть данные, что внутриклеточный перенос регулируется некоторыми стероидными гормонами.

в) Выявлено два типа сервомеханизмов «отрицательной обратной связи».

У бактерий были обнаружены примеры того, что присутствие продукта какой-нибудь последовательности реакций, например аминокислоты, подавляет биосинтез одного из ферментов, необходимых для образования этой аминокислоты.

В каждом случае фермент, биосинтез которого оказывается затронутым, был ответствен за первый «определяющий» этап (на схеме реакция 4) метаболического пути, ведущего к синтезу данной аминокислоты.

Второй механизм хорошо изучен у млекопитающих. Это простое ингибирование конечным продуктом (в нашем случае – аминокислотой) фермента, ответственного за первый «определяющий» этап метаболического пути.

Еще один тип регулирования посредством обратной связи действует в тех случаях, когда окисление промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот сопряжено с образованием АТФ из АДФ и фосфата в процессе окислительного фосфорилирования. Если весь имеющийся в клетке запас фосфата и (или) АДФ уже исчерпан, то окисление приостанавливается и может возобновиться лишь после того, как этот запас вновь станет достаточным. Таким образом, окисление, смысл которого в том, чтобы поставлять полезную энергию в форме АТФ, происходит только тогда, когда возможен синтез АТФ.

3. В биосинтетических процессах участвует сравнительно небольшое число строительных блоков, каждый из которых используется для синтеза многих соединений. Среди них можно назвать ацетилкофермент А, глицерофосфат, глицин, карбамилфосфат, поставляющий карбамильную (H2N–CO–) группу, производные фолиевой кислоты, служащие источником гидроксиметильной и формильной групп, S-аденозилметионин – источник метильных групп, глутаминовую и аспарагиновую кислоты, поставляющие аминогруппы, и наконец, глутамин – источник амидных групп. Из этого относительно небольшого числа компонентов строятся все те разнообразные соединения, которые мы находим в живых организмах.

4. Простые органические соединения редко участвуют в метаболических реакциях непосредственно. Обычно они должны быть сначала «активированы» путем присоединения к одному из ряда соединений, универсально используемых в метаболизме. Глюкоза, например, может подвергнуться окислению лишь после того, как она будет этерифицирована фосфорной кислотой, для прочих же своих превращений она должна быть этерифицирована уридиндифосфатом. Жирные кислоты не могут быть вовлечены в метаболические превращения прежде, чем они образуют эфиры с коферментом А. Каждый из этих активаторов либо родствен одному из нуклеотидов, входящих в состав рибонуклеиновой кислоты, либо образуется из какого-нибудь витамина. Легко понять в связи с этим, почему витамины требуются в таких небольших количествах. Они расходуются на образование «коферментов», а каждая молекула кофермента на протяжении жизни организма используется многократно, в отличие от основных питательных веществ (например, глюкозы), каждая молекула которых используется только один раз.

В заключение следует сказать, что термин «метаболизм», означавший ранее нечто не более сложное, чем просто использование углеводов и жиров в организме, теперь применяется для обозначения тысяч ферментативных реакций, вся совокупность которых может быть представлена как огромная сеть метаболических путей, многократно пересекающихся (из-за наличия общих промежуточных продуктов) и управляемых очень тонкими регуляторными механизмами.

Метаболизму ученые уже давно дали точное определение. Что такое обмен веществ? Это комплекс сложных химических реакций, происходящих в организме человека или другого живого существа и влияющих на его жизнеспособность, поддержание жизненных сил, рост, развитие и размножение, а также на защиту от негативного воздействия окружающей среды. Обмен веществ является обязательным условием для нормального существования живого организма.

Регулярное поступление питательных веществ в клетки, а также постоянное выведение конечных продуктов распада, появляющихся в результате различных химических процессов, - основа биохимического и энергетического обмена. Изучает суть этих явлений и результат их воздействия на живой организм такая наука, как биология. Что такое обмен веществ, каково влияние скорости биохимических и энергетических процессов на изменение форм и структуры тела, питание и образ жизни, а также приспосабливаемость к различным условиям существования человека? Это все категории биологических исследований.

Основные виды обмена веществ

Рассмотрим подробнее сам процесс и его определение. Что такое обмен веществ? Это процесс, который способствует переработке поступающих извне питательных элементов (белков, жиров, углеводов, витаминов, воды и минеральных веществ), в результате чего в организме человека создаются собственные белки, углеводы и жиры. При этом продукты распада (расщепления), иначе говоря, отходы выводятся с помощью выделительной системы во внешнюю среду. Биологи обозначили несколько основных видов обменных процессов.

Это - белковый, липидный (жировой), углеводный, солевой и водный обмены. Разнообразные ферменты, которые участвуют в процессах преобразования различных нутриентов, одновременно являются необходимым компонентом пищеварения. Они структурируют наше питание. Обмен веществ при этом ферментами регулируется в нужном направлении.

Два важнейших взаимосвязанных этапа процесса обмена веществ

Каким образом происходят биохимические превращения внутри тела? За счет чего колеблется уровень обмена веществ? У здорового человека обменные процессы в организме протекают интенсивно и быстро.

Технология данных химических реакций включает два параллельных, взаимосвязанных, непрерывных этапа: диссимиляцию и ассимиляцию.

Анаболизм (ассимиляция) - это процесс, связанный с образованием необходимых соединений, в ходе синтеза которых поглощается энергия.

Катаболизм (диссимиляция) - это процесс, который, напротив, способствует расщеплению различных веществ и, как следствие, высвобождению энергии. Главным катализатором (ускорителем) данного окислительного процесса по праву считается кислород.

Факторы, влияющие на основной обмен веществ

Давая определение тому, что такое обмен веществ, ученые выделили необходимый минимум затрат питательных компонентов и энергии для поддержания жизнедеятельности организма в идеальных комфортных условиях, когда человек находится в состоянии покоя. На интенсивность обменных процессов могут влиять:

генетическая память, или наследственность;
возраст человека (потому, что скорость метаболизма с годами постепенно снижается);
климатические условия;
двигательная активность или ее отсутствие;
масса тела человека (полным людям требуется больше калорий для поддержания жизнеобеспечения).

В поисках ответа на вопрос о том, что такое основной обмен веществ, или базальный метаболизм, физиологи предлагают учитывать 4 фактора: пол, возраст, рост и массу тела человека. В среднем интенсивность базального метаболизма составляет 1ккал в час на 1 кг веса. У мужчин основной обмен веществ в сутки приблизительно равен 1500-1700 ккал. У женщин эта цифра равна примерно 1300-1500 ккал. У детей обмен веществ, как правило, выше, чем у взрослых, но с годами постепенно снижается.

Обмен веществ и энергетический баланс

Каждому человеку присущ индивидуальный показатель уровня обмена веществ и энергии. Поступление вместе с пищей энергии извне и ее расходование на жизнеобеспечение организма (основной обмен плюс энергозатраты на физическую и психическую деятельность) должны быть сбалансированы. Измеряется эта энергия в единицах тепла - килокалориях. Равновесие между количеством поступающей энергии и расходуемой обеспечивает нормальный энергетический баланс.

Регуляция процессов обмена веществ

Под влиянием факторов, воздействующих на основной обмен веществ, и разницы между поступлением и расходованием калорий меняется интенсивность обменных процессов. Важнейшая роль в регуляции на всех уровнях принадлежит нервной системе. Изменения могут происходить в самих тканях или органах непосредственно, а также являться следствием регулирования количества и активности ферментов и гормонов.

Благодаря принципу обратной связи наш организм способен самостоятельно регулировать уровень обмена веществ. Например, при поступлении большого количества глюкозы в кровь происходит выброс энергии, что усиливает секрецию инсулина. Он тормозит процесс выработки глюкозы из гликогена в печени, что, в свою очередь, ведет к уменьшению ее концентрации в крови.

Что такое нарушение обмена веществ и каковы его причины

При различных нарушениях обмена веществ могут возникнуть тяжелые, подчас необратимые последствия. Сбои в углеводном обмене могут спровоцировать развитие сахарного диабета, неправильный липидный обмен - привести к накоплению вредного холестерина, вызывающего болезни сосудов и сердца. Избыток свободных радикалов ведет к преждевременному старению и возникновению онкологических проблем. Причины подобных сбоев могут быть как внутренними, так и внешними.

Что такое нарушение обмена веществ изнутри? Это многообразные генетические проблемы, связанные с наследственным фактором (мутация генов, кодирующая синтезацию ферментов, вызывающих дефекты обменных процессов). Другими причинами могут быть болезни нервной системы, эндокринные нарушения (дисфункция щитовидной железы, гипофиза, надпочечников).

К внешним причинам физиологи относят нарушения в рационе питания (переедание, несбалансированные диеты и так далее), игнорирование правил здорового образа жизни. Выясняя, что такое неправильный обмен веществ, необходимо помнить: существуют как отдельные причины его возникновения, так и комплексные, когда наряду с болезнью у человека могут присутствовать нарушения в рационе питания, гиподинамия.

Жировой обмен

Особого разговора заслуживает липидный (жировой) обмен. Жиры в организме человека - это богатейший источник энергии. Что такое липидный обмен веществ? В процессе окисления липидов высвобождается больше энергии, чем при переработке углеводов и белков вместе взятых. Кроме большого количества энергии, распад жиров образует достаточно много влаги, что поддерживает водный обмен.

Жиры в организме - необходимые нутриенты. В липидах растворяются отдельные витамины, они служат компонентом клеточных мембран, материалом для синтеза некоторых гормонов и ферментов, участвуют в нервно-мышечной передаче. Жировая ткань выполняет теплоизоляционную и защитную функцию, смягчает и увлажняет кожные покровы. Достаточное и сбалансированное количество жиров в рационе гарантирует правильный липидный обмен, здоровье и отличный внешний вид.

Что такое быстрый обмен веществ, или как набрать вес

Как часто люди, недовольные своей худобой, сетуют на то, что еда им не идет впрок. Набрать оптимальный вес они не могут из-за быстрого метаболизма. Повышенная скорость обмена веществ заложена генетически у людей с эктоморфным типом телосложения. Для них характерно небольшое количество подкожно-жировой клетчатки и медленный темп наращивания мышечной массы. Что такое быстрый обмен веществ? Это высокая скорость метаболических реакций.

Люди с таким «подарком природы» награждены повышенной активностью, хорошей физической формой и не подвержены появлению лишней массы тела. После 30 лет, особенно у женщин, в результате гиподинамии и неправильного питания могут возникать на отдельных участках тела утолщения подкожно-жирового слоя. Частично это является результатом того, что каждые полгода, начиная с этого возраста, скорость метаболизма снижается на 3-4%. Но откорректировать фигуру в этих случаях очень просто: нужно лишь придерживаться сбалансированного рациона питания и увеличить двигательную активность.

Как восстановить правильный обмен веществ?

Многие любительницы жестких несбалансированных диет, гарантирующих быстрое похудение, вскоре оказываются перед дилеммой. Продолжая снижать калорийность своего рациона, они получают снижение уровня метаболизма, что ведет к фиксации стрелки весов. Дефицит калорий уже не ведет к потере лишнего веса. Диетологи в этом случае советуют повышать метаболизм. Что такое ускоренный обмен веществ? Это обязательный утренний завтрак, дробное сбалансированное питание в течение дня, большое количество выпитой воды, аэробные и анаэробные тренировки, прогулки на свежем воздухе, посещения сауны и бани, сон продолжительностью не менее 8-9 часов. Кроме этого, необходимо включать в рацион продукты, ускоряющие метаболизм: специи (перец, корица, имбирь, горчица), морепродукты, цитрусовые (грейпфрут), женьшень, витамины группы B, зеленый чай.

По сути, что такое обмен веществ в идеале? Это грамотное соотношение количества потребляемой пищи и ее расходования. Ранний завтрак поможет «проснуться» организму и запустить процесс метаболизма, дробное питание даст жизненно необходимые вещества без голода и вреда для организма, а физические нагрузки приведут тело к желаемой форме. Голод, напротив, замедляет и останавливает метаболизм, что ведет к прекращению процесса похудения.

Заключение

Профилактика нарушений обмена веществ состоит не только в регулярных посещениях врача, но и в здоровом питании, грамотном режиме труда и достаточном отдыхе, соблюдении экологических и санитарных норм (по мере возможности), двигательной активности. Зная, что такое обмен веществ, вы сможете обеспечить безупречную работу своего организма и остаться здоровым на долгие годы!

Обмен веществ (метаболизм) - это совокупность химических реакций, участвующих в поддержании жизнедеятельности клеток и организмов.

Существует два типа метаболизма:

Катаболизм - это совокупность процессов, которые в результате ферментации сложных органических веществ приводят к получению более простых веществ (жирных кислот, аминокислот, моносахаридов).
Анаболизм - создание организмом новых веществ, тканей и клеток из более простых веществ, полученных в результате катаболизма (клеточных белков, фосфолипидов мембран, полисахаридов).

В результате катаболизма образуются не только новые, более простые вещества, но также и энергия, которая затем используется для анаболизма. Когда баланс между двумя этими процессами нарушается, организм погибает.

Классификация

В зависимости от типа метаболизма, все организмы подразделяются на следующие группы:

Если источником углерода для организма являются органические соединения, речь идет о гетеротрофах.
Если источником углерода для организма являются неорганические соединения - это автотрофы.
Если в процессе фотосинтеза растения или бактерии получают энергию из солнечного света, они являются фототрофами.
Если в процессе фотосинтеза растения или бактерии получают энергию из первичных молекул, то это хемотрофы.
Бактерии, получающие энергию из органических соединений, называются органотрофами.
Бактерии, получающие энергию из неорганических соединений, называются литотрофами.

Правильное питание подразумевает потребление всех необходимых организму веществ: углевода, водорода, кислорода, азота, фосфора, серы и порядка 20 других неорганических элементов. Если организм не получает достаточного количества питательных веществ, происходит сбой в организме, при котором начинают неправильно функционировать вначале отдельные клетки, а потом целые органы.

Базовые питательные вещества, получаемые с пищей

Углеводы участвуют в построении клеточных структур, создают запас питательных веществ в организме, участвуют в формировании иммунитета и выполняют энергетическую функцию. Человек получает углеводы из крахмала, сахара и клетчатки.
Белки - главный строительный материал тканей. Белки необходимы организму, так как в них содержатся аминокислоты, получаемы в результате расщепления протеинов. Протеины содержатся в яйцах, молоке, фруктах, овощах, сое и злаках.
Жиры - участвуют в формировании клеточных структур, образуют жизненно важную защитную подушку и изоляцию вокруг внутренних органов, помогают поглощать жирорастворимые витамины и обеспечивают резервный запас энергии.
Минералы и витамины являются частью метаболических путей организма. Витамины являются важными органическими соединениями, которые человеческий организм не может синтезировать самостоятельно и, следовательно, необходимо следить, чтобы они поступали в достаточном количестве с пищей.

Кратко обрисовать, что такое обмен веществ, можно в трех этапах:

Расщепление сложных веществ до более простых под воздействием ферментов в пищеварительной системе и всасывание их в кровь.
Транспортировка полученных питательных веществ к клеткам и тканям.
Избавление от побочных продуктов метаболизма через пот, мочу, кал, с выдыхаемым воздухом и т.д.

Многие считают, что обмен веществ и скорость переваривания пищи - синонимы, но это неправильно. Даем верное определение метаболизму и разбираемся, от чего зависит его скорость и к чему могут привести неполадки и сбои.

Обмен веществ (его также называют метаболизмом) - это основа жизненно важных процессов, происходящих в организме. Под метаболизмом понимают все биохимические процессы, происходящие внутри клеток. Тело постоянно заботится о себе, используя (или откладывая в резервные депо) полученные питательные вещества, витамины, минералы и микроэлементы для обеспечения всех функций организма.

Для обмена веществ, управляемого в том числе эндокринологической и нервной системами, огромное значение имеют гормоны и энзимы (ферменты). Традиционно самым важным органом в метаболизме считается печень.

Для того, чтобы выполнять все свои функции, организму нужна энергия, которую он черпает из белков, жиров и углеводов, получаемых вместе с едой. Поэтому процесс усвоения пищи можно считать одним из необходимых условий для метаболизма.

Обмен веществ происходит автоматически. Именно это дает возможность клеткам, органам и тканям самостоятельно восстанавливаться после влияния определенных внешних факторов или же внутренних сбоев.

В чем суть метаболизма?

Метаболизм – это изменение, превращение, переработка химических веществ, а также энергии. Этот процесс состоит из 2 основных, связанных между собой стадий:

Катаболизм (от греческого слова «разрушение»). Катаболизм предусматривает распад сложных органических веществ, поступивших в организм, до более простых. Это особый энергетический обмен, происходящий во время окисления или же распада определенного химического или органического вещества. В результате в организме происходит выброс энергии (большая ее часть рассеивается в виде тепла, оставшаяся позже используется в анаболических реакциях и при образовании АТФ);
Анаболизм (от греческого слова «подъем»). Во время данной фазы происходит образование важных для организма веществ – аминокислот, сахара и белка. Для этого пластического обмена необходимы большие затраты энергии.

Говоря простым языком, катаболизм и анаболизм – это два равноправных процесса в обмене веществ, последовательно и циклично сменяющих друг друга.

Что влияет на скорость обменных процессов

Одна из возможных причин медленного обмена веществ - генетический дефект. Существует предположение, что скорость процесса сжигания энергии зависит не только от возраста (об этом мы расскажем ниже) и строения тела, но и от наличия определенного индивидуального гена.

В 2013 году было проведено исследование, в ходе которого выяснилось, что причиной медленного обмена веществ может быть мутация KSR2 - гена, отвечающего за метаболизм. Если в нем имеется дефект, то у его носителя или носительницы отмечается не только повышенный аппетит, но и более медленный (по сравнению со здоровыми людьми), основной обмен (прим. ред.: под основным обменом подразумевают минимальное количество энергии, которое нужно организму утром для нормальной жизнедеятельности в положении лежа и состоянии бодрствования до первого приема пищи ). Однако учитывая тот факт, что данный генетический дефект имеется менее чем у 1% взрослых людей и менее чем у 2% детей с избыточным весом, данную гипотезу трудно назвать единственно верной.

С гораздо большей уверенностью ученые говорят о том, что скорость метаболизма зависит от пола человека.

Так, голландские исследователи выяснили, что у мужчин действительно более активный обмен веществ, чем у женщин. Они объясняют данное явление тем, что мужчины обычно обладают большей мышечной массой, кости у них тяжелее, а процент жира в организме меньше, поэтому что в состоянии покоя (речь про основной обмен), что при движении они потребляют большее количество энергии.

Также метаболизм замедляется с возрастом, и винить в этом стоит гормоны. Так, чем старше женщина, тем меньше эстрогена производит ее организм: это становится причиной появления (или увеличения уже имеющихся) жировых отложений в области живота. У мужчин снижается уровень тестостерона, что приводит к уменьшению мышечной массы. Кроме того - и на сей раз мы говорим о людях обоих полов - со временем тело начинает вырабатывать все меньше гормона роста соматотропина, призванного в том числе стимулировать расщепление жира.

Ответьте на 5 вопросов, чтобы узнать, насколько быстр ваш метаболизм!

Часто ли вам бывает жарко? Людям с хорошим обменом веществ, как правило, чаще бывает жарко, чем людям с плохим (медленным) метаболизмом, они гораздо меньше мерзнут. Если у вас не начался предклимактерический период, то положительный ответ на этот вопрос можно считать одним из признаков того, что ваш метаболизм в порядке.

Как быстро вы поправляетесь? Если вы склонны к быстрому набору веса, то можно предположить, что ваш обмен веществ функционирует не совсем правильно. При правильном метаболизме полученная энергия тратится практически сразу, а не откладывается в виде жира в депо.

Часто ли вы ощущаете бодрость и прилив сил? Люди с замедленным обменом веществ часто чувствуют себя уставшими и разбитыми.

Быстро ли вы перевариваете пищу? Люди с хорошим метаболизмом обычно могут похвастаться хорошим пищеварением. Частые запоры зачастую являются сигналом, что с обменом веществ что-то не так.

Как часто и много вы едите? Вы часто испытываете чувство голода и много едите? Хороший аппетит обычно указывает на то, что пища быстро усваивается организмом, и это признак быстрого метаболизма. Но, конечно же, это не повод отказаться от правильного питания и активного образа жизни.

Отметим, что слишком быстрый обмен веществ, о котором мечтают многие, тоже чреват проблемами: он может привести к бессоннице, нервозности, дефициту веса и даже проблемам с сердцем и сосудами.

Как наладить обмены при помощи питания?

Существует достаточно много продуктов питания, которые способны благотворно повлиять на обмен веществ, например:

богатые грубой клетчаткой овощи (свекла, сельдерей, капуста, морковь);
постное мясо (филе курицы без кожи, телятина);
зеленый чай, цитрусовые фрукты, имбирь;
богатая фосфором рыба (особенно морская);
экзотические фрукты (авокадо, кокосы, бананы);
зелень (укроп, петрушка, базилик).

Проверьте, не совершаете ли вы ошибки в пищевом поведении, которые ведут к ненужному замедлению метаболизма!

Ошибка №1. В вашем рационе слишком мало полезных жиров

Увлекаетесь продуктами с маркировкой light? Обязательно следите за тем, чтобы потреблять достаточное количество ненасыщенных жирных кислот, которые содержатся в том же лососе или авокадо. Они также помогают удерживать уровень инсулина в пределах нормы и не позволяют обмену веществ замедляться.

Ошибка №2. В вашем рационе много полуфабрикатов и готовой еды

Внимательно изучите этикетки, скорее всего, вы обнаружите, что сахар входит в состав даже тех продуктов, где его быть вовсе не должно. Именно он отвечает за скачки глюкозы в крови. Не устраивайте организму пищевые американские горки. Ведь тело расценивает подобные перепады как сигнал, что пора запасти побольше жира.\

Ошибка №3. Вы часто игнорируете приступы голода и пропускаете приемы пищи

Важно не только то, что вы едите, но и когда вы это делаете (питаться нужно регулярно и в одно и то же время). Тот, кто ждет, пока желудок не начнут скручивать голодные спазмы (или вообще игнорирует сигналы организма), рискует отрицательно повлиять на скорость обмена веществ. Ничего хорошего в этом случае ждать нельзя. По крайней мере, зверские приступы голода по вечерам, которых не избежать, в категорию «хорошее» точно не попадают.

Причины и следствия сбоев обмена веществ

Среди причин сбоя обменных процессов можно назвать патологические изменения в работе надпочечников, гипофиза и щитовидной железы.

Кроме этого, к предпосылкам сбоев относят несоблюдение рациона питания (сухая пища, частое переедание, болезненная увлеченность жесткими диетами), а также плохую наследственность.

Существует целый ряд внешних признаков, по которым можно самостоятельно научиться распознавать проблемы катаболизма и анаболизма:

недостаточная или чрезмерная масса тела;
соматическая усталость и отечность верхних и нижних конечностей;
ослабленные ногтевые пластины и ломкие волосы;
кожные высыпания, прыщи, шелушение, бледность или покраснение кожных покровов.

Если метаболизм отличный, то тело будет стройным, волосы и ногти - крепкими, кожа - без косметических дефектов, а самочувствие - хорошим.