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.
Описание обмена веществ и энергией.
Обмен веществ и метаболизм осуществляются по одной схеме.
- Всасывание и переработка веществ организмом.
- 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 и обеспечивают нормальную жизнедеятельность. Нервная система регулирует обмен веществ и энергии. Гипоталамус, главный отдел ЦНС, управляет 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, состоящие из аминокислот.
Выполняет много важных для жизни задач.
- 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;
- Транспорт предоставляет услуги по доставке газов, биологически активных веществ, лекарств и прочего.
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;
- Выброс из организма незадействованных 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, помогают сохранить белки в организме. При недостатке углеводов и жиров организм начинает использовать белки для получения энергии. Жиры необходимы для усвоения витаминов А, Е и D. Липиды также присутствуют в цитоплазме и клеточной стенке.
Значение жиров для биологии зависит от состава жирных кислот, из которых сформированы эти вещества.
- Самыми опасными считаются насыщенные жиры, не имеющие двойных связей. Избыток таких кислот может привести к атеросклерозу, ожирению и другим болезням. Их содержат сливочное масло, сливки, молоко, жирное мясо.
- 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.
Избытки жира накапливаются под кожей и возле внутренних органов.
Углеводы
Сахара и углеводы обеспечивают организм энергией.
Процессы обмена углеводов:
- В ЖКТ углеводы расщепляются на простые сахара и усваиваются.
- Глюкоза переходит в гликоген, который накапливается в печени и мышцах, или используется для получения энергии.
- Печень преобразует гликоген в глюкозу при снижении уровня 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:
- Существенная для организации всех тканей.
- растворение и транспорт веществ;
- обеспечение многих биохимических реакций;
- обязательный компонент биологических жидкостей;
- Обеспечивает стабильность водно-солевого состава и принимает участие в регуляции температуры.
Жидкость выводят из организма легкие, потовые железы, мочевыделительная система и кишечник.
Минеральные соли, поступающие с пищей, разделяют на макро- и микроэлементы. Макроэлементами называют минералы, содержащиеся в больших количествах: магний, кальций, натрий, фосфор и др. Микроэлементы необходимы организму в очень небольшом количестве: железо, марганец, цинк, йод и другие элементы.
Дефицит минералов может негативно влиять на работу различных систем организма. При недостатке магния и калия возникают сбои в ЦНС и мышцах, включая миокард. Недостаток кальция и фосфора ослабляет кости, а йода — щитовидную железу.
Витамины
Витамины — это множество органических веществ, важных для нормальной деятельности всех систем организма.
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 схожим свойством накапливания.
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 витамина вызывает гиповитаминоз, а его избыток – гипервитаминоз.
Обмен энергии
Катаболизм – это набор реакций 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 (универсальный энергетический ресурс живых организмов), который присутствует 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 — превращение глюкозы без участия кислорода. 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 способность живого организма сохранять постоянную температуру тела, что играет важную роль в термообмене. Для поддержания стабильности этого показателя необходимо уравновешивать теплоотдачу и теплопродукцию.
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 физическая регуляция возможны 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 служит процесс улетучивания влаги, который происходит с потом или во время дыхания.
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;
- Люди с развитой мускулатурой расходуют больше энергии на работу мышц, благодаря чему все процессы в организме протекают быстрее.
- С возрастом метаболизм замедляется.
- 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.
