Приветствую Вас, дорогие читательницы!
Наверняка вы уже слышали термины обмена веществ в организме и метаболизм. Что это такое и чем они отличаются между собой?! Сегодня я хочу рассказать и про первое и про второе, тем более это одно и тоже.
В конце статьи вас ждет конкурс. Действительно обмен веществ более народное название медицинского термина -метаболизм.
Еда может идти на образование энергии для обеспечения нужд организма, а также для синтеза других веществ внутри организма. В первом случае речь идет о катаболизме (расщеплении), во втором случае — о анаболизме (накоплении, синтезе). Все что мы едим и пьем имеет энергетическую ценность, даже алкоголь, разве что простая вода имеет ноль калорий.
И когда полная женщина говорит, что лишний вес у нее от нарушения обмена веществ, то это действительно является правдой, с поправкой на то, что нарушение метаболизма у нее в пользу избыточного поступления энергии, т. е. пищи, т. е. имеет место переедание и/или малоподвижный образ жизни. Редко, когда встречаются чисто эндокринные типы ожирения. Конечно, при таком образе жизни постепенно начинает нарушаться работа внутренних органов и возникают серьезные болезни, такие как сахарный диабет, гипертоническая болезнь, ишемическая болезнь сердца, онкологические заболевания, суставы, позвоночник и другие.
Аналогичная ситуация происходит в тех случаях, когда поступающей энергии с пищей не хватает на нужды организма, в таком случае, организм начинает обкрадывать сам себя. Это отлично видно на пациентах с анорексией и булимией. Нехватка энергии приводит к общему истощению и кахексии, а она в свою очередь к голодной смерти.
Но такие случаи редки, к счастью, чаще всего наблюдаются другие состояния, которые связаны с недостатком одного-двух групп веществ, например, нехваткой белков и витаминов. Можно и не подозревать, что проблемы с кожей, кишечником, сердцем и пр. могут быть связаны с дефицитом белка. Глядя на пациентов с такими проблемами сразу не скажешь, что есть проблемы с питанием, больно уж не специфичны жалобы.
Но статья не про болезни, а про здоровье, а точнее про метаболизм в общем. Обмен веществ включает в себя обмен жиров, белков, углеводов, витаминов, минералов и других биологически активный и важных для организма веществ. Скорость обменных процессов у всех разный и зависит от:
Известно ли вам, что мужчины в среднем тратят больше калорий, чем женщины. А с возрастом метаболизм замедляется и человек затрачивает меньше энергии, чем в молодости. Каждые 10 лет метаболизм снижается на 7-10 %. У физически третированных лиц обмен веществ усилен, чем у лиц нетренированных. При некоторых заболеваниях (ожирении, гипотиреозе, сахарном диабете и пр.) метаболизм замедляется.
Кстати, чем больше масса тела, тем медленнее метаболизм, сравните мышь и слона. У первой обменные процессы проходят с очень высокой скоростью, поэтому у мышей короткая жизнь. Стоит задуматься, действительно ли плох медленный метаболизм, может лучше подстроится под него? Также состав тела, а точнее соотношение жировой и мышечной ткани, влияет на скорость обмена веществ, поскольку основные источники сжигания жира — мышцы. Поэтому чем лучше развита мускулатура, тем быстрее метаболизм.
Обмен веществ подразделяется на три составляющие:
Базовый (основной обмен)
Активный
Пищеварительный
Базовый или основной обмен веществ — это энергия которую организм тратит на работу жизненно важных органов. Этот тип метаболизма обеспечивает работу сердца, пищеварительного тракта, легких, почек, печени, головного мозга наконец. Кстати, головной мозг потребляет до 25 % от основного обмена. На слаженную работу организма нужно много энергии и поэтому доля основного обмена занимает большую часть всей энергетической потребности организма.
Активный тип метаболизма — это энергия, которая тратится на физическую деятельность, на движение. Он зависит от характера труда человека, например, офисный сотрудник тратит меньше энергии, чем каменщик на стройке. Чем более активный образ жизни, тем больше активный метаболизм, а с ним и основной.
Пищеварительный тип метаболизма — это получение энергии на процесс переваривания пищи. Вы удивитесь, но переваривать пищу организму очень не просто, для этого необходимо куча энергии. Причем уровень трат зависит от вида пищи, например, для расщепления тяжелой еды (мясо, грибы, орехи) требуется больше энергии, чем для переваривания каш и молочной продукции. Пищеварительный и основной типы обмена веществ обеспечивают до 80 % суточной потребности в энергии.
Таким образом, чтобы быть здоровым с нормальным весом нужно сохранять баланс поступления энергии с пищей, что обмен веществ протекал эффективно. Конечно это зависит не только от количества калорий, но и соотношения самых главных нутриентов пищи: белков, жиров и углеводов. В следующей статье я расскажу о еще одной классификации метаболизма на белковый, углеводный и сбалансированный типы метаболизма. Вы узнаете как тратят калории люди с разным обменом веществ, а также пройдете тест для определения своего типа метаболизма. Еще вы узнаете больше о калориях, как рассчитать свой основной обмен и сколько нужно калорий для того чтобы стрелки весов качнулись с сторону снижения веса.
Также я планирую рассказать о трех видах телосложения, которые отличаются по скорости метаболизма. Вас ждет много открытий и куча полезного материала. Рекомендую вам подписаться на обновления блога, чтобы не забыть и не пропустить публикацию статьи.
Рекомендую вам посмотреть видео о продуктах для метаболизма для тех, кому за 40.
И напоследок хочу объявить конкурс комментаторов с денежными призами. Конкурс будет ежемесячным. Утверждаю три призовых места в зависимости от количества комментариев к статьям. А также специальный приз для гостьи, чьи комментарии будут особенно интересными, насыщенными и информативными.
Правила конкурса таковы:
Каков размер призов?
За первое место гостья получает 500 р
За второе место гостья получает 400 р
За третье место гостья получает 300 р
Специальный приз для самого интересного комментатора — 500 р
Как будем считать?
На блоге в правой колонке вы видите окошко «Самые активные читатели». Там вы увидите свое имя и имена других читательниц, сколько комментариев кто оставил. В последний день месяца я подсчитываю количество и определяю победителей. С началом нового месяца счетчики обновляются и цикл повторяется заново.
Как происходит выплата денег?
Деньги перевожу в течении первой недели месяца следующими способами
Отслеживание награждения победителей вы берете на себя (поэтому вы и должны быть подписчиком, чтобы узнать о победе). В течении первой недели я жду от победителя письма на свой адрес [email protected]. В нем вы пишите что-то типа «Здравствуйте! Я являюсь победителем и заняла первое место. Мой адрес такой-то, отправьте мне пожалуйста мой приз туда-то».
Внимание! Если в течении недели вы не заявите о себе, то приз сгорает. Будьте внимательны и помните это правило.
А теперь у меня все на сегодня. До новых встреч. И не забудьте нажать на кнопки соц. сетей и поделиться ссылкой на статью со своими подружками. Будьте щедрыми!
С теплотой и заботой, Равила.
Похожие записи
frau-madam.com
Понятие об обмене веществ. Значение обмена веществ. Виды и этапы обмена.
Питательные вещества и их значение.
Особенности обмена веществ у детей.
Ожирение, его причины, тактика воспитателя по отношению к ребенку, страдающему ожирением.
Обменом веществ называют совокупность физико-химических превращений, происходящих в организме и обеспечивающих его жизнедеятельность во взаимосвязи с внешней средой.
Суть обмена веществ сводится к поступлению веществ из окружающей среды, их переработке (например, в пищеварительной системе), усвоению и использованию клетками организма и выделению в окружающую среду продуктов обмена, образовавшихся в клетках. Прекращение обмена веществ означает биологическую смерть организма. Способность к обмену – одно из важнейших свойств живого организма.
Вещества, поступающие в организм из окружающей среды, расходуются на покрытие пластических и энергетических нужд организма, т.е. организм использует эти вещества для построения собственных клеток и тканей, а энергию химических связей – для синтеза АТФ и др. макроэргических соединений. В свою очередь энергия гидролиза АТФ может превращаться в механическую, электрическую, тепловую и др. виды энергии, необходимые для поддержания разных видов жизнедеятельности организма: мышечного сокращения, передачи нервного импульса, синтеза веществ в соответствии с генетической программой, поддержания гомеостаза и т.д.
В ходе обмена постоянно идут процессы ассимиляцииидиссимиляции.Ассимиляция(уподобление) – процесс использования организмом внешних по отношению к нему веществ и синтез своих собственных на основе продуктов расщепления. Процесс ассимиляции связан сзатратами энергии.Диссимиляция(разуподобление) – процесс разрушения веществ в организме и образование продуктов обмена. Диссимиляция сопровождаетсявыделением энергии. Процессы ассимиляции и диссимиляции связаны между собой, но не всегда уравновешены. В растущем организме преобладает ассимиляция, в стареющем – диссимиляция, у взрослых людей эти процессы чаще уравновешены. Диссимиляция усиливается при интенсивном росте (дети вытягиваются и худеют) и новообразованиях (опухолевый рост сопровождается затратами энергии на деление клеток).
В литературе часто употребляются и такие термины как метаболизм– обмен веществ,анаболизм– процессы синтеза веществ в организме, сопровождающиеся поглощением энергии; икатаболизм– процессы распада веществ в организме, сопровождающиеся выделением энергии. Анаболизм и катаболизм – две взаимосвязанные стороны метаболизма.
Так как все обменные реакции имеют энергетическую подоплеку, интенсивность обменных процессов принято оценивать в энергетических единицах (ккал.). В связи с этим, различают следующие виды обмена:
Основной обмен–минимальноеколичество энергии, необходимое для поддержания жизнедеятельности в условиях физического и эмоционального покоя, утром, натощак, лежа, при условии нормальной температуры тела и окружающей среды. Основной обмен зависит от пола, возраста, роста, веса, состояния здоровья.
Рабочая прибавка– количество энергии, необходимое для разных видов деятельности. Зависит от вида деятельности.
Общий обмен– совокупность основного обмена и рабочей прибавки.
Обмен веществ протекает в 3 этапа:
Этап поступления веществ в организм. Вещества поступают в организм через дыхательную, пищеварительную системы и кожу. В пищеварительной системе происходит расщепление питательных веществ, в результате которого они становятся пригодными для усвоения: а) питательные вещества теряют свою видовую специфичность и при поступлении в кровь уже не воспринимаются организмом как генетически чужеродный материал; б) питательные вещества превращаются в молекулы, которые можно транспортировать через клеточные мембраны и использовать в реакциях внутриклеточного обмена веществ;
Этап промежуточного обменавеществ, который протекает в клетках организма и сводится к разнообразным реакциям анаболического и катаболического характера. В результате этого этапа образуются продукты обмена, которые подлежат выведению из организма;
Этап выделения продуктов обмена, в котором участвуют дыхательная, пищеварительная, мочевыделительная системы и кожа.
Связующим звеном между структурами, в которых проходят разные этапы обмена, является, в первую очередь, кровь. Она выполняет транспортные функции. Именно в кровь попадают кислород из дыхательной системы, продукты расщепления из пищеварительной системы, вещества с поверхности кожи; именно кровь несет эти вещества к клеткам; именно в кровь попадают продукты обмена из клеток; именно из крови продукты обмена попадают в кожные железы, почки, легкие, пищеварительные железы откуда с пищеварительными соками - в пищеварительный тракт и вместе с непереваренными остатками пищи – в окружающую среду.
studfiles.net
1. Дайте определения понятий.Метаболизм – набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Энергетический обмен – процесс метаболического распада, разложения на более простые вещества или окисления какого-либо вещества, обычно протекающий с высвобождением энергии в виде тепла и в виде АТФ.Пластический обмен – совокупность всех процессов биосинтеза, протекающих в живых организмах.
2. Заполните таблицу.
3. Изобразите схематично молекулу АТФ. Обозначьте ее части. Укажите расположение макроэргических связей. Напишите полное название этой молекулы.АТФ – аденозинтрифосфорная кислота
4. К какому классу органических веществ относится АТФ? Почему вы сделали такой вывод?Нуклеотид, так как состоит из аденина, рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.
5. Пользуясь материалом § 3.2, заполните таблицу.
6. Какова биологическая роль ступенчатого характера энергетического обмена?Постепенное выделение энергии, идущее в ходе энергетического обмена, позволяет более рационально использовать и запасать энергию. При разовом выделении такого числа энергии большая ее часть просто не успела бы соединиться с АДФ и выделилась бы как тепло, что означает большие потери для организма.
7. Объясните, почему кислород необходим большинству современных организмов. В результате какого процесса в клетках образуется углекислый газ?Кислород необходим для дыхания. При наличии кислорода органические вещества при дыхании полностью окисляются до углекислого газа и воды.
8. Как повлияло накопление в атмосфере Земли кислорода на степень интенсивности процессов жизнедеятельности обитателей нашей планеты?Кислород оказывает глубокое влияние на организм в целом, повышая общую энергию жизнедеятельности обитателей нашей планеты. Возникли и эволюционировали новые организмы.
9. Вставьте пропущенные слова.Реакции пластического обмена идут с поглощением энергии.Реакции энергетического обмена идут с выделением энергии.Подготовительный этап энергетического обмена осуществляется в ЖКТ и лизосомах клетки.Гликолиз протекает в цитоплазме. Во время подготовительного этапа белки под действием пищеварительных ферментов превращаются в аминокислоты.
10. Выберите правильный ответ. Тест 1.Какая из аббревиатур обозначает носителя энергии в живой клетке? 3) АТФ;
Тест 2.На подготовительном этапе энергетического обмена белки распадаются до:2) аминокислот;
Тест 3.В результате бескислородного окисления в клетках животных при недостатке кислорода образуется:3) молочная кислота;
Тест 4.Энергия, которая выделяется в реакциях подготовительного этапа энергетического обмена:2) рассеивается в виде тепла;
Тест 5.Гликолиз обеспечивают ферменты:3) цитоплазмы;
Тест 6.При полном окислении четырех молекул глюкозы образуется:4) 152 молекулы АТФ.
Тест 7.Для наиболее быстрого восстановления работоспособности при усталости в период подготовки к экзамену лучше всего съесть:3) кусок сахара;
11. Составьте синквейн к термину «метаболизм».МетаболизмПластический и энергетический.Синтезирует, разрушает, превращает.Набор химических реакций в живом организме для поддержания жизни.Обмен веществ.
12. Скорость обмена веществ непостоянна. Укажите некоторые внешние и внутренние причины, которые, по вашему мнению, способны изменять скорость обмена веществ.Внешние – температура окружающей среды, физические нагрузки, масса тела. Внутренние – уровень гормонов в крови, состояние нервной системы (угнетение или возбуждение).
13. Вы знаете, что существуют аэробные и анаэробные организмы. А кто такие факультативные анаэробы?Это организмы, энергетические циклы которых проходят по анаэробному пути, но способные существовать при доступе кислорода, в отличие от облигатных анаэробов, для которых кислород губителен.
14. Объясните происхождение и общее значение слова (термина), опираясь на значение корней, его составляющих.
15. Выберите термин и объясните, насколько его современное значение соответствует первоначальному значению его корней.Выбранный термин – гликолиз. Соответствие: термин соответствует, но дополнен. Современное определение гликолиза, это не просто «расщепление сладкого», а процесс окисления глюкозы, при котором из одной ее молекулы образуются две молекулы ПВК, осуществляемый последовательно за несколько ферментативных реакций и сопровождающийся запасанием энергии в форме АТФ и NADH.
16. Сформулируйте и запишите основные идеи § 3.2. Для любого организма характерен обмен веществ – набор хим. реакций для поддержания жизни. Энергетический обмен – процесс разложения на более простые вещества, протекающий с высвобождением энергии в виде тепла и в виде АТФ. Пластический обмен – совокупность всех процессов биосинтеза, протекающих в живых организмах. Молекула АТФ – универсальный поставщик энергии в клетках. Энергетический обмен протекает в 3 стадии: подготовительный этап (образуется глюкоза и тепло), гликолиз (образуется ПВК, 2 молекулы АТФ и тепло) и кислородный, или клеточное дыхание, (образуется 36 молекул АТФ и углекислый газ).
biogdz.ru
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Метаболи́зм (от греч. μεταβολή — «превращение, изменение»), или обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды.
Метаболизм обычно делят на две стадии: катаболизм и анаболизм. В ходе катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых, обычно выделяя энергию. А в процессах анаболизма — из более простых синтезируются более сложные вещества и это сопровождается затратами энергии.
Серии химических реакций обмена веществ называют метаболическими путями. В них, при участии ферментов, одни биологически значимые молекулы, последовательно превращаются в другие.
Ферменты играют важную роль в метаболических процессах потому, что:
Особенности метаболизма влияют на то, будет ли пригодна определенная молекула для использования организмом в качестве источника энергии. Так, например, некоторые прокариоты используют сероводород в качестве источника энергии, однако этот газ ядовит для животных[1]. Скорость обмена веществ также влияет на количество пищи, необходимой для организма.
Основные метаболические пути и их компоненты одинаковы для многих видов, что свидетельствует о единстве происхождения всех живых существ[2]. Например, некоторые карбоновые кислоты, являющиеся интермедиатами цикла трикарбоновых кислот присутствуют во всех организмах, начиная от бактерий и заканчивая многоклеточными организмами эукариот[3]. Сходства в обмене веществ, вероятно, связаны с высокой эффективностью метаболических путей, а также с их ранним появлением в истории эволюции[4][5].
Органические вещества, входящие в состав всех живых существ (животных, растений, грибов и микроорганизмов), представлены в основном аминокислотами, углеводами, липидами (часто называемые жирами) и нуклеиновыми кислотами. Так как эти молекулы имеют важное значение для жизни, метаболические реакции сосредоточены на создании этих молекул при строительстве клеток и тканей или разрушении их с целью использования в качестве источника энергии. Многие важные биохимические реакции объединяются вместе для синтеза ДНК и белков.
Белки являются линейными биополимерами и состоят из остатков аминокислот, соединённых пептидными связями. Некоторые белки являются ферментами и катализируют химические реакции. Другие белки выполняют структурную или механическую функцию (например, образуют цитоскелет).[6] Белки также играют важную роль в передаче сигнала в клетках, иммунных реакциях, агрегации клеток, активном транспорте через мембраны и регуляции клеточного цикла.[7]
Липиды входят в состав биологических мембран, например, плазматических мембран, являются компонентами коферментов и источниками энергии.[7] Липиды являются гидрофобными или амфифильными биологическими молекулами, растворимыми в органических растворителях таких, как бензол или хлороформ.[8]Жиры — большая группа соединений, в состав которых входят жирные кислоты и глицерин. Молекула трёхатомного спирта глицерина, образующая три сложные эфирные связи с тремя молекулами жирных кислот, называется триглицеридом.[9] Наряду с остатками жирных кислот, в состав сложных липидов может входить, например, сфингозин (сфинголипиды), гидрофильные группы фосфатов (в фосфолипидах). Стероиды, например холестерол, представляют собой ещё один большой класс липидов.[10]
Сахара могут существовать в кольцевой или линейной форме в виде альдегидов или кетонов, имеют несколько гидроксильных групп. Углеводы являются наиболее распространёнными биологическими молекулами. Углеводы выполняют следующие функции: хранение и транспортировка энергии (крахмал, гликоген), структурная (целлюлоза растений, хитин у грибов и животных).[7] Наиболее распространенными мономерами сахаров являются гексозы — глюкоза, фруктоза и галактоза. Моносахариды входят в состав более сложных линейных или разветвленных полисахаридов.[11]
Полимерные молекулы ДНК и РНК представляют собой длинные неразветвленные цепочки нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты выполняют функцию хранения и реализации генетической информации, которые осуществляются в ходе процессов репликации, транскрипции, трансляции, и биосинтеза белка.[7] Информация, закодированная в нуклеиновых кислотах, защищается от изменений системами репарации и мультиплицируется при помощи репликации ДНК.
Некоторые вирусы имеют РНК-содержащий геном. Например, вирус иммунодефицита человека использует обратную транскрипцию для создания матрицы ДНК из собственного РНК-содержащего генома.[12] Некоторые молекулы РНК обладают каталитическими свойствами (рибозимы) и входят в состав сплайсосом и рибосом.
Нуклеозиды — продукты присоединения азотистых оснований к сахару рибозе. Примерами азотистых оснований являются гетероциклические азотсодержащие соединения — производные пуринов и пиримидинов. Некоторые нуклеотиды также выступают в качестве коферментов в реакциях переноса функциональных групп.[13]
Подробное рассмотрение темы: Коферменты
Метаболизм включает широкий спектр химических реакций, большинство из которых относятся к нескольким основным типам реакций переноса функциональных групп.[14] Для переноса функциональных групп между ферментами, катализирующими химические реакции, используются коферменты.[13] Каждый класс химических реакций переноса функциональных групп катализируется отдельными ферментами и их кофакторами.[15]
Аденозинтрифосфат (АТФ) — один из центральных коферментов, универсальный источник энергии клеток. Этот нуклеотид используется для передачи химической энергии, запасенной в макроэргических связях, между различными химическими реакциями. В клетках существует небольшое количество АТФ, который постоянно регенерируется из ADP и AMP. Организм человека за сутки расходует массу АТФ, равную массе собственного тела.[15] АТР выступает в качестве связующего звена между катаболизмом и анаболизмом: при катаболических реакциях образуется АТФ, при анаболических — энергия потребляется. АТФ также выступает донором фосфатной группы в реакциях фосфорилирования.
Витамины — низкомолекулярные органические вещества, необходимые в небольших количествах, причём, например, у человека большинство витаминов не синтезируется, а получается с пищей или через микрофлору ЖКТ. В организме человека большинство витаминов являются кофакторами ферментов. Большинство витаминов приобретают биологическую активность в измененном виде, например, все водорастворимые витамины в клетках фосфорилируются или соединяются с нуклеотидами.[16]Никотинамидадениндинуклеотид (NADH) является производным витамина B3 (ниацина), и представляет собой важный кофермент — акцептора водорода. Сотни различных ферментов дегидрогеназ отнимают электроны из молекул субстратов и переносят их на молекулы NAD+, восстанавливая его до NADH. Окисленная форма кофермента является субстратом для различных редуктаз в клетке.[17] NAD в клетке существует в двух связанных формах NADH и NADPH. NAD+/NADH больше важен для протекания катаболических реакций, а NADP+/NADPH чаще используется в анаболических реакциях.
Неорганические элементы играют важнейшую роль в обмене веществ. Около 99 % массы млекопитающего состоит из углерода, азота, кальция, натрия, магния, хлора, калия, водорода, фосфора, кислорода и серы.[18] Биологически значимые органические соединения (белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты) содержат большое количество углерода, водорода, кислорода, азота и фосфора.[18]
Многие неорганические соединения являются ионными электролитами. Наиболее важны для организма ионы натрия, калия, кальция, магния, хлоридов, фосфатов и гидрокарбонатов. Баланс этих ионов внутри клетки и во внеклеточной среде определяет осмотическое давление и pH.[19] Концентрации ионов также играют важную роль для функционирования нервных и мышечных клеток. Потенциал действия в возбудимых тканях возникает при обмене ионами между внеклеточной жидкостью и цитоплазмой.[20] Электролиты входят и выходят из клетки через ионные каналы в плазматической мембране. Например, в ходе мышечного сокращения в плазматической мембране, цитоплазме и Т-трубочках перемещаются ионы кальция, натрия и калия.[21]
Переходные металлы в организме являются микроэлементами, наиболее распространены цинк и железо.[22][23] Эти металлы используются некоторыми белками (например, ферментами в качестве кофакторов) и имеют важное значение для регуляции активности ферментов и транспортных белков.[24] Кофакторы ферментов обычно прочно связаны со специфическим белком, однако могут модифицироваться в процессе катализа, при этом после окончания катализа всегда возвращаются к своему первоначальному состоянию (не расходуются). Металлы-микроэлементы усваиваются организмом при помощи специальных транспортных белков и не встречаются в организме в свободном состоянии, так как связаны со специфическими белками-переносчиками (например, ферритином или металлотионеинами).[25][26]
Все живые организмы можно разделить на восемь основных групп в зависимости от используемого: источника энергии, источника углерода и донора электронов (оксисляемого субстрата)[27].
Название типа метаболизма формируется путём сложения соответствующих корней и добавлением в конце корня -троф-. В таблице представлены возможные типы метаболизма с примерами[28]:
| Солнечный светФото- | Органические вещества-органо- | Органические вещества-гетеротроф | Фотоорганогетеротрофы | Пурпурные несерные бактерии, Галобактерии, Некоторые цианобактерии. |
| Углекислый газ-автотроф | Фотоорганоавтотрофы | Редкий тип метаболизма, связанный с окислением неусваиваемых веществ. Характерен для некоторых пурпурных бактерий. | ||
| Неорганические вещества-лито-* | Органические вещества-гетеротроф | Фотолитогетеротрофы | Некоторые цианобактерии, пурпурные и зелёные бактерии, также гелиобактерии. | |
| Углекислый газ-автотроф | Фотолитоавтотрофы | Высшие растения, Водоросли, Цианобактерии, Пурпурные серные бактерии, Зелёные бактерии. | ||
| ЭнергияхимическихсвязейХемо- | Органические вещества-органо- | Органические вещества-гетеротроф | Хемоорганогетеротрофы | Животные, Грибы, Большинство микроорганизмов редуцентов. |
| Углекислый газ-автотроф | Хемоорганоавтотрофы | Окисление трудноусваиваемых веществ, например факультативные метилотрофы, окисляющие муравьиную кислоту. | ||
| Неорганические вещества-лито-* | Органические вещества-гетеротроф | Хемолитогетеротрофы | Метанобразующие археи, Водородные бактерии. | |
| Углекислый газ-автотроф | Хемолитоавтотрофы | Железобактерии, Водородные бактерии, Нитрифицирующие бактерии, Серобактерии. |
Классификация была разработана группой авторов (А. Львов, К. ван Ниль, F. J. Ryan, Э. Тейтем) и утверждена на 11-м симпозиуме в лаборатории Колд-Спринг-Харбор и изначально служила для описания типов питания микроорганизмов. Однако в настоящее время применяется и для описания метаболизма других организмов[29].
Из таблицы очевидно, что метаболические возможности прокариот значительно разнообразнее по сравнению с эукариотами, которые характеризуются фотолитоавтотрофным и хемоорганогетеротрофным типом метаболизма.
Следует отметить, что некоторые виды микроорганизмов могут в зависимости от условий среды (освещение, доступность органических веществ и т. д.) и физиологического состояния осуществлять метаболизм разного типа. Такое сочетание нескольких типов метаболизма описывается как миксотрофия.
При применении данной классификации к многоклеточным организмам, важно понимать, что в рамках одного организма могут быть клетки отличающиеся типом обмена веществ. Так клетки надземных, фотосинтезирующих органов многоклеточных растений характеризуются фотолитоавтотрофным типом метаболизма, в то время как клетки подземных органов описываются как хемоорганогетеротрфные. Также как и в случае с микроорганизмами при изменении условий среды, стадии развития и физиологического состояния тип метаболизма клеток многоклеточного организма может изменяться. Так например, в темноте и на стадии прорастания семени, клетки высших растений осуществляют метаболизм хемоорганогетеротрофного типа.
Катаболизмом называют метаболические процессы, при которых расщепляются относительно крупные органические молекулы сахаров, жиров, аминокислот. В ходе катаболизма образуются более простые органические молекулы, необходимые для реакций анаболизма (биосинтеза). Часто, именно в ходе реакций катаболизма организм мобилизует энергию, переводя энергию химических связей органических молекул, полученных в процессе переваривания пищи, в доступные формы: в виде АТФ, восстановленных коферментов и трансмембранного электрохимического потенциала. Термин катаболизм не является синонимом «энергетического обмена»: у многих организмов (например, у фототрофов) основные процессы запасания энергии не связаны напрямую с расщеплением органических молекул. Классификация организмов по типу метаболизма может быть основана на источнике получения энергии, что отражено в предыдущем разделе. Энергию химических связей используют хемотрофы, а фототрофы потребляют энергию солнечного света. Однако, все эти различные формы обмена веществ зависят от окислительно-восстановительных реакций, которые связаны с передачей электронов от восстановленных доноров молекул, таких как органические молекулы, вода, аммиак, сероводород, на акцепторные молекулы, такие как кислород, нитраты или сульфат.[30] У животных эти реакции сопряжены с расщеплением сложных органических молекул до более простых, таких как двуокись углерода и воду. В фотосинтезирующих организмах — растениях и цианобактериях — реакции переноса электрона не высвобождают энергию, но они используются как способ запасания энергии, поглощаемой из солнечного света.[31]
Катаболизм у животных может быть разделён на три основных этапа. Во-первых, крупные органические молекулы, такие как белки, полисахариды и липиды расщепляются до более мелких компонентов вне клеток. Далее эти небольшие молекулы попадают в клетки и превращается в ещё более мелкие молекулы, например, ацетил-КоА. В свою очередь, ацетильная группа кофермента А окисляется до воды и углекислого газа в цикле Кребса и дыхательной цепи, высвобождая при этом энергию, которая запасается в форме АТР.
Такие макромолекулы, как крахмал, целлюлоза или белки, должны расщепляться до более мелких единиц прежде, чем они могут быть использованы клетками. Несколько классов ферментов принимают участие в деградации: протеазы, которые расщепляют белки до пептидов и аминокислот, гликозидазы, которые расщепляют полисахариды до олиго- и моносахаридов.
Микроорганизмы выделяют гидролитические ферменты в пространство вокруг себя,[32][33] чем отличаются от животных, которые выделяют такие ферменты только из специализированных железистых клеток.[34] Аминокислоты и моносахариды, образующиеся в результате активности внеклеточных ферментов, затем поступают в клетки с помощью активного транспорта.[35][36]
В ходе катаболизма углеводов сложные сахара расщепляются до моносахаридов, которые усваиваются клетками.[37] Попав внутрь, сахара (например, глюкоза и фруктоза) в процессе гликолиза превращаются в пируват, при этом вырабатывается некоторое количество АТР.[38] Пировиноградная кислота (пируват) является промежуточным продуктом в нескольких метаболических путях. Основной путь метаболизма пирувата — превращаение в ацетил-КоА и далее поступление в цикл трикарбоновых кислот. При этом в цикле Кребса в форме АТР запасается часть энергии, а также восстанавливаются молекулы NADH и FAD. В процессе гликолиза и цикла трикарбоновых кислот образуется диоксид углерода, который является побочным продуктом жизнедеятельности. В анаэробных условиях в результате гликолиза из пирувата при участии фермента лактатдегидрогеназы образуется лактат, и происходит окисление NADH до NAD+, который повторно используется в реакциях гликолиза. Существует также альтернативный путь метаболизма моносахаридов — пентозофосфатный путь, в ходе реакций которого энергия запасается в форме восстановленного кофермента NADPH и образуются пентозы, например, рибоза, необходимая для синтеза нуклеиновых кислот.
Жиры на первом этапе катаболизма гидролизуются в свободные жирные кислоты и глицерин. Жирные кислоты расщепляются в процессе бета-окисления с образованием ацетил-КоА, который в свою очередь далее катаболизируется в цикле Кребса, либо идет на синтез новых жирных кислот. Жирные кислоты выделяют больше энергии, чем углеводы, так как жиры содержат удельно больше атомов водорода в своей структуре.
Аминокислоты либо используются для синтеза белков и других биомолекул, либо окисляются до мочевины, диоксида углерода и служат источником энергии.[39] Окислительный путь катаболизма аминокислот начинается с удаления аминогруппы ферментами трансаминазами. Аминогруппы утилизируются в цикле мочевины; аминокислоты, лишённые аминогрупп называют кетокислотами. Некоторые кетокислоты — промежуточные продукты цикла Кребса. Например, при дезаминировании глутамата образуется альфа-кетоглутаровая кислота.[40] Гликогенные аминокислоты также могут быть преобразованы в глюкозу в реакциях глюконеогенеза.[41]
При окислительном фосфорилировании электроны, удалённые из пищевых молекул в метаболических путях (например, в цикле Кребса), переносятся на кислород, а выделяющаяся энергия используется для синтеза АТР. У эукариот данный процесс осуществляется при участии ряда белков, закреплённых в мембранах митохондрий, называемые дыхательной цепью переноса электронов. У прокариот эти белки присутствуют во внутренней мембране клеточной стенки.[42] Белки цепи переноса электронов используют энергию, полученную при передаче электронов от восстановленных молекул (например NADH) на кислород, для перекачки протонов через мембрану.[43]
При перекачке протонов создаётся разница концентраций ионов водорода и возникает электрохимический градиент.[44] Эта сила возвращает протоны обратно в митохондрии через основание АТР-синтазы. Поток протонов заставляет вращаться кольцо из c-субъединиц фермента, в результате чего активный центр синтазы изменяет форму и фосфорилирует аденозиндифосфат, превращая его в АТР.[15]
Хемолитотрофами называют прокариот, имеющих особый тип обмена веществ, при котором энергия образуется в результате окисления неорганических соединений. Хемолитотрофы могут окислять молекулярный водород,[45] соединения серы (например, сульфиды, сероводород и неорганические тиосульфаты),[1]оксид железа(II)[46] или аммиак.[47] При этом энергия от окисления этих соединений образуется с помощью акцепторов электронов, таких как кислород или нитриты.[48] Процессы получения энергии из неорганических веществ играют важную роль в таких биогеохимических циклах, как ацетогенез, нитрификация и денитрификация.[49][50]
Энергия солнечного света поглощается растениями, цианобактериями, пурпурными бактериями, зелёными серными бактериями и некоторыми простейшими. Этот процесс часто сочетается с превращением диоксида углерода в органические соединения, как часть процесса фотосинтеза (см. ниже). Системы захвата энергии и фиксации углерода у некоторых прокариот могут работать раздельно (например, у пурпурных и зелёных серных бактерий).[51][52]
У многих организмов поглощение солнечной энергии в принципе аналогично окислительному фосфорилированию, так как при этом энергия запасается в форме градиента концентрации протонов и движущая сила протонов приводит к синтезу АТФ.[15] Электроны, необходимые для этой цепи переноса, поступают от светособирающих белков, называемых центрами фотосинтетических реакций (примером являются родопсины). В зависимости от вида фотосинтетических пигментов классифицируют два типа центров реакций; в настоящее время большинство фотосинтезирующих бактерий имеют только один тип, в то время как растения и цианобактерии два.[53]
У растений, водорослей и цианобактерий, фотосистема II использует энергию света для удаления электронов из воды, при этом молекулярный кислород выделяется как побочный продукт реакции. Электроны затем поступают в комплекс цитохрома b6f, который использует энергию для перекачки протонов через тилакоидную мембрану в хлоропластах.[7] Под действием электрохимического градиента протоны движутся обратно через мембрану и запускают АТР-синтазу. Электроны затем проходят через фотосистему I и могут быть использованы для восстановления кофермента NADP+, для использования в цикле Кальвина или рециркуляции для образования дополнительных молекул АТР.[54]
Анаболизм — совокупность метаболических процессов биосинтеза сложных молекул с затратой энергии. Сложные молекулы, входящие в состав клеточных структур, синтезируются последовательно из более простых предшественников. Анаболизм включает три основных этапа, каждый из которых катализируется специализированным ферментом. На первом этапе синтезируются молекулы-предшественники, например, аминокислоты, моносахариды, терпеноиды и нуклеотиды. На втором этапе предшественники с затратой энергии АТР преобразуются в активированные формы. На третьем этапе активированные мономеры объединяются в более сложные молекулы, например, белки, полисахариды, липиды и нуклеиновые кислоты.
Не все живые организмы могут синтезировать все биологически активные молекулы. Автотрофы (например, растения) могут синтезировать сложные органические молекулы из таких простых неорганических низкомолекулярных веществ, как углекислый газ и вода. Гетеротрофам необходим источник более сложных веществ, таких как моносахариды и аминокислоты, для создания более сложных молекул. Организмы классифицируют по их основным источникам энергии: фотоавтотрофы и фотогетеротрофы получают энергию из солнечного света, в то время как хемоавтотрофы и хемогетеротрофы получают энергию из неорганических реакций окисления.
Фотосинтезом называют процесс биосинтеза сахаров из углекислого газа, при котором необходимая энергия поглощается из солнечного света. У растений, цианобактерий и водорослей, при кислородном фотосинтезе происходит фотолиз воды, при этом, как побочный продукт, выделяется кислород. Для преобразования CO2 в 3-фосфоглицерат используется энергия АТФ и НАДФ, запасенная в фотосистемах. Реакция связывания углерода осуществляется с помощью фермента рибулозобисфосфаткарбоксилазы и является частью цикла Кальвина.[55] У растений классифицируют три типа фотосинтеза — по пути трехуглеродых молекул, по пути четырехуглеродых молекул (С4), и CAM фотосинтез. Три типа фотосинтеза отличаются по пути связывания углекислого газа и его вхождения в цикл Кальвина; у C3 растений связывание CO2 происходит непосредственно в цикле Кальвина, а при С4 и CAM CO2 предварительно включается в состав других соединений. Разные формы фотосинтеза являются приспособлениями к к интенсивному потоку солнечных лучей и к сухим условиям.[56]
У фотосинтезирующих прокариот механизмы связывания углерода более разнообразны. Углекислый газ может быть фиксирован в цикле Кальвина, в обратном цикле Кребса,[57] или в реакциях карбоксилирования ацетил-КоА.[58][59] Прокариоты — хемоавтотрофы также связывают CO2 через цикл Кальвина, но для протекания реакции используют энергию из неорганических соединений.[60]
В процессе анаболизма сахаров простые органические кислоты могут быть преобразованы в моносахариды, например, в глюкозу, и затем использованы для синтеза полисахаридов, таких как крахмал. Образование глюкозы из соединений, как пируват, лактат, глицерин, 3-фосфоглицерат и аминокислот называют глюконеогенезом. В процессе глюконеогенеза пируват превращается глюкозо-6-фосфат через ряд промежуточных соединений, многие из которых образуются и при гликолизе.[38] Однако, глюконеогенез не просто является гликолизом в обратном направлении, так как несколько химических реакций катализируют специальные ферменты, что дает возможность независимо регулировать процессы образования и распада глюкозы.[61][62]
Многие организмы запасают питательные вещества в форме липидов и жиров, однако, позвоночные не имеют ферментов, катализирующих превращение ацетил-КоА (продукта метаболизма жирных кислот) в пируват (субстрат глюконеогенеза).[63] После длительного голодания позвоночные начинают синтезировать кетоновые тела из жирных кислот, которые могут заменять глюкозу в таких тканях, как головной мозг.[64] У растений и бактерий, данная метаболическая проблема решается использованием глиоксилатного цикла, который обходит этап декарбоксилирования в цикле лимонной кислоты и позволяет превращать ацетил-КоА в оксалоацетат, и далее использовать для синтеза глюкозы.[63][65]
Полисахариды выполняют структурные и метаболические функции, а также могут быть соединены с липидами (гликолипиды) и белками (гликопротеиды) при помощи ферментов олигосахаридтрансфераз.[66][67]
Жирные кислоты образуются синтазами жирных кислот из ацетил-КоА. Углеродный скелет жирных кислот удлиняется в цикле реакций, в которых сначала присоединяется ацетильная группа, далее карбонильная группа восстанавливается до гидроксильной, затем происходит дегидратация и последующее восстановление. Ферменты биосинтеза жирных кислот классифицируют на две группы: у животных и грибов все реакции синтеза жирных кислот осуществляются одним многофункциональным белком I типа,[68] в пластидах растений и у бактерий каждый этап катализируют отдельные ферменты II типа.[69][70]
Терпены и терпеноиды являются представителями самого многочисленного класса растительных натуральных продуктов.[71] Представители данной группы веществ являются производными изопрена и образуются из активированных предшественников изопентилпирофосфата и диметилаллилпирофосфата, которые, в свою очередь, образуются в разных реакциях обмена веществ.[72] У животных и архей изопентилпирофосфат и диметилаллилпирофосфат синтезируются из ацетил-КоА в мевалонатном пути,[73] в то время как у растений и бактерий субстратами не-мевалонатного пути являются пируват и глицеральдегид-3-фосфат.[72][74] В реакциях биосинтеза стероидов молекулы изопрена объединяются и образуют сквалены, которые далее формируют циклические структуры с образованием ланостерола.[75] Ланостерол может быть преобразован в другие стероиды, например холестерин и эргостерин.[75][76]
Организмы различаются по способности к синтезу 20 общих аминокислот. Большинство бактерий и растений могут синтезировать все 20, но млекопитающие способны синтезировать лишь 11 заменимых аминокислот.[7] Таким образом, в случае млекопитающих 9 незаменимых аминокислот должны быть получены из пищи. Все аминокислоты синтезируются из промежуточных продуктов гликолиза, цикла лимонной кислоты или пентозомонофосфатного пути. Перенос аминогрупп с аминокислот на альфа-кетокислоты называется трансаминированием. Донорами аминогрупп являются глутамат и глутамин. [77]
Аминокислоты, соединенными пептидными связями, образуют белки. Каждый белок имеет уникальную последовательность аминокислотных остатков (первичная структура белка). Подобно тому, как буквы алфавита могут комбинироваться с образованием почти бесконечных вариаций слов, аминокислоты могут связываться в той или иной последовательности и формировать разнообразные белки. Фермент Аминоацил-тРНК-синтетаза катализирует АТР-зависимое присоединение аминокислот к тРНК сложноэфирными связями, при этом образуются аминоацил-тРНК.[78] Аминоацил-тРНК являются субстратами для рибосом, которая объединяют аминокислоты в длинные полипептидные цепочки, используя матрицу мРНК.[79]
Нуклеотиды образуются из аминокислот, углекислого газа и
wiki-org.ru
Совокупность изменений и взаимопревращений различных химических соединений и элементов в человеческом организме — вот что такое обмен веществ. У человека обмен веществ складывается из двух противоположных процессов — ассимиляции и диссимиляции. Совокупность всех процессов синтеза сложных органических веществ (белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот), идущих на построение органов и тканей, получила название ассимиляции. Процессы ассимиляции в клетках всегда сопровождаются поглощением энергии.
Диссимиляция находится в тесном взаимодействии с ассимиляцией и заключается в распаде веществ организма с выделением энергии. Взамен распадающихся веществ образуются органические соединения, и таким образом осуществляется постоянный круговорот обмена веществ и энергии, идет процесс постоянного самообновления клеточного состава тела человека. Возникшие при диссимиляции продукты распада выделяются из организма. В процессе обмена веществ потенциальная энергия вводимых в организм химических соединений переходит в тепловую (поддержание постоянной температуры тела), механическую (движения в процессе трудовой) и других видов деятельности. Обмен веществ и обмен энергии в теле человека — это два проявления единого процесса.
За счет поступления в организм пищи как раз и поддерживается постоянство интенсивности обмена веществ. Поступающие питательные вещества (углеводы, белки, жиры) восполняют потери в органических веществах, которые происходят в результате процессов диссимиляции, и организм тем самым получает необходимый строительный матёриал для своего роста и обновления старых клеток и тканей. Питательные вещества также служат источником энергии, необходимой для жизнедеятельности организма.
Но большинство питательных веществ используется организмом человека не непосредственно, поскольку они являются малорастворимыми соединениями и не могут из пищеварительного тракта сразу поступить в кровь. Усвоение их организмом становится возможным только после того, как они расщепляются на более простые и легкорастворимые вещества: белки — на различные аминокислоты, жиры — на глицерин и жирные кислоты, крахмал превращается в глюкозу.
Большую роль в этом процессе играют пищеварительные ферменты. Для нормальной жизнедеятельности организма ему необходимы различные минеральные соли. Большую роль в обмене вещества играет также вода, составляющая около 2/3 массы тела человека, а в детском организме около 3/4—4/5.
Помимо белков, жиров, углеводов, минеральных солей и воды, организму необходимо наличие в поступающей пище определенного минимального количества витаминов, так как их недостаток вызывает глубокие нарушения обмена веществ, о которых будет подробно рассказано в дальнейшем. Не менее важно и то, что посредством обмена веществ идет постоянное обновление всех составных элементов клеток органов и тканей. Так, например, некоторые ферменты печени обновляются каждые четыре часа. А вот эритроциты (красные кровяные тельца крови) живут довольно долго — 80 — 100 суток.
Подсчитано, что в течение жизни человека его белки обновляются более 200 раз. Поддержание равновесия обменных процессов — это условие существования здорового организма. В результате обмена веществ сохраняется также постоянство химического состава и физико-химических свойств внутренней среды организма. Под последним понимается постоянство температуры тела, концентрации ионов, которые определяют кислотно-щелочное равновесие, а также многие другие важные показатели, в том числе постоянство состава крови, содержание в крови питательных веществ, количество продуктов промежуточного и конечного обмена. Обеспечивается все это слаженной работой всех органов и систем.
Для обозначения всех указанных величин принят единый термин «гомеостаз». Последний обеспечивает человеческому организму относительную независимость от внешней среды, от постоянно меняющихся ее условий. Относительность этой независимости в том, что человек постоянно нуждается в некоторых компонентах внешней среды, а именно кислороде, питательных веществах, воде.
Свою независимость от внешней среды организм создает с помощью разнообразных сложных реакций. К ним можно отнести изменения функционирования нервной, эндокринной, кровеносной систем. А такая система, как иммунная, обеспечивает невосприимчивость к действию микроорганизмов, вредных физико-химических агентов. Система терморегуляции создает человеку независимость от изменения температуры. Короче говоря, получается, что постоянно, каждый момент организм приспосабливается к любым внешним воздействиям и тем самым создает свою относительную независимость или автономность.
«Нарушение обмена веществ: профилактика»,М.А.Жуковский
www.medshag.ru
