Обмен веществ в организме человека

Делимся с друзьями и коллегами

Обмен веществ и энергии - это совокупность процессов превращения веществ и энергии, происходящих в живых организмах и обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Обмен веществ и энергией представляет собой основу жизнедеятельности и принадлежит к числу важнейших признаков живой материи, отличающих живое от неживого. В процессе обмена, поступившие в организм вещества, путём химических изменений превращаются в собственные вещества тканей или в конечные продукты которые выводятся из организма. При этих химических превращениях освобождается и поглощается энергия.

Обмен веществ или метаболизм представляет собой высокоинтегрированый и целенаправленный процесс, в котором участвует много ферментативных систем и который обеспечен сложнейшей регуляцией на разных уровнях.

У всех организмов (и у человека то же) клеточный метаболизм выполняет 4 основные специфические функции.

1. Извлечение энергии из окружающей среды и преобразование её в энергию высокоэргических соединений в количестве достаточном для обеспечения всех энергетических потребностей клетки и целого организма.

2. Образование из экзогенных веществ (или получение в готовом виде) промежуточных соединений являющихся предшественниками макромолекулярных компонентов в клетке.

3. Синтез белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и других клеточных компонентов из этих предшественников.

4. Синтез и разрушение специальных биомолекул - образование и распад, которых связан с выполнением различных специфических функций данной клетки.

С точки зрения термодинамики живые организмы представляют собой открытые системы, поскольку они обмениваются с окружающей средой, как энергией, так и веществом, и при этом преобразуют и то и другое. При наблюдении в течение определённого отрезка времени в химическом составе организма определённых изменений не происходит. Но это не значит что химические вещества, составляющие организм не подвергаются ни каким изменениям. Напротив они постоянно и достаточно интенсивно обновляются. Это потому что скорость переноса веществ и энергии из среды в организм точно уравновешивается скоростью переноса из организма в среду.

Влияние различных условий на обмен веществ в организме человека

Интенсивность обмена веществ оценивают по общему расходу энергии, и она может меняться в зависимости от многих условий и в первую очередь от физической работы. Однако и в состоянии полного покоя обмен веществ и энергии не прекращается, и для обеспечения непрерывного функционирования внутренних органов, поддержания тонуса мышц и прочее расходуется некоторое количество энергии.

У молодых мужчин основной обмен веществ составляет 1300 – 1600 килокалорий в сутки. У женщин величина основного обмена на 6 – 8 % ниже, чем у мужчин. С возрастом (начиная с 5 лет) величина основного обмена веществ неуклонно снижается. С повышением температуры тела на 1 градус величина основного обмена веществ возрастает на 13%. Возрастание интенсивности обмена веществ наблюдается так же при снижении температуры окружающей среды ниже зоны комфорта. Это адаптационный процесс, связанный с необходимостью поддерживать постоянную температуру тела.

Главное влияние на величину обмена веществ и энергии оказывает физическая работа. Обмен при интенсивной физической нагрузки по расходу энергии может в 10 раз превышать основной обмен, а в очень короткие периоды (например, плавание на короткие дистанции) даже в 100 раз.

Промежуточный обмен веществ в организме человека

Совокупность химических превращений веществ, которые происходят в организме начиная с момента поступления переваренных пищевых веществ в кровь и до момента выделения конечных продуктов обмена из организма – называют промежуточным метаболизмом (обменом веществ). Промежуточный метаболизм может быть разделён на два процесса: катаболизм (диссимиляция) и анаболизм (ассимиляция). Катаболизм – это ферментативное расщепление сравнительно крупных органических молекул осуществляемое у высших организмов, как правило, окислительным путём. Катаболизм сопровождается освобождением энергии, заключенной в сложных структурах крупных органических молекул и запасанием её в форме фосфатных связей АТФ. Анаболизм – это ферментативный синтез из более простых соединений крупномолекулярных клеточных компонентов, таких как полисахариды, нуклеиновые кислоты, белки, липиды, а также некоторых их предшественников. Анаболические процессы протекают с потреблением энергии. Катаболизм и анаболизм происходят в клетках одновременно и неразрывно связаны друг с другом. По существу их следует рассматривать не как два отдельных процесса, а как две стороны одного общего процесса – метаболизма, в котором превращение веществ теснейшим образом переплетены с превращением энергии.

Более подробное рассмотрение метаболических путей показывает, что расщепление основных пищевых веществ в клетке представляет собой ряд последовательных ферментативных реакций, составляющие три главные стадии катаболизма. На первой стадии крупные органические молекулы распадаются на составляющие их специфические структурные блоки. Так полисахариды распадаются до гексоз или пентоз, белки – до аминокислот, нуклеиновые кислоты – до нуклеотидов, липиды – до жирных кислот, глицерина и других веществ. Все эти реакции протекают в основном гидролитическим путём и количество энергии освобождающейся на этой стадии очень невелико – менее 1 %. На второй стадии катаболизма образуются ещё более простые молекулы, причём число их типов существенно уменьшается. Очень важно, что на второй стадии образуются продукты, которые являются общими для обмена разных веществ. Эти продукты представляют собой ключевые соединения являющимися как бы ключевыми станциями, соединяющими разные пути метаболизма. Продукты, образовавшиеся на второй стадии катаболизма, вступают в третью стадию катаболизма, которая известна под названием терминального окисления. В ходе этой стадии все продукты, в конечном счете, окисляются до оксида углерода и воды. Практически вся энергия освобождается на второй и третьей стадии катаболизма.

Процесс анаболизма тоже проходит три стадии. Исходными веществами для него служат те же продукты, которые подвергаются превращениям на третьей стадии катаболизма. То есть третья стадия катаболизма является в тоже время первой исходной стадией анаболизма. Реакции, протекающие на этой стадии, выполняют как бы двойную функцию. С одной стороны они участвуют в завершающих этапах катаболизма, а с другой – служат и для анаболических процессов, поставляя, вещества-предшественники для последующих стадий анаболизма. На этой стадии, например, начинается синтез белка.

Катаболические и анаболические реакции происходят одновременно, но в разных частях клетки. Например, окисление жирных кислот осуществляется с помощью набора ферментов локализованных в митохондриях, тогда как синтез жирных кислот катализирует другая система ферментов, локализующая в цитозоле. Именно благодаря разной локализации катаболические и анаболические процессы в клетке могут протекать одновременно.

Регуляция обмена веществ и энергии

Клеточный метаболизм характеризуется высокой устойчивостью и в тоже время значительной изменчивостью. Оба эти свойства обеспечивают постоянное приспособление клеток и организмов к меняющимся условиям окружающей и внутренней среды. Так скорость катаболизма в клетке определяется потребность клетки в энергии в каждый данный момент. Точно так же скорость биосинтеза клеточных компонентов определяется нуждами данного момента. Клетка, например, синтезирует аминокислоты именно с той скоростью, которая достаточно, для того чтобы обеспечить возможность образования минимального количества необходимого ей белка. Такая экономичность и гибкость метаболизма возможно лишь при наличии достаточно тонких и чутких механизмов его регулирования. Регуляция обмена веществ осуществляется на разных уровнях постепенно возрастающей сложности.

Простейший тип регуляции затрагивает все основные параметры, влияющие на скорость ферментативных реакций. Например, преобладание кислотной или щелочной среды в тканях (рН-среда). Накопление кислотных продуктов реакции может сдвинуть рН-среду за пределы оптимального состояния для данного фермента и таким образом затормозить процесс.

Следующий уровень регуляции сложных метаболических процессов касается концентрации необходимых веществ в клетке. Если концентрация, какого ни будь необходимого вещества, в клетке на достаточном уровне то синтез этого вещества прекращается до того момента, когда концентрация снизится ниже определённого уровня. Таким образом, поддерживается определённый химический состав клетки.

Третий уровень регуляции - это генетический контроль, определяющий скорость синтеза ферментов, которая может сильно варьироваться. Регуляция на уровне генов может привести к увеличению или уменьшению концентрации тех или иных ферментов, к изменению типов ферментов, может происходить индукция или репрессия одновременно целой группы ферментов. Генетическая регуляция отличается высокой специфичностью, экономичностью и обеспечивает широкие возможности для контроля обмена веществ. Однако в подавляющем большинстве активация генов, процесс медленный. Обычно время, необходимое, для того чтобы индуктор или репрессор мог заметно повлиять на концентрацию ферментов, измеряется часами. Поэтому данная форма регуляции непригодна для срочных случаев.

У высших животных и у человека существует ещё два уровня, два механизма регуляции обмена веществ и энергии, которые отличаются тем, что связывают между собой метаболизм, совершающийся в разных органах и тканях, и таким образом направляют и приспосабливают его для выполнения функций, присущих не отдельным клеткам, а всему организму в целом. Таким механизмом, прежде всего, является эндокринная система. Гормоны вырабатываются эндокринными железами служат для стимуляции или подавления определённых метаболических процессов в других тканях или органах. Например, когда поджелудочная железа начинает вырабатывать меньше инсулина, в клетки поступает меньше глюкозы, а это в свою очередь ведёт к изменению ряда процессов участвующих в обмене веществ.

Самым высшим уровнем регуляции, наиболее совершенной её формой, является нервная регуляция. Нервная система, в частности её центральные отделы, выполняют в организме высшие интегративные функции. Получая сигналы из окружающей среды, и от внутренних органов центральная нервная система преобразует их и направляет импульсы к тем органам изменения скорости обмена веществ, в которых необходимо в данный момент для выполнения определённой функции. Чаще всего свою регулирующую роль нервная система осуществляет через эндокринные железы, усиливая или подавляя поступление гормонов в кровь. Хорошо известно влияние эмоций на метаболизм, например предстартовое повышение показателей обмена веществ и энергии у спортсменов. Во всех случаях регулирующим действием нервной системы на обмен веществ и энергии весьма целесообразно и всегда направленно на наиболее эффективное приспособление организма к изменяющимся условиям.

Из вышеизложенного можно сделать вывод - чтобы поддерживать нормальный обмен веществ в организме, необходим комплекс мероприятий.

1. Полноценный ежедневный отдых

2. Умеренная физическая нагрузка

3. Сбалансированное питание

4. Мероприятия по очистке организма.

Дополнительные статьи с полезной информацией