Метаболизм в организме человека и качество жизни

Метаболизм — это обмен веществ в организме для выработки энергии в первую очередь. Все живые организмы на Земле представляют собой открытые системы, способные активно организовывать поступление энергии и вещества извне. Энергетический обмен в клетках помогает нам жить. Энергия необходима для осуществления жизненно важных процессов, но прежде всего для химического синтеза веществ, используемых для построения и восстановления структур клетки и организма.

Катаболизм

Катаболизм – это энергетический обмен, когда сложные вещества расщепляются до простых, а старые клеточные структуры, ткани и органы распадаются.  Катаболические процессы преобразовывают потребляемую нами пищу в энергию, которая в дальнейшем расходуется организмом на различные нужды (создание клеток, регенерация организма, т.е. на анаболизм).

Процессы катаболизма провоцируются голоданием, физическими нагрузками, стрессами и другими ситуациями, при которых наблюдается повышение уровня адреналина.

Три этапа катаболизма

Катаболизм

Выделяют три основных этапа катаболизма:

  • расщепление в пищеварительном тракте крупных молекул до простых (это белки, жиры и углеводы);
  • поступление простых молекул в клетку, начальная стадия образования энергии;
  • дыхание: при этом наблюдается поглощение кислорода, а затем  выделяются  углекислый газ, вода и большое количество энергии.

В качестве примера катаболического процесса можно привести сжигание жира, при этом жировая прослойка становится тоньше, наступает похудение.

Этапы метаболизма

  1. Подготовительный. Происходит в пищеварительной системе. В различных отделах пищеварительной системы происходит выделение из пищи питательных веществ, расщепление при участии пищеварительных соков, всасывание в кровь. С кровотоком эти вещества движутся в клетки организма, в которых происходят их химические преобразования.
  2. Из аминокислот (продуктов расщепления белковой пищи) в клетках синтезируются белки. Из глюкозы – разнообразные углеводы. Из глицерина и жирных кислот образуются жиры. Все это многообразие веществ используется клетками для построения структурных частиц клетки, роста, развития человека.
  3. Часть питательных веществ окисляется (вот для чего нужен кислород) с образованием энергетического вещества АТФ. Клетки организма могут усваивать химическую энергию, запасенную только в этих молекулах.

Как привести в норму обмен веществ?

Нарушение обменных процессов приводит к развитию ряда проблем, в том числе и ожирения. Чтобы наладить метаболизм необходимо пересмотреть план питания, урезать долю животных жиров и сладостей, увеличить норму потребления растительной пищи, богатой клетчаткой. В рационе должны присутствовать полиненасыщенные жирные кислоты. Рекомендуется дробное питание и обильный жидкий рацион (вода необходима для правильного протекания обменных процессов).

Второй пункт программы по восстановлению обмена веществ – полноценный отдых. Соматотропин (гормон, оказывающий влияние на метаболизм), вырабатывается во сне.

Следующий пункт программы – физические нагрузки (они ускоряют обмен веществ). Особое значение имеют аэробные нагрузки и дыхательная гимнастика – кислород играет важную роль в метаболизме.

Что такое метаболизм в организме? Можно сделать вывод, что этот процесс является основой нашей жизни – он поддерживает равновесие между синтезом и распадом. Скорость обмена веществ отражается на нашей фигуре.

Превращение веществ в клетке

Пищевые вещества, попавшие в организм, вовлекаются в процессы метаболизма.

МетаболизмМетаболизм представляет собой совокупность взаимосвязанных и сбалансированных процессов, включающих разнообразные химические превращения в организме.

Синтез веществ в клетке

АнаболизмРеакции синтеза, осуществляющиеся с потреблением энергии, составляют основу анаболизма (пластического обмена, или ассимиляции).

Процесс синтеза веществ = пластический обмен = ассимиляция = анаболизм

Чтобы что-то построить, надо затратить энергию — этот процесс идет с поглощением энергии.

Тип организма Пример пластического обмена
Автотрофы Фотосинтез
Гетеротрофы Синтез белка

Катаболизм

Противоположный анаболизму процесс –Катаболизм катаболизм – процесс расщепления веществ с высвобождением энергии (энергетический обмен, или диссимиляция).

Процесс расщепления = энергетический обмен = диссимиляция = катаболизм

Это процесс, при котором сложные вещества разлагаются на простые. “Ломать — не строить”, так что энергия при этом выделяется.

В основном, это реакции окисления, происходят они в митохондриях, самый простой пример — дыхание. При дыхании сложные органические вещества расщепляются до простых, выделяется углекислый газ и энергия.

Вообще, эти два процесса взаимосвязаны и переходят один в другой. Суммарно уравнение метаболизма — обмена веществ в клетке — можно записать так:

катаболизм + анаболизм = обмен веществ в клетке = метаболизм

Рассмотрим эти процессы подробнее.

Энергетический обмен = Диссимиляция = Катаболизм

Этот процесс идет в несколько этапов, и нам нужно рассмотреть, как он проходит в различных организмах.

Читайте также:  Почему бывает пневмония после операции и как ее избежать

Организмов будет всего 2 — многоклеточный (человек, например) и одноклеточный (растительный и животный).

И запомните, сочетание букв АТФ (аденозинтрифосфат) — означает “энергию”. Просто эта энергия заключена в молекуле.

Анаболизм

Катаболические пути влияют на превращение пищевых материалов в необратимые интермедиаты. Анаболические пути, с другой стороны, представляют собой последовательности катализируемых ферментами реакций, в которых компонентные строительные блоки больших молекул или макромолекул (например, белков, углеводов и жиров) образуются из одних и тех же промежуточных продуктов.

Таким образом, катаболические маршруты имеют четко определенные начала, но не имеют однозначно идентифицируемых конечных продуктов; анаболические пути, с другой стороны, приводят к четко различимым конечным продуктам от диффузных начал. Два типа пути связаны между собой реакциями переноса фосфатов, в которых участвуют АДФ (аденозиндифосфат), АМФ (аденонмонофосфорная кислота) и АТФ, а также посредством переносов электронов, которые позволяют уменьшить количество восстанавливающих эквивалентов (то есть атомов водорода или электронов), которые высвобождаются во время катаболических реакций. используется для биосинтеза.

Но, хотя катаболические и анаболические пути тесно связаны между собой, и общий эффект одного типа маршрута явно противоположен другому, у них мало общих шагов.

Анаболический путь для синтеза конкретной молекулы обычно начинается с промежуточных соединений, весьма отличных от тех, которые образуются в результате катаболизма этой молекулы; например, микроорганизмы катаболизируют ароматические (то есть содержащие кольцевую или циклическую структуру) аминокислоты до ацетилкофермента А и промежуточного соединения цикла Кребса. Биосинтез этих аминокислот, однако, начинается с соединения, полученного из пирувата, и промежуточного соединения метаболизма пентозы (общее название для сахаров с пятью атомами углерода). Аналогично, гистидин синтезируется из пентозного сахара, но катаболизируется в α-оксоглутарат.

Даже в тех случаях, когда продукт катаболизма используется в анаболическом пути, возникают различия; таким образом, жирные кислоты, которые катаболизируются в ацетил-кофермент А, синтезируются не непосредственно из ацетил-кофермента А, а из его производного, малонил-кофермента А ( см. ниже липидные компоненты ). Кроме того, даже ферменты, которые катализируют очевидно идентичные стадии в катаболических и анаболических путях, могут проявлять различные свойства. В общем, следовательно, путь вниз (катаболизм) отличается от пути вверх ( анаболизм ). Эти различия важны, потому что они позволяют регулировать катаболические и анаболические процессы в клетке.

Что такое метаболизм?

Метаболизм представляет собой высоко координированную и целенаправленную клеточную активность, обеспеченную участием многих взаимосвязанных ферментативных систем, и включает два неразрывных процесса анаболизм и катаболизм. 

Он выполняет три специализированные функции:

  1. Энергетическая – снабжение клетки химической энергией,
  2. Пластическая – синтез макромолекул как строительных блоков,
  3. Специфическая – синтез и распад биомолекул, необходимых для выполнения специфических клеточных функций.

Анаболизм

Анаболизм – это биосинтез белков, полисахаридов, липидов, нуклеиновых кислот и других макромолекул из малых молекул-предшественников. Поскольку он сопровождается усложнением структуры, то требует затрат энергии. Источником такой энергии является энергия АТФ.

Также для биосинтеза некоторых веществ (жирные кислоты, холестерол) требуются богатые энергией атомы водорода – их источником является НАДФН.

Молекулы НАДФН образуются в реакциях окисления глюкозо-6-фосфата в пентозосфатном пути или декарбоксилирования яблочной кислоты малик-ферментом.

В реакциях анаболизма НАДФН передает свои атомы водорода на синтетические реакции и окисляется до НАДФ. Так формируется НАДФ-НАДФНцикл.

Катаболизм

Катаболизм – расщепление и окисление сложных органических молекул до более простых конечных продуктов. Оно сопровождается высвобождением энергии, заключенной в сложной структуре веществ.

Большая часть высвобожденной энергии рассеивается в виде тепла.

Меньшая часть этой энергии “перехватывается” коферментами окислительных реакций НАД и ФАД, некоторая часть сразу используется для синтеза АТФ.

Атомы водорода, высвобождаемые в реакциях окисления веществ, в основном используются клеткой по двум направлениям:

  • на анаболические реакции в составе НАДФН (например, синтез жирных кислот и холестерина),
  • на образование АТФ  в митохондриях при окислении НАДН и ФАДН2.
Что такое метаболизм?

Необходимо заметить, что молекулы НАДФН могут идти не только на реакции анаболизма. Например, они активно привлекаются к реакциям антиоксидантной защиты для нейтрализации свободных радикалов, а в фагоцитирующих клетках, наоборот, требуются для синтеза супероксид анион-радикала, используются для нейтрализации аммиака в реакции синтеза глутамата в реакции восстановительного аминирования и в ряде других процессов.

Весь катаболизм условно подразделяется на три этапа, включающие реакции общих и специфических путей.

Третий этап

Все реакции этого этапа идут в митохондриях. Ацетил-SКоА (и кетокислоты) включается в реакции цикла трикарбоновых кислот, где углероды веществ окисляются до углекислого газа.

 Выделенные атомы водорода соединяются с НАД и ФАД, восстанавливают их и после этого НАДН и ФАДН2 переносят водород в цепь ферментов дыхательной цепи, расположенную на внутренней мембране митохондрий. Сюда же отдают свои атомы водорода молекулы НАДН и ФАДН2, образованные на втором этапе (гликолиз, окисление жирных кислот и аминокислот).

 В третьем этапе выделяется до 70% всей энергии вещества. Из этого количества усваивается почти две трети (66%), что составляет около 46% от общей. Таким образом, из 100% энергии окисляемой молекулы клетка запасает больше половины – 59%.

На внутренней мембране митохондрий в результате процесса под названием “окислительное фосфорилирование” образуется вода и главный продукт биологического окисления – АТФ

Читайте также:  Аспергиллез – что это такое и как лечить?

Роль АТФ

Энергия, высвобождаемая в реакциях катаболизма, запасается в виде связей, называемых макроэргическими. Основной и универсальной молекулой, которая запасает энергию и при необходимости отдает ее, является АТФ.

Все молекулы АТФ в клетке непрерывно участвуют в каких-либо реакциях, постоянно расщепляются до АДФ и вновь регенерируют.

Существует три основных способа использования АТФ:

  • биосинтез веществ,
  • транспорт веществ через мембраны,
  • изменение формы клетки и ее движение.

Эти процессы вкупе с процессом образования АТФ получили название АТФ-цикл:

Кругооборот АТФ в жизни клетки

Экскреция

Экскреция

Экскреция — это выделение из организма продуктов обмена веществ, особенно азотосодержащих соединений (белков и т. п.). Жиры и углеводы расщепляются на воду и углекислый газ.

Аммиак выделяют прокариоты, растения и большинство водных животных. Он хорошо растворяется в воде.

Мочевую кислоту выделяет большинство наземных животных: насекомые, пресмыкающие, птицы. Она плохо растворяется в воде.

Экскреция

Мочевину выделяют грибы, хрящевые рыбы, взрослые земноводные, все млекопитающие. Хорошо растворяется в воде.

Гуанин выделяют паукообразные, частично – птицы.

Похожие материалыКлеточный уровеньУровни организации живого

Замедленный обмен веществ: что делать?

Замедление обменных процессов является причиной многих проблем, и это не только лишний вес, но и такие серьезные патологии, как, например, сахарный диабет.

Поэтому важно знать, как его ускорить, и какие методы для этого безопасны. Для разгона метаболизма стоит обратить внимание на следующие рекомендации:

  • Забудьте о голоде и жестких диетах. Все это только замедляет метаболизм. Питаться рекомендуется дробно – часто и небольшими порциями. Именно такой режим помогает разогнать обмен веществ и способствует правильному похудению.
  • Важно высыпаться, поскольку недостаток сна замедляет процессы обмена. Объясняется это тем, что организм, находясь в условиях повышенной нагрузки, начинает экономить силы и замедляет обмен. К тому же недостаток сна также провоцирует выработку гормона стресса, а это тоже оказывает свое негативное влияние.
  • Физическая активность – важное условие нормального обмена веществ. Она помогает увеличить мышечную массу, соответственно, метаболизм ускоряется.
  • Полезны высокоинтенсивные интервальные тренировки. Это идеальный вид активности для ускорения обмена веществ.
  • Силовые нагрузки также полезны, причем не только мужчинам, но и женщинам. Они помогут держать мышцы в тонусе, а организм будет расходовать больше энергии.
  • Рекомендуется минимизировать в рационе продукты, которые замедляют обмен веществ. В основном это простые углеводы, сладости, фаст-фуд и прочие вредности. Поищите для них более полезную альтернативу.
  • Из продуктов, которые ускоряют обменные процессы, стоит выделить белки, зеленый чай, черный кофе, специи, чеснок, а также орехи, семечки, фрукты, овощи, зелень. Эти продукты требуют больших затрат энергии, соответственно, обмен веществ ускоряется.
  • Часто худеющие отказываются от жиров, что является ошибкой, так как недостаток их чреват нарушением метаболизма и серьезными сбоями в организме. Нужно выбирать полезные их источники – растительные масла, авокадо, рыба и так далее.

Теперь вы знаете, что такое обмен веществ, и как его нормализовать. Используя несложные правила, вы сможете сделать это без вреда для здоровья.

Обмен веществ и превращение энергии в клетке

Все живые организмы на Земле представляют собой открытые системы, способные активно организовывать поступление энергии и вещества извне.

Энергия необходима для осуществления жизненно важных процессов, но прежде всего для химического синтеза веществ, используемых для построения и восстановления структур клетки и организма.

Живые существа способны использовать только два вида энергии: световую (энергию солнечного излучения) и химическую (энергию связей химических соединении) — по этому признаку организмы делятся на две группы — фототрофы и хемотрофы.

Главным источником структурных молекул является углерод. В зависимости от источников углерода живые организмы делят на две группы: автотрофы, использующие не органический источник углерода (диоксид углерода), и гетеротрофы, использующие органические источники углерода.

Процесс потребления энергии и вещества называется питанием.

Известны два способа питания: голозойный — посредством захвата частиц пищи внутрь тела и голофитный — без захвата, посредством всасывания растворенных пищевых веществ через поверхностные структуры организма. Пищевые вещества, попавшие в организм, вовлекаются в процессы метаболизма.

Метаболизм представляет собой совокупность взаимосвязанных и сбалансированных процессов, включающих разнообразные химические превращения в организме. Реакции синтеза, осуществляющиеся с потреблением энергии, составляют основу анаболизма (пластического обмена или ассимиляции).

Реакции расщепления, сопровождающиеся высвобождением энергии, составляют основу катаболизма (энергического обмена или диссимиляции).

Значение АТФ в обмене веществ

Энергия, высвобождающая при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме высокоэнергетических соединений, как правило, в форме аденозинтрифосфата (АТФ). По своей химической природе АТФ относится к мононуклеотидам и состоит из азотистого основания аденина, углевода рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.

Читайте также:  Как выглядит абсцесс кожи — симптомы, фото до операции

Энергия, высвобождающаяся при гидролизе АТФ, используется клеткой для совершения всех видов работы. Значительные количества энергии расходуются на биологические синтезы. АТФ является универсальным источником энергообеспечения клетки.

Запас АТФ в клетке ограничен и пополняется благодаря процессу фосфорилирования, происходящему с разной интенсивностью при дыхании, брожении и фотосинтезе.

АТФ обновляется чрезвычайно быстро (у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 минуты).

Энергетический обмен в клетке. Синтез АТФ

Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования, т.е. присоединения неорганического фосфата к АДФ. Энергия для фосфорилирования АДФ образуется в ходе энергетического обмена.

Энергетический обмен, или диссимиляция, представляет собой совокупность реакции расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии.

В зависимости от среды обитания диссимиляция может протекать в два или три этапа.

У большинства живых организмов — аэробов, живущих в кислородной среде, — в ходе диссимиляции осуществляется три этапа: подготовительный, бескислородный, кислородный. У анаэробов, обитающих в среде лишенной кислорода, или у аэробов при его недостатке, диссимиляция протекает лишь в два первых этапа с образованием промежуточных органических соединений, еще богатых энергией.

Первый этап — подготовительный — заключается в ферментативном расщеплении сложных органических соединении на более простые (белков на аминокислоты; полисахаридов на моносахариды; нуклеиновых кислот на нуклеотиды).

Внутриклеточное расщепление органических веществ происходит под действием гидролитических ферментов лизосом.

Высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде теплоты, а образующиеся малые органические молекулы могут подвергнутся дальнейшему расщеплению и использоваться клеткой как «строительный материал» для синтеза собственных органических соединений.

Второй этап — неполное окисление — осуществляется непосредственно в цитоплазме клетки, в присутствии кислорода не нуждается и заключается в дальнейшем расщеплении органических субстратов. Главным источником энергии в клетке является глюкоза. Бескислородное, неполное расщепление глюкозы, называют гликолизом.

Третий этап — полное окисление — протекает при обязательном участие кислорода. В его результате молекула глюкозы расщепляется до неорганического диоксида углерода, а высвободившаяся при этом энергия частично расходуется на синтез АТФ.

Как ускорить метаболизм

Многие люди, имеющие лишний вес, интересуются, как можно ускорить обмен веществ в организме. Если анализы показали, что причина ожирения — не наследственность или тяжелая болезнь эндокринной системы, то метаболические процессы можно нормализовать при помощи умеренных физических нагрузок и диеты.

Правильное питание

Питание при замедленном метаболизме необходимо сразу поменять. При снижении веса соблюдение диеты считается обязательным пунктом. Диета включает в себя несколько основных правил:

  1. Клетчатка. Ее в организме всегда должно быть много. В органах ЖКТ она остается на длительное время, расщепляется медленно, что позволяет насытить организм энергией. При увеличении количества клетчатки в рационе метаболизм ускоряется до 10%. Она содержится в хлебе, макаронах и некоторых кашах.
  2. Белковая пища. Перерабатывая белки, организм тратит большое количество энергии. Протеины выделяют тепловую энергию, что хорошо сказывается на построении мышечных волокон. Скорость метаболизма значительно увеличивается при употреблении куриных яиц и мяса, а также молочных продуктов.
  3. Цитрусовые. Стимулируют работу желудка и кишечника. Способствуют выведению лишней жидкости из организма. Их часто используют в целях похудения.
  4. Имбирь. Способствует быстрой транспортировке и переработке полезных веществ. Кислород быстрее разносится по всему организму, что помогает сжигать необходимое количество жиров.
  5. Корица. Помогает снизить уровень глюкозы в крови. Ее употребляют при профилактике сахарного диабета и для ускорения метаболизма. Но помочь она может только в случае длительного приема.

При этом нужно соблюдать режим питания. Есть 3 раза в день. Избегать перекусов.

Напитки

Регенерация клеток будет происходить быстрее при достаточном количестве воды в них. Это способствует быстрому выведению продуктов распада и всех токсинов из организма. Вода расщепляет питательные вещества, улучшает пищеварение. Кофе и чай не восполняют количество жидкости в организме, но суп учитывается в общий показатель.

Самое главное – класть в напитки меньше сахара. Поэтому рекомендуют употреблять различные морсы, соки, компоты и отвары лекарственных трав.

Упражнения

Спорт является важным этапом в борьбе с лишним весом. Но физическая нагрузка также должна быть умеренной. Если вести сидячий образ жизни, то все обменные процессы естественным путем замедляются. Снижается циркуляция крови, что приводит к плохому питанию клеток и тканей. Ежедневные тренировки помогут ускорить метаболизм и наладить проблему лишнего веса.

Метаболизм играет огромную роль в жизни человека. Ведь все необходимые для нормальной жизни процессы обмена веществ регулируются этими биохимическими реакциями. При первых признаках нарушения обменных процессов лучше обратиться к специалисту. Он поможет выяснить точную причину такого состояния и назначит правильную диету. Только соблюдая рекомендации врача, можно будет добиться хорошего и стойкого результата.

ТМРЕСУРС - информационный портал традиционной медицины