Метаболизм клетки. Энергетический обмен и фотосинтез. Реакции матричного синтеза.

Процессы обмена веществ

Обмен веществ состоит из двух тесно взаимосвязанных процессов: ассимиляции и диссимиляции. Эти два процесса не только одновременны, но и взаимообус­ловлены. Одно без другого невозможно, ибо никакая работа в ор­ганизме не может происходить без распада веществ, ранее ассими­лированных организмом. С другой стороны, и для процессов синте­за в организме необходима энергия, выделяющаяся при распаде веществ.

Эти два процесса и составляют обмен веществ в организме. Обмен веществ происходит постоянно и непрерывно. Все клетки, все ткани тела, не исключая и таких плотных и, казалось бы, незыблемых, как кости и роговые образования, находятся в постоян­ном процессе распада и возобновления. Это касается как органичес­ких, так и неорганических веществ.

Ассимиляция (анаболизм)

Ассимиляция или анаболизм — это переход составных частей пищевых веществ, поступивших в человеческий организм из внешней среды в клетки, то есть превращение более простых веществ в химически сложные. В результате ассимиляции происходит размножение клеток. Чем моложе организм, тем активнее протекают в нем процессы ассимиляции, обеспечивая его рост и развитие.

Диссимиляция (катаболизм)

Диссимиляция или катаболизм — это распад (разложение) изношенных составных частей клеток, в том числе и расщепление веществ в составе белковых соединений.

Пластический и энергетический обмен

В организм поступают воздух, вода и пища. В нем эти вещества преобразуются, и из организма выделяются излишки тепла, продукты обмена и непереваренные остатки пищи.

Обмен веществ — это совокупность всех химических изменений и всех видов превращений веществ и энергии в организме, обеспечивающих его развитие, жизнедеятельность, самовоспроизведение и связь с окружающей средой.

Общие сведения об обмене веществ в организме приведены в статье «ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ В КЛЕТКЕ«.

❖ Основные виды обмена веществ: ■ пластический обмен (ассимиляция, анаболизм) и ■ энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм).

Пластический обмен (или ассимиляция, анаболизм) — это совокупность биохимических реакций образования сложных биополимеров из простых молекул, приводящих к обновлению структурных частей клеток и тканей и требующих затрат энергии.

Пластический обмен включает:

■ поступление из внешней среды веществ, необходимых организму;

■ превращение поступивших веществ в соединения, приемлемые для тканей организма;

■ синтез сложных биополимеров (белков, нуклеиновых кислот и др.) из простых органических молекул;

■ синтез структурных единиц клеток и замена устаревших структурных частей клеток и тканей;

■ отложение (депонирование) в организме запасов питательных веществ.

Энергетический обмен (или диссимиляция, катаболизм) — совокупность биохимических реакций расщепления сложных органических веществ, поступающих с пищей или имеющихся в самом организме, в результате которых, во-первых, из расщепляемых молекул извлекается необходимая организму энергия и, во-вторых, образуются простые соединения. Энергетический обмен включает:

■ расщепление энергоемких соединений (углеводов, жиров, некоторых белков) и высвобождение заключенной в них энергии; при этом часть выделяемой энергии рассеивается в виде тепла, а часть запасается в форме высокоэнергетических фосфатных связей молекул АТФ, которые в дальнейшем обеспечивают энергией синтез необходимых организму молекул органических веществ, поддержание жизнедеятельности организма и совершение им работы (мышечной и умственной);

■ расщепление сложных биополимеров (белков, углеводов) до простых соединений, служащих исходным материалом для синтеза сложных биополимеров в процессе ассимиляции;

■ распад устаревших тканевых элементов;

■ выведение продуктов распада из организма;

■ мобилизация запасов организма.

Процессы ассимиляции и диссимиляции взаимосвязаны и в организме протекают одновременно. При этом в различные периоды жизнедеятельности какой-то из видов обмена может преобладать.

Например, в период интенсивного роста организма преобладают процессы пластического обмена, а во время совершения интенсивной физической работы — процессы энергетического обмена.

Промежуточный обмен

Промежуточный (интермедиарный) обмен – это разнообразные и сложные превращения органических и неор­ганических соединений в клетках организма.

Исследование промежуточного обмена раскрывает сущность жизненного процес­са и дают возможность управлять им. Изучение промежуточного обмена ведется, в основном, биохимическими методами. В послед­нее время для этих целей стали широко применять метод радиоак­тивных, меченых атомов, позволяющий проследить за судьбой того или иного элемента в организме. Достаточно ввести животному какую-нибудь молекулу белка, жира, углевода или соли, содержа­щую радиоактивный элемент, чтобы через несколько минут убе­диться в его распространении по всему организму. Было показано, например, что у мышей за какие-нибудь 10 дней возобновляется половина жира тела.

При изучении промежуточного обмена исследуют те превра­щения, которым подвергаются в органах, тканях, клетках вещества, всосавшиеся в кровь из кишечника, т. е. процессы разложения и синтеза, вплоть до образования конечных продуктов, подлежащих выделению из организма.

Очень трудным и недостаточно ясным является вопрос о путях и механизмах образования в организме таких специфических для каждого индивидуума, для каждого органа, и даже для каждой ткани веществ, как белки. До сих пор остается неизвестным, в чем заключается их специфичность и как из веществ пищи создаются специфические белки. Имеются данные, что и другим органическим веществам — углеводам, жирам и даже неорганическим остаткам — также присуща как индивидуальная, так и органная специфич­ность.

Для облегчения изучения промежуточный обмен можно расчле­нить на обмен углеводов, жиров, белков, воды и солей.

Однако следует иметь в виду, что такой метод изложения явля­ется в известной степени условным, так как обмен всех этих ве­ществ неразрывно связан между собой и составляет единый процесс.

Обмен белков

см. Обмен белков

Белки, или протеины, играют важную роль в здоровье, нормальном росте и развитии организма человека. Они выполняют две разные физиологические функции: пластическую и энергетическую.

Функции белков

Пластическая функция белков состоит в том, что они входят в состав всех клеток и тканей. Энергетическая функция белков состоит в том, что они, подвергаясь окислению в присутствии кислорода, расщеп­ляются и выделяют энергию. При расщеплении 1 г белка выделя­ется 4,1 ккал энергии.

Строение белков

Белки состоят из аминокислот. По аминокислотному составу они разделяются на полноценные и неполноценные.

Полноценные бел­ки

Полноценные бел­ки содержатся в продуктах животного происхождения (в мясе, яйцах, рыбе, икре, молоке и молочных продуктах). Для нормального роста и развития организма в суточном рационе детей и подростков не­обходимо наличие достаточного количества полноценных белков.

Неполноценные белки

Неполноценные белки содержатся в продуктах растительного про­исхождения (в хлебе, картошке, кукурузе, горохе, маше, фасоле, рисе и др.).

Обмен жиров

см. Липидный обмен

Жиры, так же как и белки, в организме чело­века имеют пластическое и энергетическое значение. 1 г жира, окисляясь в организме в присутствии кислорода, выделяет 9,3 ккал энергии. Различают два вида жиров: животные и растительные.

Обмен углеводов

см. Углеводный обмен

Для организма человека углеводы имеют в основном энергетическое значение. В частности, при выполнении физической работы углеводы первыми подвергаются расщеплению и снабжают клетки, ткани и в особенности мышцы необходимой энергией для их деятельности. При окислении 1 г углеводов в при­сутствии кислорода выделяется 4,1 ккал энергии. Углеводы содер­жатся в большом количестве в продуктах растительного происхож­дения (в хлебе, картошке, фруктах, бахчевых) и сладостях.

Обмен воды

см. Водно-солевой обмен#Обмен воды

Количество воды в организме

Вода входит в состав всех клеток и тканей организма человека. В зависимости от физиологи­ческих свойств каждой ткани вода в ней содержится в различном количестве. 50 — 60% организма взрослого человека составляет вода, в организме молодых людей содержание воды больше. Суточная потребность организма взрослых людей в воде составляет 2-3 л.

Влияние воды на организм

Вода играет важную роль в обмене веществ. Если человек совер­шенно не будет питаться, но будет употреблять воду в нормальном количестве, то он может прожить 40-45 дней (до уменьшения массы его тела на 40%). Но если, наоборот, питание будет нормальным, а вода не будет употребляться, то человек может погибнуть в течение одной недели (до уменьшения массы на 20-22%).

Вода поступает в организм в составе пищи и в виде напитков. Она, всасываясь из желудка и кишечника в кровь, участвует в про­цессах обмена веществ в клетках и тканях, основная ее часть выво­дится наружу путем дыхания, потоотделения и с мочой.

В жаркий летний период происходят большие по­тери воды организмом при потоотделении и дыхании. Поэтому воз­растает потребность организма в воде. При жажде и ощущении сухости во рту, не прибегая к обиль­ному употреблению воды, следует часто прополаскивать рот, под­кисленная вода (вода с лимоном, минеральная вода) лучше утоляет жажду и при этом сердце не испытывает дополнительной нагрузки.

Обмен минеральных солей

см. Водно-солевой обмен#Обмен минеральных солей

Минеральные соли входят в состав всех клеток и тканей орга­низма человека. Различают макро- и микроэлементы.

Макроэлементы

К макроэле­ментам относятся натрий, хлор, кальций, фосфор, калий, железо. Они содержатся в большом количестве в крови, клетках, в особен­ности в костях.

Микроэлементы

К микроэлементам относятся марганец, кобальт, медь, алюминий, фтор, йод, цинк. Они содержатся в крови, клет­ках и костях, но в меньшем количестве. Минеральные соли играют важную роль в обмене веществ, в особенности в процессах возбуж­дения клеток.

Тканевое дыхание

Тканевое дыхание – это последний этап распада органических веществ в клетках тела, в котором участвует кислород и образуется углекислота.

Чтобы объяснить, почему при тканевом дыхании окисляются вещества, обычно стойкие по отношению к молекулярному кислороду, была выдви­нута мысль об активизации кислорода. Предполагают, что кислород обра­зует перекись, от которой отщепляется активный кислород. Происходит и активизация водорода, который переходит от одного вещества к другому, в результате чего одно из веществ оказывается богаче кислородом т. е. окисляется, тогда как другое становится беднее им, т. е восстанавливается.

Большое значение в тканевом дыхании имеют клеточные пигменты, которые содержат железо и находятся на поверхности клеток и окисляющихся веществ. Железо является одним из сильнейших катализаторов, как это можно увидеть на примере гемоглобина крови. Кроме того, существуют и другие катализаторы, способствующие переносу кислорода или водорода. Из них известен фермент каталаза и трипептид-глютатион, содержащий серу, которая и связывает водород, отщепляя его от окисляющихся веществ

Пластический обмен

Пластический обмен, или ассимиляция, представляет собой совокупность реакций, обеспечивающих синтез сложных органических соединений из более простых (фотосинтез, хемосинтез, биосинтез белка и др.).

Гетеротрофные организмы строят собственные органические вещества из органических компонентов пищи. Гетеротрофная ассимиляция сводится, по существу, к перестройке молекул: органические вещества пищи (белки, жиры, углеводы) → простые органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды) → макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы).

Автотрофные организмы способны полностью самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней среды. В процессе фото- и хемосинтеза происходит образование простых органических соединений, из которых в дальнейшем синтезируются макромолекулы:
неорганические вещества (СО2, Н2О) → простые органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды) → макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы).

Фотосинтез

Фотосинтез

— синтез органических соединений из неорганических за счёт энергии света. Суммарное уравнение фотосинтеза:

Фотосинтез протекает при участии фотосинтезирующих пигментов

, обладающих уникальным свойством преобразования энергии солнечного света в энергию химической связи в виде АТФ. Фотосинтезирующие пигменты представляют собой белковоподобные вещества. Наиболее важным является пигмент хлорофилл. У эукариот фотосинтезирующие пигменты встроены во внутреннюю мембрану пластид, у прокариот — во впячивания цитоплазматической мембраны. Строение хлоропласта очень похоже на строение митохондрии. Во внутренней мембране тилакоидов гран содержатся фотосинтетические пигменты, а также белки цепи переноса электронов и молекулы фермента АТФ-синтетазы. Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой.
1. Световая фаза фотосинтеза
протекает только на свету в мембране тилакоидов граны. К ней относятся поглощение хлорофиллом квантов света, образование молекулы АТФ и фотолиз воды. Под действием кванта света (hv) хлорофилл теряет электроны, переходя в возбуждённое состояние:

Эти электроны передаются переносчиками на наружную, то есть обращенную к матриксу поверхность мембраны тилакоидов, где накапливаются. Одновременно внутри тилакоидов происходит фотолиз воды, то есть её разложение под действием света:

Образующиеся электроны передаются переносчиками к молекулам хлорофилла и восстанавливают их. Молекулы хлорофилла возвращаются в стабильное состояние. Протоны водорода, образовавшиеся при фотолизе воды, накапливаются внутри тилакоида, создавая Н+-резервуар. В результате внутренняя поверхность мембраны тилакоида заряжается положительно (за счёт Н+), а наружная — отрицательно (за счёт е-). По мере накопления по обе стороны мембраны противоположно заряженных частиц нарастает разность потенциалов. При достижении критической величины разности потенциалов сила электрического поля начинает проталкивать протоны через канал АТФ-синтетазы. Выделяющаяся при этом энергия используется для фосфорилирования молекул АДФ: АДФ + Ф → АТФ.

Образование АТФ в процессе фотосинтеза под действием энергии света называется фотофосфорилированием

. Ионы водорода, оказавшись на наружной поверхности мембраны тилакоида, встречаются там с электронами и образуют атомарный водород, который связывается с молекулой-переносчиком водорода НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат): 2Н+ + 4е– + НАДФ+ → НАДФ·Н2. Таким образом, во время световой фазы фотосинтеза происходят три процесса: образование кислорода вследствие разложения воды, синтез АТФ и образование атомов водорода в форме НАДФ·Н2. Кислород диффундирует в атмосферу, а АТФ и НАДФ·Н2 участвуют в процессах темновой фазы.
2. Темновая фаза фотосинтеза
протекает в матриксе хлоропласта как на свету, так и в темноте и представляет собой ряд последовательных преобразований СО2, поступающего из воздуха, в цикле Кальвина. Осуществляются реакции темновой фазы за счёт энергии АТФ. В цикле Кальвина СО2 связывается с водородом из НАДФ·Н2 с образованием глюкозы. В процессе фотосинтеза кроме моносахаридов (глюкоза и др.) синтезируются мономеры других органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Таким образом, благодаря фотосинтезу растения обеспечивают себя и всё живое на Земле необходимыми органическими веществами и кислородом. Сравнительная характеристика фотосинтеза и дыхания эукариот представлена в таблице.

Сравнительная характеристика фотосинтеза и дыхания эукариот

Генетическая информация у всех организмов хранится в виде определённой последовательности нуклеотидов ДНК (или РНК у РНК-содержащих вирусов). Прокариоты содержат генетическую информацию в виде одной молекулы ДНК. В эукариотических клетках генетический материал распределён в нескольких молекулах ДНК, организованных в хромосомы. ДНК состоит из кодирующих и некодирующих участков. Кодирующие участки кодируют РНК. Некодирующие области ДНК выполняют структурную

функцию, позволяя участкам генетического материала упаковываться определённым образом, или
регуляторную
функцию, участвуя во включении генов, направляющих синтез белка. Кодирующими участками ДНК являются гены.
Ген
— участок молекулы ДНК, кодирующей синтез одной мРНК (и соответственно полипептида), рРНК или тРНК. Участок хромосомы, где расположен ген называется
локусом
. Совокупность генов клеточного ядра представляет собой
генотип
, совокупность генов гаплоидного набора хромосом —
гено́м
, совокупность генов внеядерных ДНК (митохондрий, пластид, цитоплазмы) —
плазмон
. Реализация информации, записанной в генах, через синтез белков называется
экспрессией
(проявлением) генов. Генетическая информация хранится в виде определённой последовательности нуклеотидов ДНК, а реализуется в виде последовательности аминокислот в белке. Посредниками, переносчиками информации выступают РНК. То есть реализация генетической информации происходит следующим образом: ДНК → РНК → белок. Этот процесс осуществляется в два этапа: 1) транскрипция; 2) трансляция.

Транскрипция

(от лат.
transcriptio
— переписывание) — синтез РНК с использованием ДНК в качестве матрицы. В результате образуются мРНК, тРНК и рРНК. Процесс транскрипции требует больших затрат энергии в виде АТФ и осуществляется ферментом РНК-полимеразой.

Одновременно транскрибируется не вся молекула ДНК, а лишь отдельные её отрезки. Такой отрезок (транскриптон

) начинается
промотором
— участком ДНК, куда присоединяется РНК-полимераза и откуда начинается транскрипция, а заканчивается
терминатором
— участком ДНК, содержащим сигнал окончания транскрипции. Транскриптон — это ген с точки зрения молекулярной биологии. Транскрипция, как и репликация, основана на способности азотистых оснований нуклеотидов к комплементарному связыванию. На время транскрипции двойная цепь ДНК разрывается, и синтез РНК осуществляется по одной цепи ДНК.

В процессе транскрипции последовательность нуклеотидов ДНК переписывается на синтезирующуюся молекулу мРНК, которая выступает в качестве матрицы в процессе биосинтеза белка. Гены прокариот состоят только из кодирующих нуклеотидных последовательностей.

Гены эукариот состоят из чередующихся кодирующих (экзонов

) и некодирующих (
интронов
) участков.

После транскрипции участки мРНК, соответствующие интронам, удаляются в ходе сплайсинга, являющегося составной частью процессинга.

Процессинг

— процесс формирования зрелой мРНК из её предшественника пре-мРНК. Он включает два основных события. 1.Присоединение к концам мРНК коротких последовательностей нуклеотидов, обозначающих место начала и место конца трансляции.
Сплайсинг
— удаление неинформативных последовательностей мРНК, соответствующих интронам ДНК. В результате сплайсинга молекулярная масса мРНК уменьшается в 10 раз.
Трансляция
(от лат.
translatio
— перевод) — синтез полипептидной цепи с использованием мРНК в роли матрицы.

В трансляции участвуют все три типа РНК: мРНК является информационной матрицей; тРНК доставляют аминокислоты и узнают кодоны; рРНК вместе с белками образуют рибосомы, которые удерживают мРНК, тРНК и белок и осуществляют синтез полипептидной цепи.

Этапы трансляции

Реакции матричного синтеза.

К реакциям матричного синтеза относятся

• самоудвоение ДНК (репликация);
• образование мРНК, тРНК и рРНК на молекуле ДНК (транскрипция);
• биосинтез белка на мРНК (трансляция).

Все эти реакции объединяет то, что молекула ДНК в одном случае или молекула мРНК в другом выступают в роли матрицы, на которой происходит образование одинаковых молекул. Реакции матричного синтеза являются основой способности живых организмов к воспроизведению себе подобных. Регуляция экспрессии генов

. Тело многоклеточного организма построено из разнообразных клеточных типов. Они отличаются структурой и функциями, то есть дифференцированы. Различия проявляются в том, что помимо белков, необходимых любой клетке организма, клетки каждого типа синтезируют ещё и специализированные белки: в эпидермисе образуется кератин, в эритроцитах — гемоглобин и т. д. Клеточная дифференцировка обусловлена изменением набора экспрессируемых генов и не сопровождается какими-либо необратимыми изменениями в структуре самих последовательностей ДНК.

Обмен энергии

см. Обмен энергии

В результате хими­ческих, механических, термических изменений органических ве­ществ, которые содержатся в пище, происходит превращение их по­тенциальной энергии в тепловую, механическую и электрическую энергию. Ткани и органы выполняют работу, клетки размножают­ся, изношенные их составные части обновляются, молодой орга­низм растет и развивается за счет этой образовавшейся энергии. Постоянство температуры тела человека также обеспечивается за счет этой энергии.

Базовая скорость обмена веществ или метаболизм

Это количество килокалорий, расходуемое организмом на поддержание жизнедеятельности в состоянии покоя. Базовый метаболизм отвечает за 60-70% дневного расхода энергии.

Чтобы рассчитать свой базовый метаболизм, выберите в таблице внизу значения коэффициента веса, роста и константу, соответствующие вашему полу и возрасту, и используйте их в следующем уравнении:

Коэффициент веса x вес (кг) + коэффициент роста х рост (м) + константа

Например, 25-летняя Маша, которая весит 50 кг при росте 1,65 нуждается в 1253 ккал, чтобы поддерживать нормальную работу своего организма.

10,4 х 50 кг + 615 х 1,65 м – 282 = 1252,75 ккал

Интенсивность обмена веществ

В разных органах тела обмен веществ протекает с разной ин­тенсивностью. Об этом можно отчасти судить по количеству проте­кающей через них крови, так как с кровью к ним доставляются пи­тательные вещества и кислород.

Регуляция обмена веществ

Нервная регуляция

У высших животных процессы обмена веществ регулируются нервной системой, которая влияет на течение всех химических процессов. Все изменения в ходе обмена веществ воспринимаются нервной системой, которая рефлекторным путем стимулирует об­разование и выделение ферментативных систем, осуществляющих распад и синтез веществ.

Гуморальная регуляция

Процессы обмена веществ зависят и от гуморальной регуляции, что определяется состоянием эндокринных желез. Органы внутренней секреции, особенно гипофиз, надпо­чечники, щитовидные и половые железы — во многом определяют ход обмена веществ. Некоторые из них влияют на интенсивность процесса диссимиляции, иные же на обмен отдельных веществ жиров, минеральных веществ, углеводов и пр.

Роль печени в обмене веществ

см. Пищеварительные железы#Функции печени

Факторы влияющие на обмен веществ

Возраст

Обмен веществ различен также у животных разного возраста. У молодняка преобладают процессы синтеза, нужные для их роста (у них синтез превышает распад в 4-12 раз). У взрослых животных процессы ассимиляции и диссимиляции обычно уравновешены.

Лактация

На обмен влияет и продук­ция, вырабатываемая животным. Так, обмен веществ у лактирующей коровы перестраивается в сторону синтеза специфических ве­ществ молока-казеина, молочного сахара. Материал с сайта https://wiki-med.com

Питание

У разных видов животных обмен веществ различен, особенно если они питаются различной пищей. На характер и степень обменных процессов влияет характер питания. Особое значение имеет количество и состав белков, витаминный, а также минеральный состав пищи. Одностороннее питание какими-либо одними веществами показало, что, питаясь одними белками, животные могут жить даже при мышечной работе. Это связано с тем, что белки являются как строительным материалом, так и источником энергии в организме.

Голодание

При голодании орга­низм использует имеющиеся у него запасы, сначала гликоген печени, а затем жир из жировых депо. Распад же белков в теле умень­шается, и количество азота в выделениях падает. Это обнару­живается уже с первого дня голодания и указывает на то, что умень­шение белкового распада носит рефлекторный характер, так как в течение суток или двух в кишечнике еще находится много пищевых веществ. При дальнейшем голодании азотистый обмен устанавливается на низком уровне. Лишь после того, как запас углеводов и жиров в организме уже исчерпан, начинается усиленный распад белков и выделение азота резко увеличивается. Теперь белки со­ставляют основной источник энергии для организма. Это всегда является предвестником близкой смерти. Дыхательный коэффици­ент в начале голодания равен 0,9 — организм сжигает преимущественно углеводы, затем опускается до 0,7 — используются жиры, к концу голодания он равен 0,8-организм сжигает белки своего тела.

Абсолютное голодание (при приеме воды) может продолжаться человека до 50 дней, у собак — свыше 100 дней, у лошадей — до 30 дней.

Длительность голодания может увеличиваться при предварительной тренировке, так как оказалось, что после коротких пе­риодов голодания организм откладывает запасы в большем, чем обычно, количестве, и это облегчает вторичное голодание.

Вскрытие трупов животных, павших от голодания, показывает, что разные органы уменьшаются в весе в разной степени. Больше всего теряет в весе подкожная клетчатка, затем мышцы, кожа, и пищеварительный канал, еще меньше теряют в весе железы, почки; сердце и мозг теряют не больше 2-3% своего веса.

Физическая нагрузка

Обмен веществ при физической нагрузке сопровождается усилением процесса диссимиляции в связи с большой потребностью организма в энергии.

Даже при полном покое животное затрачивает энергию на работу внут­ренних органов, деятельность которых никогда не прекращается: сердца, дыхательных мышц, почек, желез и др. Мышцы скелета постоянно находятся в состоянии известного напряжения, на поддержание которого также необходим значительный расход энергии. Много энергии затрачивают животные на прием, переже­вывание корма и его переваривание. У лошади на это тратится до 20% энергии принятого корма. Но особенно увеличивается рас­ход энергии при мышечной работе, причем тем больше, чем тяжелее производимая работа. Так, лошадь при движении по ровной дороге со скоростью 5-6 км в час расходует 150 кал тепла на каждый километр пути, а при скорости 10-12 км в час — 225 кал.

Источником энергии при мышечной работе служат в основном углеводы. При тяжелой и длительной работе, когда израсходуется запас углеводов, организм использует жиры и даже белки, превра­щая их предварительно в углеводы.

Окружающая среда

На обмен веществ сильно влияет и окружающая среда — темпера­тура, влажность воздуха, давление, свет. При низкой температуре окружающей среды усиливается отдача тепла, а это вызывает рефлекторно повышение ее продукции и тем самым усиление процессов распада в теле.

Категории: Метаболизм Физиология

На этой странице материал по темам:

• какие вещества выделяются в процессе обмена веществ

• реципация по теме обмен веществ

• обмен вещевств происходящий в тканях при тканевом обмене кислородом

• обмен веществ питательные вещества

• волновые процессы обмена веществ

Вопросы к этой статье:

• Какое значение имеют белки для организма?

• В каких питательных веществах содержатся полноценные и не­полноценные белки?

• Расскажите об особенностях обмена жиров.

Обмен веществ: виды и этапы метаболизма.

Метаболизм («превращение, изменение»), обмен веществ — полный процесс превращения химических веществ в организме, обеспечивающих его рост, развитие, деятельность и жизнь в целом. В живом организме постоянно расходуется энергия, причём не только во время физической и умственной работы, но и при полном покое (сне).

Обмен веществ представляет собой комплекс биохимических и энергетических процессов, обеспечивающих использование пищевых веществ для нужд организма и удовлетворения его потребностей в пластических и энергетических веществах.

Этапы метаболизма

Условно процесс обмена веществ можно разделить на три этапа:

Первый этап — ферментативное расщепление белков, жиров и углеводов до растворимых в воде аминокислот, моно- и дисахаридов, глицерина, жирных кислот и других соединений, происходящее в различных отделах желудочно-кишечного тракта, и всасывание их в кровь и лимфу.

Второй этап — транспорт питательных веществ с кровью к тканям и клеточный метаболизм, результатом которого является их ферментативное расщепление до конечных продуктов. Часть этих продуктов используется для построения составных частей мембран, цитоплазмы, для синтеза биологически активных веществ и воспроизведения клеток и тканей. Расщепление веществ сопровождается выделением энергии, которая используется для процесса синтеза и обеспечения работы каждого органа и организма в целом.

Третий этап — выведение конечных продуктов метаболизма в составе мочи, кала, пота, через легкие в виде CO2 и т. д.

Анаболизм и катаболизм

Обмен веществ состоит из двух противоположных, одновременно протекающих процессов.

Первый — анаболизм — объединяет все реакции, связанные с синтезом необходимых веществ, их усвоением и использованием для роста, развития и жизнедеятельности организма.

Второй — катаболизм — включает реакции, связанные с распадом веществ, их окислением и выведением из организма продуктов распада .

Главным образом через реакции анаболизма протекает процесс ассимиляции (усвоения) питательных веществ, а реакции катаболизма составляют основу диссимиляции — освобождения организма от веществ, его составляющих (употребление терминов «ассимиляция» как синонима анаболизма, а «диссимиляция» — синонима катаболизма некорректно, так как они являются более общими биологическими понятиями).

Обмен веществ обеспечивает присущее живому организму как системе динамическое равновесие, при котором взаимно уравновешиваются синтез и разрушение, размножение и гибель. В основе реакций обмена веществ лежат физико-химические взаимодействия между атомами и молекулами, подчиняющиеся единым для живой и неживой материи законам. Сказанное означает, что сама возможность существования жизни, в первооснове своей, сводится к элементарным актам физико-химических процессов. Но живым организмам присущи свои особенности.

С обменом веществ неразрывно связан обмен энергии в организме. Живые организмы могут существовать только при условии непрерывного поступления энергии извне. Поэтому они постоянно нуждаются в энергии для выполнения различного рода работы: механической — передвижение тела, сердечная деятельность и т. д.; гальванической — создание разности потенциалов в тканях и клетках; химической — синтез веществ и т. д.

Первичным источником энергии для всего живого на Земле, за очень редким исключением, служит солнечное излучение. Пища образуется благодаря той же энергии Солнца. Начальное звено пищевой цепи — растения, аккумулирующие в процессе фотосинтеза солнечную энергию. В зелёном пигменте растений — хлорофилле — под воздействием квантов света из воды и углекислого газа синтезируются органические вещества — основа жизни.

Состав пищи сложен и разнообразен. В ней больше всего главных пищевых веществ, к которым относятся белки, жиры, углеводы. Содержатся в пище и минеральные элементы — макроэлементы кальций, фосфор, натрий и др., микроэлементы медь, кобальт, йод, цинк, марганец, селен и др. Есть и вкусовые вещества, которые придают ей особые свойства.

3. Образование, накопление и расход энергии, обеспечивающей жизнедеятельность организма.

Энергия в организме образуется непрерывно. Все виды энергии превращаются в тепловую энергию. В процессе жизнедеятельности организма энергия не только образуется, но и непрерывно расходуется. Отношение поступающей в организм энергии к расходуемой называют энергетическим балансом. Обмен энергии – это превращение потенциальной энергии питательных веществ в тепло и работу. Интенсивность энергетического обмена зависит от условий, в которых находится организм. Организму постоянно приходится расходовать энергию, необходимую для поддержания работы мозга, температуры тела, деятельности сердца, легких и других органов, работа которых при жизни не прекращается ни при каких условиях. Расход энергии зависит от интенсивности процессов обмена в организме, мощности, длительности работы, а также от пола, возраста, роста, веса тела, климатических и жилищных условий, питания, одежды. Потребность человека в пище (а значит в энергии) существенно меняется в различные периоды жизни с изменениями физиологических функций и обмена веществ в организме.

Все взрослое трудоспособное население (от 18 до 60 лет) в зависимости от характера труда делят на 5 групп видов трудовой деятельности (с увеличением группы увеличивается энергия):

I группа – работники преимущественно умственного труда ок.2500 (очень легкая физическая активность);

II – люди, занятые легким трудом ок.2700 (легкая физическая активность);

III – работники, занятые трудом средней тяжести ок.3000 (средняя физическая активность);

IV – люди, занятые тяжелым физическим трудом ок.3500 (высокая физическая активность);

V – мужчины, занятые особо тяжелым физическим трудом ок.4000 (очень высокая физическая активность).

4. Суточная потребность организма в энергии, способ приближенной оценки.

Энергия человека в течении суток расходуется по трем направлениям:

1-основной обмен (деятельность внутренних органов в состоянии покоя),

2- переваривание пищи,

3- различные виды деятельности.

Энергетические траты человека принято выражать в единицах измерения калориях (ккал) или Дж (кДж). Уровень энергозатрат изменяется в зависимости от характера работы человека, состояния ОС (в холодную погоду энергозатраты возрастают), состава пищи и индивидуальных особенностей человека ( массы тела, возраст и пр.).

Согласно действующим в России «Нормам физиологических потребностей в пищевых веществах и энергии для различных групп населения» (разработанным Институтом питания РАМН и утвержденным Минздравом РФ в 1991 г.), все взрослое трудоспособное население (от 18 до 60 лет) в зависимости от характера труда делят на 5 групп видов трудовой деятельности:

I группа – работники преимущественно умственного труда (очень легкая физическая активность);

II – люди, занятые легким трудом (легкая физическая активность);

III – работники, занятые трудом средней тяжести (средняя физическая активность);

IV – люди, занятые тяжелым физическим трудом (высокая физическая активность);

V – мужчины, занятые особо тяжелым физическим трудом (очень высокая физическая активность). Каждая из групп разделена на 3 категории: 18-29 лет, 30-39 лет, 40-59 лет. Кроме того, предусмотрена половая дифференциация, обусловленная меньшей величиной массы тела и менее интенсивным обменом веществ у женщин по сравнению с мужчинами.

Существуют следующие способы приближенной оценки:

1. С помощью номограммы (рост, вес – поверхность тела), вычисляем по формуле суточный расход энергии.

2. С помощью табличного метода (по категориям в зависимости от труда)

3. С помощью статистических исследований рассчитывают суточную потребность организма, для определенной профессий.