Обмен веществ и энергии включает в себя множество сложных биохимических реакций, разобраться в которых бывает нелегко. Эта статья поможет понять, какие процессы происходят в организме с питательными веществами, поступающими с пищей, и что оказывает влияние на метаболизм.
Характеристика обмена веществ и энергии.
Обмен веществ и метаболизм осуществляются по одной схеме.
- Вхождение веществ в организм, их переработка и усвоение.
- применение в организме;
- выведение или запасание излишков.
Все процессы метаболизма разделяются на 2 типа:
- Пластический обмен, или ассимиляция, — это создание организмом специальных соединений из поступающих ему веществ.
- Разложение сложных органических веществ на простые, которые затем образуют новые, специфичные соединения, называется диссимиляцией. Процессы диссимиляции сопровождаются выделением энергии, поэтому их объединяют в понятие энергообмена или катаболизма.
Процессы взаимопротивоположны, но тесно связаны. Протекают непрерывно, обеспечивая нормальную жизнедеятельность. Нервная система отвечает за регуляцию обмена веществ и энергии. Гипоталамус — главный отдел ЦНС, управляющий всеми типами метаболизма.
Основные виды
Существует несколько видов обмена веществ, каждый с собственными особенностями, зависящими от типов соединений, претерпевающих изменения в организме.
Белки
Белки и пептиды — это полимеры из аминокислот.
Выполняет много важных для жизни функций.
- Организму человека состоят из тканей, а ткани – из клеток, содержащих эти структуры.
- Ферментативная (ферменты – это белки, принимающие участие почти во всех биохимических процессах).
- Движения обеспечиваются взаимодействием пептидов актина и миозина.
- энергетическая (разлагаются, высвобождая энергию);
- Защитная (иммуноглобулины белков участвуют в построении иммунитета).
- участвуют в регуляции водно-солевого баланса;
- Специализируется на перевозке газов, биологических веществ, лекарств и других грузов.
Проходя через организм с едой, белки разрушаются до аминокислот, из которых затем создаются новые пептиды, характерные для этого организма. При недостатке белков в пище, организм может производить 10 из 20 необходимых аминокислот, остальные же остаются незаменимыми.
Этапы белкового метаболизма:
- поступление белков с пищей;
- распад пептидов до аминокислот в ЖКТ;
- перемещение последних в печень;
- распределение аминокислот в тканях;
- биосинтез специфичных пептидов;
- Вывод из организма остатков аминокислот в форме солей.
Жиры
Метаболизм жиров — это вид обмена веществ и энергии в организме человека. Жиры состоят из глицерина и жирных кислот. Ранее считалось, что их употребление не обязательно для нормальной работы организма. Но определенные типы таких веществ содержат важные противосклеротические компоненты.
Жиры как важный источник энергии способствуют сохранению белков в организме, которые начинают использоваться для получения энергии при дефиците углеводов и жиров. Для усвоения витаминов А, Е, D жиры необходимы. Кроме того, липиды присутствуют в цитоплазме и клеточной стенке.
Значение жиров для биологии зависит от состава жирных кислот, из которых состоят эти молекулы. Эти кислоты разделяются на два типа:
- Насыщенные жиры без двойных связей вредны из-за возможности провоцировать атеросклероз, ожирение и другие болезни при их чрезмерном употреблении. Такие жиры содержатся в сливочном масле, сливках, молоке и жирном мясе.
- Ненасыщенные кислоты полезны для организма. К ним относятся Омега-3, -6 и -9. Укрепляют иммунитет, восстанавливают гормональный фон, предупреждают отложение холестерина, улучшают внешний вид кожи, ногтей и волос. Масла разных растений и рыбий жир являются источниками подобных соединений.
Этапы обмена липидов:
- поступление жиров в организм;
- распад в ЖКТ до глицерина и жирных кислот;
- Образование липопротеинов в печени и тонком кишечнике.
- транспорт липопротеидов в ткани;
- образование специфических липидов клеток.
Избыток жира накапливается под кожей и около внутренних органов.
Углеводы
Сахара и углеводы являются основным источником энергии для организма.
Процессы обмена углеводов:
- В желудочно-кишечном тракте углеводы превращаются в простые сахара и всасываются.
- Глюкоза переходит в гликоген, который накапливается в печени и мышцах, или используется для получения энергии.
- Печень перерабатывает гликоген в глюкозу при понижении сахара в крови.
- создание глюкозы из неуглеводных компонентов;
- превращение глюкозы в жирные кислоты;
- Окисление глюкозы с образованием угля dioxide и воды.
При избыточном потреблении пищи, богатой глюкозой, углеводы превращаются в жиры. Жиры накапливаются под кожей и могут служить источником энергии для клеток.
Значение воды и минеральных солей
Водно-солевой обмен включает процессы поступления, использования и удаления воды и минералов. Большую часть жидкости организм получает снаружи, а небольшое количество образуется при расщеплении питательных веществ.
Функции воды в организме:
- Строение (обязательная часть всех тканей).
- растворение и транспорт веществ;
- обеспечение многих биохимических реакций;
- обязательный компонент биологических жидкостей;
- Обеспечивает стабильность водно-солевого баланса и принимает участие в регуляции температуры тела.
Жидкость удаляется из организма через легкие, потовые железы, систему выделения мочи и кишечник.
Питательные минералы делятся на макро- и микроэлементы. Макроэлементами считаются минералы, присутствующие в больших количествах: магний, кальций, натрий, фосфор и др. Микроэлементы необходимы организму в небольших дозах: железо, марганец, цинк, йод и другие.
Недостаток минералов отрицательно влияет на работу организма. При дефиците магния и калия страдает нервная система, мышцы, в том числе сердечные. Нехватка кальция и фосфора снижает прочность костей, а йода – эффективность щитовидной железы. Сбои водно-солевого баланса могут вызвать мочекаменную болезнь.
Витамины
Витамины — это множество несложных соединений, важных для нормального функционирования всех организмовных систем.
Витамины делятся на 2 группы:
- Водорастворимыми являются витамины группы В, а также витамины С и РР, которые не откладываются в организме.
- Витамины А, D и Е – жирорастворимые и обладают способностью накапливаться.
Некоторые вещества, например, витамин В12 и фолиевая кислота, синтезируются кишечной микрофлорой. Множество витаминов входят в состав ферментов, необходимых для протекания биохимических реакций.
Этапы обмена витаминов:
- поступление с пищей;
- перемещение к месту накопления или утилизации;
- Трансформация в кофермент, являющийся не белковой частью фермента.
- Объединение кофермента с белком фермента.
Недостаток витаминов приводит к гиповитаминозу, а их избыток – к гипервитаминозу.
Обмен энергии
Обмен веществ — это процесс распада сложных питательных веществ на более простые с выделением энергии, необходимой для роста, развития, движения и других функций жизнедеятельности. Полученная энергия хранится в форме АТФ, универсального энергетического источника в живых организмах, который содержится во всех клетках.
Энергетическая ценность продукта питания — это количество энергии, которое организм получает после потребления продукта. Единицей измерения является килокалория (ккал).
Энергообмен проходит в несколько этапов:
- Фаза переваривания предполагает разложение сложных питательных веществ в пищеварительной системе на составляющие попроще.
- Бескислородное брожение — это превращение глюкозы без использования кислорода. Трансформация происходит в цитоплазме клеток. В результате образуются две молекулы АТФ, вода и пировиноградная кислота.
- Аэробный этап протекает в митохондриях, где пировиноградная кислота разлагается с участием кислорода и образуется 36 молекул АТФ.
Терморегуляция
Терморегуляция — это умение живого существа держать температуру тела на неизменном уровне, что служит важным признаком теплообмена. Для постоянства этого показателя необходимо уравновесить выделение тепла с его производством.
Теплопродукция — это выделение тепла в организме. Источником тепла являются ткани, где происходят реакции с освобождением энергии. Печень играет важную роль в терморегуляции, так как в ней протекают многочисленные биохимические процессы.
Теплообмен или физиологическая регуляция возможна тремя способами.
- Теплоотдача — это передача тепла окружающему миру и предметам, контактирующим с кожей.
- Теплоотдача происходит за счет испускания воздухом и объектами инфракрасных лучей.
- Отдачей тепла при помощи испарения считается исчезновение влаги через пот или дыхание.
Что влияет на процесс метаболизма
Обмен веществ у каждого живого существа индивидуален. Ускорение или замедление обменных процессов зависит от нескольких признаков:
- Мужчины обычно имеют более быстрые метаболические процессы по сравнению с женщинами.
- генетический фактор;
- Большая мышечная масса требует больше энергии, потому процессы протекают быстрее у людей с развитыми мышцами.
- С возрастом обмен веществ замедлятся.
- гормональный фон.
Питание оказывает огромное влияние на метаболизм. Важен как рацион, так и режим приема пищи. Для нормальной работы организма нужно оптимальное количество белков, жиров, углеводов, витаминов, минералов и жидкости. Лучше принимать пищу небольшими порциями часто, так как большие перерывы между трапезами замедляют обмен веществ, что может привести к ожирению.