Какие вещества участвуют в обмене веществ: Обмен веществ в организме человека

13.05.2021 alexxlab 0 Comment

Содержание

Какие вещества участвуют в обмене веществ?

Отказ от ответсвенности

Обращаем ваше внимание, что вся информация, размещённая на сайте Prowellness предоставлена исключительно в ознакомительных целях и не является персональной программой, прямой рекомендацией к действию или врачебными советами. Не используйте данные материалы для диагностики, лечения или проведения любых медицинских манипуляций. Перед применением любой методики или употреблением любого продукта проконсультируйтесь с врачом. Данный сайт не является специализированным медицинским порталом и не заменяет профессиональной консультации специалиста. Владелец Сайта не несет никакой ответственности ни перед какой стороной, понесший косвенный или прямой ущерб в результате неправильного использования материалов, размещенных на данном ресурсе.

Какие вещества участвуют в обмене веществ?

Метаболизм – это сложный процесс, который зависит от множества факторов. Например, для его нормального протекания требуются определенные вещества. Какие?

Обмен веществ – это все реакции и процессы, которые в совокупности происходят в организме. Нет ни одного процесса в организме, который проходил бы без участия обмена веществ. Из каких веществ он складывается?

Функции обмена веществ

Обмен веществ выполняет в организме набор следующих функций:

Дает энергию для полноценного функционирования.
Вырабатывает строительный материал для дальнейших процессов.
Помогает организму восстанавливаться после тяжелых физических или эмоциональных нагрузок.

Запасает тело питательными веществами на случай их непредвиденных расходов.
Выводит ненужные вещества, токсины, соединения.

Что влияет на метаболизм?

На протекание процессов обмена веществ влияют следующие факторы:

Физические нагрузки. Например, плавание даже на короткие дистанции может усилить обменные процессы в несколько раз.
Возраст. С годами скорость метаболизма постепенно снижается.
Температура тела. Если она повышается, то скорость обменных процессов повышается.

Как проходит обмен веществ?

Процесс ассимиляции можно разделить на несколько этапов:

Поступление в организм питательных веществ вместе со съеденными продуктами.
Реакция распада еды на полезные вещества, их частичное всасывание органами желудочно-кишечного тракта.
Усвоение отдельных компонентов тканями.
Выделение отходов жизнедеятельности – углекислый газ, моча, каловые массы.

Какие вещества участвуют в метаболизме?

Чтобы организм работал нормально, а метаболизм проходил с нужной скоростью, требуются следующие вещества:

Витамины группы В. Эти вещества играют важную роль в энергетическом обмене. Дефицит какого-либо витамина из этой группы может отразиться на скорости метаболизма и среде организма в целом. То есть они всегда должны быть в рационе. Содержатся в постном мясе, морепродуктах, яйцах, цельном молоке, живых кисломолочных культурах, орехах, семечках, бананах, арбузах.
Витамин Д. Если его не хватает в организме взрослого человека, то это может грозить ожирением. Для поддержания его уровня важно соблюдать здоровую диету, почаще бывать на свежем воздухе, контролировать уровень сахара в крови. Также вещество можно принимать дополнительно.

Кальций. Важен для здорового метаболизма и поддержания уровня глюкозы в крови. Для этого нужно употреблять натуральные молочные продукты, злаки, листовые зеленые овощи, миндаль, свежевыжатый апельсиновый сок, семечки.
Железо. Поддерживает здоровый рост клеток, помогает выработке необходимых гормонов. Если железа не хватает, то мышцы плохо обеспечиваются кислородом, процесс обмена энергии не происходит полноценно. Железо есть в орехах, соевых бобах, листовых овощах, мясе, гречневой крупе, фасоли.
Магний. Производит энергию в организме, значительно ускоряет обмен веществ. Магний есть в шпинате, бананах, картофеле, жирной морской рыбе, цельнозерновых культурах.
Витамин Е. Помогает переваривать пищу, нормализует работу желудочно-кишечного тракта. Он содержится в яйцах, рыбе и морепродуктах, печени.

Хром. Необходим для худеющих, так как сжигает подкожный жир. Хром есть в бобовых культурах и простой ячневой крупе.
Клетчатка. Увеличивает метаболизм за счет повышения активности желудка и очищения организма от вредных веществ. Клетчаткой богаты свежие овощи и фрукты.

Внимание! Метаболизм – это сложная совокупность процессов, на которой отражается работа всего организма и жизнь человека. Для здорового обмена веществ требуются определенные витамины и минералы, химические вещества, поэтому важно включать их в свой рацион.

Отказ от ответсвенности

6. Регуляция обмена веществ. Нарушения обмена веществ

Регуляция обмена веществ

Обменные процессы в организме происходят под действием ферментов и регулируются нервно-гуморальным путём.

Почти все железы внутренней секреции принимают участие в регуляции обмена веществ:

щитовидная железа регулирует окислительные процессы, влияя на рост и развитие организма;
надпочечники регулируют углеводный, жировой и белковый обмен (способствуют превращению белков в углеводы), регулируют обмен воды и солей.

Нарушения регуляции обмена веществ вызывают различные заболевания.

Заболевания, связанные с нарушением обмена веществ

К нарушению обмена веществ может привести неправильное питание. Если нарушается баланс между энергией, поступающей в организм с пищей, и энергией, которую организм тратит, то может произойти изменение веса. Человек худеет или поправляется, в зависимости от количества энергии, поступающей в организм с пищей.

Наиболее распространённо такое нарушение обмена веществ как ожирение. В зависимости от количества жировой ткани ожирение делится на степени.

Ожирение повышает риск развития сахарного диабета (заболевания, связанного с нарушением углеводного обмена и дисфункцией поджелудочной железы), гипертонической болезни и других заболеваний (метаболический синдром), связанных с наличием избыточного веса.

Особенную опасность представляет собой ожирение, затрагивающее внутренние органы. Например, ожирение печени (признаки ожирения печени могут напоминать симптомы отравления).

Дистрофия — заболевание, связанное с недостаточным поступлением в организм питательных веществ (особенно белка). Когда использованы все запасы органических веществ, начинают разрушаться собственные белки организма.

Анорексия

Ещё одно заболевание — булимия — проявляется в обжорстве. Во время приступов булимии человек может съесть очень много пищи, а затем вызывает рвоту, чтобы воспрепятствовать набору лишнего веса. Булимия может привести к серьёзным осложнениям: от неврастении до острой сердечной недостаточности.

Нарушения обмена веществ в организме могут стать причиной отложения солей и образования камней в почках и мочевыводящих путях.

Источники:

http://med36.com/ill/1145

http://900igr.net/prezentatsii/biologija/Obmen-veschestv-v-organizme/012-Funktsii-belkov-zhirov-i-uglevodov.html

Роль витаминов в обмене веществ и влияние на здоровье человека

Витамины – низкомолекулярные органические соединения с высокой физиологической активностью, необходимые для нормальной жизнедеятельности.

Общие свойства витаминов:

1. Обеспечивают в организме синтез ферментов, гормонов, участвуют в обмене веществ.

2. В основном поступают в организм извне, с пищей.

3. Витамины активны в очень малых количествах.

4. В организме нет существенных запасов витаминов. Лишь витамины А и D могут накапливаться в небольших количествах в печени.

5. Витамины оказывают влияние на функции различных органов и систем, повышают работоспособность, усиливают сопротивляемость организма к вредным факторам (инфекциям, интоксикациями и др.).

6. При недостатке витаминов в организме возникают болезненные состояния: гиповитаминозы (недостаточное количество) и авитаминозы (полное отсутствие), а при избытке витаминов – гипервитаминозы.

Витамин С (аскорбиновая кислота) выполняет в организме множество важных функций: участвует в окислительно-восстановительных процессах в тканях, повышает эластичность и прочность кровеносных сосудов, защищает организм от инфекций, блокирует токсичные вещества в крови, влияет на процессы заживления тканей организма, поврежденных в результате травм или болезней. Витамин С необходим также для укрепления зубов и десен.

Даже при нормальном состоянии здоровья в различные дни содержание витамина С значительно варьируется. Присутствие бактерий в организме, инфекционные заболевания, воспалительные и многие другие процессы снижают количество витамина С. Следует учитывать, что организм не накапливает витамин С, поэтому его надо принимать регулярно. Но, тем не менее, следует избегать передозировки витамина. Хотя аскорбиновая кислота нетоксична и ее избыток выводится из организма, все же потребление ее в слишком больших количествах может вызвать аллергическую реакцию. При гиповитаминозе С отмечаются нарушения общего состояния организма (снижение работоспособности, быстрая утомляемость, слабость, раздражительность), склонность к кровоточивости десен, железодефицитная анемия.

Витамином С богаты: шиповник сухой и свежий, перец сладкий красный и зеленый, петрушка, укроп, капуста цветная и белокочанная, щавель, шпинат, брюква, лук зеленый, горошек зеленый, помидоры, редис, картофель молодой, салат, капуста квашеная, кабачки, печень, апельсины, клубника, лимоны, смородина, рябина, дыня, мандарины, крыжовник, морошка, кизил, малина, вишня, айва, брусника, черешня, клюква.

Витамин А (ретинол) оказывает многостороннее действие на организм человека. Он необходим для роста, развития и обновления (регенерации) тканей, поддержания активности иммунной зашиты, предохранения от поражений кожи и слизистых оболочек, для обеспечения зрения. От витамина А зависит защитная способность организма, его покровных тканей — кожи, слизистых оболочек. Поэтому нередко этот витамин называют «первой линией обороны против болезней».

Недостаточность витамина А ведет к нарушениям во многих органах и системах, в основе которых лежит поражение кожи и слизистых оболочек — сухость, ороговение, предрасположенность к гнойничковым процессам, фурункулезу, склонность к насморку, воспалительным процессам в гортани и трахее, бронхитам, пневмонии, расстройства пищеварения, нарушение желудочной секреции, склонность к гастритам, колитам, к воспалению почек, мочевого пузыря. Снижается устойчивость к инфекциям. Страдают также органы зрения — теряется способность видеть в сумерках, развиваются явления конъюнктивита и сухость роговицы.

Витамином А богаты: печень говяжья, свиная и тресковая, масло сливочное, яйца, икра кетовая, сметана и сливки 20%-й жирности, сыр, творог жирный, почки, палтус, шпроты (консервы), икра осетровых рыб.

Витамин В1 (тиамин) имеет важное значение для процессов энергетического обмена и нервной регуляции

Витамином В1 богаты: горох, фасоль, крупы овсяная, гречневая, ячневая, кукурузная, перловая, манная, пшено, горошек зеленый, хлеб из муки 2-го сорта, свинина мясная, печень говяжья и свиная, сардельки свиные, телятина, мясо кролика, ставрида, карп, хек, макароны, картофель, капуста цветная.

Витамин В2 (рибофлавин) — обеспечивает регенерацию (обновления) тканевых структур организма.

Витамином В2 богаты: яйца, сыр, творог, кефир, говядина, свинина, мясо кролика, печень говяжья, мясо кур, колбасы вареные, крупы гречневая, горошек зеленый, шпинат, капуста цветная, лук зеленый, перец сладкий, укроп, молоко, сметана, крупа овсяная, хлеб из муки 2-го сорта, сельдь, треска, скумбрия хек, камбала.

Витамин В6 (пиридоксин) очень важен для белкового и жирового обмена. Пиридоксин необходим также мышцам, так как вместе с кальцием способствует их нормальному функционированию и эффективному расслаблению.

Витамином В6 богаты: печень, скумбрия, фасоль, сухие пивные дрожжи, говядина, мясо кур, почки, телятина, свинина, баранина, яйца, икра, сельдь, палтус, кета, молоко, сыр, хлеб из муки 2-го сорта, рис цельный, крупы гречневая, ячневая, перловая, пшено, кукуруза, соя, горох, картофель, лук сухой, морковь, шпинат, салат, свекла, персики, груша, виноград.

Витамин В12 (цианкобаламин) участвует в кроветворении, регулируют углеродный и жировой обмен в организме. Эти два витамина группы В обеспечивают высокую скорость развития, созревания и функциональную активность эритроцитарных клеток костного мозга. Поэтому гипо- и авитаминозы В12 и фолиевой кислоты характеризуются нарушением кроветворения (анемии), поражением нервной системы и пищеварительных органов.

Витамином В12 богаты: печень говяжья, почки, сердце, говядина, сельдь, яйца.

Никотиновая кислота (витамин РР) обеспечивает энергетический обмен в организме. При недостаточности никотиновой кислоты развивается пеллагра — тяжелое заболевание, связанное с поражением центральной нервной системы, желудочно-кишечного тракта и кожи. Со стороны центральной нервной системы отмечаются раздражительность, нарушение чувствительности кожных покровов, снижение двигательной активности (адинамия), потеря устойчивости при ходьбе (атаксия), психозы и психическая депрессия. Возникает также глоссит (воспаление языка), нарушается секреция желудочного сока, развиваются упорные поносы. Поражение кожи характеризуется симметричным воспалением (дерматитом) лица и открытых частей тела.

Никотиновой кислотой богаты: говяжья печень, почки, язык, мясо кур и кроликов, телятина, говядина, баранина, крупа рис, пшено, крупы гречневая, овсяная, кукурузная, манная, рис, пшено, макароны, кофе, сельдь, ставрида, хек, судак, морковь, хлеб пшеничный из муки высшего сорта.

Витамин D (кальциферол) – участвует в процессах минерального обмена в костной ткани, необходим для свертывания крови, для нормальной деятельности сердечнососудистой и нервной систем. При дефиците витамина D задерживаются образование, рост и заживление костной ткани, развивается заболеваний – рахит.

Витамином D богаты: печень рыб и морских млекопитающих, скумбрия, сельдь, камбала, треска свежая, кета, икра, яйца, сливочное масло.

Влияние питания на здоровье человека

Считается общеизвестным, что пища является одним из важнейших факторов окружающей среды, влияющих на наше здоровье, работоспособность, умственное и физическое развитие и долголетие. Связь питания и здоровья была подмечена человеком еще в далекой древности. При недостаточном питании дети плохо растут и развиваются. У взрослых при плохом питании регистрируется высокая заболеваемость, быстрая утомляемость, плохая работоспособность, сокращается продолжительность жизни.

Еще Гиппократ, живший в древней Греции, сказал следующее: «Зачастую, отец болезни неизвестен, но мать ее это – пища. Болезнь чаще всего к человеку приходит через рот и уходит от него тем же путем». Этот достойный муж прожил очень долгую для своего времени, да и по современным меркам жизнь – 90 лет. Он был искуснейшим врачевателем и впервые применил комплексное лечение – использование природных лекарственных средств (настоев, настоек, сборов и пр.) как лечебное питание. Он заложил основы диетики – науки о правильном питании здорового и больного человека и диетотерапии – науки о лечебном питании больных людей и о его режиме.

Процессом приема пищи управляют два чувства: чувство голода и аппетит.–Они имеют различную физиологическую и материальную мотивацию.

Чувство голода. В организме человека происходит постоянный обмен веществ и энергии. При этом постепенно снижается содержание питательных веществ в крови. Это «голодная» кровь поступает в головной мозг. Как следствие в расположенном в нем центре голода возникает возбуждение –«пищевая доминанта» – доминанта на поиск и потребление пищи. В процессе приема пищи и ее переваривания от пищеварительной системы идет в головной мозг соответствующая информация. Она дублируется постепенным повышением в крови питательных веществ. Чувство голода ослабевает, наступает чувство сытости.

Чувство аппетита имеет преимущественно психоэмоциональную природу. Когда человек видит вкусно приготовленную пищу, ощущает ее запах, информация об этом поступает в соответствующие отделы головного мозга. Оттуда она поступает в центр удовольствия, располагающийся в продолговатом мозге, с выделением гипотоламусом эндорфинов – гормонов счастья. Одновременно с этим из головного мозга в слюнные, желудочные, кишечные железы поступают сигналы на наработку секретов. Иными словами, чувство аппетита это есть чувство удовольствия от предвкушения и употребления пищи. Наверное многие из вас замечали, что им сложно отказаться от какого-нибудь лакомства даже на сытый желудок.

Итак, вы уяснили, что появления чувства голода напрямую зависит от интенсивности обмена веществ в организме человека. Что же такое обмен веществ?

Обмен веществ — это основа жизнедеятельности организма, существенный и непременный признак жизни. Его сущность заключается в совокупности физиологических и биохимических реакций. При этом, в организме происходят два разнонаправленных процесса – ассимиляция и диссимиляция.

Ассимиляция — усвоение из внешней среды сложных органических и неорганических соединений.

Диссимиляция — расщепление поступивших сложных веществ на простые, с выведением из организма конечных продуктов обмена.

Этим процессом во многом синонимичны процессы анаболизма и катаболизма.

Анаболизм — процесс синтеза из простых неорганических и органических веществ сложных структурных веществ организма. На это затрачивается энергия.

Катаболизм — процесс распада сложных структурных веществ на более простые. Он может идти до конечных продуктов обмена веществ, углекислого газа и воды. При этом высвобождается необходимая для жизнедеятельности организма человека энергия.

Процессы катаболизма и анаболизма строго координируются нейроэндокринными регуляторными механизмами. При нарушении этой регуляции возникают различные патологии обмена веществ. Например, при снижении продукции инсулина в поджелудочной железе или при снижении активности этого гормона у человека возникает высокая гипергликемия (сильно повышается содержание глюкозы в крови ) с одновременным снижением образования гликогена в печени.
Важной характеристикой обмена веществ и энергии является основной обмен.
Основным обменом называют то количество энергии, которое необходимо для поддержания нормальных функций организма человека при полном мышечном и психологическом покое, натощак (через 12-18 ч после последнего приема пищи) при температуре окружающей среды — 20-22°С. Основной обмен у взрослого человека составляет 1600-1700 ккал/сут. Он в течении жизни претерпевает существенные изменения и зависит от возраста, пола, массы тела и роста. Так у детей 3-5 лет и у подростков в период полового созревания он существенно выше, чем у взрослых людей. У пожилых людей он снижается. У женщин основной обмен на 3-5% ниже чем у одновозрастных мужчин. В ночное время он ниже, чем в дневное, зимой выше, чем летом. У коренных жителей севера он выше, чем у южан. На интенсивность основного обмена оказывают существенное влияние нейроэндокринные механизмы. Причины снижения основного обмена:
1. Голодание, истощение и анемия.
2. Тяжелая гипоксия (пониженное содержание к крови О).
3. Эндокринопатия щитовидной, половых желез, надпочечников и гипофиза.
4. Повышенная секреция инсулина.
5. Серьезные поражения центральной нервной системы и состояние сна гипобиозы и паралич, олигофрения.

Повышение основного обмена происходит в следующих случаях:
1. Эмоциональное возбуждение. Стресс.
2. Неврозы.
3. Лихорадочные состояния.
4. Повышенная гормональная активность.
5. Аллергические состояния.
6. Умеренная гипоксия при физической нагрузки средней интенсивности.

Основные компоненты пищи:
Для роста, развития и нормального функционирования организму человека необходим полноценный пищевой рацион. Он складывается из соединений первичного синтеза (питательных веществ) — белков, жиров (липидов), углеводов, а также из биологически активных веществ — алкалоидов, флавоноидов, витаминов, гликозидов и других соединений, которые относятся к соединениям вторичного происхождения.

БЕЛКИ, ИХ ПРИРОДА И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ

Белки — основной пластический материал, из которого состоят органы и ткани человеческого тела. На долю белков приходится свыше половины общего веса человека и животных. Белки составляют материальную основу жизненных процессов, без поступления их в организм в достаточном количестве невозможна нормальная жизнедеятельность. Различные аспекты ее — от пищеварения и мышечной деятельности до размножения и роста — связаны с особенностями белковых веществ.

Белки – высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых состоят из длинной цепи, построенной из остатков аминокислот. Все многообразие белков образовано 20 аминокислотами. Белки клетки бывают простые – протеины и сложные – протеиды. Последние представляют собой комплексы простых белков с небелковым компонентом. Протеиды играют в клетках огромную роль, например, гемоглобин, обеспечивающий обмен кислородом и углекислым газом между легкими и тканями.

Потребность в белке определяется прежде всего возрастом человека: у детей – 2,5 – 4 г/кг массы тела, у взрослых – 1,0 – 1,5 г/кг. В рационе питания беременных и кормящих женщин больше должно присутствовать белка высокой биологической ценности (животного происхождения) – до 60%.

ЛИПИДЫ, ИХ ПРИРОДА И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ

Жиры и жироподобные вещества объединены в группу липидов. Жиры пищи имеют важное энергетическое и пластическое значение для организма. Их калорийность в два раза выше белков и углеводов. Жиры и жироподобные вещества являются одними из важнейших составных частей клеток. Они играют роль смазочных масел — выделяясь с сальными железами, предохраняют кожу от высыхания и придают ей эластичность.

Замечательной особенностью липидов является их способность депонироваться в жировых депо под кожей, в сальниках, в мышечной ткани, вокруг почек, матки. Жировая ткань защищает эти органы от внешних травм, уменьшает теплоотдачу в окружающую среду.

Во всех животных жирах содержится холестерин, а во всех растительных маслах его изомеры – фитостерины. Нарушение холестеринового обмена лежит в основе возрастных атеросклеротических изменений и развитии ИБС. В организме человека и животных холестерин дает начало целой плеяде производных, объединяемых общим названием «стероиды» (биологически активных веществ), – желчные кислоты, половые гормоны, гормоны коры надпочечников, витамины группы Д.

УГЛЕВОДЫ, ИХ ПРИРОДА И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ

Углеводы — входят в состав клеток и тканей всех растений и животных. В живом организме они легко подвергаются распаду, в процессе которого выделяется значительное количество энергии. Углеводы составляют основную часть рациона питания человечества.
1. Моносахариды — к важнейшим моносахаридам относят глюкозу и фруктозу. Моносахариды и олигосахариды обладают сладким вкусом и образуют в воде растворы, из которых способны кристаллизоваться.

В растениях, как правило, содержится смесь различных сахаров. Глюкозы особенно много в плодах винограда и косточковых культурах, фруктозы — в семечковых плодах (смородина, крыжовник и др.), а сахарозы меньше всего в ягодах. Сорбоза накапливается в значительном количестве в плодах сливы, вишни, персиках, абрикосах, яблоках и грушах, почему их рекомендуют для больных диабетом, как заменители сахара.

2. Олигосахариды – построены из остатков моносахаров (от двух до десяти). Среди них наибольшее значение имеет дисахарид сахароза — свекольный или тростниковый сахар, составленная из глюкозы (виноградный сахар) и фруктозы (плодовый сахар). В растениях сахароза служит растворимым резервным сахаридом, а также той транспортной формой, которая легко переносится по растению. Человека сахароза привлекает своим сладким вкусом. Мед образуется при ферментативном гидролизе цветочного нектара (богатого сахарозой) в пищеварительном тракте пчелы и содержит примерно равные количества глюкозы и фруктозы.

К резервным полисахаридам, кроме крахмала, относят инулин, гликоген и пектиновые вещества.

Инсулин — высокомолекулярный углевод, растворимый в воде, содержится в клубнях топинамбура, корнях одуванчика и цикория. Мономером его является моносахарид фруктоза, что позволяет рекомендовать его диабетикам для диетического питания.

Гликоген — полисахарид на основе глюкозы (животный крахмал), выполняет резервную функцию в клетках печени человека и животных, содержится также в грибах, дрожжах и в зернах сахарной кукурузы.

Фрукты и овощи, богатые клетчаткой, обязательно следует включать в рацион питания здорового человека. Диетологи рекомендуют в одних случаях добавлять в пищу овощи и фрукты богатые грубой клетчаткой, что полезно лицам, склонным к запорам; в других — продукты, богатые клетчаткой, ограничивают или исключают из рациона, что полезно при колитах, энтеритах, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки.

В большом количестве клетчатка содержится в капусте, моркови, фасоли, свекле, помидорах, дыне, тыкве, зеленом горошке, картофеле и сухофруктах.

В суточном рационе здорового человека должно быть следующее соотношение углеводов: крахмала – 75-80%, легкоусвояемых углеводов – 15-20%, пищевых волокон, пектинов – 5%.

3. БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА И ИХ РОЛЬ В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОРГАНИЗМА

Кроме веществ первичного синтеза (белки, жиры и углеводы) живые организмы синтезируют и накапливают комплекс природных биологически активных соединений, которые нужно рассматривать как вещества вторичного происхождения (за исключением ферментов). В самой общей форме им приписывается адаптивное значение и в широком смысле защитные свойства. Биологически активные вещества в организме выполняют регуляторные функции, обеспечивают активность и направление протекания обменных процессов. Нарушение баланса БАВ в клетках и тканях организма приводит к нарушениям обмена веществ и развитию патологий.

Ферменты относятся к веществам белковой природы, являются специфическими биологическими катализаторами, которые способны ускорять течение химических процессов в организме и играют важную роль в обмене веществ. Малейшее нарушение работы ферментных систем организма человека ведет к формированию патологий.

Гормоны являются специфическими регуляторами биохимических процессов в организме. Древнейшей регуляторной системой многоклеточных организмов является система эндокринных желез. Эти железы вырабатывают специальные химические вещества, называемые гормонами, которые играют роль сигналов, посылаемых в определенных физиологических состояниях организма к соответствующим органам – мишеням

Основными эндокринными железами человека являются поджелудочная железа, гипофиз, эпифиз, щитовидная железа, паращитовидная железа, надпочечники, яичники и семенники. Некоторые гормоны (или гормоноподобные вещества) вырабатываются в желудочно-кишечном тракте, системе кровообращения, околоушной слюнной железе, почках и других органах и тканях.

Заболевания, возникающие на почве нарушения функции той или иной эндокринной железы, в большинстве случаев можно рассматривать как следствие либо гипофункции железы (недостаточное образование гормона), либо ее гиперфункции (избыточное выделение гормона). Отдельные эндокринные железы оказывают своими гормонами мощное влияние не только на различные органы и ткани тела, но и на функцию других желез внутренней секреции и нервную систему.

ВИТАМИНЫ

Витамины — органические вещества, не синтезируемые в организме или синтезируемые в недостаточном количестве, поступающие с пищей и объединенные в единую группу на основе их абсолютной необходимости для организма.
Витамины играют первостепенную роль в обмене веществ, регуляции процессов усвоения и использования основных пищевых веществ — белков, жиров (липидов) и углеводов, а также в поддержании нормального физиологического состояния нервной, сердечно-сосудистой, пищеварительной, мочеполовой, эндокринной систем и кроветворных систем. Употребление достаточного количества витаминов способствует укреплению организма, повышению его работоспособности и сопротивляемости к вредным воздействиям окружающей среды.

Недостаток или отсутствие витаминов приводят к ослаблению организма и развитию характерных заболеваний — гипо- и авитаминозов, при которых нарушается обмен веществ и большинство функций организма. Гипервитаминоз – избыточное поступление витаминов в организм. Недостаток витаминов ощущается особенно весной, когда сокращается употребление в пищу овощей, плодов и ягод, и когда в них падает содержание витаминов, особенно С и Р. При этом у людей возникает слабость, повышенная утомляемость, снижается работоспособность и понижается сопротивляемость организма к инфекциям.

Проявляя высокую биологическую активность в очень малых дозах, витамины необходимы:

• для нормального клеточного метаболизма и трофики тканей
• для трансформации энергии
• для пластического обмена
• для поддержания таких жизненных функций, как репродукция, рост и регенерация тканей
• для обеспечения иммунологической реактивности организма
• для нормальной работоспособности всех органов и тканей.

Витамин А (ретинол) содержится в продуктах животного происхождения (молочные продукты, печень, рыбий жир и др.). Около половины суточной потребности в витамине А покрывается за счет этих продуктов. Остальная часть возмещается растительными продуктами, за счет содержания в них каротина, который превращается в организме под влиянием фермента каротиназы в витамин А. Суточная потребность человека в витамине А составляет 1,5 – 2,5 мг.

Наиболее богаты каротином плоды и ягоды, окрашенные в оранжевый, зеленый или оранжево-красный цвет. Он содержится в большом количестве в мякоти абрикосов, в помидорах, моркови, красном перце, зелени петрушки, крапиве, щавеле, салате, зеленом луке, рябине, облепихе, сливе, чернике, салате, яблоках, шиповнике.

Витамин А обладает кумулятивными свойствами и может сохраняться в организме более года. Поэтому целесообразно в летне-осенний период употреблять больше продуктов, содержащих этот витамин.

При недостатке витамина А (гиповитаминоз) нарушаются обменные процессы в организме, что может привести к истощению, понижению функций различных желез и понижению сопротивляемости к инфекциям, Часто при недостатке витамина А у человека возникает заболевание, известное под названием “куриная слепота”. Заболевание протекает при общем недомогании и потере остроты зрения, особенно в сумерках и темноте.

Витамин Д (кальцифирол). Витамин Д является комплексным веществом, состоящим из 2 витаминов (Д2 – эргокальциферол и Д3 — холекальциферол). Он содержится в продуктах животного происхождения (рыбий жир, печень трески, палтуса, лосось, сельдь, сливочное масло, говядина, печень, яйца) и

лишь незначительные количества его находятся в грибах, дрожжах и некоторых растений

Витамин Д поступает с пищей и синтезируется при солнечном облучении в организме человека.

Д — витамины регулируют, прежде всего, обмен кальция и фосфора, чем обуславливается их большое значение, в особенности для растущего организма. Недостаток витамина Д у детей приводит к рахиту. При этом наблюдаются нарушения в развитии зубов и ногтей, дряблость мышц и связанное с этим увеличение живота. Больные дети отстают в физическом и психическом развитии, чаще болеют инфекционными и простудными заболеваниями.

Витамин Д применяется для лечения и профилактики рахита и при туберкулезе кожи.

Витамин С (аскорбиновая кислота). Организм человека не вырабатывает витамин С. Богаты витамином С черная смородина, шиповник, рябина, облепиха, жиры животных, земляника, апельсины, лимоны, вишня, яблоки и многие другие фрукты и ягоды. Из овощей — зеленый лук, красный перец, хрен, петрушка, укроп, щавель, томаты, капуста и некоторые другие растения.

Витамин С обеспечивает нормальную проницаемость капилляров, повышает эластичность и прочность кровеносных сосудов.

Он играет важную роль в поддержании естественной и приобретенной сопротивляемости организма к простудам и инфекционным заболеваниям. Витамин С эффективно действует как поглотитель нитратов в желудочно-кишечном тракте, предотвращая появление канцерогенных молекул нитрозаминов.

Хронический недостаток витамина С (гиповитаминоз) может привести к заболеванию, называемому цинга: нарушения нервного характера, потеря аппетита, вялость, быстрая утомленность, потеря мышечной силы, сонливость и головокружение, затем при развитии болезни набухают десны, появляется дурной запах изо рта, расшатываются и выпадают зубы, появляются точечные кровоизлияния на коже, могут быть кровоизлияния во внутренние органы и полости, наступает малокровие, нарушается деятельность сердечно-сосудистой системы, понижается сопротивляемость организма к инфекционным заболеваниям, замедляется заживление ран и переломов.

В медицинской практике витамин С применяется для лечения атеросклероза, заболевании сердечно-сосудистой системы, органов дыхания, почек, болезнях крови, суставов, туберкулезе и отравлениях химическими веществами (гипервитаминоз).

Во многих фруктах и ягодах содержится вместе витамины С и Р. Отмеченное является особенно ценным, т.к. оба витамина наиболее эффективно действуют при совместном их присутствии.

Витамин В1 (тиамин) встречается почти во всех растениях. Наиболее богаты им проростки злаковых и бобовых, рисовые отруби, ржаной хлеб, овсяная и гречневая крупы, зеленый горошек и дрожжи. Из фруктов витамин В1 содержат в значительном количестве яблоки, груша, сливы, вишни, абрикосы. Суточная потребность тиамина для взрослого человека равна 2-3 мг. Витамин В1 не откладывается про запас в организме и поэтому должен регулярно поступать с пищей.
Тиамин способствует росту организма, оказывает нормализующее влияние на перистальтику желудка и кислотность желудочного сока, влияет на жировой обмен, сердечно-сосудистую и нервную системы, железы внутренней секреции. При длительном недостатке витамина В1 может развиться тяжелое заболевание, получившее название “Бери-бери”. Заболевание характеризуется ухудшением аппетита, головокружением, расстройством пищеварения, запорами, появляется слабость, учащенное сердцебиение и другие болезненные явления. В медицинской практике тиамин применяют для лечения заболеваний нервной, эндокринной и сердечно-сосудистой систем, а также как общеукрепляющее средство.

Витамин В2 (рибофлавин) содержится в овощах, проростках пшеницы, рисе, семенах гороха, сои, в лесных и грецких орехах. Наиболее богаты витамином В2 зеленый горошек, гречневая крупа, пшеничный хлеб, а из фруктов и ягод — слива, алыча, и шиповник. Суточная потребность в нем 2-3 мг. Он необходим для синтеза белка и жира, нормальной работы желудка и печени, участвует в процессе кроветворения, влияет на рост и развитие плод

Недостаток витамина В2 приводит к поражениям кожи, воспалениям губ, слизистой оболочки рта и языка, расширению сосудов роговой оболочки глаз, светобоязни, нарушениям зрения и понижению работоспособности. При отсутствии рибофлавина в пище нарушается обмен белков и жиров в организме, что приводит к замедлению роста у детей.

Витамин В6 (пиридоксин). Источником витамина В6 являются пивные дрожжи, пшеница, ячмень, просо, кукуруза, горох и фасоль. Особенно много его обнаружено в бананах.

Для взрослого человека потребность в витамине В6 до 3 мг. Он участвует в обмене веществ в первую очередь белков и жиров, стимулирует кроветворение, развитие естественного иммунитета к некоторым заболеваниям, а также желчеотделение и кислотообразующую функцию желудка.

Недостаточность в пиридоксине вызывает у грудных детей судорожные припадки и гипохромную анемию. У взрослых наблюдается потеря аппетита, тошнота, сонливость, повышенная раздражительность и психотические реакции, сухой дерматит лица, головы, шеи, груди, воспаление губ, языка, конъюнктивиты. Поскольку витамин В6 широко встречается в животных и растительных пищевых продуктах, болезненные явления, вызываемые его нехваткой, встречаются крайне редко.

Успешно используют этот витамин при лечении атеросклероза, болезни печени, почек и желудка, туберкулеза, малокровия, заболеваний нервной системы и некоторых интоксикаций.

Витамин В12 в растительных организмах практически отсутствует. Он содержится в продуктах животного происхождения – мясо, молоко, сыр, яйца, сельдь. Витамин улучшает состав крови, участвует в белковом и жировом обмене. Совместное применение витаминов В9 и В12 обеспечивает наилучший эффект при анемии.

Витамин РР (никотиновая кислота) в значительном количестве содержится в яблоках, абрикосах, сливе, пшенице, грече, горохе, картофеле, моркови, томатах, капусте, грибах. Более богаты им продукты животного происхождения. Частично никотиновая кислота синтезируется и в самом организме человека из белковых веществ.

Суточная потребность человека в никотиновой кислоте составляет 15-20 мг. Она очень важна для организма, поскольку входит в состав ферментов, принимающих участие в окислительных процессах. При недостатке витамина могут возникать нервные психические расстройства, воспаляются слизистые оболочки рта и языка, ухудшается аппетит, появляется слабость, понос, ухудшается память. Более продолжительная недостаточность витамина РР приводит к пеллагре — сухость и шелушение кожи, сопровождающаяся поражением желудочно-кишечного тракта и центральной нервной системы. Никотиновая кислота находит применение при лечении атеросклероза, заболеваний сердечно-сосудистой системы, органов дыхания и пищеварения, нервной системы кожи и сахарного диабета.

МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА

Минеральные вещества участвуют в обменных процессах (водно-солевом, кислотно-щелочном), участвуют в мышечных сокращениях, определяют состояние крови. Это «кирпичики», из которых строится организм. Макро- и микроэлементы нужны организму в очень малых количествах, но их недостаток, также как и избыток, вреден для здоровья.

Железо (Fe) – необходимо для образования гемоглобина, влияет на кроветворение и иммунитет (шпинат, земляника, черешня, абрикосы, сельдерей, помидоры, бобовые, айва).

Цинк (Zn) – сосредоточен в костной ткани, волосках, коже, необходим для кроветворения, участвует в реакциях процесса зрения, в деятельности желёз внутренней секреции (овсяная крупа, орехи, сыр, желтки, морепродукты, мясо, овощи).

Кальций (Ca) — составляет основу костной ткани, влияет на процессы, происходящие в нервно-мышечной и сердечно-сосудистой системах (молоко, творог, петрушка, крыжовник).

Магний (Mg) – участвует в формировании костей, регуляции работы нервной ткани, улучшает кровоснабжение сердечной мышцы, при его недостатке повышается раздражительность (гречка, «Геркулес», хлеб из муки грубого помола, бобовые, брюссельская капуста, картофель, орехи, ежевика, малина).

Фосфор (P) — входит в состав костной ткани, в состав клеток нервной системы. С его соединениями связана энергия сокращения мышц и умственная деятельность, поэтому потребность в фосфоре возрастает при интенсивной работе (молоко, творог, яйца, гречка, печень, мясо, рыба).

Калий (K) – регулирует кислотно-щелочное равновесие крови, участвует в передаче нервных импульсов, активизирует мышечную работу сердца, влияет на работу кожи и почек (сухофрукты, картофель, капуста, тыква, кабачки, рыба).

Йод (I) – образует гормоны щитовидной железы (морские водоросли и морская рыба, печени трески, виноград, слива).

Фтор (F) – повышает устойчивость зубов к кариесу, стимулирует кроветворение, рост скелета (чай, морская рыба).

Чтобы нормально жить и развиваться, человеческому организму нужно постоянно тратить энергию и возмещать ее за счет пищевых веществ. Кроме того, пищевые продукты должны поступать к нам извне для того, чтобы снабжать организм пластическими веществами, способствовать правильному обмену веществ и сохранению постоянства внутренней среды. В этом сложном процессе должно обязательно соблюдаться равновесие. Если же оно нарушено, то развиваются сначала функциональные расстройства, а затем и заболевания.

УЗ «1-я городская детская поликлиника»

1. Какие вещества участвуют в двух взаимосвязанных процессах обмена веществ-дыхания и

Укажите правильную последовательность прохождения нервного импульса.

Составь пищевые цепи, используя следующие организмы: дуб, щука, белка, зелёная водоросль, карась, личинки комара, соболь Лес: _______________ _______ … _______ ______________ Озеро: ______________ ______________ ______________ ______________

эссе на тему Почему на сегодняшний день много культурных растений

сообщение на тему гигиена половой системы

Укажіть частину тіла щитника чоловічого на якій розміщені спорангіїв

Ребята тут нужна ваша помощь с ест, у меня есть 40 мин пожалуйста помогите Если правильно то дам 5 зведочек и лай и конечно лучший вот 1 а то не видно … Задание 1. Определите, какая масса планктона нужно будет дельфину с массой 500 кг. В экологической пирамиде трофические уровни цепи питания расположены следующим образом: планктон – мелкие ракообразные – рыбы — дельфин

небольшое сообщение, 5-8 предложений. на тему загрязнение водной средыпожалуйста пожалуйста пожалуйста пожалуйста

Выберите три компонента экосистемы: бактерии, животные, консументы, грибы, абиотические компоненты, климат, редуценты, растения, продуценты, вода.

1. Какое растение вы выбрали для посадки и почему?2 Каким способом вы будете осуществлять его размножение?3. Какую функцию выполняют отверстие в доне … горшкан дрена4. Какой состав почвы в нета знание и растений неохотно динаковый го?и какой цели поливают землю перед пока он растенияВ какое место и на какой срок помешанот высленные растения?7Какой уход необходим нашему растенню в дальнейшем?ПОМОГИТЕ УМОЛЯЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮдам 30 баллов

Стимуляция метаболизма с помощью питьевой воды

Питьевая вода высшей категории Айленд O₂ обладает уникальным природным составом и гармонично влияет на состояние организма, улучшая общее самочувствие человека. Она не только удовлетворяет потребности в жизненно важных минералах, но и насыщает ткани кислородом, активизирует обменные процессы и вымывает токсины. Такая вода улучшает метаболизм и идеально подходит для людей, ведущих активный образ жизни, живущих в условиях недостатка свежего воздуха, а также проходящих процесс восстановления после тяжелых травм или операций.

Вода для улучшения метаболизма от компании «Айленд»

Благодаря оптимальному составу бутилированная вода Айленд O₂ отлично утоляет жажду и благоприятно влияет на организм человека. Это достигается за счет того, что она:

ускоряет восстановление клеток и регенерацию тканей;
активизирует обмен веществ;
улучшает усвоение и сжигание питательных веществ — белков, жиров и углеводов;
повышает активность иммунной, дыхательной, кровеносной, пищеварительной и выделительной систем.

При процессе производства вода Айленд O2 естественным образом насыщается кислородом, он не нагнетается под высоким давлением перед запечатыванием тары, как при производстве кондиционированной кислородсодержащей воды. В момент открытия бутылки с водой кислород не улетучивается, а остается в воде, сохраняя свои целебные свойства.

В условиях кислородного голодания, особенного свойственного для городских жителей, вода Айленд O₂ — один из немногих источников чистого, хорошо усвояемого кислорода, который вместе с водой сразу попадает в клетки и нормализует общий обмен веществ.

Кондиционированная кислородом вода: вред или польза?

Роль воды в метаболизме человека огромна. Без ее участия невозможен нормальный обмен веществ в организме. Вода создает нужную жидкую среду в каждой клетке, обеспечивает транспортировку веществ, подавляет аппетит и вовлекает отложенные жировые запасы в обменные процессы.

Искусственно кондиционированная свободным кислородом вода не влияет на метаболизм клеток, поскольку кислород и введенные в ее состав минеральные вещества практически не усваиваются организмом. Кроме того, спустя несколько часов после вскрытия бутылки весь кислород улетучивается, вода становится обыкновенной прозрачной жидкостью. Безусловно, большого вреда такая вода не наносит, но и существенной пользы человеческому организму не приносит.

Чтобы купить чистую и полезную для здоровья питьевую воду, подходящую для постоянного употребления детьми и взрослыми, обратитесь в компанию «Айленд». Наши специалисты проконсультируют вас по всем возникшим вопросам и помогут оформить заказ.

О роли витаминов

Витамины – жизненно важные вещества, необходимые нашему организму для поддержания многих его функций. Поэтому достаточное и постоянное поступление витаминов в организм с пищей крайне важно.

Биологическое действие витаминов в организме человека заключается в активном участии этих веществ в обменных процессах. В обмене белков, жиров и углеводов витамины принимают участие либо непосредственно, либо входя в состав сложных ферментных систем. Витамины участвуют в окислительных процессах, в результате которых из углеводов и жиров образуются многочисленные вещества, используемые организмом, как энергетический и пластический материал. Витамины способствуют нормальному росту клеток и развитию всего организма. Важную роль играют витамины в поддержании иммунных реакций организма, обеспечивающих его устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды. Это имеет существенное значение в профилактике инфекционных заболеваний.

Витамины смягчают или устраняют неблагоприятное действие на организм человека многих лекарственных препаратов. Недостаток витаминов сказывается на состоянии отдельных органов и тканей, а также на важнейших функциях: рост, продолжение рода, интеллектуальные и физические возможности, защитные функции организма. Длительный недостаток витаминов ведет сначала к снижению трудоспособности, затем к ухудшению здоровья, а в самых крайних, тяжелых случаях это может закончиться смертью.

Только в некоторых случаях наш организм может синтезировать в небольших количествах отдельные витамины. Так, например, аминокислота триптофан может преобразовываться в организме в никотиновую кислоту. Витамины необходимы для синтеза гормонов – особых биологически активных веществ, которые регулируют самые разные функции организма.

Значит, получается, что витамины – это вещества, относящиеся к незаменимым факторам питания человека, и имеют огромное значение для жизнедеятельности организма. Они необходимы для гормональной системы и ферментной системы нашего организма. Также регулируют наш обмен веществ, делая организм человека здоровым, бодрым и красивым.

Основное их количество поступает в организм с пищей, и только некоторые синтезируются в кишечнике обитающими в нём полезными микроорганизмами, однако в этом случае их бывает не всегда достаточно. Многие витамины быстро разрушаются и не накапливаются в организме в нужных количествах, поэтому человек нуждается в постоянном поступлении их с пищей.

Первоисточником витаминов являются растения, в которых витамины накапливаются. В организм витамины поступают в основном с пищей. Некоторые из них синтезируются в кишечнике под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов, но образующиеся количества витаминов не всегда полностью удовлетворяют потребности организма. Витамины участвуют в регуляции обмена веществ; они являются биологическими катализаторами или реагентами фотохимических процессов, протекающих в организме, также они активно участвуют в образовании ферментов.

Витамины влияют на усвоение питательных веществ, способствуют нормальному росту клеток и развитию всего организма. Являясь составной частью ферментов, витамины определяют их нормальную функцию и активность. Недостаток, а тем более отсутствие в организме какого-либо витамина ведет к нарушению обмена веществ. При недостатке их в пище снижается работоспособность человека, сопротивляемость организма к заболеваниям, к действию неблагоприятных факторов окружающей среды. В результате дефицита или отсутствия витаминов, развивается витаминная недостаточность.

Важность отдельных витаминов для человека

Витамин А содержится в животных продуктах. Богаты этим витамином печень, сливочное масло, яйца и особенно рыбий жир. Растительные продукты содержат каротин — особое вещество, которое в организме человека превращается в витамин А. Много каротина в моркови. При отсутствии в пище витамина А замедляется рост и развивается заболевание глаз (куриная слепота). Витамин А повышает устойчивость организма к инфекционным заболеваниям. Этот витамин хорошо растворяется в жирах. При действии кислорода воздуха витамин А разрушается. Витамин А особенно важен в питании детей первого года жизни.
            Витамин B1 содержится в оболочках зерновых хлебов, овощах, плодах, молоке, дрожжах, почках и печени животных. Особенно богаты витамином B1 рисовые отруби и пшеница. Недостаток этого витамина в пище вызывает расстройство нервной системы, падение аппетита, быструю утомляемость. Витамин B1 устойчив к воздействию высокой температуры.
В1 находится и дрожжах, молоке, печени и почках животных, мясе и др. Этот витамин повышает усвояемость пиши, способствует лучшему обмену и т. и. При недостатке его нарушается нормальная функция органов зрения. Витамин С легко разрушается при нагревании, воздействии кислорода воздуха и солнечного света, длительном хранении. Ускоряет потери витамина С хранение овощей, фруктов и ягод в тепле и на свету. Лучше сохраняется он в цитрусовых плодах. Регулирует окисление продуктов обмена углеводов, участвует в обмене аминокислот и жирных кислот, разносторонне влияет на функции сердечнососудистой, пищеварительной, эндокринной, центральной и периферической нервной систем. Недостаток витамина часто приводит к нервным расстройствам.
           Витамин С содержится главным образом в овощах и плодах. Особенно богаты этим витамином хвоя, сосна, плоды шиповника, зеленые грецкие орехи, черная смородина и др. Отсутствие витамина С в пище вызывает заболевания, называемые цингой. Этот витамин укрепляет организм против инфекционных заболевании. Витамин С растворим в воде, он легко разрушается при действии кислорода воздуха и кипячении. Недостаток витамина С приводит к снижению сопротивляемости различным инфекциям, а его отсутствие — к развитию цинги. Мнение о том, что большие дозы витамина С лечат простудные заболевания, не нашло подтверждения — лишь в самом начале прием таких доз может способствовать снятию симптомов простуды.
            Витамин D находится главным образом в продуктах животного происхождения: в рыбьем жире, сливочном масле, яичном желтке, икре, молоке и т. п. Этот витамин предохраняет детский организм от заболевания рахитом. При отсутствии витамина D кости становятся хрупкими, зубы плохо развиваются. Этот витамин растворяется в жирах. Регулирует обмен кальция и фосфора, способствуя их всасыванию из кишечника и отложению в костях. Витамин D образуется из провитамина в коже под действием солнечных лучей и поступает с животными продуктами: печень рыб, жирные сорта рыб (сельдь, кета, скумбрия и другие), икра, яйца, молочные жиры. Он хорошо сохраняется в консервах и продуктах кулинарной обработки, так как стоек к нагреванию. Готовые препараты витамина D следует употреблять по указанию врача.

Что такое метаболизм?

4 сентября 2015 г.

2 мин чтения

ДОБАВИТЬ ТЕМУ В СООБЩЕНИЯ ПО EMAIL

Получать электронное письмо, когда новые статьи публикуются на

Укажите свой адрес электронной почты, чтобы получать сообщения о публикации новых статей.Подписаться Нам не удалось обработать ваш запрос. Пожалуйста, повторите попытку позже. Если у вас по-прежнему возникает эта проблема, обратитесь по адресу [email protected].
Вернуться в Healio
Метаболизм — это термин, обозначающий набор химических реакций, которые происходят в клетках живых организмов для поддержания жизни. Метаболические процессы приводят к росту и воспроизводству и позволяют живым организмам сохранять свои структуры и реагировать на окружающую среду.Все химические реакции, происходящие в живых организмах, от пищеварения до переноса веществ от клетки к клетке, могут быть частью метаболизма.
Промежуточный или промежуточный метаболизм — это термин, обозначающий перенос веществ в разные клетки и между ними.
Как это работает
Есть две категории метаболизма: катаболизм и анаболизм. Катаболизм — это распад органических веществ, а анаболизм использует энергию для создания компонентов клетки, таких как белки и нуклеиновые кислоты.
Химические реакции в метаболическом процессе организованы в метаболические пути, посредством которых одно химическое вещество за несколько этапов превращается в другое. Ферменты помогают в этом процессе, облегчая реакции и выступая в качестве катализаторов протекания реакций. Реакции не могли бы происходить без ферментов, которые отвечают на сигналы между клетками и регулируют метаболические пути. Скорость метаболизма называется скоростью метаболизма.
Метаболизм живого организма позволяет ему определять, какие вещества питательны и полезны, а какие ядовиты.
Некоторыми другими химическими веществами и частями организма, участвующими в метаболическом процессе, являются аминокислоты, белки, липиды, углеводы, нуклеотиды, коферменты, минералы и кофакторы.
Метаболический синдром
Метаболический синдром описывает группу черт и привычек, повышающих риск ишемической болезни сердца, диабета и инсульта. Факторы риска включают избыток жира в желудке, высокий уровень триглицеридов, низкий уровень холестерина ЛПВП, также известный как «хороший холестерин», высокое кровяное давление и высокий уровень сахара в крови натощак.
Эти факторы обычно встречаются вместе. Однако у пациентов должно быть как минимум три из них, чтобы диагностировать метаболический синдром.
У человека с метаболическим синдромом вдвое риск развития сердечных заболеваний и в пять раз выше вероятность диагностировать диабет, чем у человека без метаболического синдрома. Это становится все более распространенным в результате роста показателей ожирения среди взрослых. Можно предотвратить или отсрочить метаболический синдром с помощью здоровой диеты и физических упражнений.
Дополнительную информацию можно найти на следующих сайтах:
http://bloodjournal.hemologylibrary.org/cgi/collection/gene_expression
http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/ency/article/003706.htm
http://www.mayoclinic.com/health/metabolism/WT00006/
http://www.nature.com/jcbfm/index.html
http://www.nutritionandmetabolism.com/
http://www.hormone.org/Public/endocrinologist.cfm
http: // www.nlm.nih.gov/medlineplus/ency/article/002257.htm
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22/?depth=10
http://endo.endojournals.org/
http://www.mayoclinic.org/medicalprofs/glucocorticoid-induced-diabetes.html
http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/steroids.html
http://www.cancer.gov/cancertopics/understandingcancer/estrogenreceptors
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/2099
http://ghr.nlm.nih.gov/glossary=enzyme
http: // www.nlm.nih.gov/medlineplus/ency/article/002353.htm
http://www.nhlbi.nih.gov/health/health-topics/topics/ms
ДОБАВИТЬ ТЕМУ В СООБЩЕНИЯ ПО EMAIL
Получать электронное письмо, когда новые статьи публикуются на
Укажите свой адрес электронной почты, чтобы получать сообщения о публикации новых статей. Подписаться Нам не удалось обработать ваш запрос.Пожалуйста, повторите попытку позже. Если у вас по-прежнему возникает эта проблема, обратитесь по адресу [email protected].
Вернуться в Healio
Химические реакции в метаболических процессах
Химические реакции в метаболических процессах
Чтобы произошла химическая реакция, реагирующие молекулы (или атомы) должны сначала столкнуться, а затем иметь достаточную энергию (энергию активации), чтобы вызвать образование новых связей.Хотя многие реакции могут происходить самопроизвольно, присутствие катализатора увеличивает скорость реакции, поскольку снижает энергию активации, необходимую для протекания реакции. Катализатор — это любое вещество, которое ускоряет реакцию, но само не претерпевает химических изменений. Поскольку катализатор не изменяется в результате реакции, его можно использовать снова и снова.
Химические реакции, происходящие в биологических системах, называются метаболизмом. Метаболизм включает расщепление веществ (катаболизм), образование новых продуктов (синтез или анаболизм) или передачу энергии от одного вещества к другому. Метаболические процессы имеют следующие общие характеристики:
Ферменты действуют как катализаторы метаболических реакций. Ферменты — это белки, специфичные для определенных реакций. Стандартный суффикс для ферментов — «аза», поэтому легко определить ферменты, в которых используется это окончание (хотя у некоторых нет).Вещество, на которое действует фермент, называется субстратом. Например, фермент амилаза катализирует расщепление субстрата амилозы (крахмала) с образованием глюкозы. Модель с индуцированной подгонкой описывает, как работают ферменты. Внутри белка (фермента) есть активный сайт, с которым реагенты легко взаимодействуют из-за формы, полярности или других характеристик активного сайта. Взаимодействие реагентов (субстрата) и фермента заставляет фермент изменять форму.Новое положение помещает молекулы субстрата в положение, благоприятное для их реакции, и ускоряет образование продукта.
Аденозинтрифосфат (АТФ) является обычным источником энергии активации метаболических реакций. На рисунке 1 волнистые линии между двумя последними фосфатными группами молекулы АТФ указывают на высокоэнергетические связи. Когда АТФ поставляет энергию в реакцию, обычно в реакцию доставляется энергия последней связи.В процессе передачи этой энергии последняя фосфатная связь разрывается, и молекула АТФ превращается в АДФ (аденозиндифосфат) и фосфатную группу (обозначенную P _и). Напротив, новые молекулы АТФ собираются путем фосфорилирования, когда АДФ объединяется с фосфатной группой с использованием энергии, полученной от какой-либо богатой энергией молекулы (например, глюкозы).
Кофакторы — небелковые молекулы, которые помогают ферментам. Холофермент — это союз кофактора и фермента (называемый апоферментом, когда он входит в состав холофермента).Если кофакторы являются органическими, они называются коферментами и обычно действуют, чтобы отдавать или принимать какой-либо компонент реакции, часто электроны. Некоторые витамины являются коферментами или компонентами коферментов. Неорганические кофакторы часто представляют собой ионы металлов, например Fe ⁺⁺.
Рис. 1. Высокоэнергетические связи аденозинтрифосфата (АТФ).
Энергия и обмен веществ | Безграничная биология
Роль энергии и метаболизма
Всем организмам требуется энергия для выполнения задач; метаболизм — это набор химических реакций, которые высвобождают энергию для клеточных процессов.
Цели обучения
Объясните важность обмена веществ
Основные выводы
Ключевые моменты
Все живые организмы нуждаются в энергии для роста и воспроизводства, поддержания своей структуры и реагирования на окружающую среду; метаболизм — это набор процессов, делающих энергию доступной для клеточных процессов.
Метаболизм — это комбинация химических реакций, которые являются спонтанными и высвобождают энергию, и химических реакций, которые не являются спонтанными и требуют энергии для протекания.
Живые организмы должны получать энергию через пищу, питательные вещества или солнечный свет, чтобы выполнять клеточные процессы.
Транспортировка, синтез и расщепление питательных веществ и молекул в клетке требует использования энергии.
Ключевые термины
метаболизм : полный набор химических реакций, происходящих в живых клетках
биоэнергетика : изучение превращений энергии, происходящих в живых организмах
энергия : работоспособность
Энергия и обмен веществ
Все живые организмы нуждаются в энергии для роста и воспроизводства, поддержания своей структуры и реагирования на окружающую среду.Метаболизм — это набор поддерживающих жизнь химических процессов, которые позволяют организмам преобразовывать химическую энергию, хранящуюся в молекулах, в энергию, которая может использоваться для клеточных процессов. Животные потребляют пищу для восполнения энергии; их метаболизм расщепляет углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты, чтобы обеспечить химическую энергию для этих процессов. В процессе фотосинтеза растения преобразуют световую энергию солнца в химическую энергию, хранящуюся в молекулах.
Биоэнергетика и химические реакции
Ученые используют термин биоэнергетика для обсуждения концепции потока энергии через живые системы, такие как клетки.Клеточные процессы, такие как построение и разрушение сложных молекул, происходят в результате пошаговых химических реакций. Некоторые из этих химических реакций являются спонтанными и высвобождают энергию, тогда как другие требуют энергии для протекания. Все химические реакции, происходящие внутри клеток, включая те, которые используют энергию, и те, которые высвобождают энергию, являются метаболизмом клетки.
Большая часть энергии прямо или косвенно исходит от Солнца. : Большинство форм жизни на Земле получают энергию от Солнца.Растения используют фотосинтез для улавливания солнечного света, а травоядные животные поедают эти растения для получения энергии. Плотоядные животные поедают травоядных, а разлагатели переваривают растительную и животную материю.
Клеточный метаболизм
Каждое задание, выполняемое живыми организмами, требует энергии. Энергия необходима для выполнения тяжелой работы и упражнений, но люди также расходуют много энергии во время размышлений и даже во время сна. При каждом действии, требующем энергии, происходит множество химических реакций, обеспечивающих химическую энергию системам тела, включая мышцы, нервы, сердце, легкие и мозг.
Живые клетки каждого организма постоянно используют энергию для выживания и роста. Клетки расщепляют сложные углеводы на простые сахара, которые клетка может использовать для получения энергии. Мышечные клетки могут потреблять энергию для построения длинных мышечных белков из небольших молекул аминокислот. Молекулы могут быть изменены и транспортироваться по клетке или могут быть распределены по всему организму. Так же, как энергия требуется как для строительства, так и для сноса здания, энергия требуется как для синтеза, так и для разрушения молекул.
Многие клеточные процессы требуют постоянного снабжения энергией, обеспечиваемой клеточным метаболизмом. Сигнальные молекулы, такие как гормоны и нейротрансмиттеры, должны быть синтезированы и затем транспортированы между клетками. Патогенные бактерии и вирусы попадают в организм и разрушаются клетками. Клетки также должны экспортировать отходы и токсины, чтобы оставаться здоровыми, и многие клетки должны плавать или перемещать окружающие материалы посредством биения клеточных придатков, таких как реснички и жгутики.
Еда дает энергию для таких действий, как полет. : Колибри нужна энергия, чтобы поддерживать длительные периоды полета.Колибри получает энергию от приема пищи и преобразования питательных веществ в энергию посредством ряда биохимических реакций. Летные мышцы птиц чрезвычайно эффективны в производстве энергии.
Типы энергии
Различные типы энергии включают кинетическую, потенциальную и химическую энергию.
Цели обучения
Различия между видами энергии
Основные выводы
Ключевые моменты
Все организмы используют разные формы энергии для поддержания биологических процессов, которые позволяют им расти и выживать.
Кинетическая энергия — это энергия, связанная с движущимися объектами.
Потенциальная энергия — это тип энергии, связанный со способностью объекта выполнять работу.
Химическая энергия — это энергия, выделяющаяся при разрыве химических связей, которая может быть использована для метаболических процессов.
Ключевые термины
химическая энергия : Чистая потенциальная энергия, высвобождаемая или поглощаемая в ходе химической реакции.
потенциальная энергия : энергия, которой обладает объект из-за его положения (в гравитационном или электрическом поле) или его состояния (в виде растянутой или сжатой пружины, в качестве химического реагента или благодаря наличию массы покоя).
кинетическая энергия : энергия, которой обладает объект из-за его движения, равная половине массы тела, умноженной на квадрат его скорости.
Энергия — это свойство объектов, которое может быть передано другим объектам или преобразовано в другие формы, но не может быть создано или уничтожено. Организмы используют энергию, чтобы выжить, расти, реагировать на раздражители, воспроизводиться и для всех типов биологических процессов. Потенциальная энергия, хранящаяся в молекулах, может быть преобразована в химическую энергию, которая в конечном итоге может быть преобразована в кинетическую энергию, позволяющую организму двигаться.В конце концов, большая часть энергии, используемой организмами, преобразуется в тепло и рассеивается.
Кинетическая энергия
Энергия, связанная с движущимися объектами, называется кинетической энергией. Например, когда самолет находится в полете, он очень быстро движется по воздуху, выполняя работу по изменению своего окружения. Реактивные двигатели преобразуют потенциальную энергию топлива в кинетическую энергию движения. Крушащий шар может нанести большой урон даже при медленном движении.Однако все еще разрушающийся шар не может выполнять никакой работы и, следовательно, не имеет кинетической энергии. Ускоряющаяся пуля, идущий человек, быстрое движение молекул в воздухе, выделяющих тепло, и электромагнитное излучение, такое как солнечный свет, — все они обладают кинетической энергией.
Потенциальная энергия
Что, если тот же самый неподвижный шар для разрушения поднять на два этажа над автомобилем с краном? Если подвешенный шар для разрушения не движется, связана ли с ним энергия? Да, разрушающий шар обладает энергией, потому что разрушающий шар может выполнять свою работу.Эта форма энергии называется потенциальной энергией, потому что объект может выполнять работу в данном состоянии.
Объекты переносят свою энергию между потенциальным и кинетическим состояниями. Поскольку разрушающий шар неподвижно висит, он имеет кинетическую энергию [latex] \ text {0%} [/ latex] и [latex] \ text {100%} [/ latex]. Как только мяч выпущен, его кинетическая энергия увеличивается по мере того, как мяч набирает скорость. В то же время мяч теряет потенциальную энергию при приближении к земле. Другие примеры потенциальной энергии включают энергию воды, удерживаемой за плотиной, или человека, который собирается прыгнуть с парашютом из самолета.
Зависимость потенциальной энергии от кинетической энергии : Вода за плотиной имеет потенциальную энергию. Движущаяся вода, например, в водопаде или быстро текущей реке, обладает кинетической энергией.
Химическая энергия
Потенциальная энергия связана не только с расположением материи, но и со структурой материи. Пружина на земле обладает потенциальной энергией, если она сжата, как и натянутая резинка. Тот же принцип применим к молекулам. На химическом уровне связи, которые удерживают атомы молекул вместе, обладают потенциальной энергией.Этот тип потенциальной энергии называется химической энергией, и, как и вся потенциальная энергия, ее можно использовать для выполнения работы.
Например, химическая энергия содержится в молекулах бензина, которые используются в автомобилях. Когда газ воспламеняется в двигателе, связи в его молекулах разрываются, и выделяемая энергия используется для приведения в движение поршней. Потенциальная энергия, хранящаяся в химических связях, может использоваться для выполнения работы для биологических процессов. Различные метаболические процессы разрушают органические молекулы, высвобождая энергию для роста и выживания организма.
Химическая энергия : Молекулы в бензине (октановое число, указанная химическая формула) содержат химическую энергию. Эта энергия преобразуется в кинетическую энергию, которая позволяет автомобилю мчаться по гоночной трассе.
Метаболические пути
Анаболический путь требует энергии и строит молекулы, в то время как катаболический путь производит энергию и разрушает молекулы.
Цели обучения
Опишите два основных типа метаболических путей
Основные выводы
Ключевые моменты
Метаболический путь — это серия химических реакций в клетке, которые создают и разрушают молекулы для клеточных процессов.
Анаболические пути синтезируют молекулы и требуют энергии.
Катаболические пути расщепляют молекулы и производят энергию.
Поскольку почти все метаболические реакции происходят не спонтанно, белки, называемые ферментами, помогают облегчить эти химические реакции.
Ключевые термины
катаболизм : деструктивный метаболизм, обычно включающий выделение энергии и расщепление материалов
фермент : глобулярный белок, катализирующий биологическую химическую реакцию
анаболизм : конструктивный метаболизм тела в отличие от катаболизма
Метаболические пути
Процессы производства и расщепления углеводных молекул иллюстрируют два типа метаболических путей.Метаболический путь — это последовательный ряд взаимосвязанных биохимических реакций, которые преобразуют молекулу или молекулы субстрата через ряд промежуточных продуктов метаболизма, в конечном итоге приводя к конечному продукту или продуктам. Например, один путь метаболизма углеводов расщепляет большие молекулы на глюкозу. Другой метаболический путь может превращать глюкозу в большие молекулы углеводов для хранения. Первый из этих процессов требует энергии и называется анаболическим. Второй процесс производит энергию и называется катаболическим.Следовательно, метаболизм состоит из двух противоположных путей:
Анаболизм (строительные молекулы)
Катаболизм (разрушение молекул)
Анаболические и катаболические пути : Анаболические пути — это те пути, которые требуют энергии для синтеза более крупных молекул. Катаболические пути — это те пути, которые генерируют энергию, расщепляя более крупные молекулы. Оба типа путей необходимы для поддержания энергетического баланса клетки.
Анаболические пути
Анаболические пути требуют ввода энергии для синтеза сложных молекул из более простых.Одним из примеров анаболического пути является синтез сахара из CO ₂. Другие примеры включают синтез больших белков из строительных блоков аминокислот и синтез новых цепей ДНК из строительных блоков нуклеиновых кислот. Эти процессы критически важны для жизни клетки, происходят постоянно и требуют энергии, обеспечиваемой АТФ и другими высокоэнергетическими молекулами, такими как НАДН (никотинамидадениндинуклеотид) и НАДФН.
Катаболические пути
Катаболические пути включают разложение сложных молекул на более простые, высвобождая химическую энергию, хранящуюся в связях этих молекул.Некоторые катаболические пути могут захватывать эту энергию для производства АТФ, молекулы, используемой для питания всех клеточных процессов. Другие запасающие энергию молекулы, такие как липиды, также расщепляются посредством аналогичных катаболических реакций с выделением энергии и образованием АТФ.
Важность ферментов
Химические реакции в метаболических путях редко происходят спонтанно. Каждая стадия реакции ускоряется или катализируется белком, называемым ферментом. Ферменты важны для катализирования всех типов биологических реакций: тех, которые требуют энергии, а также тех, которые выделяют энергию.
Метаболизм углеводов
Организмы расщепляют углеводы для производства энергии для клеточных процессов, а фотосинтезирующие растения производят углеводы.
Цели обучения
Анализировать важность углеводного обмена для производства энергии
Основные выводы
Ключевые моменты
Распад глюкозы, которую живые организмы используют для производства энергии, описывается уравнением: [латекс] {\ text {C}} _ {6} {\ text {H}} _ {12} {\ text {O}} _ {6} +6 {\ text {O}} _ {2} \ rightarrow 6 {\ text {CO}} _ {2} +6 {\ text {H}} _ {2} \ text {O} + \ text {энергия} [/ латекс].
Процесс фотосинтеза, который растения используют для синтеза глюкозы, описывается уравнением: [латекс] 6 \ text {CO} _ {2} +6 {\ text {H}} _ {2} \ text {O} + \ text { энергия} \ rightarrow {\ text {C}} _ {6} {\ text {H}} _ {12} {\ text {O}} _ {6} +6 \ text {O} _ {2} [/ латекс].
Потребляемая глюкоза используется для производства энергии в форме АТФ, который используется для выполнения работы и химических реакций в клетке.
Во время фотосинтеза растения превращают световую энергию в химическую энергию, которая используется для создания молекул глюкозы.
Ключевые термины
аденозинтрифосфат : многофункциональный нуклеозидтрифосфат, используемый в клетках в качестве кофермента, часто называемый «молекулярной единицей энергетической валюты» при внутриклеточном переносе энергии
глюкоза : простой моносахарид (сахар) с молекулярной формулой C6h22O6; это основной источник энергии для клеточного метаболизма
Метаболизм углеводов
Углеводы — одна из основных форм энергии для животных и растений.Растения вырабатывают углеводы, используя световую энергию солнца (в процессе фотосинтеза), в то время как животные едят растения или других животных для получения углеводов. Растения хранят углеводы в длинных полисахаридных цепях, называемых крахмалом, в то время как животные хранят углеводы в виде молекулы гликогена. Эти большие полисахариды содержат много химических связей и, следовательно, хранят много химической энергии. Когда эти молекулы расщепляются во время метаболизма, энергия химических связей высвобождается и может быть использована для клеточных процессов.
Все живые существа используют углеводы как форму энергии. : Растения, такие как дуб и желудь, используют энергию солнечного света для производства сахара и других органических молекул. И растения, и животные (например, эта белка) используют клеточное дыхание для получения энергии из органических молекул, изначально производимых растениями
Производство энергии из углеводов (клеточное дыхание)
Метаболизм любого моносахарида (простого сахара) может производить энергию для использования клеткой.Избыточные углеводы хранятся в виде крахмала в растениях и в виде гликогена у животных, готовые к метаболизму, если потребность организма в энергии внезапно возрастет. Когда эта потребность в энергии увеличивается, углеводы расщепляются на составляющие моносахариды, которые затем распределяются по всем живым клеткам организма. Глюкоза (C ₆ H ₁₂ O ₆) является распространенным примером моносахаридов, используемых для производства энергии.
Внутри клетки каждая молекула сахара расщепляется в ходе сложной серии химических реакций.Поскольку химическая энергия высвобождается из связей в моносахариде, она используется для синтеза высокоэнергетических молекул аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ — это основная энергетическая валюта всех клеток. Точно так же, как доллар используется в качестве валюты для покупки товаров, клетки используют молекулы АТФ для немедленной работы и проведения химических реакций.
Распад глюкозы в процессе метаболизма, называемый клеточным дыханием, можно описать уравнением:
[латекс] {C} _ {6} {H} _ {12} {O} _ {6} +6 {O} _ {2} \ rightarrow 6 {CO} _ {2} +6 {H} _ {2} О + энергия [/ латекс]
Производство углеводов (фотосинтез)
Растения и некоторые другие виды организмов производят углеводы в процессе, называемом фотосинтезом.Во время фотосинтеза растения превращают световую энергию в химическую энергию, превращая молекулы углекислого газа (CO ₂) в молекулы сахара, такие как глюкоза. Поскольку этот процесс включает в себя построение связей для синтеза большой молекулы, для продолжения требуется ввод энергии (света). Синтез глюкозы путем фотосинтеза описывается этим уравнением (обратите внимание, что оно является обратным предыдущему уравнению):
[латекс] 6CO_ {2} +6 {H} _ {2} O + энергия \ rightarrow {C} _ {6} {H} _ {12} {O} _ {6} + 6O_ {2} [/ латекс]
В рамках химических процессов растений молекулы глюкозы могут объединяться с другими типами сахаров и превращаться в них.В растениях глюкоза хранится в форме крахмала, который может снова расщепляться на глюкозу посредством клеточного дыхания, чтобы поставлять АТФ.
Обзор Метаболизм
Углеводы:
Продукты питания содержат углеводы в трех формах: крахмал, сахар, и целлюлоза (волокно). Крахмал и сахар очень важны источники энергии для человека. Недостаток углеводов в диета, вероятно, приведет к недостаточному количеству калорий в диете.Целлюлоза обеспечивает основную часть рациона.
Поскольку ткани организма постоянно нуждаются в глюкозе, диета должна содержать такие вещества, как углеводы или вещества которые будут давать глюкозу в результате пищеварения или метаболизма. Для большинство людей в мире, более половины диеты состоит из углеводов из риса, пшеницы, хлеба, картофеля, макароны.
Белки:
Всей жизни нужен белок, поскольку он является главным строителем тканей. и часть каждой клетки тела.Помимо других функций, белки помочь: сделать гемоглобин в крови, который переносит кислород клетки; образуют антитела, борющиеся с инфекцией; подавать азот для генетического материала ДНК и РНК; и поставлять энергию.
Белки необходимы для питания, потому что они содержат аминокислоты. Среди 20 или более аминокислот человеческий организм не может синтезировать 8, поэтому эти аминокислоты называют незаменимые аминокислоты.Пища, содержащая белок, может быть плохой биологическая ценность, если он недостаточен в одном или нескольких из 8 основных аминокислоты: лизин, триптофан, метионин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, валин и треонин. Белки животного происхождения имеют наивысшую биологическую ценность, поскольку содержат больше количество незаменимых аминокислот. Еда лучшего качества белки перечислены в порядке убывания качества: цельные яйца, молоко, соевые бобы, мясо, овощи и зерновые.
Жиры и липиды:
Жиры являются концентрированными источниками энергии, потому что они дают вдвое больше энергии, чем углеводы или белки на весовая основа. Функции жиров: входить в состав структура ячеек, образующих защитную подушку и теплоизоляцию вокруг жизненно важных органов, переносят жирорастворимые витамины и обеспечивают резервный накопитель энергии.
Три незаменимых ненасыщенных жирных кислоты включают: линолевая, линолиновая и арахидоновая и имеют 2, 3 и 4 двойных облигации соответственно.Насыщенные жиры, наряду с холестерином, имеют были замешаны в артериосклерозе, «затвердевании артерий». По этой причине в рационе следует сократить насыщенные жиры. (животные) и с повышенным содержанием ненасыщенных жиров (растительные).

a) MH + NAD ⁺ —> NADH + H ⁺ + M + энергия
б) АДФ + Р + энергия —> АТФ + H ₂ O
4.1 Энергия и метаболизм — Концепции биологии — 1-е канадское издание
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
Объясните, какие метаболические пути проходят
Изложите первый и второй законы термодинамики
Объясните разницу между кинетической и потенциальной энергией
Опишите эндергонические и экзэргонические реакции
Обсудите, как ферменты действуют как молекулярные катализаторы
Посмотрите видео о гетеротрофах.
Ученые используют термин биоэнергетика для описания концепции потока энергии (рис. 4.2) через живые системы, такие как клетки. Клеточные процессы , такие как построение и разрушение сложных молекул , происходят посредством ступенчатых химических реакций . Некоторые из этих химических реакций являются спонтанными и высвобождают энергию, тогда как другие требуют энергии для протекания. Точно так же, как живые существа должны постоянно потреблять пищу для пополнения своих запасов энергии, клетки должны постоянно производить больше энергии, чтобы восполнить то, что используется многими химическими реакциями, требующими энергии, которые постоянно происходят.Вместе, , все химические реакции , которые происходят внутри клеток, включая те, которые потребляют или генерируют энергию, называются метаболизмом клетки .
Рис. 4.2. В конечном счете, большинство форм жизни получают энергию от солнца. Растения используют фотосинтез для захвата солнечного света, а травоядные животные поедают растения для получения энергии. Плотоядные животные едят травоядных, и возможное разложение растительного и животного материала способствует пополнению запасов питательных веществ.
Рассмотрим метаболизм сахара.Это классический пример одного из многих клеточных процессов, которые используют и производят энергию. Живые существа потребляют сахар в качестве основного источника энергии, потому что молекулы сахара имеют много энергии, хранящейся в их связях. По большей части фотосинтезирующие организмы, такие как растения, производят эти сахара. Во время фотосинтеза растения используют энергию (первоначально солнечного света) для преобразования газообразного углекислого газа (CO ₂) в молекулы сахара (например, глюкозы: C ₆ H ₁₂ O ₆).Они потребляют углекислый газ и выделяют кислород в качестве побочного продукта. Эта реакция кратко описана как:
6CO ₂ + 6H ₂ O + энергия ——-> C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6O ₂
Поскольку этот процесс включает синтез молекулы, запасающей энергию, для его выполнения требуется подача энергии. Во время световых реакций фотосинтеза энергия обеспечивается молекулой, называемой аденозинтрифосфатом (АТФ) , которая является основной энергетической валютой всех клеток.Так же, как доллар используется в качестве валюты для покупки товаров, клетки используют молекулы АТФ в качестве энергетической валюты для выполнения немедленной работы. Напротив, молекулы-накопители энергии, такие как глюкоза, потребляются только для того, чтобы расщепиться для использования своей энергии. Реакцию, которая собирает энергию молекулы сахара в клетках, нуждающихся в кислороде для выживания, можно описать обратной реакцией на фотосинтез. В этой реакции расходуется кислород и выделяется углекислый газ в качестве побочного продукта. Реакция резюмируется как:
C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6O ₂ ——> 6CO ₂ + 6H ₂ O + энергия
Обе эти реакции включают много этапов.
Процессы образования и расщепления молекул сахара иллюстрируют два примера метаболических путей. Метаболический путь представляет собой серию химических реакций, в которых исходная молекула изменяется, шаг за шагом, через ряд промежуточных продуктов метаболизма, в конечном итоге приводя к конечному продукту. В примере метаболизма сахара первый метаболический путь синтезирует сахар из более мелких молекул, а другой путь расщепляет сахар на более мелкие молекулы. Эти два противоположных процесса — первый, требующий энергии, а второй — производящий энергию — называются анаболическими путями (строительные полимеры) и катаболическими путями (разрушение полимеров на их мономеры) соответственно.Следовательно, метаболизм состоит из синтеза (анаболизма) и деградации (катаболизма) (рис. 4.3).
Важно знать, что химические реакции метаболических путей не происходят сами по себе. Каждая стадия реакции ускоряется или катализируется белком, называемым ферментом. Ферменты важны для катализирования всех типов биологических реакций — как тех, которые требуют энергии, так и тех, которые выделяют энергию.
Рис. 4.3. Катаболические пути — это те пути, которые генерируют энергию за счет разрушения более крупных молекул.Анаболические пути — это те, которые требуют энергии для синтеза более крупных молекул. Оба типа путей необходимы для поддержания энергетического баланса клетки.
Термодинамика относится к изучению энергии и передачи энергии с участием физической материи. Материя, относящаяся к конкретному случаю передачи энергии, называется системой, а все, что находится вне этой материи, называется окружающей средой. Например, при нагревании кастрюли с водой на плите система включает плиту, кастрюлю и воду.Энергия передается внутри системы (между плитой, кастрюлей и водой). Есть два типа систем: открытая и закрытая. В открытой системе можно обмениваться энергией с окружающей средой. Плита открыта, потому что тепло может отдаваться воздуху. Закрытая система не может обмениваться энергией с окружающей средой.
Биологические организмы — это открытые системы. Между ними и их окружением происходит обмен энергией, поскольку они используют энергию солнца для фотосинтеза или потребляют молекулы, накапливающие энергию, и выделяют энергию в окружающую среду, выполняя работу и выделяя тепло.Как и все в физическом мире, энергия подчиняется физическим законам. Законы термодинамики управляют передачей энергии внутри и между всеми системами во Вселенной.
В общем, энергия определяется как способность выполнять работу или создавать какие-либо изменения. Энергия существует в разных формах. Например, электрическая энергия, световая энергия и тепловая энергия — это разные виды энергии. Чтобы понять, как энергия поступает в биологические системы и выходит из них, важно понимать два физических закона, управляющих энергией.
Первый закон термодинамики гласит, что общее количество энергии во Вселенной постоянно и сохраняется. Другими словами, во Вселенной всегда было и будет точно такое же количество энергии. Энергия существует во многих различных формах . Согласно первому закону термодинамики, энергия может передаваться с места на место или преобразовываться в различные формы, , но не может быть создана или уничтожена . Передачи и преобразования энергии происходят вокруг нас постоянно.Лампочки преобразуют электрическую энергию в световую и тепловую. Газовые плиты преобразуют химическую энергию природного газа в тепловую. Растения совершают одно из наиболее биологически полезных преобразований энергии на Земле: преобразование энергии солнечного света в химическую энергию, хранящуюся в органических молекулах (рис. 4.2). Некоторые примеры преобразования энергии показаны на рисунке 4.4.
Задача всех живых организмов состоит в том, чтобы получать энергию из окружающей среды в формах, которые они могут передавать или преобразовывать в полезную энергию для выполнения работы.Живые клетки эволюционировали, чтобы справиться с этой задачей. Химическая энергия, хранящаяся в органических молекулах, таких как сахара и жиры, передается и преобразуется через серию клеточных химических реакций в энергию в молекулах АТФ. Энергия в молекулах АТФ легко доступна для работы. Примеры типов работы, которую должны выполнять клетки, включают построение сложных молекул, транспортировку материалов, обеспечение движения ресничек или жгутиков и сокращение мышечных волокон для создания движения.
Рисунок 4.4 Показаны некоторые примеры передачи и преобразования энергии из одной системы в другую и из одной формы в другую. Пища, которую мы потребляем, обеспечивает наши клетки энергией, необходимой для выполнения функций организма, так же как световая энергия дает растениям средства для создания необходимой им химической энергии. (кредит «мороженое»: модификация работы Д. Шэрон Прюитт; кредит «дети»: модификация работы Макса из Провиденса; кредитный «лист»: модификация работы Кори Занкера)
Основные задачи получения живой клетки, преобразование и использование энергии для работы может показаться простым.Однако второй закон термодинамики объясняет, почему эти задачи сложнее, чем кажется. Все передачи и преобразования энергии никогда не бывают полностью эффективными . При каждой передаче энергии некоторое количество энергии теряется в непригодной для использования форме. В большинстве случаев это форма тепловой энергии. Термодинамически тепловая энергия определяется как неработающая энергия, передаваемая от одной системы к другой. Например, когда включается электрическая лампочка, часть энергии, преобразуемой из электрической энергии в энергию света, теряется в виде тепловой энергии.Точно так же часть энергии теряется в виде тепловой энергии во время клеточных метаболических реакций.
Важным понятием физических систем является понятие порядка и беспорядка. Чем больше энергии теряется системой в окружающую среду, тем менее упорядоченной и случайной является система. Ученые называют меру случайности или беспорядка в системе энтропией . Высокая энтропия означает высокий беспорядок и низкую энергию. Молекулы и химические реакции также имеют разную энтропию. Например, энтропия увеличивается, когда молекулы с высокой концентрацией в одном месте диффундируют и разлетаются.Второй закон термодинамики гласит, что энергия всегда будет теряться в виде тепла при передаче или преобразовании энергии.
Живые существа очень упорядочены, и для их поддержания в состоянии низкой энтропии требуется постоянный ввод энергии.
Когда объект находится в движении, с ним связана энергия. Подумайте о шаре для разрушения. Даже медленно движущийся шар-разрушитель может нанести большой урон другим объектам. Энергия, связанная с движущимися объектами, называется кинетической энергией (Рисунок 4.5). Ускоряющаяся пуля, идущий человек и быстрое движение молекул в воздухе (выделяющих тепло) — все они обладают кинетической энергией.
А что, если тот же самый неподвижный шар для разрушения поднять краном на два этажа над землей? Если подвешенный шар для разрушения неподвижен, связана ли с ним энергия? Ответ положительный. Энергия, которая требовалась для подъема разрушающего шара, не исчезла, но теперь сохраняется в разрушающем шаре в силу его положения и силы тяжести, действующей на него.Этот вид энергии называется потенциальной энергией (рис. 4.5). Если мяч упадет, потенциальная энергия будет преобразована в кинетическую энергию до тех пор, пока вся потенциальная энергия не будет исчерпана, когда мяч упадет на землю. Шары-крушители тоже качаются, как маятник; во время качания происходит постоянное изменение потенциальной энергии (самая высокая в верхней части качания) на кинетическую энергию (самая высокая в нижней части качания). Другие примеры потенциальной энергии включают энергию воды, удерживаемой за плотиной, или человека, который собирается прыгнуть с парашютом из самолета.
Рисунок 4.5 У негазированной воды есть потенциальная энергия; движущаяся вода, например, в водопаде или в быстро текущей реке, обладает кинетической энергией. (кредит «дамба»: модификация работы «Паскаля» / Flickr; кредит «водопад»: модификация работы Фрэнка Гуалтьери)
Потенциальная энергия связана не только с расположением материи, но и со структурой материи. Даже пружина на земле имеет потенциальную энергию, если она сжата; то же самое делает и туго натянутая резинка. На молекулярном уровне связи, которые удерживают атомы молекул вместе, существуют в определенной структуре, обладающей потенциальной энергией.Помните, что анаболические клеточные пути требуют энергии для синтеза сложных молекул из более простых, а катаболические пути выделяют энергию, когда сложные молекулы расщепляются. Тот факт, что энергия может выделяться при разрыве определенных химических связей, означает, что эти связи обладают потенциальной энергией. Фактически, в связях всех пищевых молекул, которые мы едим, хранится потенциальная энергия, которая в конечном итоге используется для использования. Это потому, что эти связи могут высвобождать энергию при разрыве.Тип потенциальной энергии, которая существует в химических связях и высвобождается при разрыве этих связей, называется химической энергией. Химическая энергия отвечает за обеспечение живых клеток энергией из пищи. Высвобождение энергии происходит при разрыве молекулярных связей в молекулах пищи.
Посмотрите видео о килокалориях.
Концепция в действии

Посетите сайт и выберите «Маятник» в меню «Работа и энергия», чтобы увидеть изменение кинетической и потенциальной энергии маятника в движении.
После того, как мы узнали, что химические реакции высвобождают энергию при разрыве энергонакопительных связей, возникает следующий важный вопрос: как количественно и выражается энергия, связанная с этими химическими реакциями? Как можно сравнить энергию, выделяемую в результате одной реакции, с энергией другой реакции? Измерение свободной энергии используется для количественной оценки этой передачи энергии. Напомним, что согласно второму закону термодинамики, любая передача энергии связана с потерей некоторого количества энергии в непригодной для использования форме, такой как тепло.Свободная энергия, в частности, относится к энергии, связанной с химической реакцией, которая доступна после учета потерь. Другими словами, свободная энергия — это полезная энергия или энергия, доступная для выполнения работы.
Если энергия выделяется во время химической реакции, то изменение свободной энергии, обозначенное как ∆G (дельта G), будет отрицательным числом. Отрицательное изменение свободной энергии также означает, что продукты реакции имеют меньше свободной энергии, чем реагенты, потому что они выделяют некоторую свободную энергию во время реакции.Реакции, которые имеют отрицательное изменение свободной энергии и, следовательно, высвобождают свободную энергию, называются экзергоническими реакциями. Подумайте: ex эргономичный означает, что энергия ex в системе. Эти реакции также называются спонтанными реакциями, и их продукты имеют меньше накопленной энергии, чем реагенты. Необходимо провести важное различие между термином «спонтанный» и идеей немедленного протекания химической реакции. В отличие от повседневного использования этого термина, спонтанная реакция — это не реакция, которая возникает внезапно или быстро.Ржавчина железа — это пример спонтанной реакции, которая происходит медленно, мало-помалу, с течением времени.
Если химическая реакция поглощает энергию, а не высвобождает ее в балансе, то ∆G для этой реакции будет положительным значением. В этом случае у продуктов больше свободной энергии, чем у реагентов. Таким образом, продукты этих реакций можно рассматривать как молекулы, запасающие энергию. Эти химические реакции называются эндергоническими реакциями , а — несамопроизвольными .Эндергоническая реакция не будет происходить сама по себе без добавления свободной энергии.
Рисунок 4.6. Показаны некоторые примеры эндергонических процессов (требующих энергии) и экзэргонических процессов (тех, которые выделяют энергию). (кредит a: модификация работы Натали Мэйнор; кредит b: модификация работы Министерством сельского хозяйства США; кредит c: модификация работы Кори Занкера; кредит d: модификация работы Гарри Мальша)
Посмотрите на каждый из представленных процессов и решите если он эндергонический или экзэргонический.
Есть еще одна важная концепция, которую необходимо учитывать в отношении эндергонических и экзэргонических реакций. Экзергонические реакции требуют небольшого количества энергии для начала, прежде чем они смогут приступить к своим этапам высвобождения энергии. Эти реакции имеют чистое высвобождение энергии, но все же требуют некоторого ввода энергии вначале. Это небольшое количество энергии, необходимое для протекания всех химических реакций, называется энергией активации.
Концепция в действии

Посмотрите анимацию перехода от свободной энергии к переходному состоянию реакции.
Вещество, которое способствует протеканию химической реакции, называется катализатором, а молекулы, катализирующие биохимические реакции, называются ферментами. Большинство ферментов представляют собой белки и выполняют важную задачу , снижая энергии активации химических реакций внутри клетки. Большинство реакций, критических для живой клетки, протекают слишком медленно при нормальной температуре, чтобы быть полезными для клетки. Без ферментов , чтобы ускорить эти реакции , жизнь не могла бы существовать.Ферменты делают это, связываясь с молекулами реагентов и удерживая их таким образом, чтобы облегчить процессы разрыва и образования химических связей. Важно помнить, что ферменты не изменяют, является ли реакция экзергонической (спонтанной) или эндергонической. Это потому, что они не изменяют свободную энергию реагентов или продуктов. Они только уменьшают энергию активации, необходимую для продолжения реакции (рис. 4.7). Кроме того, сам фермент не изменяется в результате реакции, которую он катализирует.После того, как одна реакция катализируется, фермент может участвовать в других реакциях.
Рис. 4.7. Ферменты снижают энергию активации реакции, но не изменяют свободную энергию реакции.
Химические реагенты, с которыми связывается фермент, называются субстратами фермента. В зависимости от конкретной химической реакции может быть один или несколько субстратов. В некоторых реакциях один реагент-субстрат распадается на несколько продуктов. В других случаях два субстрата могут объединиться, чтобы создать одну большую молекулу.Два реагента также могут вступить в реакцию, и оба они станут модифицированными, но выходят из реакции в виде двух продуктов. Место внутри фермента, где связывается субстрат, называется активным сайтом фермента . Активный сайт — это место, где происходит «действие». Поскольку ферменты являются белками, в активном центре существует уникальная комбинация боковых цепей аминокислот. Каждая боковая цепь характеризуется разными свойствами. Они могут быть большими или маленькими, слабокислотными или основными, гидрофильными или гидрофобными, положительно или отрицательно заряженными или нейтральными.Уникальная комбинация боковых цепей создает очень специфическую химическую среду в активном центре. Эта специфическая среда подходит для связывания с одним конкретным химическим субстратом (или субстратами).
Активные сайты подвержены влиянию местной среды. Повышение температуры окружающей среды обычно увеличивает скорость реакции, катализируемой ферментами или иначе. Однако температуры, выходящие за пределы оптимального диапазона, снижают скорость, с которой фермент катализирует реакцию. Высокие температуры в конечном итоге вызовут денатурирование ферментов, необратимое изменение трехмерной формы и, следовательно, функции фермента.Ферменты также подходят для наилучшего функционирования в определенном диапазоне pH и концентрации соли, и, как и в случае с температурой, экстремальные значения pH и концентрации соли могут вызывать денатурирование ферментов.
В течение многих лет ученые считали, что связывание фермента с субстратом происходит простым «замком и ключом». Эта модель утверждает, что фермент и субстрат идеально сочетаются друг с другом за один мгновенный шаг. Однако текущие исследования поддерживают модель, называемую индуцированной подгонкой (рис. 4.8). Модель индуцированной подгонки расширяет модель блокировки и ключа, описывая более динамическое связывание между ферментом и субстратом.Когда фермент и субстрат объединяются, их взаимодействие вызывает небольшой сдвиг в структуре фермента, который образует идеальную структуру связывания между ферментом и субстратом.
Концепция в действии

Просмотрите анимацию индуцированной посадки.
Когда фермент связывает свой субстрат, образуется комплекс фермент-субстрат. Этот комплекс снижает энергию активации реакции и способствует ее быстрому развитию одним из множества возможных способов. На базовом уровне ферменты способствуют химическим реакциям, в которых участвует более одного субстрата, объединяя субстраты вместе в оптимальной ориентации для реакции.Другой способ, которым ферменты способствуют реакции своих субстратов, — это создание оптимальной среды в активном центре для протекания реакции. Химические свойства, проистекающие из особого расположения R-групп аминокислот в активном центре, создают идеальную среду для реакции определенных субстратов фермента.
Комплекс фермент-субстрат может также снизить энергию активации за счет нарушения структуры связи, так что ее легче разорвать. Наконец, ферменты также могут снижать энергию активации, принимая участие в самой химической реакции.В этих случаях важно помнить, что фермент всегда возвращается в исходное состояние по завершении реакции. Одним из отличительных свойств ферментов является то, что они в конечном итоге остаются неизменными в результате катализируемых ими реакций. После того, как фермент катализирует реакцию, он высвобождает свой продукт (продукты) и может катализировать новую реакцию.
Рис. 4.8. Модель индуцированной подгонки представляет собой корректировку модели «замок-и-ключ» и объясняет, как ферменты и субстраты претерпевают динамические модификации во время переходного состояния для увеличения сродства субстрата к активному сайту.
Казалось бы, идеальным иметь сценарий, при котором все ферменты организма существуют в изобилии и оптимально функционируют во всех клеточных условиях, во всех клетках, во все времена. Однако различные механизмы гарантируют, что этого не произойдет. Клеточные потребности и условия постоянно меняются от клетки к клетке и со временем меняются внутри отдельных клеток. Необходимые ферменты клеток желудка отличаются от ферментов жировых клеток, клеток кожи, клеток крови и нервных клеток. Кроме того, клетка пищеварительного органа намного усерднее обрабатывает и расщепляет питательные вещества в течение времени, которое следует за едой, по сравнению со многими часами после еды.Поскольку эти клеточные потребности и условия меняются, должны меняться количества и функциональность различных ферментов.
Поскольку скорость биохимических реакций контролируется энергией активации, а ферменты ниже и определяют энергию активации химических реакций, относительные количества и функционирование различных ферментов в клетке в конечном итоге определяют, какие реакции будут протекать и с какой скоростью. Это определение строго контролируется в клетках. В определенных клеточных средах активность ферментов частично контролируется факторами окружающей среды, такими как pH, температура, концентрация соли и, в некоторых случаях, кофакторами или коферментами.
Ферменты также могут регулироваться способами, которые либо способствуют, либо снижают активность фермента. Есть много видов молекул, которые подавляют или стимулируют функцию ферментов, и различные механизмы, с помощью которых они это делают. В некоторых случаях ингибирования фермента молекула ингибитора достаточно похожа на субстрат, чтобы она могла связываться с активным сайтом и просто блокировать связывание субстрата. Когда это происходит, фермент ингибируется посредством конкурентного ингибирования , потому что молекула ингибитора конкурирует с субстратом за связывание с активным центром.
С другой стороны, при неконкурентном ингибировании молекула ингибитора связывается с ферментом в месте, отличном от активного сайта, называемом аллостерическим сайтом , но все же удается блокировать связывание субстрата с активным сайтом. Некоторые молекулы ингибитора связываются с ферментами в том месте, где их связывание вызывает конформационное изменение, которое снижает сродство фермента к его субстрату. Этот тип торможения называется аллостерическим торможением (рис. 4.9).Большинство аллостерически регулируемых ферментов состоят из более чем одного полипептида, что означает, что они имеют более одной белковой субъединицы. Когда аллостерический ингибитор связывается с областью фермента, все активные центры белковых субъединиц слегка изменяются, так что они связывают свои субстраты с меньшей эффективностью. Есть аллостерические активаторы, а также ингибиторы. Аллостерические активаторы связываются с участками фермента, удаленными от активного сайта, вызывая конформационные изменения, которые увеличивают сродство активного сайта (ов) фермента к его субстрату (ам) (Рисунок 4.9).
Рис. 4.9. Аллостерическое ингибирование работает, косвенно вызывая конформационные изменения активного сайта, так что субстрат больше не подходит. Напротив, при аллостерической активации молекула активатора изменяет форму активного сайта, чтобы обеспечить лучшее прилегание субстрата.
Через призму коренных народов
Растения не могут убежать или спрятаться от своих хищников, и они разработали множество стратегий, чтобы отпугнуть тех, кто их съел. Подумайте о шипах, раздражителях и вторичных метаболитах: это соединения, которые напрямую не помогают растениям расти, а созданы специально для защиты от хищников.Вторичные метаболиты — наиболее распространенный способ отпугивания хищников. Некоторые примеры вторичных метаболитов — атропин, никотин, ТГК и кофеин. Люди обнаружили, что эти вторичные метаболиты являются богатым источником материалов для лекарств. Подсчитано, что 90% лекарств в современной аптеке имеют свои «корни» в этих вторичных метаболитах.
Первые люди, лечившие травами, открыли миру эти вторичные метаболиты. Например, коренные народы издавна использовали кору ивовых кустарников и ольхи для приготовления чая, тонизирующего средства или припарок, чтобы уменьшить воспаление.Вы узнаете больше о воспалительной реакции иммунной системы в главе 11.
Рис. 4.10. Кора тихоокеанской ивы содержит соединение салицин.
И ива, и кора ольхи содержат соединение салицин. У большинства из нас в аптечке есть это соединение в виде салициловой кислоты или аспирина. Доказано, что аспирин уменьшает боль и воспаление, а попав в наши клетки, салицин превращается в салициловую кислоту.
Так как это работает? Салицин или аспирин действуют как ингибитор ферментов.В воспалительной реакции ключевыми в этом процессе являются два фермента, COX1 и COX2. Салицин или аспирин специфически модифицируют аминокислоту (серин) в активном центре этих двух родственных ферментов. Эта модификация активных центров не позволяет нормальному субстрату связываться и, таким образом, нарушается воспалительный процесс. Как вы читали в этой главе, это делает его конкурентным ингибитором ферментов.
Разработчик фармацевтических препаратов
Рис. 4.11 Задумывались ли вы, как создаются фармацевтические препараты? (кредит: Дебора Остин)
Ферменты — ключевые компоненты метаболических путей.Понимание того, как работают ферменты и как их можно регулировать, — ключевые принципы, лежащие в основе разработки многих фармацевтических препаратов, представленных сегодня на рынке. Биологи, работающие в этой области, совместно с другими учеными разрабатывают лекарства (рис. 4.11).
Рассмотрим, к примеру, статины. Статины — это название одного класса лекарств, которые могут снижать уровень холестерина. Эти соединения являются ингибиторами фермента HMG-CoA редуктазы, который является ферментом, синтезирующим холестерин из липидов в организме.Ингибируя этот фермент, можно снизить уровень холестерина, синтезируемого в организме. Точно так же ацетаминофен, широко продаваемый под торговой маркой Tylenol, является ингибитором фермента циклооксигеназы. Хотя он используется для снятия лихорадки и воспаления (боли), его механизм действия до сих пор полностью не изучен.
Как обнаруживаются наркотики? Одна из самых больших проблем в открытии лекарств — это определение мишени для лекарства. Мишень лекарства — это молекула, которая буквально является мишенью лекарства.В случае статинов мишенью для лечения является HMG-CoA редуктаза. Цели лекарств определяются путем кропотливых лабораторных исследований. Одной идентификации цели недостаточно; ученым также необходимо знать, как мишень действует внутри клетки и какие реакции идут наперекосяк в случае болезни. Как только цель и путь определены, начинается фактический процесс разработки лекарств. На этом этапе химики и биологи работают вместе, чтобы разработать и синтезировать молекулы, которые могут блокировать или активировать определенную реакцию.Однако это только начало: если и когда прототип лекарства успешно выполняет свою функцию, он подвергается множеству тестов, от экспериментов in vitro до клинических испытаний, прежде чем он получит одобрение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США. магазин.
Многие ферменты не работают оптимально или даже не работают, если они не связаны с другими специфическими небелковыми вспомогательными молекулами. Они могут связываться либо временно посредством ионных или водородных связей, либо навсегда посредством более прочных ковалентных связей.Связывание с этими молекулами способствует оптимальной форме и функционированию соответствующих ферментов. Двумя примерами этих типов вспомогательных молекул являются кофакторы и коферменты. Кофакторы — это неорганические ионы, такие как ионы железа и магния. Коферменты — это органические вспомогательные молекулы, имеющие базовую атомную структуру, состоящую из углерода и водорода. Подобно ферментам, эти молекулы участвуют в реакциях, не меняя себя, и в конечном итоге перерабатываются и используются повторно. Витамины являются источником коферментов.Некоторые витамины являются предшественниками коферментов, а другие действуют непосредственно как коферменты. Витамин С является прямым коферментом множества ферментов, которые участвуют в создании важной соединительной ткани — коллагена. Следовательно, функция фермента частично регулируется обилием различных кофакторов и коферментов, которые могут поступать с пищей организма или, в некоторых случаях, вырабатываться организмом.
Рис. 4.12. Витамины являются важными коферментами или предшественниками коферментов и необходимы для правильного функционирования ферментов.Мультивитаминные капсулы обычно содержат смеси всех витаминов в разном процентном соотношении.
Подавление обратной связи в метаболических путях
Молекулы могут регулировать функцию ферментов разными способами. Однако остается главный вопрос: что это за молекулы и откуда они берутся? Как вы уже знаете, некоторые из них являются кофакторами и коферментами. Какие другие молекулы в клетке обеспечивают ферментативную регуляцию, такую как аллостерическая модуляция, а также конкурентное и неконкурентное ингибирование? Возможно, наиболее подходящими источниками регуляторных молекул для ферментативного клеточного метаболизма являются продукты самих клеточных метаболических реакций.Наиболее эффективным и элегантным образом клетки эволюционировали, чтобы использовать продукты собственных реакций для подавления активности ферментов с помощью обратной связи. Подавление обратной связи предполагает использование продукта реакции для регулирования его собственного дальнейшего производства (рис. 4.12). Клетка реагирует на обилие продуктов замедлением производства во время анаболических или катаболических реакций. Такие продукты реакции могут ингибировать ферменты, которые катализируют их производство с помощью механизмов, описанных выше.
Рисунок 4.13 Метаболические пути — это серия реакций, катализируемых множеством ферментов. Ингибирование обратной связи, когда конечный продукт пути ингибирует восходящий процесс, является важным регуляторным механизмом в клетках.
Производство как аминокислот, так и нуклеотидов контролируется посредством ингибирования с обратной связью. Кроме того, АТФ является аллостерическим регулятором некоторых ферментов, участвующих в катаболическом распаде сахара, процессе, который создает АТФ. Таким образом, когда АТФ в избытке, клетка может предотвратить производство АТФ.С другой стороны, АДФ служит положительным аллостерическим регулятором (аллостерическим активатором) для некоторых из тех же ферментов, которые ингибируются АТФ. Таким образом, когда относительные уровни АДФ высоки по сравнению с АТФ, клетка начинает производить больше АТФ за счет катаболизма сахара.
Клетки выполняют жизненные функции посредством различных химических реакций. Метаболизм клетки — это комбинация химических реакций, которые происходят в ней. Катаболические реакции расщепляют сложные химические вещества на более простые и связаны с выделением энергии.Анаболические процессы создают сложные молекулы из более простых и требуют энергии.
При изучении энергии термин «система» относится к веществу и окружающей среде, участвующим в передаче энергии. Энтропия — это мера беспорядка системы. Физические законы, описывающие передачу энергии, являются законами термодинамики. Первый закон гласит, что общее количество энергии во Вселенной постоянно. Второй закон термодинамики гласит, что каждая передача энергии включает некоторую потерю энергии в непригодной для использования форме, такой как тепловая энергия.Энергия бывает разных форм: кинетической, потенциальной и свободной. Изменение свободной энергии реакции может быть отрицательным (высвобождает энергию, экзергоническое) или положительным (потребляет энергию, эндергоническое). Все реакции требуют начального ввода энергии, называемой энергией активации.
Ферменты — это химические катализаторы, которые ускоряют химические реакции за счет снижения их энергии активации. Ферменты имеют активный центр с уникальной химической средой, которая соответствует определенным химическим реагентам для этого фермента, называемым субстратами.Считается, что ферменты и субстраты связываются в соответствии с моделью индуцированной подгонки. Действие ферментов регулируется для сохранения ресурсов и оптимального реагирования на окружающую среду.
Глоссарий
энергия активации: количество начальной энергии, необходимой для протекания реакции
активный сайт: специфическая область на ферменте, где субстрат связывается
аллостерическое ингибирование: механизм ингибирования действия фермента, при котором регуляторная молекула связывается со вторым сайтом (не активным сайтом) и инициирует изменение конформации в активном сайте, предотвращая связывание с субстратом
анаболический: описывает путь, который требует ввода чистой энергии для синтеза сложных молекул из более простых
биоэнергетика: концепция потока энергии через живые системы
катаболический: описывает путь, по которому сложные молекулы распадаются на более простые, выделяя энергию в качестве дополнительного продукта реакции.
конкурентное ингибирование: общий механизм регуляции активности фермента, при котором молекула, отличная от субстрата фермента, способна связывать активный сайт и предотвращать связывание самого субстрата, тем самым подавляя общую скорость реакции фермента
endergonic: описывает химическую реакцию, в результате которой образуются продукты, которые хранят больше химической потенциальной энергии, чем реагенты.
фермент: молекула, катализирующая биохимическую реакцию
exergonic: описывает химическую реакцию, в результате которой образуются продукты с меньшей химической потенциальной энергией, чем у реагентов, плюс высвобождение свободной энергии
ингибирование обратной связи: механизм регулирования активности фермента, в котором продукт реакции или конечный продукт ряда последовательных реакций ингибирует фермент на более ранней стадии в серии реакций
тепловая энергия: энергия, передаваемая из одной системы в другую, которая не работает
кинетическая энергия: тип энергии, связанной с движущимися объектами
метаболизм: все химические реакции, происходящие внутри клеток, включая те, которые используют энергию, и те, которые выделяют энергию
неконкурентное ингибирование: общий механизм регуляции активности фермента, при котором регуляторная молекула связывается с сайтом, отличным от активного сайта, и предотвращает связывание активного сайта с субстратом; таким образом, молекула ингибитора не конкурирует с субстратом за активный центр; аллостерическое торможение — это форма неконкурентного торможения
потенциальная энергия: тип энергии, который относится к потенциалу совершать работу
субстрат: молекула, на которую действует фермент
термодинамика: наука о взаимосвязи тепла, энергии и работы
Метаболизм других молекул, кроме глюкозы — Принципы биологии
Вы узнали о катаболизме глюкозы, которая обеспечивает энергией живые клетки.Но живые существа потребляют в пищу не только глюкозу. Как бутерброд с индейкой, содержащий различные углеводы, липиды и белок, обеспечивает энергией ваши клетки?
По сути, все эти молекулы из пищи превращаются в молекулы, которые могут где-то попадать в путь клеточного дыхания. Некоторые молекулы входят в процесс гликолиза, а другие — в цикл лимонной кислоты. Это означает, что все катаболические пути углеводов, белков и липидов в конечном итоге соединяются с гликолизом и путями цикла лимонной кислоты.Метаболические пути следует рассматривать как пористые, то есть вещества поступают по другим путям, а другие вещества уходят по другим путям. Эти пути не являются закрытыми системами. Многие продукты определенного пути являются реагентами других путей.
До сих пор мы обсуждали углевод, из которого организмы получают большую часть своей энергии: глюкозу. Многие молекулы углеводов могут расщепляться на глюкозу или иным образом превращаться в глюкозу организмом. Гликоген, полимер глюкозы, представляет собой молекулу кратковременного хранения энергии у животных (, рис. 1, ).Когда присутствует много АТФ, лишняя глюкоза превращается в гликоген для хранения. Гликоген вырабатывается и хранится в печени и мышцах. Гликоген будет изъят из хранилища, если уровень сахара в крови упадет. Присутствие гликогена в мышечных клетках в качестве источника глюкозы позволяет АТФ дольше вырабатываться во время упражнений.
Рисунок 1 Гликоген состоит из множества молекул глюкозы, соединенных вместе в разветвленные цепи. Каждый шарик на нижней диаграмме представляет одну молекулу глюкозы.(Предоставлено: Glycogen by Boris TM. Эта работа была опубликована в открытом доступе)
Большинство других углеводов попадают в путь клеточного дыхания во время гликолиза. Например, сахароза представляет собой дисахарид, состоящий из глюкозы и фруктозы, связанных вместе. Сахароза расщепляется в тонком кишечнике. Глюкоза входит в начало гликолиза, как обсуждалось ранее, в то время как фруктоза может быть немного модифицирована и вступает в гликолиз на третьей стадии. Лактоза, дисахаридный сахар, содержащийся в молоке, может быть расщеплен ферментом лактазой на два более мелких сахара: галактозу и глюкозу.Как и фруктоза, галактоза может быть слегка модифицирована, чтобы вступить в гликолиз.
Поскольку эти углеводы входят в начало гликолиза, их катаболизм (распад) производит такое же количество молекул АТФ, что и глюкоза.
Белки расщепляются в клетках различными ферментами. В большинстве случаев аминокислоты перерабатываются в новые белки и не используются в качестве источника энергии. Это потому, что более энергоэффективно повторно использовать аминокислоты, чем создавать новые с нуля.Организм будет использовать белок в качестве источника энергии, если:
Избыток аминокислот (вы потребляете много белка)
Тело в состоянии голода (вы голодаете, и у вас нет другого источника энергии)
Когда белки используются в пути клеточного дыхания, они сначала расщепляются на отдельные аминокислоты. Аминогруппа каждой аминокислоты удаляется (дезаминируется) и превращается в аммиак. У млекопитающих печень синтезирует мочевину из двух молекул аммиака и молекулы углекислого газа.Таким образом, мочевина является основным продуктом жизнедеятельности млекопитающих из азота, образующегося в аминокислотах, и покидает организм с мочой.
После того, как аминокислота дезаминирована, ее химические свойства определяют, в какой промежуточный продукт пути клеточного дыхания она будет преобразована. Эти промежуточные продукты входят в клеточное дыхание в различных местах цикла лимонной кислоты (, рис. 2, ).
Рисунок 2 Углеродные скелеты некоторых аминокислот (обозначенных в прямоугольниках), полученные из белков, могут участвовать в цикле лимонной кислоты.(кредит: модификация работы Микаэля Хэггстрёма)
Триглицериды (жиры) являются формой длительного хранения энергии у животных. Триглицериды хранят примерно в два раза больше энергии, чем углеводы. Триглицериды состоят из глицерина и трех жирных кислот. Глицерин может вступать в гликолиз. Жирные кислоты разделены на двухуглеродные единицы, которые входят в цикл лимонной кислоты (, рис. 3, ).
Рисунок 3 Гликоген из печени и мышц, вместе с жирами, может использоваться в катаболических путях для углеводов.
Помните, что если кислород недоступен, может происходить гликолиз, но не цикл лимонной кислоты или окислительное фосфорилирование. Поскольку жирные кислоты вступают в путь в цикле лимонной кислоты, они не могут расщепляться в отсутствие кислорода. Это означает, что если клетки не выполняют аэробное клеточное дыхание, организм не может сжигать жир для получения энергии. Вот почему на плакатах о «Зоне сжигания жира» в тренажерном зале указано, что вам нужно иметь более низкую частоту сердечных сокращений / частоту дыхания, чтобы сжигать больше жира — клетки, которые не выполняют аэробное дыхание, не могут сжигать жир в качестве топлива!
Если не указано иное, изображения на этой странице находятся под лицензией CC-BY 4.0 от OpenStax.
Текст адаптирован из: OpenStax, Концепции биологии. OpenStax CNX. 18 мая 2016 г. http://cnx.org/contents/[email protected]
Метаболические функции печени
Метаболические функции печени
Гепатоциты — это метаболические сверхспособности в организме. Они играют решающую роль в синтезе молекул, которые используются где-то еще для поддержания гомеостаза, в преобразовании молекул одного типа в другой и в регулировании энергетического баланса. Если вы прослушали курс биохимии, вы, вероятно, потратили большую часть этого курса на изучение метаболических путей в печени. Рискуя быть осужденным слабой похвалой, основные метаболические функции печени можно разделить на несколько основных категорий:
Углеводный метаболизм
Для всех животных критически важно поддерживать концентрацию глюкозы в крови в узком нормальном диапазоне. Поддержание нормального уровня глюкозы в крови как в течение короткого (часы), так и длительного (от дней до недель) периодов времени — одна из особенно важных функций печени.
Гепатоциты содержат множество различных метаболических путей и используют десятки ферментов, которые попеременно включаются или выключаются в зависимости от того, повышается или понижается уровень глюкозы в крови за пределы нормального диапазона. Два важных примера этих способностей:
Избыточная глюкоза, попадающая в кровь после еды, быстро поглощается печенью и секвестрируется в виде большого полимера, гликогена (процесс, называемый гликогенезом ). Позже, когда концентрация глюкозы в крови начинает снижаться, печень активирует другие пути, которые приводят к деполимеризации гликогена ( гликогенолиз ) и экспорту глюкозы обратно в кровь для транспортировки во все другие ткани.
Когда запасы гликогена в печени истощаются, как это происходит, когда животное не ест в течение нескольких часов, сдаются ли гепатоциты? Нет! Они распознают проблему и активируют дополнительные группы ферментов, которые начинают синтезировать глюкозу из таких веществ, как аминокислоты и негексозные углеводы ( глюконеогенез ). Способность печени синтезировать эту «новую» глюкозу имеет огромное значение для плотоядных животных, диета которых, по крайней мере в дикой природе, практически не содержит крахмала.
Жировой обмен
Некоторые аспекты метаболизма липидов уникальны для печени, но многие из них выполняются преимущественно печенью. Основные примеры роли печени в метаболизме жиров включают:
Печень чрезвычайно активна в окислении триглицеридов для производства энергии. Печень расщепляет намного больше жирных кислот, в которых нуждаются гепатоциты, и экспортирует большие количества ацетоацетата в кровь, где он может быть захвачен и легко метаболизирован другими тканями.
Большая часть липопротеинов синтезируется в печени.
Печень является основным местом преобразования избыточных углеводов и белков в жирные кислоты и триглицериды, которые затем экспортируются и хранятся в жировой ткани.
Печень синтезирует большое количество холестерина и фосфолипидов. Некоторые из них содержат липопротеины и становятся доступными для остального тела. Остальная часть выводится с желчью в виде холестерина или после преобразования в желчные кислоты.
Метаболизм белков
Наиболее важные аспекты метаболизма белков, происходящие в печени:
Дезаминирование и трансаминирование аминокислот с последующим превращением неазотистой части этих молекул в глюкозу или липиды. Некоторые из ферментов, используемых в этих путях (например, аланин и аспартатаминотрансферазы), обычно анализируются в сыворотке для оценки повреждения печени.
Удаление аммиака из организма путем синтеза мочевины.Аммиак очень токсичен, и, если его быстро и эффективно не удалить из кровотока, он приведет к заболеванию центральной нервной системы. Частой причиной такой печеночной энцефалопатии у собак и кошек являются пороки кровоснабжения печени, называемые портосистемными шунтами.
Синтез заменимых аминокислот.
Гепатоциты отвечают за синтез большинства белков плазмы.
No related posts.

Какие вещества участвуют в обмене веществ?

Функции обмена веществ

Что влияет на метаболизм?

(adsbygoogle=window.adsbygoogle||[]).push({});Как проходит обмен веществ?

Какие вещества участвуют в метаболизме?

6. Регуляция обмена веществ. Нарушения обмена веществ

Роль витаминов в обмене веществ и влияние на здоровье человека

Влияние питания на здоровье человека

1. Какие вещества участвуют в двух взаимосвязанных процессах обмена веществ-дыхания и

Стимуляция метаболизма с помощью питьевой воды

Вода для улучшения метаболизма от компании «Айленд»

Кондиционированная кислородом вода: вред или польза?

О роли витаминов

Что такое метаболизм?

Химические реакции в метаболических процессах

Химические реакции в метаболических процессах

Энергия и обмен веществ | Безграничная биология

Роль энергии и метаболизма

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты

Ключевые термины

Энергия и обмен веществ

Биоэнергетика и химические реакции

Клеточный метаболизм

Типы энергии

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты

Ключевые термины

Кинетическая энергия

Потенциальная энергия

Химическая энергия

Метаболические пути

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты

Ключевые термины

Метаболические пути

Анаболические пути

Катаболические пути

Важность ферментов

Метаболизм углеводов

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты

Ключевые термины

Метаболизм углеводов

Производство энергии из углеводов (клеточное дыхание)

Производство углеводов (фотосинтез)

Обзор Метаболизм

4.1 Энергия и метаболизм — Концепции биологии — 1-е канадское издание

Цели обучения

Концепция в действии

Концепция в действии

Концепция в действии

Через призму коренных народов

Подавление обратной связи в метаболических путях

Глоссарий

Метаболизм других молекул, кроме глюкозы — Принципы биологии

Метаболические функции печени

Метаболические функции печени

Углеводный метаболизм

Жировой обмен

Метаболизм белков

Добавить комментарий Отменить ответ

Как проходит обмен веществ?