Что такое обмен веществ в биологии: определение. Обмен веществ (метаболизм) и превращение энергии в организме Что такое обмен веществ в биологии кратко

Обязательным условием существования любого живого организма является постоянное поступление и выведение конечных продуктов распада.

Что такое обмен веществ в биологии

Обмен веществ, или метаболизм, - это особый набор химических реакций, которые протекают в любом живом организме для поддержания его деятельности и жизни. Такие реакции дают организму возможность развиваться, расти и размножаться, при этом сохраняя свою структуру и отвечая на раздражители окружающей среды.

Обмен веществ принято разделять на два этапа: катаболизм и анаболизм. На первой стадии все сложные вещества расщепляются и становятся более простыми. На втором же вместе с затратами энергии синтезируются нуклеиновые кислоты, липиды и белки.

Самую важную роль в процессе метаболизма играют ферменты, которые являются активными Они способны снизить энергию активации физической реакции и регулировать обменные пути.

Метаболические цепи и компоненты абсолютно идентичны для многих видов, что является доказательством единства происхождения всех живых существ. Такое сходство показывает сравнительно раннее появление эволюции в истории развития организмов.

Классификация по типу обмена веществ

Что такое обмен веществ в биологии, подробно описано в данной статье. Все живые организмы, существующие на планете Земля, можно разделить на восемь групп, руководствуясь при этом источником углерода, энергии и окисляемого субстрата.

Живые организмы в качестве источника питания могут использовать энергию химических реакций или света. В качестве окисляемого субстрата могут быть как органические, так и Источником углерода является углекислый газ или органика.

Существуют такие микроорганизмы, которые, находясь в разных условия существования, используют метаболизм разного типа. Это зависит от влажности, освещения и других факторов.

Могут характеризоваться тем, что один и тот же организм может иметь клетки с разным типом метаболических процессов.

Катаболизм

Биология обмен веществ и энергии рассматривает через такое понятие, как "катаболизм". Данным термином называют во время которых крупные частицы жиров, аминокислот и углеводов расщепляются. Во время катаболизма появляются простые молекулы, участвующие в реакциях биосинтеза. Именно благодаря данным процессам организм способен мобилизовать энергию, превращая ее в доступную форму.

У организмов, которые живут благодаря фотосинтезу (цианобактерии и растения), реакция переноса электрона не высвобождает энергию, а накапливает, благодаря солнечному свету.

У животных реакции катаболизма связаны с расщеплением сложных элементов до более простых. Такими веществами являются нитраты и кислород.

Катаболизм у животных делится на три этапа:

Расщепление сложных веществ до более простых.
Расщепление простых молекул до еще более простых.
Высвобождение энергии.

Анаболизм

Обмен веществ (биология 8 класса рассматривает данное понятие) характеризуется и анаболизмом - совокупностью метаболических процессов биосинтеза с затратой энергии. Сложные молекулы, которые являются энергетической основой клеточных структур, последовательно образуются из самых простых предшественников.

Сначала синтезируются аминокислоты, нуклеотиды и моносахариды. Затем вышеперечисленные элементы становятся активными формами благодаря энергии АТР. И на последнем этапе все активные мономеры объединяются в сложные структуры, такие как белки, липиды и полисахариды.

Стоит обратить внимание, что не все живые организмы синтезируют активные молекулы. Биология (обмен веществ подробно описан в данной статье) выделяет такие организмы, как автотрофы, хемотрофы и гетеротрофы. Они получают энергию из альтернативных источников.

Энергия, получаемая из солнечного света

Что такое обмен веществ в биологии? Процесс, благодаря которому существует все живое на Земле, и отличающий живые организмы от неживой материи.

Энергией солнечного света питаются некоторые простейшие, растения и цианобактерии. У данных представителей обмен веществ происходит благодаря фотосинтезу - процессу поглощения кислорода и выделению углекислого газа.

Пищеварение

Такие молекулы, как крахмал, белки и целлюлоза, расщепляются еще до того, как они используются клетками. В процессе пищеварения принимают участие особые ферменты, которые расщепляют белки до аминокислот, и полисахариды - до моносахаридов.

Животные могут выделять такие ферменты только из специальных клеток. А вот микроорганизмы такие вещества выделяют в окружающее пространство. Все вещества, которые вырабатываются благодаря внеклеточным ферментам, поступают в организм с помощью «активного транспорта».

Контроль и регуляция

Что такое обмен веществ в биологии, вы можете прочитать в данной статье. Каждый организм характеризуется гомеостазом - постоянством внутренней среды организма. Наличие такого условия очень важно для любого организма. Так как все их окружает среда, которая постоянно меняется, для поддержания оптимальных условий внутри клеток все реакции метаболизма должны правильно и точно регулироваться. Хороший обмен веществ дает возможность живым организмам постоянно контактировать с окружающей средой и отвечать на ее изменения.

Исторические сведения

Что такое обмен веществ в биологии? Определение находится в начале статьи. Понятие «метаболизм» первый раз употребил Теодор Шванн в сороковых годах девятнадцатого века.

Изучением метаболизма ученые занимаются уже несколько веков, и начиналось все с попыток изучить организмы животных. А вот термин «обмен веществ» впервые употребил Ибн-аль-Нафиса, который считал, что все тело постоянно находится в состоянии питания и распада, поэтому для него характерны постоянные изменения.

Урок биологии «Обмен веществ» откроет всю суть данного понятия и опишет примеры, которые помогут увеличить глубину знаний.

Первый контролируемый опыт по изучению обмена веществ был получен Санторио Санторио в 1614 году. Он описывал свое состояние до и после приема пищи, работы, питья воды и сна. Он был первым, кто заметил, что большая часть употребленной пищи утрачивалась во время процесса «незаметного испарения».

В начальных исследованиях обменные реакции были не обнаружены, и ученые считали, что живой тканью управляет живая сила.

В двадцатом веке Эдуард Бухнер ввел понятие ферментов. С этих пор изучение обмена веществ начиналось с изучения клеток. В этот период биохимия стала наукой.

Что такое обмен веществ в биологии? Определение можно дать следующее - это особый набор биохимических реакций, поддерживающих существование организма.

Минералы

В метаболизме очень большую роль играют неорганические вещества. Все органические соединения состоят из большого количества фосфора, кислорода, углерода и азота.

Большинство неорганических соединений позволяют контролировать уровень давления внутри клеток. Также их концентрация положительно влияет на функционирование мышечных и нервных клеток.

(железо и цинк) регулируют активность транспортных белков и ферментов. Все неорганические микроэлементы усваиваются благодаря транспортным белкам и никогда не пребывают в свободном состоянии.

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.

Обмен веществ

Обмен веществ - основное жизненное свой свойство организма, с прекращением обмена веществ наступает смерть. Обмен веществ включает два взаимосвязанных процесса: усвоение поступающих в организм веществ - ассимиляцию и их распад - диссимиляцию. В процессе ассимиляции образуются сложные органические вещества, идущие на построение клеток организма и межклеточных структур, а при диссимиляции сложные органические вещества распадаются, превращаясь в более простые. Процесс диссимиляции сопровождается выделением значительного количества энергии, необходимой для жизнедеятельности организма. Конечные продукты распада, не участвующие в дальнейших превращениях удаляются из организма. Главной особенностью процесса диссимиляции

является то, что при кислородном процессе распада большая часть энергии (около55%) запасается в виде АТФ и55%) запасается в виде АТФ и веществ (главным образом в новом синтезе органических веществ).

В обмене веществ участвуют белки, жиры, углеводы, вода, минеральные соли и витамины. Все процессы обмена веществ взаимосвязаны. Интенсивность обмена веществ зависит от возраста человека, характера выполняемой работы, климатических и других факторов. Обмен веществ регулируется нервной системой и гуморальными факторами. При заболеваниях происходят различные изменения в обмене веществ, иногда они являются основными признаками заболевания. Например, при подагре в крови повышено содержание мочевой кислоты и происходит ее отложение в суставах, сухожилиях и хрящах. Изменения в обмене веществ могут наблюдаться при нарушении деятельности эндокринных желез, недостаточном поступлении в организм витаминов, при поражении некоторых отделов нервной системы, например гипоталамуса.

Белки, поступившие с пищей в организм, под воздействием ферментов пищеварительного тракта распадаются до аминокислот, которые всасываются в кровь и разносятся ею по всему организму. В клетках органов и тканей из них синтезируются белки, свойственные человеку. Не использованная часть белков подвергается распаду и удаляется из организма, а освобождающаяся энергия используется в других реакциях (энергетическая функция белков). Белки необходимы не только для построения клеточных структур (строительная функция), но являются составной частью ферментов, гормонов и некоторых других веществ. Белки входят в состав ферментов в качестве катализаторов многих реакций (каталитическая функция) и антител (защитная функция).

Конечными продуктами распада белков в организме являются вода, углекислый газ и азотсодержащие вещества (аммиак, мочевая кислота и др.). Продукты распада белков выводятся из организма через органы выделения. Белки в организме в запас не откладываются (или почти не откладываются). В здоровом взрослом организме количество поступившего азота равно количеству выведенного, т.е. белка распадается столько же, сколько его поступает (азотистое равновесие). В детском растущем организме синтез белков превышает их распад (положительный азотистый баланс). При тяжелых заболеваниях и при голодании, а также часто у очень пожилых людей может наблюдаться отрицательный азотистый баланс: количество выведенного азота превышает количество введенного. В белках в среднем содержится 16% азота, т.е. вес белков в 6,25 раза превышает вес имеющегося в них азота (расчет на 100 г белка). Полученное количество азота умножают на 6,25 и получают количество белка в граммах. Суточная потребность в белках - в среднем 100-118 г; она зависит от возраста, характера профессии и других условий. Длительный недостаток белков вызывает тяжелые нарушения в организме: задержку роста и развития у детей, изменения в ферментативных системах организма, в железах внутренней секреции и др. Положительный азотистый баланс у взрослого человека может быть при росте новообразований - росте клеток, не свойственных организму. Если вовремя обнаружить этот процесс, то возможно своевременное лечение.

Сложные углеводы, поступающие в организм с пищей, расщепляются в пищеварительном тракте до моносахаридов, которые поступают в кровь, а затем - в печень, где из глюкозы синтезируется гликоген. По мере надобности он снова превращается в глюкозу, которая и разносится по организму кровью. Содержание глюкозы в крови поддерживается на одном уровне (около 0,1%). Печень регулирует содержание сахара в крови: в ней содержится около 300 г углеводов в виде гликогена. При поступлении значительного количества сахара или глюкозы (150-200 г) с пищей уровень сахара в крови повышается (пищевая гипергликемия). Избыток сахара выводится с мочой, т.е. в моче появляется глюкоза - наступает глюкозурия. При нарушении внутрисекреторной деятельности поджелудочной железы наступает заболевание, носящее название сахарной болезни, или сахарного диабета. При сахарном диабете уровень сахара в крови повышается и начинается усиленное выделение сахара с мочой (в течение дня может выделиться с мочой до 500 г сахара). Гликоген откладывается не только в печени, он может накапливаться в мышцах. При необходимости глюкоза поступает в кровь как из гликогена печени, так и из гликогена, содержащегося в мышцах. Глюкоза не только структурный компонент цитоплазмы клеток, но и необходимый компонент их роста (источник энергии), она очень важна для работы нервной системы (гликоген откладывается и в нервных клетках). Если концентрация сахара в крови понизится до 0,04%, то начинаются судороги, бред, потеря сознания и т.д. - нарушается деятельность центральной нервной системы. Достаточно такому больному дать поесть обычного сахара или ввести в кровь глюкозу, как все нарушения исчезают. Резкое и длительное понижение сахара в крови - гипогликемия может повлечь более резкие нарушения деятельности организма и привести к смерти. При недостаточном поступлении углеводов с пищей они могут образовываться из белков и жиров.

Углеводы легко распадаются и являются главным источником энергии в организме, особенно при физических нагрузках. Суточная потребность человека в углеводах в среднем составляет 450-500 г. Центр регуляции содержания сахара в крови находится в продолговатом и промежуточном (подбугровая область) мозге. Высшие центры находятся в коре больших полушарий. Адреналин - гормон мозгового слоя надпочечников - способствует превращению гликогена в глюкозу и усиливает окислительные процессы в клетках. Его действие противоположно инсулину, который способствует проникновению глюкозы в клетки и синтезу гликогена. В регуляции углеводного обмена также принимают участие и другие гормоны: гормоны коры надпочечников, передней доли гипофиза и щитовидной железы.

Жиры, как и углеводы, используются организмом как источник энергии. При окислении жира выделяется в два с лишним раза больше энергии, чем при окислении такого же количества углеводов и белков: при окислении 1 г жира выделяется 9,3 ккал тепла, 1 г углеводов -4,1 ккал, 1 г белка - 4,1 ккал.

Образующийся при распаде жиров глицерин легко всасывается, а жирные кислоты всасываются только после омыления. В организме человека из глицерина и жирных кислот образуется жир, свойственный только организму человека. Жир входит в состав клеток, а невостребованные организмом количества жира откладываются в запас в виде жировых капель. Жир откладывается преимущественно в подкожной клетчатке, сальнике, вокруг почек, содержится в печени и мышцах. У человека жир составляет 10-20% веса, а при ожирении - до 50%. При ожирении нарушаются обменные процессы. Жир синтезируется не только из потребленного жира, но и из белков и углеводов. При голодании из жиров образуются углеводы, используемые в качестве источника энергии. В регуляции жирового обмена большую роль играет центральная нервная система, а также многие железы внутренней секреции (половые, гипофиз, щитовидная, надпочечники).

Гормональная регуляция белкового обмена еще менее изучена, чем гормональная регуляция обмена липидов. Поскольку рост состоит в отложении нового белка в цитоплазме, какую-то роль в этой регуляции играет гипофизарный гормон роста, но механизм его действия известен мало. В регуляции белкового обмена участвуют также инсулин, половые гормоны и кортизол, выделяемый корой надпочечников. Весьма важную роль в сохранении жизни организма играет обмен липоидов, или жироподобных веществ, входящих в состав нервной ткани и участвующих в ее деятельности. По своему строению липоиды близки некоторым гормонам и, по-видимому, являются основой для образования половых гормонов, гормона коры надпочечников и витамина D.

Вода и минеральные соли не являются источниками энергии и питательными веществами, но их роль чрезвычайно важна. Вода составляет до 65% веса организма, а у детей - до 80%. Без пищи, но при наличии воды (ее потреблении) человек может обходиться 40-50 дней, а без воды погибает через несколько дней. Вода и минеральные соли создают внутреннюю среду организма, являясь основной частью плазмы, лимфы и тканевой жидкости. Растворенные в воде минеральные соли поддерживают постоянное осмотическое давление, необходимое для нормальной жизнедеятельности клеток организма. Вода в небольшом количестве образуется в организме в ходе окисления питательных веществ, особенно много ее получается при окислении жиров (118 г воды при окислении 100 г жиров). Вода поступает в организм при питье и с пищей, выделяется, в основном, почками (1,5 л), частично - с выдыхаемым воздухом (500 мл) и при испарении с поверхности кожи (500 мл). Суточная потребность взрослого человека в воде составляет 2-2,5 л, она может колебаться в зависимости от климатических условий и условий работы. В жаркую погоду вода потребляется в большом количестве, равно как и при работе в горячих цехах. Вода является растворителем многих веществ, в ней протекают все физико-химические реакции организма, она играет важную роль в транспорте веществ. Отношение количества потребленной воды к количеству выделенной называется водным балансом; важно, чтобы приход воды покрывал расход, в противном случае в результате потери воды наступают серьезные нарушения жизнедеятельности организма.

С пищей в организм вводится около 15 химических элементов, часть которых поступает в ничтожно малых количествах. В сутки человеку требуется до 10 г поваренной соли, 1 г калия, 0,3 г магния, 1,5 г фосфора, 0,8 г кальция, 0,012 г железа, 0,001 мг меди, 0,0003 г марганца и 0,00003 г йода. Соли распределены в разных клетках и тканях организма неравномерно. Так, много солей натрия содержится в плазме и межклеточной жидкости; солей калия в клетках больше, чем в жидких средах организма; кости содержат много кальция и фосфора; гемоглобин - медь и железо, а клетки щитовидной железы - йод. Поскольку минеральные вещества постоянно выводятся из организма, они должны быть в равном количестве восполнены с приемом пищи. Отсутствие солей в пищевом рационе может привести к смерти быстрее, чем полное голодание. Необходимость в поваренной соли обусловлена тем, что ее раствор играет главную роль в поддержании осмотического давления. Соли кальция необходимы для поддержания деятельности сердца: при их отсутствии деятельность сердца замедляется и вскоре полностью прекращается. Соотношение солей калия и кальция также важно для нормальной деятельности мышцы сердца. Ионы натрия, калия, кальция и хлора играют роль в процессах возбуждения и торможения, мышечного сокращения. Соли, которые необходимы в минимальных количествах (микроэлементы), также важны для нормального функционирования организма (например, кобальт входит в состав витамина В12; цинк, входит в состав фермента - угольной ангидразы, связывающей углекислый газ крови; фтор предупреждает разрушение зубов и др.).

Рациональное питание должно полностью покрывать потребность человека в энергии и пластических веществах. В суточный рацион человека, не занимающегося физическим трудом, должно входить около 100 г белка, 90 г жира и 400 г углеводов (около 3 000 ккал); необходимы минеральные соли, витамины и вода. При физической нагрузке растет потребность в энергии и пластических веществах, в связи с этим в диете должно увеличиваться содержание не только жиров и углеводов, но и белков.

Рекомендуется около 50% белков и жиров потреблять в виде продуктов животного происхождения и при увеличении калорийности пищи сохранять соотношение белков, жиров и углеводов - 1:1:4. В таком соотношении продукты лучше усваиваются. Одностороннее питание (преобладание или белковой, или углеводной пищи) нецелесообразно, так как оно нарушает процессы пищеварения и обмена веществ. Для снижения веса тела следует снизить прием углеводов.

Суточная потребность в энергии для лиц

(в килокалориях)

Люди умственного труда

Люди, занятые на

механизированных производствах

Рабочие физического труда

(частичная либо отсутствующая

механизация)

Лица, выполняющие тяжелую

мышечную работу

Обмен веществ сопровождается обменом энергии - оба процесса взаимосвязаны. Выделенная при диссимиляции энергия расходуется в виде механической (в мышцах), электрической (нервная и другие ткани), химической (синтез новых веществ) и других видов энергии. Важно, что все эти виды энергии превращаются в тепловую, выделяющуюся в окружающую среду. Интенсивность обмена веществ можно определить по количеству образовавшегося в организме тепла. В среднем организмом человека усваивается около 90% поступивших питательных веществ. Расход энергии в организме поддается учету. При прямой калориметрии количество выделенной теплоты определяют в специальных камерах, при непрямой калориметрии с помощью специальных приборов устанавливают объем вдыхаемого кислорода и выдыхаемого углекислого газа (газообмен) и высчитывают дыхательный коэффициент (отношение объема выдохнутого углекислого газа к объему поглощенного кислорода - СО2/О2), пользуясь которым по специальным таблицам можно подсчитать расход энергии.

Основной обмен - количество энергии, расходуемое организмом только на поддержание жизни, т.е. на процессы, происходящие при полном покое (работа сердца, сокращение дыхательных мышц, мочеобразование, выделение гормонов и т.д.). Величина основного обмена меняется в зависимости от пола, веса, возраста человека и других факторов. Она колеблется в пределах от 1 000 до 2 000 больших калорий в сутки у взрослых мужчин и от 1 000 до 1 700 у женщин (в среднем по 24 больших калории на килограмм веса). При физических нагрузках помимо основного обмена происходит дополнительная затрата энергии (рабочий обмен организма). Общая затрата энергии, таким образом, складывается из основного и рабочего обменов и при высоких физических нагрузках может достигать 5 000 и более больших калорий. Существует прямая зависимость между обменом веществ и теплообразованием: повышение обмена веществ сопровождается усилением теплообразования и, наоборот, при понижении обмена веществ снижается и теплообразование. Теплоотдача осуществляется через кожу при испарении пота, с выдыхаемым воздухом, с мочой и калом. Регуляция теплоотдачи основана в значительной степени на изменении объема крови, протекающей через сосуды кожи, и на интенсивности потоотделения. При расширении сосудов кожи и усиленном притоке крови теплоотдача повышается, а при сужении сосудов и уменьшении притока крови - снижается. Процесс теплоотдачи и теплообразования регулируется нервной системой - «тепловой центр» расположен в промежуточном отделе мозга.

В организме здорового человека между образованием тепла и его отдачей существует равновесие: в окружающую среду выделяется столько тепла, сколько его образуется, благодаря чему температура тела поддерживается на одном уровне. Средняя температура тела при измерении в подмышечной впадине составляет 36,5-36,9 oС. Наиболее низкая температура отмечается с 4 до 6 часов, наиболее высокая - с 16 до 18 часов. При заболевании наблюдается повышение температуры тела вследствие нарушения теплорегуляции; повышение ее свыше 41 oС является угрожающим для организма, так как нарушаются жизненные процессы, протекающие при определенных границах температуры. При высокой температуре резко повышается обмен веществ: усиливается распад собственных белков (отрицательный азотистый баланс), учащаются работа сердца и дыхание, повышается кровяное давление и т.п. При интенсивной мышечной работе повышение температуры может привести к тепловому удару, особенно в условиях высокой температуры воздуха. При длительном охлаждении температура тела по сравнению с нормальной может понизиться, т.е. может развивается гипотермия. В условиях жаркого климата или в горячих цехах главным средством охлаждения тела является потоотделение. Человек в сутки может терять с потом до 9-15 л воды и отдавать 5 000-9 000 ккал тепла (1 мл воды отнимает 0,58 ккал). При изменении температуры внешней среды рефлекторно изменяется работа желез внутренней секреции: щитовидной железы, надпочечников и поджелудочной железы (их гормоны усиливают окислительные процессы). Гипофиз тормозит секрецию гормона щитовидной железы, снижает обмен веществ и снижает температуру тела.

Обязательным условием существования любого живого организма является постоянное поступление питательных веществ и выведение конечных продуктов распада.

Оглавление [Показать]

Что такое обмен веществ в биологии

Обмен веществ, или метаболизм, – это особый набор химических реакций, которые протекают в любом живом организме для поддержания его деятельности и жизни. Такие реакции дают организму возможность развиваться, расти и размножаться, при этом сохраняя свою структуру и отвечая на раздражители окружающей среды.

Самую важную роль в процессе метаболизма играют ферменты, которые являются активными биологическими катализаторами. Они способны снизить энергию активации физической реакции и регулировать обменные пути.

Классификация по типу обмена веществ

Живые организмы в качестве источника питания могут использовать энергию химических реакций или света. В качестве окисляемого субстрата могут быть как органические, так и неорганические вещества. Источником углерода является углекислый газ или органика.

Многоклеточные организмы могут характеризоваться тем, что один и тот же организм может иметь клетки с разным типом метаболических процессов.

Катаболизм

Биология обмен веществ и энергии рассматривает через такое понятие, как «катаболизм». Данным термином называют метаболические процессы, во время которых крупные частицы жиров, аминокислот и углеводов расщепляются. Во время катаболизма появляются простые молекулы, участвующие в реакциях биосинтеза. Именно благодаря данным процессам организм способен мобилизовать энергию, превращая ее в доступную форму.

Катаболизм у животных делится на три этапа:

Расщепление сложных веществ до более простых.
Расщепление простых молекул до еще более простых.
Высвобождение энергии.

Анаболизм

Обмен веществ (биология 8 класса рассматривает данное понятие) характеризуется и анаболизмом – совокупностью метаболических процессов биосинтеза с затратой энергии. Сложные молекулы, которые являются энергетической основой клеточных структур, последовательно образуются из самых простых предшественников.

Энергия, получаемая из солнечного света

Энергией солнечного света питаются некоторые простейшие, растения и цианобактерии. У данных представителей обмен веществ происходит благодаря фотосинтезу – процессу поглощения кислорода и выделению углекислого газа.

Пищеварение

Контроль и регуляция

Что такое обмен веществ в биологии, вы можете прочитать в данной статье. Каждый организм характеризуется гомеостазом – постоянством внутренней среды организма. Наличие такого условия очень важно для любого организма. Так как все их окружает среда, которая постоянно меняется, для поддержания оптимальных условий внутри клеток все реакции метаболизма должны правильно и точно регулироваться. Хороший обмен веществ дает возможность живым организмам постоянно контактировать с окружающей средой и отвечать на ее изменения.

Исторические сведения

Минералы

Переходные металлы (железо и цинк) регулируют активность транспортных белков и ферментов. Все неорганические микроэлементы усваиваются благодаря транспортным белкам и никогда не пребывают в свободном состоянии.

fb.ru

Многие слышали о метаболизме и его влиянии на вес. Но что означает это понятие и есть ли связь между хорошим метаболизмом и объемом жира в организме? Для того чтобы разобраться в этом, необходимо понять саму суть метаболизма.

Суть метаболизма

Сложное слово метаболизм имеет синоним - обмен веществ, и это понятие, пожалуй, на слуху у большего количества людей. В биологии метаболизм - это совокупность химических реакций, которые происходят в теле всех живых существ на планете, включая человека. В результате названных превращений и осуществляется работа всего организма.

Метаболизм - что это такое простым языком? В организм человека попадают различные вещества с дыханием, пищей, питьем:

питательные элементы (белки, жиры, углеводы);
кислород;
вода;
минеральные соли;
витамины.

Все эти элементы не могут усвоиться телом в первоначальном виде, поэтому организм запускает специальные процессы, чтобы разложить вещества на составляющие и из них собрать новые частицы. Из новых компонентов формируются новые клетки. Так происходит увеличение объема мышц, регенерация кожи при поражениях (порезах, язвах и пр.), обновление тканей, которое происходит постоянно.

Без метаболизма невозможна жизнедеятельность человека. Ошибочно мнение, что процесс метаболизма в организме происходит лишь когда мы что-то делаем. Даже в состоянии полного покоя (которое, к слову, обеспечить телу очень сложно, ведь мы всегда совершаем движения: моргаем, поворачиваем голову, двигаем руками) телу необходимо расщеплять сложные элементы и создавать из них простые, чтобы обновлять ткани, обеспечивать работу внутренних органов, дыхание и пр.

Обменный цикл можно разделить на 2 процесса.

1. Разрушение (анаболизм) - это расщепление всех поступающих в тело элементов на более простые вещества.

Как известно, белок, который содержится в пище, состоит из аминокислот. Для построения новых клеток нужен не протеин в чистом виде, а набор аминокислот, которые организм получает в процессе распада белка. Каждый протеиновый продукт состоит из разных аминокислот, поэтому белок из куриного мяса не может быть заменой белку из молока. Однако, наш организм в процессе анаболизма расщепляет каждый из этих продуктов, беря из них именно те ценные «кирпичики», которые нужны.

При анаболизме из каждого вещества высвобождается энергия, которая необходима для строительства сложных молекул. Эта энергия и есть те самые калории, подсчет которых так важен при похудении.

2. Создание (катаболизм) - это синтез сложных компонентов из простых и построение из них новых клеток. Процесс катаболизма вы можете наблюдать при росте волос и ногтей или при затягивании ранок. Также сюда относят обновление крови, тканей внутренних органов и многих процессов, которые проходят в теле незаметно для нас.

Для создания новых клеток и нужна энергия (колории), которые высвобождаются при анаболизме. Если этой энергии слишком много, она не расходуется на синтез молекул полностью, а откладывается «про запас» в жировую клетчатку.

Обмен белков

Белки бывают растительного и животного происхождения. Для нормального функционирования организма необходимы обе эти группы веществ. Белковые соединения не откладываются в теле в виде жира. Весь протеин, который поступает в тело взрослого человека, распадается и синтезируется в новый белок из расчета 1:1. А вот у детей процесс катаболизма (создания клеток) преобладает над распадом - в связи с ростом их тела.

Белок может быть полноценным и неполноценным. Первый состоит из всех 20 аминокислот и содержится только в продуктах животного происхождения. Если в протеиновом соединении отсутствует хотя бы 1 аминокислота, его относят ко второму типу.

Обмен углеводов

Углеводы - основной источник энергии для нашего тела. Они бывают сложными и простыми. Первая группа - это каши, злаковые, хлеб, овощи, фрукты. Это так называемые полезные углеводы, которые медленно расщепляются в организме и обеспечивают ему длительный заряд энергии. Быстрые, или простые углеводы - это сахар, изделия из белой муки, различные сладости, выпечка, газированные напитки. По большому счету, такая пища нашему телу не нужна вовсе: организм будет функционировать правильно и без нее.

Попадая в организм, сложные углеводы преобразуются в глюкозу. Ее уровень в крови относительно одинаков на протяжении всего времени. Быстрые углеводы заставляют этот уровень сильно колебаться, что отражается как на общем самочувствии человека, так и на его настроении.

При избытке углеводы начинают откладываться в виде жировых клеток, при нехватке - синтезируются из внутреннего белка и жировой ткани.

Метаболизм жиров

Одним из продуктов переработки жиров в организме является глицерин. Именно он при участии жирных кислот превращается в тот жир, который откладывается в жировой клетчатке. При избытке поступления липидов жировая клетчатка разрастается и мы видим результат - тело человека становится рыхлым, увеличивается в объемах.

Еще одно место для отложения излишков жира - пространство между внутренними органами. Такие запасы называются висцеральными, и они еще более опасны для человека. Ожирение внутренних органов не дает им работать в прежнем режиме. Чаще всего у людей наблюдается ожирение печени, ведь именно она первой принимает на себя удар, фильтруя через себя продукты распада жиров. Даже худой человек может иметь висцеральный жир из-за нарушений жирового обмена.

Средняя суточная норма липидов для человека составляет 100 г, хотя это значение может быть уменьшено и до 20 г с учетом возраста, веса человека, его цели (например, похудение), заболеваний.

Обмен воды и минеральных солей

Вода - один из важнейших компонентов для человека. Известно, что человеческое тело на 70% состоит из жидкости. Вода присутствует в составе крови, лимфы, плазмы, межклеточной жидкости, самих клетках. Без воды невозможно протекание большинства химических реакций.

Множество людей сегодня испытывают недостаток в жидкости, не подозревая об этом. Ежедневно наше тело отдает воду с потом, мочой, дыханием. Для восполнения запасов необходимо выпивать до 3 л жидкости в сутки. В эту норму включена также влага, которую содержат продукты питания.

Симптомами дефицита воды могут быть головные боли, быстрая утомляемость, раздражительность, вялость.

Минеральные соли составляют около 4,5% массы всего тела. Они нужны для множества процессов метаболизма, в том числе поддержания костной ткани, транспортировки импульсов в мышцах и нервных клетках, создания гормонов щитовидной железы. Правильное питание ежедневно полностью восполняет запасы минеральных солей. Однако, если ваш рацион не сбалансированный, то из-за недостатка солей могут появиться различные проблемы.

Роль витаминов в организме

Витамины при поступлении в организм не подвергаются расщеплению, а становятся готовыми «кирпичиками» для построения клеток. Именно по этой причине наше тело остро реагирует на нехватку того или иного витамина: ведь без его участия нарушаются некоторые функции.

Норма витаминов каждый день для человека невелика. Однако, с современными пищевыми привычками многие люди испытывают авитаминоз - острый витаминный дефицит. Переизбыток данных веществ приводит к гиповитаминозу, который не менее опасен.

Мало кто задумывается, что витаминный состав продуктов может сильно изменяться при обработке пищи или ее долгом хранении. Так, количество витаминов в овощах и фруктах резко уменьшается из-за длительного хранения. Тепловая обработка зачастую может «убить» все полезные свойства еды.

Уровень метаболизма

Существует такое понятие, как основной, или базовый метаболизм. Это показатель энергии, которая необходима нашему телу для поддержания всех его функций. Уровень метаболизма показывает, сколько калорий израсходует организм человека в полном покое. Под полным покоем подразумевается отсутствие любой двигательной активности: то есть если вы сутки пролежите на кровати, даже не взмахнув ресницами.

Данный показатель очень важен, ведь не зная уровня своего обмена веществ, многие женщины в стремлении похудеть уменьшают калорийность рациона до отметки, которая находится ниже основного метаболизма. А ведь базовый обмен веществ необходим для работы сердца, легких, циркуляции крови т.д.

Вы можете самостоятельно рассчитать для себя уровень метаболизма на одном из сайтов в интернете. Для этого вам потребуется ввести информацию о своем поле, возрасте, росте и массе тела. Для того чтобы узнать, сколько калорий вам потребуется в день, чтобы поддерживать свой вес, показатель базового метаболизма необходимо умножить на коэффициент активности. Такие расчеты также можно произвести прямо на сайте.

Ускоренный метаболизм позволяет людям есть больше и при этом не набирать жировую ткань. И это не говоря об общем самочувствии человека, который при быстром обмене веществ ощущает себя здоровым, бодрым и счастливым. От чего же зависит скорость метаболизма?

Пол. Мужской организм для поддержания своих функций потребляет больше энергии, чем женский. В среднем, мужчине необходимо на 5-6% калорий больше, чем женщине. Это связано с тем, что в женском организме от природы больше жировой ткани, для поддержания которой нужно меньше энергетических затрат.
Возраст. Начиная с 25-летнего возраста, человеческое тело претерпевает изменения. Обменные процессы начинают перестраиваться и замедляться. С 30 лет каждый последующий десяток лет метаболизм замедляется на 7-10%. По причине того, что скорость обменных процессов снижается, пожилому человеку легче набрать лишний вес. С возрастом калорийность потребляемой пищи должна снижаться на 100 калорий в расчете на 10 лет. А физическая нагрузка, наоборот, должна возрастать. Только в этом случае вы сможете поддержать свою фигуру в нужной форме.
Соотношение жировой и мышечной ткани в теле. Мышцы потребляют энергию даже в покое. Для поддержания их тонуса телу приходится отдавать больше энергии, чем на поддержание жировых запасов. Спортсмен расходует на 10-15% калорий больше, чем человек с избытком массы тела. Речь идет не о физических нагрузках, которых у спортсмена, безусловно больше. А о базовом метаболизме, то есть том количестве энергии, которая расходуется в покое.
Питание. Переедание, голодание, нарушения режима приема пищи, большое количество жирной, нездоровой, тяжелой еды - все это отрицательно сказывается на скорости обменных процессов.

Нарушение метаболизма

Причинами нарушения обмена веществ могут быть заболевания щитовидной железы, надпочечников, гипофиза, половых желез. Фактор, на который мы повлиять не в силах, - наследственный - также может дать толчок к изменениям в работе организма.

Однако, самая частая причина замедленного метаболизма - неправильное пищевое поведение. Сюда относят переедание, злоупотребление животными жирами, тяжелой едой, большие промежутки между приемами пищи. Любителям экспресс-диет следует знать, что голодание, преобладание в рационе низкокалорийной пищи являются верным путем к нарушению внутреннего баланса.

Нередко к замедлению процессов ведут вредные привычки - курение и употребление спиртных напитков. В группе риска также люди, которые ведут малоактивный образ жизни, постоянно недосыпают, подвергаются частым стрессам, получают норму витаминов и минералов в неполном объеме.

Чем же так опасен медленный обмен веществ?

Симптомы, по которым вы можете судить о сбоях в обменных процессах:

излишки массы тела;
отеки;
ухудшение состояния кожи, изменение ее цвета на болезненный серый;
хрупкость ногтей;
ломкость и выпадение волос;
одышка.

Кроме внешних проявлений существуют также и внутренние. Это заболевания метаболизма, которые очень индивидуальны. Нарушения организма вследствие внутреннего дисбаланса могут быть самые разные, их действительно много. Ведь под метаболизмом понимают совокупность всех процессов организма, которых также большое множество.

Как ускорить метаболизм?

Для того чтобы нормализовать скорость обменных процессов, нужно устранить причины, из-за которых произошел дисбаланс.

Людям, в жизни которых мало физических нагрузок, нужно увеличить двигательную активность. Не спешите сгоряча бежать в тренажерный зал и изводить свое тело непосильными тренировками - это так же вредно, как и проводить весь день у монитора. Начните с малого. Ходите там, где раньше ездили на транспорте. Поднимайтесь по ступенькам вместо использования лифта. Постепенно увеличивайте нагрузку. Хорошим способом «размять» свое тело будет участие в спортивных играх - футболе, баскетболе, теннисе и пр.
Ритм современного человека зачастую вынуждает его отказаться от достаточного сна. В данном случае лучше пожертвовать просмотром фильма или другим способом отдыха и хорошо выспаться. Неполноценный сон ведет ко многим нарушения в организме, в том числе он напрямую влияет на желание человека полакомиться быстрыми углеводами. А вот усваиваются сладости в теле «сонного» человека плохо, откладываясь в проблемных местах.
Начните пить воду. Выпивайте стакан воды после сна, за полчаса до еды и через час после. Пейте воду маленькими глотками и не более 200 мл за раз. Начав употреблять хотя бы 2 л жидкости в день, вы обеспечите организму необходимое количество влаги для большинства обменных процессов.
Если у вас серьезные нарушения метаболизма, пройдите курс массажа. Не важно, какой именно вид вы изберете. Любой массаж обладает эффектом лимфодренажа, стимулирует ток крови и как следствие - «разгоняет» обмен веществ.

Обеспечьте своему телу достаточное количество кислорода и солнечного тепла. Гуляйте на свежем воздухе, особенно в солнечную погоду. Помните, что кислород - один из важнейших элементов для нормального метаболизма. Можете попробовать дыхательную гимнастику, которая научит ваше тело дышать полной грудью. А солнечные лучи подарят вам ценный витамин D, который получить из других источников очень сложно.
Будьте позитивно настроены. По статистике, у людей, которые чаще радуются в течение дня, уровень метаболизма выше, чем у вечных пессимистов.
Питайтесь правильно.

Питание - диета для метаболизма

Неправильное пищевое поведение - наиболее частая причина замедленного метаболизма. Если вы питаетесь чересчур часто или, наоборот, всего 1-2 раза в день, ваш обмен веществ рискует нарушиться.

Оптимально есть каждые 2-3 часа, то есть 5-6 раз в сутки. Из них должно быть 3 полноценных приема пищи - завтрак, обед, ужин, и 2-3 легких перекуса.

День начинается с завтрака, и только при этом условии вы можете рассчитывать на правильный обмен веществ. Завтрак должен быть плотным и питательным, состоять из медленных углеводов, которые дадут нам энергию на день, белков и жиров. На ужин лучше оставлять белковую пищу - нежирную рыбу, мясо, птицу и овощи. В качестве перекуса идеально выпить натурального йогурта, кефира, съесть фрукт или немного творога. Если вас одолевает голод перед сном, можно позволить себе маложирного творога.

Если у вас замедленный обмен веществ, повлиять на его скорость можно, добавив в рацион продукты для ускорения метаболизма:

цитрусовые фрукты;
яблоки;
миндаль;
натуральный черный кофе;
свежий зеленый чай без сахара и прочих добавок;
нежирные молочные продукты;
шпинат;
фасоль;
белокочанная и цветная капуста, брокколи;
постное мясо индейки.

Метаболизм - похудение

Не многие знают, что вес напрямую зависит от скорости обменных процессов в нашем организме. От уровня метаболизма зависит количество калорий, которые сжигает тело в покое. Для одного человека это 1000 калорий, для другого - 2000. Второй человек, даже не занимаясь спортом, может позволить себе энергетическую ценность дневного рациона почти вдвое большую, чем первый.

Если у вас есть лишние килограммы, а базовый метаболизм низкий, то вам придется есть очень мало, чтобы похудеть. К тому же, тело с медленным обменом веществ очень неохотно будет отдавать жировую массу. Правильнее заняться ускорением метаболизма веществ, чтобы обеспечить нормальное функционирование всего организма.

Ускорение метаболизма Хейли Помрой

Наше тело расходует энергию даже в покое. Поэтому американский диетолог Хейли Помрой предлагает разогнать процессы обмена веществ и худеть только за счет них. Если вы будете в точности соблюдать указания Хейли, она гарантирует вам похудение на 10 кг за месяц практически без усилий. Ушедший жир не возвращается, если вы не будете нарушать принципы правильного питания и в дальнейшем.

Комплекс, предложенный американкой, избавит вас от монодиет, во время которых преследует мучительный голод. Хейли разработала план сбалансированного питания, который направлен не на сокращение питательной ценности меню, а на улучшение протекания всех процессов в организме.

Для того чтобы поддерживать метаболизм на одном уровне, необходимо его постоянно подпитывать пищей. Это не значит, что еды должно быть много. Хейли рекомендует есть часто, но небольшими порциями. Так ваш организм будет постоянно занят переработкой веществ и не успеет замедлиться. Оптимально сделать 3 плотных приема пищи - завтрак, обед и ужин. А между ними расположить 2-3 перекуса.

Несмотря на то, что диетолог почти не ограничивает вас в выборе ингредиентов, от некоторых вредных для метаболизма продуктов все же придется отказаться. Это блюда с содержанием сахара, пшеничные блюда, спиртные напитки, жирные молочные продукты.

План питания Хейли Помрой рассчитан на 4 недели. Каждая неделя поделена на блоки.

1-й блок - сложные углеводы. Продолжительность - 2 дня. В вашем рационе должны преобладать продукты, богатые полезными углеводами. Это в первую очередь овощи, цельные зерна, крупы. Позаботьтесь о достаточном количестве клетчатки в меню. Клетчатка поможет поддержать нормальный уровень глюкозы в крови, который может колебаться из-за большого объема углеводной пищи.
2-й блок - белковый и овощной. Продолжительность - 2 дня. Для переработки и усвоения белковых соединений наше тело расходует больше всего калорий. Ешьте нежирные продукты, содержащие протеин: птицу, мясо, рыбу, сою, творог, яйца. К белковой пище добавляйте овощные блюда.
3-й блок - добавление полезных жиров. Вы питаетесь сбалансированно, то есть употребляете и углеводы, и белки, и жиры. Отдайте предпочтение натуральным растительным маслам, авокадо, арахису.

Более подробно о диете Хейли Помрой вы можете узнать из ее книги «Диета для ускорения метаболизма».

Джиллиан Майклз - ускорь метаболизм

Будучи ребенком, Джиллиан Майклз страдала от серьезного избыточного веса. Познакомившись с фитнесом, девочка навсегда решила посвятить себя здоровому образу жизни. Сейчас это успешная женщина, которая не только находится в прекрасной форме, но и учит других, как помочь своему телу.

Среди нескольких эффективных методик Джиллиан есть специальная программа под названием «Ускорь метаболизм». Она рассчитана не на новичков в спорте, а на тех, кто с первой тренировки сможет выдержать интенсивную часовую фитнес-программу.

В первую очередь американка просит обратить внимание не свое питание. Она советует включить в рацион продукты, которые окажут положительное действие на метаболизм.

Красная фасоль. В этом продукте содержится особый крахмал, который не усваивается организмом, но способствует очищению кишечника. Клетчатка выводит шлаки, а витаминный и минеральный состав фасоли влияет на формирование мышц как у мужчин, так и у женщин.
Лук и чеснок - настоящие борцы с вредным холестерином. Антиоксиданты, содержащиеся в луке и чесноке, отлично выводят шлаки из тела.
Малина и клубника. Эти ягоды регулируют уровень глюкозы в крови. Особые вещества в составе клубники и малины препятствуют усвоению жира и крахмала.
Брокколи и другие крестоцветные овощи. Это низкокалорийные продукты, которые обеспечат вам долгое ощущение сытости.
Хлебцы из цельных зерен, мюсли. Злаки, безусловно, калорийны, и многие во время диеты отказываются от них. Но опасность представляют лишь очищенные зерна и блюда из муки. Джиллиан рекомендует есть овес, гречку, ячмень, пшеницу.

Тренировка, направленная на сжигание жира и ускорение метаболизма, представляет собой 50-минутную программу. Это аэробные, или кардионагрузки. Начинается тренировка с 5-минутной разминки, заканчивается - 5-минутной заминкой, цель которой - растяжка мышц и успокоение тела после нагрузки.

Упражнения довольно просты в исполнении, их сможет повторить каждый без помощи инструктора. А вот выдержать быстрый темп программы сможет лишь тот, кто постоянно занимается спортом. Стремясь похудеть, не навредите своему организму, ведь приступать с нуля к большим нагрузкам опасно для здоровья. Подготовьте свое тело постепенно, начав с быстрой ходьбы, бега трусцой, непродолжительных кардио-комплексов.

vesdoloi.ru

Обмен веществ (или метаболизм , от греческого μεταβολή - «превращение, изменение») (далее по тексту - «О. в.») - это лежащий в основе жизни закономерный порядок превращения веществ и энергии в живых системах, направленный на их сохранение и самовоспроизведение; совокупность всех химических реакций, протекающих в организме.

Немецкий философ и мыслитель Фридрих Энгельс, определяя жизнь, указывал, что её важнейшим свойством является постоянный О. в. с окружающей внешней природой, с прекращением которого прекращается и жизнь. Таким образом, обмен веществ - существеннейший и непременный признак жизни.

Все без исключения органы и ткани организмов находятся в состоянии непрерывного химического взаимодействия с другими органами и тканями, а также с окружающей организм внешней средой. С помощью метода изотопных индикаторов было установлено, что интенсивный метаболизм происходит в любой живой клетке.

С пищей в организм поступают из внешней среды разнообразные вещества. В организме эти вещества подвергаются изменениям (метаболизируются), в результате чего они частично превращаются в вещества самого организма. В этом состоит процесс ассимиляции. В тесном взаимодействии с ассимиляцией протекает обратный процесс - диссимиляция. Вещества живого организма не остаются неизменными, а более или менее быстро расщепляются с выделением энергии; их замещают вновь ассимилированные соединения, а возникшие при разложении продукты распада выводятся из организма. Химические процессы, протекающие в живых клетках, характеризуются высокой степенью упорядоченности: реакции распада и синтеза определённым образом организованы во времени и пространстве, согласованы между собой и образуют целостную, тончайше отрегулированную систему, сложившуюся в результате длительной эволюции. Теснейшая взаимосвязь между процессами ассимиляции и диссимиляции проявляется в том, что последняя является не только источником энергии в организмах, но также источником исходных продуктов для синтетических реакций.

В основе характерного для обмена веществ порядка явлений лежит согласованность скоростей отдельных химических реакций, которая зависит от каталитического действия специфических белков - ферментов. Почти любое вещество, для того чтобы участвовать в О. в., должно вступить во взаимодействие с ферментом. При этом оно будет изменяться с большой скоростью в совершенно определённом направлении. Каждая ферментативная реакция является отдельным звеном в цепи тех превращений (метаболических путей), которые в совокупности составляют метаболизм. Каталитическая активность ферментов изменяется в очень широких пределах и находится под контролем сложной и тонкой системы регуляций, обеспечивающих организму оптимальные условия жизнедеятельности при меняющихся условиях внешней среды. Таким образом, закономерный порядок химических превращений зависит от состава и активности ферментного аппарата, настраивающегося в зависимости от потребностей организма.

Для познания обмена веществ существенно изучение как порядка отдельных химических превращений, так и тех непосредственных причин, которые определяют этот порядок. О. в. складывался при самом возникновении жизни на Земле, поэтому в его основе лежит единый для всех организмов нашей планеты биохимический план. Однако в процессе развития живой материи изменения и совершенствование О. в. шли неодинаковыми путями у разных представителей животного и растительного мира. Поэтому организмы, принадлежащие к различным систематическим группам и стоящие на разных ступенях исторического развития, наряду с принципиальным сходством в основном порядке химических превращений, имеют существенные и характерные отличия. Эволюция живой природы сопровождалась изменениями структур и свойств биополимеров, а также энергетических механизмов, систем регуляции и координации метаболизм.

Схема обмена веществ

I. Ассимиляция

Особенно значительны различия в обмене веществ у представителей разных групп организмов в начальных этапах процесса ассимиляции. Как полагают, первичные организмы использовали для питания органического вещества, возникшие абиогенным путём (см. происхождение жизни); при последующем развитии жизни у некоторых из живых существ возникла способность к синтезу органических веществ. По этому признаку все организмы могут быть разделены на гетеротрофов и автотрофов (см. автотрофные организмы и гетеротрофные организмы). У гетеротрофов, к которым принадлежат все животные, грибы и многие виды бактерий, О. в. основан на питании готовыми органическими веществами. Правда, они обладают способностью усваивать некоторое, сравнительно незначительное, количество CO2, используя его для синтеза более сложных органических веществ. Однако этот процесс совершается гетеротрофами только за счёт использования энергии, заключённой в химических связях органических веществ пищи. Автотрофы (зелёные растения и некоторые бактерии) не нуждаются в готовых органических веществах и осуществляют их первичный синтез из входящих в их состав элементов. Некоторые из автотрофов (серобактерии, железобактерии и нитрифицирующие бактерии) используют для этого энергию окисления неорганических веществ (см. хемосинтез). Зелёные растения образуют органические вещества за счёт энергии солнечного света в процессе фотосинтеза - основного источника органического вещества на Земле.

Биосинтез углеводов

В процессе фотосинтеза зелёные растения ассимилируют CO2 и образуют углеводы, фотосинтез представляет собой цепь последовательно совершающихся окислительно-восстановительных реакций, в которых принимает участие Хлорофилл - зелёный пигмент, способный улавливать солнечную энергию. За счёт энергии света происходит фотохимическое разложение воды, причём кислород выделяется в атмосферу, а водород используется для восстановления CO2. На сравнительно ранних этапах фотосинтеза образуется фосфоглицериновая кислота, которая, подвергаясь восстановлению, даёт трёхуглеродные сахара - триозы. Две триозы - фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон - под действием фермента альдолазы конденсируются с образованием гексозы - фруктозо-дифосфата, который, в свою очередь, превращается в другие гексозы - глюкозу, маннозу, галактозу. Конденсация фосфодиоксиацетона с рядом др. альдегидов приводит к образованию пентоз. Образовавшиеся в растениях гексозы служат исходным материалом для синтеза сложных углеводов - сахарозы, крахмала, инулина, целлюлозы (клетчатки) и др.

Пентозы дают начало высокомолекулярным пентозанам, участвующим в построении опорных тканей растений. Во многих растениях гексозы могут превращаться в полифенолы, фенолкарбоновые кислоты и другие соединения ароматического ряда. В результате полимеризации и конденсации из этих соединений образуются дубильные вещества, антоцианы, флавоноиды и другие сложные соединения.

Животные и другие гетеротрофы получают углеводы в готовом виде с пищей, преимущественно в виде дисахаридов и полисахаридов (сахароза, крахмал). В пищеварительном тракте углеводы под действием ферментов расщепляются на моносахариды, которые всасываются в кровь и разносятся ею по всем тканям организма. В тканях из моносахаридов синтезируется запасной полисахарид животных - гликоген. См. углеводный обмен.

Биосинтез липидов

Первичные продукты фотосинтеза, хемосинтеза и образовавшиеся из них или поглощённые с пищей углеводы являются исходным материалом для синтеза липидов - жиров и других жироподобных веществ. Так, например, накопление жиров в созревающих семенах масличных растений происходит за счёт сахаров. Некоторые микроорганизмы (например, Torulopsis lipofera) при культивировании на растворах глюкозы за 5 часов образуют до 11% жира на сухое вещество. Глицерин, необходимый для синтеза жиров, образуется путём восстановления фосфоглицеринового альдегида. Высокомолекулярные жирные кислоты - пальмитиновая, стеариновая, олеиновая и другие, дающие при взаимодействии с глицерином жиры, синтезируются в организме из уксусной кислоты - продукта фотосинтеза или окисления веществ, образовавшихся в результате распада углеводов. Животные получают жиры также с пищей. При этом жиры в пищеварительном тракте расщепляются липазами на глицерин и жирные кислоты и усваиваются организмом. См. жировой обмен.

Биосинтез белков

У автотрофных организмов синтез белков начинается с усвоения неорганического азота (N) и синтеза аминокислот. Некоторые микроорганизмы в процессе азотфиксации усваивают из воздуха молекулярный азот, который при этом превращается в аммиак (NH3). Высшие растения и хемосинтезирующие микроорганизмы потребляют азот в виде аммонийных солей и нитратов, причём последние предварительно подвергаются ферментативному восстановлению до NH3. Под действием соответствующих ферментов NH3 затем соединяется с кето- или оксикислотами, в результате чего образуются аминокислоты (например, пировиноградная кислота и NH3 дают одну из наиболее важных аминокислот - аланин). Образовавшиеся таким образом аминокислоты могут далее подвергаться переаминированию и другим превращениям, давая все другие аминокислоты, входящие в состав белков.

Гетеротрофные организмы также способны синтезировать аминокислоты из аммиачных солей и углеводов, однако животные и человек получают основную массу аминокислот с белками пищи. Ряд аминокислот гетеротрофные организмы синтезировать не могут и должны получать их в готовом виде в составе пищевых белков.

Аминокислоты, соединяясь друг с другом под действием соответствующих ферментов, образуют различные белки (смотрите статью белки, раздел Биосинтез белков). Белками являются все ферменты. Некоторые структурные и сократительные белки также обладают каталитической активностью. Так, мышечный белок миозин способен гидролизовать аденозинтрифосфат (АТФ), поставляющий энергию, необходимую для мышечного сокращения. Простые белки, вступая во взаимодействие с другими веществами, дают начало сложным белкам - протеидам: соединяясь с углеводами, белки образуют гликопротеиды, с липидами - липопротеиды, с нуклеиновыми кислотами - нуклеопротеиды. Липопротеиды - основной структурный компонент биологических мембран; нуклеопротеиды входят в состав хроматина клеточных ядер, образуют клеточные белоксинтезирующие частицы - рибосомы. См. также азот в организме, белковый обмен.

II. Диссимиляция

Источником энергии, необходимой для поддержания жизни, роста, размножения, подвижности, возбудимости и других проявлений жизнедеятельности, являются процессы окисления части тех продуктов расщепления, которые используются клетками для синтеза структурных компонентов.

Наиболее древним и поэтому наиболее общим для всех организмов является процесс анаэробного расщепления органических веществ, осуществляющийся без участия кислорода (см. брожение, гликолиз). Позднее этот первоначальный механизм получения энергии живыми клетками дополнился окислением образующихся промежуточных продуктов кислородом воздуха, который появился в атмосфере Земли в результате фотосинтеза. Так возникло внутриклеточное, или тканевое дыхание. Подробнее см. окисление биологическое.

Диссимиляция углеводов

Основным источником запасённой в химических связях энергии у большинства организмов являются углеводы. Расщепление полисахаридов в организме начинается с их ферментативного гидролиза. Например, у растений при прорастании семян запасённый в них крахмал гидролизуется амилазами, у животных поглощённый с пищей крахмал гидролизуется под действием амилаз слюны и поджелудочной железы, образуя мальтозу. Мальтоза далее гидролизуется с образованием глюкозы. В животном организме глюкоза образуется также в результате расщепления гликогена. Глюкоза подвергается дальнейшим превращениям в процессах брожения или гликолиза, в результате которых образуется пировиноградная кислота. Последняя, в зависимости от типа обмена веществ данного организма, сложившегося в процессе исторического развития, может далее подвергаться разнообразным превращениям. При различных видах брожений и при гликолизе в мышцах пировиноградная кислота подвергается анаэробным превращениям. В аэробных условиях - в процессе дыхания - она может подвергаться окислительному декарбоксилированию с образованием уксусной кислоты, а также служить источником образования другх органических кислот: щавелево-уксусной, лимонной, цис-аконитовой, изолимонной, щавелево-янтарной, кетоглутаровой, янтарной, фумаровой и яблочной. Их взаимные ферментативные превращения, приводящие к полному окислению пировиноградной кислоты до CO2 и H2O, называются трикарбоновых кислот циклом, или циклом кребса.

Диссимиляция жиров также начинается с их гидролитического расщепления липазами с образованием свободных жирных кислот и глицерина; эти вещества могут далее легко окисляться, давая, в конечном счёте, CO2 и H2O. Окисление жирных кислот идёт главным образом путём так называемые β-окисления, т. е. таким образом, что от молекулы жирной кислоты отщепляются два углеродных атома, дающих остаток уксусной кислоты, и образуется новая жирная кислота, которая может подвергнуться дальнейшему β-окислению. Получающиеся остатки уксусной кислоты либо используются для синтеза различных соединений (например, ароматических соединений, изопреноидов и др.), либо окисляются до CO2 и H2O. См. также жировой обмен, липиды.

Диссимиляция белков начинается с их гидролитического расщепления протеолитическими ферментами, в результате чего образуются низкомолекулярные пептиды и свободные аминокислоты. Такого рода вторичное образование аминокислот происходит, например, весьма интенсивно при прорастании семян, когда белки, содержащиеся в эндосперме или в семядолях семени, гидролизуются с образованием свободных аминокислот, частично используемых на построение тканей развивающегося растения, а частично подвергающихся окислительному распаду. Происходящий в процессе диссимиляции окислительный распад аминокислот осуществляется путём дезаминирования и приводит к образованию соответствующих кето- или оксикислот. Эти последние либо подвергаются дальнейшему окислению до CO2 и H2O, либо используются на синтез различных соединений, в том числе новых аминокислот. У человека и животных особенно интенсивный распад аминокислот идёт в печени.

Образующийся при дезаминировании аминокислот свободный МН3ядовит для организма; он связывается с кислотами или же превращается в мочевину, мочевую кислоту, аспарагин или глутамин. У животных аммонийные соли, мочевина и мочевая кислота выводятся из организма, у растений же аспарагин, глутамин и мочевина используются в организме в качестве запасных источников азота. Таким образом, одним из важнейших биохимических отличий растений от животных является почти полное отсутствие у первых азотистых отбросов. Образование мочевины при окислительной диссимиляции аминокислот осуществляется в основном с помощью так называемого орнитинового цикла, который тесно связан с другими превращениями белков и аминокислот в организме. Диссимиляция аминокислот может происходить также путём их декарбоксилирования, при котором из аминокислоты образуются CO2 и какой-либо амин или же новая аминокислота (например, при декарбоксилировании гистидина образуется гистамин - физиологически активное вещество, а при декарбоксилировании аспарагиновой кислоты - новая аминокислота - (α- или β-аланин). Амины могут подвергаться метилированию, образуя различные бетаины и такие важные соединения, как, например, холин. Растения используют амины (наряду с некоторыми аминокислотами) для биосинтеза алкалоидов.

III. Связь обмена углеводов, липидов, белков и других соединений

Все биохимические процессы, совершающиеся в организме, тесно связаны друг с другом. Взаимосвязь обмена белков с окислительно-восстановительными процессами осуществляется различным образом. Отдельные биохимические реакции, лежащие в основе процесса дыхания, происходят благодаря каталитическому действию соответствующих ферментов, т. е. белков. Вместе с тем сами продукты расщепления белков - аминокислоты могут подвергаться различным окислительно-восстановительным превращениям - декарбоксилированию, дезаминированию и др.

Так, продукты дезаминирования аспарагиновой и глутаминовой кислот - щавелево-уксусная и α-кетоглутаровая кислоты - являются вместе с тем важнейшими звеньями окислительных превращений углеводов, происходящих в процессе дыхания. Пировиноградная кислота - важнейший промежуточный продукт, образующийся при брожении и дыхании, - также тесно связана с белковым обменом: взаимодействуя с NH3 и соответствующим ферментом, она даёт важную аминокислоту α-аланин. Теснейшая связь процессов брожения и дыхания с обменом липидов в организме проявляется в том, что фосфоглицериновый альдегид, образующийся на первых этапах диссимиляции углеводов, является исходным веществом для синтеза глицерина. С другой стороны, в результате окисления пировиноградной кислоты получаются остатки уксусной кислоты, из которых синтезируются высокомолекулярные жирные кислоты и разнообразные изопреноиды (терпены, каротиноиды, стероиды). Таким образом, процессы брожения и дыхания приводят к образованию соединений, необходимых для синтеза жиров и др. веществ.

IV. Роль витаминов и минеральных веществ в обмене веществ

В превращениях веществ в организме важное место занимают витамины, вода и различные минеральные соединения. Витамины участвуют в многочисленных ферментативных реакциях в составе коферментов. Так, производное витамина B1 - тиаминпирофосфат - служит коферментом при окислительном декарбоксилировании (α-кетокислот, в том числе пировиноградной кислоты; фосфорнокислый эфир витамина B6 - пиридоксальфосфат - необходим для каталитического переаминирования, декарбоксилирования и других реакций обмена аминокислот. Производное витамина А входит в состав зрительного пигмента. Функции ряда витаминов (например, аскорбиновой кислоты) окончательно не выяснены. Разные виды организмов различаются как способностью к биосинтезу витаминов, так и своими потребностями в наборе тех или иных поступающих с пищей витаминов, которые необходимы для нормального обмена веществ.

Важную роль в минеральном обмене играют Na, К, Ca, Р, а также микроэлементы и другие неорганического вещества. Na и К участвуют в биоэлектрических и осмотических явлениях в клетках и тканях, в механизмах проницаемости биологических мембран; Ca и Р - основные компоненты костей и зубов; Fe входит в состав дыхательных пигментов - гемоглобина и миоглобина, а также ряда ферментов. Для активности последних необходимы и другие микроэлементы (Cu, Mn, Mo, Zn).

Решающую роль в энергетических механизмах обмена веществ играют эфиры фосфорной кислоты и прежде всего аденозинфосфорные кислоты, которые воспринимают и накапливают энергию, выделяющуюся в организме в процессах гликолиза, окисления, фотосинтеза. Эти и некоторые другие богатые энергией соединения (см. макроэргические соединения) передают заключённую в их химических связях энергию для использования её в процессе механической, осмотической и других видов работы или же для осуществления синтетических реакций, идущих с потреблением энергии (см. также биоэнергетика).

V. Регуляция обмена веществ

Удивительная согласованность и слаженность процессов обмена веществ в живом организме достигается путём строгой и пластичной координации О. в. как в клетках, так и в тканях и органах. Эта координация определяет для данного организма характер метаболизма, сложившийся в процессе исторического развития, поддерживаемый и направляемый механизмами наследственности и взаимодействием организма с внешней средой.

Регуляция обмена веществ на клеточном уровне осуществляется путём регуляции синтеза и активности ферментов. Синтез каждого фермента определяется соответствующим геном. Различные промежуточные продукты О. в., действуя на определённый участок молекулы ДНК, в котором заключена информация о синтезе данного фермента, могут индуцировать (запускать, усиливать) или, наоборот, репрессировать (прекращать) его синтез. Так, кишечная палочка при избытке изолейцина в питательной среде прекращает синтез этой аминокислоты. Избыток изолейцина действует двояким образом:

а) угнетает (ингибирует) активность фермента треониндегидратазы, катализирующего первый этап цепи реакций, ведущих к синтезу изолейцина, и
б) репрессирует синтез всех ферментов, необходимых для биосинтеза изолейцина (в том числе и треониндегидратазы).

Ингибирование треониндегидратазы осуществляется по принципу аллостерической регуляции активности ферментов.

Предложенная французскими учёными Ф. Жакобом и Ж. Моно теория генетической регуляции рассматривает репрессию и индукцию синтеза ферментов как две стороны одного и того же процесса. Различные репрессоры являются в клетке специализированными рецепторами, каждый из которых «настроен» на взаимодействие с определённым метаболитом, индуцирующим или репрессирующим синтез того или иного фермента. Таким образом, в клетки, полинуклеотидных цепочках ДНК заключены «инструкции» для синтеза самых разнообразных ферментов, причём образование каждого из них может быть вызвано воздействием сигнального метаболита (индуктора) на соответствующий репрессор (подробнее см. молекулярная генетика, оперон).

Важнейшую роль в регуляции обмена веществ и энергии в клетках играют белково-липидные биологические мембраны, окружающие протоплазму и находящиеся в ней ядро, митохондрии, пластиды и другие субклеточные структуры. Поступление различных веществ в клетку и выход их из неё регулируются проницаемостью биологических мембран. Значительная часть ферментов связана с мембранами, в которые они как бы «вмонтированы». В результате взаимодействия того или иного фермента с липидами и другими компонентами мембраны конформация его молекулы, а следовательно, и его свойства как катализатора будут иными, чем в гомогенном растворе. Это обстоятельство имеет огромное значение для регулирования ферментативных процессов и обмена веществ в целом.

Важнейшим средством, с помощью которого осуществляется регуляция обмена веществ в живых организмах, являются гормоны. Так, например, у животных при значительном понижении содержания caxapa в крови усиливается выделение адреналина, способствующего распаду гликогена и образованию глюкозы. При избытке сахара в крови усиливается секреция инсулина, который тормозит процесс расщепления гликогена в печени, вследствие чего в кровь поступает меньше глюкозы. Важная роль в механизме действия гормонов принадлежит циклической аденозинмонофосфорной кислоте (цАМФ). У животных и человека гормональная регуляция Обмен веществ. тесно связана с координирующей деятельностью нервной системы (см. нервная регуляция).

Благодаря совокупности тесно связанных между собой биохимических реакций, составляющих обмен веществ, осуществляется взаимодействие организма со средой, являющееся непременным условием жизни. Фридрих Энгельс писал: «Из обмена веществ посредством питания и выделения… вытекают все прочие простейшие факторы жизни…» («Анти-Дюринг», 1966, с. 80). Таким образом, развитие (онтогенез) и рост организмов, наследственность и изменчивость, раздражимость и высшая нервная деятельность - эти важнейшие проявления жизни могут быть поняты и подчинены воле человека на основе выяснения наследственно обусловленных закономерностей обмена веществ и сдвигов, происходящих в нём под влиянием меняющихся условий внешней среды (в пределах нормы реакции данного организма). См. также биология, биохимия, генетика, молекулярная биология и литературу при этих статьях. (биохимик, доктор биологических наук, профессор (1944), член-корреспондент АН СССР Вацлав Леонович Кретович)

VI. Нарушения обмена веществ

Любое заболевание сопровождается нарушениями обмена веществ. Особенно отчётливы они при расстройствах трофической и регуляторной функций нервной системы и контролируемых ею желёз внутренней секреции. Метаболизм нарушается также при ненормальном питании (избыточный или недостаточный и качественно неполноценный пищевой рацион, например недостаток или избыток витаминов в пище и др.). Выражением общего нарушения О. в. (а тем самым и обмена энергии), обусловленного изменением интенсивности окислительных процессов, являются сдвиги в основном обмене. Повышение его характерно для заболеваний, связанных с усиленной функцией щитовидной железы, понижение - с недостаточностью этой железы, выпадением функций гипофиза и надпочечников и общим голоданием. Выделяют нарушения белкового, жирового, углеводного, минерального, водного обмена; однако все виды обмена веществ так тесно взаимосвязаны, что подобное деление условно.

Нарушения обмена веществ выражаются в недостаточном или избыточном накоплении веществ, участвующих в обмене, в изменении их взаимодействия и характера превращений, в накоплении промежуточных продуктов метаболизма, в неполном или избыточном выделении продуктов О. в. и в образовании веществ, не свойственных нормальному обмену. Так, диабет сахарный характеризуется недостаточным усвоением углеводов и нарушением их перехода в жир; при ожирении происходит избыточное превращение углеводов в жир; Подагра связана с нарушением выделения из организма мочевой кислоты. Избыточное выделение с мочой мочекислых, фосфорнокислых и щавелевокислых солей может привести к выпадению этих солей в осадок и к развитию почечнокаменной болезни. Недостаточное выделение ряда конечных продуктов белкового обмена вследствие некоторых заболеваний почек приводит к уремии.

Накопление в крови и тканях ряда промежуточных продуктов обмена веществ (молочной, пировиноградной, ацетоуксусной кислот) наблюдается при нарушении окислительных процессов, расстройствах питания и авитаминозах; нарушение минерального обмена может привести к сдвигам кислотно-щелочного равновесия. Расстройство обмена холестерина лежит в основе атеросклероза и некоторых видов желчнокаменной болезни. К серьёзным расстройствам обмена веществ следует отнести нарушение усвоения белка при тиреотоксикозе, хроническом нагноении, некоторых инфекциях; нарушение усвоения воды при диабете несахарном, солей извести и фосфора при рахите, остеомаляции и других заболеваниях костной ткани, солей натрия - при аддисоновой болезни.

Диагностика нарушений обмена веществ основывается на исследовании газообмена, соотношения между количеством того или иного поступающего в организм вещества и выделением его, определении химических составных частей крови, мочи и других выделений. Для изучения нарушений метаболизма вводят изотопные индикаторы (например, радиоактивный йод - главным образом 131I - при тиреотоксикозе).

Лечение нарушений обмена веществ направлено главным образом на устранение причин, их вызывающих. См. также «молекулярные болезни», наследственные заболевания и литературу при этих статьях. (С. М. Лейтес)

Подробнее об обмене веществ читайте в литературе:

Энгельс Ф., Диалектика природы, Маркс Карл, Энгельс Ф., Сочинения, 2 издание, том 20;
Энгельс Ф., Анти-Дюринг, там же;
Вагнер P., Митчелл Г., Генетика и обмен веществ перевод с английского М., 1958;
Кристиан Бемер Анфинсен. Молекулярные основы эволюции, перевод с англ., М., 1962;
Жакоб Франсуа, Моно Жак. Биохимические и генетические механизмы регуляции в бактериальной клетке, в книге: Молекулярная биология. Проблемы и перспективы, Москва, 1964;
Опарин Александр Иванович. Возникновение и начальное развитие жизни, М., 1966;
Скулачев Владимир Петрович. Аккумуляция энергии в клетке, М., 1969;
Молекулы и клетки, перевод с английского, в. 1 - 5, М., 1966 - 1970;
Кретович Вацлав Леонович. Основы биохимии растений, 5 издание, М., 1971;
Збарский Борис Ильич, Иванов И. И., Мардашев Сергей Руфович. Биологическая химия, 5 изд., Л., 1972.

www.doctorate.ru

Обмен веществ – это тот процесс, который происходит в человеческом организме ежесекундно. Под этим термином следует понимать совокупность всех реакций организма. Метаболизм же, это целостность абсолютно любых энергетических и химических реакций, которые отвечают за обеспечение нормальной жизнедеятельности и самовоспроизведение. Он происходит между межклеточной жидкостью и самими клетками.

Жизнь просто невозможна без метаболизма. Благодаря обмену веществ происходит адаптация любого живого организма к внешним факторам.

Примечательно, что природа настолько грамотно устроила человека, что обмен веществ у него происходит автоматически. Именно это дает возможность клеткам, органам и тканями самостоятельно восстанавливаться после влияния определенных внешних факторов или же внутренних сбоев.

Благодаря обмену веществ процесс регенерации происходит без вмешательства в него.

Кроме этого, человеческий организм – это сложная и высокоорганизованная система, способная к самосохранению и саморегулированию.

В чем суть метаболизма?

Верным будет сказать, что метаболизм – это изменение, превращение, переработка химических веществ, а также энергии. Этот процесс состоит из 2 основных, связанных между собой стадий:

разрушение (катаболизм). Он 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;
подъем (анаболизм). В его ходе происходит образование важных для организма веществ – кислот, сахара и белка. Этот пластический обмен происходит с обязательными затратами энергии, что дает организму возможность взращивать новые ткани и клетки.

Катаболизм и анаболизм – это два равноправных процесса в обмене веществ. Они крайне тесно связаны друг с другом, а происходят циклично и последовательно. Если сказать простым языком, то оба процесса крайне важны для человека, ведь дают ему возможность поддерживать адекватный уровень жизнедеятельности.

Если происходит нарушение в анаболизме, то в таком случае возникает существенная необходимость дополнительного употребления анаболиков (тех веществ, которые способны усилить обновление клеток).

В течение жизни происходит несколько важных этапов метаболизма:

получение необходимых питательных элементов, которые поступают в организм с пищей;
всасывание жизненно необходимых веществ в лимфу и кровоток, где происходит распад на ферменты;
распространение полученных веществ по организму, выделение энергии и их усвоение;
выведение продуктов метаболизма путем мочеиспускания, дефекации и с потом.

Причины и последствия сбоев обмена веществ и метаболизм

Если на какой-либо из стадий катаболизма или анаболизма происходит сбой, то этот процесс становится предпосылкой нарушения всего обмена веществ. Такие изменения настолько патологичны, что мешают человеческому организму нормально функционировать и осуществлять процесс саморегуляции.

Дисбаланс обменных процессов может произойти на любом отрезке жизни человека. Особенно опасен он в детском возрасте, когда все органы и структуры находятся на этапе формирования. У детей сбои в метаболизме чреваты такими серьезными заболеваниями:

рахит;
анемия;
гипогликемия при беременности, и вне ее.

Существуют основные факторы риска подобного процесса:

наследственность (мутации на генном уровне, наследственные недуги);
неправильный способ жизни человека (пагубные привычки, стресс, нерациональное питание, сидячая малоподвижная работа, отсутствие режима дня);
проживание в грязной с экологической точки зрения зоне (задымленность, пыльный воздух, грязная питьевая вода).

Причин сбоя обменных процессов может быть несколько. Это могут быть патологические изменения в работе важных желез: надпочечников, гипофиза и щитовидной.

Кроме этого, к предпосылкам сбоев относят несоблюдение рациона питания (сухая пища, частые переедания, 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 ломкость волос;
кожные высыпания, прыщи, шелушение, бледность или покраснение покровов.

Как наладить обмены при помощи питания?

Что такое метаболизм в организме уже выяснили. Теперь следует разобраться в его особенностях и способах восстановления.

Первостепенный в организме метаболизм и его первый этап. Во время его течения происходит поступление пищи и питательных веществ. Существует достаточно много продуктов питания, которые способны благотворно повлиять на обмен веществ и метаболизм, например:

богатые грубой овощной клетчаткой продукты (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).

Если метаболизм отличный, то в таком случае тело будет стройным, волосы и ногти крепкие, кожа без косметических дефектов, а самочувствие всегда хорошим.

В некоторых случаях продукты питания, способствующие улучшению обменных процессов, могут быть недостаточно приятными на вкус и неаппетитными. Несмотря на это без них сложно обойтись в вопросе наладки метаболизма.

Не только благодаря пищевым продуктам растительного происхождения, но также и при правильном подходе к своему распорядку можно восстановить организм и метаболизм. Однако важно знать, что сделать это в короткий срок не получится.

Восстановление метаболизма – продолжительный и постепенный процесс, не требующий отклонений от курса.

Занимаясь этим вопросом, следует всегда ориентироваться на следующие постулаты:

обязательный плотный завтрак;
строгий режим питания;
максимальное потребление жидкости.

Чтобы поддерживать метаболизм нужно питаться часто и дробно. Важно помнить, что завтрак – это самый главный прием пищи, который и запускает обмен веществ. Он должен включать высокоуглеводные крупы, а вот вечером напротив, лучше от них отказаться и отдать предпочтение низкокалорийный белковым продуктам, например кефиру и творогу.

Качественно ускорить метаболизм поможет употребление большого количества минеральной или очищенной воды без газа. Нужно еще не забывать о перекусах, которые должны включать грубую клетчатку. Именно она поможет вытянуть из организма максимальное количество шлаков и холестерина, да так, что не нужны будут препараты снижающие холестерин в крови, метаболизм сам все сделает.

В клетках постоянно осуществляются обмен веществ (метаболизм) — многообразные химические превращения, обеспечивающие их рост, жизнедеятельность, постоянный контакт и обмен с окружающей средой. Благодаря обмену веществ белки, жиры, углеводы и другие вещества, входящие в состав клетки, непрерывно расщепляются и синтезируются. Реакции, составляющие эти процессы, происходят с помощью специальных ферментов в определенном органоиде клетки и характеризуются высокой организованностью и упорядоченностью. Благодаря этому в клетках достигается относительное постоянство состава, образование, разрушение и обновление клеточных структур и межклеточного вещества.

Обмен веществ неразрывно связан с процессами превращения энергии. В результате химических превращений потенциальная энергия химических связей преобразуется в другие виды энергии, используемой на синтез новых соединений, для поддержания структуры и функции клеток и т.д.

Обмен веществ складывается из двух взаимосвязанных, одновременно протекающих в организме процессов — пластического и энергетического обменов .

Пластический обмен (анаболизм, ассимиляция) — совокупность всех реакций биологического синтеза. Эти вещества идут на построение органоидов клетки и создание новых клеток при делении.Пластический обмен всегда сопровождается поглощением энергии.

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) — совокупность реакций расщепления сложных высокомолекулярных органических веществ — белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов на более простые, низкомолекулярные. При этом выделяется энергия, заключенная в химических связях крупных органических молекул. Освобожденная энергия запасается в форме богатых энергией фосфатных связей АТФ.

Реакции пластического и энергетического обменов взаимосвязаны и в своем единстве составляют обмен веществ и превращение энергии в каждой клетке и в организме в целом.

Пластический обмен

Суть пластического обмена заключается в том, что из простых веществ, поступающих в клетку извне, образуются вещества клетки. Рассмотрим этот процесс на примере образования важнейших органических соединений клетки — белков.

В синтезе белка — этом сложном, многоступенчатом процессе —участвуют ДНК, мРНК, тРНК, рибосомы, АТФ и разнообразные ферменты. Начальный этап белкового синтеза — образование полипептидной цепи из отдельных аминокислот, расположенных в

строго определенной последовательности. Главная роль в определении порядка расположения аминокислот, т.е. первичной структуры белка, принадлежит молекулам ДНК. Последовательность аминокислот в белках определена последовательностью нуклеотидов в молекуле ДНК. Участок ДНК, характеризующийся определенной последовательностью нуклеотидов, называется геном. Ген — это участок ДНК, являющийся элементарной частицей генетической информации. Таким образом, синтез каждого определенного специфического белка определяется геном. Каждой аминокислоте в полипептидной цепочке соответствует комбинация из трех нуклеотидов — триплет, или кодон. Именно три нуклеотида определяют присоединение к полипептидной цепи одной аминокислоты. Например, участок ДНК с триплетом ААЦ соответствует аминокислоте лейцину, триплет ТТТ — лизину, ТГА — треонину. Данная корреляция между нуклеотидами и аминокислотами называется генетическим кодом. В состав белков входит 20 аминокислот и всего 4 нуклеотида. Только код, состоящий из трех последовательно расположенных оснований, мог бы обеспечить задействование всех 20 аминокислот в структурах белковых молекул. Всего в генетическом коде 64 разных триплета, представляющих возможные сочетания из четырех азотистых оснований по три, что с избытком достаточно для кодирования 20 аминокислот. Каждый триплет шифрует одну аминокислоту, но большинство аминокислот кодируется более чем одним кодоном. В настоящее время код ДНК расшифрован полностью. Для каждой аминокислоты точно установлен состав кодирующих ее триплетов. Например, аминокислоте аргинин могут соответствовать такие триплеты нуклеотидов ДНК, как ГЦА, гцг, гцт, гцц, тцт, тцц.

Синтез белка осуществляется на рибосомах, а информация о структуре белка зашифрована в ДНК, расположенной в ядре. Для того чтобы синтезировался белок, информация о последовательности аминокислот в его первичной структуре должна быть доставлена к рибосомам. Этот процесс включает два этапа: транскрипцию и трансляцию.

Транскрипция (буквально — переписывание) протекает как реакция матричного синтеза. На цепи ДНК, как на матрице, по принципу комплементарности синтезируется цепь иРНК, которая по своей нуклеотидной последовательности точно копирует (комплементарна) полинуклеотидной цепи ДНК, причем тимину в ДНК соответствует урацил в РНК. Информационная РНК — это копия не всей молекулы ДНК, а только части ее — одного гена, несущего информацию о структуре белка, сборку которого необходимо произвести. Существуют специальные механизмы «узнавания» начальной точки синтеза, выбора цепи ДНК, с которой считывается информация, а также механизмы завершения процесса, в которых участвуют специальные кодоны. Так образуется матричная РНК. Молекула мРНК, несущая ту же информацию, что и гены, выходит в цитоплазму. Перемещение РНК через ядерную оболочку в цитоплазму происходит благодаря специальным белкам, которые образуют комплекс с молекулой РНК.

В цитоплазме на один из концов молекулы мРНК нанизывается рибосома; аминокислоты в цитоплазме активизируются с помощью ферментов и присоединяются опять же с помощью специальных ферментов к тРНК (специальному участку связывания с этой аминокислотой). Для каждой аминокислоты существует своя тРНК, один из участков которой (антикодон) представляет собой триплет нуклеотидов, соответствующий определенной аминокислоте и комплементарный строго определенному триплету иРНК.

Начинается следующий этап биосинтеза — трансляция : сборка полипептидных цепей на матрице иРНК. По мере сборки белковой молекулы рибосома перемещается по молекуле иРНК, причем перемещается не плавно, а прерывисто, триплет за триплетом. По мере перемещения рибосомы по молекуле мРНК сюда же с помощью тРНК доставляются аминокислоты, соответствующие триплетам мРНК. К каждому триплету, на котором останавливается в своем передвижении по нитевидной молекуле мРНК рибосома, строго комплементарно присоединяется тРНК. При этом аминокислота, связанная с тРНК, оказывается у активного центра рибосомы. Здесь специальные ферменты рибосомы отщепляют аминокислоту от тРНК и присоединяют к предыдущей аминокислоте. После установки первой аминокислоты рибосома передвигается на один триплет, а тРНК, оставив аминокислоту, мигрирует в цитоплазму за следующей аминокислотой. С помощью такого механизма шаг за шагом наращивается белковая цепь. Аминокислоты соединяются в ней в строгом соответствии с расположением кодирующих триплетов в цепи молекулы мРНК. Чем дальше продвинулась рибосома по иРНК, тем больший отрезок белковой молекулы «собран». Когда рибосома достигнет противоположного конца иРНК, синтез окончен. Нитевидная молекула белка отделяется от рибосомы. Молекула мРНК может использоваться для синтеза полипептидов многократно, как и рибосома. На одной молекуле иРНК может размещаться несколько рибосом (полирибосома). Их число определяется длиной мРНК.

Биосинтез белков — сложный многоступенчатый процесс, каждое звено которого катализируется определенными ферментами и снабжается энергией за счет молекул АТФ.

Энергетический обмен

Процессом, противоположным синтезу, является диссимиляция — совокупность реакций расщепления. В результате диссимиляции освобождается энергия, заключенная в химических связях пищевых веществ. Эта энергия используется клеткой для осуществления различной работы, в том числе и ассимиляции. При расщеплении пищевых веществ энергия выделяется поэтапно при участии ряда ферментов. В энергетическом обмене обычно выделяют три этапа.

Первый этап — подготовительный . На этом этапе сложные высокомолекулярные органические соединения расщепляются ферментативно, путем гидролиза, до более простых соединений — мономеров, из которых они состоят: белки — до аминокислот, углеводы — до моносахаридов (глюкозы), нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов и т.д. На данном этапе выделяется небольшое количество энергии, которая рассеивается в виде теплоты.

Второй этап — бескислородный, или анаэробный. Он называется также анаэробным дыханием (гликолизом) или брожением. Гликолиз происходит в клетках животных. Он характеризуется ступенчатостью, участием более десятка различных ферментов и образованием большого числа промежуточных продуктов. Например, в мышцах в результате анаэробного дыхания шестиуглеродная молекула глюкозы распадается на 2 молекулы пировиноградной кислоты (С3Н403), которые затем восстанавливаются в молочную кислоту (С3Н603). В этом процессе принимают участие фосфорная кислота и АДФ. Суммарное выражение процесса следующее:

С6Н1 206+ 2Н3Р04+ 2АДФ -» 2С3Н603+ 2АТФ + 2Н20.

В ходе расщепления выделяется около 200 кДж энергии. Часть этой энергии (около 80 кДж) расходуется на синтез двух молекул АТФ, благодаря чему 40% энергии сохраняется в виде химической связи в молекуле АТФ. Оставшиеся 120 кДж энергии (более 60 %) рассеиваются в виде теплоты. Процесс этот малоэффективный.

При спиртовом брожении из одной молекулы глюкозы в результате многоступенчатого процесса в конечном счете образуются две молекулы этилового спирта, две молекулы С02

С6Н1206+ 2Н3Р04+ 2АДФ -> 2С2Н5ОН ++ 2С02+ 2АТФ + 2Н20.

В этом процессе выход энергии (АТФ) такой же, как и при гликолизе. Процесс брожения — источник энергии для анаэробных организмов.

Третий этап — кислородный, или аэробное дыхание, или кислородное расщепление . На этой стадии энергетического обмена происходит последующее расщепление образовавшихся на предыдущем этапе органических веществ путем окисления их кислородом воздуха до простых неорганических, являющихся конечными продуктами — СО2и Н20. Кислородное дыхание сопровождается выделением большого количества энергии (около 2600 кДж) и аккумуляцией ее в молекулах АТФ.

В суммарном виде уравнение аэробного дыхания выглядит так:

2С3Н603+ 602+ 36АДФ -» 6С02+ 6Н20 + 36АТФ + 36Н20.

Таким образом, при окислении двух молекул молочной кислоты за счет выделившейся энергии образуется 36 энергоемких молекул АТФ. Следовательно, основную роль в обеспечении клеткиэнергией играет аэробное дыхание.