Обмен веществ и энергии определение: ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ — Большая Медицинская Энциклопедия

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ — это… Что такое ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ?

обме́н веще́ств и эне́ргии, метаболизм, совокупность превращений веществ и энергии в организме, обеспечивающих его жизнедеятельность. Ф. Энгельс, определяя жизнь, указывал, что её важнейшее свойство — постоянный обмен веществ с окружающей природой, с прекращением которого прекращается и жизнь. О. в. и э. — специфический и непременный признак жизни. Значение О. в. и э. заключается в восстановлении распадающихся в организме и теряемых им веществ, необходимых для построения всех его структурных элементов, и в обеспечении жизненных функций организма энергией. Образующаяся в процессе обмена веществ энергия используется для поддержания температуры тела, совершения работы, роста и развития организма и обеспечения структуры и функции всех клеточных элементов. Таким образом, обмен веществ и превращение энергии неразрывно связаны между собой и составляют единое целое. О. в. и э. включает два основных, непрерывно связанных между собой процесса — ассимиляцию (анаболизм) и диссимиляцию (катаболизм). Ассимиляция — совокупность химических реакций, приводящих к использованию и переработке веществ, поступающих в организм из внешней среды, и образованию из них сложных химических соединений, входящих в состав цитоплазмы клеток и тканей; связана с потреблением энергии. Диссимиляция заключается в распаде веществ, входящих в состав клеток и поступивших извне, на более простые соединения, которые затем выделяются в окружающую среду как продукты жизнедеятельности. Биохимические реакции

О. в. и э. происходят в субклеточных структурах в определённой последовательности и осуществляются с помощью ферментов.

О. в. и э. включает 3 этапа:
1) превращение пищевых веществ в пищеварительных органах (см. Пищеварение) и всасывание;

2) промежуточный обмен, включающий процессы ассимиляции и диссимиляции веществ в тканях организма;
3) образование и выделение конечных продуктов обмена из организма с мочой, калом, выдыхаемым воздухом и т. д. Количество энергии, выделяемой на каждом этапе О. в. и э., различно. На 1-м этапе происходит расщепление составных частей пищи — белков до аминокислот, углеводов до глюкозы, липидов до свободных жирных кислот и глицерина; выделение энергии происходит в незначительных количествах — 0,6% энергии белков и углеводов, около 1% энергии липидов. 2-й этап — окисление веществ, образовавшихся на 1-м этапе, до ацетилкоэнзима-A, α-кетоглутаровой и щавелевоуксусной кислот. При этом освобождается ¹/₃ всей энергии, заключённой в питательных веществах. 3-й этап сопровождается окислением ацетилкоэнзима-A в цикле трикарбоновых кислот до конечных продуктов обмена — CO₂ и H₂O. Этот этап характеризуется освобождением ¹/₃ всей энергии питательных веществ. 40% энергии, образовавшейся в процессе обмена веществ, превращается в теплоту и свыше 60% используется для синтеза макроэргических соединений. Соотношение между количеством энергии, поступившей с питательными веществами корма, и количеством энергии, отдаваемой во внешнюю среду, называется энергетическим балансом организма. Определение этого баланса имеет большое теоретическое и практическое значение, особенно для расчёта кормовых рационов. Коэфф. полезного действия реакций О. в. и э. выражается количеством энергии, которое при данной температуре может быть превращено в работу. Для каждого организма характерен так называемый основной обмен, под которым подразумевают то минимальное количество энергии, которое необходимо при полном покое организма. Основной обмен определяют для оценки типа О. в. и э. и физиологических норм кормления.

Приспособление уровня обменных процессов к нуждам организма осуществляется регуляторными системами, которые включают автоматическую регуляцию на уровне внутренней среды клетки при помощи механизмов субклеточных структур (важную роль в

О. в. и э. клетки играют биологические мембраны), эндокринную (см. Гормоны) и нервную регуляции (см. Нейрогуморальная регуляция).

Важное место в О. в. и э. занимают витамины, минеральные вещества, в том числе микроэлементы. Витамины участвуют в ферментативных реакциях в составе коферментов, например производное витамина B₁ — тиаминпирофосфат — служит коферментом при окислительном декарбоксилировании α-кетокислот. Важную роль в минеральном обмене играют Na, K, Ca, P и другие неорганические соединения. Fe входит в состав гемоглобина и миоглобина. Для активности ферментов необходимы микроэлементы (Cu, Mn, Mo, Zn и др.). Контроль за ходом

О. в. и э. лежит в основе ранней биохимической диагностики многих болезней сельскохозяйственных животных. Разработано большое количество методов исследования, которые позволяют проводить анализ микроколичества биологических субстратов с применением экспресс-методов и быстродействующей автоматической аппаратуры. См. также Азотистый обмен, Жировой обмен, Углеводный обмен.

Литература:
Топарская В. Н., Физиология и патология углеводного, липидного и белкового обмена, М., 1970;
Комаров Ф. И., Коровкин Б. Ф., Меньшиков В. В., Биохимические исследования в клинике, Л., 1976;
Држевецкая И. А., Основы физиологии обмена веществ и эндокринной системы, М., 1977.

Ветеринарный энциклопедический словарь. — М.: «Советская Энциклопедия». Главный редактор В.П. Шишков. 1981.

Обмен веществ и энергии

Основные понятия

Определение 1

Обмен веществ и энергии, или метаболизм – физиологические процессы обеспечения организма необходимыми для его нормального функционирования соединениями, их превращение, получение энергии и выведения во внешнюю среду ненужных соединений произошедших реакций.

В узком смысле, метаболизм – это пути превращений определенного соединения или соединений в организме.

Метаболизм состоит из двух процессов:

• Пластический обмен, анаболизм, ассимиляция, или синтез. Это поступление в организм через пищеварительную систему воды, белков, жиров, углеводов, минеральных солей, витаминов, через дыхательную систему, кожу — кислорода для построения мембран, клеточных структур и их обновления. Анаболические реакции – это реакции, участвующие в синтезе новых молекул, протекают с поглощением энергии.
• Энергетический обмен, катаболизм, диссимиляция, или распад. Это процессы выведения из организма отработанных продуктов, осуществляется через органы пищеварительного тракта, легкие, почки, кожу. Катаболические реакции – это реакции распада, протекающие с выделением энергии. Во время процессов энергетического обмена часть энергии рассеивается в виде тепла, а часть запасается в определенных органических веществах в виде макроэргических связей. Универсальным химическим аккумулятором энергии является АТФ – аденозинтрифосфорная кислота.

Готовые работы на аналогичную тему

Все реакции анаболизма и катаболизма протекают с помощью энзимов (ферментов) – биологических катализаторов.

В процессе обмена веществ постоянно образуются, обновляются, расщепляются клеточные структуры, появляются и разрушаются разнообразные химические соединения. Все это сопровождается превращениями энергии: потенциальная энергия веществ, освобождаемая при расщеплении, переходит в кинетическую энергию, представленную, главным образом тепловой и механической энергиями, частично – электрической энергией.

Поступление в организм различных веществ из внешней среды необходимо для:

1. Возмещения энергозатрат.
2. Удовлетворения потребностей роста
3. Сохранения массы тела.

При этом количество питательных веществ, их соотношение и свойства должны согласовываться с условиями жизни и общим состоянием организма.

Все реакции пластического и энергетического обмена протекают совместно, переходя друг в друга в организме в течение всей жизни. В раннем возрасте преобладают реакции анаболизма, когда наблюдается интенсивный рост и развитие организма. По мере старения в организме начинают преобладать процессы катаболизма, синтез новых веществ постепенно угнетается.

Виды обмена веществ

Основными веществами, поступающими в организм человека, являются вода, минеральные соли, органические вещества: белки, витамины, углеводы и жиры. Для каждого вещества характерен свой путь метаболизма.

Существуют следующие виды обмена веществ:

• обмен воды и минеральных солей;
• обмен белков;
• обмен жиров;
• обмен углеводов.

Замечание 1

Большинство витаминов входят в состав ферментов, поэтому они выполняют в основном функцию катализаторов биохимических процессов.

Регуляция обмена веществ

Под регуляцией обмена веществ рассматривается регуляция почти всех функций организма: пищеварения, кровообращения, дыхания, выделения и др.

Основную роль в регуляции обмена веществ играет эндокринная система. Гормоны оказывают воздействие на скорость протекания биохимических процессов непосредственно в клетке. При совокупном их воздействии на отдельные клетки происходит изменение в функционировании организма в целом. К примеру,

• гормон гипофиза — соматотропный гормон проявляет выраженное анаболическое действие, он повышает синтез пластических веществ, ускоряет рост;
• катехоламины надпочечников усиливают энергообразование через окислительные процессы;
• тироксин и трийодтиронин – гормоны щитовидной железы – активируют разрушение углеводов и жиров, стимулируют образование белка из аминокислот.

В регуляции обмена веществ принимает участие нервная система – гипоталамус, который включает центры жажды, голода и насыщения, терморегуляции. Регуляция осуществляется через вегетативную нервную систему.

Замечание 2

Гипоталамус и гипофиз координируют функционирование почти всех желез внутренней секреции.

Обмен веществ и превращение энергии – свойства живых организмов. Энергетический обмен и пластический обмен, их взаимосвязь. Стадии энергетического обмена. Брожение и дыхание / Справочник :: Бингоскул

Обмен веществ и превращение энергии – свойства живых организмов

Обмен веществ является комплексом различных химических преобразований, способствующих сохранению и самовоспроизведению биоструктур. 

Он заключается в поступлении веществ в организм во время питания и дыхания, метаболизме внутри клетки или обмене веществ, вдобавок, в высвобождении конечных продуктов метаболизма.

Метаболизм неотрывно соединён с процессами преобразований определённых видов энергии в другие. К примеру, в начале процесса фотосинтеза световая энергия скапливается в виде энергии химических связей сложных органических молекул, в процессе же дыхания она освобождается и применяется для синтезирования новых молекул, механические и осмотические работы, рассеянные в виде тепла и т. д. 

Поток химических превращений в живых организмах снабжается биологическими катализаторами белковой специфики — ферментами или энзимами. Наряду с остальными катализаторами, энзимы ускоряют течение химических реакций в клетке до нескольких сотен тысяч раз, при этом они не меняют природу или свойства конечных продуктов клетки. Ферменты представляют собой простые или сложные белковые молекулы, которые, помимо части, состоящей из белка, включают небелковый кофактор, по – другому называемый коферментом. Ферментами являются, например: амилаза слюны, которая расщепляет гликаны при длительном жевании и пепсин, который обеспечивает переваривание белков в желудочно-кишечном тракте.

Ферменты различаются с небелковыми катализаторами тем, что имеют высокую специфичность действия, в значительной степени увеличенную скорости реакции, а также возможностью регулирования действия путем смены условий реакции или взаимодействия различных веществ с ними. Кроме того, условия, при которых протекает ферментативный катализ, значительно различаются с теми, при которых происходит неферментативный катализ: оптимальная температура для того, чтобы ферменты могли функционировать в организме человека, составляет 37 ° С, а также необходимо, чтобы давление являлось близким к атмосферному, в то время как кислотность среды может значительно варьироваться. Например, для амилазы необходима щелочная среда, для пепсина же наоборот — кислая. 

Механизм действия ферментов заключается в том, чтобы снизить энергию активации веществ (субстратов), которые вступают в реакцию вследствие образования промежуточных фермент-субстратных комплексов.

Энергетический и пластический обмен, их взаимосвязь

Метаболизм процессуально слагается из двух частей, происходящих в клетке в одно и то же время: пластического и энергетического обмена.

Пластический метаболизм (анаболизм, ассимиляция) является совокупностью реакций синтеза, сопровождающихся расходом энергии аденозинтрифосфата. Пластический обмен особенно важен тем, что в результате него синтезируются органические вещества, играющие важную роль в жизнедеятельности клетки. Реакциями данного обмена  являются, например, процесс фотосинтеза, биологический синтез белковых молекул и репликация молекул ДНК (самодублирование).

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) являет собой сочетание реакций разложения сложных веществ на более простые. Результатом данного обмена является накапливание энергии в форме АТФ. Важнейшими процессами энергетического обмена являются дыхание и брожение.

Пластический и энергетический обмены прочно коррелируют между собой, в связи с тем, что синтез органических веществ происходит в процессе пластического обмена, а для этого нужна именно энергия АТФ; в процессе обмена энергии органические вещества разлагаются, и высвобождается АТФ, а затем используется для синтеза.

Получение энергии организмами осуществляется в процессе питания, затем высвобождают ее и переводят в форму, доступную главным образом в процессе дыхания. По способу питания все организмы подразделяются на автотрофные и гетеротрофные. Автотрофы способны к самостоятельному синтезу органических веществ из неорганических, а гетеротрофные организмы поглощают уже готовые органические вещества.

Ассимиляция — биосинтез макромолекул, свойственных клеткам организма. Растения и многие бактерии могут создавать молекулы глюкозы из углекислого газа и воды. На этот процесс расходуется и запасается энергия. Животным необходимы готовые молекулы белков, жиров и углеводов (БЖУ). Это важнейший строительный и энергетический материал для клеток. 

Ассимиляция — это совокупность процессов создания структур организма с накоплением энергии.

Значение метаболизма:

• Поступление из внешней среды веществ, необходимых для организма;
• Превращение питательных веществ в соединения, которые могут использоваться клетками и тканями;
• Синтез структурных элементов клеток, ферментов и т.д., замена устаревшим новыми;
• Синтез более сложных соединений из более простых;
• Отложение запасов.

Чтобы организм мог усвоить вещества из пищи, они должны быть сначала разобраны на «кирпичики» или мономеры. Из них в организме «собираются» собственные макромолекулы.

Диссимиляция — распад веществ, противоположный ассимиляции (биосинтезу). Белки гидролизуются до аминокислот. При распаде жиров выделяются жирные кислоты и глицерин. Сложные углеводы разлагаются на простые сахара.

Ассимиляция и диссимиляция происходят согласованно. Распад и окисление веществ с выделением энергии возможны лишь тогда, когда есть субстрат — макромолекулы. Они разлагаются на мономеры, которые участвуют в биосинтезе. Выделяющаяся при диссимиляции энергия затрачивается на образование свойственных организму веществ.

Стадии энергетического обмена

Несмотря на сложность реакций обмена энергии, он разделяется на три фазы:

1. подготовительная,
2. анаэробная (без кислорода),
3. аэробная (кислород).

На подготовительном этапе происходит разложение молекул гликанов, липидов, белков, нуклеиновых кислот на более простые, к примеру, на глюкозу, глицерин и жирные кислоты, аминокислоты, нуклеотиды. Эта фаза может осуществляться непосредственно в клетках или в кишечнике, откуда эти вещества переносятся кровотоком.

В анаэробной фазе энергетического катаболизма в дальнейшем происходит расщепление мономеров органических соединений до более простых промежуточных соединений, к примеру, пировиноградной кислоты или пирувата. Он не нуждается в присутствии кислорода, и для организмов, живущих в болотном иле, это единственный способ получить энергию. Анаэробная фаза энергетического обмена проходит в цитоплазме.

Некоторые вещества подвергаются бескислородному расщеплению, при этом глюкоза, чаще всего, остается основным субстратом реакций. Процесс его свободного от кислорода распада принято называть гликолизом. Вследствие гликолиза, молекула глюкозы теряет четыре атома водорода, то есть она окисляется, и образуются две молекулы пировиноградной кислоты, две молекулы АТФ и две молекулы переносчика водорода, восстановленного НАДH ⁺ H ⁺:

С₆Н₁₂О₆+2Н₃РО₄+2АДФ+2НАД→2С₃Н₄О₃+2АТФ+2НАДН⁺Н⁺+2Н₂О.

Образование АТФ из АДФ осуществляется за счет прямого переноса фосфат-аниона из предварительно фосфорилированного сахара и называется субстратным фосфорилированием. 

Аэробная фаза энергетического катаболизма может происходить только в присутствии кислорода, тогда как промежуточные продукты, образующиеся при бескислородном разложении, окисляются до конечных продуктов (углекислого газа и воды), и большая часть энергии, хранящейся в химических связях органических соединений, высвобождается. В молекулу АТФ входит 36 макроэргических связей. Эта стадия имеет такое название, как тканевое дыхание. Когда кислород отсутствует, происходит преобразование промежуточных продуктов обмена веществ в определённые органические вещества,  данный процесс принято называть ферментацией или брожением.

Брожение и дыхание

Брожение и дыхание это две различные формы диссимиляции — разложения веществ в организме для получения энергии.

Брожение

Примеры процессов брожения известны из повседневной жизни, производственной деятельности.

1. Спиртовое брожение заключается в метаболическом превращении углеводов микроорганизмами, преимущественно дрожжами. В результате образуется этиловый спирт, АТФ и вода, выделяется углекислый газ. Энергию микроорганизмы используют для жизнедеятельности, деления клеток. Спиртовое брожение используется в производстве алкогольных напитков. Пекарские дрожжи в хлебопечении тоже перерабатывают углеводы на этанол и углекислый газ, разрыхляющий тесто.
2. Молочнокислое брожение завершается образованием молекул молочной кислоты, АТФ, водорода и воды. Так скисает молоко, получается пахта, йогурт, сметана, творог. (Рисунок 1). Этот же тип брожения происходит при квашении  капусты. Молочнокислые бактерии уменьшают рН субстрата, создают кислую среду. Они не нуждаются в кислороде, но выживают и в кислородной среде.
3. Уксуснокислое брожение приводит к изменениям сока, вина. Сначала, в результате спиртового брожения, вырабатывается этанол. Затем, уксуснокислые бактерии перерабатывают спирт на органические кислоты, в основном яблочную, лимонную, молочную. Так получают натуральный уксус из плодово-ягодного сырья.

Во всех случаях брожения микроорганизмы изменяют углеводы и производят макроэнергетическое вещество — АТФ. Для этого процесса не требуется кислород, что является важнейшим отличием от дыхания. Общий признак — химическая энергия связей в молекуле глюкозы преобразуется в энергию в форме АТФ, которая используется для жизненных процессов.

Брожение — древнейший и не самый совершенный способ выработки энергии. Из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ. Кислородный процесс более эффективен в плане получения энергии.

Организмы, которым необходим кислород для дыхания, являются аэробами (в переводе с греческого «аэр» — воздух). Внешняя сторона процесса заключается в поглощении кислорода из воздуха и выделении диоксида углерода.

Молекулы О₂ попадают в организм насекомых через трахеи. Для рыб характерно жаберное дыхание, для млекопитающих — легочное. Переносят кислород к органам и транспортируют диоксид углерода красные кровяные клетки, содержащие гемоглобин. 

При отсутствии кислорода начинает происходить ферментация. Ферментация является эволюционно более ранним способом генерирования энергии, чем дыхание, но она менее энергетически выгодна, потому что ферментация производит органическое вещество, которое все еще богато энергией. Различают несколько основных видов брожения: уксусно – кислое, спиртовое, маслянокислое, молочнокислое, метановое и др.

Стало быть, в скелетных мышцах в отсутствие кислорода во время ферментации пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты, тогда как ранее образованные восстановительные эквиваленты расходуются, и остаются только две молекулы АТФ:

2С₃Н₄О₃ + 2НАДН⁺Н⁺ → 2С₃Н₆О₃ + 2НАД.

При ферментации с дрожжами пировиноградная кислота в присутствии кислорода преобразуется в этиловый спирт и окись углерода (IV):

С₃Н₄О₃ + НАДН⁺Н⁺ → С₂Н₅ОН + СО₂↑ + НАД⁺.

Во время ферментации с использованием микроорганизмов пируват также может образовывать уксусную, масляную, муравьиную кислоты и так далее.

Энергия АТФ, которая образуется вследствие энергетического обмена, используется клеткой на различные виды работ:

• Химическая работа включает в себя биосинтез белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот и других важных соединений.
• Осмотическая работа включает процессы поглощения и удаления веществ из клетки, находящиеся во внеклеточном пространстве в более высоких концентрациях, чем в самой клетке.
• Электрическая работа неразрывно связана с осмотической, ведь именно из – за перемещения заряженных частиц через мембраны формируется заряд мембраны и приобретаются свойства возбудимости и проводимости.
• Механическая работа связана с передвижением веществ и структур во внутриклеточном пространстве и непосредственно клетки в целом.
• К регуляторной работе относят все процессы, которые направлены на координировании процессуальных действий в клетке. 

Дыхание

Кислородное дыхание производится в митохондриях, где пировиноградная кислота вначале теряет один атом углерода, что сопровождается синтезом одного восстанавливающего эквивалента молекул НАДН⁺Н⁺ и ацетилкофермента A (ацетил-КоА):

С₃Н₄О₃ + НАД⁺Н ~ КоА → СН₃СО ~ КоА + НАДН⁺Н⁺ + СО2↑.

Ацетил-КоА в митохондриальном матриксе участвует в цепочке химических превращений, которые в совокупности называются циклом Кребса (цикл трикарбоновых кислот, цикл лимонной кислоты). Во время этих превращений образуются две молекулы АТФ, ацетил-КоА полностью окисляется до диоксида углерода, а его ионы водорода и электроны присоединяются к водородным векторам НАДН⁺Н⁺  и НАДh3. Носители переносят протоны и электроны водорода во внутренние митохондриальные мембраны, которые образуют гребни. При помощи белков-носителей протоны водорода вводятся в межмембранное пространство, а электроны переносятся через, так называемую, дыхательную цепь энзимов, которые расположены во внутренней митохондриальной мембране, и разряжаются в атомы кислорода:

O₂ + 2^e− → O²⁻.

Важно то, что в дыхательной цепи имеются белки, содержащие железо и серу.

Протоны водорода переносятся из межмембранного пространства в митохондриальный матрикс благодаря специальным ферментам, АТФ-синтетаз, а энергия, выделенная в результате этого процесса, используется для синтеза 34 молекул АТФ из каждой молекулы глюкозы. Этот процесс называется окислительным фосфорилированием. В митохондриальной матрице протоны водорода, прореагировавшие с радикалами кислорода с образованием воды:

4H⁺ + O²⁻→ 2H₂O.

Набор кислородных дыхательных реакций можно выразить таким уравнением:

2С₃Н₄О₃ + 6О₂ + 36Н₃РО₄ + 36АДФ → 6СО₂↑ + 38Н₂О + 36АТФ.

Общее уравнение дыхания выглядит следующим образом:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ + 38Н₃РО₄ + 38АДФ → 6СО₂↑ + 40Н₂О + 38АТФ.

Таким образом, клеточное дыхание в организме человека происходит поэтапно. Гликолиз сопровождается образованием 8 молекул АТФ (2 из них расходуются). Окислительное декарбоксилирование «дает» 6 АТФ, цикл Кребса — 24 АТФ. Итого, разложение молекулы глюкозы приводит к созданию 38 молекул АТФ. Аэробное дыхание — более совершенный способ получения и накопления энергии.

Глава 10. Обмен веществ и энергии. Нормальная физиология

Глава 10. Обмен веществ и энергии

В живых организмах любой процесс сопровождается передачей энергии. Энергию определяют как способность совершать работу. Специальный раздел физики, который изучает свойства и превращения энергии в различных системах, называется термодинамикой. Под термодинамической системой понимают совокупность объектов, условно выделенных из окружающего пространства. Термодинамические системы разделяют на изолированные, закрытые и открытые. Изолированными называют системы, энергия и масса которых не изменяется, т. е. они не обмениваются с окружающей средой ни веществом, ни энергией. Закрытые системы обмениваются с окружающей средой энергией, но не веществом, поэтому их масса остается постоянной. Открытыми системами называют системы, обменивающиеся с окружающей средой веществом и энергией. С точки зрения термодинамики живые организмы относятся к открытым системам, так как главное условие их существования – непрерывный обмен веществ и энергии. В основе процессов жизнедеятельности лежат реакции атомов и молекул, протекающие в соответствии с теми же фундаментальными законами, которые управляют такими же реакциями вне организма.

Согласно первому закону термодинамики энергия не исчезает и не возникает вновь, а лишь переходит из одной формы в другую. Второй закон термодинамики утверждает, что вся энергия в конце концов переходит в тепловую энергию, и организация материи становится полностью неупорядоченной. В более строгой форме этот закон формулируется так: энтропия замкнутой системы может только возрастать, а количество полезной энергии (т. е. той, с помощью которой может быть совершена работа) внутри системы может лишь убывать. Под энтропией понимают степень неупорядоченности системы.

Неизбежная тенденция к возрастанию энтропии, сопровождаемая столь же неизбежным превращением полезной химической энергии в бесполезную тепловую, заставляет живые системы захватывать все новые порции энергии (пищи), чтобы поддерживать свое структурное и функциональное состояние. Фактически способность извлекать полезную энергию из окружающей среды является одним из основных свойств, которые отличают живые системы от неживых, т. е. непрерывно идущий обмен веществ и энергии является одним из основных признаков живых существ. Чтобы противостоять увеличению энтропии, поддерживать свою структуру и функции, живые существа должны получать энергию в доступной для них форме из окружающей среды и возвращать в среду эквивалентное количество энергии в форме, менее пригодной для дальнейшего использования.

Обмен веществ и энергии – это совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в живых организмах, а также обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Обмен веществ у живых организмов заключается в поступлении из внешней среды различных веществ, в превращении и использовании их в процессах жизнедеятельности и в выделении образующихся продуктов распада в окружающую среду.

Все происходящие в организме преобразования вещества и энергии объединены общим названием – метаболизм (обмен веществ). На клеточном уровне эти преобразования осуществляются через сложные последовательности реакций, называемые путями метаболизма, и могут включать тысячи разнообразных реакций. Эти реакции протекают не хаотически, а в строго определенной последовательности и регулируются множеством генетических и химических механизмов. Метаболизм можно разделить на два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса: анаболизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция).

Анаболизм – это совокупность процессов биосинтеза органических веществ (компонентов клетки и других структур органов и тканей). Он обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также накопление энергии (синтез макроэргов). Анаболизм заключается в химической модификации и перестройке поступающих с пищей молекул в другие более сложные биологические молекулы. Например, включение аминокислот в синтезируемые клеткой белки в соответствии с инструкцией, содержащейся в генетическом материале данной клетки.

Катаболизм – это совокупность процессов расщепления сложных молекул до более простых веществ с использованием части из них в качестве субстратов для биосинтеза и расщеплением другой части до конечных продуктов метаболизма с образованием энергии. К конечным продуктам метаболизма относятся вода (у человека примерно 350 мл в день), двуокись углерода (около 230 мл/мин), окись углерода (0,007 мл/мин), мочевина (около 30 г/день), а также другие вещества, содержащие азот (примерно 6 г/день). Катаболизм обеспечивает извлечение химической энергии из содержащихся в пище молекул и использование этой энергии на обеспечение необходимых функций. Например, образование свободных аминокислот в результате расщепления по-ступающих с пищей белков и последующее окисление этих аминокислот в клетке с образованием СО₂ и Н₂О, что сопровождается высвобождением энергии.

Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динамического равновесия (рис. 26). Преобладание анаболических процессов над катаболическими приводит к росту, накоплению массы тканей, а преобладание катаболических процессов ведет к частичному разрушению тканевых структур. Состояние равновесного или неравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от возраста (в детском возрасте преобладает анаболизм, у взрослых обычно наблюдается равновесие, в старческом возрасте преобладает катаболизм), состояния здоровья, выполняемой организмом физической или психоэмоциональной нагрузки. 

Превращение и использование энергии

В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: энергия сложных органических соединений, поступивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и электрическую. Человек и животные получают энергию из окружающей среды в виде потенциальной энергии, заключенной в химических связях молекул жиров, белков и углеводов. Все процессы жизнедеятельности обеспечиваются энергией за счет анаэробного и аэробного метаболизма. Получение энергии без участия кислорода, например, гликолиз, (расщепление глюкозы до молочной кислоты) называется анаэробным обменом. В ходе анаэробного расщепления глюкозы (гликолиза) или ее резервного субстрата гликогена (гликогенолиза) превращение 1 моля глюкозы в 2 моля лактата приводит к образованию 2 молей АТФ. Энергии, образующейся в ходе анаэробных процессов, недостаточно для осуществления активной жизни, реакции, происходящие с участием кислорода, энергетически более эффективны. Все процессы, генерирующие энергию с участием кислорода, называются аэробным обменом. При окислении сложных молекул химические связи разрываются, сначала органические молекулы распадаются до трехуглеродных соединений, которые включаются в цикл Кребса (цикл лимонной кислоты), а далее окисляются до СО₂ и Н₂О. Высвободившиеся в этих реакциях протоны и электроны вступают в цепь переноса электронов, в которой кислород служит конечным акцептором электронов. Биологическое окисление в сущности представляет собой «сгорание» вещества при низкой температуре, часть энергии, высвобождающейся при окислении, запасается в высокоэнергетических фосфатных связях аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ является аккумулятором химической энергии и средством ее переноса, диффундируя в те места, где она требуется. Общее количество молекул АТФ, образующихся при полном окислении 1 моля глюкозы до СО₂ и Н₂О, составляет 25,5 молей. При полном окислении молекулы жиров образуется большее количество молей АТФ, чем при окислении молекулы углеводов.

Динамика химических превращений, происходящих в клетках, изучается биологической химией. Задачей физиологии является определение общих затрат веществ и энергии организмом и того, как они должны восполняться с помощью полноценного питания. Энергетический обмен служит показателем общего состояния и физиологической активности организма.

Единица измерения энергии, обычно применяемая в биологии и медицине, – калория (кал). Она определяется как количество энергии, необходимое для повышения температуры 1 г воды на ГС. В Международной системе единиц (СИ) при измерении энергетических величин используется джоуль (1 ккал = 4,19 кДж).

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Обмен веществ в организме человека,обмен веществ и энергии

Обмен веществ, или как его еще именуют «метаболизм» – это сложный процесс, в котором участвует много различных систем. Этот процесс настолько сложен и значим для нашего организма, что не останавливается ни на секунду.

Что такое обмен веществ:

Обмен веществ в организме человека:

Процесс, который подразумевает под собой расщепление белков, жиров и углеводов, позволяющий организму получать необходимую энергию, для обеспечения полноценной жизнедеятельности. Функционирует наш организм благодаря работе обменных процессов в клетках. Для того, чтобы работа организма была полноценной, должно поступать достаточное количество пищи, которая преобразуется в гормоны и ферменты в результате химических реакций. 

Что такое ферменты:

Ферменты — это вещества, которые участвуют в процессе химических реакций, в результате которых расщепляются жиры, белки и углеводы. Жизнедеятельность клеток поддерживается за счет таких процессов. Современные исследования показали наличие около 3,5 тыс. ферментов. Однако, ферменты не могут полностью выполнять процессы без помощи гормонов, потому как находятся под контролем самих гормонов.

Что такое гормоны:

Гормоны вырабатываются железами эндокринной системы. Они взаимодействуют с одним видом ферментов и тормозят работу других. Стоит отметить, что те люди, которые принимают гормоны в виде таблеток, не могут полностью и правильно контролировать их баланс в организме. Гормоны действуют на организм по — разному, улучшая работу одних органов и ухудшить деятельность других в одно время. В качестве примера можно рассмотреть прием гормонов для лечения суставов, после которых может ухудшиться зрение.

Виды обмена веществ:

Выделяют 2 типа основоного обмена веществ в организме:

Анаболизм

Под этим понятием подразумевается химический процесс, который предусматривает обновление и образование новых клеток, тканей, органических веществ. Этот процесс скапливает определенное количество энергии, которая постепенно расходуется для защиты организма от внешних, неблагоприятных факторов, таких как различные болезни и инфекции, а также способствует росту организма в целом.

Катаболизм

Противоположный анаболизму процесс, при котором происходит расщепление жиров, углеводов и белков для выработки энергии. Этот процесс не менее важен для организма, и входит в общий процесс метаболизма. Катаболическая химическая реакция разрушает крупные молекулярные формулы на более мелкие, таким образом выделяя энергию. Однако, в случае переизбытка выделяемой энергии, организм откладывает ее в виде жировой ткани.

Наш организм особенно нуждается в необходимых для него веществах, таких как:

• Вода
  
• Белки
  
• Углеводы
  
• Жиры
  
• Минералы и витамины
  

 

Эти составляющие являются строительным материалом для нашего организма, они помогают в образовании новых тканей и клеток, которые способствуют росту. Множество различных факторов имеют серьезное влияние на обмен веществ. К таким относят: физическую активность, телосложение, количество съеденных калорий, и другие.

Замедление обмена веществ, причиной этому служат жесткие диеты, голодание, недостаток сна, отказ от углеводов. Если организм недополучает необходимые ему для жизнедеятельности калории и полезные вещества, тогда это расценивается как голодание, и запускается процесс экономии всех ресурсов, начинается накопление жира. Организм бережет вас от смерти, он заботится о вас.

Физические нагрузки тяжелого характера также замедляют обмен веществ. Ну и самое интересное то, что сидячий образ жизни, также зставляет организм накапливать жир, это тоже расценивается организмом как проблема.

Как ускорить процесс обмена веществ? Во всём нужен правильный подход, а именно:

•  Питаться часто и небольшими порциями,соблюдать диету.
•  Уделить внимание спорту
•  Обеспечить организм витаминами и минералами в необходимых количествах
•  Не пропускать завтрак
•  Употребление достаточного количества воды

 

 

Что касается тренировок, то здесь должны преобладать силовые тренировки (бодибилдинг) и кардиотренинг (бег, плавание, велосипед и т.д.).Ваши тренировки должны быть тяжелыми, чтобы вы могли честно похвалить себя после хороших нагрузок, но, они не должны быть изнурительными. Много — не значит хорошо, во всём должна быть золотая середина. Почему нельзя пропускать завтрак? Завтрак — важнейший из всех приемов пищи, который запускает процесс метаболизма, и еще напомню, что после ночи обмен веществ замедляется, но мы его ускорим, вовремя позавтракав. Витамины и минералы нужно принимать дополнительно, чтобы поддерживать оптимальный баланс в организме, опять же — нельзя злоупотреблять фруктами, в них много фруктозы, помните это. Питание часто и небольшими порциями ускоряет ваш метаболизм, оптимально питаться через каждые 2.5 — 3 часа. Ну а вода — неотъемлемая часть всего вышеописанного, употребление нужного количества воды важно необходимо для организма и во время тренировок.

Мой совет: нужно научиться уделять внимание каждой мелочи. Если что — то не учитывать, это скажется на результате, в итоге.  

                                                                                                              Желаю всем успехов и терпения!

 

Обмен веществ(метаболизм)-что это и как его ускорить. |

Обмен веществ (или метаболизм) является важнейшим условием качества нашей жизни.  Он  поддерживает иммунную систему, гормональный баланс и сообщает нам о сбоях, когда происходят нарушения. Благодаря ему происходит рост и обновление клеток, поддерживается жизнь и молодость нашего организма.  От качества обмена веществ будет зависеть здоровье и функциональность всех органов нашего тела.

Обмен веществ является прямым проводом между окружающей средой и телом, и все живые существа (люди, животные и растения ) зависят от него. Так что без него не было бы жизни.

Что такое обмен веществ(или метаболизм)?

Метаболизм — это обмен различными веществами в цикле каждого живого существа. Это превращение инородных веществ в энергию и питательные вещества для организма. Обмен веществ-сложный, универсальный и очень подверженный помехам процесс. Включает в себя все биологические и химические процессы, происходящие в организме. Он, так сказать, участвует во всех операциях. Будь то для обеспечения энергии, для поддержания функций органов или для наращивания клеток организма. Даже наше здоровье зубов тесно связано с метаболизмом. Простейшая форма обмена веществ происходит у растений, там этот процесс называется фотосинтезом.

Функции И Задачи. Как работает обмен веществ?

В задачи метаболизма входит: усвоение, превращение и транспортировка питательных веществ, а также выведение из конечных продуктов. При этом делается различие между Kaтаболизмом и Aнаболизмом. Катаболизм обозначает распад и расщепление питательных веществ на мельчайшие молекулы. Этот процесс высвобождает энергию и поэтому называется энергетическим обменом. Aнаболизм относится к преобразованию, накоплению и хранению этих молекул в клетках организма.

 Даже во сне или состоянии покоя организм потребляет энергию. Обмен веществ должен обеспечить жизненно важные функции. Такие как: дыхание, биение сердца или сохранение деятельности мозга. Этот минимальный уровень энергии называется базовым оборотом. Средний основной обмен взрослого человека составляет около 2000 ккал в день. Если происходит недостаточное снабжение питательными веществами, возникает так называемый голодный метаболизм. При этом замедляются все обменные процессы, в результате чего снижается основной оборот.

Процесс начинается с усвоения питательных веществ. Простирается от их транспортировки до переработки и заканчивается их выведением из организма. Преобразование вещества в энергию, не относящуюся к телу, происходит с помощью различных белков. Эти белки также называются ферментами. Они направляют и ускоряют химические реакции в организме, но сами по себе не изменяются. Благодаря этому процессу обеспечивается не только рост и сохранение организма, но и функционирование внутренних органов. А также получение энергии для физической деятельности.

Метаболизм в основном контролируется нервной системой и гормонами. Но факторы окружающей среды, такие как температура, кислород, потребление пищи и количество физической активности, также влияют на него. Он-прямая связь между окружающей средой и человеческим телом. Именно поэтому он играет важнейшую роль в поддержании нашего здоровья, поскольку оказывает непосредственное влияние на все функции организма.

Процесс поглощения и выведения

Поглощение питательных веществ происходит через пищеварительный тракт. Пища, измельченная в желудке, направляется в кишечник. Там начинается расщепление и превращение их в мельчайшие составляющие. Таким образом, питательные вещества переносятся из кишечника в кровоток и транспортируются с его помощью во все клетки организма.

Преобразование в кишечнике происходит с помощью бактерий и белков. Эти белки называются ферментами. Пища в основном состоит из углеводов, белка, жира, минералов и микроэлементов. При преобразовании углевод разрушается до простого сахара, белок-до аминокислоты, а жир-до жирной кислоты и Глицерида. Теперь кишечник способен выпустить мельчайшие питательные вещества в кровоток и отправить их в путь. Этот процесс называется рассасыванием.

Транспортировка. После поглощения питательных веществ кровоток переносит их во все клетки организма, где они обмениваются, то есть метаболизируются. Основным органом для обмена веществ является печень. Она является самой большой железой в организме человека и, таким образом, выполняет большинство функций. Печень хранит жир и глюкозу, участвует в распаде и детоксикации загрязняющих веществ и отвечает за образование желчи. Выделение. Под экскрецией понимается доставка конечных продуктов обмена через печень и почки. Эти вещества накапливаются в кишечнике ( стул) и мочевом пузыре (моча ) и в конечном итоге выводятся из организма в жидкой или твердой форме.

Нарушение обмена веществ

Заболевания и нарушения обмена веществ, а также возникающие симптомы и дискомфорт

Когда происходит изменение обмена веществ, возникает расстройство, также называемое аномалией. Причины нарушения обмена веществ могут быть очень разнообразными. Различают два вида:-1. врожденное расстройство, обусловленное генетической предрасположенностью и 2.-приобретенное.  Во втором случае возникает например, из-за неправильного питания, потребление никотина и алкоголя или приема лекарств. 

В результате чрезмерного или недостаточного производства различных веществ метаболизм выходит из своего естественного равновесия. Обменные процессы сдвигаются, и происходит дисфункция организма. При длительном нарушении обмена веществ иммунная система ослабляется, жизненные силы снижаются. Они очень разнообразны по ходу и по своей симптоматике. Определение причин зависит от очень подробного медицинского диагноза.

Жалобы

Частыми жалобами, например, диарея или запоры. Наиболее известными признаками острого нарушения обмена веществ являются весьма явные симптомы. Распространенными характеристиками для этого являются: Боли в животе, диарея, запоры, тошнота/рвота, общее истощение, головокружение и проблемы с кровообращением. Наибольшая опасность возникает при поносе и рвоте. Тело высыхает быстрее обычного, что может стать опасным как для младенцев, так и для малышей.

При длительном нарушении организм теряет ценные минералы и микроэлементы, так как они ему больше не доступны. Эта деградация может привести к значительным последствиям в мозге, костном каркасе, зубах и органах. Поэтому нарушение обмена веществ следует обязательно лечить. При врожденном нарушении обмена веществ симптомы сохраняются очень индивидуально. Они часто возникают сразу после рождения и заметны для пострадавших на протяжении всей жизни.

Болезни И Расстройства при нарушении обмена веществ

 Среди наиболее известных заболеваний при нарушенном метаболизме это-расстройство щитовидной железы и диабет.

Щитовидная железа

Очень распространенным метаболическим заболеванием является заболевание щитовидной железы. Орган, расположенный в горле, отвечает за гормональный баланс в нашем организме. Таким образом, в зависимости от расстройства может возникнуть либо перепроизводство, либо недопроизводство гормонов.

Слишком много гормонов вырабатывается при сверхактивной щитовидной железе. Иммунная система пытается отбить избыток гормонов, что заметно из-за сильного потоотделения и потери веса.

Другие типичные признаки сверхактивной щитовидной железы включают утолщение шеи, нервозность и тремор . С другой стороны, гипотиреоз с большей вероятностью производит дефицит гормонов, что может привести к усталости или депрессивному расстройству.

Диабет

Другим нередко встречающимся метаболическим заболеванием является диабет. При этом заболевании наблюдается хроническое нарушение сахарного обмена. Она может быть врожденным-это 1 тип или возникает из-за плохих привычек питания возникающее с возрастом- тип II. В последние годы диабет все чаще стал распространенным заболеванием, так как все больше людей заболевают им в основном из-за неправильного питания. Частный случай-гестационный диабет. Он впервые появляется у матери во время беременности и часто исчезает после родов.

Другие Заболевания

Другие распространенные метаболические заболевания включают:

Ацидоз; Синдром кушинга; Болезнь хранения железа; Ожирение; Подагра; Метаболический Синдром; Тиреоидит; Избыточный вес; Дефицит гормона роста; Сахарная болезнь.

Как ускорить обмен веществ?

Как повысить метаболизм? Многие люди интересуются этим вопросом только тогда, когда хотят снизить свой вес или из-за плохого здоровья. При этом форма диеты играет довольно второстепенную роль. Диеты часто включают риск недостаточного питания организма важными питательными веществами во время голодания. Это приводит к недоеданию и авитаминозу. После диеты, когда недостающие питательные вещества снова доступны, они метаболизируются в двойном-тройном количестве. Происходит эффект жожо. Гораздо важнее и эффективнее наладить здоровые отношения со своим организмом, в которых можно постоянно повышать обмен веществ.

Для этого есть три основных правила:

1.Диетические изменения.

2.Физическая активность.

3.Изменение образа жизни.

Диетические изменения

Есть продукты, которые стимулируют обмен веществ, и те, которые замедляют его. Если вы хотите узнать об этом подробно, вы будете засыпаны противоречивой информацией и мнениями. Важно знать, что не количество потребления калорий решает наш вес, а соотношение питательных веществ друг к другу. , белки и углеводы должны приниматься в сбалансированном соотношении, чтобы обмен веществ был оптимальным. При этом важную роль играет и тип питательных веществ. Следует придерживаться принципа-чем естественнее питательные вещества, тем они здоровее и ценнее для организма. Кроме того, следует позаботиться о достаточном питье, начиная с 2-3 литров/день.

Физическая активность

Во время движения активные мышцы способствуют циркуляции лимфы. Питательные вещества, вода и кислород быстрее переносятся в клетки, а токсины так же быстро выводятся. Жир сжигается, превращается в энергию и, таким образом, не имеет возможности накапливаться в клетках. При этом не нужно мутировать в высокопроизводительного спортсмена. Здоровый и регулярный уровень упражнений в повседневной жизни также помогает очень хорошо. Езда на велосипеде, восхождение по лестнице, упражнения на растяжку и бег-хорошие способы активации мышц и поддержки метаболизма с ними. Как правило, упражнения никогда не может быть слишком много.

Изменение образа жизни

Двумя самыми неблагоприятными факторами для нашего метаболизма являются постоянный стресс и недостаток сна . И то, и другое постоянно приводит к гормональному дисбалансу в организме, тем самым нарушая обмен веществ. Происходит повышенное выделение кортизола. Кортизол-это антистрессовый гормон, который ставит наше тело в состояние тревоги во время стресса. В чрезвычайной ситуации он быстро срабатывает. Но если эта энергия не потребляется, инсулин накапливает ее в наших тканях в виде жира. Поскольку кортизол тесно связан со всеми обменными процессами в организме, стресс оказывает значительное влияние на наше благополучие. Если вы хотите положительно повлиять на обмен веществ вы должны  избегать стресса. Обратить внимание на регулярный и достаточный сон и иметь позитивное отношение к жизни.

Удивительная женщина, мать и, конечно же, одна из самых ярких представительниц российского шоу-бизнеса Ирина Дубцова сегодня расскажет вам о том, как ей удалось сбросить вес. Эксклюзивное откровение только на нашей странице. Итак…

 

 

 

 

Типы метаболизма

У каждого человека метаболизм отличается. Каждый человек, каждое живое существо генетически отличаются друг от друга. Мы помним-на обмен веществ влияют ферменты, которые генетически предопределены. Так что есть люди, у которых от природы быстрый обмен веществ, у других-вялый. Речь идет о высокой или низкой скорости обмена веществ. Точно так же люди могут иметь здоровый или больной метаболизм от рождения.

Здоровый метаболизм находится в равновесии, вы чувствуете себя в форме, любите двигаться и не имеете проблем с пищеварением или весом.

Больной метаболизм сжигает энергию медленнее, вы быстрее устаете, а также быстрее склонны к наращиванию жировых отложений.

Оба варианта могут быть одинаково врожденными. Но-даже тот, у кого вялый обмен веществ, не обязательно должен стать толстым или больным. Здоровый образ жизни, правильное питание и активные физические упражнения также могут стимулировать медленный обмен веществ.

Три типа обмена веществ

В медицине грубо различают три типа обмена веществ. Каждый тип отличается наращиванием мышц, наращиванием скелета, мышечной массой и склонностью накапливать жир.

Мезоморфный тип обладает атлетической фигурой. Быстро наращивает мышцы и имеет очень низкий процент жировых отложений, поэтому он часто имеет более чем среднюю силу тела. Эктоморфный тип обладает стройной фигурой, чаще всего высокого роста и имеет длинные конечности. Он с трудом наращивает мышцы, но почти не прибавляет жира. Волосы выглядят довольно тонкими. У этого типа скорость обмена веществ высока.

Эндоморфный тип имеет более широкую, широкоплечую фигуру, часто тонкие волосы и короткие конечности. Он обычно мал ростом и склонен к избыточному весу. Его метаболизм медленный, поэтому он сжигает поглощенную пищу значительно медленнее и быстро накапливает жир. Благодаря его мягким мышцам весь его внешний вид выглядит довольно мягким и круглым.

Метаболизм-лечение

Что такое метаболический курс ?

Диета HCG-это вариант метаболического лечения.  Курс обмена веществ-это диетическая форма, которая должна позволить похудеть на 12 кг в течение 21 дня. По сравнению с другими диетами здесь нет недостатка питательных веществ. Поэтому предотвращается эффект жожо. Прежде чем принять решение об этом лечении, следует подробно узнать о плюсах и минусах этой диеты.

Курс лечения разделен на четыре этапа:

1. Этап зарядки длится два дня и является контрастной программой для фазы диеты. Здесь можно еще раз все съесть и выпить, после чего у кого-нибудь появится аппетит.

2. Этап диеты должна соблюдаться полностью с первого до последнего дня, ограничивая потребление калорий до 700 ккал в день.

3. Этап стабилизации длится еще 21 день и призвана вернуть метаболизм к нормальной диете, постепенно увеличивая потребление калорий.

4. Этап сохранения не ограничен по времени, поскольку он представляет собой новое и более здоровое питание.

У нас имеются группы в соц.сетях присоединяйтесь к нам!

Facebook

Instagram

Vk.com

Обмен веществ и энергии в организме. Часть 8.

Энергетический обмен. Энергетическая ценность пищевых веществ.

Все пищевые вещества обладают определенным запасом энергии. Организм называют трансформатором энергии, ибо в нем постоянно происходят специфические превращения питательных веществ, приводящие к освобождению энергии и переходу ее из одного вида в другой.

Соотношение между количеством энергии, получаемой с пищей, и количеством затрачиваемой энергии носит название энергетического баланса организма. Для его изучения необходимо определение энергетической ценности пищи.

Исследования показали, что каждый грамм полисахаридов и белков дает 17,2 кДж. При распаде жиров освобождается 38,96 кДж. Отсюда следует, что энергетическая ценность различных пищевых веществ неодинакова и зависит от того, какие в данном веществе содержатся питательные вещества. Так, например, энергетическая ценность орехов оказывается равной 2723,5 кДж, сливочного масла — 3322,2 кДж и т.д. Энергетическая ценность пищевых веществ не всегда совпадает с их физиологической ценностью, ибо последняя еще определяется способностью к усвоению. Пищевые вещества животного происхождения усваиваются лучше, чем растительного.

Методы определения обмена веществ.

Количество энергии, освобождающееся в организме, зависит от химических превращений веществ в нем, т.е. от обменных процессов. Отсюда следует, что количество тепла, выделенное организмом, может служить показателем обмена веществ. Определение количества тепла, т.е. количества калорий, выделенных организмом, дает всю сумму энергетических превращений в виде конечного теплового итога. Такой способ определения энергии носит название прямой калориметрии. Определение количества калорий методом прямой калориметрии производится с помощью калориметрической камеры, или калориметра. Этот метод определения энергетического баланса трудоемкий.

Все эти определения можно произвести гораздо проще, изучая газообмен. Определение количества энергии, выделенной организмом, с помощью изучения газообмена, получило название непрямой калориметрии. Зная, что все количество энергии, выделяемой в организме, есть результат распада белков, жиров и углеводов, зная также, какое количество энергии выделяется при распаде этих веществ и какое количество их подверглось распаду за определенный промежуток времени, можно вычислить количество освобождающейся энергии. Для того, чтобы определить, какие вещества подверглись в организме окислению — белки, жиры или углеводы, вычисляют дыхательный коэффициент. Под дыхательным коэффициентом понимают отношение объема выделенной углекислоты к объему поглощенного кислорода. Дыхательный коэффициент оказывается различным при окислении белков, жиров и углеводов. Суммарная формула распада углеводов выражается следующим уравнением:

(C6H10O5)n + 6nO2 = 6nCO2 + 5nH2O.

Отсюда CO2/O2 = 6/6 = 1.

Для жиров дыхательный коэффициент равен 0,7.

Зная величину дыхательного коэффициента, по таблицам можно определить тепловой эквивалент кислорода, которым называют количество освобождаемой энергии на каждый литр потребленного кислорода. Тепловой эквивалент кислорода неодинаков при разных значениях дыхательного коэффициента. Для определения количества потребленного кислорода и выделенной углекислоты пользуются методом Дугласа-Холдена. Испытуемый берет в рот мундштук, нос закрывает, и весь выдыхаемый за определенный промежуток времени воздух собирается в резиновый мешок. Объем выдохнутого воздуха определяется с помощью газовых часов. Из мешка берут пробу воздуха и определяют в ней содержание кислорода и углекислого газа; вдыхаемый воздух содержит определенное их количество. Отсюда по разности в процентах вычисляют количество потребленного кислорода, выделенного углекислого газа и дыхательный коэффициент. Затем находят соответствующий его величине тепловой эквивалент кислорода, который умножают на количество литров потребленного кислорода. При этом получают величину обмена за тот промежуток времени, в течение которого производилось определение газообмена. Затем переводят эту величину на сутки.

Основной и общий обмен веществ.

Различают общий обмен веществ и обмен веществ при полном покое. Обмен веществ в покое организма называют основным. Его определяют при следующих условиях: человек получает последний раз пищу за 12 ч до опыта. Испытуемого укладывают в постель и спустя 30 мин начинают определение газообмена. В этих условиях энергия тратится на работу сердца, дыхание, поддержание температуры тела и т.д. Но эта затрата энергии невелика. Главные затраты при определении основного обмена связаны с химическими процессами, всегда имеющими место в живых клетках. Величина основного обмена составляет от 4200 до 8400 кДж в сутки для мужчин и от 4200 до 7140 кДж — для женщин.

Обмен веществ может значительно изменяться при различных условиях. Так, например, во время сна обмен оказывается значительно меньшим. Интенсивность основного обмена во время сна уменьшается на 8-10% по сравнению с исследованием во время бодрствования. Во время работы, при мышечной нагрузке, наоборот, обмен значительно увеличивается. Увеличение обмена тем значительней, чем интенсивнее была мышечная нагрузка. В связи с этим работники различных профессий тратят неодинаковое количество энергии в сутки (от 12600 до 21000 кДж). Умственная работа вызывает незначительное повышение обмена веществ: всего на 2-3%. Всякие эмоциональные возбуждения неизбежно приводят к повышению обмена веществ. Обмен веществ изменяется и под влиянием приема пищи. После приема пищи обмен возрастает на 10-40%. Влияние пищи на обмен веществ не зависит от деятельности желудочно-кишечного тракта, оно обусловлено специфическим действием пищи на обмен. В связи с этим и принято говорить о специфическо-динамическом действии пищи на обмен, понимая под этим его увеличение после принятия пищи.

Что такое метаболизм энергии? (с иллюстрациями)

Энергетический обмен обычно определяется как совокупность химических процессов в организме. Эти химические процессы обычно принимают форму сложных метаболических путей внутри клетки, которые обычно классифицируются как катаболические или анаболические . У людей исследование того, как энергия течет и обрабатывается в организме, называется биоэнергетика и в основном связано с тем, как макромолекулы, такие как жиры, белки и углеводы, распадаются, чтобы обеспечить полезную энергию для роста, восстановления и физической активности. ,

Окисление жирных кислот способствует продолжительной активности, например, марафонскому бегу.

Анаболические пути используют химическую энергию в форме аденозинтрифосфата (АТФ) для обеспечения работы клеток.Построение макромолекул из более мелких компонентов, таких как синтез белков из аминокислот и использование АТФ для сокращения мышечных сокращений, являются примерами анаболических путей. Чтобы привести в действие анаболические процессы, АТФ отдает одну молекулу фосфата, высвобождая накопленную энергию в процессе. Как только запас АТФ в рабочей клетке истощается, для продолжения клеточной работы в результате катаболического метаболизма энергии должно быть произведено больше.

Мышечный ожог происходит по мере прогрессирования гликолиза.

Катаболические пути — это те пути, которые расщепляют большие молекулы на составные части, высвобождая при этом энергию. Человеческое тело способно синтезировать и хранить свой собственный АТФ посредством анаэробного и аэробного энергетического метаболизма.Анаэробный метаболизм происходит в отсутствие кислорода и связан с короткими интенсивными выбросами энергии. Аэробный метаболизм — это расщепление макромолекул в присутствии кислорода, связанное с упражнениями с меньшей интенсивностью, а также с повседневной работой клетки.

У спринтеров и других спортсменов, которым необходим рост скорости на коротких дистанциях, хорошо развиты быстро сокращающиеся мышечные волокна.

Анаэробный энергетический метаболизм происходит в двух формах: АТФ-креатинфосфатная система и быстрый гликолиз . Система АТФ-креатинфосфат использует запасенные молекулы креатинфосфата для восстановления истощенного и разложенного АТФ до его низкоэнергетической формы, аденозиндифосфата (АДФ).Креатинфосфат отдает АДФ молекулу фосфата с высокой энергией, тем самым заменяя использованный АТФ и восстанавливая энергию клетки. Мышечные клетки обычно содержат достаточно свободно плавающего АТФ и креатинфосфата, чтобы обеспечить примерно десять секунд интенсивной активности, после чего клетка должна переключиться на процесс быстрого гликолиза.

Клетки питаются от АТФ, который в основном синтезируется митохондриями.

При быстром гликолизе АТФ синтезируется из глюкозы в крови и гликогена в мышцах, а в качестве побочного продукта образуется молочная кислота. Эта форма энергетического метаболизма связана с короткими интенсивными всплесками активности & mash; такие как пауэрлифтинг или спринт — когда кардиореспираторная система не успевает доставлять адекватный кислород рабочим клеткам.По мере прогрессирования гликолиза молочная кислота накапливается в мышцах, вызывая состояние, известное как лактоацидоз или, более неофициально, ожог мышц. Быстрый гликолиз производит большую часть АТФ, который используется от десяти секунд до двух минут упражнений, после чего кардиореспираторная система получает возможность доставлять кислород к работающим мышцам, и начинается аэробный метаболизм.

Жиры, белки и углеводы расщепляются, чтобы обеспечить энергию.

Аэробный метаболизм происходит одним из двух способов: быстрый гликолиз или окисление жирных кислот . Быстрый гликолиз, как и медленный гликолиз, расщепляет глюкозу и гликоген с образованием АТФ. Однако, поскольку это происходит в присутствии кислорода, процесс представляет собой полную химическую реакцию.В то время как быстрый гиколиз производит две молекулы АТФ на каждую метаболизируемую молекулу глюкозы, медленный гиколиз может производить 38 молекул АТФ из того же количества топлива. Поскольку во время реакции не происходит накопления молочной кислоты, быстрый гликолиз не вызывает ожога мышц или усталости.

Наконец, самая медленная и самая эффективная форма энергетического метаболизма — это окисление жирных кислот.Это процесс, используемый для активизации таких видов деятельности, как пищеварение, восстановление и рост клеток, а также длительные физические упражнения, такие как марафонский бег или плавание. Вместо использования глюкозы или гликогена в качестве топлива этот процесс сжигает жирные кислоты, которые хранятся в организме, и способен производить до 100 молекул АТФ на единицу жирных кислот. Хотя это высокоэффективный и энергоемкий процесс, он требует большого количества кислорода и происходит только через 30–45 минут малоинтенсивной активности.

Аденозинтрифосфат обеспечивает перемещение пищи по пищеварительному тракту. ,

Энергетический метаболизм — определение энергетического метаболизма The Free Dictionary

«Роли генов, участвующих в энергетическом метаболизме, также влияют на обучение и память, и эта роль меняется со временем», — говорит Корднер. Авторы пишут, что «Прием пищи синхронно с циркадными ритмами за счет раннего приема пищи в дневное время, по-видимому, снижает массу тела и улучшается. метаболическое здоровье «. Однако они добавляют, что неясно, какие механизмы могут приводить в действие «эти эффекты потери веса». Таким образом, новое исследование является «первым рандомизированным исследованием, чтобы определить, как время приема пищи влияет на 24-часовой энергетический обмен, когда потребление пищи совпадает с частотой приема пищи».«Исследователи сравнили две группы людей, которые ели одно и то же три раза в день в течение 4 дней, но с разным временем: режим раннего ограниченного по времени кормления (eTRF) и контрольный график. Исследование, опубликованное в журнале« Ожирение », показало, как Время приема пищи влияет на 24-часовой энергетический обмен, если потребление пищи и частота приема пищи совпадают. САН АНТОНИО — У взрослых с нормальным весом небольшое контролируемое исследование показало, что дневной график приема пищи способствует снижению веса и положительному профилю окисления топлива, энергии метаболизм и гормональные маркеры по сравнению с ночным режимом питания, независимо от количества потребляемых калорий.САН-АНТОНИО — У взрослых с нормальным весом небольшое контролируемое исследование показало, что дневной режим питания способствует снижению веса и положительному профилю окисления топлива, энергетического метаболизма и гормональных маркеров по сравнению с ночным режимом питания, независимо от количества потребляемых калорий. . Отсутствие такого белка в рационе может вызвать ведущий дефицит белкового энергетического метаболизма (PEM). Конечные точки включают количественные когнитивные и двигательные оценки, функциональные и сообщаемые пациентом результаты, а также визуализационные измерения изменения энергетического обмена и объемную МРТ в определенных условиях. области мозга.Предпосылки: Капсула Shensong Yangxin (SSYX), традиционная китайская медицина, использовалась для лечения аритмий, стенокардии, ремоделирования сердца, сердечного фиброза и т. Д., Но ее влияние на метаболизм сердечной энергии до сих пор неясно. Rafael Pharma продвигает свои программы клинических испытаний CPI-613 как у пациентов с раком поджелудочной железы, так и у пациентов с острым миелоидным лейкозом (AML), для исследования и разработки дополнительных молекул на своей платформе, ориентированной на измененный энергетический метаболизм, а также для общих корпоративных целей.Чтобы проверить влияние вторичного метаболита растений на энергетический обмен и термогенез, были измерены изменения скорости метаболизма в покое (RMR), неподвижного термогенеза (NST) и потребления энергии в рационах, получавших Eothenomys miletus, содержащих 0, 3,3% и 6,6% дубильной кислоты. Согласно True, новые жевательные конфеты Daily Energy для взрослых от Nature Made идеально подходят для взрослых, которым нужен вкусный способ поддержать долгосрочный ежедневный энергетический обмен. ,

Энергетический метаболизм I | Биология

Вдохновение может исходить из многих мест. Иногда изобретателей вдохновляют новые открытия в науке, а иногда все наоборот — ученых вдохновляют новые разработки в промышленности. Именно это произошло в начале 20 века, когда движущаяся сборочная линия достигла совершеннолетия.

Впервые представленная Генри Фордом в 1907 году, сборочная линия была не просто потоком автомобильных запчастей, переходящим от одного рабочего к другому.Вместо этого это была многопутевая система с множеством сборочных групп. Конечно, существовала основная сборочная линия, которая начиналась с колес и днища каждой машины и заканчивалась готовым автомобилем, но были также дополнительные ответвительные линии, входящие в основную линию в разных точках. Эти вспомогательные линии разработали компоненты, которые необходимо было предварительно собрать индивидуально, прежде чем они могли войти в каждую машину. Для двигателя, кузова, сидений и дверей была выделена специальная линия, и перемещение деталей через каждую из них было рассчитано таким образом, чтобы обеспечить скоординированную доставку компонентов на главную сборочную линию (рис. 1).

Рис. 1 : Рабочие на первом движущемся сборочном конвейере собирали магнето и маховики для автомобилей Ford 1913 года выпуска. изображение © NARA

Если что-то замедлит работу одной группы — например, нехватка деталей — замедлится вся система.В таких случаях готовые компоненты из других групп будут накапливаться, поскольку их нельзя будет поместить в новые вагоны на главной линии. Но когда все участки работали по графику, новые автомобили Model T формировались очень быстро. Фактически, работая таким образом, Ford мог производить тысячи автомобилей в день, что было значительным шагом вперед по сравнению с ранее изготовленными на заказ автомобилями, которые были чрезвычайно дорогими и доступными только для богатых. Другие отрасли быстро переняли подход к сборочной линии.

К началу 20 ^{— го} века ученые в различных областях уже осознавали, что природа работает циклически.Геологи знали, что вода должна циркулировать через землю, океаны и облака; астрономы выясняли, что гигантские газовые облака рождают звезды одну за другой; так же начали думать химики и биологи. Но теперь, когда ученые видят, насколько эффективно сборочные линии могут производить автомобили и другие большие машины той эпохи, этот велосипедный аспект природы теперь стал центральным. Может ли сборка звезд из газа, облаков из воды или камней из лавы работать как своего рода естественный конвейер? Более того, может ли обработка молекул происходить на микроскопическом уровне внутри клеток организованным образом, как если бы она проходила через крошечную фабрику?

В 1920-х и 1930-х годах биохимики начали открывать ферментов — белков в наших клетках, которые катализируют химические реакции.Простые реакции разрабатывались довольно быстро, а более сложные химические реакции изучать было трудно. Например, если человек потреблял соединение A с пищей, а затем выводил соединение E с мочой, как именно это произошло? Превратили ли соединение A в E напрямую? Или процесс происходил поэтапно, как на сборочной линии, с соединениями B, C и D, создаваемыми в процессе в качестве посредников? Были ли притоки, генерирующие различные компоненты, которые требовались в разных точках?

Преобразование топлива в энергию клеток

Во многих случаях идея конвейера казалась единственной, которая имела смысл концептуально.Рассмотрим, например, глюкозу , широко известную как сахар в крови. (См. Структуру молекулы глюкозы на рисунке 2.) На рубеже 20–900–12– годов ученые знали, что глюкоза является одним из основных видов топлива или источников энергии для животных, бактерий и дрожжей. Поджиг глюкозы в лаборатории произвел углекислый газ (CO ₂ ) и воду (H ₂ O) — те же соединения, которые вырабатывались животными во время тренировок. Однако никто не верил, что в камерах могут быть крошечные огни внутри.Наблюдения под микроскопом определенно не показали никакого пламени. Тем не менее люди действительно чувствуют жжение в мышцах во время тяжелых упражнений.

Рисунок 2 : D-глюкоза по формуле C ₆ H ₁₂ O ₆ .

Понимая, что расщепление горючего, вероятно, происходит в управляемой серии шагов, исследователи представили ферменты, работающие как фабричные рабочие, изменяя различные части определенного химического соединения.Подобно рабочим на конвейере, каждый фермент вносил одно особое изменение в каждую молекулу. Затем измененная молекула будет модифицироваться, шаг за шагом, различными ферментами, и это может происходить не только во время разложения топлива; это также могло произойти во время производства или синтеза необходимых биологических молекул с использованием более простых химикатов в качестве строительного материала.

Глюкоза и другие сахара принадлежат к классу макромолекул, называемых углеводами (см. Наш модуль «Углеводы»).Наряду с липидами и белками углеводы играют в организмах множество ролей, одна из которых — обеспечение клеток энергией. Хотя глюкоза и жиры (класс липидов) являются предпочтительными энергетическими соединениями, белки также могут использоваться в качестве топлива (см. Наши модули «Липиды» и «Жиры и белки», чтобы узнать больше). Как и бревна хижины, белки состоят из строительных блоков, называемых аминокислот , которые можно использовать по-разному. Их можно собрать вместе, чтобы создать структуру кабины, но при необходимости их также можно сжечь как дрова, чтобы сохранить тепло.

Контрольная точка понимания

Что из перечисленного способствует расщеплению или накоплению химических веществ в организме?

Внутри структур, называемых митохондриями , , микроскопическими электростанциями в клетках эукариот, (рис. 3), расщепленные кусочки углеводов, жиров и белков объединяются, образуя своего рода обратную сборочную линию, которая движется вокруг и вокруг в цикле.По мере прохождения цикла различные биты, богатые энергией, включаются на разных станциях. В то же время цикл отправляет другие продукты в другие зоны электростанции. Путь имеет много названий, в том числе цикл лимонной кислоты и цикл трикарбоновых кислот (TCA) , из-за соединений, которые циклируются внутри него. Однако он также известен как цикл Кребса , в честь его первооткрывателя сэра Ганса Адольфа Кребса.

Рисунок 3 : Схема типичной животной клетки.Цифра 9 указывает на структуру митохондрий в клетке. изображение © Kelvinsong

Циклические сборочные линии

Кребс родился 25 августа 1900 года в Германии, получил степень доктора медицины и начал свою исследовательскую карьеру, работая с Отто Генрихом Варбургом. Пионер в биохимии, Варбург был изобретателем манометра, прибора, который мог измерять кислород и другие газы в крови и других жидкостях.Варбург был одним из ведущих биохимиков во всем мире, а в начале 20 века его страна была лучшим местом для получения образования новыми исследователями, такими как Кребс. Германия в то время была мировым центром научных исследований, особенно во всех областях химии. Немецкие публикации в исследовательских журналах были настолько частыми, что студенты, стремящиеся к науке, во всем мире изучали немецкий язык только для того, чтобы подготовиться к чтению новых статей. Это был мир, в котором Кребс достиг совершеннолетия.

Кребс открыл цикл мочевины

Используя манометр Варбурга, Кребс сделал свое первое большое открытие, цикл мочевины (также называемый орнитиновым циклом ).К концу 1920-х годов было хорошо известно, что при расщеплении аминокислот у животных должен выделяться аммиак (NH ₃ ). Кребс пришел к выводу, что аммиак токсичен, но каким-то образом организм способен преобразовать его в мочевину , химическое вещество, которое легко выводится с мочой. Обдумывая стиль конвейера, Кребс и его ученик Курт Хенселейт придумали гипотетический набор реакций, начиная с превращения орнитина в другое химическое вещество путем получения части аминокислот, содержащих аммиак.Манометр позволил Кребсу проанализировать образцы печени животных, подвергшихся воздействию промежуточных химикатов, которые, как они подозревали, были сделаны из орнитина. Кребс и Хенселейт смогли проверить и скорректировать свою гипотезу, реакция за реакцией. Путь реакций представлял собой цикл, потому что после ряда шагов орнитин был воссоздан. По мере того, как это происходило, все больше и больше аммиака превращалось в мочевину. Таким образом, пока аминокислоты постоянно расщепляются в печени, цикл мочевины будет вращаться вокруг и вокруг, удаляя аммиак, так что он не накапливается и не убивает организм.Это было эпохальное открытие, сделавшее Кребса всемирно известным, когда он опубликовал свои открытия в 1932 году (рис. 4).

Рисунок 4 : Ганс Адольф Кребс

Вскоре после этого его уволили. Как и многие другие ученые в Германии, Кребс был уволен со своей должности, когда нацисты пришли к власти в 1933 году, либо потому, что они были евреями, как Кребс, либо потому, что они выступали против нацистов.До 1933 года Германия была локомотивом во всех областях науки, и немцы получали множество Нобелевских премий. Это внезапно закончилось возвышением Адольфа Гитлера.

Кребс переехал в Англию вместе со многими другими учеными, бежавшими из земель, контролируемых нацистами. Хотя он не смог привезти большую часть своего личного имущества, он взял с собой большую часть своего лабораторного оборудования, включая манометр Варбурга, который оказался столь полезным в раскрытии секретов цикла мочевины.

Контрольная точка понимания

Кребс потерял работу, потому что

Путь гликолиза: Эмбден и Мейерхоф

Учитывая цикл мочевины, Кребс хотел сосредоточиться на отслеживании того, что происходит с углеводами в клетке. Во время учебы в Университете Шеффилда Кребс установил манометр и начал разрабатывать химию.Одной из его главных целей было составить карту окончательной судьбы глюкозы в присутствии кислорода. К этому времени начальный расщепление глюкозы было уже понятно, шаг за шагом. Этот начальный процесс, известный как гликолиз, расщепляет каждую молекулу глюкозы на две более мелкие молекулы, называемые пируватом .

Этапы гликолиза были разработаны двумя биохимиками, Густавом Эмбденом и Отто Фрицем Мейерхоф. (Через несколько лет после Кребса Мейерхоф также бежал из нацистской Германии, потому что был евреем.) В отличие от сжигания глюкозы до хрустящей корочки в лаборатории, превращение глюкозы в пируват в клетках тщательно контролируется ферментами. На каждом этапе пути гликолиза Эмбдена-Мейерхофа есть свой собственный фермент, который выполняет специализированную процедуру для одной молекулы за другой, как фабричный рабочий на определенной рабочей станции.

В процессе расщепления глюкозы на пируват гликолиз обеспечивает клетку примерно энергией и не требует кислорода (рис. 5).Это хорошо, поскольку многие организмы живут в среде, где даже нет кислорода. Фактически, сегодня мы знаем, что ферменты, контролирующие гликолиз, возникли очень рано в истории жизни, еще до того, как в океанах или атмосфере Земли появился кислородный газ.

Рисунок 5 : Схема процесса гликолиза, происходящего в цитоплазме клетки.изображение © RegisFrey

Понимание гликолиза оставило большой вопрос: что происходит с пируватом после того, как он образуется при расщеплении глюкозы? Ко времени Кребса было известно, что ответ зависел от доступности кислорода. Также было известно, что некоторые микроорганизмы, а также мышцы животных производят химическое соединение под названием молочная кислота . Оказывается, причина в том, что молочная кислота очень похожа на пируват.Когда кислород недоступен — или у организмов, которые не могут использовать кислород, даже если он доступен, пируват превращается в молочную кислоту в качестве побочного продукта. Это то, что происходит в мышечных клетках во время интенсивных упражнений, особенно у человека, который недостаточно разогрелся.

Однако, как знал Кребс, в клетках должно было происходить нечто большее, когда кислород был доступен . Одна из причин, по которой разогревание помогает мышцам, заключается в том, что он приносит больше кислорода в мышечные клетки, что позволяет преобразовать пируват не в молочную кислоту, а в нечто иное.Подобно тому, как в вашем автомобиле есть каталитический нейтрализатор, функция которого заключается в извлечении большего количества энергии из отработанного топлива после его первого прохождения через двигатель, клетки аэробных (сжигающих кислород) организмов обладают высокоэффективной системой для разложения топлива на конечный конечный продукт: диоксид углерода (CO ₂ ).

Контрольная точка понимания

Пируват похож на

Цикл Кребса

Когда исследователи сожгли сахар в лаборатории, они знали, что кислород необходим для разжигания огня.Это предполагает, что метаболизм глюкозы также требует кислорода, по крайней мере, когда глюкоза полностью расщепляется до CO ₂ и H ₂ О. Кребс знал, что ключ к пониманию того, как большая часть энергии извлекается из глюкозы, лежит в чтобы понять, что случилось с пируватом при наличии кислорода. Очевидно, это было нечто иное, чем то, что происходило в отсутствие кислорода. Представьте себе развилку дорог, в которой пируват образуется в результате расщепления глюкозы. Без кислорода пируват превращается в молочную кислоту, но присутствие кислорода открывает путь к альтернативному пути, который заканчивается не молочной кислотой, а CO ₂ .Все, что нужно было сделать Кребсу, — это выяснить различные этапы, которые происходили на этом пути. К счастью, у него все еще был удобный манометр, и, к счастью, ему не пришлось начинать с нуля. Несколько реакций, которые Кребс собирался обнаружить в качестве шагов в своем новом цикле, уже были известны как независимые реакции на исследованиях более старшего биохимика Альберта Сент-Дьёрдьи. Кребс постулировал, что реакции могут быть связаны в цикл, точно так же, как реакции цикла мочевины, которые он открыл еще в Германии.

Метод исследования Кребса заключался в том, чтобы дать кусочкам говяжьей печени пропитаться растворами различных химикатов. Затем с помощью манометра Варбурга Кребс смог увидеть, как неопознанные ферменты печени изменят различные химические вещества в растворах. Тестируя реакции одну за другой, он обнаружил, что расщепление углеводов, липидов и белков действительно происходит циклически. Этот цикл, более крупный и сложный, чем цикл мочевины, оказался центральным путем всей метаболической активности клетки.Кребс определил реакции цикла к 1937 году, хотя и скорректировал их в течение следующего десятилетия. Часть этой настройки привела его к открытию еще одного цикла, маленького, названного циклом глиоксилата , который действовал как обходной путь для части цикла Кребса.

Контрольная точка понимания

Кребс известен тем, что открыл

Перемещение молекул с рабочей станции на рабочую станцию ​​

Размышление о цикле Кребса с точки зрения рабочих станций — это способ в общих чертах вспомнить, какие типы химических соединений входят в цикл в определенные моменты, во что они превращаются в результате вступления в цикл и какие соединения затем покидают цикл в разных точках.Поскольку это круговой путь, у него нет ни начала, ни конца. Однако для изучения цикла Кребса «первая» реакция — это превращение оксалоацетата в цитрат. Хотя между оксалоацетатом и цитратом есть несколько различий, наиболее важным различием является то, что цитрат является более крупной молекулой. Его «скелет» состоит из шести атомов углерода, а у оксалоацетата — всего четыре. Каков источник двух дополнительных атомов углерода? Химические уравнения, которые выписал Кребс, говорят ему, что источником двух атомов углерода может быть ацетат, который должен поступать извне цикла.Смешав оксалоацетат с образцами печени, Кребс смог проверить свою гипотезу. Используя манометр Варбурга для измерения изменений содержания кислорода и CO ₂ в его смеси, Кребс мог определить, когда цикл меняется. Образцы печени содержат ферменты, контролирующие реакции, в том числе фермент, который добавляет два атома углерода к оксалоацетату, образуя цитрат. Это означало, что Кребс мог добавлять в смесь разные источники углерода один за другим и смотреть, какие из них позволяют циклу продолжаться.Делая это, он подтвердил, что ацетат был необходимым субстратом. В пробирке, как и в клетках его образцов печени, ацетат должен был поступать извне. В противном случае цикл остановился бы.

Открытие того, что ацетат присоединяется к циклу реакций, ведущих к извлечению энергии из пищи, было важным открытием, потому что и сахар, и жиры — основные источники пищевой энергии для всех организмов — могут быть расщеплены на ацетат, как и некоторые аминокислоты.Кребс понял, что пируват, продукт первоначального распада глюкозы, очень похож на ацетат, за исключением того, что у пирувата есть один дополнительный углерод. Если удалить лишний углерод из пирувата, оставшаяся молекула легко превратится в ацетат.

Контрольная точка понимания

Большая часть нашей энергии поступает из _____ в нашем рационе.

Сама молекула ацетата мала и хорошо диффундирует, поэтому она должна сопровождаться вокруг клетки гораздо более крупной молекулой-носителем, называемой коферментом A (Co-A).Однако, как только ацетат с двумя атомами углерода соединяется с оксалоацетатом с четырьмя атомами углерода, Co-A может взять другой ацетат и повторить процесс. Между тем, в клетке появилась новая молекула цитрата с шестью атомами углерода.

Понимая, что он имеет дело с циклическим путем, Кребс обнаружил, что цитрат сохраняется недолго. После изменения формы он сокращается до пятиуглеродной молекулы, а затем снова до четырехуглеродной молекулы, которая затем несколько раз модифицируется до тех пор, пока не будет получен оксалоацетат, готовый к объединению с новым ацетатом для получения большего количества цитрат, и цикл повторяется в другой раз.Это настоящий цикл, потому что продукт цикла — оксалоацетат — также является первым ингредиентом следующего цикла. (См. Рисунок 6.)

Рисунок 6 : Подробный цикл Кребса. изображение © Agrotman

Куда деваются атомы углерода, когда они обрываются, когда цикл идет от шести до пяти и обратно до четырехуглеродных единиц? Цикл происходит только у аэробных организмов, форм жизни, которые используют кислород, и с помощью манометра Варбурга Кребс обнаружил, что часть углерода, удаленного из основного соединения, соединяется с атомами кислорода с образованием CO ₂ .

Контрольная точка понимания

Цикл Кребса происходит в

.

АТФ, валюта клеточной энергии

Энергия, содержащаяся в жирных кислотах, глюкозе и аминокислотах, удерживается в различных химических связях, которые удерживают отдельные атомы вместе. Чаще всего мы храним энергию, полученную от этих химических связей, в молекуле под названием АТФ.АТФ часто называют клеточной валютой энергии. Так же, как экономическая валюта, такая как долларовая банкнота, энергетическая валюта АТФ может быть использована для «покупки» любых реакций или действий, которые необходимы клетке. Энергетический метаболизм также зависит от химического соединения, называемого ГТФ, которое почти не отличается от АТФ. Продолжая аналогию с долларовой банкнотой, можно представить GTP как серебряную долларовую монету. Он встречается не так часто, как обычный бумажный доллар, но имеет такую ​​же ценность, и их можно легко обменять.Когда биологическое топливо, такое как глюкоза, расщепляется, молекулы АТФ и GTP производятся в разных точках конвейера.

Кребс обнаружил, что при расщеплении сахаров и жиров на CO ₂ в ходе цикла многих химических реакций образуется АТФ и ГТФ, которые клетка может использовать для управления всевозможными реакциями и действиями. Однако чего-то явно не хватало. Во-первых, количество АТФ и ГТФ было намного меньше, чем он предсказывал.Ученые знали, сколько калорий содержится в сахаре и жирах, и большая часть этой энергии все еще не учитывалась в реакциях, обнаруженных Кребсом. Во-вторых, кислород не требовался напрямую ни для одной из реакций, открытых Кребсом. Почему кислород был так важен для сбора энергии сахаров и жиров, если он не требовался для их расщепления?

Два новых носителя энергии

Если присмотреться к химическим связям молекул пищи, то энергия, которая сначала присутствует в этих связях, на самом деле переносится электронами, которые образуют ковалентные связи.Каждая связь образована парой электронов, и в зависимости от того, как расположены различные атомы, электронные пары могут удерживать разное количество энергии. В ходе химических реакций, которые собирают энергию от молекул пищи для образования АТФ и ГТФ, пары электронов, удерживающих энергию, физически передаются от одного химического соединения к другому, и различные соединения, переносящие электроны, называются переносчиками электронов ,

В ходе цикла Кребса образуются два соединения, которые не возвращаются в цикл.Они не являются АТФ или ГТФ, и их функция не была очевидна для Кребса. Этими соединениями были НАДН и ФАДН ₂ , полученные из их предшественников НАД ⁺ и ФАДН ⁺ , как показано на рисунке 7 (подробнее об этих соединениях можно узнать в нашем модуле «Энергетический метаболизм II»). Кребс знал, что НАДН также образуется при гликолизе, поэтому он подозревал, что выяснение того, что они делают, вероятно, ответит на вопрос, откуда берется остальная часть АТФ в клеточном дыхании.

Рис. 7 : Схема действия внутри митохондрий, показывающая цикл Кребса (также называемый циклом лимонной кислоты) и цепь переноса электронов.изображение © RegisFrey

Открытие цикла Кребса принесло Гансу Адольфу Кребсу Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1953 году, а пять лет спустя — рыцарское звание. Хотя Кребс не открыл следующую фазу клеточного дыхания — окислительное фосфорилирование, — его работа с циклом мочевины и циклом Кребса, вероятно, помогла вдохновить на эти открытия, потому что, как оказалось, окислительное фосфорилирование также было своего рода сборочным конвейером.

Сводка

Пища питает наши тела, но как наше тело превращает молекулы пищи в полезную энергию? Этот модуль рассматривает гликолиз и цикл Кребса, две важные стадии клеточного дыхания, процесс, с помощью которого клетки собирают энергию из пищи. В нем подчеркивается работа сэра Ганса Адольфа Кребса и его внимание к циклическим путям, когда он открыл основной биохимический путь расщепления топлива с целью производства энергии.

Ключевые понятия

• В клетке химические соединения собираются, разбираются и перемещаются по путям, которые напоминают движущиеся сборочные линии.

• Основными типами биологических макромолекул, которые клетки используют в качестве топлива, являются сахара, жиры и белки.

• Основной биохимический путь, по которому происходит распад биологического топлива, называется циклом Кребса. Названный в честь своего первооткрывателя, сэра Ганса Адольфа Кребса, этот путь похож на круговую сборочную линию.

Дэвид Вармфлэш, доктор медицины, Натан Х. Ленц, доктор философии. «Энергетический метаболизм I» Visionlearning Vol. БИО-4 (3), 2015.

,

Энергетический обмен | определение энергетического обмена по Медицинскому словарю

Хорошо известно, что гипертрофия миокарда часто сопровождается нарушениями сердечного энергетического метаболизма и что нарушения сердечного метаболизма усугубляют патологическое прогрессирование сердечной гипертрофии до сердечной недостаточности. Eothenomys miletus, Дубильная кислота, энергетический обмен, масса тела, потребление энергии ». Nature Made Daily Energy Adult Gummies обеспечивает ежедневную питательную поддержку, чтобы помочь вам оставаться активными в течение дня, включая пять других витаминов группы B для ежедневного энергетического метаболизма, а 10 ключевых питательных веществ обеспечивают ежедневную питательную поддержку », — отмечает Истин.Все раковые клетки, независимо от их тканевого происхождения, обнаруживают дефект митохондриального энергетического метаболизма. Взгляд на рак как на генетическое заболевание вызывает путаницу и в значительной степени является причиной неудач в лечении болезни. Клетки, подвергшиеся воздействию коричного альдегида, имели аддукты коричного альдегида с окислительно-восстановительными белками и белками энергетического метаболизма. Робертс, доктор философии, директор лаборатории энергетического метаболизма, Жан Майер Центр исследования питания человека Министерства сельского хозяйства США по проблемам старения, 711 Вашингтон-стрит, Бостон, Массачусетс 02111. В исследовании на мышах ученые показали, что черный чай изменяет энергетический обмен в печени, изменяя метаболиты кишечника.В статье под названием «Кинетическое моделирование митохондриального энергетического метаболизма нейрональных клеток: влияние сниженной активности α-кетоглутаратдегидрогеназы на производство АТФ и генерацию активных форм кислорода» [1], на рисунке 1 была обнаружена ошибка в декарбоксилирование пирувата до ацетил-КоА должно сопровождаться превращением NAD в NADH, а не NADH в NAD. Предыдущие исследования показали, что химические вещества зеленого чая, называемые полифенолами, абсорбируются и изменяют энергетический метаболизм в печени.«Микроорганизмы в нашем кишечнике влияют на наш энергетический обмен, облегчая расщепление углеводов, белков и клетчатки», — сказал Джонатан Шейман, аспирант Гарвардской медицинской школы. Как мы хорошо знаем, «эффект Варбурга» является основной теорией. об энергетическом обмене в раковых клетках. Продукт содержит витамин D для поддержки здоровья костей, зубов, мышц и иммунитета; витамин A и цинк, которые помогают поддерживать здоровую иммунную систему; и витамин B12 для поддержки энергетического обмена. ,

No related posts.