Что означает обмен веществ в биологии

обмен веществ

Метаболизм, совокупность протекающих в живых организмах химич. превращений, обеспечивающих их рост, жизнедеятельность, воспроизведение, постоянный контакт и обмен с окружающей средой. Благодаря О. в. происходит расщепление и синтез молекул, входящих в состав клеток, образование, разрушение и обновление клеточных структур и межклеточного вещества. Напр., у человека половина всех тканевых белков расщепляется и строится заново в среднем в течение 80 сут, белки печени и сыворотки крови наполовину обновляются каждые 10 сут, а белки мышц— 180, отд. ферменты печени — каждые 2—4 ч. О. в. неотделим от процессов превращения энергии: потенциальная энергия химич. связей сложных органич. молекул в результате химич. превращений переходит в другие виды энергии, используемой на синтез новых соединений, для поддержания структуры и функции клеток, температуры тела, для совершения работы и т. д. Все реакции О. в. и превращения энергии протекают при участии биол. катализаторов — ферментов. У самых разных организмов О. в. отличается упорядоченностью и сходством последовательности ферментативных превращений, несмотря на большой ассортимент химич. соединений, вовлекаемых в обмен. В то же время для каждого вида характерен особый, генетически закреплённый тип О. в., обусловленный условиями его существования.

О. в. складывается из двух взаимосвязанных, одновременно протекающих в организме процессов — ассимиляции и диссимиляции, или анаболизма и катаболизма. В ходе катаболич. превращений происходит расщепление крупных органич. молекул до простых соединений с одновременным выделением энергий, которая запасается в форме богатых энергией фосфатных связей, гл. обр. в молекуле аденозинтрифосфорной к-ты (АТФ) и др. богатых энергией соединений. Катаболич. превращения обычно осуществляются в результате гидролитич. и окислит, реакций и протекают как в отсутствие кислорода (анаэробный путь-гликолиз, брожение), так и при его участии (аэробный путь — дыхание). Второй путь эволюционно более молодой и в энергетич. отношении более выгодный. Он обеспечивает полное расщепление органич. молекул до CO₂ и H₂O. Разнообразные органич. соединения в ходе катаболич. процессов превращаются в ограниченное число небольших молекул (помимо CO₂ и H₂O): углеводы — в триозофосфаты и (или) пиру ват, жиры — в ацетил-КоА, пропионил-КоА и глицерин, белки — в ацетил-КоА, оксалоацетат, α-кетоглютарат, фумарат, сукцинат и конечные продукты азотистого обмена — мочевину, аммиак, мочевую к-ту и др.

В ходе анаболич. превращений происходит биосинтез сложных молекул из простых молекул-предшественников. Автотрофные организмы (зелёные растения и нек-рые бактерии) могут осуществлять первичный синтез органич. соединений из CO₂ с использованием энергии солнечного света (фотосинтез) или энергии окисления неорганич. веществ. Гетеротрофы синтезируют органич. соединения только за счёт энергии и продуктов, образующихся в результате катаболич. превращений. Исходным сырьём для процессов биосинтеза в этом случае служит небольшое число соединений, в т. ч. ацетил-КоА, сукцинил-КоА, рибоза, пировиноградная к-та, глицерин, глицин, аспарагиновая, глутаминовая и др. аминокислоты. Каждая клетка синтезирует характерные для неё белки, жиры, углеводы и др. соединения. Напр., гликоген мышц синтезируется в мышечных клетках, а не доставляется кровью из печени. Как правило, синтез включает восстановит, этапы и сопровождается потреблением энергии.

Катаболизм и анаболизм протекают в клетках одновременно и заключит, стадия катаболич. превращений является исходной стадией анаболизма. Однако катаболич. и анаболич. пути О. в. не совпадают между собой. Напр., в расщеплении гликогена до молочной к-ты участвует 12 ферментов, каждый из к-рых катализирует отд. этап этого процесса. Синтез же гликогена из молочной к-ты включает только 9 ферментативных этапов, представляющих собой обращение соотв. этапов катаболизма, а 3 недостающих заменяются иными ферментативными реакциями, к-рые используются только для биосинтеза. Не совпадают катаболич. и анаболич. пути обмена между белками и аминокислотами или между жирными к-тами и ацетил-КоА. Более того, разл. обменные реакции приурочены к определённым участкам клетки. Вся ферментативная система гликолиза локализуется в растворимой фракции цитоплазмы. В митохондриях сосредоточены процессы, связанные с биол. окислением и окислит. фосфорилированием, в лизосомах — гидролитич. ферменты, процессы биосинтеза белка осуществляются в рибосомах, а биосинтеза липидов — в эндоплазматич. сети и т. д. В разл. частях клетки локализуются и химически несовместимые реакции. Напр., окисление жирных к-т катализируется набором ферментов, локализованных в митохондриях, тогда как синтез жирных к-т из ацетил-КоА — с помощью другого набора ферментов, локализованных в цитоплазме.

Хотя и катаболич., и анаболич. пути осуществляются специфическими наборами ферментов, их постоянно связывают и общие стадии О. в. (см. схему). Наиб, важным общим промежуточным продуктом О. в., участвующим во всех процессах, является ацетил-КоА. Большое значение имеет цикл превращений (циклтрикарбоновых к-т), в ходе к-рого ацетил-КоА через ряд промежуточных продуктов окисляется полностью до CO₂ и H₂O. В то же время с ацетил-КоА начинается синтез жирных к-т, холестерина, ряда азотсодержащих соединений и т. д.

В процессе эволюции организмы выработали тонкие регуляторные системы, обеспечивающие высокую степень упорядоченности и согласованности реакций и позволяющие приспособиться к изменениям условий окружающей среды. Для всех организмов существуют в осн. одинаковые системы регуляции, действующие на уровне клеточного О. в. В этом случае интенсивность и направленность биохимич. реакций может регулироваться воздействием либо на активность фермента путём его ингибирования или активирования, либо на его синтез или деградацию. Большую роль в регуляции играет строгая упорядоченность расположения ферментов в клеточных структурах, а также избират. проницаемость биол. мембран. Высокоразвитые организмы обладают дополнительными регуляторными механизмами — нервными и гормональными. Атрофия тканей после денервации указывает на важное значение нервных импульсов для клеточного О. в. Гормоны выполняют в клетках и тканях контролирующие функции, либо непосредственно воздействуя на ферменты или их синтез, либо влияя на проницаемость клеточных мембран, функц. состояние клеточных органоидов и систему циклич. нуклеотидов.

Источник

Что такое метаболизм (обмен веществ) в организме человека

Метаболизм – важный пазл в картинке или веха на пути построения схемы похудения или набора мышечной массы. Понимая действие основных процессов биохимии, проще достигнуть поставленных целей, независимо от типа телосложения. Рассмотрим, что это такое – объясним простым языком, не влезая в научные дебри.

Что такое метаболизм с физиологической точки зрения – объяснение простым языком

Вновь обратимся к теме пазлов. Если представить организм набором элементов, то метаболизм человека – механизм, собирающий детали в большую осмысленную картину. Это обмен веществ, комплекс всех биохимических реакций.

Любой организм растёт и функционирует благодаря поступлению, трансформации и удалению определённых веществ.

Метаболизм регулирует процессы преобразования поступающих извне компонентов. Благодаря встроенному «настройщику» возможна адаптация к внешним факторам. Без основополагающего процесса была бы невозможна жизнь.

Как связаны метаболизм и масса тела

Масса тела зависит от ряда физиологических параметров и количества потребляемых калорий. Существует базовая энергетическая потребность. У каждого человека она индивидуальна. Эту потребность называют базальным метаболизмом – минимальной суточной «порцией» энергии (калорий), необходимой для нормального функционирования организма в состоянии покоя. Произвести расчет скорости метаболизма* можно по следующим формулам (*источник – Википедия):

где, Т – возраст (года), L – рост (см), Р – масса тела (кг).

Калорийность рассчитывают по формулам. Мужчинам нужно воспользоваться следующей формулой:

88.362 + (13.397 * вес/кг) + (4.799 * рост/см) – (5.677 * возраст)

Женщины используют такую:

447.593 + (9.247 * вес/кг) + (3.098 * рост/см) – (4.330 * возраст)

Результат расчётов – своеобразная нулевая отметка. В стремлении похудеть нужно потреблять меньше расчётного числа калорий. Бодибилдерам, напротив, необходимо умножить результат на определённый коэффициент.

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:

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

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:

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

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:

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:

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%.

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.

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:

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.

Причины и последствия сбоев метаболизма

Метаболизм – это сложный и хрупкий процесс. Если на одном из этапов анаболизма или катаболизма происходит сбой, сыпется вся биохимическая «конструкция». Проблемы с обменом веществ провоцируются:

Главная причина сбоев – наплевательское отношение к своему организму. Обильное количество вредной пищи – бич современности. Неправильное питание и малоподвижность ведут к замедлению обмена веществ. В итоге масса людей страдают ожирением со всеми вытекающими.

Среди симптомов, намекающих на то, что следует заняться регуляцией метаболизма:

Бороться с последствиями сбоев обмена веществ можно и нужно. Но на мгновенный эффект рассчитывать глупо. Поэтому лучше себя не запускать. А если всё же это случилось, нужно обратиться к специалистам и запастись терпением.

Уровень метаболизма в зависимости от пола, возраста, питания

Скорость обмена веществ зависит не только от генетических факторов и образа жизни, но и от пола и возраста. Уровень тестостерона у мужчин гораздо выше. Благодаря этому представители сильного пола склонны к набору мышечной массы. А мускулатура нуждается в энергии. Поэтому базовый обмен веществ у мужчин выше – организм потребляет больше калорий (источник – Научно-исследовательский институт гигиены и экологии человека Самарского государственного медицинского университета, “Корреляция показателей основного обмена при различных способах его определения”).

Женщины, наоборот, более склонны к отложению жировых запасов. Причина кроется в большом количестве женских половых гормонов – эстрогенов. Женщины вынуждены более тщательно следить за своими фигурами, поскольку выход за рамки здорового образа жизни тут же откликается увеличением веса.

Но бывают и исключения. Некоторые мужчины легко набирают лишний вес, тогда как часть женщин стабильны в этом плане, даже регулярно переедая. Всё потому, что обилие факторов, влияющих на уровень метаболизма, крепко переплетены. Но в целом пол играет огромную роль.

У большинства людей базальный обмен веществ меняется с возрастом. Это легко заметить, понаблюдав за изменениями своей формы или формы знакомых. Не пытаясь противостоять времени, после 30-40 лет, а то и раньше, многие люди начинают расплываться. Это присуще и эктоморфам. В молодости им с трудом удаётся поправиться даже на килограмм. С возрастом килограммы приходят сами. Пусть и не в таком количестве, как у мезо- и эндоморфов.

Чтобы уверенно противостоять возрастным изменениям, необходимо стать адептом ЗОЖ – грамотно питаться и давать телу физическую нагрузку.

Считайте калории, исходя из индивидуальных потребностей (формулы в помощь), занимайтесь спортом, и метаболизм будет в норме. Если, конечно, нет проблем иного рода.

А как питаться правильно? Уделять большое внимание продуктам, благодаря которым функции метаболизма в организме выполняются корректно. Рацион должен быть богат:

При выборе любого рациона питания, даже самого полезного, рекомендуется отталкиваться от исходного состояния здоровья.

Например, у полных людей, особенно после 40-45 лет повышается риск развития подагры или же таковая уже существует.

В таких случаях категорически запрещается из зелени кушать щавель и шпинат. Из фруктов и ягод запрещены малина, клюква, виноград. В других случаях, при повышенном холестерине, исключается часть морепродуктов, например, креветки.

Рекомендуется питаться часто и дробно, не пренебрегать завтраком, учитывать сочетаемость продуктов. Лучше всего или подробно изучить вопрос, или обратиться за помощью к специалисту. Поскольку организм работает с тем, что ему дали, на нормальный метаболизм можно рассчитывать только в том случае, если рацион составлен с учётом индивидуальных потребностей и особенностей организма.

Эксперт проекта. диагностика, лечение, первичная, вторичная профилактика заболеваний почек, суставов, сердечно-сосудистой системы; дифференциальная диагностика заболеваний различных органов и систем; рекомендации по диетическому питанию, физическим нагрузкам, лечебной физкультуре, подбор индивидуальной схемы питания.

Абсолютное первенство среди мужчин по итогам Dubai CrossFit Championship 2021 принадлежит Роману Хренникову

Источник

Обмен веществ в организмах живых существ.

Метаболизм или обмен веществ – это полный комплекс химических реакций и процессов, которые протекают в живой клетке, обеспечивающих ее жизнедеятельность, рост, деление и взаимодействие с внешней средой.

Именно правильный обмен веществ обеспечивает расщепление и усвоение молекул веществ, из которых состоят клетки или необходимых для функционирования, разрушения, обновления клеток и межклеточного вещества. Благодаря правильному метаболизму за 80 суток обновляется тканевой покров организма, белки мышечных волокон обновляются за 180 дней, клетки печени и сыворотка крови обновляется за 10 дней, а некоторые печеночные ферменты – всего за 2-4 часа.

Метаболизм неразрывно связан с процессом превращения энергии. В результате химических реакций потенциальная энергия из сложных органических молекул превращается в другие виды энергии, которая используется для всех процессов жизнедеятельности клеток. Все эти процессы протекают при участии катализаторов – ферментов. У каждого вида живых организмов метаболизм является уникальным, свойственным только этому виду. Обмен веществ каждого вида обусловлен прежде всего условиями его обитания и существования в целом.

Обмен веществ состоит из двух основных процессов, которые неразрывно связаны друг с другом и протекают одновременно:

Анаболизм (пластический обмен) – это процессы синтеза (построения) сложных органических молекул из более простых, получаемых в результате катаболизма.

Катаболические процессы – это комплекс химических реакций по расщеплению крупных молекул до более мелких, которые могли бы пройти в клетку. При этом одновременно выделяется энергия, которую организмы запасают обычно в молекулах АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). Катаболизм обычно протекает во время окислительных или гидролитических реакций. При этом, такие процессы протекают как при участии кислорода (дыхание, аэробный путь), так и без его участия (брожение, гликолиз – анаэробный путь).

В зависимости от типа обмена веществ существует два типа живых организмов:

1) Гетеротрофы – это организмы, которые синтезируют органические соединения за счет продуктов, которые образуются в результате катаболизма и энергии, выделяющейся в процессе этого. Начальным сырьем для образования тканей таких организмов являются простые органические вещества. Из этих соединений каждая клетка в отдельности синтезирует нужные для нее соединения. Таким образом, синтез белка может происходить на месте (гликоген синтезируется напрямую в мышцах, а не поставляется с кровью из печени).

2) Автотрофы – это организмы, которые могут совершать синтез органических соединений из углекислого газа с помощью реакций окислений (хемосинтез) и солнечного света (фотосинтез). Такими организмами являются некоторые виды бактерий и зеленые растения.

С развитием живых организмов в течение эволюции системы регуляции стали более сложными и упорядоченными. Сегодня у высокоразвитых организмов имеются дополнительные регуляторные гормональные механизмы и нервные механизмы, которые либо напрямую действуют на синтез ферментов или на сами ферменты, а также могут влиять на чувствительность клеток к тому или иному ферменту.

Источник

Обмен веществ (метаболизм) и превращение энергии в организме

Метаболизм (обмен веществ)

Метаболизм, или обмен веществ, – это совокупность биохимических процессов и процессов жизнедеятельности клетки. Обеспечивает существование живых организмов. Различают процессы ассимиляции (анаболизма) и диссимиляции (катаболизма). Эти процессы являются разными сторонами единого процесса обмена веществ и превращения энергии в живых организмах.

Ассимиляция

Ассимиляция – это процессы, связанные с поглощением, усвоением и накоплением химических веществ, которые используются для синтеза необходимых для организма соединений.

Пластический обмен

Пластический обмен – это совокупность реакций синтеза, которые обеспечивают возобновление химического состава, рост клеток.

Диссимиляция

Диссимиляция – это процессы, которые связаны с распадом веществ.

Энергетический обмен

Энергетический обмен – это совокупность реакций расщепления сложных соединений с выделением энергии. Организмы из окружающей среды в процессе жизнедеятельности в определенных формах поглощают энергию. Потом они возвращают в другой форме ее эквивалентное количество.

Не всегда процессы ассимиляции уравновешены с процессами диссимиляции. Накопление веществ и рост в развивающихся организмах обеспечиваются процессами ассимиляции, поэтому они преобладают. Процессы диссимиляции преобладают при недостатке питательных веществ, интенсивной физической работе, старении.

Процессы ассимиляции и диссимиляции тесно связаны с типами питания организмов. Основным источником энергии для живых организмов Земли является солнечный свет. Он опосредованно или непосредственно удовлетворяет их энергетические потребности.

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.

Гетеротрофы

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.

Источник