Обмен веществ и энергии включает множество сложных биохимических реакций, понятие которых может быть затруднительно для обычного человека. Эта статья поможет понять, какие процессы происходят в организме с соединениями, которые поступают с пищей, и что влияет на метаболизм.
Метаболизм и энергетика обмена веществ.
Обмен веществ и метаболизм проходят по единой схеме.
- Поступление веществ в организм, их переработка и усвоение.
- применение в организме;
- выведение или запасание излишков.
Все процессы метаболизма разделяются на 2 типа:
- Поглощенные организмом вещества преобразуются в соединения, характерные именно для него.
- Диссимиляция — разложение сложных органических соединений на более простые, из которых затем образуются новые вещества. Процессы диссимиляции сопровождаются высвобождением энергии, поэтому их называют также энергообменом или катаболизмом.
Эти процессы взаимопротивоположны, но находятся в тесной связи. Протекают непрерывно, обеспечивая нормальную жизнедеятельность. Нервная система отвечает за регуляцию обмена веществ и энергии. Гипоталамус, главный отдел ЦНС, управляет всеми типами метаболизма.
Основные виды
Существует несколько видов обмена веществ, каждый со своими особенностями, которые зависят от форм соединений, претерпевающих изменения в организме.
Белки
Белки и пептиды представляют собой полимеры, состоящие из аминокислот.
Выполняет массу критически важных задач.
- Встроенные в состав клеток тканей человеческого организма.
- Биохимические процессы протекают с помощью ферментов, которые являются белками.
- Активность пептидов актина и миозина ответственна за все виды движений.
- энергетическая (разлагаются, высвобождая энергию);
- Белки, называемые иммуноглобулинами, играют роль в создании иммунной системы.
- участвуют в регуляции водно-солевого баланса;
- Транспортные средства осуществляют доставку газов, биологически активных веществ, лекарственных средств и прочих грузов.
В организм вместе с пищей белки разлагаются на аминокислоты, которые затем используются для синтеза новых пептидов, характерных для данного организма. При недостаточном поступлении белков с пищей организм может вырабатывать 10 из 20 необходимых аминокислот, остальные же считаются 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;
- Удаление лишних аминокислот из организма в форме солей.
Жиры
Обмен веществ и энергии в организме человека включает метаболизм жиров. Жиры — соединения глицерина и жирных кислот. Раньше считалось, что их потребление необязательно для нормальной работы организма. Но некоторые типы таких веществ содержат противосклеротические компоненты.
Жиры — важный источник энергии, способствуют сохранению белков в организме, которые при недостатке углеводов и жиров начинают использоваться для получения энергии. Для усвоения витаминов А, Е, D жирам необходимо присутствие в рационе. Липиды находятся в цитоплазме и клеточной стенке.
Значение жиров для организма зависит от типа жирных кислот, из которых состоят. Кислоты могут быть двух видов:
- Жирные кислоты без двойных связей самые вредные. Избыток продуктов с большим их содержанием провоцирует атеросклероз, ожирение и другие болезни. Находятся 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 — источники таких соединений.
Этапы обмена липидов:
- поступление жиров в организм;
- распад в ЖКТ до глицерина и жирных кислот;
- Формирование липопротеинов в печени и тонкой кишке.
- транспорт липопротеидов в ткани;
- образование специфических липидов клеток.
Избыток жира накапливается под кожей и возле внутренних органов.
Углеводы
Сахара и углеводы являются основным источником энергии для организма.
Процессы обмена углеводов:
- В ЖКТ углеводы преобразуются в простые сахара, которые затем усваиваются.
- Глюкоза может преобразовываться в гликоген, который накапливается в печени и мышцах, или использоваться для получения энергии.
- Печень преобразовывает гликоген в глюкозу при снижении концентрации сахара в крови.
- создание глюкозы из неуглеводных компонентов;
- превращение глюкозы в жирные кислоты;
- Разложение глюкозы с помощью кислорода, образовывающее углекислый газ и воду.
При избытке пищи, содержащей много глюкозы, углевод переходит в жиры. Жиры накапливаются под кожей и могут применяться для преобразования энергии в клетках.
Значение воды и минеральных солей
Водно-солевой обмен включает процессы поступления, использования и удаления воды и минералов. Большая часть жидкости поступает в организм с внешней среды, а небольшое количество образуется при распаде питательных веществ.
Функции воды в организме:
- Основной элемент всех тканей.
- растворение и транспорт веществ;
- обеспечение многих биохимических реакций;
- обязательный компонент биологических жидкостей;
- Поддерживает стабильность уровня воды и соли, принимает участие в регуляции температуры.
Жидкость из организма выходит через лёгкие, поры кожи, систему мочеиспускания и кишечник.
Минеральные соли, поступающие с пищей, разделяют на макро- и микроэлементы. Макроэлементами называют минералы, которые содержатся в больших количествах: магний, кальций, натрий, фосфор и так далее. Микроэлементы организму нужны в очень небольшом объёме: железо, марганец, цинк, йод и другие элементы.
Недостаток минералов может пагубно повлиять на работу разных систем организма. При дефиците магния и калия возникают сбои в функционировании ЦНС и мышц, включая миокард. Нехватка кальция и фосфора ослабляет кости, а йода — нарушает работу щитовидной железы. Водно-солевой дисбаланс может спровоцировать мочекаменную болезнь.
Витамины
Витамины — множество веществ, задействованных во всех функциях человеческого организма.
Витамины делятся на 2 группы:
- Водорастворимые (витамины группы В, витамин С и РР) не накапливаются в организме.
- Жирорастворимыми являются витамины А, D и Е, которые обладают сходным свойством накопления.
Некоторые вещества (витамин B12, фолиевая кислота) синтезирует микрофлора кишечника. Многие витамины входят в состав ферментов, необходимых для протекания биохимических реакций.
Этапы обмена витаминов:
- поступление с пищей;
- перемещение к месту накопления или утилизации;
- Изменение в кофермент, необходимый ферменту не белкового происхождения.
- Сцепление кофермента с апоферментом, составляющим белковую часть фермента.
Недостаток любого витамина вызывает гиповитаминоз, а его избыток – гипервитаминоз.
Обмен энергии
Катаболизм — это процесс распада сложных питательных веществ на более простые с высвобождением энергии, необходимой для роста, развития, движения и других жизненно важных функций. Полученная энергия запасается в форме АТФ, универсального энергетического источника живых организмов, который присутствует во всех клетках.
Энергетическая ценность продукта питания — это количество энергии, которое организм получает после его употребления, и измеряется она в килокалориях.
Энергообмен проходит в несколько этапов:
- Эта стадия предполагает разложение сложных питательных компонентов в пищеварительной системе на более простые.
- Бескислородное брожение представляет собой преобразование глюкозы без потребления кислорода. Происходит это внутри цитоплазмы клеток. В результате образуются две молекулы АТФ, вода и молочная кислота.
- Этап окисления проходит в митохондриях, специальных образованиях внутри клеток. Пировиноградная кислота разлагается с помощью кислорода, создавая 36 молекул АТФ.
Терморегуляция
Терморегуляция — это способность живых организмов поддерживать постоянную температуру тела, что важно для теплового обмена. Для поддержания стабильности этого показателя необходимо равновесие между выделением тепла и его образованием.
Теплопродукция — это выделение тепла в организме. Источником тепла являются ткани, где происходят реакции с высвобождением энергии. Например, печень выполняет важную роль в терморегуляции благодаря множеству биохимических процессов.
Тепловые потери организма могут осуществляться тремя способами:
- Теплопередача — отдачу тепла окружающему миру и предметам, контактирующим с кожей.
- Теплоотдача происходит путём испускания инфракрасных лучей теплом в воздух и предметы.
- Улетучивание влаги через пот или дыхание сопровождается отдачей тепла.
Что влияет на процесс метаболизма
Метаболизм у каждого организма индивидуален и зависит от нескольких факторов.
- Мужчины обычно имеют более быстрые процессы метаболизма по сравнению с женщинами.
- генетический фактор;
- Люди с хорошо развитой мускулатурой тратят больше энергии на работу мышц, что ускоряет протекание процессов.
- С возрастом обмен веществ замедлятся.
- гормональный фон.
Питание оказывает огромное влияние на обмен веществ. Рацион и режим приема пищи играют важную роль. Для нормальной работы организма нужно оптимальное количество белков, жиров, углеводов, витаминов, минералов и жидкости. Принимать пищу лучше понемногу, но часто, так как большие перерывы между трапезами замедляют обмен веществ и могут привести к ожирению.