Метаболизм клетки. Энергетический обмен и фотосинтез

В клетках постоянно осуществляются обмен веществ (метаболизм) — многообразные химические превращения, обеспечивающие их рост, жизнедеятельность, постоянный контакт и обмен с окружающей средой. Благодаря обмену веществ белки, жиры, углеводы и другие вещества, входящие в состав клетки, непрерывно расщепляются и синтезируются. Реакции, составляющие эти процессы, происходят с помощью специальных ферментов в определенном органоиде клетки и характеризуются высокой организованностью и упорядоченностью. Благодаря этому в клетках достигается относительное постоянство состава, образование, разрушение и обновление клеточных структур и межклеточного вещества.

Обмен веществ неразрывно связан с процессами превращения энергии. В результате химических превращений потенциальная энергия химических связей преобразуется в другие виды энергии, используемой на синтез новых соединений, для поддержания структуры и функции клеток и т.д.

Обмен веществ складывается из двух взаимосвязанных, одновременно протекающих в организме процессов — пластического и энергетического обменов .

Пластический обмен (анаболизм, ассимиляция) — совокупность всех реакций биологического синтеза. Эти вещества идут на построение органоидов клетки и создание новых клеток при делении.Пластический обмен всегда сопровождается поглощением энергии.

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) — совокупность реакций расщепления сложных высокомолекулярных органических веществ — белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов на более простые, низкомолекулярные. При этом выделяется энергия, заключенная в химических связях крупных органических молекул. Освобожденная энергия запасается в форме богатых энергией фосфатных связей АТФ.

Реакции пластического и энергетического обменов взаимосвязаны и в своем единстве составляют обмен веществ и превращение энергии в каждой клетке и в организме в целом.

Пластический обмен

Суть пластического обмена заключается в том, что из простых веществ, поступающих в клетку извне, образуются вещества клетки. Рассмотрим этот процесс на примере образования важнейших органических соединений клетки — белков.

В синтезе белка — этом сложном, многоступенчатом процессе —участвуют ДНК, мРНК, тРНК, рибосомы, АТФ и разнообразные ферменты. Начальный этап белкового синтеза — образование полипептидной цепи из отдельных аминокислот, расположенных в

строго определенной последовательности. Главная роль в определении порядка расположения аминокислот, т.е. первичной структуры белка, принадлежит молекулам ДНК. Последовательность аминокислот в белках определена последовательностью нуклеотидов в молекуле ДНК. Участок ДНК, характеризующийся определенной последовательностью нуклеотидов, называется геном. Ген — это участок ДНК, являющийся элементарной частицей генетической информации. Таким образом, синтез каждого определенного специфического белка определяется геном. Каждой аминокислоте в полипептидной цепочке соответствует комбинация из трех нуклеотидов — триплет, или кодон. Именно три нуклеотида определяют присоединение к полипептидной цепи одной аминокислоты. Например, участок ДНК с триплетом ААЦ соответствует аминокислоте лейцину, триплет ТТТ — лизину, ТГА — треонину. Данная корреляция между нуклеотидами и аминокислотами называется генетическим кодом. В состав белков входит 20 аминокислот и всего 4 нуклеотида. Только код, состоящий из трех последовательно расположенных оснований, мог бы обеспечить задействование всех 20 аминокислот в структурах белковых молекул. Всего в генетическом коде 64 разных триплета, представляющих возможные сочетания из четырех азотистых оснований по три, что с избытком достаточно для кодирования 20 аминокислот. Каждый триплет шифрует одну аминокислоту, но большинство аминокислот кодируется более чем одним кодоном. В настоящее время код ДНК расшифрован полностью. Для каждой аминокислоты точно установлен состав кодирующих ее триплетов. Например, аминокислоте аргинин могут соответствовать такие триплеты нуклеотидов ДНК, как ГЦА, гцг, гцт, гцц, тцт, тцц.

Синтез белка осуществляется на рибосомах, а информация о структуре белка зашифрована в ДНК, расположенной в ядре. Для того чтобы синтезировался белок, информация о последовательности аминокислот в его первичной структуре должна быть доставлена к рибосомам. Этот процесс включает два этапа: транскрипцию и трансляцию.

Транскрипция (буквально — переписывание) протекает как реакция матричного синтеза. На цепи ДНК, как на матрице, по принципу комплементарности синтезируется цепь иРНК, которая по своей нуклеотидной последовательности точно копирует (комплементарна) полинуклеотидной цепи ДНК, причем тимину в ДНК соответствует урацил в РНК. Информационная РНК — это копия не всей молекулы ДНК, а только части ее — одного гена, несущего информацию о структуре белка, сборку которого необходимо произвести. Существуют специальные механизмы «узнавания» начальной точки синтеза, выбора цепи ДНК, с которой считывается информация, а также механизмы завершения процесса, в которых участвуют специальные кодоны. Так образуется матричная РНК. Молекула мРНК, несущая ту же информацию, что и гены, выходит в цитоплазму. Перемещение РНК через ядерную оболочку в цитоплазму происходит благодаря специальным белкам, которые образуют комплекс с молекулой РНК.

В цитоплазме на один из концов молекулы мРНК нанизывается рибосома; аминокислоты в цитоплазме активизируются с помощью ферментов и присоединяются опять же с помощью специальных ферментов к тРНК (специальному участку связывания с этой аминокислотой). Для каждой аминокислоты существует своя тРНК, один из участков которой (антикодон) представляет собой триплет нуклеотидов, соответствующий определенной аминокислоте и комплементарный строго определенному триплету иРНК.

Начинается следующий этап биосинтеза — трансляция : сборка полипептидных цепей на матрице иРНК. По мере сборки белковой молекулы рибосома перемещается по молекуле иРНК, причем перемещается не плавно, а прерывисто, триплет за триплетом. По мере перемещения рибосомы по молекуле мРНК сюда же с помощью тРНК доставляются аминокислоты, соответствующие триплетам мРНК. К каждому триплету, на котором останавливается в своем передвижении по нитевидной молекуле мРНК рибосома, строго комплементарно присоединяется тРНК. При этом аминокислота, связанная с тРНК, оказывается у активного центра рибосомы. Здесь специальные ферменты рибосомы отщепляют аминокислоту от тРНК и присоединяют к предыдущей аминокислоте. После установки первой аминокислоты рибосома передвигается на один триплет, а тРНК, оставив аминокислоту, мигрирует в цитоплазму за следующей аминокислотой. С помощью такого механизма шаг за шагом наращивается белковая цепь. Аминокислоты соединяются в ней в строгом соответствии с расположением кодирующих триплетов в цепи молекулы мРНК. Чем дальше продвинулась рибосома по иРНК, тем больший отрезок белковой молекулы «собран». Когда рибосома достигнет противоположного конца иРНК, синтез окончен. Нитевидная молекула белка отделяется от рибосомы. Молекула мРНК может использоваться для синтеза полипептидов многократно, как и рибосома. На одной молекуле иРНК может размещаться несколько рибосом (полирибосома). Их число определяется длиной мРНК.

Биосинтез белков — сложный многоступенчатый процесс, каждое звено которого катализируется определенными ферментами и снабжается энергией за счет молекул АТФ.

Энергетический обмен

Процессом, противоположным синтезу, является диссимиляция — совокупность реакций расщепления. В результате диссимиляции освобождается энергия, заключенная в химических связях пищевых веществ. Эта энергия используется клеткой для осуществления различной работы, в том числе и ассимиляции. При расщеплении пищевых веществ энергия выделяется поэтапно при участии ряда ферментов. В энергетическом обмене обычно выделяют три этапа.

Первый этап — подготовительный . На этом этапе сложные высокомолекулярные органические соединения расщепляются ферментативно, путем гидролиза, до более простых соединений — мономеров, из которых они состоят: белки — до аминокислот, углеводы — до моносахаридов (глюкозы), нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов и т.д. На данном этапе выделяется небольшое количество энергии, которая рассеивается в виде теплоты.

Второй этап — бескислородный, или анаэробный. Он называется также анаэробным дыханием (гликолизом) или брожением. Гликолиз происходит в клетках животных. Он характеризуется ступенчатостью, участием более десятка различных ферментов и образованием большого числа промежуточных продуктов. Например, в мышцах в результате анаэробного дыхания шестиуглеродная молекула глюкозы распадается на 2 молекулы пировиноградной кислоты (С3Н403), которые затем восстанавливаются в молочную кислоту (С3Н603). В этом процессе принимают участие фосфорная кислота и АДФ. Суммарное выражение процесса следующее:

С6Н1 206+ 2Н3Р04+ 2АДФ -» 2С3Н603+ 2АТФ + 2Н20.

В ходе расщепления выделяется около 200 кДж энергии. Часть этой энергии (около 80 кДж) расходуется на синтез двух молекул АТФ, благодаря чему 40% энергии сохраняется в виде химической связи в молекуле АТФ. Оставшиеся 120 кДж энергии (более 60 %) рассеиваются в виде теплоты. Процесс этот малоэффективный.

При спиртовом брожении из одной молекулы глюкозы в результате многоступенчатого процесса в конечном счете образуются две молекулы этилового спирта, две молекулы С02

С6Н1206+ 2Н3Р04+ 2АДФ -> 2С2Н5ОН ++ 2С02+ 2АТФ + 2Н20.

В этом процессе выход энергии (АТФ) такой же, как и при гликолизе. Процесс брожения — источник энергии для анаэробных организмов.

Третий этап — кислородный, или аэробное дыхание, или кислородное расщепление . На этой стадии энергетического обмена происходит последующее расщепление образовавшихся на предыдущем этапе органических веществ путем окисления их кислородом воздуха до простых неорганических, являющихся конечными продуктами — СО2и Н20. Кислородное дыхание сопровождается выделением большого количества энергии (около 2600 кДж) и аккумуляцией ее в молекулах АТФ.

В суммарном виде уравнение аэробного дыхания выглядит так:

2С3Н603+ 602+ 36АДФ -» 6С02+ 6Н20 + 36АТФ + 36Н20.

Таким образом, при окислении двух молекул молочной кислоты за счет выделившейся энергии образуется 36 энергоемких молекул АТФ. Следовательно, основную роль в обеспечении клеткиэнергией играет аэробное дыхание.

Вопросы в начале параграфа.

Вопрос 1. Что такое обмен веществ?

Обмен веществ - это совокупность протекающих в живых организмах химических превращений, обеспечивающих их рост, развитие, процессы жизнедеятельности, воспроизведение потомства, активное взаимодействие с окружающей средой.

Вопрос 2. Где происходит пластический и энергетический обмен?

Под пластическим обменом понимают такие процессы, в ходе которых в клетках создаются новые соединения и новые структуры, характерные для данного организма. Под энергетическим обменом понимают такие превращения энергии, в ходе которых в результате биологического окисления выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности клеток, тканей и всего организма в целом.

Пластический и энергетический обмен происходит в клетках.

Вопрос 3. Какова роль белков, жиров и углеводов в обмене веществ и энергии?

Белки, жиры и углеводы – главные источники энергии для организма.

Белки входят в состав ядер, цитоплазмы и мембран клеток. Они являются ферментами, входят в состав антител. Белки принимают участие в свертывании крови (фибриноген) и в транспортировке газов (гемоглобин). Белки входят в состав костей. Белки способны к биологическому окислению с выделением энергии, которая может быть использована организмом.

Из жиров образуются некоторые гормоны и биологически активные вещества. Их производные участвуют в работе синапсов - особых образований, через которые передаются возбуждающие или тормозящие сигналы от одной нервной клетки к другой или от нервной клетки к исполнительному органу.

В организме углеводы прежде всего являются источником энергии. В частности, головной мозг может функционировать только в том случае, если к нему в качестве энергетического материала поступает глюкоза. Распадаясь на углекислый газ и воду, она освобождает энергию молекулярных связей, которая используется на многие нужды, в том числе и на передачу нервных импульсов.

Вопрос 4. Почему необходима вода, макро- и микроэлементы для организма человека?

Вода - универсальный растворитель. Все жизненные процессы, все биохимические реакции происходят в водной среде. Внутренняя среда человека содержит до 90% воды. Вода в организме либо химически связана с другими соединениями, либо содержит в себе растворенные минеральные соли и органические вещества.

Минеральные соли необходимы для поддержания кислотно-щелочного равновесия в клетках тела и во внутренней среде организма.

Вопросы в конце параграфа.

Вопрос 1. Почему обмен веществ считают основным свойством живой природы?

Обмен веществ - обязательное условие жизни любого организма. Обмен веществ обеспечивает взаимодействие живого организма с окружающей его средой, процессы жизнедеятельности, рост, развитие.

Вопрос 2. Что относят к подготовительной, основной и заключительной стадиям обмена?

К подготовительной стадии обмена веществ относят расщепление веществ, поступивших в организм в процессе пищеварения, и транспортировку их и кислорода к клеткам.

К основной - процессы преобразования веществ внутри клеток (синтез необходимых организму веществ и биологическое окисление с целью получения энергии).

К заключительной - вывод из клеток и организма продуктов биологического окисления веществ (углекислого газа, аммиака, воды, соединений фосфора, натрия, хлора).

Вопрос 3. Какие функции в организме выполняют белки?

Функции белков:

Структурно-пластическая. Белки - основной строительный материал клетки.

Каталитическая. Биологические катализаторы - ферменты - представлены веществами белковой природы.

Защитная. Белки входят в состав антител, принимают участие в свертывании крови, связывают токсины и яды.

Транспортная. Белок крови гемоглобин переносит кислород и углекислый газ.

Энергетическая. Белки способны к биологическому окислению с выделением энергии.

Вопрос 4. Какую роль играют жиры?

Функции жиров:

Структурно-пластическая. Жиры входят в состав клеточных мембран и других структур.

Регуляторная. Из жиров образуются некоторые гормоны и биологически активные вещества, их производные участвуют в работе синапсов.

Защитная. Жиры предохраняют органы от сотрясений.

Теплоизоляционная. Жиры - хорошие теплоизоляторы.

Энергетическая. При окислении жиров выделяется больше энергии, чем при окислении углеводов и белков.

Запасающая. Часть жиров откладывается в запас. Эти запасы используются при недостатке питания.

Вопрос 5. Каковы функции углеводов?

Функции углеводов:

Энергетическая. Углеводы являются основным источником энергии в организме.

Структурно-пластическая.

Защитная. Углеводы взаимодействуют в печени со многими ядовитыми соединениями, переводя их в безвредные вещества.

Вопрос 6. Как в организме происходит обмен белков, жиров и углеводов?

Белки в пищеварительной системе расщепляются до аминокислот, которые всасываются непосредственно в кровь в тонком кишечнике и поступают в клетки тканей. Здесь формируются белки, свойственные данному организму.

Основными продуктами распада белков являются углекислый газ, вода и аммиак. Углекислый газ удаляется из организма через легкие, вода - через почки и кожу (и небольшое количество - через легкие), аммиак частично выводится через кожу и легкие, но большая его часть обезвреживается в печени до мочевины и удаляется через почки и потовые железы.

Углеводы расщепляются в пищеварительной системе до моносахаридов (глюкоза) и в таком виде всасываются в кровь и доставляются тканям. Излишки глюкозы депонируются в печени в виде гликогена.

Продуктами распада углеводов являются углекислый газ и вода, которая выводится из организма соответственно через легкие (углекислый газ и вода), кожу (вода и углекислый газ) и почки (вода).

Жиры расщепляются в пищеварительной системе до глицерина и жирных кислот, которые поступают в эпителиальные клетки ворсинок тонкого кишечника, где формируются жиры, характерные для данного организма. Готовые жиры поступают в лимфу, а затем - в кровь и разносятся клеткам тканей. Избыток жиров откладывается в запас в подкожной жировой клетчатке и других местах.

Продукты распада жиров - углекислый газ и вода - удаляются из организма через легкие, кожу и почки.

Вопрос 7. Какие функции выполняет в организме вода?

Внутренняя среда организма жидкая, содержит до 90% воды. Все биохимические процессы в организме происходят в водной среде. Транспорт питательных веществ и кислорода осуществляется в жидкой (водной) среде. Продукты распада тоже выносятся водой.

Вопрос 8. Почему концентрация солей во внутренней среде организма и клетках должна поддерживаться на определенном уровне?

Если концентрация солей в тканевой жидкости и крови будет меньше, чем в клетках, вода будет поступать в клетки. Они начнут разбухать, их нормальная работа будет нарушена. Если же концентрация солей в тканевой жидкости и крови будет больше, чем в клетках, вода будет выходить из клеток, и они могут погибнуть от обезвоживания.

Вопрос 9. Какие элементы относятся к макроэлементам, а какие - к микроэлементам?

К макроэлементам относят кальций, калий, натрий, фосфор, хлор.

К микроэлементам - железо, кобальт, цинк, фтор, йод и др.

Обмен веществ (метаболизм) – это постоянно протекающий процесс биохимических реакций в организме человека, благодаря которому поддерживаются все жизненные процессы. У некоторых людей метаболизм очень быстрый, у других, наоборот, очень медленный. Это объясняется тем, что для каждого человека скорость обменных процессов генетически обусловлена.

Если поток биохимических реакций в организме происходит нормально, все органы и системы будут работать отлично, не будет откладываться лишний жир, фигура будет оставаться стройной. Лишний вес – это основной показатель плохого обмена веществ.

Химические реакции, протекающие в ходе метаболизма, способствуют росту и развитию организма.

Химические реакции метаболизма проходят метаболические пути, в ходе которых одно химическое вещество превращается в другое в ходе последовательной ферментации. Для обмена веществ ферменты играют важную роль. Они позволяют проводит организму необходимые реакции, высвобождавшие энергию. В данном случае действие ферментов сравнимо с действием катализатора, они ускоряют химический процесс.

Большинство структур организма состоят из трех основных классов молекул: аминокислот, липидов и углеводов. В связи с тем, что данные молекулы имеют жизненно важное значение, в ходе метаболизма они используются для энергии либо для строительства. Данные вещества могут соединяться вместе, образуя полимеры и белки.

Белки, состоящие из аминокислот располагаются в линейной последовательности и соединяются при помощи пептидной связи. Большинство этих белков являются ферментами, ускоряющий процессы химических реакций. Другие белки служат для формирования цитоскелета. Также следует отметить, что аминокислоты вносят вклад в энергетическую составляющую клеточного метаболизма.

Липиды являются наиболее разнообразной группой биохимических веществ. Основные структурные виды липидов используются в биологических мембранах, а также в качестве источника энергии.

Как правило метаболизм разделяют на две категории: катаболизм и анаболизм .

Катаболизм

В ходе катаболизма происходит расщепление органических веществ и сбор энергии путем клеточного дыхания. Сюда относят разрушение и окисление молекул пищи. Катаболизм необходим для получения энергии, а также компонентов, которые необходимы для анаболических реакций. Катаболизм делится на три основных этапа. На первом этапе крупные органические молекулы (полисахариды, белки и липиды) перевариваются на более мелкие компоненты вне клеток. На втором этапе эти компоненты поглощаются клетками и превращаются в ещё более мелкие молекулы, чаще в ацетил-кофермент А, высвобождающий определенное количество энергии. На третьем этапе полученные молекулы окисляются до воды и двуокиси углерода в ходе цикла лимонной кислоты и цепи переноса электронов. Крупные молекулы не могу быть поглощены клетками, так как перед этим они должны быть разбиты на более мелкие компоненты. Данные полимеры расщепляются определенными ферментами - протеазами, расщепляющие белки на аминокислоты и гликозид-гидролазы, расщепляющие полисахариды в простые сахара - моносахариды. Углеводный катаболизм расщепляют углеводы на более мелкие вещества и они поглощаются клетками в виде моносахаридов. Далее внутри происходит процесс гликолиза, в ходе которого сахара превращаются в пируват, который является промежуточным продуктом в нескольких метаболических путях, но большая часть поступает в цикл лимонной кислоты. Несмотря на то, что некоторые АТФ генерируются в цикле лимонной кислоты, наиболее важным является NADH, полученный из NAD+ как ацетил-кофермента А, который окисляется. В ходе данного окисления выделяется углекислый газ как побочный продукт. Жировой катаболизм происходит путем гидролиза, высвобождая жирные кислоты и глицерин. Аминокислоты используются для синтеза белков либо они окисляются до мочевины и диоксида углерода как источника энергии. Окисление аминокислот начинается с удаления аминогруппы при помощи трансамиазы.

Анаболизм

В ходе анаболизма энергия используется для строительства клеточных компонентов, сюда входят белки и нуклеиновые кислоты. Сложные молекулы, составляющие клеточные структуры строятся последовательно от своих предшественников. Анаболизм включает три этапа. На первом этапе образуются такие предшественники как аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды и изопреноиды. На втором этапе они активируются в реактивные формы с энергией из АТФ. На третьем этапе происходит их конструирование в сложные молекулы - в белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты и липиды.

Что замедляет обмен веществ?

По исследованиям ученых, каждые 10 лет в организме человека происходит замедление метаболизма на 10%. Таким образом, начинается постепенное старение. Как замедлить же процесс старения? Зная определенные правила, мы можем улучшить свой обмен веществ и таким образом влиять на здоровье в целом.

Обмен веществ – это сложный процесс. В нем участвуют все системы и органы человека: желудок, печень, кишечник, почки, сосуды, кожа и т.д. Любители жареной, тяжелой, сладкой или очень соленой пищи заставляют ежедневно работать свои органы с повышенной нагрузкой, что ведет к замедлению метаболизма. Постепенно у человека появляется склонность к полноте, поскольку органы выделения с большим трудом избавляют организм от шлаков. Наладив обмен веществ, вы не только избавитесь от лишних килограммов, но улучшите общее состояние своего здоровья.

Итак, обмен веществ – это процесс переработки в энергию пищи, которая поступает в организм, дальнейший расход и сжигание полученных калорий. Активнее всего расход энергии происходит в мышечной ткани, поэтому для ускорения обменных процессов надо усиливать физические нагрузки.

Для нормальной работы организм должен вовремя перерабатывать поступившую пищу в энергию, в течение дня полностью расходовать калории. В результате обменные процессы будут происходить правильно, будет поддерживаться хорошее физическое состояние и здоровье. Лучше съесть меньше еды, чем избыточное ее количество, так как излишек может перейти в жировые отложения.

1.Чрезмерное употребление простых углеводов и сахаросодержащих продуктов.

2.Недостаток физической активности, малоподвижный образ жизни.

3.Недостаток белка в ежедневном меню для необходимой мышечной регенерации.

4.Избыточный вес.

5.Недостаточное ежедневное употребление воды. Для активных обменных процессов обязательно нужно достаточное поступление воды в организм.

Существует много способов улучшения обменных процессов в организме. Но при наличии некоторых заболеваний, корректировать обменные процессы можно только под контролем врача. Например, при сахарном диабете, при сердечнососудистых заболеваниях, при гормональных нарушениях и др. Прежде, чем решить, какие техники и способы активизации обмена веществ использовать, обязательно проконсультируйтесь с вашим врачом.

Содержание

Человеческое тело нуждается во множестве питательных веществ, энергии для обеспечения работы всех систем организма. Все эти процессы и являются ответом на вопрос, что такое метаболизм – это все обменные процессы в организме, которые происходят круглосуточно. Чем лучше у человека происходит обмен веществ, тем лучше работает все системы. Этот процесс отвечает за здоровье, внешний вид, количество сил, которые способен генерировать организм.

Что такое обмен веществ

Метаболизмом называют химический процесс превращения питательных веществ, которые попадают в организм в любом виде. После пища поступила в желудок начинается процесс расщепления, она разбивается на мелкие составляющие, которые превращаются в мелкие молекулы, из которых происходит построение нашего организма. Это собирательный термин, которые включает множество процессов, происходящих внутри тела, которые влияют на телосложение, гормональные особенности, скорость усвоения и степень переработки еды.

Что влияет на метаболизм

Скорость обмена веществ может быть нормальной, высокой или замедленной. Существует определенный перечень факторов, которые влияют на этот показатель. Знание того, что может повилять на метаболизм, поможет вам контролировать этот процесс, избегать лишних килограммов или, наоборот, набрать. Все эти факторы относятся к питанию и привычкам, к примеру:

1. Мышечная масса. Наличие мышц – определяющий фактор, которые влияет на скорость метаболизма. Один килограмм мускулатуры сжигает до 200 ккал за сутки, жировая ткань за это же время избавит вас не больше, чем от 50 ккал. По этой причине у спортсменов нет проблем с лишним весом, интенсивные занятия ускоряет процесс сжигания накоплений. Мышечная масса влияет на обменные процессы 24 часа в сутки. А не только во время занятий спортом.
2. Частота, количество приемов пищи. Большие промежутки между едой пагубно сказываются на метаболизме. Организм начинает делать запасы, откладывать на случай голода при длительных перерывах. Рекомендуют все диетологи делать дробное питании 5-6 раз за сутки, небольшие порции для того, чтобы приглушить голод, но не переедать. Оптимальный промежуток между приемами пищи – 3 часа.
3. Продукты питания. Непосредственное влияние на обмен веществ оказывает и то, что вы едите. Часто в диетах исключают из рациона полностью животные, растительные жиры, но их отсутствие приводит к замедленному производству гормонов, что замедляет метаболизм.
4. Напитки. Питьевой режим помогает ускорить процесс расщепления при должном количество простой воды, чай, кофе или сок не учитывается в общем водном балансе. За день рекомендуется выпивать не мене 1,5-2,5 л воды.
5. Генетика. Происходит обмен веществ в клетке, поэтому генетические данные программируют их на определенный режим. Ускоренный метаболизм многих людей является «подарком» от родителей.
6. Обмен веществ организму может серьезно замедлить психоэмоциональные сильные потрясениях.
7. Диеты. Те рационы питания, которые накладывают сильные ограничения на какие-то продукты часто становятся причиной резкой снижения скорости обмена веществ, что пагубно сказывается на всем организме.
8. Заболевания. Разного рода патологии, гормональные отклонения влияют на обмен веществ и энергии.
9. Половая принадлежность. У мужчин и женщин существуют отличия в обменных процессах.

Какие процессы свойственны метаболизму

Данное понятие включает в себя весь цикл переработки, поступающих веществ в организм. Но существуют более конкретные части того, что называют метаболизмом. Делят обмен веществ на два основных вида:

1. Анаболизм. Это процесс синтеза нуклеиновых кислот, белков, гормонов, липидов для создания новых веществ, клеток и тканей. Накапливаются в это время жиры, формируются мышечные волокна, происходит поглощение (накопление) энергии, ее аккумуляция.
2. Катаболизм. Противоположный процессы, описанному выше, все сложные компоненты распадаются на более простые. Происходит генерирование и высвобождение энергии. В это время происходит разрушение мышечных волокон, которое спортсмены постоянно стараются избежать, расщепляются жиры, углеводы из пищи для получения дополнительной энергии.

Конечные продукты

Каждый процесс в теле не исчезает бесследно, всегда остаются остатки, которые будут в дальнейшем выведены из организма. Их называют конечными продуктами и метаболизм тоже их имеет, выделяют следующие варианты из выведения:

• через покровы тела (углекислый газ);
• абсорбция в задней кишке (вода);
• вывод с экскрементами (аммиак, мочевая кислота, мочевина).

Типы обмена веществ

Существует два основных вида входящих в понятие, что такое метаболизм – углеводный и белковый. Последний включает переработку этого компонента животного и растительного происхождения. Чтобы организм человека функционировал полноценно, ему необходимы обе группы этих веществ. В теле не происходит отложений белковых соединений в виде жира. Весь полученный человеком протеин претерпевает процесс распада, затем синтезируется новый белок с соотношение 1:1. У детей процесс катаболизма преобладает над анаболизмом из-за быстрого роста тела. Выделяют два типа белка:

• полноценный – включает 20 аминокислот, содержится только в продуктах животного происхождения;
• неполноценный – любой белок, где нет хотя бы 1 из обязательных аминокислот.

Углеводный обмен отвечает за генерирование основного объема энергии. Выделяют сложные и простые углеводы. К первому типу относят овощи, хлеб, фрукты, злаковые и каши. Этот вид еще называют «полезным», потому что расщепление происходит на протяжении длительного времени и обеспечивают телу долгий заряд. Простые или быстрые углеводы – изделия из белой муки, сахар, выпечка газированные напитки, сладости. Человеческое тело может вовсе обходится без них, они очень быстро перерабатываются. Эти два типа имеют следующие особенности:

• сложные углеводы образуют глюкозу, уровень которой всегда примерно одинаковый;
• быстрые заставляют этот показатель колебаться, что влияет на настроение, самочувствие человека.

Признаки хорошего метаболизма

Под это понятие попадает скорость обмена веществ, при которой человек не испытывает проблем с ожирением или бесконтрольной потерей веса. Хороший метаболизм – это когда процесс обмена не проходят слишком быстро или слишком медленно. Каждый человек старается скорректировать, взять под контроль данный вопрос и добиться оптимального метаболизма, который бы не вредил организму.

Обмен веществ должен соответствовать норме, для каждого человека она своя, но, если наблюдается лишний вес или, наоборот, болезненная худоба, значит что-то в организме не так. Основными признаками хорошего обменного процесса является здоровье систем органов, кожи, нервной системы человека:

• отсутствие высыпаний на коже;
• оптимальное соотношение мышц и жировой прослойки;
• хорошее состояние волос;
• нормальная работа желудочно-кишечного тракта;
• отсутствие хронической усталости.

Метаболические нарушения

Причиной отклонений в обменных процессах могут быть разные патологические состояния, которые затрагивают работу эндокринных желез или наследственные факторы. С заболеваниями медицина борется успешно, но с генетической предрасположенностью пока что справиться не удалось. В подавляющем большинстве случаев причиной плохого метаболизма выступает неправильное питание или слишком жесткие ограничения в еде. Злоупотребление жирной пищей, низкокалорийное питание, голодные диеты приводят к сбоям работы обменных процессов. Сильно усугубляют состояние вредные привычки:

• употребление спиртного;
• табакокурение;
• малоактивный образ жизни.

Симптомы нарушения метаболизма

Вызывают проявления плохого обмена веществ все вышеописанные причины. Проявляется состояние, как правило, в виде набора лишнего веса, ухудшения состояния кожи, волос. Избавиться от всех негативных симптомов удается только при устранении первопричины нарушения метаболизма (заболевания, неправильная диета, малоактивный образ жизни). Вам следует заняться своим здоровьем и нормализовать обмен веществ в организме при появление следующих отклонений:

• сильные отеки;
• одышка;
• избыточная масса тела;
• хрупкость ногтей;
• изменение цвета кожи, ухудшение ее состояния;
• выпадение, ломкость волос.

Как замедлить

Может возникать и обратная ситуация, при которой слишком быстрый метаболизм настолько активно перерабатывает поступающие компоненты, что человек становится слишком худым, не может набрать мышечную массы, жировую прослойку. Это состояние не считается нормой и обменные процессы необходимо замедлять. Для этого можно сделать следующее:

• пейте чуть больше кофе;
• ограничьте количество времени на сон;
• пейте больше молока;
• завтракайте через час после пробуждения;
• если вы активно занимайтесь спортом, то снизьте нагрузку;
• кушайте строго 3 раза за день, порции должны приносить чувство полного насыщения;
• откажитесь от зеленого чая, цитрусовых, пищи с большим содержанием белка.

Как разогнать обмен веществ и метаболизм

Этим вопросом задаются чаще, особенно это интересует людей, которые хотят избавиться от лишнего веса. Если после анализов вы удостоверились, что причиной ожирения не является наследственная предрасположенность (генетические нарушения) или заболевание эндокринной системы, можно начать контролировать свой рацион и физическую активность. Ниже представлены варианты, которые при комплексном использовании помогут вам справиться с медленным обменом веществ.

Продукты

Первое, что следует изменить при низком метаболизме – питание. В 90% случаев этот пункт является первостепенной задачей для снижения веса. Рекомендуется придерживаться следующих правил:

1. Клетчатка. В рационе этого продукта должно быть много, усваивается этот компонент в ЖКТ долго, насыщая организм надолго. Согласно исследованиям, данное вещество в рационе питания разгоняет метаболизм на 10%. Купить можно клетчатку в продуктовых магазинах, она же содержится в макаронах твердых сортов, кашах, хлебе грубого помола.
2. Белковая еда. Протеин обладает существенным тепловыми свойствами, для его переработки организму приходится тратить много калорий. Он же принимает участие в построении мышечной массы, что тоже влияет положительно на увеличение скорости обмена веществ. Много белка находится в куриных яйцах, мясе курицы, молочных и кисломолочных продуктах.
3. Цитрусовые. Помогают стимулировать работу ЖКТ, ускоряют вывод ненужной воды из тела. Грейпфрут считается лучшим вариантом цитрусового для похудения, можно еще кушать мандарины, апельсины, лимоны.
4. Имбирь принимает участие в транспортировке полезных веществ и их поглощению. Продукт помогает организму быстрее разносить по организму кислород и этим стимулирует процесс жиросжигания. Можно включать продукт в любом виде. Он не утрачивает своих свойств даже при термической обработке.
5. Понизить количество сахара в крови можно при помощи корицы. Она не только выступает средством для профилактики сахарного диабета, но и помогает разогнать метаболизм. Помогает этот компонент только при длительном приеме.

Напитки

При достаточном снабжении водой клеток регенерация происходит быстрее, что обеспечивает молодость кожи, быстрое выведение продуктов распада, которые оказывают токсичное воздействие на организм. Вода нормализует и ускоряет процесс расщепления, пищеварения. Объем жидкости рассчитывается с учетом супов, но кофе или чай не входят в эту группу. Эти напитки отнимают воду, поэтому после их употребления следует выпить пару чашек простой воды.

Главное условие при употреблении всех напиток – отсутствие сахара, можно добавить при желании заменитель. Рекомендуется употреблять следующие жидкости:

• морс;
• компоты;
• каркаде;
• в небольших количествах свежевыжатые соки;
• белый, зеленый чай;
• травяные отвары.

Препараты

Кардинально повлиять на скорость метаболизма препараты не могут, они оказывают необходимый эффект только в составе комплексного подхода: спорт, питание, отказ от вредных привычек. Популярными препаратами для улучшения метаболизма считаются следующие варианты:

1. Стероиды. Особенно востребованы у бодибилдера, но оказывают эти медикамент очень ощутимое влияние на гормональный фон в организме. У девушек эти вещества могут провоцировать прекращение менструального цикла, буйным ростом волосяного покрова на теле, смену тембра голоса. У мужчин данные медикамент снижает либидо, понижает потенцию. При прекращении приема стероидов происходит очень быстрый набор веса, сильное падение иммунитета.
2. Амфетамин, кофеин, фенамин и прочие стимуляторы. Длительный, бесконтрольный прием приводит к бессоннице, депрессии, быстрому привыканию.
3. Соматотропин или гормон роста. Щадящий препарат, который помогает набрать мышечную массу и не оказывает много побочных эффектов, стимулирует метаболизм длительное время.
4. L-тироксин. Оказывает стимулирующее влияние на функцию щитовидной железы, что помогает быстро терять вес без его возвращения. Из минусов выделяют: раздражительность, нервозность, потливость, нарушение работы некоторых систем организма.
5. Кленбутерол. Резко повышает скорость обменных процессов, быстро снижает массу тела. Из побочных эффектов указывают возникновение тахикардии, скачки температуры тела.
6. Витаминные комплексы. Улучшают общее самочувствие, насыщают тело необходимыми веществами для полноценной работы всех систем организма. Это важный источник для полноценной жизнедеятельности человека, витамины поддерживают работу всех органов тела. Лучше использовать готовый витаминный комплекс, который богат всеми видами микроэлементов.

Обязательным условием существования любого живого организма является постоянное поступление и выведение конечных продуктов распада.

Что такое обмен веществ в биологии

Обмен веществ, или метаболизм, - это особый набор химических реакций, которые протекают в любом живом организме для поддержания его деятельности и жизни. Такие реакции дают организму возможность развиваться, расти и размножаться, при этом сохраняя свою структуру и отвечая на раздражители окружающей среды.

Обмен веществ принято разделять на два этапа: катаболизм и анаболизм. На первой стадии все сложные вещества расщепляются и становятся более простыми. На втором же вместе с затратами энергии синтезируются нуклеиновые кислоты, липиды и белки.

Самую важную роль в процессе метаболизма играют ферменты, которые являются активными Они способны снизить энергию активации физической реакции и регулировать обменные пути.

Метаболические цепи и компоненты абсолютно идентичны для многих видов, что является доказательством единства происхождения всех живых существ. Такое сходство показывает сравнительно раннее появление эволюции в истории развития организмов.

Классификация по типу обмена веществ

Что такое обмен веществ в биологии, подробно описано в данной статье. Все живые организмы, существующие на планете Земля, можно разделить на восемь групп, руководствуясь при этом источником углерода, энергии и окисляемого субстрата.

Живые организмы в качестве источника питания могут использовать энергию химических реакций или света. В качестве окисляемого субстрата могут быть как органические, так и Источником углерода является углекислый газ или органика.

Существуют такие микроорганизмы, которые, находясь в разных условия существования, используют метаболизм разного типа. Это зависит от влажности, освещения и других факторов.

Могут характеризоваться тем, что один и тот же организм может иметь клетки с разным типом метаболических процессов.

Катаболизм

Биология обмен веществ и энергии рассматривает через такое понятие, как "катаболизм". Данным термином называют во время которых крупные частицы жиров, аминокислот и углеводов расщепляются. Во время катаболизма появляются простые молекулы, участвующие в реакциях биосинтеза. Именно благодаря данным процессам организм способен мобилизовать энергию, превращая ее в доступную форму.

У организмов, которые живут благодаря фотосинтезу (цианобактерии и растения), реакция переноса электрона не высвобождает энергию, а накапливает, благодаря солнечному свету.

У животных реакции катаболизма связаны с расщеплением сложных элементов до более простых. Такими веществами являются нитраты и кислород.

Катаболизм у животных делится на три этапа:

1. Расщепление сложных веществ до более простых.
2. Расщепление простых молекул до еще более простых.
3. Высвобождение энергии.

Анаболизм

Обмен веществ (биология 8 класса рассматривает данное понятие) характеризуется и анаболизмом - совокупностью метаболических процессов биосинтеза с затратой энергии. Сложные молекулы, которые являются энергетической основой клеточных структур, последовательно образуются из самых простых предшественников.

Сначала синтезируются аминокислоты, нуклеотиды и моносахариды. Затем вышеперечисленные элементы становятся активными формами благодаря энергии АТР. И на последнем этапе все активные мономеры объединяются в сложные структуры, такие как белки, липиды и полисахариды.

Стоит обратить внимание, что не все живые организмы синтезируют активные молекулы. Биология (обмен веществ подробно описан в данной статье) выделяет такие организмы, как автотрофы, хемотрофы и гетеротрофы. Они получают энергию из альтернативных источников.

Энергия, получаемая из солнечного света

Что такое обмен веществ в биологии? Процесс, благодаря которому существует все живое на Земле, и отличающий живые организмы от неживой материи.

Энергией солнечного света питаются некоторые простейшие, растения и цианобактерии. У данных представителей обмен веществ происходит благодаря фотосинтезу - процессу поглощения кислорода и выделению углекислого газа.

Пищеварение

Такие молекулы, как крахмал, белки и целлюлоза, расщепляются еще до того, как они используются клетками. В процессе пищеварения принимают участие особые ферменты, которые расщепляют белки до аминокислот, и полисахариды - до моносахаридов.

Животные могут выделять такие ферменты только из специальных клеток. А вот микроорганизмы такие вещества выделяют в окружающее пространство. Все вещества, которые вырабатываются благодаря внеклеточным ферментам, поступают в организм с помощью «активного транспорта».

Контроль и регуляция

Что такое обмен веществ в биологии, вы можете прочитать в данной статье. Каждый организм характеризуется гомеостазом - постоянством внутренней среды организма. Наличие такого условия очень важно для любого организма. Так как все их окружает среда, которая постоянно меняется, для поддержания оптимальных условий внутри клеток все реакции метаболизма должны правильно и точно регулироваться. Хороший обмен веществ дает возможность живым организмам постоянно контактировать с окружающей средой и отвечать на ее изменения.

Исторические сведения

Что такое обмен веществ в биологии? Определение находится в начале статьи. Понятие «метаболизм» первый раз употребил Теодор Шванн в сороковых годах девятнадцатого века.

Изучением метаболизма ученые занимаются уже несколько веков, и начиналось все с попыток изучить организмы животных. А вот термин «обмен веществ» впервые употребил Ибн-аль-Нафиса, который считал, что все тело постоянно находится в состоянии питания и распада, поэтому для него характерны постоянные изменения.

Урок биологии «Обмен веществ» откроет всю суть данного понятия и опишет примеры, которые помогут увеличить глубину знаний.

Первый контролируемый опыт по изучению обмена веществ был получен Санторио Санторио в 1614 году. Он описывал свое состояние до и после приема пищи, работы, питья воды и сна. Он был первым, кто заметил, что большая часть употребленной пищи утрачивалась во время процесса «незаметного испарения».

В начальных исследованиях обменные реакции были не обнаружены, и ученые считали, что живой тканью управляет живая сила.

В двадцатом веке Эдуард Бухнер ввел понятие ферментов. С этих пор изучение обмена веществ начиналось с изучения клеток. В этот период биохимия стала наукой.

Что такое обмен веществ в биологии? Определение можно дать следующее - это особый набор биохимических реакций, поддерживающих существование организма.

Минералы

В метаболизме очень большую роль играют неорганические вещества. Все органические соединения состоят из большого количества фосфора, кислорода, углерода и азота.

Большинство неорганических соединений позволяют контролировать уровень давления внутри клеток. Также их концентрация положительно влияет на функционирование мышечных и нервных клеток.

(железо и цинк) регулируют активность транспортных белков и ферментов. Все неорганические микроэлементы усваиваются благодаря транспортным белкам и никогда не пребывают в свободном состоянии.