Метаболизм обмен веществ

Содержание:

  • Что такое метаболизм?
  • Сущность обмена веществ
  • Нарушения обмена веществ
  • Симптомы нарушения метаболизма
  • Замедленный и ускоренный метаболизм

Обмен веществ (метаболизм) – это комплекс протекающих в организме человека химических процессов и энергетических реакций. От него зависит здоровье, внешний вид человека, качество и продолжительность его жизни.

Обмен веществ в организме

Что такое метаболизм?

Любой живой организм, включая человеческий, представляет собой огромную химическую лабораторию. Попадающие внутрь организма во время еды, дыхания и других процессов вещества непрерывно вступают во взаимодействие с молекулами и атомами организма, в результате чего выделяется энергия, необходимая для работы внутренних органов.

Метаболические процессы связаны с:

  • переработкой поступающих с пищей веществ;
  • преобразованием этих веществ в простые составляющие;
  • освобождением клеток организма от отработанных элементов;
  • обеспечением клеток необходимым материалом.

Без метаболизма существование живых организмов невозможно. Обмен веществ позволяет человеку адаптироваться к воздействию разнообразных внешних факторов. Природа оказалась настолько мудрой, что сделала процесс обмена автоматическим. Обменные реакции позволяют клеткам, тканям и органам восстанавливаться после внутренних сбоев и негативных внешних воздействий самостоятельно. Метаболизм обеспечивает протекание процессов регенерации. Он превращает человеческий организм в чрезвычайно сложную, высокоорганизованную систему, способную к саморегулированию и самосохранению; участвует в процессах дыхания, регенерации тканей, роста, размножения и пр.

Сущность обмена веществ

Разберемся подробнее, что такое метаболизм. Обменные процессы в организме состоят в переработке химических веществ, изменении их и превращении в энергию. Они состоят из двух стадий, неразрывно связанных между собой.

  1. Катаболизм (разрушение)
  2. Анаболизм (подъем)

Протекают эти два процесса одновременно, но при этом принципиально отличаются друг от друга. Катаболизм вызывает распад пищи, попадающей в организм, сначала на макронутриенты, а затем – на простые компоненты. В ходе этого процесса высвобождается энергия, измеряемая в килокалориях. На основе этой энергии строятся молекулы для тканей и клеток организма. Анаболизм направлен на синтез простых веществ в сложные и требует существенных энергетических затрат.


Энергия, которая вырабатывается в ходе обменных процессов, тратится на протекание внутренних процессов организма, а также на физическую активность. На внутренние процессы уходит порядка 80% энергии, остальная ее часть затрачивается на физическую активность человека.

Нарушения обмена веществ

Метаболизм человека влияет на поступление в его организм необходимых для жизни веществ. Нарушение метаболизма вызывают разнообразные физиологические расстройства, к примеру, ожирение.

У мужчин обменные процессы более интенсивные, нежели у женщин. Разница в скорости метаболизма мужчин и женщин составляет приблизительно 20%. Это связано с большей массой мышц и скелета в мужском организме.

Сбои обменных процессов могут быть вызваны различными факторами. К их числу можно отнести воздействие среды, вредные привычки, хронические стрессы, погрешности в питании, болезни щитовидной железы и пр.

Симптомы нарушения метаболизма

Итак, мы разобрались, что такое метаболизм. Рассмотрим теперь, в чем выражаются его нарушения. Замедленный либо ускоренный метаболизм вызывает изменения в функционировании организма. Могут появиться следующие симптомы:

  • хрупкость ногтей, ломкость волос, проблемы с кожей, быстрое разрушение зубов;
  • постоянное ощущение голода либо жажды;
  • у женщин – менструальные нарушения;
  • резкое, беспричинное уменьшение либо увеличение веса;
  • жидкий стул, хронический запор.

Появление вышеперечисленных характерных признаков может быть сигналом не только нарушения метаболических процессов, но и возникновения проблем со здоровьем. В таких случаях необходимо обратиться к специалисту-эндокринологу для прохождения обследования и постановки диагноза.

Замедленный и ускоренный метаболизм

Обмен веществ может быть нормальным, замедленным либо слишком быстрым. Замедленный метаболизм — что это такое? Это состояние организма, при котором процесс преобразования в энергию поступающих внутрь него питательных веществ протекает недостаточно интенсивно. Из-за замедления обмена сжиганию подвергаются не все калории, поступающие в организм, что приводит к образованию лишнего жира. В результате этого у человека образуются жировые складки.

А быстрый метаболизм — что такое это? При ускоренном обмене веществ человек весит чересчур мало. Причем поправиться он не может даже при усиленном питании, поскольку многие полезные вещества и витамины, поступающие в его организм, попросту не усваиваются. Человек, обладающий ускоренным обменом, постоянно ощущает слабость. Его иммунитет ослаблен, организм восприимчив к различным инфекциям. Зачастую причиной такого состояния становится тиреотоксикоз – заболевание щитовидной железы.


Подведем итог. В этой статье мы разобрались, что такое метаболизм, и какие причины могут привести к его сбоям. В сущности, правильный метаболизм — что это такое? Это сбалансированная работа всех органов и систем человека. При нормальном обмене веществ вся энергия, получаемая извне, затрачивается на функционирование органов, а также систем человеческого организма. Человек с нормальным обменом веществ не имеет лишнего веса и обладает сильным иммунитетом, защищающим его от болезней.

www.7ya.ru

Роль и причины нарушения обмена веществ


Обмен веществ в организме человека

Обмен веществ

Обмен веществ — это набор химических реакций, обеспечивающий жизнедеятельность и рост клетки. Обмен веществ – это то, что является основой живого организма, это обмен между химическим составом человека и окружающей среды.

В обменных процессах нашего организма участвуют все химические и природные элементы – белки, жиры и углеводы. Выполняя каждый свою роль — белки, создавая строительный материал, а жиры с углеводами, регулируя баланс энергетических затрат – четко и слаженно взаимодействуют друг с другом. К ним в помощь приходят минеральные вещества и витамины, которые улучшают клеточную среду.


Обмен веществ состоит из двух сторон:

1. диссимиляция – разложение, распад питательных веществ.

2. ассимиляция – синтез, создание и усвоение организмом новых веществ.

Эти процессы идут параллельно и всю жизнь. Различают следующие этапы:

1. Поступление питательных веществ в организм

2. Всасывание их из пищеварительного тракта

3. Перераспределение и усвоение питательных веществ (тканевый этап)

4. Выделение остатков продуктов распада, которые не могут усвоиться в организме

Процессы обмена веществ идут в организме быстро и интенсивно, хотя в организме нет высокого давления и температуры. Эта быстрота обеспечивается участием ферментов и других веществ

Роль обмена веществ

Обмен веществ заслуживает того, чтобы уделить ему самое пристальное внимание. Ведь от его налаженной работы зависит снабжение наших клеток полезными веществами. Основу обмена веществ составляют химические реакции, происходящие в организме человека. Вещества, необходимые для жизнедеятельности организма мы получаем с пищей.

Дополнительно нам нужен ещё кислород, который мы вдыхаем вместе с воздухом. В идеале должно наблюдаться равновесие между процессами строительства и распада. Однако это равновесие часто может быть нарушено и причин этому есть масса.


Причины нарушения обмена веществ

Среди первых причин нарушения обмена веществ можно выделить наследственный фактор. Хотя он и неисправим, с ним можно и нужно бороться! Также нарушения обмена веществ могут быть вызваны органическими заболеваниями. Однако зачастую эти нарушения являются следствием нашего неправильного питания.

Как переизбыток полезных веществ, так и их недостаток очень вредит нашему организму. И последствия могут быть необратимыми. Избыток некоторых питательных элементов возникает в результате чрезмерного употребления жирной пищи, а недостаток — при строгом соблюдении различных диет для похудения. Основной диетой чаще всего является однообразное питание, что и ведет к недополучению необходимых питательных веществ, в свою очередь, это неизбежно приведёт к развитию различных болезней. Возможно возникновение аллергии на большую часть продуктов питания.

Болезни обмена веществ

Даже сбалансировав все обменные процессы, снабдив организм недостающими витаминами, мы рискуем получить ряд серьёзных заболеваний, вызванных продуктами распада наших клеток. Продукты распада имеют всё живое и растущее, а это и есть пожалуй самый опасный враг для нашего здоровья. Иначе говоря, организм должен вовремя очищаться от шлаков, либо они просто начнут отравлять его. Оставаясь в избытке, продукты распада вызывают хронические болезни и замедляют работу всего организма.


При нарушениях углеводного обмена возникает тяжелое заболевание — сахарный диабет, при неправильном жировом обмене накапливается холестерин (Как снизить уровень холестерина в домашних условиях без лекарств?), вызывающий болезни сердца и сосудов. Свободные радикалы, которых становится в избытке, способствуют возникновению злокачественных образований.

Частым последствием проблем с обменом веществ также является ожирение. К этой же группе также можно отнести подагру, нарушения пищеварения, некоторые формы сахарного диабета и т.п. Нарушение баланса минеральных веществ и витаминов ведет к поражению мышц, костей, тяжелым нарушениям сердечно-сосудистой системы. У детей это может привести к очень серьезным последствиям в виде задержки роста и развития. Стоит заметить, что не всегда рекомендуется дополнительное употребление витаминов, ведь их переизбыток также может иметь негативные последствия.

Профилактика

Чтобы урегулировать обменные процессы в своем организме, мы должны знать, что есть некоторые вещества, препятствующие образованию шлаков и улучшающие качество обмена.

Во-первых, это кислород. Оптимальное количество кислорода в тканях значительно активизирует обменные процессы.

Во-вторых, витамины и минералы. С возрастом все процессы замедляются, происходит частичная закупорка сосудов, поэтому важно контролировать получение достаточного количества минеральных веществ, углеводов и кислорода. Это обеспечит хорошую работу водно-солевого обмена клетки, так как по прошествии времени клетка высыхая, больше не получает все необходимые элементы для своей жизнедеятельности. Зная это, нам важно искусственно питать стареющие клетки.


Существует масса рекомендаций и препаратов, регулирующих обмен веществ. В народной медицине широкую популярность завоевала водоросль Белого моря — фукус, она содержит ценный набор минеральных веществ и полезных витаминов, необходимых для улучшения обмена веществ. Правильное питание, исключение из рациона продуктов, содержащих холестерин и другие вредные вещества — ещё один путь к безупречной работе организма.

www.ayzdorov.ru

Что замедляет метаболизм

Начнем с воды. В учебниках химии пишут, что человек на 80% состоит из самого распространенного вещества на Земле, и что для химического взаимодействия нужны оба реагента, иначе процесс не пойдет, а при их недостатке он замедляется.

Вода — активный участник и ускоритель реакций обмена веществ. Причем она участвует именно в процессах расщепления, таких как гидролиз жиров, белков, углеводов. Для наглядности:

  • Крахмал + вода = глюкоза.
  • Жир + вода = глицерин и жирные кислоты.
  • Белок + вода = аминокислоты.

Без воды жир останется жиром, дальнейшие его преобразования станут невозможными. И про то как ускорить метаболизм, придется забыть. Пейте её как можно больше, без каких-либо ограничений.  

Дефицит микроэлементов и витаминов

Сначала о важности витаминов. Все знают, что витамины полезны для здоровья. А в чем собственно эта польза заключается?

Как ускорить обмен веществТысячи реакций обмена веществ идут с обязательным участием ферментов. Ферментами называют белки, ускоряющие реакции обмена веществ, иногда в миллионы раз. В химии для повышения скорости химических взаимодействий вещества подогревают. У человека температура тела постоянная и повышается, только если он нездоров. Вот природа и придумала катализаторы — белки, которые с ускорением обмена веществ справляются так, что никакие академии химических наук им не конкуренты.

Некоторые сложные белки — ферменты имеют и небелковую часть, состоящую из витамина. Если в организме авитаминоз (отсутствие витамина) или гиповитаминоз (его дефицит), фермент не работает ввиду своей неполноценности, реакция не ускоряется, а замедляется или останавливается. Витамины является коферментами, то есть небелковыми частями ферментов.


Вывод — похудеть без витаминов не удастся. То же касается и минералов. Без них перестают протекать биохимические и физиологические процессы.

Малоподвижный образ жизни

Его по праву называют болезнью 21 века. Малоподвижный образ жизни запускает механизмы, негативно сказывающиеся на здоровье человека, причем эти процессы могут носить необратимый характер. К примеру, для окисления жира нужен кислород.

У малоподвижного человека с поступлением кислорода в ткани большие проблемы. Потому что только двигательная активность заставляет сердце сокращаться чаще и быстрее доставлять кислород от легких к клеткам. А те его ждут, потому что именно кислород окисляет питательные вещества и извлекает из них энергию.

Малоподвижный образ жизни не способствует ускорению метаболизма а наоборот, в разы снижает его уровень. 

Темп физических нагрузок

Вялый темп физических нагрузок не приносит никакой пользы для ускорения обмена веществ. Его лучше наращивать на протяжении 1-2 минут, после опять возвращаться в нормальный ритм минуты на 3. Такую последовательность следует повторить до 5 раз и как минимум 2 раза в неделю.

Аэробные упражнения (бег, велосипед, фитнес) служат для ускорения метаболизма, а не для наращивания мускулатуры. Высокая интенсивность тренировок способствует более длительному подъему обмена веществ. Косвенным показателем нормального темпа является учащенный пульс. Для похудения он должен составлять 110 и выше ударов в минуту.  

Ешьте продукты с Омега-3

Речь идет о непредельных омега-3 жирных кислотах, входящих в состав рыбы, такой как скумбрия, сардины, тунец, форель, лосось, а также грецких орехов, рапсового и льняного масел. Дешевле будет ежедневно принимать по ложечке льняного масла или рыбьего жира как в детстве для профилактики рахита, но это уже на ваше усмотрение.

Между ненасыщенными омега-3 жирными кислотами и гормоном лептином, повышающим скорость метаболических процессов, существует прямая связь. Этот было доказано во время экспериментов на лабораторных крысах, которые получали рыбий жир перед «тренировкой». В результате экспериментальная группа животных похудела значительно больше контрольной группы, не получавшей кусочки рыбы с ценными омега-3 жирными кислотами.

Никаких строгих диет

Строгими диетами называются те, что проходят с понижением калорийности употребляемых продуктов: для женщин это 1200 ккал, а для мужчин 1800 ккал. Безусловно, в результате такой диеты удается похудеть и сбросить несколько килограмм. Но потери могут коснуться и мускулатуры, а она, как известно, место для сжигания липидов. В результате метаболизм будет замедлен. Организм начнет сжигать меньше жира, произойдет замедление обмена веществ и после диеты лишний вес вернется с прибавкой.

Запомните незыблемое правило похудения: вес, который быстро уходит, также быстро возвращается.

Правильное питание

Правильно питаться — это значит принимать пищу небольшими порциями и с частотой в 5 — 6 раз. Если пища принимается с многочасовыми интервалами, организм опасается возможного голода и запасает на всякий случай энергию в виде жира. Обмен веществ замедляется. Частый прием пищи по принципу дробного питания поддерживает постоянный уровень глюкозы в крови, метаболизм идет с постоянной скоростью без замедления, митохондрии клеток успевают сжечь больше жировых запасов.

Ученые доказали, что если практиковать еще и полезные перекусы на протяжении дня, то и еды съедается меньше.

Продукты для ускорения метаболизма

Низкокалорийная еда

Казалось бы, что тут плохого. Потребление низкокалорийных продуктов должно привести к похудению. Но не все так просто. Реакция может быть обратной — замедлить метаболизм, так как такое питание грозит голодовкой и надо срочно готовиться к худшему. Или же откладывать тот скудный рацион в жир, по причине возможного намечающегося голода.

Из вышесказанного напрашивается один простой вывод. Мы много знаем про космос, атом и  мало знаем о себе. Правы были древние греки, когда писали на своих храмах «Познай самого себя». Но, главное, что мы на правильном пути и хотим знать о себе больше и жить согласно этих знаниям.

Теперь, когда мы знаем, что замедляет обмен веществ, попробуем сформулировать выводы о том, как этого не допустить:

  • Организовать полноценное по качеству питание;
  • Спать 7 часов;
  • Порция на один прием пищи должна составлять около 250 г., приемов должно быть 5 — 6;
  • Обильное питье, не меньше 1,5 л чистой воды в сутки;

А как ускорить метаболизм, причем с пользой для похудения и без ущерба для здоровья.

Ешьте мясо

Наши мышцы состоят из сократительных белков. При движении мышечные белки сокращаются, энергия расходуется, жиры затрачиваются, и мы худеем. Один килограмм мускулатуры в сути затрачивает до 100 ккал энергии. Жировая ткань не способна сокращаться, она представляет собой разновидность совсем другой ткани.

Из этого следует, что именно мышцы ответственны за сжигание липидов. А у белков есть еще одна особенность, они могут быть построены только из аминокислот. Ни конфеты, ни сливочное масло не могут дать необходимое сырье для построения белков, то есть мышц. Значит, если мы едим достаточное количество мяса или других продуктов, богатых протеином, мы даем нашему организму сырье для строительства мышечной ткани, которая потом будет успешно сжигать жир для нашего похудения.

Похудение невозможно без воды

Речь идет не о чае или кофе, а о чистой воде без газа и минеральных солей. Кофеин вызывает обезвоживание организма. А это значит, что с чашечкой кофе или зеленого чая мы больше потеряем воды, чем пополним ее запасы. К тому же, как правило, мы пьем эти напитки с сахаром, а тот является быстрым углеводов и основной причиной лишнего веса. После сладкого чаепития в клетках активизируются процессы осмоса, и они выводят воду вместо ее поглощения.

И тогда поведение организма становится логичным и понятным — не ускорить, а замедлить метаболизм, чтобы сохранить воду как ценную составляющую внутренней среды нашего тела.

О суточной потребности и необходимости воды для обмена веществ и похудения мы уже говорили. Речь не идет о том, чтобы полностью отказаться от любимых напитков, их употребление можно ограничить.

Теперь о том, как правильно пить воду — в течение дня небольшими глотками. Пусть с вами всегда будет бутылка воды. Стакан воды натощак, 2 литра на протяжении дня — и все остальное вода сделает сама.

Не рекомендуется пить в процессе трапезы и после нее. Лучше это сделать за 15 минут до еды, наполнив желудок стаканом воды. Она поможет снизить аппетит, похудеть и улучшить общее состояние.

Завтрак съешь сам

Для того чтобы включить и ускорить метаболизм после ночного отдыха надо дать ему первую порцию еды — то есть позавтракать. При этом ферменты активизируются, ускоряют биохимические реакции, а последние осуществляются так, что продукты первой реакции запускают вторую, второй — третью и в итоге включается весь обмен веществ. Завтрак играет роль своеобразного пускового механизма для этого. Его задача зарядить тело энергией для долгого трудового дня.

В рацион первого завтрака лучше включать белки и медленные углеводы (например яйца и овсяную кашу). Они будут постепенно окисляться, снабжая клетки энергией минимум до обеда.

В цитрусовых содержится лимонная кислота, являющаяся непосредственной участницей цикла Кребса, ключевого момента аэробного дыхания, сопровождающегося выделением энергии. К тому же там пересекаются множество реакций обмена веществ. Некоторые женщины пьют воду с лимоном натощак, и достаточно неплохо при этом худеют. Однако это противопоказано людям, с проблемами ЖКТ.

Движение и отдых

Чего греха таить, мы от природы ленивы и легко находим массу оправданий, почему на протяжении 24 часов, а это 1440 минут, не может выкроить хотя бы 15 для физической нагрузки. Но если уж такая напряженка со временем, можно попробовать не пользоваться лифтом, пройти пешком пару остановок, не упускать возможность потанцевать, поплавать, погулять с собакой. Найдите возможность для двигательной активности, и организм отзовется упругой походкой, красивой осанкой, здоровым цветом лица и хорошим настроением.

Лучший отдых — это здоровый сон. Во время сна не надо двигаться, переваривать пищу, выполнять какие-то мыслительные операции. Тело освободившуюся энергию направляет на внутренние потребности:

  • Деление клеток;
  • Заживление ран;
  • Рост организма;
  • Механизмы гомеостаза (постоянство внутренней среды).

Если сон не позволяет человеку отдохнуть, тот чувствует себя вялым, равнодушным к еде. Для организма это стресс, он начинает готовиться к худшему, запасая энергию в виде жира.

Спать ложиться лучше до 23.00. Последний прием пищи в виде легкого ужина не позднее трех часов до сна.

Вредные привычки

О вреде никотина и алкоголя известно многое. Но почему-то это мало кого останавливает. Включаясь в реакции обмена веществ, они становятся их непосредственными участниками. Их присутствие не ускоряет, а останавливает или замедляет метаболизм. Человек ощущает дискомфорт, переходящий в настоящую ломку. Клетки требуют этанола, никотина или обоих наркотиков сразу. Молодой человек превращается в трясущееся существо, для которого сигарета или рюмка настоящие боги, избавляющие от страданий и дающие облегчение. Здесь речь идет уже о серьезных нарушениях всех функций организма, а не только обмена веществ.

Избегайте стрессов

Кому не хочется избавить себя от стрессов, ставших постоянными спутниками нашей жизни. Хотя как же без них. Они мобилизуют внутренние резервы организма.

Одни начинают заедать стрессы различными вкусностями, другие вообще испытывают отвращение к еде. В таком состоянии вопрос как ускорить обмен веществ в организме мало кого интересует. Но если вы не можете изменить ситуацию, измените отношение к ней. Попробуйте больше улыбаться и мир ответим вам тем же. Думайте о хорошем, перестаньте грустить и станьте оптимистом.

Итак, для ускорения обмена нужно:

  • правильно питаться, плотно завтракать и легко ужинать не позднее трех часов до сна;
  • кушать часто и маленькими порциями;
  • не пренебрегать витаминами, употреблять цитрусовые или на худой конец аптечные витамины из баночки;
  • не пользоваться строгими диетами;
  • делать зарядку или заняться аэробными нагрузками;
  • бросить вредные привычки;
  • пить как можно больше воды;
  • избегать стрессов и спать не менее 7 часов; 

Это все основные правила, помогающие ускорить метаболизм и при этом похудеть. Применение даже половины из этого списка приводят к значительным положительным результатам, и укреплению здоровья. И помните, что хороший обмен веществ — это не отклонение а норма. Будьте здоровы.

hudom.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.

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