Мифы и факты об обмене веществ: как это влияет на ваше самочувствие
Rus.Delfi.lv |
Foto: Shutterstock
Что такое обмен веществ? Это все все биохимические процессы в организме, начиная от приема пищи и заканчивая выводом вредных веществ. В результате каждая клетка обеспечивается энергией, а лишние калории откладываются в жировые резервы. Поскольку все люди разные, обмен веществ у них тоже отличается. Более быстрый обмен веществ означает, что энергии на эти процессы затрачивается больше. Поэтому человек с быстрым обменом веществ может есть больше и при этом оставаться стройным.
Проверьте свои знания об обмене веществ! Какое из приведенных ниже утверждений соответствует действительности, а какое является мифом?
Чем меньше жира, тем быстрее обмен веществ
Foto: PantherMedia/Scanpix
Правда. Телосложение сильно влияет на обмен веществ.
У людей с большей мышечной массой и меньшим слоем жира обмен веществ действительно происходит быстрее. Дело в том, что тело постоянно сжигает калории, даже если мы ничего не делаем. Известно, что в состоянии покоя обмен веществ активнее всего у людей с большой мышечной массой. Каждый килограмм мышц сжигает 12 килокалорий в день, а каждый килограмм жира – лишь 4 килокалории. Естественно, при активном образе жизни эта разница увеличивается.
За обмен веществ отвечает поджелудочная железа
Foto: Shutterstock
Миф. За обмен веществ отвечает щитовидная железа. Она вырабатывает гормоны, которые регулируют многие факторы обмена веществ, например, то, как быстро организм сжигает жиры, и когда полученные калории используются для выработки энергии, а когда откладываются в резервы. Неудивительно, что нарушения в работе щитовидки обычно связаны с нарушениями обмена веществ. Гипотиреоз, ослабленная работа щитовидной железы, означает, что она вырабатывает мало гормонов, поэтому обмен веществ замедляется.
Белки улучшают обмен веществ
Foto: Shutterstock
Правда. Исследования доказывают, что организм тратит больше всего энергии на сжигание продуктов, богатых белками. Это значит, что при употреблении белков ваш обмен веществ происходит интенсивнее. На этом основана, например, знаменитая диета Дюкана, которая на первом этапе предусматривает употребление только постных белковых продуктов.
У мужчин обмен веществ быстрее
Foto: Shutterstock
Частично правда. У мужчин обмен веществ чаще всего происходит быстрее, так как у женщин обычно жировая масса больше, а мышечная меньше. Если же мужчина сам обзавелся пивным животиком, то процесс обмена веществ у него замедляется.
Гены, возраст и образ жизни
Foto: Shutterstock
Частично правда. Известно, что гены влияют на скорость обмена веществ.
1200 kcal = ускорение обмена веществ и снижение веса
Foto: PantherMedia/Scanpix
Миф. К сожалению, безжалостные диеты, позволяя быстро снизить вес, вызывают эффект бумеранга. Вскоре жиры возвращаются с лихвой. При суровой диете сокращается не только жировой слой, но и мышцы, что приводит к замедлению обмена веществ.
Тренировки помогают ускорить обмен веществ
Foto: Shutterstock
Правда. Физические нагрузки помогают увеличить мышечную массу, а мышцы в состоянии покоя потребляют больше калорий, чем жиры.
Хороший обмен веществ связан с употреблением воды
Foto: Shutterstock
Правда. Организму для сжигания калорий нужна вода. Если вы пьете слишком мало, обмен веществ замедляется. Ученые доказали, что при употреблении восьми стаканов воды в день процесс обмена веществ происходит гораздо лучше, чем при употреблении четырех стаканов.
При подготовке статьи использовались материалы порталов WebMd.com, Health.com и Zdorovie.com.
Заметили ошибку?
Выделите текст и нажмите Ctrl + Enter!
Энергетический обмен — что это, определение и ответ
Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм) – это совокупность химических реакций постепенного распада органических соединений, сопровождающихся высвобождением энергии, часть которой расходуется на синтез АТФ.
Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования, т.
е. присоединения остатка фосфорной кислоты к АДФ (аденозиндифосфату). Энергия для фосфорилирования АДФ образуется в ходе энергетического обмена.В зависимости от среды обитания диссимиляция может протекать в два или три этапа.
У большинства живых организмов – аэробов, живущих в кислородной среде, – в ходе диссимиляции осуществляется три этапа: подготовительный, бескислородный, кислородный.
У анаэробов, обитающих в среде, лишенной кислорода, или у аэробов при его недостатке, диссимиляция протекает лишь в два первых этапа с образованием промежуточных органических соединений, еще богатых энергией.
е. присоединения остатка фосфорной кислоты к АДФ (аденозиндифосфату). Энергия для фосфорилирования АДФ образуется в ходе энергетического обмена.Рисунок – распад и синтез АТФ
Этапы энергетического обмена
Рассмотрим энергетический обмен в многоклеточном организме (например, человеческом) и в одноклеточном (например, клетке простейшего).
Первый этап – подготовительный.
В желудочно-кишечном тракте многоклеточных организмов он осуществляется пищеварительными ферментами.
У одноклеточных – ферментами лизосом.
На первом этапе происходит расщепление белков до аминокислот, жиров до глицерина и жирных кислот, полисахаридов до моносахаридов, нуклеиновых кислот до нуклеотидов. Этот процесс называется пищеварением. Вся энергия на этом этапе рассеивается в виде тепла.
Второй этап – бескислородный (гликолиз).
С6Н12O6 + 2АДФ + 2Ф → 2С3Н4O3 + 2АТФ.
Остальная энергия рассеивается в виде тепла.
Энергии, накопленной при гликолизе, слишком мало для организмов, использующих кислород для своего дыхания. Вот почему в мышцах животных, в том числе и у человека, при больших нагрузках и нехватке кислорода образуется молочная кислота (С3Н6O3), которая накапливается в виде лактата.
Появляется боль в мышцах. У нетренированных людей это происходит быстрее, чем у людей тренированных
Третий этап – кислородный.
Состоит из двух последовательных процессов – цикла Кребса, названного по имени Нобелевского лауреата Ганса Кребса, и окислительного фосфорилирования.
Его смысл заключается в том, что при кислородном дыхании пируват окисляется до окончательных продуктов – углекислого газа и воды, а энергия, выделяющаяся при окислении, запасается в виде 36 молекул АТФ. (34 молекулы в цикле Кребса и 2 молекулы в ходе окислительного фосфорилирования).
Энергия распада органических соединений обеспечивает реакции их синтеза в пластическом обмене.
Эволюционно кислородный этап возник после накопления в атмосфере достаточного количества молекулярного кислорода и появления аэробных организмов.
Окислительное фосфорилирование, или клеточное дыхание.
Происходит на внутренних мембранах митохондрий, в которые встроены молекулы-переносчики электронов и ферментные комплексы АТФ-синтазы.
Молекулы-переносчики транспортируют электроны к молекулярному кислороду. Часть энергии рассеивается в виде тепла, а часть расходуется на образование АТФ.
Суммарная реакция энергетического обмена:
С6Н12O6 + 6O2 → 6СO2 + 6Н2O + 38АТФ.
Бескислородный и кислородный этапы энергетического обмена
Для удобства запоминания, используйте таблицу с этапами энергетического обмена.
Обзор метаболических реакций | Анатомия и физиология II
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Описывать процесс распада полимеров на мономеры
- Опишите процесс объединения мономеров в полимеры
- Обсудите роль АТФ в метаболизме
- Объясните окислительно-восстановительные реакции
- Опишите гормоны, регулирующие анаболические и катаболические реакции
В организме постоянно происходят обменные процессы.
Метаболизм представляет собой сумму всех химических реакций, участвующих в катаболизме и анаболизме. Реакции, управляющие расщеплением пищи с целью получения энергии, называются катаболическими реакциями. И наоборот, анаболические реакции используют энергию, вырабатываемую катаболическими реакциями, для синтеза более крупных молекул из более мелких, например, когда организм образует белки путем связывания аминокислот. Оба набора реакций имеют решающее значение для поддержания жизни.
Поскольку катаболические реакции производят энергию, а анаболические реакции используют энергию, в идеале использование энергии должно уравновешивать произведенную энергию. Если чистое изменение энергии положительное (катаболические реакции высвобождают больше энергии, чем используют анаболические реакции), то тело сохраняет избыточную энергию, создавая молекулы жира для длительного хранения. С другой стороны, если чистое изменение энергии отрицательно (катаболические реакции выделяют меньше энергии, чем тратят анаболические реакции), организм использует накопленную энергию для компенсации дефицита энергии, высвобождаемой в результате катаболизма.
Катаболические реакции
Катаболические реакции расщепляют большие органические молекулы на более мелкие, высвобождая энергию, содержащуюся в химических связях. Эти высвобождения энергии (преобразования) не на 100 процентов эффективны. Количество выделяемой энергии меньше, чем общее количество, содержащееся в молекуле. Приблизительно 40 процентов энергии, полученной в результате катаболических реакций, непосредственно передаются высокоэнергетической молекуле аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ, энергетическая валюта клеток, может быть немедленно использована для питания молекулярных машин, поддерживающих функции клеток, тканей и органов. Это включает в себя создание новой ткани и восстановление поврежденной ткани. АТФ также может храниться для удовлетворения будущих потребностей в энергии. Остальные 60 процентов энергии, выделяемой в результате катаболических реакций, выделяются в виде тепла, которое поглощают ткани и жидкости организма.
Молекулы АТФ структурно состоят из аденина, рибозы и трех фосфатных групп.
Химическая связь между второй и третьей фосфатными группами, называемая высокоэнергетической связью, представляет собой наибольший источник энергии в клетке. Это первая связь, которую катаболические ферменты разрывают, когда клеткам требуется энергия для выполнения работы. Продуктами этой реакции являются молекула аденозиндифосфата (АДФ) и одинокая фосфатная группа (P i ). АТФ, АДФ и P i постоянно проходят через реакции, которые создают АТФ и запасают энергию, и реакции, которые расщепляют АТФ и высвобождают энергию.
Рисунок 1. Аденозинтрифосфат (АТФ) является энергетической молекулой клетки. Во время катаболических реакций создается АТФ, и энергия сохраняется до тех пор, пока она не понадобится во время анаболических реакций.
Энергия АТФ управляет всеми функциями организма, такими как сокращение мышц, поддержание электрического потенциала нервных клеток и всасывание пищи в желудочно-кишечном тракте. Метаболические реакции, в результате которых образуется АТФ, происходят из разных источников.
Рис. 2. В ходе катаболических реакций белки расщепляются до аминокислот, липиды – до жирных кислот, полисахариды – до моносахаридов. Эти строительные блоки затем используются для синтеза молекул в анаболических реакциях.
Из четырех основных макромолекулярных групп (углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты), которые перерабатываются при пищеварении, углеводы считаются наиболее распространенным источником энергии для питания организма. Они принимают форму либо сложных углеводов, полисахаридов, таких как крахмал и гликоген, либо простых сахаров (моносахаридов), таких как глюкоза и фруктоза. Катаболизм сахаров расщепляет полисахариды на их отдельные моносахариды. Среди моносахаридов глюкоза является наиболее распространенным топливом для производства АТФ в клетках, и поэтому существует ряд механизмов эндокринного контроля для регулирования концентрации глюкозы в кровотоке. Избыток глюкозы либо хранится в качестве энергетического резерва в печени и скелетных мышцах в виде сложного полимерного гликогена, либо превращается в жир (триглицерид) в жировых клетках (адипоцитах).
Среди липидов (жиров) триглицериды чаще всего используются для получения энергии посредством метаболического процесса, называемого β-окислением. Около половины избыточного жира откладывается в адипоцитах, которые накапливаются в подкожной клетчатке под кожей, тогда как остальная часть запасается в адипоцитах других тканей и органов.
Белки, которые являются полимерами, могут быть расщеплены на их мономеры, отдельные аминокислоты. Аминокислоты можно использовать в качестве строительных блоков новых белков или расщеплять для производства АТФ. Когда человек хронически голодает, такое использование аминокислот для производства энергии может привести к истощению организма, поскольку расщепляется все больше и больше белков.
Нуклеиновые кислоты присутствуют в большинстве продуктов, которые вы едите. Во время пищеварения нуклеиновые кислоты, включая ДНК и различные РНК, расщепляются на составляющие их нуклеотиды. Эти нуклеотиды легко всасываются и транспортируются по всему телу для использования отдельными клетками в процессе метаболизма нуклеиновых кислот.
Анаболические реакции
В отличие от катаболических реакций анаболические реакции включают объединение более мелких молекул в более крупные. Анаболические реакции объединяют моносахариды с образованием полисахаридов, жирные кислоты с образованием триглицеридов, аминокислоты с образованием белков и нуклеотиды с образованием нуклеиновых кислот. Эти процессы требуют энергии в виде молекул АТФ, образующихся в результате катаболических реакций. Анаболические реакции, также называемые реакции биосинтеза , создают новые молекулы, формирующие новые клетки и ткани, и оживляют органы.
Гормональная регуляция обмена веществ
Катаболические и анаболические гормоны в организме помогают регулировать обменные процессы. Катаболические гормоны стимулируют расщепление молекул и выработку энергии. К ним относятся кортизол, глюкагон, адреналин/эпинефрин и цитокины. Все эти гормоны мобилизуются в определенное время для удовлетворения потребностей организма.
| Таблица 1. Катаболические гормоны | |
|---|---|
| Гормон | Функция |
| Кортизол | Выделяется надпочечниками в ответ на стресс; его основная роль заключается в повышении уровня глюкозы в крови путем глюконеогенеза (расщепления жиров и белков) |
| Глюкагон | Высвобождается из альфа-клеток поджелудочной железы либо при голодании, либо когда организму необходимо вырабатывать дополнительную энергию; стимулирует расщепление гликогена в печени для повышения уровня глюкозы в крови; его действие противоположно действию инсулина; глюкагон и инсулин являются частью системы отрицательной обратной связи, которая стабилизирует уровень глюкозы в крови |
| Адреналин/эпинефрин | Высвобождается в ответ на активацию симпатической нервной системы; увеличивает частоту сердечных сокращений и сократительную способность сердца, сужает сосуды, является бронхолитическим средством, которое открывает (расширяет) бронхи легких для увеличения объема воздуха в легких, стимулирует глюконеогенез |
Таблица 2. Анаболические гормоны | |
|---|---|
| Гормон | Функция |
| Гормон роста (GH) | Синтезируется и выделяется из гипофиза; стимулирует рост клеток, тканей и костей |
| Инсулиноподобный фактор роста (IGF) | Стимулирует рост мышц и костей, а также ингибирует гибель клеток (апоптоз) |
| Инсулин | Вырабатывается бета-клетками поджелудочной железы; играет важную роль в углеводном и жировом обмене, регулирует уровень глюкозы в крови и способствует усвоению глюкозы клетками организма; заставляет клетки мышц, жировой ткани и печени поглощать глюкозу из крови и сохранять ее в печени и мышцах в виде глюкагона; его действие противоположно действию гликогена; глюкагон и инсулин являются частью системы отрицательной обратной связи, которая стабилизирует уровень глюкозы в крови |
| Тестостерон | Вырабатывается семенниками у самцов и яичниками у самок; стимулирует увеличение мышечной массы и силы, а также рост и укрепление костей |
| Эстроген | Вырабатывается главным образом яичниками, а также печенью и надпочечниками; его анаболические функции включают усиление метаболизма и отложение жира |
Нарушения обменных процессов: синдром Кушинга и болезнь Аддисона
Как и следовало ожидать для фундаментального физиологического процесса, такого как обмен веществ, ошибки или сбои в метаболических процессах приводят к патофизиологии или, если их не исправить, к болезненному состоянию.
Метаболические заболевания чаще всего являются результатом неправильной работы белков или ферментов, которые имеют решающее значение для одного или нескольких метаболических путей. Нарушение работы белков или ферментов может быть следствием генетического изменения или мутации. Однако нормально функционирующие белки и ферменты также могут оказывать вредное воздействие, если их доступность не соответствует потребностям метаболизма. Например, чрезмерная выработка гормона кортизола вызывает синдром Кушинга. Клинически синдром Кушинга характеризуется быстрым увеличением массы тела, особенно в области туловища и лица, депрессией и беспокойством. Стоит отметить, что опухоли гипофиза, которые продуцируют адренокортикотропный гормон (АКТГ), который впоследствии стимулирует кору надпочечников к высвобождению избыточного кортизола, вызывают аналогичные эффекты. Этот непрямой механизм перепроизводства кортизола называется болезнью Кушинга.
У пациентов с синдромом Кушинга может наблюдаться высокий уровень глюкозы в крови и повышенный риск ожирения.
У них также наблюдается медленный рост, накопление жира между плечами, слабые мышцы, боли в костях (поскольку кортизол вызывает расщепление белков с образованием глюкозы посредством глюконеогенеза) и утомляемость. Другие симптомы включают чрезмерное потоотделение (гипергидроз), расширение капилляров и истончение кожи, что может привести к легкому образованию синяков. Все методы лечения синдрома Кушинга направлены на снижение чрезмерного уровня кортизола. В зависимости от причины избытка, лечение может быть таким же простым, как прекращение использования кортизоловых мазей. В случае опухолей хирургическое вмешательство часто используется для удаления опухоли. Если хирургическое вмешательство нецелесообразно, можно использовать лучевую терапию для уменьшения размера опухоли или удаления участков коры надпочечников. Наконец, доступны лекарства, которые могут помочь регулировать количество кортизола.
Недостаточное производство кортизола также опасно. Надпочечниковая недостаточность, или болезнь Аддисона, характеризуется снижением выработки кортизола надпочечниками.
Это может быть результатом нарушения работы надпочечников — они не производят достаточного количества кортизола — или это может быть следствием снижения доступности АКТГ из гипофиза. Пациенты с болезнью Аддисона могут иметь низкое кровяное давление, бледность, крайнюю слабость, утомляемость, медленные или вялые движения, головокружение и тягу к соли из-за потери натрия и высокого уровня калия в крови (гиперкалиемия). Жертвы также могут страдать от потери аппетита, хронической диареи, рвоты, поражений во рту и пятнистого цвета кожи. Диагностика обычно включает анализы крови и визуализирующие исследования надпочечников и гипофиза. Лечение включает заместительную терапию кортизолом, которую обычно необходимо продолжать всю жизнь.
Окислительно-восстановительные реакции
Химические реакции, лежащие в основе метаболизма, включают перенос электронов от одного соединения к другому посредством процессов, катализируемых ферментами. Электроны в этих реакциях обычно исходят от атомов водорода, которые состоят из электрона и протона.
Молекула отдает атом водорода в виде иона водорода (H + ) и электрона, разбивая молекулу на более мелкие части. Потеря электрона, или окисление , высвобождает небольшое количество энергии; и электрон, и энергия затем передаются другой молекуле в процессе восстановление или приобретение электрона. Эти две реакции всегда происходят вместе в окислительно-восстановительной реакции (также называемой окислительно-восстановительной реакцией) — когда электрон передается между молекулами, донор окисляется, а реципиент восстанавливается. Окислительно-восстановительные реакции часто происходят последовательно, так что восстанавливаемая молекула впоследствии окисляется, передавая не только только что полученный электрон, но и полученную энергию. По мере протекания ряда реакций накапливается энергия, которая расходуется на соединение P i и АДФ для образования АТФ, высокоэнергетической молекулы, которую организм использует в качестве топлива.
Окислительно-восстановительные реакции катализируются ферментами, запускающими удаление атомов водорода. Коферменты работают с ферментами и принимают атомы водорода. Двумя наиболее распространенными коферментами окислительно-восстановительных реакций являются никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и флавинадениндинуклеотид (ФАД) . Их соответствующие восстановленные коферменты: NADH и FADH 9.0031 2 , которые представляют собой содержащие энергию молекулы, используемые для передачи энергии при создании АТФ.
Обзор главы
Метаболизм представляет собой сумму всех катаболических (расщепление) и анаболических (синтез) реакций в организме. Скорость метаболизма измеряет количество энергии, используемой для поддержания жизни. Организм должен потреблять достаточное количество пищи для поддержания скорости метаболизма, если он хочет оставаться в живых очень долго.
Катаболические реакции расщепляют более крупные молекулы, такие как углеводы, липиды и белки из проглоченной пищи, на составляющие их более мелкие части.
К ним также относится расщепление АТФ, при котором высвобождается энергия, необходимая для метаболических процессов во всех клетках организма.
Анаболические реакции, или реакции биосинтеза, синтезируют более крупные молекулы из более мелких составных частей, используя АТФ в качестве источника энергии для этих реакций. Анаболические реакции строят кости, мышечную массу и новые белки, жиры и нуклеиновые кислоты. Окислительно-восстановительные реакции переносят электроны между молекулами, окисляя одну молекулу и восстанавливая другую, и собирая высвобожденную энергию для преобразования P i и АДФ в АТФ. Нарушения в обмене веществ изменяют переработку углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот и могут привести к ряду болезненных состояний.
Критические вопросы
- Опишите, как можно изменить обмен веществ.
- Опишите, как можно лечить болезнь Аддисона.
Показать ответы
Глоссарий
анаболические гормоны: гормоны, которые стимулируют синтез новых, более крупных молекул
анаболические реакции: реакции, которые превращают более мелкие молекулы в более крупные анаболические реакции
катаболические гормоны: гормоны, стимулирующие расщепление более крупных молекул
катаболические реакции: реакции, расщепляющие более крупные молекулы на составные части флавинадениндинуклеотид (ФАД): кофермент, используемый для производства ФАДГ 2
метаболизм: сумма всех катаболических и анаболических реакций, происходящих в организме
NADH: Высокоэнергетическая молекула, необходимая для гликолиза
Никотинамид аденин-динуклеотид (NAD): Coenzyme, используемый для продуцирования NADH
: Потеря Electron
: Потеря Electron
.
, окислительно-восстановительная реакция) пара реакций, в которых электрон переходит от одной молекулы к другой, окисляя одну и восстанавливая другую
восстановление: присоединение электрона
Некоторые типичные примеры Фазы I
метаболизм включает окисление и гидролиз. Ферменты, участвующие в фазе I
реакции преимущественно локализуются в эндоплазматическом ретикулуме печеночной клетки,
они называются микросомальными ферментами. Метаболизм II фазы включает
введение гидрофильных эндогенных видов, таких как глюкуроновая кислота или
сульфат, к молекуле лекарства. Ферменты, участвующие в реакциях фазы II,
в основном находится в цитозоле, за исключением фермента глюкуронизации, который также является
микросомальный фермент.