Что такое метаболизм (обмен веществ) и как его улучшить? Что же такое метаболизм.

Многих людей, которые следят за своим здоровьем и фигурой, интересует метаболический процесс и его особенности. Это не случайно, ведь его нормальное функционирование способствует хорошему и крепкому здоровью. Нередко также излишний вес и бессонница связаны именно с проблемами в метаболическом процессе. Благодаря нашей статье, вы можете выяснить, что такое метаболизм и как его восстановить.

Метаболический процесс: что это такое? Факторы, связанные с ним

На сегодняшний день, говоря о снижении веса, врачи нередко упоминают термин "метаболизм". Что это такое простым языком? Как именно этот процесс связан с похудением?

Говоря простым языком, метаболизм - веществ, который проходит в теле абсолютно каждого живого существа. Под метаболическим процессом также подразумевают скорость, с которой организм преобразует пищу в энергию. Каждую секунду в нашем теле происходит больше тысячи химических процессов. Их совокупность - это метаболический процесс. Стоит отметить, что у мужчин происходит гораздо быстрее, чем у женщин. Скорость данного процесса напрямую связана не только с гендерной принадлежностью, но и с телосложением того или иного человека. Именно по этой причине у людей, которые имеют лишний вес, обмен веществ замедлен. Еще одни важные факторы, которые влияют на метаболический процесс, - это наследственность и общий гормональный фон организма. В случае если вы заметили, что обмен веществ в вашем теле стал происходить значительно медленнее, причиной этого может быть диета, стресс, физические нагрузки или принятие лекарственных препаратов.

Три разновидности обмена веществ

Вещество и энергия тесно связаны между собой. Именно они являются важными составляющими метаболического процесса. Существует три разновидности обмена веществ:

базовый;
активный;
пищеварительный.

Базовый метаболизм - это та энергия, которую организм расходует на поддержание и нормальное функционирование жизненно важных органов. Именно он обеспечивает работу сердца, легких, почек, пищеварительного тракта, печени и коры головного мозга.

Активный обмен веществ - это энергия, которая необходима для физической активности. Стоит отметить, что чем больше двигается человек, тем быстрее в его организме происходит метаболический процесс.

Пищеварительный метаболизм - это энергия, которая необходима организму для переваривания полученной пищи. Жирные и жареные блюда расщепляются гораздо дольше, чем полезные продукты. Именно по этой причине тем, кто желает снизить вес, но любит побаловать себя выпечкой, газированными напитками и многой другой вредной пищей, необходимо в срочном порядке пересмотреть свой рацион.

Конечные продукты метаболизма

С течением времени конечные продукты обмена веществ и органы, которые отвечают за метаболизм, существенно изменились. Выделительные процессы напрямую связаны с метаболическими. У млекопитающих в теле находится почка третьего типа - метанефрос. Именно она и участвует в образовании конечных продуктов.

Благодаря метаболизму образуются конечные продукты - вода, мочевина и углекислый газ. Все они в дальнейшем выходят из путем. Органы обмена веществ, которые участвуют в процессе выведения из организма конечных продуктов:

почки;
печень;
кожа;
легкие.

Обмен белков в организме

Белок - это один из самых важных компонентов в нашем организме. Он участвует в формировании клеток, тканей, мышц, ферментов, гормонов и многих других важных составляющих нашего тела. Попавшие в организм белки расщепляются в кишечнике. Именно там они превращаются в аминокислоты и транспортируются в печень. За этот важный для человека процесс отвечает метаболизм. Стоит обратить внимание на то, что при употреблении большого количества белков возможно протеиновое отравление. Всемирная организация здравоохранения рекомендует употреблять не более чем 75 грамм на 1 килограмм массы тела в сутки.

Углеводы

Биологические процессы в организме играют важную роль в самочувствии человека. Метаболизм участвует в распаде не только белков, но и углеводов. Благодаря этому в организме образуются фруктоза, глюкоза и лактоза. Как правило, углеводы попадают в тело человека в виде крахмала и гликогена. При длительном углеводном голодании глюкоза попадает в кровь.

Углеводы - это основной источник энергии. При их недостатке у человека существенно снижается работоспособность и ухудшается самочувствие. Именно углеводы являются важным компонентом для нормального функционирования нервной системы. В случае если человек заметил у себя такие признаки, как слабость, головная боль, падение температуры и судороги, то ему необходимо в первую очередь обратить внимание на свой суточный рацион. Именно недостаток углеводов - частая причина плохого самочувствия.

Метаболический синдром

Метаболический синдром - это комплекс нарушений, которые наблюдаются у людей с избыточным весом. Как следствие плохого обмена веществ и ожирения, у человека может развиваться невосприимчивость инсулина. Такое заболевание может быть наследственным или приобретенным. Стоит отметить, что наряду с метаболическим синдромом происходят также и другие изменения в тканях и системах организма. При у пациента может также наблюдаться внутреннее ожирение. Это может стать причиной развития сердечно-сосудистых заболеваний, диабета и атеросклероза. Главной причиной синдрома является Наиболее подвержены ему те люди, которые употребляют фастфуд или едят на ходу. Нередко метаболический синдром встречается и у тех, кто ведет малоподвижный образ жизни. Ученые подтвердили, что избыточный вес напрямую связан с высокой смертностью от всех разновидностей рака.

Для того чтобы диагностировать метаболический синдром, нужно обращать внимание на уровень глюкозы в крови. Самым первым признаком является наличие жировой прослойки в области живота. Достаточно часто метаболический синдром связан с артериальным давлением. У людей, которые имеют проблемы с обменом веществ, оно беспричинно повышается.

Для того чтобы избавиться от метаболического синдрома, необходимо в первую очередь похудеть. Для этого потребуется как можно больше двигаться и пересмотреть свой рацион питания. Специалисты рекомендуют пациентам, которые жалуются на метаболический синдром, регулярно посещать массажный кабинет и бассейн. Данные процедуры позволяют существенно улучшить обмен веществ. Необходимо также помнить, что употребление алкоголя и курение снижают метаболический процесс. В борьбе с заболеванием от вредных привычек потребуется отказаться.

Главной причиной метаболического синдрома является неправильный рацион. В первую очередь необходимо отказаться от и заменить их сложными. Для этого отдавайте предпочтение кашам, а не мучному и сладкому. При борьбе с метаболическим синдромом пищу необходимо недосаливать. Важно включить в свой рацион овощи и фрукты. Они богаты витаминами и микроэлементами.

Гастрит: общая информация

Нередко нарушение метаболических процессов является причиной возникновения гастрита. При таком заболевании у пациента наблюдается воспаление слизистого слоя желудка. На сегодняшний день гастрит встречается как у взрослых, так и у детей. Первым симптомом является замедление обмена веществ. Как следствие, у пациента наблюдается упадок сил и недостаток энергии. При гастрите у человека может быть тяжесть в желудке, изжога, рвота, вздутие и метеоризм.

При гастрите пациенту противопоказана:

жирная пища;
алкоголь;
острое;
газированные напитки.

При первых симптомах гастрита необходимо в срочном порядке обращаться к лечащему врачу. Он не только посоветует диету, которая улучшит метаболические процессы в организме, но и назначит курс лекарственных препаратов.

Хронический панкреатит

Хронический панкреатит - это заболевание, причиной которого является нарушение обмена веществ. При таком заболевании наблюдается воспаление поджелудочной железы. Наиболее часто панкреатит встречается у женщин среднего и пожилого возраста. У больного панкреатитом наблюдаются следующие симптомы:

тошнота;
снижение аппетита;
боли в области желудка;
тошнота.

При панкреатите необходимо изменить свой рацион и включить в него полезные продукты. Нежелательно употреблять жирную и жареную пищу. Необходимо отдавать предпочтение продуктам, приготовленным на пару или в духовом шкафу. При диагностировании гастрита пациент должен полностью отказаться от вредных привычек.

Синдром раздраженного кишечника. Общая информация о заболевании

Это совокупность расстройств метаболического процесса, которые продолжаются на протяжении 3 месяцев и более. Симптомами такого заболевания являются боли в желудке, метеоризм и нарушение стула. Как правило, синдром раздраженного кишечника наиболее часто встречается у молодых людей в возрасте 25-40 лет. К причинам возникновения заболевания относят нарушение питания, неактивный образ жизни и изменение общего гормонального фона.

При лечении синдрома раздраженного кишечника врач-гастроэнтеролог назначит больному целый ряд исследований и диету. Придерживаясь всех рекомендаций, пациент сможет быстро и безболезненно избавиться от заболевания.

Как ускорить метаболизм?

При борьбе с лишним весом в первую очередь мы стимулируем метаболические процессы. Однако далеко не каждый знает, как это делать правильно. Все необходимые рекомендации вы можете найти в нашей статье. Известно, что обмен веществ происходит наиболее быстро у тех людей, чей возраст колеблется от 11 до 25 лет. Многие специалисты утверждают, что скорость метаболизма напрямую зависит от темперамента человека. Изменение обмена веществ может быть связано с наличием инфекций в организме.

Для нормализации или ускорения метаболических процессов в первую очередь необходимо как можно больше двигаться. Для улучшения метаболизма рекомендовано комбинировать силовые и кардиотренировки. Рекомендованы также пешие вечерние прогулки. Это не случайно, ведь именно после этого обменные процессы продолжаются даже во сне.

Для восстановления обменных процессов многие специалисты рекомендуют раз в неделю посещать сауну и баню. Благодаря этому, вы помимо ускорения метаболизма, улучшите кровообращение. Если у вас нет возможности посещать баню и сауну, то вы можете проводить лечебные процедуры в ванной. Для этого необходимо использовать воду, температура которой составляет более 38 градусов.

Для ускорения метаболизма важно пересмотреть свой рацион. Необходимо ежедневно употреблять не менее двух литров воды. В рационе должны присутствовать только полезные и сбалансированные продукты.

Подведем итоги

Многих интересует метаболизм. Что это такое простым языком, и как его ускорить, вы можете узнать из нашей статьи. Нередко именно замедленный обмен веществ становится причиной не только лишнего веса, но и целого ряда заболеваний. При первых признаках отклонения от нормы обязательно обратитесь к врачу. Будьте здоровы!

Что такое метаболизм, понять несложно, так как к здоровому обмену веществ нас приобщают с детства родители, воспитатели, доктора. То есть практически все, кроме бабушки, которая желает закормить тебя насмерть пирогами и . В данном примере добрая бабушка стимулирует нарушение обмена веществ, но вряд ли бабушка станет главным источником проблем. Об этом, а также о том, как ускорить метаболизм для похудения, рассказываем в подробностях.

Интернет и пресса полны дискуссий на тему, работают ли добавки для ускорения обмена веществ, а если работают, то как отличить ценную добавку от бесполезного дорогостоящего мусора. Здесь самое место честно заявить, что обильный рацион и большие физические нагрузки являются не только простейшим, но и единственно надежным методом заставить организм быстрее тратить энергию. Физические упражнения - лучший ответ на вопрос, как ускорить обмен веществ.

Как ускорить метаболизм для похудения?

Пищевые добавки и уловки, строго говоря, метаболизм ускорить не в состоянии, но ряд продуктов (обычный кофе, к примеру) могут стимулировать нервную систему и вынуждать организм растрачивать больше энергии. Такой же принцип действия у жиросжигателей.

Представь себе три вида метаболизма: основной, пищеварительный и активный. Базовый и пищеварительный отвечают за жизнедеятельность организма: усвоение пищи, мышление, зрение, кровообращение, теплообмен, рост, регенерацию и так далее - на них тратится около 80% всей поступающей в организм энергии! Активный метаболизм (то есть энергия физических нагрузок) отнимает лишь 20%.

Все это время в твоем теле протекают два процесса обмена веществ: катаболизм и анаболизм.

Катаболизм - это разрушение и разборка элементов, попадающих в организм. Например, расщепление белка на аминокислоты, поступающие вместе с едой. Данная реакция сопровождается выделением энергии, теми самыми калориями и килокалориями, которые дотошно подсчитывают сторонники здорового образа жизни.

Анаболизм - обратный катаболизму процесс синтеза. Он необходим, когда требуется взять уже расщепленные аминокислоты и сделать из них материал для постройки мышц. Рост человека, заживление ран - это все результат анаболизма.

Поэтому с математической точки зрения прирост тела (мышц, жира и всего остального) - это разница между катаболизмом и анаболизмом. Вся энергия, которые ты не успеешь растратить, уйдет в первую очередь в жир и кое-что по мелочи в другие закоулки тела, будь то мышцы или печень.

Ускорение метаболизма - серьезный шаг в деле похудения, но многие такой шаг делают неправильно. Например, резко увеличивают физические нагрузки, параллельно столь же резко ограничив рацион. Ведь организм будет получать мало калорий, метаболизм замедлится и жир никуда не денется, даже может активно отложиться на животе и в области пояса.

Подобная стратегия также нарушит гормональный баланс: человек начнет испытывать голод, стресс, сонливость, упадок настроения и сексуального влечения. Такой ускоренный метаболизм нам не нужен!

Как разогнать метаболизм с умом и без скверных последствий?

Силовые тренировки и спорт вкупе с усилением питания не только сделают тебя крепышом, но и разгонят некогда замедленный метаболизм. Что любопытно, получаемые спортивным организмом калории будут активнее тратиться не только на сам спорт, но и на все остальные функции твоего тела, включая пищевой и базовый метаболизмы! То есть чем более активной и прожорливой машиной ты станешь, тем сильнее будет разогнан твой обмен веществ.

Тело также изменит рутинную процедуру усвоения простых углеводов, теперь простые углеводы будут направляться в первую очередь к мышцам. А вот жировые прослойки начнут голодать и постепенно рассасываться.

Из сказанного несложно сделать вывод: ускоренный обмен веществ сам по себе не является ценностью - это инструмент, который прекрасен лишь в сочетании с регулярными физическими и спортивными нагрузками.

Если в твоей жизни физическому спорту уделяется не много времени, если теплая компьютерная мышь и мягкое кресло автомобиля затмевают остальные ценности, забудь о том, как улучшить метаболизм. Человек малоподвижный вынужден по старинке - диетами и только диетами.

Врожденный хороший и плохой метаболизм

Разбираясь с вопросом, как улучшить обмен веществ, люди постоянно сталкиваются с феноменом врожденного хорошего и врожденного плохого метаболизма. В любой компании найдется человек, который в один присест съедает тортик и свиную рульку, но при этом остается тощим как жердь. Вот про него все и шепчутся с завистью - дескать, хороший метаболизм от родителей получил. А вот у его коллеги, лыжника и поклонника диет, мгновенно растет пузо от одной сырой морковки. Он несчастный и жертва плохого метаболизма.

Научные исследования показали, что замедленный обмен веществ случается при ряде редких заболеваний, сопровождаемых гормональным расстройством. В первую очередь врачи вспоминают гипотиреоз - состояние нехватки гормонов щитовидной железы.

Что касается тощих людей, то к ним надо внимательнее присмотреться: многие из них хоть и не спортсмены, но крайне подвижные, «разогнанные» люди, к тому же разборчивые в рационе и графике питания, пусть даже подсознательно. Худые люди зачастую худы просто потому, что привыкли быть тощими с раннего детства и инстинктивно держат себя в привычной форме. Возможно, у них еще крепкие нервы, спокойная работа и хороший сон, потому у них не бывает избыточного аппетита на нервной почве.

И психологи, и физиологи уверяют, что в основной массе случаев то, что мы считаем врожденным ускоренным метаболизмом и худобой, - следствие воспитания, а не генетики. Ну и психологически мы таких людей не всегда воспринимаем верно: нам кажется, что они все время что-то жрут, хотя на самом деле практикуют здоровое дробное питание, а это порождает у окружающих иллюзию обжоры.

От главного же закона, сформулированного в начале статьи (прирост массы - это катаболизм минус анаболизм), даже им не спрятаться.

Нарушение обмена веществ

Гормональные сбои, неправильное питание и обойма болезней приводят к нарушениям обмена веществ. Чаще всего это выражается в появлении излишка подкожного жира из-за сбоев в цикле переработки жиров. Но это чисто внешний эффект, внутри же происходят процессы еще менее приятные, как-то: повышение уровня холестерина, сердечно сосудистые аномалии и т.п. Отеки, нездоровый цвет кожи, больные волосы - все перечисленное является следствием нарушения метаболизма.

Хорошая новость: в большинстве случаев от всего этого можно избавиться диетой. Но, чтобы убедиться, что тебе не потребуется врачебная помощь, что надо сделать? Правильно, к этой врачебной помощи обратиться!

Метаболизм это – процесс химических превращений питательных веществ, попадающих в наш организм. Обмен веществ простыми словами - это когда организм, расщепляет пищу, которую мы потребили на мелкие составляющие и строит из них новые молекулы нашего организма.

Сам термин Метаболизм образовался от греческого слова «Metabole», что переводится как «перемена» или «превращение». Уж очень много это слово в себя включает – и гормональные особенности, и особенности телосложения и прямую зависимость телосложения от количества потребляемых вами калорий. Поэтому, чтобы внести ясность, давайте разбираться со всем по порядку.

Что такое обмен веществ и как сделать его лучше

В первую очередь, о метаболизме должны думать те, кого заботит «грамотное» похудение. Если говорить грубо, но понятно, метаболизм – это своего рода печь, от мощности которой зависит скорость сжигания наших калорий. Высокий уровень метаболизма вообще творит чудеса – сокращает объем ненавистных калорий до такого состояния, что организм начинает питаться собственными запасами. Так уходит жир.

Из чего состоит метаболизм?

RMR (Resting Metabolic Rate) – количество калорий, которого достаточно, чтобы поддерживать жизнедеятельность организма. У каждого индивидуума этот показатель индивидуален – это уже сугубо генетическая данность.

Следующая неотъемлемая часть метаболизма - масса тела и мышечная масса. Здесь есть прямая зависимость одного от другого – выше мышечная масса – выше метаболизм и наоборот. С чего бы это? Да просто пол килограмма мышц «уничтожают» 35-50 калорий за день. То же количество жира избавит лишь от 5-10 калорий.

Составляющая №3 – ваша щитовидная железа. Поэтому, ценный совет – тем, кому за 30 есть смысл сходить к доктору и сдать все анализы на гормоны + УЗИ щитовидной железы. Именно она оказывает прямое слияние на метаболизм и сжигание жиров.

Анаболизм и катаболизм

Два не менее важных понятия, напрямую связанных с здоровым метаболизмом.

Анаболизм – набор химических процессов, ответственных за ткани, клетки вашего организма, их развитие и за синтез аминокислот.

Катаболизм – расщепление пищевых молекул для последующего их превращения в энергию вашего тела.

Именно энергия, полученная от катаболизма необходима для полноценной жизни организма.

Так как же действительно использовать свой встроенный «жиросжигатель» в правильном направлении? Да все, в общем, не сложно.

Начальный этап – встаньте перед зеркалом, предельно объективно себя оцените и определитесь с типом своего телосложения - это то, с чем метаболизм непосредственно связан и, по сути, первая ступенечка к началу управления машиной сжигания собственного жира.

Все мы разные, но основная масса ученых сходится на трех типах строения человеческих тел:

Эктоморф

Обладает небольшим телом;

Форма грудной клетки – плоская;

Плечи узкие;

Телосложение тощее;

Мышцы отсутствуют;

Мышечную массу набрать довольно сложно;

Очень быстрый метаболизм.

Если вы тот самый «тощий» эктоморф, то есть необходимость в потреблении большого количества калорий. И тут есть маленькая несомненная радость – эктоморфу необходимо есть перед сном, чтобы дезактивировать процессы катаболизма . Почти все физические нагрузки у эктоморфов должны быть направлены на определенные группы мышц. Неплохо бы было пользоваться спортивными пищевыми добавками.

Мезоморф

Телосложение спортивное, атлетическое;

Форма тела прямоугольная;

Мезоморфы, как правило, очень сильные;

Не испытывают проблем с наращиванием мышечной массы;

Могут испытывать проблемы с набором излишнего веса.

Не имеют проблем с наращиванием мышц, также как и наращиванием лишнего жира. Это не есть хорошо – постоянно придется следить за тем, что употребляешь в пищу и в каком количестве. То есть, для мезоморфов жизненно важен правильно подобранный рацион питания. Тут еще и не обойтись без регулярных кардионагрузок.

Эндоморф

Округлые очертания фигуры;

И мышечная и жировая массы растут, как говорится, «на ура»;

Невысокие;

Имеют проблемы с сбрасыванием лишнего веса;

Метаболизм замедленный.

Самое главное для эндоморфов – рассчитанная по калориям белковая диета + постоянные кардиотренировки – бег, велосипед, спортивная ходьба.

Следующий этап – разобраться с вытекающими из вышесказанного понятиями – быстрый и медленный метаболизм.

Медленный метаболизм – выражается в высоком аппетите и отсутствии желания двигаться и заниматься активными видами спорта. Здесь, в первую очередь, важна смена режима питания и пищевых привычек в целом. После, полученный результат уже легче будет поддерживать занятиями физкультурой.

Быстрый метаболизм – наоборот выражается в желании меньше есть и больше двигаться. Такие люди чаще всего огорчены тем, что им катастрофически сложно набрать мышечную массу несмотря на все усилия. Людям с быстрым метаболизмом необходим правильный, калорийный рацион питания и детально продуманная система тренировок, преобразующая полученную энергию в нужное русло.

Завершающий этап. Похудение и использование процессов метаболизма в вашем организме с умом.

От чего зависит метаболизм?

1. Возраст, вес, рост, пол, телосложение (о типах телосложения читайте выше);

2. Питание, физические нагрузки (и их грамотное сочетание в зависимости от типа строения тела);

3. Состояние здоровья (стабильный гормональный фон, что проверяется у доктора-эндокринолога);

4. Психическое здоровье (отсутствие стрессов и любых других расшатывающих психику факторов).

Процессы метаболизма в жировой ткани безумно медленны по сравнению с метаболизмом в ткани мышечной. Те, у кого действительно есть проблемы с лишним весом нуждаются в меньшем количестве энергии, но едят, все же, больше, чем необходимо. Эта лишняя «съеденная» энергия не расходуется, а стремительно уходит в жировые «запасы» нашего организма – а куда ее еще девать? Естественно, при таком метаболизме худеть не представляется возможным.

Лишний жир, постепенно проникая во внутренние органы, влияет на стабильность работы эндокринной системы и расшатывает наш гормональный фон. У женщин, например, излишний жир в организме вызывает задержки или постоянные сбои циклов. Есть вероятность развития метаболического синдрома.

Что такое метаболический синдром?

Это такое состояние, при котором подкожная жировая прослойка приводит к серьезным нарушениям внутренних обменных процессов – липидных и углеводных. Это как раз тот случай, при котором человек начинает «пухнуть» буквально от всего. Появляются проблемы с сердцем и артериальная гипертензия. Резко повышается давление и количество сахара в крови.

Однако, нужно отметить, что все эти симптомы не относятся к метаболическому синдрому, если показатели вашего телосложения (объем талии и вес) в норме. Хотя, даже в этом случае, визит к доктору обязателен.

Как разогнать свой метаболизм, чтобы похудеть?

Перестать себя обманывать!

Убрать из рациона жиры и простые углеводы (шоколад, булки, пирожные, сливочное масло и т. д.)

Ограничиться нежирными белками (куриная грудка, молоко, яичный белок) и клетчаткой (фрукты, овощи). Так вы, наконец, улучшите обмен веществ и ускорите метаболизм.

Сократить углеводы – они наоборот, замедляют метаболизм.

Поднять мышечный тонус, заняться спортом , увеличить нагрузку на мышцы.опубликовано .

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое сознание - мы вместе изменяем мир! © econet

Метаболизм (от греческого: μεταβολή metabolē, «изменение») – это ряд химических превращений в клетках живых организмов, необходимых для поддержания жизни. Тремя основными целями метаболизма являются превращение пищи / топлива в энергию для запуска клеточных процессов, превращение пищи / топлива в строительные блоки для белков, липидов, нуклеиновых кислот и некоторых углеводов, а также устранение азотистых шлаков. Эти ферментативные реакции позволяют организму расти и размножаться, сохранять свои структуры и реагировать на окружающую среду. Слово «метаболизм» может также относиться к сумме всех химических реакций, происходящих в живых организмах, включая пищеварение и транспортировку веществ в различные клетки и между ними, в этом случае множество реакций внутри клеток называется промежуточным метаболизмом. Метаболизм обычно делится на две категории: катаболизм, расщепление органического вещества, например, с помощью клеточного дыхания, и анаболизм, создание компонентов клеток, таких как белки и нуклеиновые кислоты. Как правило, при расщеплении энергия высвобождается, а при наращивании потребляется.

Химические реакции обмена веществ организованы в метаболических путях, в которых одно химическое соединение трансформируется через ряд шагов в другое соединение, при помощи последовательности ферментов. Ферменты имеют решающее значение для обмена веществ, поскольку они позволяют организмам осуществлять желаемые реакции, которые требуют затрат энергии, которые не будут происходить сами по себе, путем присоединения их к спонтанным реакциям, которые высвобождают энергию. Ферменты действуют как катализаторы, которые позволяют реакциям протекать более быстрыми темпами. Ферменты также позволяют регулировать метаболические пути в ответ на изменения в окружающей среде клетки или на сигналы от других клеток. Метаболическая система конкретного организма определяет, какие вещества для него будут питательными, а какие – ядовитыми. Например, некоторые прокариоты используют сероводород в качестве питательного вещества, но этот газ является ядовитым для животных. Скорость метаболизма влияет на то, сколько пищи потребует организм, а также на то, насколько он будет способен получить эту пищу. Отличительной чертой метаболизма является сходство основных метаболических путей и компонентов между даже совершенно разными видами. Например, множество карбоновых кислот, которые более всего известны как промежуточные соединения в цикле Кребса, присутствуют во всех известных организмах. Они были обнаружены у таких разнообразных видов, как одноклеточные бактерии кишечной палочки и гигантские многоклеточные организмы, такие как слоны. Эти поразительные сходства в метаболических путях, вероятно, связаны с их ранним появлением в эволюционной истории, и их сохранением из-за их эффективности.

Основные биохимические вещества

Большинство структур, которые составляют животных, растений и микробов, состоят из трех основных классов молекул: аминокислоты, углеводы и липиды (часто называемые жирами). Так как эти молекулы имеют жизненно важное значение для жизни, метаболические реакции либо сосредотачиваются на производстве этих молекул в процессе строительства клеток и тканей, либо на их расщеплении и использовании в качестве источника энергии, в процессе их переваривания. Эти биохимические вещества могут соединяться друг с другом, образуя полимеры, такие как ДНК и белки, необходимые для жизни макромолекулы.

Аминокислоты и белки

Белки состоят из аминокислот, расположенных в линейной цепи, соединенные между собой пептидными связями. Многие белки представляют собой ферменты, которые катализируют химические реакции в обмене веществ. Другие белки имеют структурные или механические функции, такие, как белки, которые формируют цитоскелет, систему, которая поддерживает форму клетки. Белки также играют важную роль в клеточной сигнализации, иммунных реакциях, клеточной адгезии, активном транспорте через мембраны, и клеточном цикле. Аминокислоты также способствуют клеточному метаболизму энергии, обеспечивая источник углерода для вхождения в цикл лимонной кислоты (цикл трикарбоновых кислот), особенно когда основного источника энергии, такого как глюкоза, недостаточно, или когда клетки подвергаются метаболическому стрессу.

Липиды

Липиды являются наиболее разнообразной группой биохимических веществ. Их основные структурные виды использования – как часть биологических мембран, как внутренних, так и внешних, таких как клеточные мембраны, или в качестве источника энергии. Липиды обычно определяются как гидрофобные или амфипатические биологические молекулы, но они растворяются в органических растворителях, таких как бензол или хлороформ. Жиры – это большая группа соединений, которые содержат жирные кислоты и глицерин; молекула глицерина, присоединенная к трем сложных эфирам жирных кислот, называется триацилглицеридом. Существует несколько вариаций этой базовой структуры, в том числе альтернативные скелеты, такие как сфингозин у сфинголипидов, и гидрофильные группы, такие как фосфат, у фосфолипидов. Стероиды, такие как холестерин, являются еще одним важным классом липидов .

Углеводы

Углеводы являются альдегидами или кетонами, с большим количеством присоединенных гидроксильных групп, которые могут существовать в виде прямых цепей или колец. Углеводы являются наиболее распространенными биологическими молекулами, и выполняют множество функций, таких как хранение и транспортировка энергии (крахмал, гликоген) и структурных компонентов (целлюлоза у растений, хитин у животных). Базовые единицы углеводов называются моносахаридами и включают галактозу, фруктозу и, самое главное, глюкозу. Моносахариды могут быть связаны друг с другом, образуя полисахариды.

Нуклеотиды

Две нуклеиновые кислоты, ДНК и РНК, представляют собой полимеры нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из фосфата, прикрепленного к рибозной или дезоксирибозной сахарной группе, которая присоединена к азотистому основанию. Нуклеиновые кислоты имеют решающее значение для хранения и использования генетической информации и ее интерпретации через процессы транскрипции и биосинтеза белка. Эта информация защищена механизмами репарации ДНК и распространяется через репликацию ДНК. Многие вирусы имеют РНК-геном, такие как ВИЧ, который использует обратную транскрипцию для создания шаблона ДНК из своего вирусного РНК-генома. РНК в рибозимах, таких как сплайсосомы и рибосомы, аналогична ферментам, так как она может катализировать химические реакции. Отдельные нуклеозиды создаются путем присоединения к нуклеиновому основанию рибозного сахара. Эти основания являются гетероциклическими кольцами, содержащими азот, и классифицируются как пурины или пиримидины. Нуклеотиды также выступают в качестве коферментов в метаболических реакциях переноса групп.

Коферменты

Метаболизм включает в себя широкий спектр химических реакций, но большинство этих реакций входит в несколько основных типов реакций, которые включают перенос функциональных групп атомов и их связей в молекулах. Эти химические реакции позволяют клеткам использовать небольшой набор метаболических промежуточных продуктов для того, чтобы перемещать химические группы между различными реакциями. Эти промежуточные вещества в реакциях переноса групп называются коферментами. Каждый класс реакций переноса групп осуществляется конкретным коферментом, который является субстратом для ряда ферментов, которые производят его, а также для ряда ферментов, потребляющих его. Поэтому эти коферменты непрерывно производится, потребляются, а затем используются повторно. Одним из центральных коферментов является аденозинтрифосфат (АТФ), универсальный источник энергии для клеток. Этот нуклеотид используется для передачи химической энергии между различными химическими реакциями. В клетках существует лишь небольшое количество АТФ, но, так как он непрерывно регенерируется, человеческое тело может использовать такое количество АТФ в день, которое составляет приблизительно его собственный вес. АТФ выступает в качестве «моста» между катаболизмом и анаболизмом. Катаболизм разрушает молекулы, а анаболизм собирает их вместе. Катаболические реакции создают АТФ, а анаболические реакции потребляют его. АТФ также служит в качестве носителя фосфатных групп в реакциях фосфорилирования. Витамин представляет собой органическое соединение, необходимое в небольших количествах, которое не может быть произведено в клетках. В питании человека, большинство витаминов функционируют в качестве коферментов после модификации; например, все водорастворимые витамины фосфорилируются или соединяются с нуклеотидами, когда они используются в клетках. Никотинамид-аденин-динуклеотид (НАД +), производное витамина B3 (ниацина), является важным коферментом, который действует как акцептор водорода. Сотни отдельных видов дегидрогеназ удаляют электроны от их субстратов и восстанавливают НАД + в НАДH. Эта восстановленная форма кофермента является субстратом для любой из редуктаз в клетке, которые должны восстановить свои субстраты. Никотинамидадениндинуклеотид существует в двух родственных формах в клетке, НАДH и НАДФН. НАД + / НАДН форма является более важной в катаболических реакциях, в то время как НАДФ + / НАДФН используется в анаболических реакциях.

Минералы и кофакторы

Неорганические элементы играют важную роль в обмене веществ; некоторые из них содержатся в организме в изобилии (например, натрий и калий), в то время как другие действуют в минимальных концентрациях. Около 99% массы млекопитающего состоит из углерода, азота, кальция, натрия, хлора, калия, водорода, фосфора, кислорода и серы. Органические соединения (белки, липиды и углеводы) содержат большую часть углерода и азота; большая часть кислорода и водорода присутствует в воде. Содержащиеся в изобилии неорганические элементы действуют как ионные электролиты. Наиболее важными ионами являются натрий, калий, кальций, магний, хлорид, фосфат и органический бикарбонат-ион. Поддержание точных ионных градиентов в клеточных мембранах поддерживает осмотическое давление и рН. Ионы также имеют важное значение для функционирования нервов и мышц, поскольку потенциалы действия в этих тканях образуются путем обмена электролитов между внеклеточной жидкостью и клеточной жидкостью, цитозолью. Электролиты входят и выходят из клеток с помощью белков в клеточной мембране, называемыми ионными каналами. Например, сокращение мышц зависит от перемещения кальция, натрия и калия через ионные каналы в клеточной мембране и Т-канальцах. Переходные металлы, как правило, присутствуют в организмах в качестве микроэлементов, при этом цинк и железо содержатся в организме в наибольших концентрациях. Эти металлы используются в некоторых белках в качестве кофакторов и имеют важное значение для активности ферментов, таких как каталаза и белки-переносчики кислорода, такие как гемоглобин. Металлические кофакторы тесно связаны со специфическими участками в белках; хотя ферментные кофакторы могут быть модифицированы во время катализа, они всегда возвращаются в исходное состояние к концу катализируемой реакции. Металлические микроэлементы усваиваются в организмах при помощи специфических транспортеров и связываются с запасными белками, такими как ферритин или металлотионеин, когда не используются.

Катаболизм

Катаболизм – это множество метаболических процессов, которые расщепляют крупные молекулы. Эти процессы включают в себя расщепление и окисление молекул пищи. Цель катаболических реакций состоит в обеспечении энергией и компонентами, необходимыми в ходе анаболических реакций. Точный характер этих катаболических реакций отличается у разных организмов. Организмы могут быть классифицированы на основе их источников энергии и углерода (их первичных пищевых групп). Органические молекулы используются в качестве источника энергии органотрофами, в то время как литотрофы используют неорганические субстраты, и фототрофы используют солнечный свет в виде химической энергии. Тем не менее, все эти различные формы метаболизма зависят от окислительно-восстановительных реакций, которые включают перенос электронов от восстановленных молекул-доноров, таких как органические молекулы, вода, аммиак, сероводород или ионы железа, к акцепторным молекулам, таким как кислород, нитрат или сульфат. У животных, эти реакции включают сложные органические молекулы, которые расщепляются на более простые молекулы, такие как углекислый газ и вода. У фотосинтезирующих организмов, таких как растения и цианобактерии, эти реакции переноса электрона не высвобождают энергию, но используются как способ хранения энергии, поглощаемой из солнечного света. Наиболее распространенные катаболические реакции у животных могут быть разделены на три основные стадии. В первой стадии, большие органические молекулы, такие как белки, полисахариды или липиды, расщепляются на более мелкие компоненты за пределами клетки. Далее, эти небольшие молекулы захватываются клетками и преобразуются в еще более мелкие молекулы, обычно в ацетил-кофермент А (ацетил-КоА), который высвобождает некоторое количество энергии. И, наконец, ацетильная группа на КоА окисляется до воды и углекислого газа в цикле лимонной кислоты и цепи переноса электронов, высвобождая энергию, которая хранится за счет восстановления кофермента никотинамидадениндинуклеотида (НАД +) в НАДH.

Переваривание

Макромолекулы, такие как крахмал, целлюлоза или белки, не могут быстро захватываться клетками и должны быть расщеплены на более мелкие единицы, прежде чем они могут быть использованы в метаболизме клеток. Несколько общих классов ферментов переваривают эти полимеры. Эти пищеварительные ферменты включают протеазы, которые перерабатывают белки в аминокислоты, а также гликозид гидролазы, которые перерабатывают полисахариды в простые сахара, известные как моносахариды. Микробы просто выделяют пищеварительные ферменты в окружающую среду, в то время как животные выделяют эти ферменты только из специализированных клеток в своих кишках. Аминокислоты или сахара, высвобожденные этими внеклеточными ферментами, затем перекачивается в клетки с помощью активных транспортных белков.

Энергия из органических соединений

Углеводный катаболизм – это распад углеводов на более мелкие единицы. Углеводы, как правило, принимаются в клетки, когда они перевариваются в моносахариды. Попадая в организм, основным маршрутом расщепления является гликолиз, в ходе которого сахара, такие как глюкоза и фруктоза, превращаются в пируват и генерируется АТФ. Пируват – это промежуточное соединение в нескольких метаболических путях, но большая часть пирувата превращается в ацетил-КоА и участвует в цикле лимонной кислоты. Хотя некоторая часть АТФ генерируется в цикле лимонной кислоты, наиболее важным продуктом является НАДН, который производится из НАД +, когда ацетил-СоА окисляется. В ходе этого окисления в качестве побочного продукта высвобождается углекислый газ. В анаэробных условиях, гликолиз производит лактат, через фермент лактатдегидрогеназы, повторно окисляя НАДH в НАД + для повторного использования в гликолизе. Альтернативным путем для расщепления глюкозы является пентозофосфатный путь, который восстанавливает кофермент НАДФН и производит пентозы, такие как рибоза, сахарный компонент нуклеиновых кислот. Жиры катаболизируются в ходе гидролиза до свободных жирных кислот и глицерина. Глицерин входит в гликолиз и жирные кислоты расщепляются путем бета-окисления, высвобождая ацетил-КоА, который затем участвует в цикле лимонной кислоты. Жирные кислоты выделяют при окислении больше энергии, чем углеводы, потому что углеводы содержат больше кислорода в своих структурах. Стероиды также расщепляются некоторыми бактериями в процессе, подобном бета-окислению, и этот процесс расщепления связан с высвобождением значительного количества ацетил-КоА, пропионил-КоА и пирувата, которые могут быть использованы клеткой для получения энергии. M. tuberculosis может также вырасти на липидном холестерине в качестве единственного источника углерода, и гены, участвующие в пути использования холестерина (ов), были утверждены в качестве важных при различных стадиях жизненного цикла инфекции микобактерий туберкулеза . Аминокислоты либо используются для синтеза белков и других биомолекул, или окисляются до мочевины и диоксида углерода в качестве источника энергии. Путь окисления начинается с удаления аминогруппы при помощи трансаминазы. Аминогруппа входит в цикл мочевины, оставляя деаминированный скелет углерода в форме кетокислоты. Некоторые из этих кетокислот являются промежуточными продуктами в цикле лимонной кислоты, например, дезаминирование глутамата приводит к образованию α-кетоглютарата. Глюкогенные аминокислоты также могут быть преобразованы в глюкозу через глюконеогенез.

Энергетические преобразования

Окислительное фосфорилирование

В ходе окислительного фосфорилирования, электроны удаляются из органических молекул в таких областях, как цикл протагоновой кислоты, и переносятся в кислород, а выделяемая при этом энергия используется для производства АТФ. Это делается у эукариот серией белков в мембранах митохондрий, называемой цепью переноса электронов. У прокариот, эти белки находятся во внутренней мембране клетки. Эти белки используют энергию, выделяемую от проходящих электронов от восстановленных молекул, таких как НАДН, в кислород, чтобы перекачивать протоны через мембрану. Выкачивание протонов из митохондрий создает разность концентрации протонов через мембрану, и генерирует электрохимический градиент. Это вызывает движение протонов обратно в митохондрии через основание фермента, называемого АТФ-синтаза. Поток протонов заставляет субъединицу вращаться, в результате чего активный участок домена синтазы изменяет форму и фосфорилирует АДФ, превращая его в АТФ.

Энергия из неорганических соединений

Хемолитотрофия – тип метаболизма у прокариот, при котором энергия производится путем окисления неорганических соединений. Эти организмы могут использовать водород, восстановленные соединения серы (такие как сульфид, сероводород и тиосульфат), двухвалентное железо (FeII) или аммиак в качестве источников восстановительной способности, и они получают энергию от окисления этих соединений с акцепторами электронов, такими как кислород или нитриты. Эти микробные процессы играют важную роль в глобальных биогеохимических циклах, таких как ацетогенез, нитрификация и денитрификация, и имеют решающее значение для плодородия почв.

Энергия света

Энергия солнечного света используется растениями, цианобактериями, пурпурными бактериями, зелеными серными бактериями и некоторыми простейшими. Этот процесс часто связан с превращением двуокиси углерода в органические соединения, как часть фотосинтеза. Системы захвата энергии и фиксации углерода, однако, могут работать отдельно у прокариот, так как пурпурные бактерии и зеленые серные бактерии могут использовать солнечный свет в качестве источника энергии, во время переключения между фиксацией углерода и ферментацией органических соединений. У многих организмов, захват солнечной энергии аналогичен по принципу с окислительным фосфорилированием, так как включает в себя хранение энергии в виде градиента концентрации протонов. Эта движущая сила протонов затем приводит к синтезу АТФ. Электроны, необходимые для работы этой электрон-транспортной цепи, происходят из белков, собирающих свет, называемых фотосинтезирующими реакционными центрами или родопсинами. Реакционные центры делятся на два типа в зависимости от типа фотосинтетического пигмента, при этом большинство фотосинтезирующих бактерий имеют только один тип, в то время как растения и цианобактерии имеют два. У растений, водорослей и цианобактерий, фотосистема II использует энергию света для удаления электронов из воды, выделяя кислород в качестве побочного продукта. Электроны затем перемещаются в комплекс цитохрома b6f, который использует их энергию для перекачки протонов через мембрану тилакоидов в хлоропластах. Эти протоны движутся обратно через мембрану, по мере того, как они управляют АТФ-синтазой, как и раньше. Электроны затем проходят через фотосистему I и затем могут либо быть использованы для восстановления кофермента НАДФ +, для использования в цикле Кальвина, или быть переработаны для дальнейшего поколения АТФ.

Анаболизм

Анаболизм – это множество конструктивных метаболических процессов, в которых энергия, выделяемая катаболизмом, используется для синтеза сложных молекул. В общем, сложные молекулы, которые составляют клеточные структуры, строятся из небольших и простых предшественников. Анаболизм включает в себя три основных этапа. Во-первых, производство прекурсоров, таких как аминокислоты, моносахариды, изопреноиды и нуклеотиды, во-вторых, их активация в химически активные формы с использованием энергии от АТФ, и в-третьих, сборка этих предшественников в сложные молекулы, такие как белки, полисахариды, липиды и нуклеиновые кислоты. Разные организмы могут построить разное количество молекул в клетках. Автотрофы, такие как растения, могут строить сложные органические молекулы в клетках, такие как полисахариды и белки, из простых молекул, таких как углекислый газ и вода. Гетеротрофные организмы, с другой стороны, требуют источник более сложных веществ, таких как моносахариды и аминокислоты, чтобы произвести эти сложные молекулы. Организмы могут быть дополнительно классифицированы по основным источникам их энергии: фотоавтотрофы и фотогетеротрофы получают энергию от света, в то время как хемоавтотрофы и хемогетеротрофы получают энергию от неорганических реакций окисления.

Фиксация углерода

Фотосинтез – это синтез углеводов из солнечного света и углекислого газа (CO2). У растений, цианобактерий и водорослей, кислородный фотосинтез расщепляет воду, при этом кислород выделяется в качестве побочного продукта. Этот процесс использует АТФ и НАДФН, вырабатываемые фотосинтетическими реакционными центрами, как описано выше, для превращения СО2 в глицерат 3-фосфат, который затем может быть превращен в глюкозу. Эта реакция углерод-фиксации осуществляется с помощью фермента Рубиско как часть цикла Кельвина-Бенсона. У растений встречается три типа фотосинтеза, С3 фиксация углерода, C4 фиксация углерода и фотосинтез САМ. Они отличаются по маршруту, который использует двуокись углерода для цикла Кальвина, при этом C3 растения фиксируют CO2 непосредственно, в то время как C4 и CAM фотосинтез включает СО2 сначала в другие соединения, в качестве приспособлений для борьбы с интенсивным солнечным светом и сухими условиями. У фотосинтезирующих прокариот, механизмы фиксации углерода более разнообразны. Здесь, диоксид углерода может быть закреплен с помощью цикла Кельвина-Бенсона, обратного цикла лимонной кислоты, или карбоксилирования ацетил-КоА. Прокариотические хемоавтотрофы также фиксируют СО2 через цикл Кельвина-Бенсона, но используют энергию из неорганических соединений, чтобы провести реакцию.

Углеводы и гликаны

При углеводном анаболизме, простые органические кислоты могут быть превращены в моносахариды, такие как глюкоза, а затем использоваться для сборки полисахаридов, таких как крахмал. Генерирование глюкозы из таких соединений, как пируват, лактат, глицерин, глицерат 3-фосфат и аминокислоты, называется глюконеогенезом. Глюконеогенез преобразует пируват в глюкозо-6-фосфат через ряд промежуточных продуктов, многие из которых наблюдаются при гликолизе. Однако, этот путь не является просто гликолизом, протекающим в обратном направлении, поскольку несколько шагов катализируются не-гликолитическими ферментами. Это важно, поскольку это позволяет отдельно регулировать образование и расщепление глюкозы, а также предотвращает одновременное протекание обоих путей в футильном цикле. Хотя жир является распространенным способом хранения энергии, у позвоночных животных, таких как люди, жирные кислоты, содержащиеся в этих хранилищах, не могут быть преобразованы в глюкозу через глюконеогенез, так как эти организмы не могут преобразовать ацетил-КоА в пируват; растения, в отличие от животных, имеют необходимые для этого ферментативные механизмы. В результате, после длительного голодания, позвоночным необходимо производить кетоновые тела из жирных кислот, чтобы заменить глюкозу в тканях, таких как мозг, который не может метаболизировать жирные кислоты. У других организмов, таких как растения и бактерии, эта метаболическая задача решается с помощью глиоксилатного цикла, который обходит стадии декарбоксилирования в цикле лимонной кислоты и способствует превращению ацетил-КоА в оксалоацетат, где он может быть использован для производства глюкозы. Полисахариды и гликаны производятся путем последовательного добавления моносахаридов гликозилтрансферазой от реактивного донора сахара-фосфата, такого как уридиндифосфатглюкоза (УДФ-глюкоза) к акцептору гидроксильной группы на растущем полисахариде. Поскольку любая из гидроксильных групп на кольце субстрата может быть акцептором, производимые полисахариды могут иметь прямые или разветвленные структуры. Производимые полисахариды могут иметь структурные или метаболические функции сами по себе, или быть переданы липидам и белкам с помощью ферментов, называемых олигосахарилтрансферазы.

Жирные кислоты, изопреноиды и стероиды

Жирные кислоты производятся синтазами жирных кислот, которые полимеризуют, а затем восстанавливают единицы ацетил-КоА-редуктазы. Эти ацильные цепи в жирных кислотах удлиняются при помощи цикла реакций, которые добавляют ацильную группу, восстанавливают её до спирта, обезвоживают его в алкеновую группу, а затем вновь восстанавливают его в алкановую группу. Ферменты биосинтеза жирных кислот делятся на две группы: у животных и грибов все эти реакции синтазы жирных кислот осуществляются одним многофункциональным белком типа I, в то время как в пластидах растений и бактерий отдельные ферменты типа II выполняют каждый шаг в пути. Терпены и изопреноиды представляют большой класс липидов, которые включают каротиноиды и формируют самый большой класс растительных натуральных продуктов. Эти соединения создаются путем сборки и модификации единиц изопрена, пожертвованных от реактивных предшественников изопентенил пирофосфата и диметилаллилового пирофосфата. Эти предшественники могут производиться по-разному. У животных и у архебактерий, мевалонатный путь производит эти соединения из ацетил-КоА, в то время как у растений и бактерий, не-мевалонатный путь использует пируват и глицеральдегид-3-фосфат в качестве субстратов. Одной из важных реакции, использующих эти активированные изопреновые доноры, является биосинтез стероидов. Здесь единицы изопрена объединяются вместе, производя сквален, а затем сформировывают набор колец, производя ланостерол. Ланостерол затем может быть преобразован в другие стероиды, такие как холестерин и эргостерол.

Белки

Нуклеотидный синтез

Нуклеотиды производятся из аминокислот, углекислого газа и муравьиной кислоты в пути, который требует большого количества метаболической энергии. Следовательно, большинство организмов имеют эффективные системы, чтобы спасать предварительно образованные нуклеотиды. Пурины синтезируются как нуклеозиды (основания при рибозе). И аденин, и гуанин производятся из предшественника нуклеозид-инозин-монофосфата, который синтезируется с использованием атомов из аминокислот глицина, глутамина и аспарагиновой кислоты, а также формиата, переданного от кофермента тетрагидрофолата. Пиримидины, с другой стороны, синтезируются из базового оротата, который образуется из глутамина и аспартата.

Ксенобиотики и окислительно-восстановительный метаболизм

Все организмы постоянно подвергаются воздействию соединений, которые они не могут использовать в качестве пищевых продуктов и которые могут нанести вред, если они накапливаются в клетках, так как они не имеют метаболических функций. Эти потенциально вредные соединения называются ксенобиотиками. Ксенобиотики, такие как синтетические наркотики, природные яды и антибиотики, детоксифицируются рядом ферментов, метаболизирующих ксенобиотики. В организме человека, эти ферменты включают оксидазы цитохрома P450, УДФ-глюкуронилтрансферазы и глутатион S-трансферазы. Эта система ферментов действует в три этапа, во-первых, окисляя ксенобиотики (фаза I), а затем конъюгируя водорастворимые группы на молекуле (фаза II). Модифицированный водорастворимый ксенобиотик затем может быть откачан из клеток и в многоклеточных организмах может дополнительно метаболизироваться перед тем, как он будет выведен из организма (фаза III). В экологии, эти реакции особенно важны в микробной биодеградации загрязняющих веществ и биоремедиации загрязненных земель и разливов нефти. Многие из этих микробных реакций наблюдаются у многоклеточных организмов, но, в связи с невероятным разнообразием видов микробов, эти организмы могут иметь дело с намного более широким спектром ксенобиотиков, чем многоклеточные организмы, а также могут расщеплять даже стойкие органические загрязнители, такие как хлорорганические соединения. Связанная с этим проблема для аэробных организмов – окислительный стресс. Здесь, процессы, включающие окислительное фосфорилирование и образование дисульфидных связей в процессе сворачивания белков, производят активные формы кислорода, такие как перекись водорода. Эти повреждающие оксиданты удаляются при помощи антиоксидантных метаболитов, таких как глутатион, и ферментами, такими как каталазы и пероксидазы.

Термодинамика живых организмов

Живые организмы должны подчиняться законам термодинамики, которые описывают передачу тепла и работу. Второй закон термодинамики гласит, что в любой замкнутой системе количество энтропии (расстройство) не может уменьшаться. Хотя удивительная сложность живых организмов, как представляется, противоречит этому закону, жизнь возможна, так как все организмы являются открытыми системами, которые обмениваются веществом и энергией с окружающей средой. Таким образом, живые системы не находятся в равновесии, а являются диссипативными системами, которые поддерживают их состояние высокой сложности, вызывая большее увеличение энтропии их среды. Метаболизм клетки достигает этого путем сочетания спонтанных процессов катаболизма в не-спонтанных процессах анаболизма. В терминах термодинамики, метаболизм поддерживает порядок путем создания расстройства.

Регулирование и контроль

По мере того как среда большинства организмов постоянно изменяется, реакции обмена веществ должны точно регулироваться, чтобы поддерживать постоянный набор условий внутри клеток, состояние, называемое гомеостазом. Метаболическая регуляция позволяет также организмам реагировать на сигналы и активно взаимодействовать со своим окружением. Два тесно связанных понятия имеют важное значение для понимания того, как контролируются метаболические пути. Во-первых, регуляция фермента в пути, по мере того как его активность увеличивается и уменьшается в ответ на сигналы. Во-вторых, контроль этим ферментом – эффект, который эти изменения оказывают на общий уровень пути (поток через путь). Например, фермент может показать большие изменения в активности (т.е. строго регулируется), но если эти изменения оказывают незначительное влияние на поток метаболического пути, то этот фермент не участвует в контроле пути. Существует несколько уровней регуляции метаболизма. При внутренней регуляции, метаболический путь саморегулируется, реагируя на изменения в уровнях субстратов или продуктов; например, уменьшение количества продукта может увеличить поток через пути компенсации. Этот тип регулирования часто включает в себя аллостерическое регулирование активности нескольких ферментов в пути. Внешняя регуляция включает в себя клетку в многоклеточном организме, изменяя его метаболизм в ответ на сигналы от других клеток. Эти сигналы, как правило, имеют форму растворимых мессенджеров, таких как гормоны и факторы роста, и обнаруживаются специфическими рецепторами на поверхности клетки. Затем эти сигналы передаются внутрь клетки с помощью вторичных систем мессенджеров, которые часто участвуют в фосфорилировании белков. Очень хорошим примером внешнего регулирования является регулирование метаболизма глюкозы гормоном инсулином. Инсулин вырабатывается в ответ на увеличение уровня глюкозы в крови. Связывание гормона с рецепторами инсулина на клетках затем активирует каскад протеинкиназ, которые заставляют клетки принимать глюкозу и преобразовывать её в молекулы хранения данных, таких как жирные кислоты и гликоген. Метаболизм гликогена контролируется активностью фосфорилазы, ферментом, который расщепляет гликоген, и гликоген-синтазой, ферментом, который его производит. Эти ферменты взаимно регулируются, при этом фосфорилирование ингибирует гликогенсинтазу, но активирует фосфорилазу. Инсулин провоцирует синтез гликогена путем активации фосфатазы белка и производит снижение фосфорилирования этих ферментов.

Эволюция

Исследование и манипуляции

Классически, метаболизм изучается в редукционистском подходе, ориентированном на один путь метаболизма. Особенно ценным является использование радиоактивных меток в целом организме, тканях и на клеточном уровне, что определяет пути от предшественников до конечных продуктов путем выявления радиоактивно меченых промежуточных и других продуктов. Ферменты, которые катализируют эти химические реакции, могут затем быть очищены и исследована их кинетика и реакция на ингибиторы. Параллельный подход заключается в определении малых молекул в клетке или тканях; полный набор этих молекул называется метаболомом. В целом, эти исследования дают хорошее представление о структуре и функции простых метаболических путей, но недостаточны при применении к более сложным системам, таким как метаболизм целой клетки. Теперь стало возможным использовать эти геномные данные для восстановления полных сетей биохимических реакций и производства более целостных математических моделей, которые могут объяснить и предсказать их поведение. Эти модели особенно эффективны, когда используются для интеграции пути и метаболических данных, полученных с помощью классических методов с данными по экспрессии генов протеомических исследований и исследований микрочипов ДНК. С использованием этих методов, в настоящее время создается модель человеческого метаболизма, которая будет направлять будущие открытия новых лекарств и биохимические исследования. Эти модели в настоящее время используются в сетевом анализе, для классификации заболеваний человека по группам, которые имеют общие белки или метаболиты. Бактериальные метаболические сети являются ярким примером «бантиковой» организации, архитектуры, способной вводить широкий спектр питательных веществ и производить большое разнообразие продуктов и сложных макромолекул с помощью относительно небольшого числа промежуточных веществ. Основным технологическим применением этой информации является метаболическая инженерия. Здесь, организмы, такие как дрожжи, растения или бактерии, генетически модифицируются, что делает их более полезными в области биотехнологии и способствует производству лекарственных препаратов, таких как антибиотики, или промышленных химических веществ, таких как 1,3-пропандиол и шикимовая кислота. Эти генетические модификации обычно направлены на снижение количества энергии, используемой для получения продукта, повышение размера выработки и сокращение производства отходов.

История

Термин «метаболизм» происходит от греческого Μεταβολισμός – «Metabolismos», означающего «изменение», или «переворот». Первые документированные ссылки на метаболизм были сделаны Ибн аль-Нафисом в его работе, датируемой 1260 годом нашей эры под названием Al-Risalah al-Kamiliyyah fil Siera al-Nabawiyyah (Трактат Камиля о биографии Пророка), которая включала следующую фразу «и тело, и его части находятся в постоянном состоянии растворения и питания, поэтому они неизбежно претерпевают постоянные изменения». История научного изучения метаболизма охватывает несколько веков и переходит от изучения целых животных в ранних исследованиях к рассмотрению отдельных метаболических реакций в современной биохимии. Первые контролируемые эксперименты о метаболизме человека были опубликованы Санторио в 1614 году в его книге Ars de statica Medicina. Он описывал, как он взвешивал себя до и после еды, сна, работы, секса, поста, питья и хождения в туалет. Он обнаружил, что большая часть пищи, которую он принимал, терялась в ходе процесса, который он назвал «неощутимым потоотделением». В этих ранних исследованиях, механизмы этих процессов обмена веществ не были выявлены, и считалось, что жизненная сила оживляет живую ткань. В 19-м веке, при изучении ферментации сахара в спирт дрожжами, Луи Пастер пришел к выводу, что брожение катализировалось веществами в клетках дрожжей, которые он назвал «ферментами». Он писал, что «спиртовое брожение соотносится с жизнью и организацией дрожжевых клеток, а не со смертью или гниением клеток». Это открытие, наряду с работой Фридриха Вёлера в 1828 году о химическом синтезе мочевины, отличается тем, что является первым органическим соединением, полученным из полностью неорганических предшественников. Это доказало, что органические соединения и химические реакции в клетках не отличаются в принципе от любой другой части химии. Открытие ферментов в начале 20-го века Эдуардом Бюхнером отделило изучение химических реакций обмена веществ от биологического исследования клеток, а также отметило рождение биохимии. Биохимические знания быстро увеличивались на протяжении первой половины 20 века. Одним из самых плодовитых среди биохимиков того времени был Ганс Кребс, который сделал огромный вклад в изучение обмена веществ.

Многие люди не задумываются над тем, насколько сложен наш организм. Среди разнообразных процессов, протекающих в теле человека, нельзя забывать о том, что такое метаболизм, ведь благодаря ему живые существа, в том числе и человек, могут поддерживать свои жизненные функции - дыхание, размножение и другие. Нередко от метаболизма зависят общее самочувствие и вес человека.

Что такое метаболизм в организме человека?

Чтобы понять, что такое метаболизм в организме, нужно разобраться в его сути. Метаболизм – научный термин, обозначающий . Это совокупность химических процессов, благодаря которым потребляемая пища превращается в тот объем энергии, который необходим живому существу для поддержания жизненных функций. Данный процесс происходит при участии специальных ферментов, способствующих перевариванию и усвоению жиров, углеводов и белков. Для человека он играет важнейшую роль, потому что участвует в процессах роста, дыхания, размножения, регенерации тканей.

Метаболизм и катаболизм

Зачастую, чтобы сохранить здоровье и не беспокоиться о проблеме , важно в процессе жизнедеятельности соблюдать баланс между потребляемой и затраченной энергией. С научной точки зрения это объясняется тем, что метаболические процессы состоят их двух этапов:

Анаболизм , во время которого происходит синтез веществ в более сложные структуры, что требует определенных энергетических затрат.
Катаболизм , при котором, наоборот, происходит распад сложных веществ до простых элементов и выделяется необходимая энергия.

При этом два вышеупомянутых процесса находятся в неразрывной связи друг с другом. Во время катаболизма выделяется энергия, которая впоследствии может быть направлена на функционирование анаболических процессов, что приведет к синтезу необходимых веществ и элементов. На основе написанного можно сделать вывод, что одно рассматриваемое понятия вытекает из второго.

Нарушение метаболизма - симптомы

Часто ускоренный, или, наоборот, замедленный метаболизм, может быть причиной некоторых изменений в работе организма. Чтобы не допустить подобной ситуации, важно вести , отказаться от вредных привычек и прислушаться к собственному организму. Медленный или быстрый метаболизм может проявляться в виде следующих симптомов:

появление ломкости волос и ногтей, разрушение зубов, проблемы с кожей;
нарушение работы желудочно-кишечного тракта, запоры, жидкий стул;
резкое увеличение или снижение веса;
у женщин ;
бесконтрольное чувство жажды или голода.

Подобные признаки, помимо изменения метаболических процессов, могут свидетельствовать о серьезных проблемах со здоровьем. Поэтому важно вовремя обратиться за консультацией к врачу. Возможно, могут потребоваться дополнительное обследование и сдача анализов для выявления точного диагноза и постановки верного лечения.

Типы метаболизма

Мало знать, что такое процессы метаболизма, важно разбираться в его типах:

Белковый тип характеризуется ярко выраженной парасимпатической нервной системой, а также быстрым окислением. Человек с подобным метаболизмом часто голоден, не приветствует строгие диеты, постоянно испытывает чувство голода, может быть нервным и вспыльчивым. Невзирая на внешнюю энергичность, он уставший, или даже изможденный. В подобных случаях может быть рекомендована белковая диета, но полностью исключать углеводы не всегда целесообразно, потому что они являются источником глюкозы;
Углеводный тип метаболизма, наоборот, характеризуется симпатической нервной системой и медленным окислением. В таких случаях люди не зависят от употребления сладкого, отличаются слабым аппетитом и любят кофе. Часто они отличаются А-образным типом фигуры. Как правило, в таких случаях назначается , но при условии контроля со стороны врача. Это связано с тем, что подобная пища может способствовать набору веса и негативно сказываться на здоровье человека;
Смешанный тип отличается признаками первого и второго типа, но с менее выраженными характеристиками. Люди часто бывают усталыми, могут испытывать чувство тревоги. Они любят сладкое, но при этом не всегда сталкиваются с проблемой лишнего веса.

Как разогнать метаболизм?

Бытует мнение, что чем быстрее обмен веществ, тем меньше проблем возникает с массой тела. Как ускорить метаболизм для похудения? Существует ряд методов – различные диеты, травяные настои, витаминные комплексы и лечебные препараты, но не всегда они надежны, так как вес человека зависит не только от метаболизма. Не стоит забывать об особенностях организма и физической активности. Важно помнить, что ускоренный метаболизм может быть симптомом проблем со здоровьем.

Продукты, ускоряющие метаболизм

Задумываясь над тем, как повысить метаболизм, многие люди для своего рациона выбирают определенные продукты. Иногда рекомендуют принимать пищу небольшими порциями несколько раз в день и не забывать об употреблении воды. Часто подобное меню включает:

цельнозерновые продукты;
постное мясо;
молочные продукты;
яблоки и цитрусовые фрукты;
рыба;
зеленый чай и кофе.

Напитки для ускорения метаболизма

Иногда ускорение метаболизма может вызвать употребление некоторых напитков. Помимо жидкой диеты нельзя забывать о полноценном питании и умеренных физических нагрузках. В качестве напитков рекумендуется принимать:

воду - после сна способствует улучшению обмена веществ;
зеленый чай - за счет содержания в нем кахетина запускается процесс жиросжигания;
молоко - благодаря входящему в состав кальцию стимулируется метаболизм;
кофе - кофеин подавляет чувство голода и замедляет метаболистический процесс.

Витамины для метаболизма и жиросжигания

Вопрос, как ускорить метаболизм в организме, лучше задавать врачу. Это связано с тем, что любое постороннее вмешательство может негативно сказаться на организме человека. После обследования и постановки точного диагноза в качестве лечения может быть назначена диета и прием дополнительных витаминов, таких, например, как:

рыбий жир - снижает уровень холестерина в крови, тем самым восстанавливая метаболизм;
фолиевая кислота - способствует укреплению иммунной системы, вследствие чего нормализуется метаболистический процесс;
витамины группы В, С, D, A - приводят к ускорению обмена веществ на 10%, за счет нормализации уровня инсулина.

Препараты, улучшающие метаболизм

Иногда, при появлении мыслей о том, как улучшить метаболизм и похудеть, возникает желание использования всевозможных препаратов. Большую популярность среди них приобрели БАДы из серий "Турбослим" и "Лида", которые имеют ряд противопоказаний:

индивидуальная непереносимость компонентов, входящих в состав средства;
период беременности и лактации;
заболевания сердечно-сосудистой системы;

Любые препараты стоит принимать только после консультации врача и уточнения диагноза. Бесконтрольный прием таких средств может негативно отразиться на здоровье пациента, и разгон метаболизма останется малозначимой проблемой. В качестве назначений иногда используются стимуляторы, анаболики и другие сильные лекарства, поэтому важно учитывать наличие противопоказаний и побочных эффектов:

сухость в ротовой полости;
нарушение сна;
рвотные позывы;
аллергическая реакция;
тахикардия;
нарушение работы желудочно-кишечного тракта.

Травы для ускорения метаболизма

В качестве способа изменения скорости метаболических процессов иногда используют всевозможные травяные настои и отвары. При этом важно учитывать отсутствие аллергии, проблем со здоровьем и других особенностей организма, говорящих о том, что перед употреблением травяных настоев лучше проконсультироваться с врачом. Травы ускоряющие метаболизм, могут быть следующими:

китайский лимонник;
женьшень;
эхинацея пурпурная;
шиповник;
череда;
листья черной смородины или земляники.

Упражнения для ускорения метаболизма

Помимо правильного питания и витаминных комплексов для ускорения обмена веществ иногда рекомендуют спортивные упражнения. Как улучшить метаболизм с помощью физических нагрузок? Полезными будут:

Ходьба с умеренным темпом и прогулки на свежем воздухе – они не требуют специальной подготовки и посещения спортзала.
Еще одним упражнением могут быть приседания, которые можно выполнять в домашних условиях.
Иногда рекомендуют отжимания от пола, бег на месте, качание мышц живота. Популярными становятся интервальные тренировки, при которых физические нагрузки чередуются с отдыхом при выполнении одной группы упражнений.

Как замедлить метаболизм и набрать вес?

Задумываясь над тем, как замедлить метаболизм, важно помнить, что подобные действия не всегда будут полезны для здоровья человека, даже если это необходимо при наборе веса. Существует несколько рекомендаций, выполнений которых может дать возможность некоторого уменьшения скорости метаболических процессов, но отсутствие медицинского контроля при их выполнении может вызвать негативные последствия:

длительный сон, потому что во время сновидения замедляются многие процессы в организме, в том числе и метаболизм;
потребление меньшего количества калорий, что даст организму сигнал к накапливанию энергии;
пропуск некоторых приемов пищи;
употребление большого количества сложных углеводов – злаковых культур, бобовых;
отказ от кофе, зеленого чая.

Видно, что эти рекомендации в основном противоречат принципам правильного полноценного питания, поэтому они могут быть применимы в самых крайних случаях по рекомендации врача. Не стоит забывать о наследственных факторах, которые могут сказаться на результате желанного набора веса после снижения темпов обмена веществ.

Любому человеку полезно будет знать, что такое метаболизм, или обмен веществ, каковы его особенности и от чего он зависит. С ним напрямую связаны жизненно важные процессы организма, поэтому, наблюдая у себя какие-либо признаки нарушения обмена веществ, важно не предпринимать самостоятельных действий без консультации врача.

Категории

Популярное