Метаболический процесс: понятие, значение. Метаболизм - что это такое

Метаболизм это – процесс химических превращений питательных веществ, попадающих в наш организм. Обмен веществ простыми словами - это когда организм, расщепляет пищу, которую мы потребили на мелкие составляющие и строит из них новые молекулы нашего организма.

Сам термин образовался от греческого слова «Metabole», что переводится как «перемена» или «превращение». Уж очень много это слово в себя включает – и гормональные особенности, и особенности телосложения и прямую зависимость телосложения от количества потребляемых вами калорий.

Поэтому, чтобы внести ясность, давайте разбираться со всем по порядку.

В первую очередь, о метаболизме должны думать те, кого заботит «грамотное» похудение. Если говорить грубо, но понятно, метаболизм – это своего рода печь, от мощности которой зависит скорость сжигания наших калорий. Высокий уровень метаболизма вообще творит чудеса – сокращает объем ненавистных калорий до такого состояния, что организм начинает питаться собственными запасами. Так уходит жир.

RMR (Resting Metabolic Rate) – количество калорий, которого достаточно, чтобы поддерживать жизнедеятельность организма. У каждого индивидуума этот показатель индивидуален – это уже сугубо генетическая данность.
Следующая неотъемлемая часть метаболизма - масса тела и мышечная масса. Здесь есть прямая зависимость одного от другого – выше мышечная масса – выше метаболизм и наоборот. С чего бы это? Да просто пол килограмма мышц «уничтожают» 35-50 калорий за день. То же количество жира избавит лишь от 5-10 калорий.
Составляющая №3 – ваша щитовидная железа. Поэтому, ценный совет – тем, кому за 30 есть смысл сходить к доктору и сдать все анализы на гормоны + УЗИ щитовидной железы. Именно она оказывает прямое слияние на метаболизм и сжигание жиров.

Анаболизм и катаболизм

Два не менее важных понятия, напрямую связанных с здоровым метаболизмом.

Анаболизм – набор химических процессов, ответственных за ткани, клетки вашего организма, их развитие и за синтез аминокислот.

Катаболизм – расщепление пищевых молекул для последующего их превращения в энергию вашего тела.

Именно энергия, полученная от катаболизма необходима для полноценной жизни организма.

Так как же действительно использовать свой встроенный «жиросжигатель» в правильном направлении? Да все, в общем, не сложно.

Начальный этап – встаньте перед зеркалом, предельно объективно себя оцените и определитесь с типом своего телосложения - это то, с чем метаболизм непосредственно связан и, по сути, первая ступенечка к началу управления машиной сжигания собственного жира.

Все мы разные, но основная масса ученых сходится на трех типах строения человеческих тел:

Эктоморф

Обладает небольшим телом;
Форма грудной клетки – плоская;
Плечи узкие;
Телосложение тощее;
Мышцы отсутствуют;
Мышечную массу набрать довольно сложно;
Очень быстрый метаболизм.

Если вы тот самый «тощий» эктоморф, то есть необходимость в потреблении большого количества калорий. И тут есть маленькая несомненная радость – эктоморфу НЕОБХОДИМО есть перед сном, чтобы дезактивировать процессы катаболизма. Почти все физические нагрузки у эктоморфов должны быть направлены на определенные группы мышц. Неплохо бы было пользоваться спортивными пищевыми добавками.

Мезоморф

Телосложение спортивное, атлетическое;
Форма тела прямоугольная;
Мезоморфы, как правило, очень сильные;
Не испытывают проблем с наращиванием мышечной массы;
Могут испытывать проблемы с набором излишнего веса.

Не имеют проблем с наращиванием мышц, также как и наращиванием лишнего жира. Это не есть хорошо – постоянно придется следить за тем, что употребляешь в пищу и в каком количестве. То есть, для мезоморфов жизненно важен правильно подобранный рацион питания. Тут еще и не обойтись без регулярных кардионагрузок.

Эндоморф

Округлые очертания фигуры;
И мышечная и жировая массы растут, как говорится, «на ура»;
Невысокие;
Имеют проблемы с сбрасыванием лишнего веса;
Метаболизм замедленный.

Самое главное для эндоморфов – рассчитанная по калориям белковая диета + постоянные кардиотренировки – бег, велосипед, спортивная ходьба.

Следующий этап – разобраться с вытекающими из вышесказанного понятиями – быстрый и медленный метаболизм.

Медленный метаболизм – выражается в высоком аппетите и отсутствии желания двигаться и заниматься активными видами спорта. Здесь, в первую очередь, важна смена режима питания и пищевых привычек в целом. После, полученный результат уже легче будет поддерживать занятиями физкультурой.

Быстрый метаболизм – наоборот выражается в желании меньше есть и больше двигаться. Такие люди чаще всего огорчены тем, что им катастрофически сложно набрать мышечную массу несмотря на все усилия. Людям с быстрым метаболизмом необходим правильный, калорийный рацион питания и детально продуманная система тренировок, преобразующая полученную энергию в нужное русло.

Завершающий этап . Похудение и использование процессов метаболизма в вашем организме с умом.

От чего зависит метаболизм?

Возраст, вес, рост, пол, телосложение (о типах телосложения читайте выше);
Питание, физические нагрузки (и их грамотное сочетание в зависимости от типа строения тела);
Состояние здоровья (стабильный гормональный фон, что проверяется у доктора-эндокринолога);
Психическое здоровье (отсутствие стрессов и любых других расшатывающих психику факторов).

Процессы метаболизма в жировой ткани безумно медленны по сравнению с метаболизмом в ткани мышечной. Те, у кого действительно есть проблемы с лишним весом нуждаются в меньшем количестве энергии, но едят, все же, больше, чем необходимо. Эта лишняя «съеденная» энергия не расходуется, а стремительно уходит в жировые «запасы» нашего организма – а куда ее еще девать? Естественно, при таком метаболизме худеть не представляется возможным.

Лишний жир, постепенно проникая во внутренние органы, влияет на стабильность работы эндокринной системы и расшатывает наш гормональный фон. У женщин, например, излишний жир в организме вызывает задержки или постоянные сбои циклов. Есть вероятность развития метаболического синдрома.

Что такое метаболический синдром?

Это такое состояние, при котором подкожная жировая прослойка приводит к серьезным нарушениям внутренних обменных процессов – липидных и углеводных. Это как раз тот случай, при котором человек начинает «пухнуть» буквально от всего. Появляются проблемы с сердцем и артериальная гипертензия. Резко повышается давление и количество сахара в крови.

Однако, нужно отметить, что все эти симптомы не относятся к метаболическому синдрому, если показатели вашего телосложения (объем талии и вес) в норме. Хотя, даже в этом случае, визит к доктору обязателен.

Как же разогнать свой метаболизм, чтобы похудеть?

Перестать себя обманывать!
Убрать из рациона жиры и простые углеводы (шоколад, булки, пирожные, сливочное масло и т. д.)
Ограничиться нежирными белками (куриная грудка, молоко, яичный белок) и клетчаткой (фрукты, овощи). Так вы, наконец, улучшите обмен веществ и ускорите метаболизм.
Сократить углеводы – они наоборот, замедляют метаболизм.
Поднять мышечный тонус, заняться спортом, увеличить нагрузку на мышцы.

Многие считают, что обмен веществ и скорость переваривания пищи - синонимы, но это неправильно. Даем верное определение метаболизму и разбираемся, от чего зависит его скорость и к чему могут привести неполадки и сбои.

Обмен веществ (его также называют метаболизмом) - это основа жизненно важных процессов, происходящих в организме. Под метаболизмом понимают все биохимические процессы, происходящие внутри клеток. Тело постоянно заботится о себе, используя (или откладывая в резервные депо) полученные питательные вещества, витамины, минералы и микроэлементы для обеспечения всех функций организма.

Для обмена веществ, управляемого в том числе эндокринологической и нервной системами, огромное значение имеют гормоны и энзимы (ферменты). Традиционно самым важным органом в метаболизме считается печень.

Для того, чтобы выполнять все свои функции, организму нужна энергия, которую он черпает из белков, жиров и углеводов, получаемых вместе с едой. Поэтому процесс усвоения пищи можно считать одним из необходимых условий для метаболизма.

Обмен веществ происходит автоматически. Именно это дает возможность клеткам, органам и тканям самостоятельно восстанавливаться после влияния определенных внешних факторов или же внутренних сбоев.

В чем суть метаболизма?

Метаболизм – это изменение, превращение, переработка химических веществ, а также энергии. Этот процесс состоит из 2 основных, связанных между собой стадий:

Катаболизм (от греческого слова «разрушение»). Катаболизм предусматривает распад сложных органических веществ, поступивших в организм, до более простых. Это особый энергетический обмен, происходящий во время окисления или же распада определенного химического или органического вещества. В результате в организме происходит выброс энергии (большая ее часть рассеивается в виде тепла, оставшаяся позже используется в анаболических реакциях и при образовании АТФ);
Анаболизм (от греческого слова «подъем»). Во время данной фазы происходит образование важных для организма веществ – аминокислот, сахара и белка. Для этого пластического обмена необходимы большие затраты энергии.

Говоря простым языком, катаболизм и анаболизм – это два равноправных процесса в обмене веществ, последовательно и циклично сменяющих друг друга.

Что влияет на скорость обменных процессов

Одна из возможных причин медленного обмена веществ - генетический дефект. Существует предположение, что скорость процесса сжигания энергии зависит не только от возраста (об этом мы расскажем ниже) и строения тела, но и от наличия определенного индивидуального гена.

В 2013 году было проведено исследование, в ходе которого выяснилось, что причиной медленного обмена веществ может быть мутация KSR2 - гена, отвечающего за метаболизм. Если в нем имеется дефект, то у его носителя или носительницы отмечается не только повышенный аппетит, но и более медленный (по сравнению со здоровыми людьми), основной обмен (прим. ред.: под основным обменом подразумевают минимальное количество энергии, которое нужно организму утром для нормальной жизнедеятельности в положении лежа и состоянии бодрствования до первого приема пищи ). Однако учитывая тот факт, что данный генетический дефект имеется менее чем у 1% взрослых людей и менее чем у 2% детей с избыточным весом, данную гипотезу трудно назвать единственно верной.

С гораздо большей уверенностью ученые говорят о том, что скорость метаболизма зависит от пола человека.

Так, голландские исследователи выяснили, что у мужчин действительно более активный обмен веществ, чем у женщин. Они объясняют данное явление тем, что мужчины обычно обладают большей мышечной массой, кости у них тяжелее, а процент жира в организме меньше, поэтому что в состоянии покоя (речь про основной обмен), что при движении они потребляют большее количество энергии.

Также метаболизм замедляется с возрастом, и винить в этом стоит гормоны. Так, чем старше женщина, тем меньше эстрогена производит ее организм: это становится причиной появления (или увеличения уже имеющихся) жировых отложений в области живота. У мужчин снижается уровень тестостерона, что приводит к уменьшению мышечной массы. Кроме того - и на сей раз мы говорим о людях обоих полов - со временем тело начинает вырабатывать все меньше гормона роста соматотропина, призванного в том числе стимулировать расщепление жира.

Ответьте на 5 вопросов, чтобы узнать, насколько быстр ваш метаболизм!

Часто ли вам бывает жарко? Людям с хорошим обменом веществ, как правило, чаще бывает жарко, чем людям с плохим (медленным) метаболизмом, они гораздо меньше мерзнут. Если у вас не начался предклимактерический период, то положительный ответ на этот вопрос можно считать одним из признаков того, что ваш метаболизм в порядке.

Как быстро вы поправляетесь? Если вы склонны к быстрому набору веса, то можно предположить, что ваш обмен веществ функционирует не совсем правильно. При правильном метаболизме полученная энергия тратится практически сразу, а не откладывается в виде жира в депо.

Часто ли вы ощущаете бодрость и прилив сил? Люди с замедленным обменом веществ часто чувствуют себя уставшими и разбитыми.

Быстро ли вы перевариваете пищу? Люди с хорошим метаболизмом обычно могут похвастаться хорошим пищеварением. Частые запоры зачастую являются сигналом, что с обменом веществ что-то не так.

Как часто и много вы едите? Вы часто испытываете чувство голода и много едите? Хороший аппетит обычно указывает на то, что пища быстро усваивается организмом, и это признак быстрого метаболизма. Но, конечно же, это не повод отказаться от правильного питания и активного образа жизни.

Отметим, что слишком быстрый обмен веществ, о котором мечтают многие, тоже чреват проблемами: он может привести к бессоннице, нервозности, дефициту веса и даже проблемам с сердцем и сосудами.

Как наладить обмены при помощи питания?

Существует достаточно много продуктов питания, которые способны благотворно повлиять на обмен веществ, например:

богатые грубой клетчаткой овощи (свекла, сельдерей, капуста, морковь);
постное мясо (филе курицы без кожи, телятина);
зеленый чай, цитрусовые фрукты, имбирь;
богатая фосфором рыба (особенно морская);
экзотические фрукты (авокадо, кокосы, бананы);
зелень (укроп, петрушка, базилик).

Проверьте, не совершаете ли вы ошибки в пищевом поведении, которые ведут к ненужному замедлению метаболизма!

Ошибка №1. В вашем рационе слишком мало полезных жиров

Увлекаетесь продуктами с маркировкой light? Обязательно следите за тем, чтобы потреблять достаточное количество ненасыщенных жирных кислот, которые содержатся в том же лососе или авокадо. Они также помогают удерживать уровень инсулина в пределах нормы и не позволяют обмену веществ замедляться.

Ошибка №2. В вашем рационе много полуфабрикатов и готовой еды

Внимательно изучите этикетки, скорее всего, вы обнаружите, что сахар входит в состав даже тех продуктов, где его быть вовсе не должно. Именно он отвечает за скачки глюкозы в крови. Не устраивайте организму пищевые американские горки. Ведь тело расценивает подобные перепады как сигнал, что пора запасти побольше жира.\

Ошибка №3. Вы часто игнорируете приступы голода и пропускаете приемы пищи

Важно не только то, что вы едите, но и когда вы это делаете (питаться нужно регулярно и в одно и то же время). Тот, кто ждет, пока желудок не начнут скручивать голодные спазмы (или вообще игнорирует сигналы организма), рискует отрицательно повлиять на скорость обмена веществ. Ничего хорошего в этом случае ждать нельзя. По крайней мере, зверские приступы голода по вечерам, которых не избежать, в категорию «хорошее» точно не попадают.

Причины и следствия сбоев обмена веществ

Среди причин сбоя обменных процессов можно назвать патологические изменения в работе надпочечников, гипофиза и щитовидной железы.

Кроме этого, к предпосылкам сбоев относят несоблюдение рациона питания (сухая пища, частое переедание, болезненная увлеченность жесткими диетами), а также плохую наследственность.

Существует целый ряд внешних признаков, по которым можно самостоятельно научиться распознавать проблемы катаболизма и анаболизма:

недостаточная или чрезмерная масса тела;
соматическая усталость и отечность верхних и нижних конечностей;
ослабленные ногтевые пластины и ломкие волосы;
кожные высыпания, прыщи, шелушение, бледность или покраснение кожных покровов.

Если метаболизм отличный, то тело будет стройным, волосы и ногти - крепкими, кожа - без косметических дефектов, а самочувствие - хорошим.

Метаболизм (от греческого: μεταβολή metabolē, «изменение») – это ряд химических превращений в клетках живых организмов, необходимых для поддержания жизни. Тремя основными целями метаболизма являются превращение пищи / топлива в энергию для запуска клеточных процессов, превращение пищи / топлива в строительные блоки для белков, липидов, нуклеиновых кислот и некоторых углеводов, а также устранение азотистых шлаков. Эти ферментативные реакции позволяют организму расти и размножаться, сохранять свои структуры и реагировать на окружающую среду. Слово «метаболизм» может также относиться к сумме всех химических реакций, происходящих в живых организмах, включая пищеварение и транспортировку веществ в различные клетки и между ними, в этом случае множество реакций внутри клеток называется промежуточным метаболизмом. Метаболизм обычно делится на две категории: катаболизм, расщепление органического вещества, например, с помощью клеточного дыхания, и анаболизм, создание компонентов клеток, таких как белки и нуклеиновые кислоты. Как правило, при расщеплении энергия высвобождается, а при наращивании потребляется.

Химические реакции обмена веществ организованы в метаболических путях, в которых одно химическое соединение трансформируется через ряд шагов в другое соединение, при помощи последовательности ферментов. Ферменты имеют решающее значение для обмена веществ, поскольку они позволяют организмам осуществлять желаемые реакции, которые требуют затрат энергии, которые не будут происходить сами по себе, путем присоединения их к спонтанным реакциям, которые высвобождают энергию. Ферменты действуют как катализаторы, которые позволяют реакциям протекать более быстрыми темпами. Ферменты также позволяют регулировать метаболические пути в ответ на изменения в окружающей среде клетки или на сигналы от других клеток. Метаболическая система конкретного организма определяет, какие вещества для него будут питательными, а какие – ядовитыми. Например, некоторые прокариоты используют сероводород в качестве питательного вещества, но этот газ является ядовитым для животных. Скорость метаболизма влияет на то, сколько пищи потребует организм, а также на то, насколько он будет способен получить эту пищу. Отличительной чертой метаболизма является сходство основных метаболических путей и компонентов между даже совершенно разными видами. Например, множество карбоновых кислот, которые более всего известны как промежуточные соединения в цикле Кребса, присутствуют во всех известных организмах. Они были обнаружены у таких разнообразных видов, как одноклеточные бактерии кишечной палочки и гигантские многоклеточные организмы, такие как слоны. Эти поразительные сходства в метаболических путях, вероятно, связаны с их ранним появлением в эволюционной истории, и их сохранением из-за их эффективности.

Основные биохимические вещества

Большинство структур, которые составляют животных, растений и микробов, состоят из трех основных классов молекул: аминокислоты, углеводы и липиды (часто называемые жирами). Так как эти молекулы имеют жизненно важное значение для жизни, метаболические реакции либо сосредотачиваются на производстве этих молекул в процессе строительства клеток и тканей, либо на их расщеплении и использовании в качестве источника энергии, в процессе их переваривания. Эти биохимические вещества могут соединяться друг с другом, образуя полимеры, такие как ДНК и белки, необходимые для жизни макромолекулы.

Аминокислоты и белки

Белки состоят из аминокислот, расположенных в линейной цепи, соединенные между собой пептидными связями. Многие белки представляют собой ферменты, которые катализируют химические реакции в обмене веществ. Другие белки имеют структурные или механические функции, такие, как белки, которые формируют цитоскелет, систему, которая поддерживает форму клетки. Белки также играют важную роль в клеточной сигнализации, иммунных реакциях, клеточной адгезии, активном транспорте через мембраны, и клеточном цикле. Аминокислоты также способствуют клеточному метаболизму энергии, обеспечивая источник углерода для вхождения в цикл лимонной кислоты (цикл трикарбоновых кислот), особенно когда основного источника энергии, такого как глюкоза, недостаточно, или когда клетки подвергаются метаболическому стрессу.

Липиды

Липиды являются наиболее разнообразной группой биохимических веществ. Их основные структурные виды использования – как часть биологических мембран, как внутренних, так и внешних, таких как клеточные мембраны, или в качестве источника энергии. Липиды обычно определяются как гидрофобные или амфипатические биологические молекулы, но они растворяются в органических растворителях, таких как бензол или хлороформ. Жиры – это большая группа соединений, которые содержат жирные кислоты и глицерин; молекула глицерина, присоединенная к трем сложных эфирам жирных кислот, называется триацилглицеридом. Существует несколько вариаций этой базовой структуры, в том числе альтернативные скелеты, такие как сфингозин у сфинголипидов, и гидрофильные группы, такие как фосфат, у фосфолипидов. Стероиды, такие как холестерин, являются еще одним важным классом липидов .

Углеводы

Углеводы являются альдегидами или кетонами, с большим количеством присоединенных гидроксильных групп, которые могут существовать в виде прямых цепей или колец. Углеводы являются наиболее распространенными биологическими молекулами, и выполняют множество функций, таких как хранение и транспортировка энергии (крахмал, гликоген) и структурных компонентов (целлюлоза у растений, хитин у животных). Базовые единицы углеводов называются моносахаридами и включают галактозу, фруктозу и, самое главное, глюкозу. Моносахариды могут быть связаны друг с другом, образуя полисахариды.

Нуклеотиды

Две нуклеиновые кислоты, ДНК и РНК, представляют собой полимеры нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из фосфата, прикрепленного к рибозной или дезоксирибозной сахарной группе, которая присоединена к азотистому основанию. Нуклеиновые кислоты имеют решающее значение для хранения и использования генетической информации и ее интерпретации через процессы транскрипции и биосинтеза белка. Эта информация защищена механизмами репарации ДНК и распространяется через репликацию ДНК. Многие вирусы имеют РНК-геном, такие как ВИЧ, который использует обратную транскрипцию для создания шаблона ДНК из своего вирусного РНК-генома. РНК в рибозимах, таких как сплайсосомы и рибосомы, аналогична ферментам, так как она может катализировать химические реакции. Отдельные нуклеозиды создаются путем присоединения к нуклеиновому основанию рибозного сахара. Эти основания являются гетероциклическими кольцами, содержащими азот, и классифицируются как пурины или пиримидины. Нуклеотиды также выступают в качестве коферментов в метаболических реакциях переноса групп.

Коферменты

Метаболизм включает в себя широкий спектр химических реакций, но большинство этих реакций входит в несколько основных типов реакций, которые включают перенос функциональных групп атомов и их связей в молекулах. Эти химические реакции позволяют клеткам использовать небольшой набор метаболических промежуточных продуктов для того, чтобы перемещать химические группы между различными реакциями. Эти промежуточные вещества в реакциях переноса групп называются коферментами. Каждый класс реакций переноса групп осуществляется конкретным коферментом, который является субстратом для ряда ферментов, которые производят его, а также для ряда ферментов, потребляющих его. Поэтому эти коферменты непрерывно производится, потребляются, а затем используются повторно. Одним из центральных коферментов является аденозинтрифосфат (АТФ), универсальный источник энергии для клеток. Этот нуклеотид используется для передачи химической энергии между различными химическими реакциями. В клетках существует лишь небольшое количество АТФ, но, так как он непрерывно регенерируется, человеческое тело может использовать такое количество АТФ в день, которое составляет приблизительно его собственный вес. АТФ выступает в качестве «моста» между катаболизмом и анаболизмом. Катаболизм разрушает молекулы, а анаболизм собирает их вместе. Катаболические реакции создают АТФ, а анаболические реакции потребляют его. АТФ также служит в качестве носителя фосфатных групп в реакциях фосфорилирования. Витамин представляет собой органическое соединение, необходимое в небольших количествах, которое не может быть произведено в клетках. В питании человека, большинство витаминов функционируют в качестве коферментов после модификации; например, все водорастворимые витамины фосфорилируются или соединяются с нуклеотидами, когда они используются в клетках. Никотинамид-аденин-динуклеотид (НАД +), производное витамина B3 (ниацина), является важным коферментом, который действует как акцептор водорода. Сотни отдельных видов дегидрогеназ удаляют электроны от их субстратов и восстанавливают НАД + в НАДH. Эта восстановленная форма кофермента является субстратом для любой из редуктаз в клетке, которые должны восстановить свои субстраты. Никотинамидадениндинуклеотид существует в двух родственных формах в клетке, НАДH и НАДФН. НАД + / НАДН форма является более важной в катаболических реакциях, в то время как НАДФ + / НАДФН используется в анаболических реакциях.

Минералы и кофакторы

Неорганические элементы играют важную роль в обмене веществ; некоторые из них содержатся в организме в изобилии (например, натрий и калий), в то время как другие действуют в минимальных концентрациях. Около 99% массы млекопитающего состоит из углерода, азота, кальция, натрия, хлора, калия, водорода, фосфора, кислорода и серы. Органические соединения (белки, липиды и углеводы) содержат большую часть углерода и азота; большая часть кислорода и водорода присутствует в воде. Содержащиеся в изобилии неорганические элементы действуют как ионные электролиты. Наиболее важными ионами являются натрий, калий, кальций, магний, хлорид, фосфат и органический бикарбонат-ион. Поддержание точных ионных градиентов в клеточных мембранах поддерживает осмотическое давление и рН. Ионы также имеют важное значение для функционирования нервов и мышц, поскольку потенциалы действия в этих тканях образуются путем обмена электролитов между внеклеточной жидкостью и клеточной жидкостью, цитозолью. Электролиты входят и выходят из клеток с помощью белков в клеточной мембране, называемыми ионными каналами. Например, сокращение мышц зависит от перемещения кальция, натрия и калия через ионные каналы в клеточной мембране и Т-канальцах. Переходные металлы, как правило, присутствуют в организмах в качестве микроэлементов, при этом цинк и железо содержатся в организме в наибольших концентрациях. Эти металлы используются в некоторых белках в качестве кофакторов и имеют важное значение для активности ферментов, таких как каталаза и белки-переносчики кислорода, такие как гемоглобин. Металлические кофакторы тесно связаны со специфическими участками в белках; хотя ферментные кофакторы могут быть модифицированы во время катализа, они всегда возвращаются в исходное состояние к концу катализируемой реакции. Металлические микроэлементы усваиваются в организмах при помощи специфических транспортеров и связываются с запасными белками, такими как ферритин или металлотионеин, когда не используются.

Катаболизм

Катаболизм – это множество метаболических процессов, которые расщепляют крупные молекулы. Эти процессы включают в себя расщепление и окисление молекул пищи. Цель катаболических реакций состоит в обеспечении энергией и компонентами, необходимыми в ходе анаболических реакций. Точный характер этих катаболических реакций отличается у разных организмов. Организмы могут быть классифицированы на основе их источников энергии и углерода (их первичных пищевых групп). Органические молекулы используются в качестве источника энергии органотрофами, в то время как литотрофы используют неорганические субстраты, и фототрофы используют солнечный свет в виде химической энергии. Тем не менее, все эти различные формы метаболизма зависят от окислительно-восстановительных реакций, которые включают перенос электронов от восстановленных молекул-доноров, таких как органические молекулы, вода, аммиак, сероводород или ионы железа, к акцепторным молекулам, таким как кислород, нитрат или сульфат. У животных, эти реакции включают сложные органические молекулы, которые расщепляются на более простые молекулы, такие как углекислый газ и вода. У фотосинтезирующих организмов, таких как растения и цианобактерии, эти реакции переноса электрона не высвобождают энергию, но используются как способ хранения энергии, поглощаемой из солнечного света. Наиболее распространенные катаболические реакции у животных могут быть разделены на три основные стадии. В первой стадии, большие органические молекулы, такие как белки, полисахариды или липиды, расщепляются на более мелкие компоненты за пределами клетки. Далее, эти небольшие молекулы захватываются клетками и преобразуются в еще более мелкие молекулы, обычно в ацетил-кофермент А (ацетил-КоА), который высвобождает некоторое количество энергии. И, наконец, ацетильная группа на КоА окисляется до воды и углекислого газа в цикле лимонной кислоты и цепи переноса электронов, высвобождая энергию, которая хранится за счет восстановления кофермента никотинамидадениндинуклеотида (НАД +) в НАДH.

Переваривание

Макромолекулы, такие как крахмал, целлюлоза или белки, не могут быстро захватываться клетками и должны быть расщеплены на более мелкие единицы, прежде чем они могут быть использованы в метаболизме клеток. Несколько общих классов ферментов переваривают эти полимеры. Эти пищеварительные ферменты включают протеазы, которые перерабатывают белки в аминокислоты, а также гликозид гидролазы, которые перерабатывают полисахариды в простые сахара, известные как моносахариды. Микробы просто выделяют пищеварительные ферменты в окружающую среду, в то время как животные выделяют эти ферменты только из специализированных клеток в своих кишках. Аминокислоты или сахара, высвобожденные этими внеклеточными ферментами, затем перекачивается в клетки с помощью активных транспортных белков.

Энергия из органических соединений

Углеводный катаболизм – это распад углеводов на более мелкие единицы. Углеводы, как правило, принимаются в клетки, когда они перевариваются в моносахариды. Попадая в организм, основным маршрутом расщепления является гликолиз, в ходе которого сахара, такие как глюкоза и фруктоза, превращаются в пируват и генерируется АТФ. Пируват – это промежуточное соединение в нескольких метаболических путях, но большая часть пирувата превращается в ацетил-КоА и участвует в цикле лимонной кислоты. Хотя некоторая часть АТФ генерируется в цикле лимонной кислоты, наиболее важным продуктом является НАДН, который производится из НАД +, когда ацетил-СоА окисляется. В ходе этого окисления в качестве побочного продукта высвобождается углекислый газ. В анаэробных условиях, гликолиз производит лактат, через фермент лактатдегидрогеназы, повторно окисляя НАДH в НАД + для повторного использования в гликолизе. Альтернативным путем для расщепления глюкозы является пентозофосфатный путь, который восстанавливает кофермент НАДФН и производит пентозы, такие как рибоза, сахарный компонент нуклеиновых кислот. Жиры катаболизируются в ходе гидролиза до свободных жирных кислот и глицерина. Глицерин входит в гликолиз и жирные кислоты расщепляются путем бета-окисления, высвобождая ацетил-КоА, который затем участвует в цикле лимонной кислоты. Жирные кислоты выделяют при окислении больше энергии, чем углеводы, потому что углеводы содержат больше кислорода в своих структурах. Стероиды также расщепляются некоторыми бактериями в процессе, подобном бета-окислению, и этот процесс расщепления связан с высвобождением значительного количества ацетил-КоА, пропионил-КоА и пирувата, которые могут быть использованы клеткой для получения энергии. M. tuberculosis может также вырасти на липидном холестерине в качестве единственного источника углерода, и гены, участвующие в пути использования холестерина (ов), были утверждены в качестве важных при различных стадиях жизненного цикла инфекции микобактерий туберкулеза . Аминокислоты либо используются для синтеза белков и других биомолекул, или окисляются до мочевины и диоксида углерода в качестве источника энергии. Путь окисления начинается с удаления аминогруппы при помощи трансаминазы. Аминогруппа входит в цикл мочевины, оставляя деаминированный скелет углерода в форме кетокислоты. Некоторые из этих кетокислот являются промежуточными продуктами в цикле лимонной кислоты, например, дезаминирование глутамата приводит к образованию α-кетоглютарата. Глюкогенные аминокислоты также могут быть преобразованы в глюкозу через глюконеогенез.

Энергетические преобразования

Окислительное фосфорилирование

В ходе окислительного фосфорилирования, электроны удаляются из органических молекул в таких областях, как цикл протагоновой кислоты, и переносятся в кислород, а выделяемая при этом энергия используется для производства АТФ. Это делается у эукариот серией белков в мембранах митохондрий, называемой цепью переноса электронов. У прокариот, эти белки находятся во внутренней мембране клетки. Эти белки используют энергию, выделяемую от проходящих электронов от восстановленных молекул, таких как НАДН, в кислород, чтобы перекачивать протоны через мембрану. Выкачивание протонов из митохондрий создает разность концентрации протонов через мембрану, и генерирует электрохимический градиент. Это вызывает движение протонов обратно в митохондрии через основание фермента, называемого АТФ-синтаза. Поток протонов заставляет субъединицу вращаться, в результате чего активный участок домена синтазы изменяет форму и фосфорилирует АДФ, превращая его в АТФ.

Энергия из неорганических соединений

Хемолитотрофия – тип метаболизма у прокариот, при котором энергия производится путем окисления неорганических соединений. Эти организмы могут использовать водород, восстановленные соединения серы (такие как сульфид, сероводород и тиосульфат), двухвалентное железо (FeII) или аммиак в качестве источников восстановительной способности, и они получают энергию от окисления этих соединений с акцепторами электронов, такими как кислород или нитриты. Эти микробные процессы играют важную роль в глобальных биогеохимических циклах, таких как ацетогенез, нитрификация и денитрификация, и имеют решающее значение для плодородия почв.

Энергия света

Энергия солнечного света используется растениями, цианобактериями, пурпурными бактериями, зелеными серными бактериями и некоторыми простейшими. Этот процесс часто связан с превращением двуокиси углерода в органические соединения, как часть фотосинтеза. Системы захвата энергии и фиксации углерода, однако, могут работать отдельно у прокариот, так как пурпурные бактерии и зеленые серные бактерии могут использовать солнечный свет в качестве источника энергии, во время переключения между фиксацией углерода и ферментацией органических соединений. У многих организмов, захват солнечной энергии аналогичен по принципу с окислительным фосфорилированием, так как включает в себя хранение энергии в виде градиента концентрации протонов. Эта движущая сила протонов затем приводит к синтезу АТФ. Электроны, необходимые для работы этой электрон-транспортной цепи, происходят из белков, собирающих свет, называемых фотосинтезирующими реакционными центрами или родопсинами. Реакционные центры делятся на два типа в зависимости от типа фотосинтетического пигмента, при этом большинство фотосинтезирующих бактерий имеют только один тип, в то время как растения и цианобактерии имеют два. У растений, водорослей и цианобактерий, фотосистема II использует энергию света для удаления электронов из воды, выделяя кислород в качестве побочного продукта. Электроны затем перемещаются в комплекс цитохрома b6f, который использует их энергию для перекачки протонов через мембрану тилакоидов в хлоропластах. Эти протоны движутся обратно через мембрану, по мере того, как они управляют АТФ-синтазой, как и раньше. Электроны затем проходят через фотосистему I и затем могут либо быть использованы для восстановления кофермента НАДФ +, для использования в цикле Кальвина, или быть переработаны для дальнейшего поколения АТФ.

Анаболизм

Анаболизм – это множество конструктивных метаболических процессов, в которых энергия, выделяемая катаболизмом, используется для синтеза сложных молекул. В общем, сложные молекулы, которые составляют клеточные структуры, строятся из небольших и простых предшественников. Анаболизм включает в себя три основных этапа. Во-первых, производство прекурсоров, таких как аминокислоты, моносахариды, изопреноиды и нуклеотиды, во-вторых, их активация в химически активные формы с использованием энергии от АТФ, и в-третьих, сборка этих предшественников в сложные молекулы, такие как белки, полисахариды, липиды и нуклеиновые кислоты. Разные организмы могут построить разное количество молекул в клетках. Автотрофы, такие как растения, могут строить сложные органические молекулы в клетках, такие как полисахариды и белки, из простых молекул, таких как углекислый газ и вода. Гетеротрофные организмы, с другой стороны, требуют источник более сложных веществ, таких как моносахариды и аминокислоты, чтобы произвести эти сложные молекулы. Организмы могут быть дополнительно классифицированы по основным источникам их энергии: фотоавтотрофы и фотогетеротрофы получают энергию от света, в то время как хемоавтотрофы и хемогетеротрофы получают энергию от неорганических реакций окисления.

Фиксация углерода

Фотосинтез – это синтез углеводов из солнечного света и углекислого газа (CO2). У растений, цианобактерий и водорослей, кислородный фотосинтез расщепляет воду, при этом кислород выделяется в качестве побочного продукта. Этот процесс использует АТФ и НАДФН, вырабатываемые фотосинтетическими реакционными центрами, как описано выше, для превращения СО2 в глицерат 3-фосфат, который затем может быть превращен в глюкозу. Эта реакция углерод-фиксации осуществляется с помощью фермента Рубиско как часть цикла Кельвина-Бенсона. У растений встречается три типа фотосинтеза, С3 фиксация углерода, C4 фиксация углерода и фотосинтез САМ. Они отличаются по маршруту, который использует двуокись углерода для цикла Кальвина, при этом C3 растения фиксируют CO2 непосредственно, в то время как C4 и CAM фотосинтез включает СО2 сначала в другие соединения, в качестве приспособлений для борьбы с интенсивным солнечным светом и сухими условиями. У фотосинтезирующих прокариот, механизмы фиксации углерода более разнообразны. Здесь, диоксид углерода может быть закреплен с помощью цикла Кельвина-Бенсона, обратного цикла лимонной кислоты, или карбоксилирования ацетил-КоА. Прокариотические хемоавтотрофы также фиксируют СО2 через цикл Кельвина-Бенсона, но используют энергию из неорганических соединений, чтобы провести реакцию.

Углеводы и гликаны

При углеводном анаболизме, простые органические кислоты могут быть превращены в моносахариды, такие как глюкоза, а затем использоваться для сборки полисахаридов, таких как крахмал. Генерирование глюкозы из таких соединений, как пируват, лактат, глицерин, глицерат 3-фосфат и аминокислоты, называется глюконеогенезом. Глюконеогенез преобразует пируват в глюкозо-6-фосфат через ряд промежуточных продуктов, многие из которых наблюдаются при гликолизе. Однако, этот путь не является просто гликолизом, протекающим в обратном направлении, поскольку несколько шагов катализируются не-гликолитическими ферментами. Это важно, поскольку это позволяет отдельно регулировать образование и расщепление глюкозы, а также предотвращает одновременное протекание обоих путей в футильном цикле. Хотя жир является распространенным способом хранения энергии, у позвоночных животных, таких как люди, жирные кислоты, содержащиеся в этих хранилищах, не могут быть преобразованы в глюкозу через глюконеогенез, так как эти организмы не могут преобразовать ацетил-КоА в пируват; растения, в отличие от животных, имеют необходимые для этого ферментативные механизмы. В результате, после длительного голодания, позвоночным необходимо производить кетоновые тела из жирных кислот, чтобы заменить глюкозу в тканях, таких как мозг, который не может метаболизировать жирные кислоты. У других организмов, таких как растения и бактерии, эта метаболическая задача решается с помощью глиоксилатного цикла, который обходит стадии декарбоксилирования в цикле лимонной кислоты и способствует превращению ацетил-КоА в оксалоацетат, где он может быть использован для производства глюкозы. Полисахариды и гликаны производятся путем последовательного добавления моносахаридов гликозилтрансферазой от реактивного донора сахара-фосфата, такого как уридиндифосфатглюкоза (УДФ-глюкоза) к акцептору гидроксильной группы на растущем полисахариде. Поскольку любая из гидроксильных групп на кольце субстрата может быть акцептором, производимые полисахариды могут иметь прямые или разветвленные структуры. Производимые полисахариды могут иметь структурные или метаболические функции сами по себе, или быть переданы липидам и белкам с помощью ферментов, называемых олигосахарилтрансферазы.

Жирные кислоты, изопреноиды и стероиды

Жирные кислоты производятся синтазами жирных кислот, которые полимеризуют, а затем восстанавливают единицы ацетил-КоА-редуктазы. Эти ацильные цепи в жирных кислотах удлиняются при помощи цикла реакций, которые добавляют ацильную группу, восстанавливают её до спирта, обезвоживают его в алкеновую группу, а затем вновь восстанавливают его в алкановую группу. Ферменты биосинтеза жирных кислот делятся на две группы: у животных и грибов все эти реакции синтазы жирных кислот осуществляются одним многофункциональным белком типа I, в то время как в пластидах растений и бактерий отдельные ферменты типа II выполняют каждый шаг в пути. Терпены и изопреноиды представляют большой класс липидов, которые включают каротиноиды и формируют самый большой класс растительных натуральных продуктов. Эти соединения создаются путем сборки и модификации единиц изопрена, пожертвованных от реактивных предшественников изопентенил пирофосфата и диметилаллилового пирофосфата. Эти предшественники могут производиться по-разному. У животных и у архебактерий, мевалонатный путь производит эти соединения из ацетил-КоА, в то время как у растений и бактерий, не-мевалонатный путь использует пируват и глицеральдегид-3-фосфат в качестве субстратов. Одной из важных реакции, использующих эти активированные изопреновые доноры, является биосинтез стероидов. Здесь единицы изопрена объединяются вместе, производя сквален, а затем сформировывают набор колец, производя ланостерол. Ланостерол затем может быть преобразован в другие стероиды, такие как холестерин и эргостерол.

Белки

Нуклеотидный синтез

Нуклеотиды производятся из аминокислот, углекислого газа и муравьиной кислоты в пути, который требует большого количества метаболической энергии. Следовательно, большинство организмов имеют эффективные системы, чтобы спасать предварительно образованные нуклеотиды. Пурины синтезируются как нуклеозиды (основания при рибозе). И аденин, и гуанин производятся из предшественника нуклеозид-инозин-монофосфата, который синтезируется с использованием атомов из аминокислот глицина, глутамина и аспарагиновой кислоты, а также формиата, переданного от кофермента тетрагидрофолата. Пиримидины, с другой стороны, синтезируются из базового оротата, который образуется из глутамина и аспартата.

Ксенобиотики и окислительно-восстановительный метаболизм

Все организмы постоянно подвергаются воздействию соединений, которые они не могут использовать в качестве пищевых продуктов и которые могут нанести вред, если они накапливаются в клетках, так как они не имеют метаболических функций. Эти потенциально вредные соединения называются ксенобиотиками. Ксенобиотики, такие как синтетические наркотики, природные яды и антибиотики, детоксифицируются рядом ферментов, метаболизирующих ксенобиотики. В организме человека, эти ферменты включают оксидазы цитохрома P450, УДФ-глюкуронилтрансферазы и глутатион S-трансферазы. Эта система ферментов действует в три этапа, во-первых, окисляя ксенобиотики (фаза I), а затем конъюгируя водорастворимые группы на молекуле (фаза II). Модифицированный водорастворимый ксенобиотик затем может быть откачан из клеток и в многоклеточных организмах может дополнительно метаболизироваться перед тем, как он будет выведен из организма (фаза III). В экологии, эти реакции особенно важны в микробной биодеградации загрязняющих веществ и биоремедиации загрязненных земель и разливов нефти. Многие из этих микробных реакций наблюдаются у многоклеточных организмов, но, в связи с невероятным разнообразием видов микробов, эти организмы могут иметь дело с намного более широким спектром ксенобиотиков, чем многоклеточные организмы, а также могут расщеплять даже стойкие органические загрязнители, такие как хлорорганические соединения. Связанная с этим проблема для аэробных организмов – окислительный стресс. Здесь, процессы, включающие окислительное фосфорилирование и образование дисульфидных связей в процессе сворачивания белков, производят активные формы кислорода, такие как перекись водорода. Эти повреждающие оксиданты удаляются при помощи антиоксидантных метаболитов, таких как глутатион, и ферментами, такими как каталазы и пероксидазы.

Термодинамика живых организмов

Живые организмы должны подчиняться законам термодинамики, которые описывают передачу тепла и работу. Второй закон термодинамики гласит, что в любой замкнутой системе количество энтропии (расстройство) не может уменьшаться. Хотя удивительная сложность живых организмов, как представляется, противоречит этому закону, жизнь возможна, так как все организмы являются открытыми системами, которые обмениваются веществом и энергией с окружающей средой. Таким образом, живые системы не находятся в равновесии, а являются диссипативными системами, которые поддерживают их состояние высокой сложности, вызывая большее увеличение энтропии их среды. Метаболизм клетки достигает этого путем сочетания спонтанных процессов катаболизма в не-спонтанных процессах анаболизма. В терминах термодинамики, метаболизм поддерживает порядок путем создания расстройства.

Регулирование и контроль

По мере того как среда большинства организмов постоянно изменяется, реакции обмена веществ должны точно регулироваться, чтобы поддерживать постоянный набор условий внутри клеток, состояние, называемое гомеостазом. Метаболическая регуляция позволяет также организмам реагировать на сигналы и активно взаимодействовать со своим окружением. Два тесно связанных понятия имеют важное значение для понимания того, как контролируются метаболические пути. Во-первых, регуляция фермента в пути, по мере того как его активность увеличивается и уменьшается в ответ на сигналы. Во-вторых, контроль этим ферментом – эффект, который эти изменения оказывают на общий уровень пути (поток через путь). Например, фермент может показать большие изменения в активности (т.е. строго регулируется), но если эти изменения оказывают незначительное влияние на поток метаболического пути, то этот фермент не участвует в контроле пути. Существует несколько уровней регуляции метаболизма. При внутренней регуляции, метаболический путь саморегулируется, реагируя на изменения в уровнях субстратов или продуктов; например, уменьшение количества продукта может увеличить поток через пути компенсации. Этот тип регулирования часто включает в себя аллостерическое регулирование активности нескольких ферментов в пути. Внешняя регуляция включает в себя клетку в многоклеточном организме, изменяя его метаболизм в ответ на сигналы от других клеток. Эти сигналы, как правило, имеют форму растворимых мессенджеров, таких как гормоны и факторы роста, и обнаруживаются специфическими рецепторами на поверхности клетки. Затем эти сигналы передаются внутрь клетки с помощью вторичных систем мессенджеров, которые часто участвуют в фосфорилировании белков. Очень хорошим примером внешнего регулирования является регулирование метаболизма глюкозы гормоном инсулином. Инсулин вырабатывается в ответ на увеличение уровня глюкозы в крови. Связывание гормона с рецепторами инсулина на клетках затем активирует каскад протеинкиназ, которые заставляют клетки принимать глюкозу и преобразовывать её в молекулы хранения данных, таких как жирные кислоты и гликоген. Метаболизм гликогена контролируется активностью фосфорилазы, ферментом, который расщепляет гликоген, и гликоген-синтазой, ферментом, который его производит. Эти ферменты взаимно регулируются, при этом фосфорилирование ингибирует гликогенсинтазу, но активирует фосфорилазу. Инсулин провоцирует синтез гликогена путем активации фосфатазы белка и производит снижение фосфорилирования этих ферментов.

Эволюция

Исследование и манипуляции

Классически, метаболизм изучается в редукционистском подходе, ориентированном на один путь метаболизма. Особенно ценным является использование радиоактивных меток в целом организме, тканях и на клеточном уровне, что определяет пути от предшественников до конечных продуктов путем выявления радиоактивно меченых промежуточных и других продуктов. Ферменты, которые катализируют эти химические реакции, могут затем быть очищены и исследована их кинетика и реакция на ингибиторы. Параллельный подход заключается в определении малых молекул в клетке или тканях; полный набор этих молекул называется метаболомом. В целом, эти исследования дают хорошее представление о структуре и функции простых метаболических путей, но недостаточны при применении к более сложным системам, таким как метаболизм целой клетки. Теперь стало возможным использовать эти геномные данные для восстановления полных сетей биохимических реакций и производства более целостных математических моделей, которые могут объяснить и предсказать их поведение. Эти модели особенно эффективны, когда используются для интеграции пути и метаболических данных, полученных с помощью классических методов с данными по экспрессии генов протеомических исследований и исследований микрочипов ДНК. С использованием этих методов, в настоящее время создается модель человеческого метаболизма, которая будет направлять будущие открытия новых лекарств и биохимические исследования. Эти модели в настоящее время используются в сетевом анализе, для классификации заболеваний человека по группам, которые имеют общие белки или метаболиты. Бактериальные метаболические сети являются ярким примером «бантиковой» организации, архитектуры, способной вводить широкий спектр питательных веществ и производить большое разнообразие продуктов и сложных макромолекул с помощью относительно небольшого числа промежуточных веществ. Основным технологическим применением этой информации является метаболическая инженерия. Здесь, организмы, такие как дрожжи, растения или бактерии, генетически модифицируются, что делает их более полезными в области биотехнологии и способствует производству лекарственных препаратов, таких как антибиотики, или промышленных химических веществ, таких как 1,3-пропандиол и шикимовая кислота. Эти генетические модификации обычно направлены на снижение количества энергии, используемой для получения продукта, повышение размера выработки и сокращение производства отходов.

История

Термин «метаболизм» происходит от греческого Μεταβολισμός – «Metabolismos», означающего «изменение», или «переворот». Первые документированные ссылки на метаболизм были сделаны Ибн аль-Нафисом в его работе, датируемой 1260 годом нашей эры под названием Al-Risalah al-Kamiliyyah fil Siera al-Nabawiyyah (Трактат Камиля о биографии Пророка), которая включала следующую фразу «и тело, и его части находятся в постоянном состоянии растворения и питания, поэтому они неизбежно претерпевают постоянные изменения». История научного изучения метаболизма охватывает несколько веков и переходит от изучения целых животных в ранних исследованиях к рассмотрению отдельных метаболических реакций в современной биохимии. Первые контролируемые эксперименты о метаболизме человека были опубликованы Санторио в 1614 году в его книге Ars de statica Medicina. Он описывал, как он взвешивал себя до и после еды, сна, работы, секса, поста, питья и хождения в туалет. Он обнаружил, что большая часть пищи, которую он принимал, терялась в ходе процесса, который он назвал «неощутимым потоотделением». В этих ранних исследованиях, механизмы этих процессов обмена веществ не были выявлены, и считалось, что жизненная сила оживляет живую ткань. В 19-м веке, при изучении ферментации сахара в спирт дрожжами, Луи Пастер пришел к выводу, что брожение катализировалось веществами в клетках дрожжей, которые он назвал «ферментами». Он писал, что «спиртовое брожение соотносится с жизнью и организацией дрожжевых клеток, а не со смертью или гниением клеток». Это открытие, наряду с работой Фридриха Вёлера в 1828 году о химическом синтезе мочевины, отличается тем, что является первым органическим соединением, полученным из полностью неорганических предшественников. Это доказало, что органические соединения и химические реакции в клетках не отличаются в принципе от любой другой части химии. Открытие ферментов в начале 20-го века Эдуардом Бюхнером отделило изучение химических реакций обмена веществ от биологического исследования клеток, а также отметило рождение биохимии. Биохимические знания быстро увеличивались на протяжении первой половины 20 века. Одним из самых плодовитых среди биохимиков того времени был Ганс Кребс, который сделал огромный вклад в изучение обмена веществ.

Что такое метаболизм - мы все смутно представляем, что это, что-то, что происходит в нашем организме, и даже стараемся его улучшить.

Каждому организму для существования необходим целый ряд веществ, которые он получает извне. В то же время не менее важен и обратный процесс - удаления токсинов и шлаков. Совокупность этих процессов и носит название «обмена веществ» или «метаболизма».

Обмен веществ состоит из двух сторон:

1.Ассимиляция - синтез, создание и усвоение организмом новых веществ

2.Диссимиляция - разложение, распад питательных веществ.

Эти процессы идут параллельно и всю жизнь. Различают следующие этапы:

1. Поступление питательных веществ в организм

2. Всасывание их из пищеварительного тракта

3. Перераспределение и усвоение питательных веществ (тканевый этап)

4. Выделение остатков продуктов распада, которые не могут усвоиться в организме

Процессы обмена веществ идут в организме быстро и интенсивно, хотя в организме нет высокого давления и температуры. Эта быстрота обеспечивается участием ферментов и других веществ

Обмен веществ происходит непрерывно и у простейших организмов, и у человека, независимо от того находится ли он в состоянии покоя или же в движении. Если попробовать описать метаболизм упрощенно, то метаболизм буквально означает "преобразование".
Это все процессы, которые протекают в организме от момента получения питательных веществ до вывода конечных продуктов во внешнюю среду.
Он состоит из двух противоположных и взаимосвязанных процессов: расщепления - (катаболизм ) и строительства (анаболизм ).

Анаболизм и катаболизм

Анаболизм - возможность организма усваивать простые органические вещества, с тем, чтобы впоследствии создавать из них сложные структуры, необходимые для полноценного существования. Установлено, что именно благодаря анаболизму происходит рост тканей, синтезируются ферменты и гормоны, вырабатываются антитела.Т.е. Анаболизм - объединяет все те реакции, которые обеспечивают синтез необходимых организму сложных органических веществ из более простых, и проходит он с поглощением энергии.

Катаболизм же способствует расщеплению сложных соединений на простые составляющие. К примеру, крахмал, попав в организм, расщепляется до глюкозы, которая, в свою очередь, выделяет энергию, необходимую для жизнедеятельности, окисляясь при этом до состояния углекислого газа и воды. Аналогичные превращения происходят с аминокислотами и с жирными кислотами, которые поставляют белки и жиры соответственно.Т.е. Катаболизм - включает реакции, которые обеспечивают расщепление органических веществ и выведение из организма продуктов распада. Проходит с выделением энергии.

«Повысить» метаболизм - что, действительно, ведет к избавлению от лишнего веса - это значит ускорить катаболизм . То есть тот процесс, в ходе которого органические вещества в организме расщепляются и выводятся.

Метаболизм организма

Только на первый взгляд может показаться, что в метаболизме участвует лишь пищеварительная система. Ни в коем случае нельзя преуменьшать значение систем кровообращения и дыхания. То, что человеку необходим кислород известно из программы начальной школы, за должный уровень насыщения этим важнейшим элементом отвечают легкие. Они же и удаляют ненужный углекислый газ. Из легких кислород попадает в кровеносную систему, поступая затем ко всем внутренним органам и тканям, параллельно забирая углекислый газ.

Продукты питания являются главными поставщиками белков, жиров и углеводов. Но помимо этих важнейших веществ через пищеварительную систему поступают столь необходимые для полноценной жизнедеятельности витамины и минеральные вещества.

По праву одним из самых нужных органов для метаболизма считается печень. Именно на нее возложены функции по уничтожению вредных веществ и токсинов. Она же ответственна за такие реакции превращения, как гликогенолиз, переаминирование, дезаминирование и прочие.

Еще раз подчеркну, что метаболизм - это не только получение нужных веществ, но и избавление от ненужных. Функции выведения токсинов и шлаков берет на себя мочевыделительная система. Благодаря почкам происходит фильтрация и удаление мочевины, аммиака, мочевой кислоты. Кроме того, значительная часть выходит и через кожные поры.

Нарушение обмена веществ в организме

Итак, мы потребляем энергию, когда едим или пьем (продукты содержат калории - единицы энергии). Мы тратим энергию, когда живем.
Не израсходованная энергия отправляется про запас в жир. Баланс между потреблением и тратой и есть отражение нашего веса.
Скорость метаболизма это расход энергии за период времени. Чем выше скорость, тем больше и быстрее тратится энергия. А следовательно, тем меньше калорий отправляется в жировую прослойку.

Если совсем просто, то метаболизм - это скорости, с которой ваш организм превращает продукты в энергию или калории .
Но проблема в том, что если ваш организм не испытывает потребности в энергии, то калории превращаются в жир, так сказать на «чёрный день».
Вывод - не потребляйте калорий больше, чем требуется.

Обмен веществ может быть нарушен, самым частым последствие этого становится ожирение. В целом же метаболизм зависит от целого ряда факторов, он меняется на протяжении всей жизни человека. Установлено, что обмен веществ зависит от режима и рациона питания, образа жизни, возраста и наследственности.

Кстати, что касается низкокалорийных диет, то при недостаточном рационе, ваш организм, просто перейдёт в режим жёсткой экономии, снизив метаболизм.
Источник koketke.ru

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:

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.
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.
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.
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.
Генетика. Происходит обмен веществ в клетке, поэтому генетические данные программируют их на определенный режим. Ускоренный метаболизм многих людей является «подарком» от родителей.
Обмен веществ организму может серьезно замедлить психоэмоциональные сильные потрясениях.
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.
Заболевания. Разного рода патологии, гормональные отклонения влияют на обмен веществ и энергии.
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:

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.
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:

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.
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.
Цитрусовые. Помогают стимулировать работу ЖКТ, ускоряют вывод ненужной воды из тела. Грейпфрут считается лучшим вариантом цитрусового для похудения, можно еще кушать мандарины, апельсины, лимоны.
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.
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:

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.
Амфетамин, кофеин, фенамин и прочие стимуляторы. Длительный, бесконтрольный прием приводит к бессоннице, депрессии, быстрому привыканию.
Соматотропин или гормон роста. Щадящий препарат, который помогает набрать мышечную массу и не оказывает много побочных эффектов, стимулирует метаболизм длительное время.
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.
Кленбутерол. Резко повышает скорость обменных процессов, быстро снижает массу тела. Из побочных эффектов указывают возникновение тахикардии, скачки температуры тела.
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.

Упражнения

Если замедленный метаболизм не является диагнозом из-за генетических особенностей организма, то спорт – важнейший этап на пути улучшения обмена веществ. Любой врач будет рекомендовать повысить физическую активность при желании убрать лишний вес. Недостаточные ежедневные силовые нагрузки приводят к застойным процессам в организме, замедляют циркуляцию крови, что пагубно сказываются на питании клеток, органов. Ежедневной выполнение тренировок существенно ускоряет метаболизм.

Конкретных и специальных упражнений для этих целей не существует, необходимо давать телу нагрузку на регулярной основе. Можно воспринимать это как часть лечения, которое существенно поднимает качество всей схемы. Эффективность диеты, медикаментов для ускорения метаболизма будет зависеть от занятий спортом. Для этих целей рекомендуется выполнять ежедневные каридотренировки:

бег на беговой дорожке или на открытом воздухе;
футбол;
баскетбол;
йога;
фитнес;
пилатес;
шейпинг;
аэробика;
велопрогулки или велотренажер.