Метаболизм веществ: как он происходит, способы нормализации

Обменные биохимические реакции протекают в каждом живом организме. При этом вырабатывается тепловая энергия, необходимая для поддержания относительно постоянной температуры тела. Метаболизм веществ — это физические и химические процессы в организме, которые нужны для нормального функционирования и жизнедеятельности — процессов дыхания, кровообращения и нервной функции. Организм вырабатывает энергию из еды, которую употребляет человек. Химические вещества пищеварительной системы расщепляют пищу и преобразуют ее в топливо, которое используется немедленно либо накапливается в тканях.
Энергия, потраченная в течение дня на выживание, называется основной или метаболической скоростью в покое. Контролировать свои обменные процессы не получится, зато можно успешно их стимулировать с помощью физических упражнений или других способов.

как запустить

Что такое метаболизм

Понятие метаболизм произошло от французского слова «métabolisme», с греч. переводится как «превращение», «изменение». Это сумма биохимических реакций, протекающих на молекулярном уровне. Термин имеет синоним, который употребляется гораздо чаще, — обмен веществ. Благодаря этому процессу существует все живое на земле.

Характеризуется следующими свойствами:

  1. Реакции, катализируемые ферментами, дают возможность организмам расти и размножаться.
  2. Синтез природных полимеров происходит из самых простых веществ при участии ферментов.
  3. Постоянный процесс: берет свое начало с момента рождения организма и завершает цикл с прекращением жизнедеятельности.
  4. Сложноструктурные молекулы расщепляются на простые.
  5. Выполняет функцию контроля (белки-ферменты следят за ходом химических реакций).
  6. Регулируется и взаимообменивается с другими сложными структурами.
  7. Прослеживается связь между массой тела и скоростью обмена.
  8. Производит метаболическое тепло и поддерживает температуру тела.

Метаболизм — процесс накопления и распада веществ в результате реакций катаболизма и анаболизма. В биологии под обменными процессами понимаются все внутренние биохимические превращения, от переваривания пищи до устранения остатков.

Термин «скорость метаболизма» показывает количество тепла, которое высвобождается за единицу времени. Химическая энергия — это то, что измеряется в калориях или количество энергии, которое нагревает один грамм воды на один градус Цельсия. Проще проводить измерения в килокалориях (одна ккал = 1000 калорий). Скорость метаболизма человека обычно измеряется в ккал за час или день.

Уровень обмена веществ зависит от таких факторов:

  • соблюдения поста или голодания;
  • уровня гормонов (надпочечников, щитовидной железы);
  • физической активности;
  • психического состояния.

Общий метаболический уровень человека (МУЧ) показывает базовую величину активности, несмотря на расход энергии на другие виды деятельности. Общий уровень обменных процессов сводится к тому, как быстро топливо (например, сахар) расщепляется, чтобы поддерживать работу клеток организма.

Ускорение метаболизма происходит вследствие:

  • спортивных нагрузок;
  • беспокойства;
  • приема пищи;
  • беременности;
  • лихорадки.

Существуют также факторы, которые могут снизить общий уровень метаболизма.

Причины дисфункции сегмента обмена в организме человека:

  • синдром хронической усталости;
  • психические расстройства;
  • стрессовые нагрузки;
  • сниженная подвижность;
  • истощение после голодания.

    метаболические процессы

    История открытия

    Метаболизм и метаболические пути ученые исследовали в течение нескольких веков. Переключились с ранних опытов на животных к анализу обменных реакций (в современной биохимии и молекулярной биологии). Некоторые эксперименты проводились на людях-добровольцах. Механизмы еще не были идентифицированы, и считалось, что мобилизующая энергия возрождает ресурсы тканей.

    Краткие исторические факты метаболических исследований:

    1. В 13 столетии египетский врач Ибн ан-Нафис (1213-1288 гг.) утверждал, что «организм и его составные части пребывают в состоянии деления и поиска пищи, потому что постоянно и неизбежно видоизменяются».
    2. Более сложные исследования начались в последние десятилетия 16 века. В процессе научных исследований использовались приборы, которые позволили провести количественную оценку и проверить факты о биологических системах. В медицине отмечался прогресс в изучении функций при обращении к точным наукам: химии, математике, физике.
    3. Итальянский физиолог Санторио Санкториус (1561-1636 гг.) изучал явление «невидимого потоотделения» и проводил эксперименты по изучению метаболического баланса. В процессе тестирования ему приходилось измерять свой вес до и после еды, во время сна, секса, голодания, работы, питья и выделений из организма. Ученый обнаружил, что большая часть калорий была потеряна в момент выброса холодного пота.
    4. В 19 веке Луи Пастер работал над процессом брожения сахара с дрожжами до образования алкоголя. Он отметил, что процесс катализировался веществами внутри дрожжевых клеток (получил название «брожение»). Вместе с трудом Фридриха Велера о химическом синтезе мочевины (1828 год) открытие послужило базой для дальнейшего изучения органических веществ и сложносоставных реакций в клетках.
    5. Эксперименты начала 20 века. Эдуард Бюхнер основательно пополнил знания о биохимии, открыв ферменты. Ученый доказал, что изучение реакций обмена отличается от биоанализа клеток. Наиболее заметным достижением того времени было открытие Ганса Кребса — цикл лимонной кислоты, впоследствии названный его именем. Изучены и другие циклы — орнитиновый (совместная работа с Гансом Корнбергом) и глиоксилатный.
    6. Процессы обмена в современном мире исследуются с помощью методов молекулярной биотехнологии и геномики с использованием различных инструментов, таких как хроматография, рентгеновская дифракция, радиоизотопная маркировка, электромикроскопия и молекулярная динамика. Это позволяет обнаружить путь, причины и генетическую основу нарушений.

    Исследования последних двух столетий также позволили понять сущность метаболизма лекарств и ксенобиотиков. Клеточный взаимообмен имеет большое значение для всестороннего изучения бактерий, растений и организмов-потребителей.

    метаболизм веществ (главный ключ)

    Биологические молекулы

    Структуры, из которых состоят животные, растения и микробы, включают три основных класса молекул: аминокислоты, углеводы и липиды (часто называемые жирами). Большинство метаболических процессов подпадает под несколько основных типов реакций, функции которых заключаются в переносе групп атомов и их соединений в молекулах.

    Можно рассмотреть на примерах разных организмов, как запустить процесс метаболизма и биохимических реакций.

    Процесс высвобождения энергии на примере живой материи:

    1. Из уроков биологии известно, что зеленое растение получает энергию от солнечного света. Использует этот «допинг» и молекулу-хлорофилл (придает растениям зеленый цвет) для получения сахара из воды и углекислого газа. Процесс называют фотосинтезом.
    2. Люди и представители животного мира, растительноядные или плотоядные, едят животных, которые питались растениями, поглощая энергию (в форме сахара) вместе с жизненно важными химическими веществами для создания клеток. При расщеплении сахара высвободившаяся энергия распределяется по тканям, а также используется клетками в качестве топлива.
    3. Ежедневные операции внутри клетки осуществляются благодаря сложным реакциям, которые могут включаться/выключаться, ускоряться/замедляться, согласованно работать, осуществлять контроль в соответствии с текущими потребностями ячейки и общими функциями клеточных компонентов (похожих на светофор).

    Сахар, аминокислоты (строительные блоки белков) и алифатические кислоты ( неароматические углеводороды, например, уксусная или масляная кислоты) при необходимости могут быть использованы организмом в качестве источников энергии.

    Основные этапы обменного процесса на клеточном уровне сводятся к образованию энергии, внутреннему и внешнему обмену информацией.

    Пошаговые превращения в обменных процессах:

    1. После употребления продуктов питания молекулы в пищеварительной системе, называемые ферментами, дробят белки на аминокислоты, жиры на жирные кислоты, а углеводы — на простые сахара (например, глюкозу).
    2. Химические реакции превращают молекулы субстрата в продукты путем присоединения групп или их отщепления. Во многих случаях они функционируют путем сближения двух субстратов для облегчения переноса электронов. Изменения формы также могут действовать как выключатель. Например, молекула-ингибитор может заставить фермент принимать пассивную форму, предотвращая тем самым реакцию катализирования. И наоборот, связывание молекул-активаторов может заставить белковый катализатор принимать активную форму.
    3. На заключительном этапе гликолиза фермент, называемый пируваткиназой, транспортирует фосфатную группу из одного субстрата (фосфоенолпирувата) в другой — аденозиндифосфат (АДФ), тем самым генерируя пируват (кислота, промежуточный продукт) и АТФ (Аденозинтрифосфа́т — источник энергии) в качестве продуктов.
    4. Полученные образования впитываются в кровь, которая помогает попасть им в клетки. Другие ферменты действуют для ускорения/регулировки химических реакций.

    Ферменты — это белковые катализаторы-ускорители биохимических реакций, которые помогают в молекулярных перегруппировках, поддерживая функцию клеток. Способность связывать и изменять формы позволяет ферментам увеличивать скорость реакции.

    Энергия соединений способна высвобождаться для использования организмом или накапливания в его тканях, особенно в печени, мышцах и жировых отложениях. Клетки обладают чрезвычайной чувствительностью к температуре и давлению, поэтому им нужны катализаторы, чтобы ускорить метаболические реакции в условиях, при которых клетка сможет выжить.

    как улучшить пищеварение

    Пластический и энергетический обмен

    В физиологии живых организмов термины окисление и биосинтез заменяются на пластический/ энергетический обмен, где первый вариант обычно описывает процессы, которые разлагают неорганические вещества, а второй относится к метаболизму, в результате которого высвобождается энергия. Ассимиляция и диссимиляция — две противоположные стороны одного и того же обмена питательными веществами и клеточной энергией.

    Под ассимиляцией (или пластическим обменом) подразумевается сбалансированный процесс поглощения органических (сахаров, углеводов) и неорганических материалов (азота из почвы) для развития новых клеток.

    Свойства:

    • постепенное накапливание клеточного вещества;
    • образование сложных органических молекул из простых (фотосинтез);
    • преобразование питательных веществ в полезную форму (жидкость/твердое вещество) в ткани или органы других процессов пищеварения;
    • синтез протоплазмы (цитоплазмы плюс нуклеоплазмы).

    Термин «Ассимиляция» произошел от латинского слова «assimulo», что буквально означает «создать подобное», то есть клетки с помощью различных веществ образуют живую ткань.

    Анаболические реакции используют энергию для создания более сложных молекул (углеводов, липидов, белков, нуклеиновых кислот) из относительно простого сырья. Анаболические стероиды способствуют наращиванию мышечной массы , играют центральную роль в процессе фотосинтеза, производства белка и репликации ДНК.

    Примеры взаимообменных механизмов:

    1. Окислительные реакции, возникающие после оплодотворения яиц морского ежа, возрастают в 5 раз.
    2. Аналогично протекают диссимиляционные процессы в организме при делении клеток метастаз.
    3. При перемещении определенные химические группы (например, аминная — фосфорная кислота) сливаются с другими соединениями.
    4. В период роста наблюдается повышенная активизация обоих процессов с некоторым преобладанием ассимиляции.

    Диссимиляция (энергетический обмен) — многостадийный сложный процесс, в котором макромолекулярные органические вещества превращаются в простые (органические и неорганические). Организмы этого типа могут делиться на анаэробные и аэробные.

    Синтез АТФ проходит в митохондриях и является универсальным. Процессы диссимиляции происходят благодаря органическим веществам (аэробному дыханию) и свободному кислороду с накоплением энергетических молекул АТФ. Выделяется во внешнюю среду углекислота и избыток воды.

    В анаэробных организмах, пребывающих в бескислородной среде, последняя стадия диссимиляции по химическому составу немного отличается, но также запасается молекулами АТФ.

    Процесс можно рассмотреть в разрезе трех фаз:

    1. Подготовительная. Вещества с повышенным молекулярным весом с помощью ферментов распадаются на простые: белок в аминокислоту, крахмал превращается в глюкозу, жиры в глицерин и кислоты. Выделяется тепловая энергия.
    2. Бескислородная. Полученные вещества подвергаются дальнейшему распаду с высвобождением энергии, которая будет храниться в молекулах АТФ и принимать участие в процессе ассимиляции, передачи возбуждения и т. д.
    3. Кислородная. Стадия расщепления органических веществ кислородом до получения углекислоты и воды. Высвобождается максимальное количество энергии. Существенная ее часть сохраняется в виде АТФ-молекулы. Итак, пара молекул молочной кислоты в процессе окисления передают часть энергии 36 молекулам АТФ. Легко заметить, что эта стадия больше всего обеспечивает клетки энергоресурсами.

    Хороший пример — цикл лимонной кислоты, который сворачивает окисление углеродного скелета всех веществ (катаболический путь), но его промежуточные продукты служат субстратами для анаболических путей и используется в синтезе жиросодержащих кислот.

    Важные катаболические реакции, происходящие в организме:

    1. Гликолиз. Лизис (расщепление) глюкозы до пировиноградной кислоты в аэробных условиях и до молочной кислоты в анаэробных условиях. Энергия сохраняется в виде АТФ.
    2. Гликогенолиз. Распад гликогена (полисахарида) на глюкозу. Ключевой фермент катализирующего процесса является мышечная гликогенфосфорилаза.
    3. Липолиз. Внутриклеточный синтез триглицеридов (деление свободных клеток жиров) . Находится под жестким гормональным контролем.
    4. Цикл Кори. Регулирует уровень сахара в крови и выводит молочную кислоту из мышц.
    5. Бета-окисление. Расщепление жирных структур в тканях.
    6. Разложение кетоновых тел, белков или аминокислот вплоть до мочевины и углекислоты.

    Ассимиляция и диссимиляция находятся в неразрывной связи.

    Реакция распада ускоряется в двух противоположных процессах благодаря:

    • росту организма;
    • размножению клеток;
    • интенсивному образованию живой протоплазмы;
    • синтезу белков.

    Поэтому существенно повышается расход энергии.

    Участие органов в обмене

    Клетки многих органов играют уникальную роль в промежуточном обмене. Они участвуют в системе гомеостаза (саморегуляции), синтезе различных молекул, в регуляции баланса накопления и высвобождения энергии.

    Основные органы-участники обменных механизмов:

    1. Печень (клетки гепатоциты). Принимает участие в обмене всех питательных веществ, включая синтез холестерина и мочевины, в гликемической регуляции и синтезе всех плазматических белков.
    2. Почки. Являются вторым по важности участком глюконеогенеза (главным образом во время голодания). Его основным субстратом является углеродный скелет аминокислот (особенно глютамин). Аммиак, продукт этих реакций, выделяется непосредственно в мочу, где он действует как буфер.
    3. Скелетные мышцы. Участвуют в обменных реакциях аминокислот, после чего высвобождаются в относительно больших количествах в кровоток.
    4. Жировая ткань. После еды, когда инсулин оказывает преобладающее действие, служит местом хранения липидов, полученных из пищи, а также синтезированных в печени. В периоды голодания (благодаря действию глюкагона) происходит липолиз — расщепление липидов до глицерина и кислот.
    5. Головной мозг. Глюкоза является основным энергетическим субстратом. Ежедневная норма потребления составляет приблизительно 120 г, но во время голода (через 3 недели без достаточного запаса энергии) орган может покрывать до 50 % своей потребности в энергии от окисления кетоновых тел.

    метаболические процессы

    Общая схема метаболизма

    Чтобы понять сложную систему метаболизма, нужно рассмотреть схему обмена веществ. На диаграмме беспорядочные линии похожи на карту метро или причудливой печатной платы. Фактически, это основные метаболические пути в эукариотических клетках, составляющих организм человека. Каждая линия — это реакция, а кружок — реагент или продукт.

    В метаболической паутине некоторые реакции, сопровождающиеся выделением энергии, могут происходить самопроизвольно. Как человеку постоянно требуется еда, так и клетки нуждаются в притоке энергии, чтобы продолжать свои процессы. Получается, пища — средство для получения энергии, которая используется клетками.

    Чтобы понять суть метаболизма, остановимся на двух обменных процессах, которые имеют решающее значение для жизни на Земле: создание и разрушение сахаров.

    метаболизм веществ (главный ключ)

    Пример пути высвобождения энергии в процессе разрушения молекулы сахара (например, из конфеты, которая была съедена на десерт):

    1. Большинство клеток организма получают энергию из глюкозы в момент клеточного дыхания, когда молекула расщепляется постепенно.
    2. Дробление глюкозы высвобождает энергию, которая захватывается клеткой в ​​виде аденозинтрифосфата (АТФ). Представляет собой небольшую молекулу, которая служит удобным способом для кратковременного накопления клеточной энергии.
    3. АТФ может участвовать в других клеточных реакциях в качестве источника энергии. Люди используют деньги как удобное средство для получения желаемого (не сравнить с постоянным бартером), а клетка использует аденозинтрифосфат, чтобы иметь стандартизированный способ передачи энергии. По этой причине АТФ еще называют «энергетической валютой» клетки.

    Наращивание кристаллической массы глюкозы: фотосинтез

    В качестве примера метаболического пути, требующего энергии, можно привести фотосинтез, в результате которого глюкоза накапливает энергию. Растения с помощью солнечного света преобразовывают углекислый газ в молекулы сахара.

    Фотосинтез представляет собой:

    • обратную реакцию клеточного дыхания;
    • энергию, которая необходима растениям и человеку для подпитки клеточных процессов, то есть некоторые сахара будут использоваться самим растением или служить источником пищи для животных, которые им питаются;
    • процесс, в котором глюкоза будет расщепляться через клеточное дыхание, генерируя АТФ, чтобы нормализовать работу клеток.

    Поддержка нормальной жизнедеятельности в теле называется гомеостазом. Количество энергии, которое организм сжигает в любой момент времени, измеряется в килоджоулях (кДж) и зависит от скорости метаболизма.

    Известны два метаболических состояния: абсорбирующее (сытое, процесс переваривания пищи и поглощения питательных веществ ) и постабсорбционное (после поглощения пищи, кратковременный пост, во время которого организм должен изначально полагаться на хранящийся гликоген).

    Состояние «всасывания» продолжается около 4 часов.

    Во время абсорбирующего состояния:

    • организм человека поглощает питательные вещества, которые попали вместе с пищей;
    • использует некоторые из них для удовлетворения своих потребностей;
    • преобразует избыточные питательные вещества в энергию, которая сохраняется.

    Поглощающее состояние, которое регулирует гормон инсулин, способствующее клеточному поглощению аминокислот, синтезу жира и гликогена. Уровень сахара в крови человека падает из-за быстрого усвоения глюкозы клетками.

    Свойства постабсорбционного состояния:

    • обычно появляется в поздние утренние, дневные и ночные часы;
    • человек не употребляет пищу в течение 4 часов;
    • после всасывания органы пищеварения опустошаются;
    • обменные механизмы работают за счет энергетических запасов.

    как ускорить метаболизм для похудения

    Этапы

    Бесчисленные клеточные реакции отвечают за действия живых организмов. Все вместе они образуют обмен веществ. Химические соединения-участники называются метаболитами. В экзогенной реакции энергия высвобождается в окружающую среду (созданные соединения сильнее, чем разрушенные). В эндергонической — энергия впитывается (образующиеся связи слабее, чем раздробленные).

    Встречаться термины экзотермические и эндотермические реакции. В первом варианте температура окружающей среды увеличивается, во втором — снижается.

    В клетке могут протекать три типа метаболических форм: «ликвидация» (катаболизм), энергетические метаморфозы (видоизменения) и «наращивание» (анаболизм).

    Катаболизм

    Термин «катаболизм» происходит от греческого слова «ката», что означает движение «вниз».

    Процесс разложения сложных органических молекул включает:

    • распад крупных структур на более простые;
    • выделение тепла и восстановление запасов благодаря полимерам;
    • выработка энергии для обеспечения топливом процесс анаболизма (прогревает тело и заставляет его двигаться);
    • остатки выводятся из организма через кожные покровы, системы выделения, легкие и кишечник.

    Клетки позиционируют себя как весьма опытные переработчики. Они разбирают большие молекулы на простые энергоблоки для строительства новых компонентов.

    Примеры катаболического механизма:

    • всасывание белка с расщеплением на аминокислоту, которую организм может поглощать и использовать для взаимообмена, сохранив гликоген в печени для получения энергии (процесс известен как «окислительная реакция»);
    • разложение перекиси водорода на воду и кислород;
    • трансформация глюкозы в процессе дыхания в диоксид углерода и воду.

    Катаболизм. Общая схема цикла Кребса - online presentation

    Энергетические превращения

    Клетки должны сбалансировать свои катаболические и анаболические пути, чтобы контролировать уровень критических метаболитов — тех молекул, которые образуются в результате ферментативной активности — и обеспечивать достаточное количество энергии.

    Например, если запасы глюкозы уменьшаются (в случае голодания), клетки будут синтезировать глюкозу из других соединений или отправят жирные кислоты в цикл лимонной кислоты с образованием АТФ. И наоборот, избыток глюкозы превращается в средства хранения, такие как гликоген, крахмалы и липиды. Потребности в энергии обычно отражают калории, отражающие объем тепла, необходимый для увеличения температуры 1 кг воды на 1 °С.

    Источники и процессы производства энергии:

    1. Три вида молекул — концентрированные ресурсы, поступившие из пищевых продуктов в виде жиров, углеводов и белков. Они снабжают организм удвоенным запасом энергии. Как только кладезь углеводов и жиров истощатся, начинается процесс расщепления белков для выработки энергии.
    2. Аденозинтрифосфата (молекула-нуклеотид, энергоресурс) получает химическую энергию, чтобы синтезировать топливо из молекул.
    3. Аэробный обмен. В присутствии кислорода происходят реакции, приводящие к принятию кислорода электронами (маленькими отрицательно заряженными частицами), что приводит к высвобождению энергии и выработке АТФ.
    4. Углеводный обмен. Углеводы расщепляются в кишечнике с превращением в более простые сахара, которые могут всасываться. Глюкоза является основным производимым агентом, попадая в клетки сразу же расщепляется для производства энергии или превращается в гликоген (накопительная форма глюкозы, хранится в печени и в мышцах).
    5. Липидный обмен. Эффективен с точки зрения производства АТФ. Не применяются для производства больших количеств в течение короткого времени (жиры плохо растворимы в воде), а используются, когда поставки углеводов ограничены.
    6. Белковый обмен. Компоненты белков, аминокислоты, необходимы для синтеза. Если источники энергии ограничены, аминокислоты могут быть использованы для выработки белков (когда запас углеводов и жиров истощен).
    7. Масштабный биосинтез (анаболизм и катаболизм) должен происходить одновременно (последний процесс обеспечивает энергией другого участника).

    Телу энергия необходима для выполнения различных функций и механической работы с изменением местоположения отдельных частей или самой клетки, например, при движении мышц. Кроме того, существует молекулярные комплексы, такие как транспорт и синтез биомолекул.

    Выделение энергии наблюдается в результате:

    • окислительного фосфорилирования (белок использует энергию, полученную при транспортировке электронов на кислород);
    • реакции окисления неорганических веществ;
    • фотосинтезирующего процесса.

    Впитывание солнечной энергии напоминает реакцию окислительного фосфорилирования, так как энергия сберегается в виде запасов, а стремительный поток протонов подталкивает к синтезу АТФ.

    Процесс синтезирования детально описывается так:

    1. В митохондриях АТФ синтезируется частично в цитоплазме. Жироподобные вещества расщепляются на жирные кислоты, белок — на аминокислоту и углеводы — на глюкозу.
    2. Окислительно-восстановительные процессы, при которых митохондрии подвергают разложению жиры и аминокислоты в продукт расщепления глюкозы в цитоплазме (пируват).
    3. Окончательное дробление образует несколько коэнзимов — носителей восстановившихся электронов (NADH и FADH2). Промежуточные звенья входят в цикл лимонной кислоты.
    4. Восстановленные электронные носители окисляются самостоятельно через цепь транспорта электронов с одновременным поглощением кислорода и синтезом АТФ. Этот процесс называется окислительным фосфорилированием.
    5. Каждая молекула жирной кислоты выделяет свыше 100 молекул АТФ, а каждая аминокислота — приблизительно сорок молекул.
    6. Пара молекул АТФ синтезируются в цитоплазме благодаря превращению молекул глюкозы в пируват.

    Обмен веществ и энергии. Полные уроки — Гипермаркет знаний

    Анаболизм

    Термин «анаболизм» происходит от греческого слова «ана», что означает «вверх». Синтез новых макромолекул происходит по анаболическим путям, которые требуют ввода энергии. Анаболические реакции расходуют энергию, небольшие молекулярные структуры воссоединяются для получения более крупных и сложных молекул углевода, жира и белка.

    Анаболизм (конструктивный метаболизм) включает все средства для строительства и сохранения молекулярных связей:

    • поддерживает рост новейших клеток;
    • участвует в построении тканей организма;
    • копит энергию для использования в перспективе.

    Примером конструктивного обмена является «монтаж» аминокислот в более крупные белковые соединения. Происходит последующий синтез жира и гликогена для применения в качестве энергии. Синтетический процесс получил название «реакция восстановления/конденсации».

    Примеры происходящих в клетках анаболических реакций:

    • аминокислоты соединяются вместе с образованием дипептидов и больших молекул белка;
    • маленькие молекулы сахара соединяются вместе, в результате появляются дисахариды и внушительных размеров полисахариды;
    • глицерин вступает в реакцию с жирными кислотами и образует липиды;
    • при фотосинтезе углекислый газ и вода используются для производства глюкозы и кислорода.

    Управление реакциями с ферментами является важной частью клеточного содержания. Активность сложных белковых молекул позволяет клетке отвечать на изменяющиеся требования окружающей среды и корректировать свои метаболические пути, необходимые для сохранения жизнеспособности.

    Метаболизм или обмен веществ и энергии - online presentation

    Эволюционные процессы

    Метаболический путь состоит из продолжительных, многоступенчатых молекулярных реакций, таких как гексокиназная и цикл лимонной кислоты. Эволюционные процессы происходят в организме всех живых существ, а также в простейших клетках-прокариотах, в которых запускаются обменные реакции при участии аминокислот, нуклеотидов, углеводов и липидов.

    Вековое сохранение этого древнейшего пути может быть результатом того, что процессы взаимообмена являются оптимальным решением их узкоспецифических проблем. Например, процесс окисления глюкозы при гликолизе и цикл лимонной кислоты производят свои конечные продукты с минимальным количеством стадий. Подобная экономия через определенное время привела к эволюции реакций.

    Основные гипотезы, дающие объяснение понятия «метаболический путь»:

    1. Схема Горовица (1945 год) или «гипотеза ретроэволюции путей». Предполагает, что биосинтетические ферменты были получены путем дупликации генов, которая происходила в обратном порядке, обнаруженном в современных путях.
    2. Гипотеза Дженсена («рекрутирования ферментов»). О постепенном добавлении новых белков к ранним и наиболее коротким путям, а также выбор ранее опознанных ферментов для дальнейшей сборки в новый путь реакции. Путем геномных экспериментов было доказано, что органические вещества белковой структуры имеют общее происхождение, многие из них поэтапно эволюционировали. Новые функции были добавлены из рабочих моделей.
    3. Цикл Кребса — серия реакций клеточного дыхания, представляющих замкнутый круг, в ходе которой образуются две молекулы диоксида углерода (ГТФ/АТФ) и восстановленные формы NADH и FADH2. После 8 реакций цикла образуется цитрат или протонированная форма — лимонная кислота.
    4. Альтернативная гипотеза следила за несколькими действующими процессами в структуре белков и объясняла быстрый рост различных ферментов в эволюции ферментативной мозаики.
    5. Полуэнзимная теория, так называемое полуферментативное предложение.
    6. Тандем двух разных схем (Горовица и Дженсена). В результате получен путь биосинтеза гистидина, присутствующий в бактериях, археях, низших эукариотах и ​​растениях. Гистидин получает углерод и азот из АТФ, рибозы и глютамина. Химические свойства группы имидазола позволяют гистидину участвовать в кислотно-щелочном катализе и координации ионов металлов.
    7. Модель дублирования путей, в которой составные части метаболизма представлены в виде «модулей», чтобы повторно использовать их в других путях, а также для выполнения аналогичных функций в различных молекулах.

    Невостребованные функции и части путей, которые не считаются важными для выживания, теряются в процессе эволюции.

    Коферменты и обмен веществ в РНК-мире - online presentation

    Биологическое значение

    Живые объекты природы испытывают необходимость в энергии, чтобы развиваться и репродуцировать (воспроизводить потомство), оказывать поддержку структурам и проявлять реакции на воздействующие факторы. Ученые используют термин биоэнергетика, чтобы обсуждать концепцию движения энергии через живые структурные единицы (клетки).

    Клеточные процессы (образование/разрушение сложных молекул) происходят благодаря поэтапным химическим реакциям. Иногда такой процесс (клеточный метаболизм) бывает спонтанным и выделяет энергию, дробя сложные углеводы на обычные сахара, или создает из небольших аминокислотных молекул длинную цепь мышечного белка.

    Другие молекулы потребляют запасы, чтобы снабдить химической энергией системы организма (мышечные ткани, нервы, сердце, легкие, мозг). Молекулы-сигналы (гормоны, нейротрансмиттеры) синтезируются и распределяются по всему организму.

    Энергетические реакции поддерживают биохимические процессы и позволяют:

    • трансформировать молекулярную энергию в материю, участвующую в клеточных процессах;
    • использовать энергоресурс в синтезе и разрушении молекул;
    • перерабатывать добычу, которую съели животные, для восполнения запасов энергии и оказания помощи в расщеплении углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот;
    • растительным организмам преобразовывать солнечную энергию в химическую;
    • человеку выполнять тяжелую работу и легче переносить физические нагрузки (также при информационном стрессе или в период ночного сна);
    • молекулам экспортировать и выводить вредные бациллы, токсины и отходы.

    Энергетические механизмы фотоавтотрофов могут стать возобновляемыми источниками энергии для человечества. Фотоавтотрофы — это организмы, вырабатывающие свою собственную энергию с помощью света и углекислого газа в процессе фотосинтеза. Зеленые растения и фотосинтезирующие бактерии являются примерами такого типа.

    метаболические процессы

    Болезни обмена веществ

    Врачи уже давно признали важность устранения метаболического дисбаланса и признали его основной причиной заболеваний.

    Обменные связи в организме замечены в таких физико-химических процессах, изменяющих или использующих энергию:

    • дыхании;
    • циркуляции кровеносного русла;
    • температурном режиме;
    • мышечных спазмах;
    • пищеварении (переваривании пищи и питательных веществ);
    • выделении экскрементов;
    • мозговой деятельности и нервах.

    Метаболический обмен стабильно работает, но иногда может вызывать нарушения обменных реакций в организме. В широком смысле их считают заболеваниями, спровоцированными отклонением константы равновесия биохимической связи в клетках организма.

    Многие патологии у пациентов связаны с:

    • недостатком каких-либо ферментов;
    • избытком/дефицитом гормонов;
    • дисфункцией этих веществ в молекулярном механизме.

    По прошествии времени могут накапливаться токсичные вещества в организме или проявляться серьезные симптомы, связанные с недостатком веществ.

    Метаболические заболевания и состояния, порождаемые дисбалансом веществ:

    1. Гипертиреоз. Вызван гиперактивной щитовидной железой путем высвобождения слишком большого количества гормона тироксина, поэтому наблюдается высокий показатель базального метаболизма (ПБМ) у человека. Проявляется такой симптоматикой: снижением массы тела, учащенным сердцебиением, артериальным давлением, выпуклостью глаз, отеком шеи от увеличенной щитовидной железы (зоб). Заболевание можно контролировать с помощью лекарств, хирургического вмешательства или лучевой терапии.
    2. Гипотиреоз. Вызывается вялотекущей реакцией щитовидной железы или ее пассивностью с выделением слишком малого количества тироксина (у человека низкий ПБМ). Без лечения гипотиреоз может привести к мозговым нарушениям и проблемам роста у младенцев и детей. Болезнь снижает активность процессов, появляется усталость, замедляется сердечный ритм, увеличивается вес и преобладают запоры. Подростки, у которых диагностирован гипотиреоз, могут лечиться, перорально принимая гормон щитовидной железы.
    3. Синдром Штейна-Левенталя (известен как поликистоз яичников).
    4. Болезнь Иценко-Кушинга. Избыток выработки гормона кортизона, регулирующий работу надпочечников.
    5. Галактоземия. Врожденная патология обмена веществ — организм детей с дефицитом фермента галактозы не способен расщеплять сахар, содержащийся в молоке.
    6. Фенилкетонурия. Метаболическая болезнь, переданная по наследству, с дефектом фермента для расщепления аминокислоты фенилаланин, которая нужна для оптимального роста и продуцирования белка.
    7. Сахарный диабет 1 типа. Приобретенные нарушения обменных процессов, когда поджелудочная железа выделяет инсулин в меньших количествах или вовсе не выделят. Проявляется такими симптомами: чрезмерной жаждой, мочеиспусканием, чувством голода и похудением. Несвоевременно диагностированная болезнь может вызывать спазмы из-за повреждений нервов, слепоту, заболевания сердечно-сосудистой системы и почек. Инсулинозависимые подростки-диабетики должны следить за сахаром в крови, чтобы снизить риск развития патологий.
    8. Диабет 2 типа. Известен под другими названиями — метаболический синдром X, синдром инсулинорезистентности, синдром Ривена. Не корректировался диетой или лекарствами с раннего возраста. Возникает, когда организм не может нормально реагировать на инсулин. Синдромы похожи на симптоматику при диабете первого типа. Особенности: избыточный вес, гипергликемия, гипертония, снижение холестерина ЛПВП, зашкаливание уровня триглицеридов и мочевой кислоты. Лечение и профилактика: лекарственная терапия, контроль за уровнем сахара в крови, ограничение калорий, физическая активность.

    Тяжелые острые заболевания, такие как хроническая обструктивная болезнь легких, опухоли, иммунодефицитные состояния, деструктивные болезни печени, хронические сердечная недостаточность, характеризуются гиперметаболизмом.

    основные этапы

    Как ускорить метаболизм без препаратов

    Базовый метаболический коэффициент (БМК) человека — это расчет минимального количества калорий, которые нужны для поддержания нормального уровня физической активности. БМК человека отвечает за сжигание до 70 % калорий от общего количества.

    Цифра, отвечающая за калорийность, варьируется в зависимости от многих факторов:

    • перекачивания крови;
    • дыхания;
    • поддержки нормальной температуры тела.

    Как улучшить пищеварение «знает» БМК человека — величина, служащая для подсчета калорий и способная нормализовать вес: поддержать стройность, ускорить похудение или нарастить мышечную массу. Зависит от комбинации различных экологических и генетических факторов.

    БМК зависит от:

    1. Возраста. Коэффициент метаболизма с возрастом снижается. Через 20 лет индекс будет ниже на пару процентов каждые десять лет.
    2. Наличия жиров. Обладатели минимального количества жира могут похвалиться высоким индексом метаболизма.
    3. Площади поверхности тела. Чем больше площадь тела человека, тем выше показатели индекса, то есть у высоких и худых людей наблюдаются более высокие значения.
    4. Температуры тела. При повышении на 0,5 °С индекс увеличится примерно на 7 %. Химические реакции в организме человека при более высоких температурах происходят значительно быстрее (при лихорадке замечено ускорение БМК).
    5. Диеты. Резкое сокращение калорий или голодание помогут понизить до 30 % БМК. Низкокалорийное меню снижает индекс на 20 %.
    6. Физических нагрузок. БМК людей повышается благодаря увеличению мышечной ткани, что дает возможность похудеть в процессе сжигания калорий.
    7. Внешней температуры. Низкие температуры, как и длительное тепловое воздействие, могут повышать БМК человека, хотя кратковременное воздействие почти не оказывает влияние на метаболическую работу.
    8. Пола. Мужчины с внушительным объемом мышц имеют меньший процент жира в организме, чем женщины.
    9. Генетической предрасположенности. Люди рождаются с замедленным или ускоренным метаболизмом.
    10. Гормона тироксина. Это регулятор БМК, вырабатывается щитовидкой и способен ускорить окислительно-восстановительные процессы в организме. Увеличение количества тироксина способствует повышению энергетического индекса. Если железа вырабатывает слишком много тироксина, взаимообменные процессы могут удвоиться. Слишком малая его выработка называется «микседема» и может способствовать снижению БМК человека (до 30-40 % ниже нормальных показателей). Адреналин повышает метаболизм, но в меньшей степени.
    11. Веса. Чем больше у человека масса тела, тем выше его базовый коэффициент метаболизма.

    Существует множество элементов, которые отрицательно влияют на метаболическую деятельность человека.

    Процесс приостанавливается с уменьшением мышечной массы из-за пренебрежения занятиями спортом, а также предрасположенности организма к каннибальному поглощению собственной ткани, так как для поддержки необходимого питания не хватает энергии.

    схема обмена веществ

    Как ускорить метаболизм в домашних условиях для похудения знают те, кто не является сторонником новомодных диет и мифов о быстром расставании с весом, и, обладая силой воли, активно занимается спортом, придерживаясь здорового образа жизни.

    Способы ускорения процесса метаболизма:

    1. Поддерживайте средний вес тела, характерный для взрослого человека. Физическая активность играет большую роль. Полезно заниматься не реже двух раз в неделю и контролировать свой вес. Делая легкие упражнения между тренировками, выгуливая собаку и используя лестницу вместо лифта, только это поможет расстаться с лишними калориями.
    2. Добавьте упражнения. Занятия должны быть направлены на укрепление сосудистой системы, используйте кардионагрузки, кроссовый бег и современные методики тренировок.
    3. Не игнорируйте завтрак. Удивительно, но те, кто завтракает вовремя, имеют значительно меньший вес по сравнению с людьми, игнорирующими утреннюю трапезу. Метаболизм естественным путем замедлится, если утренний прием пищи отложится на середину дня.
    4. Не ешьте рафинированный сахар. Он добавит запасы «плохого» жира. Употребляйте полезную пищу, которая поможет держать в норме показатели сахара.
    5. Включайте в меню острую еду. Ароматная кухня со стручковым перцем активизирует механизм регуляции жира.
    6. Спите больше. Люди, которые не высыпаются, рискуют набрать лишний вес. Более того, мышечные ткани обновляются в последние несколько часов отдыха.
    7. Пейте много воды. Жидкость избавит от токсинов, появляющихся всякий раз, когда организм сжигает калории. Дефицит воды замедлит работу многих систем организма и, как следствие, приведет к ненужному стрессу.
    8. Уменьшите количество потребляемой еды. Планируйте и не пропускайте приемы пищи. Желательно делать 4-6 малых приемов с 2-3 часовым перерывом. Исключение приемов пищи — ошибочная тактика, замедляющая окислительные процессы в организме.
    9. Боритесь со стрессом. Физико-эмоциональные выбросы стероида, называемого гормоном кортизолом, снижают реакцию обмена и усиливают аппетит.
    10. Пейте больше зеленого чая. Может быть хорошей альтернативой кофе, стимулируя окислительные процессы, и, в отличие от напитка, чай не окажет нежелательных побочных эффектов при употреблении больших порций.
    11. Ешьте больше энергетических продуктов — фруктов, овощей, бобов и цельных зерен.

    Сбалансированный рацион, правильный режим питания и занятия спортом — это не мимолетная фантазия, а стремление к правильному образу жизни, укрепление и забота о здоровье.

    как ускорить метаболизм для похудения

    Тест-закрепление

    Распад глюкозы на диоксид углерода и воду является примером:

    1. Анаболизма.
    2. Конденсации.
    3. Катаболической реакции.
    4. Этерификации.

    Ответ: 1

    Назовите факторы, влияющие на метаболический процесс:

    1. Возраст, генетика, пол.
    2. Температура тела, вес, железы.
    3. Площадь поверхности тела, содержание жира, физкультура и диета.
    4. Все вышеперечисленное — правильно.

    Ответ: 4

    Катализаторы:

    1. Используются в реакциях.
    2. Могут замедлить химические реакции.
    3. Обеспечивают альтернативный путь реакции.
    4. Ускоряют энергию активации.

    Ответ: 4

    Что из перечисленного не относится к заболеваниям обмена веществ:

    1. Гипотиреоз.
    2. Пищеварительный лейкоцитоз.
    3. Сахарный диабет.
    4. Фенилкетонурия.

    Ответ: 2

    Энергия при эндергонической реакции:

    1. Поглощается из окружающей среды.
    2. Высвобождается во внешнюю среду обитания.
    3. Образует узы, которые сильнее разрушаемых.
    4. Полученные связи имеют ту же прочность, что и при разрывных узах.

    Ответ: 1

    Что происходит с энергией при экзергонической реакции:

    1. Поглощается из внешней среды.
    2. Высвобождается в окружающую среду.
    3. Образует узы сильнее разрушаемых.
    4. Полученные связи имеют ту же прочность, что и при разрывных функциях.

    Ответ: 2

    Примеры анаболических реакций включают в себя:

    1. Расщепление углеводов.
    2. Реакции гидролиза.
    3. Стимулирование синтеза белка.
    4. Расщепление липидов.

    Ответ: 3, 4

    Наш друг и враг метаболизм: просто о сложном: aleks070565

    Видео

    Посмотрите видеоролик о том, что такое здоровый метаболизм и какие виды расстройств возможны вследствие его нарушения.

    В этом видео показаны способы ускорения метаболических реакций.

    Отзывы и комментарии