Понятие об обмене веществ и энергии: сущность процессов, виды, основные этапы

Лечение нарушения метаболизма

Лечение нарушения обмена веществ достаточно длительное и трудоёмкое. Если причина в генетическом отклонении, то потребуется постоянная терапия под наблюдением врача. Приобретённые же заболевания можно вылечить полностью, если они выявлены на ранних стадиях.

Большое внимание в ходе лечения уделяется рациону питания. В зависимости от вида нарушения, больному назначается специальная диета, а также показан комплекс витаминов и минералов

При необходимости пациента проконсультируют диетолог и психотерапевт.

Очень важно соблюдать не только режим питания, но и сна, так как здоровый сон благотворно влияет на психику и нормализует процессы в организме. В определённых случаях показана правильно подобранная программа физических нагрузок

В определённых случаях показана правильно подобранная программа физических нагрузок.

Нарушение обмена веществ, как правило, свидетельствует о более серьёзных проблемах в организме. Поэтому при обнаружении у себя симптомов следует немедленно обратиться к врачу. Записаться на консультацию в «СМ-Клиника» можно по телефону, указанному на сайте.

Приём диетолога в наших клиниках

м. Дунайская

Дунайский проспект, дом 47

м. Ладожская

Проспект Ударников, дом 19, корп. 1

м. Ленинский пр-т

ул. Маршала Захарова, дом 20

м. Пр-т Просвещения

Выборгское шоссе, дом 17, корп. 1

Популярные вопросы

К какому врачу обращаться при нарушении обмена веществ?

В первую очередь стоит посетить эндокринолога или диетолога. Не будет ошибкой и обращение к терапевту. Это врач первичного звена – он направит вас к тому узкому специалисту, который будет вам нужен, исходя из имеющихся признаков нарушения обменных процессов в организме.

Может ли увеличиваться масса тела из-за нарушения обмена веществ?

Может. Около 10% случаев ожирения обусловлены дисгормональными процессами в организме. Правда, гораздо чаще бывает наоборот: вначале человек набирает вес из-за низкой двигательной активности и избыточного питания, а затем длительно существующее ожирение приводит к нарушению обменных процессов. В первую очередь страдает углеводный обмен. Сахарный диабет второго типа в подавляющем большинстве случаев развивается у лиц с избыточным весом. Иногда одного только похудения и увеличения физической активности достаточно, чтобы снизить уровень сахара в крови без препаратов.

Существует ли профилактика нарушения обмена веществ?

Снизить риск нарушения обмена веществ можно, если: — контролировать вес; — вести активный образ жизни; — избегать вредных привычек; — полноценно питаться; — принимать поливитамины, если полноценно питаться не выходит. При появлении подозрительных симптомов, сигнализирующих о нарушении обмена веществ, стоит показаться врачу и сдать анализы. Такими признаками могут быть выпадение волос, увеличение или уменьшение веса, сонливость или чрезмерная активность, слишком частый или редкий стул, повышение или понижение частоты пульса, непереносимость тепла или холода.

Какие могут быть последствия нарушения обмена веществ?

Самые фатальные, вплоть до угнетения сознания человека, развития комы и летального исхода. Тяжелые осложнения возможны при сахарном диабете (особенно первого типа), тиреотоксическом кризе, выраженных нарушениях водно-электролитного обмена.

Можно ли самостоятельно лечить нарушения обмена веществ?

Это попросту невозможно. У вас дома нет лаборатории, которая сделала бы анализы на гормоны. Чтобы интерпретировать полученные результаты, подбирать и контролировать лечение, требуется высшее медицинское образование. Поэтому держать свой обмен веществ под контролем можно лишь при участии врача-эндокринолога.

Общие понятия

Обмен веществ, или метаболизм, — строго упорядоченная совокупность химических превращений, которые обеспечивают все проявления жизнедеятельности организма и его вещественное и энергетическое взаимодействие с окружающей средой.

В процессе метаболизма клетки и организм получают из окружающей среды определенные вещества и энергию, преобразуют (и при необходимости накапливают) их и выделяют в среду конечные продукты и энергию в других формах.

Значение обмена веществ: он позволяет
■ сохранять состав клеток организма постоянным,
■ обновлять, по мере необходимости, клеточные структуры,
■ поддерживать энергетический баланс клеток и организма.

Важнейшие особенности обмена веществ: высокая упорядоченность и строгая последовательность всех биохимических реакций в организме, участие в них всех клеточных структур и очень большого числа различных биологических катализаторов — ферментов.

❖ Виды обмена веществ в зависимости от направленности процессов: анаболизм и катаболизм.

Анаболизм (или ассимиляция, пластический обмен) — совокупность реакций биохимического синтеза, при котором из поступивших в клетку более простых веществ образуются (с затратами энергии) сложные органические соединения, специфические для данной клетки и используемые для построения и обновления клеток и тканей или, в дальнейшем, для высвобождения энергии (примеры: фотосинтез, хемосинтез, биосинтез белка, липидов, углеводов и др.).

Катаболизм (или диссимиляция, энергетический обмен) — совокупность ферментативных реакций расщепления сложных органических соединений (в том числе пищевых веществ) на более простые вещества, сопровождающееся высвобождением энергии и запасанием ее в молекулах АТФ {пример: гидролиз полимеров до мономеров и последующее их расщепление до воды, аммиака и углекислого газа).

Взаимосвязь анаболизма и катаболизма:
■ они являются противоположными сторонами единого процесса обмена веществ;
■ в реакциях анаболизма (пластического обмена) потребляется энергия, выделяемая в реакциях катаболизма (энергетического обмена);
■ для осуществления реакций катаболизма необходим постоянный биосинтез ферментов и структур органоидов, которые в процессе жизнедеятельности постепенно разрушаются.

Как ускорить метаболизм для похудения

Проблема лишнего веса чаще всего заключается в недостаточной скорости обмена веществ. Тот, кто хочет правильно похудеть, должен проанализировать все факторы, влияющие на обмен веществ, и скорректировать те из них, что находятся в его власти.

Какие факторы влияют на скорость обмена веществ

Метаболизм – это все химические процессы усвоения пищи и превращения ей в строительный материал для тела и энергию для жизни.

Первый фактор метаболизма – питание

Питательные вещества, которые мы употребляем, по-разному используются организмом. Белок распадается на аминокислоты, что участвуют в метаболизме мышц – входят в состав новых мышц, восстанавливают повреждения в старых.

Углеводы и жиры обеспечивают энергетические потребности организма . Если энергии тратится меньше, жиры и углеводы превращаются в жировые складки на теле.

Отсюда вытекают правила по организации питания, что является основным лечением при незначительных сбоях обмена веществ:

1. Считать калории, потребляемые за день. Их количество должно соответствовать уровню основного обмена.
2. Употреблять достаточно белка – для его переваривания организм тратит много энергии.
3. Употреблять «медленные» углеводы (каши из злаковых культур) – они высвобождают энергию постепенно, и она тратится на нужды организма, а не запирается в жировые клетки.
4. Есть чаще, не допускать чувства голода, которое заставляет организм переходить в стрессовый режим.

Второй фактор, ускоряющий метаболизм – физическая активность

Интенсивные тренировки заставляют организм сжигать жировые запасы и ускорять метаболизм, чтобы обеспечить работающие мышцы энергией.

Методы ускорения метаболизма

Метаболизм – это совокупность процессов катаболизма и анаболизма, обеспечивающих энергетический баланс в организме. Если этот баланс нарушается, замедляется процесс усвоения питательных веществ с последующим ожирением и сопутствующими заболеваниями.

Вот почему важно ускорять обмен веществ, используя для этого все возможные способы:

1. Из всех продуктов отдавать предпочтение белковой пище. Она служит основой для построения мышц – основного потребителя энергии. Полезно на ночь съедать порцию творога, который во сне питает организм необходимыми аминокислотами.
2. Добавлять в пищу специи: перец, острые соусы. Пряности примерно на 8% ускоряют усвоение пищи, а сами являются низкокалорийными.
3. Физические нагрузки должны состоять из комплекса силовых и аэробных упражнений. Силовые тренировки увеличивают мышечную массу, которая в состоянии покоя поглощает 60-70% энергии основного обмена. При аэробных нагрузках калории сжигаются как во время тренировок, так и после них, кроме того, они способствуют развитию аппетита. Пища, съеденная с аппетитом, усваивается с оптимальной скоростью.
4. Употреблять больше жидкости: сырой воды, кофе, зеленого чая.

Физическая активность и рациональное питание – вот самые проверенные способы ускорения метаболизма для похудения.

Профилактика

В молодые годы человек имеет ускоренный обмен веществ, что позволяет ему справляться с негативным влиянием окружающей среды и быстро восстанавливаться.

Чтобы сохранить скорость обмена веществ с возрастом, нужно контролировать следующие процессы:

Следить за достаточным поступлением кислорода – он активизирует все обменные процессы.
Контролировать водный режим, не давая клеткам высыхать.
Обеспечивать организм всеми необходимыми витаминами и минералами.
Сбалансированный рацион должен стать правилом питания, а не краткосрочной кампанией по похудению.
Важно следить за уровнем холестерина, не давая сосудам забиваться. Для этого необходимо уменьшить потребление животных жиров.. Правильный режим сна и бодрствования обеспечит присутствие в крови гормона роста, который непосредственно влияет на скорость обменных процессов

Правильный режим сна и бодрствования обеспечит присутствие в крови гормона роста, который непосредственно влияет на скорость обменных процессов.

Катаболизм

В ходе катаболизма происходит расщепление органических веществ и сбор энергии путем клеточного дыхания. Сюда относят разрушение и окисление молекул пищи. Катаболизм необходим для получения энергии, а также компонентов, которые необходимы для анаболических реакций. Катаболизм делится на три основных этапа. На первом этапе крупные органические молекулы (полисахариды, белки и липиды) перевариваются на более мелкие компоненты вне клеток. На втором этапе эти компоненты поглощаются клетками и превращаются в ещё более мелкие молекулы, чаще в ацетил-кофермент А, высвобождающий определенное количество энергии. На третьем этапе полученные молекулы окисляются до воды и двуокиси углерода в ходе цикла лимонной кислоты и цепи переноса электронов. Крупные молекулы не могу быть поглощены клетками, так как перед этим они должны быть разбиты на более мелкие компоненты. Данные полимеры расщепляются определенными ферментами — протеазами, расщепляющие белки на аминокислоты и гликозид-гидролазы, расщепляющие полисахариды в простые сахара — моносахариды. Углеводный катаболизм расщепляют углеводы на более мелкие вещества и они поглощаются клетками в виде моносахаридов. Далее внутри происходит процесс гликолиза, в ходе которого сахара превращаются в пируват, который является промежуточным продуктом в нескольких метаболических путях, но большая часть поступает в цикл лимонной кислоты. Несмотря на то, что некоторые АТФ генерируются в цикле лимонной кислоты, наиболее важным является NADH, полученный из NAD+ как ацетил-кофермента А, который окисляется. В ходе данного окисления выделяется углекислый газ как побочный продукт. Жировой катаболизм происходит путем гидролиза, высвобождая жирные кислоты и глицерин. Аминокислоты используются для синтеза белков либо они окисляются до мочевины и диоксида углерода как источника энергии. Окисление аминокислот начинается с удаления аминогруппы при помощи трансамиазы.

Как происходит процесс в организме

Энергетический обмен

У аэробных организмов энергетический обмен происходит в три этапа:

1. Подготовительный. Подготовительная стадия проходит в пищеварительном тракте или пищеварительных вакуолях. Во время этого этапа биополимеры распадаются до мономеров: белки — до аминокислот, углеводы — до глюкозы, липиды — до глицерина и жирных кислот. Энергия, получаемая от этого процесса, рассеивается в виде тепла.
2. Бескислородный или гликолиз. Это вторая стадия энергетического обмена, которая проходит в цитоплазме клеток. В результате процессов окисления без участия кислорода мономеры биополимеров распадаются на более простые соединения. Это молочная кислота, этиловый спирт, ацетон, уксусная кислота и т. п. Энергия, получаемая в результате этого процесса, используются на синтез АТФ.
3. Кислородный. Последняя стадия энергетического обмена проходит в митохондриях и заключается в дальнейшем окислении веществ, уже с участием кислорода, до конечных продуктов: углекислого газа и воды. Энергия также используется на синтез АТФ.

У анаэробных организмов, которые обитают в бескислородной среде и могут обходиться без него, энергетической обмен проходит в два этапа (подготовительный и гликолиз). При двухэтапном процессе запасы энергии гораздо меньше, чем при трехэтапном.

Пластический обмен

Пластический метаболизм состоит из:

1. Фотосинтеза. Этот процесс свойственен растениям и некоторым видам бактерий, которые могут самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических соединений. Главным условием для протекания такого процесса являются солнечная энергия и солнечный свет.
2. Хемосинтеза. Процесс протекает у некоторых видов бактерий (железобактерии, водородные, серные, тионовые, нитрифицирующие), которые также могут самостоятельно преобразовывать неорганические соединения в органические. Для жизнедеятельности этим видам необходим диоксид углерода, а не кислород.
3. Биосинтеза. Этот процесс синтеза природных органических свойственен живым организмам.

Выделяют следующие виды биосинтеза:

1. Синтез белков. Белки — это высокомолекулярные соединения, которые состоят из аминокислот. Значение белков в живом организме очень велико, их функции разнообразны. Они активно участвуют в процессе воспроизводства живой материи, отвечает за опорную функцию, обеспечивают сократительную функцию мышц, участвуют в защитных реакциях. 
2. Синтез нуклеиновых кислот. Нуклеиновые кислоты состоят из нуклеотидов и отвечают за хранение наследственной информации и синтез белка. Они необычайно важны для организма. Животные организмы могут синтезировать нуклеиновые кислоты из простых соединений.
3. Синтез жиров. Жиры входят в состав сложных органических веществ, которые называются липидами. Они выполняют несколько важных функций. Во-первых, окисляются, освобождая энергию. Во-вторых, являются пластическим веществом, которые образовывают тканевые структуры. В-третьих, имеют свойство превращаться в гликоген, который становится для организма источником глюкозы. В-четвертых, они откладываются в виде жировых отложений и являются тем запасом энергии для человека, который можно будет расходовать по мере необходимости. Наконец, в жирах растворяются витамины A, D, Е и K.
4. Синтез углеводов. Углеводы бывают простыми и сложными. С пищей поступают, как правило, сложные углеводы: полисахариды и дисахариды. Когда они расщепляются, в кровь попадают глюкоза, фруктоза и галактоза. Главная функция углеводов заключается в поддержании оптимального значения глюкозы в крови человека.

Этапы

Прежде чем пища превратится в энергию, она должна пройти долгий путь по желудочно-кишечному тракту, попасть в кровь и достигнуть каждой клетки, где начнётся метаболизм. Весь процесс делится на три стадии, которые описаны в таблице.

Этапы	Где происходит	Результат
Подготовительный	Желудочно-кишечный тракт	Вещества, поступившие с пищей, расщепляются на молекулы и всасываются в кровь. Белки расщепляются до аминокислот, углеводы – до глюкозы, жиры – до жирных кислот и глицерина. Происходит незначительное выделение энергии
Основной	Органеллы (функциональные структуры) клеток	Химические реакции анаболизма и катаболизма. Происходит образование АТФ и синтез специфичных для определённых тканей белков, обмен жиров и углеводов
Заключительный	Клетки	Образование и выведение конечных продуктов распада – воды и углекислого газа. Выведение происходит через почки, кишечник, лёгкие, потовые железы

Рис. 3. Схема обмена веществ.

На протяжении всего метаболизма задействованы катализаторы – ферменты, которые ускоряют синтез или распад. Ферменты действуют избирательно: каждый вид участвует в строго определённых реакциях. Например, амилаза помогает расщепить крахмал в ротовой полости.

Регуляцию обмена веществ осуществляет гипоталамус, где находятся центры теплообмена, ощущений голода, жажды, насыщения. Нейроны гипоталамуса реагируют на уровень глюкозы, изменение давления, температуры и т.д. В соответствии с полученной информацией гипоталамус корректирует метаболизм.

Что мы узнали?

Кратко узнали об основных стадиях и этапах метаболизма, взаимодействии и примерах катаболизма и анаболизма, о значении ферментов для метаболизма и центре контроля всех внутриклеточных процессов.

Тест по теме

1. Вопрос 1 из 10

   Что такое метаболизм?

   • Процесс распада сложных веществ на более простые
   • Сложные химические реакции, в результате которых образуются высокомолекулярные вещества
   • Совокупность сложных химических реакций, направленных на расщепление и образование сложных веществ
   • Сложные химические реакции, в результате которых образуются белки

Начать тест(новая вкладка)

Хемосинтез

Хемосинтез — процесс синтеза органических веществ, происходящий за счет энергии, выделяющейся при окислении ряда неорганических соединений (сероводорода, аммиака, водорода и др.).

■ Хемосинтез характерен для некоторых автотрофных аэробных и анаэробных бактерий-хемосинтетиков.

Роль бактерий-хемосинтетиков: азотфиксирующие бактерии повышают урожайность почвы, серобактерии способствуют постепенному разрушению и выветриванию горных пород, участвуют в очищении от соединений серы промышленных сточных вод, железобактерии вырабатывают Fe(OH)₃, образующий болотную железную руду, водородные бактерии используются для получения пищевого и кормового белка.

Какие элементы нужны человеку для разгона метаболизма в домашних условиях

Элементы, необходимые для повышения обмена веществ	Продукты, в которых они содержатся
Фолиевая кислота	Шпинат, петрушка, листья салата, фасоль, бобы, чечевица, все виды капусты, морковь, тыква, спаржа, цитрусовые, орехи, семечки, арбуз, кукуруза, авокадо.
Хром	Тунец, минтай, сом, сельдь, курица, яйца, гречка, овес.
Йод	Морская капуста, клюква, клубника, чернослив, креветки, треска, тунец, индейка.
Кальций	Сыр, йогурт, консервированный лосось и сардина, бобы, миндаль, ревень.

1. Апельсины, лимоны, грейпфруты;
2. Кофеиносодержащие напитки: чай и кофе;
3. Холодный напиток из меда (1ч.л.) и сока лимона;
4. Корень имбиря;
5. Корица;
6. Продукты, которые содержат капсаицин (чили, халапеньо, красный перец);
7. Чеснок;
8. Яблочный уксус и яблоки;
9. Овсяная каша.

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.

Катаболизм (энергетический обмен)

Катаболизм (или энергетический обмен, диссимиляция) — это совокупность ферментативных реакций расщепления сложных органических соединений (в том числе пищевых веществ) на более простые вещества, сопровождающихся выделением энергии.

■ При этом часть энергии рассеивается в виде тепла, а часть аккумулируется в макроэргических связях АТФ и используется для обеспечения процессов жизнедеятельности клетки. Основное вещество, используемое клетками для получения энергии, -глюкоза.

❖ Этапы (стадии) катаболизма:
■ подготовительный,
■ бескислородный,
■ кислородный (отсутствует у анаэробных организмов).

❖Подготовительный этап (или пищеварение): биополимеры расщепляются до мономеров, белки — до аминокислот, жиры -до глицерина и жирных кислот, углеводы — до глюкозы, нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов. Протекает в цитоплазме клеток и пищеварительном тракте животных и человека. Сопровождается наибольшим выделением энергии в виде тепла. Бескислородный и (у аэробных организмов) кислородный этапы катаболизма составляют процесс клеточного дыхания.

Обмен энергии

Энергетический обмен (катаболизм) – комплекс реакций распада сложных питательных веществ до более простых с выходом энергии, без которой невозможны рост и развитие, движение и другие проявления жизнедеятельности. Полученная энергия накапливается в форме АТФ (универсальный энергетический источник в живых организмах), который содержится во всех клетках.

Количество энергии, высвобождаемой после употребления продукта питания, называется его энергетической ценностью. Измеряется этот показатель в килокалориях (ккал).

Энергообмен проходит в несколько этапов:

1. Подготовительный. Подразумевает распад сложных питательных веществ в ЖКТ до более простых.
2. Бескислородное брожение – трансформация глюкозы без участия кислорода. Процесс протекает в цитоплазме клеток. Конечными продуктами этапа являются 2 молекулы АТФ, вода и пировиноградная кислота.
3. Кислородный или аэробный этап. Проходит в митохондриях (специальных органоидах клеток), при этом пировиноградная кислота распадается с участием кислорода, образуя 36 молекул АТФ.

Терморегуляция

Терморегуляцией называют способность живого организма поддерживать постоянную температуру тела, которая является важным показателем теплового обмена. Чтобы этот показатель был стабильным, должно соблюдаться равенство между теплоотдачей и теплопродукцией.

Теплопродукция —выделение тепла в организме. Его источником служат ткани, в которых протекают реакции с высвобождением энергии. Так, важную роль в терморегуляции играет печень, ведь в ней осуществляется множество биохимических процессов.

Watch this video on YouTube

Теплоотдача или физическая регуляция может проходить по трем путям:

• теплопроведение – отдача тепла окружающей среде и предметам, соприкасающимся с кожей;
• теплоизлучение – отдача тепла воздуху и окружающим предметам путем излучения инфракрасных (тепловых) лучей;
• испарение – отдача тепла с помощью улетучивания влаги с потом или в процессе дыхания.

Гетеротрофы

Гетеротрофы (от греч. гетерос – другой) – это организмы, которые синтезируют собственные органические соединения из готовых органических соединений, синтезированных другими организмами. К ним принадлежат большинство прокариот, грибы, животные. Для них источником энергии являются органические вещества, которые они получают с пищей: живые организмы, их остатки или продукты жизнедеятельности. Основные процессы гетеротрофных организмов – распад веществ – основаны на процессах диссимиляции.

Энергия в биологических системах используется для обеспечения в организме разных процессов: тепловых, механических, химических, электрических и т. п. Часть энергии во время реакций энергетического обмена рассеивается в виде теплоты, часть ее запасается в макроэргических химических связях определенных органических соединений. Универсальным таким веществом является аденозинтрифосфорная кислота АТФ. Она является универсальным химическим аккумулятором энергии в клетке.

Под действием фермента отщепляется один остаток фосфорной кислоты. Тогда АТФ превращается в аденозиндифосфат – АДФ. При этом выделяется около 42 кДж энергии. При отщеплении двух остатков фосфорной кислоты образуется аденозинмонофосфат – АТФ (выделяется 84 кДж энергии). Может расщепляться молекула АМФ. Таким образом, во время расщепления АТФ выделяется большое количество энергии, которая используется для синтеза необходимых организму соединений, поддержания определенной температуры тела и т. п.

Остается окончательно не выясненной природа макроэргических связей АТФ, хотя они превосходят по энергоемкости обычные связи в несколько раз.

Почему замедляется обмен веществ

Прежде чем узнать, как ускорить обменные процессы, давайте разберем причины, по которым нарушается обмен веществ, для того, чтобы не повторять ошибок.

1. Голодание. Именно недостаток пищи приводит к серьезным проблемам обменных процессов. Организм человека воспринимает голодание как стресс и пытается сам себя обезопасить от недостатка энергии. Поэтому переводит все, что вы съели, в запасы – подкожно-жировую клетчатку. Именно поэтому все диеты, основа которых голодание, приводят к одному результату – вес становится выше;
2. Недостаток кофеина. Именно этот алкалоид помогает организму запускать обменные процессы. Кроме кофе, это вещество содержится и в зеленом чае;
3. Клетчатка. Именно этот растительный компонент помогает пищеварительной системе функционировать правильно, а из-за его отсутствия может значительно снизится метаболизм;
4. Потребление алкогольных напитков. При попадании алкоголя в желудок организм в первую очередь перерабатывает именно его, чтобы быстрее избавить организм от вредных алкалоидов. Все остальное будет перевариваться после.
5. Витамин Д. Недостаток этого элемента напрямую влияет на обменные процессы, ведь он непосредственно участвует в них;

Обмен веществ и превращение энергии в организме человека

В организме человека постоянно и непрерывно протекают обменные процессы. Водный, солевой, жировой, углеводный и белковый обмен происходят постоянно. За счет этих процессов организм получает энергию для жизнедеятельности.

Обмен веществ в организме называется метаболизмом. Это обязательная часть жизни и развития человека. Обеспечивает совокупность химических  и ферментативных реакций в организме.

Запасы энергии в ходе активности расходуются. С пищей человек получает новую энергию. Соотношение поступающей энергии в организм и расходованной, называется энергетическим балансом.

Белковый обмен

Процесс направлен на использование белков, поступающих в организм с пищей. Сами белки организму не нужны. Большую пользу приносят аминокислоты. Белки распадаются на аминокислоты, часть всасывается в кровь и разносится по органам и тканям. Другая часть идет на получение энергии и строительство собственных белков.

Содержание аминокислот регулирует печень, полученные излишки она расщепляет до аммиака. Он идет на синтез мочевины, которая выводится почками и частично кожей. Остаток аминокислот организм перерабатывает в глюкозу, а затем в гликоген. В клетках белки полностью окисляются до воды, углекислого газа, мочевины и мочевой кислоты.

Углеводный обмен

Процесс описывает использование и преобразование углеводов организмом. Углеводы являются основным источником энергии для организма. В суточном рационе они должны составлять треть всего объема пищи.   При расщеплении 1 грамма глюкозы выделяется 17,6 кДж.

После поступления в организм углеводов, они расщепляются до глюкозы. Часть накапливается в печени и преобразуется в гликоген. Он является основным энергетическим источником для сокращения мышечной ткани.

Другая часть преобразуется в жиры. Основная часть глюкозы полностью расщепляется до воды и углекислого газа. 

Уровень глюкозы в крови регулируется гормональной системой, а именно инсулином. При пониженном его содержании, уровень глюкозы в крови находится в повышенном состоянии, что приводит к развитию сахарного диабета. Инсулин тормозит распад гликогена в печени, тем самым увеличивая его содержание. 

Также в организме есть гормон глюкагон. Он отвечает за расщепление гликогена, преобразует его в глюкозу, после чего уровень повышается.

Липидный обмен

Липидный обмен – это процесс преобразования и использования жиров, поступающих в организм с пищей. При расщеплении 1 г выделяется 38,9 кДж энергии.

Жиры содержат незаменимые жирные кислоты. Они всасываются в лимфу через стенки тонкого кишечника. С током крови они распределяются по организму и клеткам. Они являются строительным материалом для клеточных элементов, участвуют в синтезе и образовании гормонов.

При избыточном употреблении жиров  образуются подкожные накопления в виде сальников. Они могут откладываться на тканях органов и на стенках сосудов. Конечным продуктом распада жиров являются вода и углекислый газ.

Водно-солевой обмен

Организм человека на 70% состоит из воды. 30% из них содержится в крови, лимфе и плазме. Вода выполняет множество полезных функций:

• транспортную;
• выделительную;
• теплорегуляционную;
• среда для протекания химических процессов;
• определяет физические свойства клеток.

Суточная потребность в жидкости у человека составляет 2-2,5 л. Водный обмен предполагает равновесие между потребляемой и выводимой жидкостью. Вода поступает в организм, всасывается через стенки кишечника, попадает в кровь и распространяется по органам и тканям. Выводится остаток воды с мочой и потом.

Солевой обмен необходим для совершения химических процессов в организме человека. Ежедневно необходимо поступление солей натрия, калия, кальция, фосфора и железа. Они не только участвуют в обменах, но и являются питанием для некоторых органов.

Анаболизм и катаболизм

Обмен веществ или метаболизм – совокупность сложных химических реакций, происходящих в каждой клетке живого организма. Основное свойство обмена веществ и энергии – обеспечение взаимодействия внешней среды с организмом для поддержания жизни и нормального функционирования тканей и органов. Все жизненно необходимые вещества (вода, кислород, органические соединения) поступают из внешней среды. Без их доступа обмен веществ нарушается или прекращается, что приводит к гибели живого организма.

Метаболизм включает два тесно взаимосвязанных противоположных процесса:

• катаболизм или диссимиляция;
• анаболизм или ассимиляция.

Катаболизм или энергетический обмен – процесс распада сложных веществ (сахаров, жиров) на более простые. В результате образуется энергия в виде молекулы АТФ (аденозинтрифосфорная кислота или аденозинтрифосфат), которая является универсальным источником энергии. Часть образованных молекул АТФ участвует в синтезе различных веществ, часть – рассеивается в виде тепла.

Рис. 1. Формула АТФ.

Примеры катаболизма:

• расщепление этанола;
• гликолиз – превращение глюкозы в кислоту, а затем – в воду и углекислый газ;
• внутриклеточное дыхание (окисление).

Анаболизм или пластический обмен включает сложные химические реакции, в результате которых образуются высокомолекулярные вещества, необходимые для постройки и обновления организма (белки, жиры, углеводы).

Анаболизм можно наблюдать в виде:

• роста волос и ногтей;
• образование мышц;
• заживление ран, срастание костей и т.д.

Фотосинтез является анаболизмом, но вместо АТФ используется энергия солнечных лучей.

Рис. 2. Процесс фотосинтеза в клетке.

В результате катаболизма (распада) образуются простые вещества, которые могут соединяться при анаболизме (постройке) и вновь разрушаться при катаболизме с высвобождением АТФ. Хорошим примером являются жиры, которые образуются при ассимиляции, откладываются в тканях и расщепляются для получения энергии. Соотношение образованной и потраченной энергии называется энергетическим балансом. Анаболизм и катаболизм должны происходить параллельно без преобладания одного из процессов.

Анаэробное дыхание. Брожение

Анаэробное дыхание не требует потребления кислорода. Анаэробы — организмы, способные обитать в бескислородной среде.

Примеры анаэробов: многие виды бактерий, микроскопические грибы; анаэробное дыхание возможно также у мышечных клеток и клеток растений при недостатке кислорода.

Облигатные анаэробы (бактерия ботулизма и др.) существуют только при полном отсутствии О₂ (кислород для них губителен).

Факультативные анаэробы (дрожжи, черви-паразиты и др.) могут существовать как без О₂, так и в его присутствии.

Брожение — анаэробный окислительно-восстановительный процесс расщепления в лизосомах клетки органических соединений до молочной кислоты и воды, этилового спирта и углекислого газа (или некоторых других простых продуктов), посредством которого организмы получают энергию, необходимую для жизнедеятельности.

■ При брожении происходит перенос водорода, отщепляемого от окисляемых соединений, на органическое вещество (молочную кислоту, этиловый спирт и др.).

❖Виды брожения в зависимости от образующихся продуктов: молочнокислое (молочнокислые бактерии, мышечные клетки при недостатке О₂), маслянокислое, уксуснокислое, спиртовое (дрожжи) и др.

■Молочнокислое брожение: в результате гликолиза из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноград-ной кислоты (которая затем превращается в молочную) и две молекулы АТФ:

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ →2С₃Н₆О₃ + 2АТФ + 2Н₂О + Q₁,.

■ Спиртовое брожение: продуктами гликолиза являются этиловый спирт, АТФ, вода и углекислый газ:

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ →2С₂Н₅ОН + 2АТФ + 2СО₂ + Q₂.

бражениедыханиеклеткаокисление