Метаболизм это обмен веществ

Что такое метаболизм в организме? Обмен веществ в организме человека представляет собой непрерывный процесс, во время которого происходит расщепление пищи и вырабатывается энергия. Есть разные виды обмена веществ, но все они направлены на то, чтобы поддерживать в теле все важные функции.

Обмен веществ и энергии в организме человека дает возможность каждому работать, учиться и заниматься другими видами деятельности. На все данные процессы влияет скорость метаболизма. Клеточный метаболизм может протекать быстро или замедленно. Также есть разные этапы обмена веществ.

Метаболизм это обмен веществ

Общая характеристика обмена веществ, типы обмена веществ, значение обмена веществ, этапы метаболизма, возрастные особенности обмена веществ и энергии и понятие о метаболизме — обо всём этом будет рассказано в статье ниже.

Определение


Роль обмена веществ у человека большая. Особенно важен быстрый метаболизм для спортсменов, так как анатомия организма у них особенная. Также это касается игровых видов спорта, а не только силовых.

Качество и скорость обмена веществ в организме способны оказывать влияние на массу, что тоже важно для спортсменов. Перед тем, как избавиться от лишнего веса, надо знать, какие продукты можно употреблять. Это поможет выяснить доктор.

Какие органы участвуют в процессе обмена? В процессе обмена принимают участие много систем, взаимодействующих между собой. Что такое обмен веществ? Это основа деятельности организма. Правильный метаболизм – гарантия здоровья.

От чего зависит процесс? Метаболические процессы зависят от питания, образа жизни человека, возраста и иных факторов. Биохимия также влияет на обмен веществ.

Обмен веществ, каковы его основы? Существуют разные моменты, влияющие на частоту метаболизма. При этом люди могут испытывать разные симптомы. Тут всё зависит от возраста этих людей. Происходящие реакции могут оказывать влияние на самочувствие. Одновременно химических реакций может происходить в теле много.

Энергетический процесс способен переходить из стадии в стадию, обеспечивая организма калориями и энергетикой, обозначенной для правильного функционирования. Метаболизируются при этом все элементы, которые попадают в организм. Обозначающий фактор – пища.


Ускорено метаболизироваться – избавляться от излишнего веса. В организме этому способствует физиологическая галактоземия и другие биохимические процессы, влияющие на обозначенный фактор. При этой процедуре и происходит обмен веществ. Он заключается в расщеплении ксенобиотиков, углеводов и прочих элементов, который принимают участие в метаболизме и означают правильность процесса. Моносахариды и их строение тоже оказывают влияние на метаболизм. Избавьтесь от лишнего веса при правильном питании!

Как это работает?

Понятие об обмене веществ и энергии весьма конкретное. Что это такое метаболизм? Говоря простым языком — состояние, когда организм обеспечивает себя энергией. Метаболизм это обмен веществ, направленный на поддержание человека в его жизнедеятельности.

Обменные процессы в организме разделены на несколько этапов. Это:

  1. Обработка поступившей еды.
  2. Расщепление элементов на более мелкие структуры.
  3. Очищение клеток от отработанных частиц.
  4. Обеспечение клеток новым элементами для генерации.

Если говорить другими словами, то метаболизм это когда еда попадает в желудок и расщепляется там при воздействии сока на части. При этом происходит их синтез на полезные компоненты и отходы. Первые из них усваиваются тканями, а вторые выводятся естественным способом.


Метаболизм это обмен веществ

Когда осуществляется обмен веществ и энергии в клетке, то выводиться из тела могут и полезные элементы, которые не были расщеплены. На это могут влиять разные моменты, в том числе физиология обмена веществ или скорость метаболизма. Метаболизм клетки также зависит от питания, способа жизни или возраста человека.

Что такое метаболизм в организме? Обмен веществ в клетке – это когда мелкие части еды, которые поступили, превращаются в энергию. Именно с ее помощью человек может двигаться, думать, разговаривать, мыслить и выполнять прочие действия.

Типы метаболизма

В современной науке выделено, что обмен веществ происходит в несколько этапов и выделяют такие его виды. Это:

  1. Основной. Тут обмен органических веществ осуществляется без ведома человека. Это может происходить, например, во время сна. При этом метаболизм галактозы способен проводить контроль за функционированием систем, в том числе ЖКТ, ЦНС и прочих.
  2. Активный. Как происходит обмен веществ в этом случае? Тут обмен веществ и преобразование энергии в клетке осуществляется в тот момент, когда человек оказывает нагрузку на тело. Также в процессе уничтожаются калории. Тот, кто постоянно занимается спортом, может сам ускорять метаболизм.
  3. Пищеварительный. Особенности метаболизма состоят в том, что организм переваривает еду, которую потребил человек. Такой процесс метаболизма может протекать с разной скоростью. Тут всё зависит от количества потребленной еды и затрат на ее переваривание. Также важны моменты усвоения и выведения остатков пищи с организма.

Метаболизм чужеродных соединений: этапы

Метаболизм чужеродных соединений может протекать в двух процессах. Это:

  1. Катаболизм.
  2. Анаболизм.

При катаболизме организм собирает компоненты, которые нужны ему для производства энергии. На этом этапе также происходит расщепление компонентов и их окисление. Катаболизм также делиться на такие этапы:

  1. Переваривание. Все полезные элементы, которые попали в организм, перерабатываются на более мелкие частицы.
  2. Поглощение. Происходит поглощение мелких частиц клетками.
  3. Окисление. Происходит расщепление молекул на углеводы и воду. Такой метаболизм чужеродных соединений достаточно сложный и требует затрат дополнительной энергии.

Анаболизм – использование полученной энергии для генерации тканей. В этот момент организм строит новые клетки. Этот процесс также в свою очередь делиться на этапы. Они такие:

Метаболизм фруктозы и галактозы, моносахаридов и кислот, а также прочих простых элементов.

  • Образовываются элементы с реактивными формами.
  • Образовываются белки, кислоты и липиды.

Метаболизм это обмен веществ

Скорость метаболизма

Значение слова метаболизм понятно. Но как может протекать такой процесс? Метаболизм чужеродных соединений может протекать на разной скорости. При низкой скорости в организме происходит переработка не всех полезных веществ в энергию. Определенная часть из них откладывается «про запас».

В результате у такого человека происходит увеличение массы. У него появляется жир на бедрах, животе, шее и прочих местах. В таком случае организм потребляет мало энергии.

При быстром метаболизме вес может постоянно снижаться, и человек его не может удержать в норме. Такой человек может потреблять разную пищу, но это не скажется на его весе.

Но тут есть и негативная сторона. При быстром метаболизме организм не усваивает достаточное количество питательных компонентов. Все органы в результате недополучают их. Происходит голодание. Это может отразиться на плохом самочувствии, ослаблении иммунитета и проявлении прочих патологий.

Что влияет на метаболизм и его уровень?

Так как обмен представляет собой сложный процесс, то в нем принимают участие разные системы и зависит он от разных факторов. Они могут быть внешними или внутренними. Особенности метаболизма такие:

  • Гормоны. Многие считают, что нарушение фона приводит к увеличению веса. Но врачи говорят, что это не так. Даже когда есть нарушения в гормональном фоне, то поправиться человек может только на 10% от общей массы.

  • Вес. Худому человеку потребуется меньше энергии для работы и жизни.
  • Склад тела. Важно соотношение мышц и жировых тканей.
  • Аппетит. При регулировании количества пищи во время еды можно проводить контроль за метаболизмом.
  • Сбалансированность питания. Важно потреблять еду с высоким содержанием всех полезных элементов. Недостаток одного из них может стать причиной проявления нарушений.

Причины нарушения метаболизма

Сбои в системе способны происходить из-за наличия этанола в организме. Наличие этилового спирта в тканях негативно отразиться на состоянии человека, так как состоит это вещество из вредных для тела компонентов. А потому метаболизм этанола происходит медленно.

Также на сбой работы системы могут влиять и другие факторы. Их отмечено несколько. Среди них такие:

  • Изменение режима питания. Когда человек постоянно потреблял пищу в одно и то же время, но потом сменил расписание, то организм, который привык к такому графику, временами может работать вхолостую или же просто не успевать переваривать поступившую пищу.
  • Голодание. При голодании в организме происходит уменьшение нужных компонентов, а потому он начинает потреблять те запасы, которые были накоплены ранее. Из-за этого страдают ногти, волосы и кожа.

  • Переедание. Это может стать причиной ожирения, так как организм не успеет переработать всю еду. А потому часть калорий будет откладываться.
  • Стрессы. Влияют на работу ЦНС и негативно сказываются на метаболизме.
  • Курение. Никотин способен разрушать все клетки, а потому организм не будет успевать их воспроизводить. Также могут проявиться проблемы с работой разных органов.
  • Алкоголь. Нельзя его пить в больших количествах.

Метаболизм это обмен веществ

Проявления нарушенного метаболизма

При снижении активности обменного процесса у человека могут проявляться такие симптомы:

  • Быстрое снижение массы.
  • Прыщи на коже.
  • Постоянная жажда.
  • Озноб.
  • Першение в горле.
  • Депрессии.
  • Истерики.
  • Дрожание конечностей.
  • Увеличение волос на конечностях.

Когда будут обнаружены такие признаки, то стоит обязательно посетить доктора. Им будет установлен диагноз и даны рекомендации по устранению патологий, что приведет в норму процессы. Когда эту рекомендацию проигнорировать, то возможно проявление осложнений в виде тяжелых заболеваний.

Ускорение процесса обмена

Врачи рекомендуют для увеличения скорости обменного процесса выполнять ряд мер. Основные из них будут даны ниже:


  • Заниматься физкультурой и повысить активность. Это даст возможности организму быстрее сжигать калории.
  • Отдыхать. Спать надо не менее восьми часов в сутки. Это даст возможность увеличить скорость процессов и возобновить клетки.
  • Заниматься сексом. Это благотворно отразится на метаболизме и поможет более активно снабжать клетки полезными веществами.
  • Глубоко дышать. Поможет сжигать жир.
  • Массаж. Улучшает настроение, повышает иммунитет и укрепляет здоровье.
  • Очистка организма. Выведение токсинов и шлаков даст возможность лучше работать органам. Использовать можно настои или отвары из трав.
  • Пребывание на солнце. Ультрафиолет способствует выработке витамина D, что увеличит активность и улучшит состояние организма.
  • Закаливание. Холод заставляет тело тратить больше энергии на обогрев, чем увеличивается скорость метаболизма.
  • Обстановка. Надо избегать стрессов и расстройств на нервной почве.
  • Употреблять много жидкости. В день надо выпивать 2 литра воды. Это даст возможность улучшить обмен.

Метаболизм это обмен веществ

endokrinologiya.com

В чем суть метаболизма?

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


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

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

Метаболизм это обмен веществ

Что влияет на скорость обменных процессов

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


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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Как наладить обмены при помощи питания?

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

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

Метаболизм это обмен веществ

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

Ошибка №1. В вашем рационе слишком мало полезных жиров

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

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

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

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

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

Причины и следствия сбоев обмена веществ

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

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

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

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

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

 

diabethelp.org

Иногда ускоренный метаболизм появляется при нарушениях гормонального статуса и может привести к проблемам формирования костей и мышц у детей и подростков, ослаблению иммунитета, приостановке роста, нарушениям менструального цикла, тахикардии и анемии. Некоторые болезни, например ихтиоз, также сопровождаются ускоренным обменом веществ: о связанных с этим сложностях рассказывала наша героиня. В свою очередь, слишком медленный обмен приводит к чрезмерному накоплению жировых отложений и возникновению ожирения, что может повышать риск сердечных заболеваний, повышенного артериального давления и сахарного диабета.

Обмен веществ замедляется и с возрастом: по словам Леонида Остапенко, в среднем на 5 % за каждые десять лет, прожитые после 30–40 (впрочем, это очень приблизительные, усреднённые оценки). Основные причины — изменения гормонального статуса, а также пониженная подвижность и уменьшение массы мышц. Такая стрессовая ситуация, как беременность и роды, тоже может привести к изменениям в базальном обмене. Ранние сроки беременности медики называют анаболическим состоянием: материнский организм откладывает запасы питательных веществ для дальнейших потребностей — как своих, так и плода. А на поздних сроках включается катаболическое состояние: чтобы плод нормально развивался, повышается уровень глюкозы и жирных кислот в крови.

После родов некоторые не могут сбросить несколько килограммов так же легко, как раньше, а другие, наоборот, становятся худыми. В идеале у совершенно здорового человека, живущего в благоприятной среде, после беременности организм должен вернуться к прежнему равновесию. В реальности так происходит не всегда — эндокринная система часто испытывает стресс, подобный удару молотка по часам: вроде все шестерёнки на месте, но часы спешат или отстают. Гормональные сдвиги после родов могут проявляться в виде тиреоидита (воспаления щитовидки), синдрома доминирования эстрогенов, когда их слишком много в организме, или синдрома адреналиновой усталости, при котором надпочечники вырабатывают слишком много адреналина и мало кортизола. Всё это отражается и на настроении, и на склонности легко поправляться или сбрасывать вес. К сожалению, с точностью предсказать, как изменится гормональный баланс и обмен веществ после родов, невозможно.

www.wonderzine.com

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.

Обмен веществ (metabolism)

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

Схема обмена веществ (The scheme of metabolism)

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[гор] 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 МН3 ядовит 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[en] Вацлав Леонович Кретович)

 

www.doctorate.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock
detector