Метаболизм в организме человека и качество жизни

Все когда-то учились в школе и слышали, что такое метаболизм организма, но не всегда задумывались серьезно о том, как важны эти знания. Каждый хочет быть стройным и подтянутым, похудеть, или поправиться. Для этого изучили массу диет, прочитали не один трактат, испробовали все на себе, но…желаемого результата нет. Почему? Забыли о таком главном дирижере нашего организма, как метаболизм.

Как происходит процесс метаболизма?

Поступившие в организм высокомолекулярные соединения расщепляются на простейшие вещества. Они в свою очередь поступают ткани и в кровь, где происходит дальнейшее преобразование, в частности, за счет аэробного окисления. Продукты, образовавшиеся за счет окисления, используются организмом для синтеза важных метаболитов (аминокислот и пр.).

Исследования показывают, что процесс метаболизма протекает непрерывно – на протяжении 80-ти дней половина тканевых белков полностью меняется, а ферменты печени обновляются с интервалом в несколько минут или часов.

Скорость метаболизма

Обмен веществ может быть быстрым, нормальным и медленным. Люди с быстрым метаболизмом не имеют проблем с лишним весом, поскольку энергия в их организме расходуется максимально полно (не остается излишков, которые можно отложить про запас). Люди с быстрым обменом веществ обычно имеют худощавое телосложение, они подвижны и активны.

При нормальном метаболизме энергия тратится организмом рационально. Если человек не увлекается жирной пищей и сладостями, то проблем с лишним весом не возникает.

Замедленный метаболизм свойственен полным людям – обменные процессы протекают недостаточно быстро, остаются излишки, которые откладываются про запас.

Известно, что под действием определенных факторов метаболизм может нарушаться – к причинам обменных сбоев относят приверженность вредным привычкам, наследственность, нарушение работы эндокринной системы, нерациональное питание, плохую экологию, стрессы.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ВЗАИМОСВЯЗЬ АНАБОЛИЗМА И КАТАБОЛИЗМА

Катаболические превращения (от греч. katabole — сбрасывание, разрушение) направлены на расщепление сложных молекул (как поступивших с пищей, так и уже входящих в состав клеток) до простых компонентов (на конечных стадиях — преимущественно до диоксида углерода и воды). Катаболизм — это путь от сложного в простому, окислительные, экзергонические процессы, сопровождающиеся понижением энергии Гиббса (ДС). Эта энергия запасается и идет на обеспечение реакций анаболических путей.

Анаболические превращения (от греч. anabole — подъем) направлены на образование и обновление структурно-функциональных компонентов клетки, т. е. на синтез сложных биомолекул (белков, нуклеиновых кислот, коферментов, гормонов и др.) из более простых. Анаболические пути — это восстановительные, эндергонические процессы, протекающие с увеличением энергии Гиббса.

Анаболические процессы протекают за счет энергии, заключенной в химических связях молекул специфической группы соединений (макроэтов, в том числе АТР и др.), в которых аккумулируется энергия, выделяемая в катаболических процессах. Выигрыш в энергии Гиббса используется для смещения равновесия в сопряженных термодинамически невыгодных биохимических процессах, например в синтезе биополимеров. АТР является сопрягающим энергетическим звеном обеих сторон метаболизма — катаболизма и анаболизма.

Необходимо подчеркнуть, что каждый из этих процессов (катаболизм и анаболизм) состоит из двух одновременно протекающих и взаимосвязанных процессов (рис. 11.1):

  • первый (промежуточный метаболизм) — последовательность ферментативных реакций распада или синтеза, промежуточные продукты которых носят название метаболитов;
  • второй (энергетическое сопряжение) — превращения энергии, сопутствующие каждой реакции метаболизма, которая либо запасается в форме энергии фосфатных связей, либо расходуется при распаде этих связей.

Рис. 11.1. Схема взаимосвязи анаболизма и катаболизма

Процессы катаболизма и анаболизма можно разбить на три основные стадии (рис. 11.2). Здесь приводится существенно упрощенная схема этих процессов. Стрелками обозначены основные пути метаболизма: жирные стрелки — катаболические пути, тонкие штрихованные — анаболические.

Исходными веществами, или «строительными блоками», для анаболизма служат соединения, поставляемые третьей стадией катаболизма. Таким образом, третья стадия катаболизма является первой (исходной) стадией анаболизма.

Рис. 11.2. Три стадии метаболизма

Из многочисленных метаболитов здесь представлены некоторые наиболее важные представители — пируват, ацетил-СоА и глицерин. Эти соединения являются связующим звеном между метаболизмом белков, углеводов (полисахаридов) и липидов.

Катаболические и анаболические пути не совпадают между собой как по месту действия, так и по типу химических превращений. Однако они, как уже отмечалось, неразрывно связаны между собой промежуточными метаболитами, т. е. промежуточные метаболиты распределяются в организме и направляются на синтез (анаболизм), а также и в процессы распада (катаболизм). Центральную роль в этом распределении играет цикл лимонной кислоты. Как показано на рис. 11.2, промежуточные метаболиты используются и в качестве «строительных блоков» для синтеза необходимых биомолекул (пунктирная стрелка), и в катаболических процессах с целью получения энергии для жизнедеятельности организма (сплошные стрелки). Таким образом, этот циклический путь играет как катаболическую, так и анаболическую роль и называется центральным или амфиболическим (от греческого амфи — оба).

При экспериментальном исследовании метаболического пути, во-первых, идентифицируют реагирующие компоненты, выясняют стехиометрию и механизм для каждой из последовательных стадий процесса. Заключительным этапом такого исследования является воспроизведение ферментативных реакций в пробирке. Во-вторых, идентифицируют генетические, аллостерические и гормональные механизмы, при помощи которых осуществляется регуляция скорости данного метаболического процесса.

Метаболические пути в живом организме изучают с помощью различных методов: определением вводимых в организм и выводимых из него веществ (в норме, а также в условиях стресса и патологии), перфузией отдельных органов, методами переживающих (живых) срезов клеток и тканей. Очень перспективными являются методы, основанные на изучении мутантных организмов с генетическими дефектами, а также меченых атомов.

Ацидоз и алкалоз

Если говорить понятным языком, анализ газов крови определяет, в достаточном ли количестве организм получает кислород. Также следует разобраться и с тем, что собой являют ацидоз и алкалоз. Эти патологии входят в число состояний, которые сигнализируют организму о полном истощении его защитных функций, как правило, это связано со сбоями в кислотно-щелочном балансе.

При этом ацидоз бывает нескольких видов:

  1. Дыхательный ацидоз – это патология, которая характеризуется снижением кислотно-щелочного баланса и повышением давления углекислоты. Развитие патологического состояния происходит из-за уменьшения объема дыхания. Подобное состояние может развиваться на фоне пневмонии, обострения бронхиальной астмы или болезней бронхов обструктивного типа. С помощью анализа газов крови ставиться диагноз о наличии или отсутствии дыхательной недостаточности.
  2. Метаболический ацидоз – развивается из-за снижения количества бикарбонатов и увеличения количества выделяемой кислоты. Такое состояние может развиваться на фоне почечной недостаточности или сахарного диабета.

Алкалоз – это состояние, которое характеризуется увеличением кислотности крови в результате накопления щелочных элементов.

Выделяют несколько видов такого состояния:

  1. Компенсированный тип. Наблюдается нарушение кислотно-щелочного баланса, при котором кислотность находится в норме, и присутствуют только незначительные сдвиги в буферных системах.
  2. Некомпенсированный тип. Показатели кислотности выходят за пределы нормы, это чаще всего вызвано чрезмерным содержанием оснований и малым количеством физиологических и физико-химических механизмов регуляции кислотно-щелочного баланса.

При сдаче анализа крови на газы требуется соблюдать такие же правила подготовки, как и при сдаче общего анализа крови. За несколько дней до обследования из рациона следует исключить жирную, жареную, соленую и острую пищу.

Как правило, расшифровку результатов исследования пациент получает по прошествии нескольких дней, максимум недели. С результатами больной отправляется к доктору и уже под его руководством приступает к лечению.

источник

Гликизирование белков

Опять немного забегая вперед, мембранный транспорт глюкозы во всех клетках пассивный. Это значит, что глюкоза может попадать в клетки только когда концентрация глюкозы снаружи больше, чем внутри.

Читайте также:  Последовательность наложения сварных швов

Гликизирование – это ковалентное соединение молекул сахаров с белками и жирами. Важным является то, что это соединение не катализируют ферменты. Присоединение сахаров к белкам зависит от концентрации сахаров и белка.

Но в тоже время «свободное» гликизирование (не в аппарате Гольджи, где это строго контролируется и проводится в четкой последовательности) ряда белков приведет к нарушению их функции.

Не зря гликизированный гемоглобин HbA1c один из установившихся признаков диабета, показывающий количество гемоглобина, прореагировавшего с глюкозой за последние примерно 4 месяца (срок жизни эритроцитов).

Вывод можно сделать простой: избыток глюкозы приводит к нарушению функции белков за счет повышенного гликизирования оных.

Энергетический обмен в клетке. Синтез АТФ.

Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования, т.е. присоединения неорганического фосфата к АДФ. Энергия для фосфорилирования АДФ образуется в ходе энергетического обмена. Энергетический обмен, или диссимиляция, представляет собой совокупность реакции расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии. В зависимости от среды обитания диссимиляция может протекать в два или три этапа.

У большинства живых организмов ― аэробов, живущих в кислородной среде, ― в ходе диссимиляции осуществляется три этапа: подготовительный, бескислородный, кислородный. У анаэробов, обитающих в среде лишенной кислорода, или у аэробов при его недостатке, диссимиляция протекает лишь в два первых этапа с образованием промежуточных органических соединений, еще богатых энергией.

Первый этап – подготовительный. В желудочно-кишечном тракте многоклеточных организмов он осуществляется пищеварительными ферментами. У одноклеточных – ферментами лизосом. На первом этапе происходит расщепление белков до аминокислот, жиров до глицерина и жирных кислот, полисахаридов до моносахаридов, нуклеиновых кислот до нуклеотидов. Этот процесс называется пищеварением.

Второй этап – бескислородный (гликолиз). Его биологический смысл заключается в начале постепенного расщепления и окисления глюкозы с накоплением энергии в виде 2 молекул АТФ. Гликолиз происходит в цитоплазме клеток. Он состоит из нескольких последовательных реакций превращения молекулы глюкозы в две молекулы пировиноградной кислоты (пирувата) и две молекулы АТФ, в виде которой запасается часть энергии, выделившейся при гликолизе:

Остальная энергия рассеивается в виде тепла.

В клетках дрожжей и растений (при недостатке кислорода) пируват распадается на этиловый спирт и углекислый газ. Этот процесс называется спиртовым брожением.

Энергии, накопленной при гликолизе, слишком мало для организмов, использующих кислород для своего дыхания. Вот почему в мышцах животных, в том числе и у человека, при больших нагрузках и нехватке кислорода образуется молочная кислота (С3Н6O3), которая накапливается в виде лактата. Появляется боль в мышцах. У нетренированных людей это происходит быстрее, чем у людей тренированных.

Третий этап – кислородный, состоящий из двух последовательных процессов – цикла Кребса, названного по имени Нобелевского лауреата Ганса Кребса, и окислительного фосфорилирования. Его смысл заключается в том, что при кислородном дыхании пируват окисляется до окончательных продуктов – углекислого газа и воды, а энергия, выделяющаяся при окислении, запасается в виде 36 молекул АТФ. (34 молекулы в цикле Кребса и 2 молекулы в ходе окислительного фосфорилирования). Эта энергия распада органических соединений обеспечивает реакции их синтеза в пластическом обмене. Кислородный этап возник после накопления в атмосфере достаточного количества молекулярного кислорода и появления аэробных организмов.

Цикл Кребса представляет фазу III высвобождения энергии из продуктов питания. Каждый оборот этого цикла инициируется образованием цитрата с шестью атомами углерода из оксалоацетата (с четырьмя атомами углерода) и ацетилкофермента А; последующие реакции приводят к превращению оксалоацетата и образованию двух молекул углекислого газа. Атомы углерода, которые входят в образование углекислого газа, больше не доступны для клетки. В сопутствующее ступенчатые окисления, в которых атомы водорода или электроны удаляются из промежуточных соединений. Образующиеся во время цикла и через систему носителей, в конечном итоге, переносятся в кислород с образованием воды — количественно являются наиболее важным средством генерирования АТФ из АДФ и неорганического фосфата. Эти события известны как терминальное дыхание и окислительное фосфорилирование.

Читайте также:  Диагностика желчного пузыря – это холецистография с контрастом

Окислительное фосфорилирование, или клеточное дыхание происходит на внутренних мембранах митохондрий, в которые встроены молекулы-переносчики электронов. В ходе этой стадии освобождается большая часть метаболической энергии. Молекулы-переносчики транспортируют электроны к молекулярному кислороду. Часть энергии рассеивается в виде тепла, а часть расходуется на образование АТФ.

Суммарная реакция энергетического обмена:

Значение метаболизма

Анаболизм и катаболизм (метаболизм) – основное свойство любой живой системы, с их остановкой прекращается жизнь. От скорости этих реакций зависят:

  • баланс расхода энергии, поступающей с пищей;
  • интенсивность кровообращения и состояние иммунной системы;
  • гормональный фон.

Если произошло такое нарушение метаболизма, важно пройти обследование, исключить заболевания эндокринной системы, наследственную патологию. Важно помнить, что увеличить скорость обменных процессов в организме можно при правильном режиме питания, сна, бодрствования, двигательной активности.

Энергетические потребности

Масса тела и его композиционный состав.

Чем выше масса тела, тем выше потребность в калориях. Верно и то, что люди с высоким соотношением мышц к жировой ткани нуждаются в калориях сильнее, чем лица с аналогичной общей массой, но с меньшим процентом мышечной ткани. Лица с высоким мышечно-жировым соотношением отличаются более высоким уровнем основного обмена, чем люди с аналогичной общей массой, но с меньшим мышечно-жировым соотношением.

Возраст.

Когда мы становимся старше, мы сталкиваемся с факторами, которые приводят к сокращению энергетических потребностей. Наша мышечная масса снижается, что приводит к уменьшению мышечно-жирового соотношения. Наш метаболизм постепенно перестраивается, что также влечет за собой уменьшение потребности в калориях.

Перечисленные ниже возрастные факторы сокращают наши энергетические потребности:

  • Гормоны – с возрастом в организме мужчин и женщин образуется меньше тестостерона и эстрогена. Оба гормона участвуют в анаболических процессах, которые потребляют энергию. Синтез человеческого гормона роста, который оказывает колоссальное влияние на анаболические реакции, также уменьшается с возрастом. Когда мы стареем, баланс смещается от анаболических гормонов в сторону катаболических, что резко повышает предрасположенность к набору веса, причем за счет жировой ткани, а не мышц.
  • Менопауза – когда женщины приближаются к периоду менопаузы, падает выработка гормонов, которые заставляют организм сжигать больше энергии. Большинство женщин обнаруживает, что сбросить вес в этот период очень проблематично. Впрочем, эксперты считают, что менопаузальный и постменопаузальный набор веса лишь отчасти вызван гормональными изменениями. Другие возрастные факторы, в частности, снижение физической активности и несбалансированное питание, оказывают на массу тела гораздо большее влияние.
  • Физическая активность – с возрастом люди, как правило, не так активны, как были в молодости. Объясняется это не только более размеренным образом жизни. Большинство людей, которые в молодости зарабатывали тяжелым физическим трудом, после 45 переходят на сидячую работу. Это может быть связано с продвижением по службе, которое имеет место во многих отраслях, например, в армии, полиции, пожарной службе, а также переподготовкой, переходом на принципиально иную работу или ранним выходом на пенсию.
  • Теория накопления отходов жизнедеятельности – когда мы становимся старше, растет число клеток с конечными продуктами жизнедеятельности, что, по всей видимости, негативно сказывается на интенсивности обменных процессов.

Пол.

Мужчины обладают более высоким уровнем основного обмена, чем женщины, что объясняется большим процентом мышечной ткани в мужском организме. Это значит, что среднестатистический мужчина сжигает больше калорий, чем среднестатистическая женщина его возраста с аналогичной массой тела.

FORMULAT - медицинский глянцевый журнал