Метаболизм — обмен веществ и энергии в клетке кратко, процессы (Таблица, схема)

4.3

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 1495.

4.3

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 1495.

В биологии метаболизм – это совокупность тесно взаимосвязанных процессов, обеспечивающих связь живых организмов с окружающей средой. Цель метаболизма – создание сложных веществ и снабжение организма энергией.

Что это такое?

Метаболизм
– это процессы, проходящие в любом живом организме для поддержания его жизни. Метаболизм позволяет телу расти, размножаться, заживлять повреждения и реагировать на окружающую среду. Для этого действительно необходим
постоянный обмен веществ
. Разделить процессы можно на два потока. Один разрушительный – катаболизм, другой созидательный – анаболизм.

Как похудеть с помощью спорта?

Основные правила тренировок, режим питания и полезные ссылки в специальном материале для тех, кто хочет похудеть.

Зачем изучать метаболизм

Существуют две основные причины для изучения метаболического пути:

1. для количественного описания химических изменений, катализируемых компонентными ферментами пути;
2. описать различные внутриклеточный контроль, который определяет скорость, с которой функционирует этот путь.

Исследования с целыми организмами или органами могут предоставить информацию о том, что одно вещество превращается в другое и что этот процесс локализован в определенной ткани. Например, эксперименты могут показать, что мочевина, главный азотсодержащий конечный продукт белкового обмена у млекопитающих, образуется исключительно в печени. Однако они не могут раскрыть детали вовлеченных ферментативных стадий. Ключи к идентичности вовлеченных продуктов и к возможным химическим изменениям, вызванным компонентными ферментами, могут быть предоставлены любым из четырех способов, включающих исследования целых организмов или тканей.

Во-первых, в условиях стресса или дисбалансов, связанных с заболеваниями, определенные метаболиты могут накапливаться в большей степени, чем обычно. Таким образом, во время стресса интенсивных упражнений, молочная кислота появляется в крови, а гликоген, форма, в которой углеводы накапливаются в мышцах, исчезает. Такие наблюдения, однако, не доказывают, что молочная кислота является нормальным промежуточным звеном катаболизма гликогена; скорее они показывают только то, что соединения, способные давать молочную кислоту, могут быть нормальными промежуточными продуктами. Действительно, в этом примере молочная кислота образуется в ответ на ненормальные обстоятельства и не образуется напрямую в путях углеводного катаболизма.

Во-вторых, введение метаболических ядов может привести к накоплению специфических метаболитов. Например, если фторуксусная кислота проглатывается животными, лимонная кислота накапливается в печени. Это правильно указывает на то, что фторуксусная кислота, вводимая как таковая или образующаяся из фторуксусной кислоты через цикл трикарбоновых кислот (ЦТК), ингибирует фермент окисления цитратов.

В-третьих, за судьбой любого питательного вещества — действительно, часто судьбой конкретной химической группы или атома в питательном веществе — можно относительно легко следить за введением питательного вещества, помеченного изотоп. Изотопы — это формы элемента, которые химически неотличимы друг от друга, но отличаются по физическим свойствам.

Использование нерадиоактивного изотопа азота в 1930-е годы впервые показали динамическое состояние организма составляющих. Ранее считалось, что белки ткани стабильны после формирования, исчезают только с смертью в клетке. При кормлении крыс аминокислотами, меченными изотопным азотом, было обнаружено, что изотоп был включен во многие аминокислоты, содержащиеся в белках печени и кишечника, даже если общее содержание белка в этих тканях не изменилось. Это говорит о том, что белки этих тканей существуют в динамическом устойчивом состоянии, в котором относительно высокие скорости синтеза уравновешены равными скоростями деградации. Таким образом, хотя средняя печеночная клетка имеет продолжительность жизни в несколько месяцев, половина ее белков синтезируется и разлагается каждые пять-шесть дней. С другой стороны, белки мышц или мозга, ткани, которым (в отличие от кишечника или печени) не нужно приспосабливаться к изменениям в химическом составе их среды, не обновляются так быстро.

Наконец, генетически измененные организмы (мутанты) не способны синтезировать определенные ферменты в активной форме. Такие дефекты, если не летальные, приводят к накоплению и выведению субстрата дефектного фермента; в нормальных организмах субстрат не будет накапливаться, потому что на него будет воздействовать фермент. Значение этого наблюдения впервые было осознано в начале 20-го века, когда фраза «врожденные ошибки метаболизма» использовалась для описания наследственных состояний, при которых различные аминокислоты и другие метаболиты выделяются с мочой. У микроорганизмов, у которых относительно легко вызвать генетические мутациии для выбора конкретных мутаций этот метод был очень полезен. В дополнение к их полезности в разгадке метаболических путей, использование мутантов в начале 1940 — х годов привели к постулировании гипотезы один ген-один фермент (лауреатов Нобелевской премии победителей Джорджа Бидла и Эдварда Л. Татума); их открытия открыли область биохимической генетики и впервые выявили природу тонкого контроля метаболизма.

Поскольку детальная информация о механизмах компонентов ферментативных стадий в любом метаболическом пути не может быть получена из исследований с целыми организмами или тканями, были разработаны различные методы для изучения этих процессов — например, нарезанные ткани и гомогенаты и бесклеточные экстракты, которые производится путем физического разрушения клеток и удаления клеточных стенок и другого мусора. Техника нарезанных тканей была успешно использована лауреатом Нобелевской премии Хансом Кребсом в своих исследованиях начала 1930-х годов о механизме образования мочевины в печени. Были проведены измерения стимулирующего воздействия небольших количеств аминокислот как на скорость поглощения кислорода, так и на количество поглощенного кислорода; аминокислоты добавляли в ломтики печени, купавшиеся в питательной среде. Такие измерения выявили циклический характер процесса; специфические аминокислоты действовали как катализаторы , стимулируя дыхание до степени, превышающей ожидаемую от добавленных количеств. Это произошло потому, что добавленный материал был повторно сформирован в ходе цикла.

Следует подчеркнуть, что биохимики понимают, что исследования изолированных и высокоочищенных систем, таких как кратко описанные выше, могут не более чем приблизиться к биологической реальности. Идентификация точного и грубого контроля метаболического пути и (при необходимости) других влияний на этот путь, в конечном счете, должна включать изучение пути во всей клетке или организме. Хотя некоторые методы оказались адекватными для сопоставления результатов в пробирке с ситуацией в живых организмах, изучение более сложных метаболических процессов, таких как те, которые участвуют в дифференцировке и развитии, может потребовать разработки новых экспериментальных подходов.

Разборка на молекулярном уровне…

Любое питательное вещество, попадающее в организм, не может сразу пойти на его нужды. Например, белки
из орехов, молока и человеческих мышц – совершенно разные, и друг друга заменить не могут. Однако они состоят из одних и тех же «кирпичиков» —
аминокислот
. Хотя в каждом из белков их разный набор и соотношение. Чтобы получить стройматериал для, например, бицепса, специальные ферменты разбирают содержащийся в молоке или котлете
белок на отдельные аминокислоты
, которые уже и идут в дело. Параллельно высвобождается энергия, измеряемая в калориях. Процесс разбора и есть
катаболизм
. Другой пример катаболизма – расщепление обычного сахара-рафинада на фруктозу и глюкозу.

Автотрофы

Автотрофы (от греч. аутос – сам и трофе – пища, питание) – это организмы, способные синтезировать органические соединения из неорганических с использованием определенного вида энергии. Различают фототрофы и хемотрофы.

Фототрофы

Фототрофы (от греч. фотос – свет) – организмы, которые для процессов синтеза органических соединений из неорганических используют энергию света. К ним принадлежат некоторые прокариоты (фотосинтезирующие серобактерии и цианобактерии) и зеленые растения.

Хемотрофы

Хемотрофы (от греч. хемиа – химия) для синтеза органических соединений из неорганических используют энергию химических реакций. К ним относятся некоторые прокариоты (железобактерии, серобактерии, азотфиксирующие и т. п.). Автотрофные процессы относятся больше к процессам ассимиляции.

… и сборочный цех

Организму недостаточно разобрать белки из съеденного на аминокислоты. Из них необходимо собрать новые белки
для той же мышцы бицепса.

Мифы и правда о похудении

Можно ли сбросить несколько кило за одну тренировку, полезны ли миостимуляторы, и другие истории для ленивых.

Постройка сложных молекул из более мелких компонентов требует энергозатрат. На нее идут те самые калории, которые организм получил при «разборке». Этот процесс называется
анаболизм
. Еще пара наглядных примеров работы «сборочного цеха» организма – рост ногтей и заживление трещин в костях.

А откуда берется жир?

Если в процессе расщепления питательных веществ производится энергии больше, чем ее требуется на постройку новых клеток организма, появляется явный избыток
, который надо куда-то деть. Когда организм находится в состоянии покоя, метаболизм протекает в «фоновом» режиме и не требует активного расщепления и синтеза веществ. Но как только тело начинает двигаться, все процессы ускоряются и усиливаются. Возрастает и потребность в энергии и питательных веществах. Но даже у подвижного организма могут оставаться
излишки калорий
, если их поступает слишком много с пищей. Небольшая часть полученной и нерастраченной энергии складывается в виде углевода
гликогена
– источника энергии для активной работы мышц. Он запасается в самих мышцах и печени. Остальное накапливается
в жировых клетках
. Причем для их образования и жизни требуется гораздо меньше энергии, чем для постройки мышц или костей.

Катаболизм и анаболизм

Метаболический синтез состоит из катаболизма и анаболизма. Подробнее их можно разобрать, рассмотрев схему:

Катаболические механизмы — совокупность реакций, приводящая к распаду сложных органических молекул на простые, что сопровождается синтезом энергии. Такой тип обмена называется энергетическим, или диссимиляцией.

В процессе катаболизма происходит распад органических компонентов на простые соединения (углекислый газ, вода, азотные соединения) и молекулы аденозинтрифосфата (АТФ), являющиеся источником энергии для клетки. Завершающим этапом распада продуктов является амфиболизм.

АТФ — высокоэнергетический мононуклеотид, который запасается в клеточных структурах и расходуется на процессы синтеза — анаболизм.

Определение анаболического синтеза или пластического обмена заключается в том, что во время реакционного процесса из простых соединений идёт синтез сложных органических молекул. К ассимиляции относят хемо и фотосинтез, синтез белков и углеводов и прочее. На эти действия активно используется энергия АТФ, которая образовалась в ходе диссимиляции питательных компонентов. Здесь важную роль играет тип питания организма — гетеротрофы производят перестройку молекул, а автотрофы способны к синтезу с нуля.

Оба процесса протекают при участии ферментов, которые катализируют (или ингибируют) стадии механизмов по необходимости, служат сигнальными молекулами в случае резких изменений в организме.

Пластический и энергетический баланс неразрывно связаны, так как образование энергии в ходе одного расходуется реакциями второго. Обратная связь заключается в том, что все шаги энергетического обмена могут существовать только при наличии ферментов, синтезируемых во время ассимиляции. Этапы представлены в таблице:

Регуляция всех обменных процессов протекает двумя путями — нервным и гуморальным. Нервный путь, за счёт гипоталамуса, регулирует уровень органических соединений, их распад, баланс тепла и энергии. Гуморальный тип — гормональные стимулы, регулирующие проницаемость клеточных мембран, активность и транспортировку ферментов.

Как метаболизм связан с массой тела

Можно сказать, что вес тела — это катаболизм минус анаболизм
. Другими словами, разница между количеством поступившей в организм энергии и использованной им. Так, один грамм съеденного жира дает 9 ккал, а то же количества белка или углевода – 4 ккал. Те же 9 ккал организм отложит в 1 грамм жира уже в своем теле, если не сумеет потратить.
Несложный пример
: съедаете бутерброд и ложитесь на диван. Из хлеба и колбасы организм получил жиры, белки, углеводы и 140 ккал. При этом лежащее тело потратит полученные калории только на расщепление съеденной пищи и немного на поддержание функций дыхания и кровообращения – около 50 ккал в час. Остальные 90 ккал превратятся в 10 г жира и отложатся в жировое депо. Если же любитель бутербродов выйдет на спокойную прогулку, полученные калории организм потратит примерно за час.

Состав и характеристика

Метаболические процессы переваривания и усвоения пищи преследуют 3 конкретные цели:

• образование клеточной энергии;
• формирование строительных структур для белков, липидов, углеводов и вывод побочных продуктов жизнедеятельности из организма;
• всё это способствует нормальным процессам жизнедеятельности и развитию организма.

Регуляция обмена веществ осуществляется с попадания питательных компонентов в организм и заканчивается выводом продуктов распада. Основными участниками обмена являются белки, жиры, углеводы, липиды, витамины и вода.

«Хороший» и «плохой» метаболизм?

Многие с завистью глядят на хрупкую девушку, регулярно лакомящуюся пирожными и не прибавляющую ни грамма веса. Принято считать, что у таких счастливчиков метаболизм хороший, а у тех, для кого кусочек сахара в чае грозит прибавкой веса – метаболизм плохой. На самом деле результаты исследований показывают, что действительно замедленный метаболизм наблюдается только при ряде заболеваний
, например, гипотиреозе – недостатке гормона щитовидной железы. А у большинства людей с лишним весом нет никаких болезней, но наблюдается энергетический дисбаланс. То есть, энергии в организм поступает гораздо больше, чем ее нужно на самом деле, и она складируется про запас.

Класс липидов

Одна молекула липида запасает куда больше энергии, чем молекула углевода. Но при этом процесс окисления класса липидов куда сложнее и дольше. Первичный распад липидов происходит до глицерина и жирных кислот, которые всасываются в тонком кишечнике. Регулируется липидное взаимодействие железами внутренней секреции (поджелудочная железа).

Помимо запасания энергии, жиры несут ещё несколько важных функций:

1. Энергия, получаемая в ходе распада липидов, идёт на работу мышц, почек и печени.
2. На основе липидов строятся все клеточные мембраны (двухслойное строение для соблюдения гидрофобности и гидрофильности).
3. Жиры входят в состав гормонов и нейромедиаторов.
4. Жировые прослойки защищают внутренние органы от сотрясений и повреждений.
5. Липидный слой — идеальный способ терморегуляции в теле.

При избытке липидов они начинают откладываться, что приводит к ожирению. При недостатке — в липиды могут трансформироваться белки и углеводы.

Что надо знать о метаболизме

Вся жизнь организма – это баланс между расщеплением питательных веществ и получением из них энергии и энергозатратах при создании новых молекул и клеток. Если энергии поступает слишком много – она откладывается про запас в виде жировой ткани. Увеличить энергозатраты можно, много двигаясь или вырастив достаточное количество мышечной массы.
Теги:

• Женщины
• Мужчины
• Обмен веществ
• Похудение

1 комментарий • Чтобы оставить комментарий — необходимо быть авторизованным пользователем

• twatpw0tja0 Спасибо за статью.

Суть обмена веществ

Процесс метаболизма представляет собой трансформацию химических веществ, необходимы для полноценной деятельности всех систем организма человека. Системы и ткани организма нуждаются в компонентах с низкоуровневой структурой. С пищей мы получаем высокоуровневые составляющие, требующие расщепления.

Обмен веществ – это два, связанных друг с другом, типа процессов:

• катаболизм – расщепление сложных элементов на более простые; в результате распада происходит генерация энергии;
• анаболизм – образование из полученных извне компонентов необходимых организму веществ; в результате образуются новые клетки и ткани; для таких процессов требуется большое количество энергии.

Схема протекания и чередования процессов очень сложна. Но базовое понимание того и другого важно и для борьбы с лишним весом, и для массонабора.

© llhedgehogll — stock.adobe.com

Обмен белков

Обмен белков – это расщепление протеина на аминокислоты и последующий каскад биохимических реакций с продуктами их распада. Любой силовой атлет знает, что белок – важнейший компонент для построения и генерации мышечной ткани. Но, кроме этого, протеин выполняет и другие, не менее важные, функции:

• распределяет по организму питательные вещества;
• обеспечивает нормальную работу эндокринной системы;
• способствует образованию половых гормонов;
• ускоряет скорость протекания биохимических процессов;
• перенос кровью кислорода, жиров, ряда витаминов, минералов, углеводов, гормонов и прочих компонентов;
• играет роль в состоятельности и полноценности функций иммунной системы.

Белковый метаболизм состоит из таких этапов (источник – Википедия):

• поступление белка в организм;
• денатурация элементов до протеинов первого порядка;
• расщепление на отдельные аминокислоты;
• транспортировка аминокислот по организму;
• строительство тканей (для атлетов это означает в первую очередь построение мышц);
• новый цикл белкового обмена – на этой стадии происходит метаболизм неиспользованных в строительстве белков;
• выведение отработанных аминокислот.

Для полноценного обмена веществ крайне важен аминокислотный комплекс. Само по себе количество белков имеет небольшое значение.

Решая спортивные и диетологические задачи, необходимо отслеживать состав компонентов.

Особенно это касается вегетарианцев, поскольку в продуктах растительного происхождения отсутствует необходимый набор элементов.

Обмен жиров

Жиры – важный источник энергии. При кратковременной физической нагрузке сначала в ход идет энергия гликогена, находящаяся в мышцах. При длительной нагрузке энергию организм получает из жиров. Из понимания особенностей метаболизма жиров напрашивается вывод – для расщепления жировых запасов требуется достаточно продолжительная и мощная работа.

Большую часть жиров организм старается оставить про запас. В нормальном состоянии только около 5% жиров стабильно выводится обратно. Липидный (жировой) метаболизм происходит в несколько стадий:

• расщепление жиров в желудочно-кишечном тракте, их переваривание и абсорбция;
• перенос липидов из кишечника;
• реакции промежуточного обмена;
• процессы катаболизма жиров;
• катаболизм жирных кислот.

Частичная трансформация жиров происходит в желудке. Но там процесс протекает медленно. Основной распад липидов происходит в верхней области тонкого кишечника.

Большая заслуга в липидном обмене принадлежит печени.

Здесь часть компонентов окисляется, в результате чего генерируется энергия. Другая часть расщепляется до формата транспортабельных составляющих и поступает в кровь.

© VectorMine — depositphotos.com. Метаболизм жиров

Обмен углеводов

Главная роль метаболизма углеводов определяется энергетической ценностью последних. Обменные процессы этих компонентов составляют около 60% всего энергообмена организма.

Без углеводов невозможна полноценная физическая работа.

Вот почему для продуктивного тренинга основу рациона должны составлять «топливные» элементы. На базовом уровне углеводы представляют собой глюкозу. В мускулатуре и печени она накапливается в виде гликогена.

Важное понятие, связанное с углеводным обменом – гликемический индекс (ГИ). Он отражает скорость усвоения углеводов организмом и повышения сахара в крови. Шкала ГИ разбита на 100 единиц, где 0 говорит о безуглеводных продуктах, а 100 – о продуктах, насыщенных этим компонентом.

Исходя из этого, продукты делятся на простые и сложные. Первые – с высоким ГИ, вторые – с низким.

© IrinaPotter — depositphotos.com. Гликемический индекс продуктов

Понимать отличие между теми и другими очень важно. Простые углеводы очень быстро расщепляются до глюкозы. Благодаря этому уже через считанные минуты организм получает порцию энергии. Минус в том, что хватает энергетического всплеска на 30-50 мин. При употреблении большого количества быстрых углеводов:

• имеет место слабость, вялость;
• откладываются жировые запасы;
• наносится вред поджелудочной железе, что способствует формированию сахарного диабета;
• возрастает риск развития заболеваний сердечно-сосудистой системы.

Сложные углеводы расщепляются долго. Но и отдача от них ощущается до 4-х часов. В основе рациона должны быть элементы именно этого типа.

Продукты с низким ГИ:

Продукты со средним ГИ:

Продукты с высоким ГИ:

Обмен воды и минеральных веществ

Большая часть организма – вода. Значение метаболизма в этом контексте приобретает ярко выраженный оттенок. Мозг состоит из воды на 85%, кровь – на 80%, мышцы – на 75%, кости – на 25%, жировая ткань – на 20%.

Удаляется вода:

• через лёгкие – 300 мл/сутки (в среднем);
• через кожу – 500 мл;
• с мочой – 1700 мл.

Отношение потребляемой жидкости к выделяемой называют водным балансом. Если потребление меньше вывода, в организме происходит сбой систем. Норма потребления воды в сутки зависит от состояния здоровья, в первую очередь.

При отсутствии противопоказаний, например, патология почек, сердца, сосудов и пр. – это приблизительно 1,5-2,5 л в сутки . Этого количества достаточно для обеспечения хорошей продуктивности и самочувствия.

Но, при интенсивном потоотделении должный уровень потребляемой воды может достигать 6-7 литров (источник – ФГБУ, Эндокринологический научный центр Минздрава РФ, Москва. “Питание при занятиях спортом”.) Опасным состоянием для спортсменов является обезвоживание, предупредить которое можно только с помощью расчета индивидуальной потребности в жидкости.

Оптимальную норму необходимого количества жидкости для человека в сутки необходимо рассчитывать по следующей формуле:

• V=(M*0,03) + (T*0,4) — женщинам;
• V=(M*0,04) + (T*0,6) — мужчинам,

где, V – объём нужного количества воды в литрах в сутки, M – масса тела человека, T – время непосредственного занятия спортом или другим видом деятельности, требующим затрат энергии (при отсутствии указанных ставится 0). Такой расчет учитывает все требуемые параметры: пол, вес и период воздействия на организм.

© OlhaYerofieieva — depositphotos.com. Средняя суточная норма потребления воды

Так как с водой из организма вымываются и минералы, то по этой причине желательно дополнять обычную воду минеральной. Это один из самых простых путей восполнить дефицит необходимых элементов. Рекомендуется с помощью диетолога рассчитать норму солей и минералов и составить рацион на основе этих расчётов.