Что такое метаболизм? Метаболизм: роль в похудении и наборе массы.

Согласно теории, поддерживаемой учёными разных стран, у каждого человека существует свой собственный оптимальный вес, который организм старается всеми силами поддерживать. Именно поэтому настойчивое желание или поправиться, со стороны организма вызывает активное сопротивление, и он будет делать всё возможное, чтобы вновь приблизить вес к своему естественному значению. Поэтому 95% похудевших снова прибавляют в весе. Их новый вес относительно низок для «нормального» индивидуального метаболизма. У подавляющего большинства людей сопротивление организма сильнее в сторону снижения веса, нежели набора, то есть он всегда будет стремиться к сохранению отложенных жировых запасов. калорийности пищи и вовсе способно затормозить скорость обмена веществ на 45%. Возможно, это является защитным механизмом организма от голодной смерти.

Однако эту теорию поддерживают далеко не все учёные. И хотя они и не противоречат теории естественного оптимального веса, но считают, что метаболизм можно изменить определённым питанием и регулярной физической нагрузкой, при которой растет мышечная масса, и облегчается распад жиров. Но прежде всего, необходимо выяснить, что такое метаболизм и каковы принципы его действия.

Метаболизм – это химические реакции, возникающие с момента поступления в организм питательных веществ до момента выделения во внешнюю среду конечных продуктов этих реакций. Это сложный процесс преобразования потребляемой пищи в жизненную энергию. В метаболизм вовлечены все реакции, протекающие в живых клетках, результатом которых является строительство структур тканей и клеток. То есть, метаболизм можно рассматривать, как процесс обмена в организме веществ и энергии.

Живая клетка представляет собой высокоорганизованную систему, включающую различные структуры, а также специальные ферменты, способные эти структуры разрушить. Содержащиеся в клетке макромолекулы путём гидролиза могут распадаться на мелкие составляющие. В клетке обычно очень мало и много калия, при этом она существует в среде, где мало и много натрия, причём проницаемость клеточной мембраны для обоих ионов одинакова. Отсюда вывод: клетка – это весьма далёкая от химического равновесия система.

Для поддержания клетки в химически неуравновешенном состоянии организму требуется производить определённую работу, для которой необходима энергия. Получение энергии для выполнения этой работы является непременным условием того, чтобы клетка пребывала в своём нормальном стационарном химически неуравновешенном состоянии. Одновременно в клетках выполняется и другая работа по взаимодействию со средой, к примеру: проведение нервных импульсов в нервных клетках, сокращение мышц – в мышечных, образование мочи в клетках почек и прочее.

Питательные вещества, попав внутрь клетки, начинают метаболизироваться, или претерпевать множество химических изменений и образовывать промежуточные продукты – метаболиты. Метаболический процесс в целом подразделяется на две категории: анаболизм и катаболизм . При анаболических реакциях из простых молекул путём биосинтеза образуются сложные молекулы, что сопровождается затратой свободной энергии. Анаболические превращения обычно восстановительные. При катаболических реакциях, наоборот, поступившие с пищей и входящие в состав клетки сложные компоненты расщепляются до простых молекул. Эти реакции преимущественно окислительные, сопровождающиеся выделением свободной энергии.

Основная часть калорий, поступивших с пищей, расходуется на поддержание температуры тела, переваривание пищи, внутренние процессы организма — это, так называемый базовый метаболизм.

Непосредственным источником энергии, используемой клеткой для производства работы, служит энергия, заключённая в молекуле аденозинтрифосфата (АТФ) . В силу некоторых своих структурных особенностей, соединение АТФ богато энергией, и происходящий в ходе метаболического процесса разрыв связей фосфатных групп осуществляется таким образом, что высвободившаяся энергия может быть использована. Однако, в результате простого гидролиза разрыв фосфатных связей молекулы АТФ сделает высвобождённую для клетки энергию недоступной, поскольку метаболический процесс должен последовательно состоять из двух этапов с участием в каждом из них промежуточного продукта, в противном случае энергия выделяется в виде тепла и расходуется впустую. Молекула АТФ необходима практически для всех проявлений жизнедеятельности клеток, поэтому, неудивительно, что активность живых клеток в первую очередь направлена на синтез АТФ. Этот процесс состоит из сложных последовательных реакций с использованием потенциальной химической энергии, заключённой в молекулах .

Анаболизм тесно связан с катаболизмом, поскольку из продуктов распада питательных веществ получаются новые вещества. Если анаболизм направлен на образование составных структур клеток и тканей, то катаболизм превращает сложные молекулы в простые. Простые молекулы частично используются на биосинтез (образование органических веществ из простых соединений под действием ферментов-биокатализаторов), и частично выводятся из организма в виде продуктов распада, таких как мочевина, аммиак, диоксид углерода и вода.

Скорость метаболического процесса у всех людей разная. Важнейшим фактором, влияющим на скорость метаболизма, является масса тела, а точнее совокупность массы мышц, внутренних органов и костей. Чем масса тела больше, тем скорость обмена веществ выше. Обменные процессы у мужчин протекают, в среднем, на 10-20% быстрее, это связано с наличием у женщин большего количества жировых отложений, в то время как у мужчин мышечной ткани больше. По мнению учёных, метаболизм у женщин, перешагнувших 30-летний рубеж, снижается на 2-3% каждые последующие десять лет. Однако не только женщины, но и мужчины с возрастом подвержены риску снижения метаболизма. Как правило, это связано с недостатком двигательной активности и гормонального дисбаланса. Ускорить метаболизм можно с помощью и дробного питания. с увеличением физической нагрузки значительно замедляет метаболический процесс – организм готовится к возможному голоданию и начинает интенсивно накапливать жир.

Также на метаболизм непосредственное влияние оказывают такие факторы, как наследственность и работа щитовидной железы. При недостатке гормона щитовидной железы L-тироксина, метаболизм заметно снижается, что вызывает «необъяснимое» ожирение. При избытке этого гормона, наоборот, метаболизм настолько ускоряется, что это может грозить физическим истощением. Примечательно, что и в том, и в другом случае катастрофически не хватает жизненной энергии.

Согласно исследованиям, состояние эмоционального фона напрямую влияет на выработку гормонов. В стадии волнения или возбуждения в кровь выбрасывается гормон адреналин, увеличивая скорость метаболизма. А в состоянии за день сжигаются сотни калорий. Однако, как бы это не казалось парадоксальным, хронический стресс ведёт к ожирению. Всё дело в том, что в состоянии стресса надпочечниками выделяется в кровь большое количество гормона кортизола, а он способствует повышению уровня сахара в крови и, если сахар не используется, то благодаря быстро переходит в жировые запасы.

Сохранить свой постоянный вес на протяжении всей жизни удаётся мало кому, поэтому его колебания в ту, или иную сторону – это, скорее всего, правило. Если не придавать огромного значения кратковременным незначительным колебаниям веса, то приблизительный график выглядит так: в 11-25 лет наблюдается минимальный вес с высокой энергетической потребностью; в 25-35 лет вес стабилизируется и начинает постепенно ползти вверх приблизительно до 65 лет, а после начинает снижаться. Однако это весьма усреднённая картина, поскольку каждый человек индивидуален и имеет присущий только ему одному свой собственный метаболический процесс.

Многих людей, которые следят за своим здоровьем и фигурой, интересует метаболический процесс и его особенности. Это не случайно, ведь его нормальное функционирование способствует хорошему и крепкому здоровью. Нередко также излишний вес и бессонница связаны именно с проблемами в метаболическом процессе. Благодаря нашей статье, вы можете выяснить, что такое метаболизм и как его восстановить.

Метаболический процесс: что это такое? Факторы, связанные с ним

На сегодняшний день, говоря о снижении веса, врачи нередко упоминают термин "метаболизм". Что это такое простым языком? Как именно этот процесс связан с похудением?

Говоря простым языком, метаболизм - веществ, который проходит в теле абсолютно каждого живого существа. Под метаболическим процессом также подразумевают скорость, с которой организм преобразует пищу в энергию. Каждую секунду в нашем теле происходит больше тысячи химических процессов. Их совокупность - это метаболический процесс. Стоит отметить, что у мужчин обмен веществ происходит гораздо быстрее, чем у женщин. Скорость данного процесса напрямую связана не только с гендерной принадлежностью, но и с телосложением того или иного человека. Именно по этой причине у людей, которые имеют лишний вес, обмен веществ замедлен. Еще одни важные факторы, которые влияют на метаболический процесс, - это наследственность и общий гормональный фон организма. В случае если вы заметили, что обмен веществ в вашем теле стал происходить значительно медленнее, причиной этого может быть диета, стресс, физические нагрузки или принятие лекарственных препаратов.

Три разновидности обмена веществ

Вещество и энергия тесно связаны между собой. Именно они являются важными составляющими метаболического процесса. Существует три разновидности обмена веществ:

• базовый;
• активный;
• пищеварительный.

Базовый метаболизм - это та энергия, которую организм расходует на поддержание и нормальное функционирование жизненно важных органов. Именно он обеспечивает работу сердца, легких, почек, пищеварительного тракта, печени и коры головного мозга.

Активный обмен веществ - это энергия, которая необходима для физической активности. Стоит отметить, что чем больше двигается человек, тем быстрее в его организме происходит метаболический процесс.

Пищеварительный метаболизм - это энергия, которая необходима организму для переваривания полученной пищи. Жирные и жареные блюда расщепляются гораздо дольше, чем полезные продукты. Именно по этой причине тем, кто желает снизить вес, но любит побаловать себя выпечкой, газированными напитками и многой другой вредной пищей, необходимо в срочном порядке пересмотреть свой рацион.

Конечные продукты метаболизма

С течением времени конечные продукты обмена веществ и органы, которые отвечают за метаболизм, существенно изменились. Выделительные процессы напрямую связаны с метаболическими. У млекопитающих в теле находится почка третьего типа - метанефрос. Именно она и участвует в образовании конечных продуктов.

Благодаря метаболизму образуются конечные продукты - вода, мочевина и углекислый газ. Все они в дальнейшем выходят из путем. Органы обмена веществ, которые участвуют в процессе выведения из организма конечных продуктов:

• почки;
• печень;
• кожа;
• легкие.

Обмен белков в организме

Белок - это один из самых важных компонентов в нашем организме. Он участвует в формировании клеток, тканей, мышц, ферментов, гормонов и многих других важных составляющих нашего тела. Попавшие в организм белки расщепляются в кишечнике. Именно там они превращаются в аминокислоты и транспортируются в печень. За этот важный для человека процесс отвечает метаболизм. Стоит обратить внимание на то, что при употреблении большого количества белков возможно протеиновое отравление. Всемирная организация здравоохранения рекомендует употреблять не более чем 75 грамм на 1 килограмм массы тела в сутки.

Углеводы

Биологические процессы в организме играют важную роль в самочувствии человека. Метаболизм участвует в распаде не только белков, но и углеводов. Благодаря этому в организме образуются фруктоза, глюкоза и лактоза. Как правило, углеводы попадают в тело человека в виде крахмала и гликогена. При длительном углеводном голодании глюкоза попадает в кровь.

Углеводы - это основной источник энергии. При их недостатке у человека существенно снижается работоспособность и ухудшается самочувствие. Именно углеводы являются важным компонентом для нормального функционирования нервной системы. В случае если человек заметил у себя такие признаки, как слабость, головная боль, падение температуры и судороги, то ему необходимо в первую очередь обратить внимание на свой суточный рацион. Именно недостаток углеводов - частая причина плохого самочувствия.

Метаболический синдром

Метаболический синдром - это комплекс нарушений, которые наблюдаются у людей с избыточным весом. Как следствие плохого обмена веществ и ожирения, у человека может развиваться невосприимчивость инсулина. Такое заболевание может быть наследственным или приобретенным. Стоит отметить, что наряду с метаболическим синдромом происходят также и другие изменения в тканях и системах организма. При у пациента может также наблюдаться внутреннее ожирение. Это может стать причиной развития сердечно-сосудистых заболеваний, диабета и атеросклероза. Главной причиной синдрома является Наиболее подвержены ему те люди, которые употребляют фастфуд или едят на ходу. Нередко метаболический синдром встречается и у тех, кто ведет малоподвижный образ жизни. Ученые подтвердили, что избыточный вес напрямую связан с высокой смертностью от всех разновидностей рака.

Для того чтобы диагностировать метаболический синдром, нужно обращать внимание на уровень глюкозы в крови. Самым первым признаком является наличие жировой прослойки в области живота. Достаточно часто метаболический синдром связан с артериальным давлением. У людей, которые имеют проблемы с обменом веществ, оно беспричинно повышается.

Для того чтобы избавиться от метаболического синдрома, необходимо в первую очередь похудеть. Для этого потребуется как можно больше двигаться и пересмотреть свой рацион питания. Специалисты рекомендуют пациентам, которые жалуются на метаболический синдром, регулярно посещать массажный кабинет и бассейн. Данные процедуры позволяют существенно улучшить обмен веществ. Необходимо также помнить, что употребление алкоголя и курение снижают метаболический процесс. В борьбе с заболеванием от вредных привычек потребуется отказаться.

Главной причиной метаболического синдрома является неправильный рацион. В первую очередь необходимо отказаться от и заменить их сложными. Для этого отдавайте предпочтение кашам, а не мучному и сладкому. При борьбе с метаболическим синдромом пищу необходимо недосаливать. Важно включить в свой рацион овощи и фрукты. Они богаты витаминами и микроэлементами.

Гастрит: общая информация

Нередко нарушение метаболических процессов является причиной возникновения гастрита. При таком заболевании у пациента наблюдается воспаление слизистого слоя желудка. На сегодняшний день гастрит встречается как у взрослых, так и у детей. Первым симптомом является замедление обмена веществ. Как следствие, у пациента наблюдается упадок сил и недостаток энергии. При гастрите у человека может быть тяжесть в желудке, изжога, рвота, вздутие и метеоризм.

При гастрите пациенту противопоказана:

• жирная пища;
• алкоголь;
• острое;
• газированные напитки.

При первых симптомах гастрита необходимо в срочном порядке обращаться к лечащему врачу. Он не только посоветует диету, которая улучшит метаболические процессы в организме, но и назначит курс лекарственных препаратов.

Хронический панкреатит

Хронический панкреатит - это заболевание, причиной которого является нарушение обмена веществ. При таком заболевании наблюдается воспаление поджелудочной железы. Наиболее часто панкреатит встречается у женщин среднего и пожилого возраста. У больного панкреатитом наблюдаются следующие симптомы:

• тошнота;
• снижение аппетита;
• боли в области желудка;
• тошнота.

При панкреатите необходимо изменить свой рацион и включить в него полезные продукты. Нежелательно употреблять жирную и жареную пищу. Необходимо отдавать предпочтение продуктам, приготовленным на пару или в духовом шкафу. При диагностировании гастрита пациент должен полностью отказаться от вредных привычек.

Синдром раздраженного кишечника. Общая информация о заболевании

Это совокупность расстройств метаболического процесса, которые продолжаются на протяжении 3 месяцев и более. Симптомами такого заболевания являются боли в желудке, метеоризм и нарушение стула. Как правило, синдром раздраженного кишечника наиболее часто встречается у молодых людей в возрасте 25-40 лет. К причинам возникновения заболевания относят нарушение питания, неактивный образ жизни и изменение общего гормонального фона.

При лечении синдрома раздраженного кишечника врач-гастроэнтеролог назначит больному целый ряд исследований и диету. Придерживаясь всех рекомендаций, пациент сможет быстро и безболезненно избавиться от заболевания.

Как ускорить метаболизм?

При борьбе с лишним весом в первую очередь мы стимулируем метаболические процессы. Однако далеко не каждый знает, как это делать правильно. Все необходимые рекомендации вы можете найти в нашей статье. Известно, что обмен веществ происходит наиболее быстро у тех людей, чей возраст колеблется от 11 до 25 лет. Многие специалисты утверждают, что скорость метаболизма напрямую зависит от темперамента человека. Изменение обмена веществ может быть связано с наличием инфекций в организме.

Для нормализации или ускорения метаболических процессов в первую очередь необходимо как можно больше двигаться. Для улучшения метаболизма рекомендовано комбинировать силовые и кардиотренировки. Рекомендованы также пешие вечерние прогулки. Это не случайно, ведь именно после этого обменные процессы продолжаются даже во сне.

Для восстановления обменных процессов многие специалисты рекомендуют раз в неделю посещать сауну и баню. Благодаря этому, вы помимо ускорения метаболизма, улучшите кровообращение. Если у вас нет возможности посещать баню и сауну, то вы можете проводить лечебные процедуры в ванной. Для этого необходимо использовать воду, температура которой составляет более 38 градусов.

Для ускорения метаболизма важно пересмотреть свой рацион. Необходимо ежедневно употреблять не менее двух литров воды. В рационе должны присутствовать только полезные и сбалансированные продукты.

Подведем итоги

Многих интересует метаболизм. Что это такое простым языком, и как его ускорить, вы можете узнать из нашей статьи. Нередко именно замедленный обмен веществ становится причиной не только лишнего веса, но и целого ряда заболеваний. При первых признаках отклонения от нормы обязательно обратитесь к врачу. Будьте здоровы!

Одним из важных аспектов функционирования живого организма является метаболизм. Нарушениями этого процесса объясняются многие проблемы со здоровьем.

Поэтому важно знать, в чем сущность метаболизма, как он протекает, и что можно сделать для поддержания его в нормальном состоянии.

От особенностей метаболизма зависят очень многие функциональные особенности. За счет него организму удается осуществлять все необходимые для жизнедеятельности процессы. Также он влияет на самочувствие и вес. Поэтому следует понять, что такое метаболизм.

Этим термином называют обмен веществ. Он состоит в химических процессах, за счет которых потребляемые продукты питания преобразуются в энергию, нужную для осуществления жизненных функций – дыхания, роста, регенерации и пр.

Это значит, что под этим понятием подразумевают переваривание и усвоение белков, жиров и . Компоненты, на которые эти вещества расщепляются, распределяются в тканях по мере необходимости.

Поступающие в организм человека питательные вещества не должны превышать потребность в них. Если их слишком много, они не расходуются полностью, а накапливаются, из-за чего формируется лишний вес.

Для сохранения нормальных параметров нужно, чтобы потребляемая и расходуемая энергия были примерно одинаковыми. При отклонении от этого правила весовые показатели могут как снизиться, так и повыситься. И то, и другое считается неблагоприятным явлением.

Обменные процессы заключаются в двух взаимосвязанных явлениях

1. Анаболизм . В этом случае вещества объединяются, формируя сложные структуры. Для этого требуется энергия.
2. Катаболизм . Этот процесс является обратным анаболизму. При его реализации сложные вещества распадаются на мелкие составляющие, в процессе чего выделяется энергия.

Оба процесса очень важны и не существуют отдельно. Выделение энергии при катаболизме обеспечивает протекание анаболизма, когда синтезируются необходимые организму элементы.

Это означает, что между метаболизмом и катаболизмом существует значимое различие. Катаболизм является одним из этапов реализации метаболизма. А последний представляет собой более объемный процесс.

Типы обмена веществ

Метаболизм – это процесс обмена на уровне клеток. Существует несколько видов обмена веществ, каждый из которых характеризуется определенными особенностями. Следует знать эти виды, чтобы лучше понимать принцип их функционирования.

К ним относятся:

1. Белковый . Ему присуще быстрое окисление и выраженная активность парасимпатической нервной системы. Людям с таким типом обменных процессов свойственно избегать строгих диет из-за частого и сильного чувства голода. Обладатели белкового типа метаболизма отличаются нервозностью и вспыльчивостью. Они энергичны с виду, но при этом часто испытывают усталость. Им следует чаще потреблять белковую пищу, но отказываться от углеводов полностью тоже нежелательно.
2. Углеводный . В этом случае окисление происходит медленно, а большая активность наблюдается у симпатической нервной системы. Такие люди не испытывают тяги к сладкому, у них слабый аппетит, но при этом они потребляют много кофе. Для их организма полезна углеводная диета, но следует помнить, что из-за нее можно набрать вес и спровоцировать развитие проблем со здоровьем. Поэтому разработать ее должен специалист.
3. Смешанный . При таком типе могут проявляться признаки первых двух типов, но они не настолько интенсивны. Обладателям такого метаболизма свойственная частая усталость и тревожность. Также они испытывают повышенную тягу к сладкому, но при этом не всегда страдают от проблемы избыточной массы тела.

Таковы основные типы обмена веществ, встречающиеся у человека. Следует учитывать их особенности, чтобы избежать сложностей со здоровьем.

Симптомы нарушения

Чрезмерная активность или замедленность обменных процессов может привести к определенным изменениям в функционировании организма. По этим изменениям можно узнать, в норме ли находится метаболизм.

Если он нарушен, из-за чего его активность снижается или повышается, могут проявляться такие симптомы, как:

• ломкость волос и ногтей;
• проблемы с ЖКТ;
• расстройства желудка;
• проблемы с кожей;
• выпадение и разрушение зубов;
• резкое изменение веса как в большую, так и в меньшую сторону;
• сильная жажда;
• частое ощущение голода;
• нарушения менструального цикла у женщин.

Эти особенности могут указывать не только на нарушения в процессе обмена, но и на другие проблемы в организме. Поэтому при их наличии необходимо проконсультироваться с врачом.

Видео о нарушении метаболизма — что происходит в организме?

Как разогнать метаболизм?

Считается, что усиленный обмен веществ позволяет снизить вес, поэтому люди, которые стремятся похудеть, хотят его ускорить. Для этого можно использовать разные методы.

Но необходимо понимать, что наличие ускоренного метаболизма не всегда обеспечивает снижение массы тела, а иногда может привести к развитию различных заболеваний. Поэтому, прежде чем пытаться разогнать метаболизм, стоит посоветоваться с врачом по поводу целесообразности таких действий.

К методам, которые позволяют повысить активность обменных процессов, можно отнести:

1. Употребление в пищу продуктов, способствующих ускорению метаболизма. Особенности рациона могут повлиять на обменные процессы. К продуктам, которые повышают их активность, можно отнести:
   • рыбу;
   • нежирное мясо;
   • яблоки;
   • молочную продукцию;
   • зеленый чай;
   • цитрусовые;
   • цельнозерновые продукты.

   Их следует использовать ежедневно. Для того чтобы повысить результативность, нужно употреблять пищу небольшими порциями, а также пить достаточное количество воды.

2. Применение специальных напитков. С помощью питья тоже можно активировать обменные процессы. Для этого необходимо использовать:
   • воду (она усиливает обмен, особенно она полезна после пробуждения);
   • зеленый чай (ему присущи жиросжигающие и очищающие свойства);
   • молоко (оно стимулирует метаболические процессы за счет содержащегося в нем кальция);
   • кофе (этот напиток снижает чувство голода).

   Нужно знать, что этот метод эффективен в сочетании с другими. Но злоупотребление им может оказаться опасным.

3. Использование витаминов. Пользоваться этим способом разрешается только после консультации с врачом. Снабжение организма недостающими элементами полезно не только для метаболизма, но и для здоровья в целом. Но необходимо знать, каких именно веществ не хватает, поскольку избыток витаминов тоже может навредить. Выявить это поможет специалист. Чаще всего для ускорения обмена необходимо использовать:
   • рыбий жир, поскольку он способствует избавлению от избыточного холестерина;
   • фолиевую кислоту, способствующую укреплению иммунитета;
   • витамины из групп A, B, C и D, поскольку они нормализуют уровень инсулина.

   Эти свойства перечисленных витаминов способствуют ускорению обменных процессов.

4. Активизация с помощью лекарственных средств. Препаратов, способных ускорить метаболизм, достаточно много, но необходимо использовать их только по назначению врача, чтобы не нанести вреда здоровью. У них есть противопоказания, также эти средства способны вызвать побочные эффекты. Поэтому сначала нужно проконсультироваться со специалистом. И даже после получения разрешения не следует ими злоупотреблять.
5. Применение лекарственных растений. У некоторых трав тоже есть способность влиять на метаболизм. К ним можно отнести:
   • женьшень;
   • череду;
   • шиповник;
   • лимонник;
   • эхинацею;
   • листья земляники.

   Лекарственные растения считаются безопасными, поскольку имеют натуральное происхождение. Единственный риск, связанный с их использованием, заключается в вероятных аллергических реакциях. Поэтому ими тоже не стоит злоупотреблять, а до начала приема проконсультироваться со специалистом.

6. Выполнение упражнений. Без физической активности остальные методы ускорения метаболизма обычно неэффективны. Поэтому прежде всего нужно начать занятия спортом, которые в дальнейшем можно подкрепить воздействием других методов.

Желательно использовать перечисленные способы ускорения обмена веществ в комплексе, чтобы организм не подвергался чрезмерному воздействию какого-либо одного средства, что очень опасно. Но сначала следует удостовериться, что необходимость в подобных мерах существует.

Видео о способах ускорения метаболизма:

Как набрать вес?

Некоторых людей беспокоит не излишний, а недостаточный вес. Это явление тоже считается проблемой и может привести к отклонениям в работе организма. Поэтому иногда человек заинтересован в замедлении метаболических процессов, поскольку ему нужно набрать массу.

В этом могут помочь следующие действия:

1. Изменение графика питания. Стоит потреблять пищу реже, что вынудит организм замедлить процесс ее усвоения.
2. Потребление продуктов, содержащих сложные углеводы. На их расщепление уходит много времени.
3. Отказ от употребления кофе и зеленого чая. Эти напитки обычно ускоряют метаболизм, если прекратить их употребления, будет наблюдаться обратный эффект.
4. Длительный сон. Во сне наблюдается замедление всех процессов, протекающих в организме. Это относится и к обмену веществ.
5. Снижение калорийности потребляемых продуктов. В этом случае организм будет вынужден накапливать энергию.

Эффективность этих действий обусловлена тем, что они противоречат правилам здорового питания. При их применении удается увеличить массу тела, если это необходимо. Но злоупотреблять такими действиями тоже не стоит – именно потому, что они являются нарушением здорового образа жизни.

При отсутствии необходимости в их использовании или при отсутствии врачебного контроля они могут стать причиной необратимых изменений в обменных процессах. Результатом становится патологически ускоренный набор веса, из-за которого возникает множество проблем со здоровьем.

Это означает, что применять названные методы замедления обмена веществ нужно только после консультации с врачом. Если специалист скажет о необходимости набора массы, то в их использовании есть смысл.

Но даже в этом случае нужно придерживаться строгих рекомендаций, чтобы не допустить значительных изменений. Самостоятельно же начинать замедление или ускорение метаболизма нежелательно.

Видео о том, как набрать вес:

У большинства людей отсутствуют необходимые для этого знания, к тому же им сложно оценить состояние своего организма и определить потребность его в снижении или увеличении веса. И даже при наличии такой необходимости нужно учитывать индивидуальные особенности, поэтому следует получить специальные рекомендации от врача, ориентированные на конкретный случай.

Слово «метаболизм» употребляют в речи диетологи и спортсмены, фитнес-инструкторы и вечно худеющие.

Чаще всего термин употребляется в значении «обмен веществ». Но что это такое на самом деле, знают далеко не все. Попробуем разобраться.

Что это такое?

Метаболизм – это процессы, проходящие в любом живом организме для поддержания его жизни. Метаболизм позволяет телу расти, размножаться, заживлять повреждения и реагировать на окружающую среду.

Для этого действительно необходим постоянный обмен веществ . Разделить процессы можно на два потока. Один разрушительный – катаболизм, другой созидательный – анаболизм.

Разборка на молекулярном уровне…

Любое питательное вещество, попадающее в организм, не может сразу пойти на его нужды. Например, белки из орехов, молока и человеческих мышц – совершенно разные, и друг друга заменить не могут.

Однако они состоят из одних и тех же «кирпичиков» — аминокислот . Хотя в каждом из белков их разный набор и соотношение.

Чтобы получить стройматериал для, например, бицепса, специальные ферменты разбирают содержащийся в молоке или котлете белок на отдельные аминокислоты , которые уже и идут в дело.

Параллельно высвобождается энергия, измеряемая в калориях. Процесс разбора и есть катаболизм . Другой пример катаболизма – расщепление обычного сахара-рафинада на фруктозу и глюкозу.

… и сборочный цех

Организму недостаточно разобрать белки из съеденного на аминокислоты. Из них необходимо собрать новые белки для той же мышцы бицепса.

Постройка сложных молекул из более мелких компонентов требует энергозатрат. На нее идут те самые калории, которые организм получил при «разборке». Этот процесс называется анаболизм .

Еще пара наглядных примеров работы «сборочного цеха» организма – рост ногтей и заживление трещин в костях.

А откуда берется жир?

Если в процессе расщепления питательных веществ производится энергии больше, чем ее требуется на постройку новых клеток организма, появляется явный избыток , который надо куда-то деть.

Когда организм находится в состоянии покоя, метаболизм протекает в «фоновом» режиме и не требует активного расщепления и синтеза веществ. Но как только тело начинает двигаться, все процессы ускоряются и усиливаются. Возрастает и потребность в энергии и питательных веществах.

Но даже у подвижного организма могут оставаться излишки калорий , если их поступает слишком много с пищей.

Небольшая часть полученной и нерастраченной энергии складывается в виде углевода гликогена – источника энергии для активной работы мышц. Он запасается в самих мышцах и печени.

Остальное накапливается в жировых клетках . Причем для их образования и жизни требуется гораздо меньше энергии, чем для постройки мышц или костей.

Как метаболизм связан с массой тела

Можно сказать, что вес тела — это катаболизм минус анаболизм . Другими словами, разница между количеством поступившей в организм энергии и использованной им.

Так, один грамм съеденного жира дает 9 ккал, а то же количества белка или углевода – 4 ккал. Те же 9 ккал организм отложит в 1 грамм жира уже в своем теле, если не сумеет потратить.

Несложный пример : съедаете бутерброд и ложитесь на диван. Из хлеба и колбасы организм получил жиры , белки, углеводы и 140 ккал. При этом лежащее тело потратит полученные калории только на расщепление съеденной пищи и немного на поддержание функций дыхания и кровообращения – около 50 ккал в час. Остальные 90 ккал превратятся в 10 г жира и отложатся в жировое депо.

Если же любитель бутербродов выйдет на спокойную прогулку, полученные калории организм потратит примерно за час.

«Хороший» и «плохой» метаболизм?

Многие с завистью глядят на хрупкую девушку, регулярно лакомящуюся пирожными и не прибавляющую ни грамма веса. Принято считать, что у таких счастливчиков метаболизм хороший, а у тех, для кого кусочек сахара в чае грозит прибавкой веса – метаболизм плохой.

На самом деле результаты исследований показывают, что действительно замедленный метаболизм наблюдается только при ряде заболеваний , например, гипотиреозе – недостатке гормона щитовидной железы. А у большинства людей с лишним весом нет никаких болезней, но наблюдается энергетический дисбаланс.

То есть, энергии в организм поступает гораздо больше, чем ее нужно на самом деле, и она складируется про запас.

Статьи расхода калорий

Чтобы расход и получение калорий держать под контролем, стоит помнить основные направления дополнительных энергозатрат.

1. Чем выше масса тела , тем больше калорий ему требуется. Но, как мы знаем, жировой ткани надо совсем мало энергии для жизни, а вот мышечная потребляет достаточно.

Поэтому 100-килограммовый культурист потратит больше калорий на ту же работу, что и его 100-килограммовый ровесник с неразвитыми мышцами и высоким процентом жира.

2. Чем старше становится человек , тем выше у него разница между поступлением энергии и ее тратами за счет гормонального дисбаланса и резкого снижения физической активности.

3. В метаболизме мужского организма активно участвует гормон тестостерон. Это настоящий естественный анаболик, заставляющий организм тратить энергию и ресурсы на выращивание дополнительных мышц. Именно поэтому мышечная масса у мужчин обычно гораздо выше, чем у женщин.

А поскольку на поддержание жизнедеятельности мышц требуется гораздо больше энергии, чем для сохранения жира, то мужчина и женщина одного роста и веса тратят неодинаковое количество калорий на одни и те же действия.

Проще говоря: мужчины больше тратят энергии, им требуется больше еды, а при желании они гораздо быстрее худеют.

Что надо знать о метаболизме

Вся жизнь организма – это баланс между расщеплением питательных веществ и получением из них энергии и энергозатратах при создании новых молекул и клеток.

Если энергии поступает слишком много – она откладывается про запас в виде жировой ткани. Увеличить энергозатраты можно, много двигаясь или вырастив достаточное количество мышечной массы.

Общее представление о метаболизме органических веществ.
Что такое метаболизм? Понятие метаболизма. Методы исследования.
Метаболизм - значение слова. Метаболизм углеводов и липоидов.

Метаболизм белков

МЕТАБОЛИЗМ - этообмен веществ, химические превращения, протекающие от момента поступления питательных веществ в живой организм до момента, когда конечные продукты этих превращений выделяются во внешнюю среду. К метаболизму относятся все реакции, в результате которых строятся структурные элементы клеток и тканей, и процессы, в которых из содержащихся в клетках веществ извлекается энергия. Иногда для удобства рассматривают по отдельности две стороны метаболизма – анаболизм и катаболизм, т.е. процессы созидания органических веществ и процессы их разрушения. Анаболические процессы обычно связаны с затратой энергии и приводят к образованию сложных молекул из более простых, катаболические же сопровождаются высвобождением энергии и заканчиваются образованием таких конечных продуктов (отходов) метаболизма, как мочевина, диоксид углерода, аммиак и вода.

Клеточный метаболизм.

Живая клетка – это высокоорганизованная система. В ней имеются различные структуры, а также ферменты, способные их разрушить. Содержатся в ней и крупные макромолекулы, которые могут распадаться на более мелкие компоненты в результате гидролиза (расщепления под действием воды). В клетке обычно много калия и очень мало натрия, хотя клетка существует в среде, где натрия много, а калия относительно мало, и клеточная мембрана легко проницаема для обоих ионов. Следовательно, клетка – это химическая система, весьма далекая от равновесия. Равновесие наступает только в процессе посмертного автолиза (само переваривания под действием собственных ферментов).

Потребность в энергии.

Чтобы удержать систему в состоянии, далеком от химического равновесия, требуется производить работу, а для этого необходима энергия. Получение этой энергии и выполнение этой работы – непременное условие для того, чтобы клетка оставалась в своем стационарном (нормальном) состоянии, далеком от равновесия. Одновременно в ней выполняется и иная работа, связанная со взаимодействием со средой, например: в мышечных клетках – сокращение; в нервных клетках – проведение нервного импульса; в клетках почек – образование мочи, значительно отличающейся по своему составу от плазмы крови; в специализированных клетках желудочно-кишечного тракта – синтез и выделение пищеварительных ферментов; в клетках эндокринных желез – секреция гормонов; в клетках светляков – свечение; в клетках некоторых рыб – генерирование электрических разрядов и т.д.

Источники энергии.

В любом из перечисленных выше примеров непосредственным источником энергии, которую клетка использует для производства работы, служит энергия, заключенная в структуре аденозинтрифосфата (АТФ). В силу особенностей своей структуры это соединение богато энергией, и разрыв связей между его фосфатными группами может происходить таким образом, что высвобождающаяся энергия используется для производства работы. Однако энергия не может стать доступной для клетки при простом гидролитическом разрыве фосфатных связей АТФ: в этом случае она расходуется впустую, выделяясь в виде тепла. Процесс должен состоять из двух последовательных этапов, в каждом из которых участвует промежуточный продукт, обозначенный здесь X–Ф (в приведенных уравнениях X и Y означают два разных органических вещества; Ф – фосфат; АДФ – аденозиндифосфат).

Термин «обмен веществ» вошел в повседневную жизнь с тех пор, как врачи стали связывать избыточный или недостаточный вес, чрезмерную нервозность или, наоборот, вялость больного с повышенным или пониженным обменом. Для суждения об интенсивности метаболизма ставят тест на «основной обмен». Основной обмен – это показатель способности организма вырабатывать энергию. Тест проводят натощак в состоянии покоя; измеряют поглощение кислорода (О2) и выделение диоксида углерода (СО2). Сопоставляя эти величины, определяют, насколько полно организм использует («сжигает») питательные вещества. На интенсивность метаболизма влияют гормоны щитовидной железы, поэтому врачи при диагностике заболеваний, связанных с нарушениями обмена, в последнее время все чаще измеряют уровень этих гормонов в крови.

Методы исследования метаболизма.

При изучении метаболизма какого-нибудь одного из питательных веществ прослеживают все его превращения от той формы, в какой оно поступает в организм, до конечных продуктов, выводимых из организма. В таких исследованиях применяется крайне разнообразный набор биохимических методов. Использование интактных животных или органов. Животному вводят изучаемое соединение, а затем в его моче и экскрементах определяют возможные продукты превращений (метаболиты) этого вещества. Более определенную информацию можно получить, исследуя метаболизм определенного органа, например печени или мозга. В этих случаях вещество вводят в соответствующий кровеносный сосуд, а метаболиты определяют в крови, оттекающей от данного органа. Поскольку такого рода процедуры сопряжены с большими трудностями, часто для исследования используют тонкие срезы органов. Их инкубируют при комнатной температуре или при температуре тела в растворах с добавкой того вещества, метаболизм которого изучают. Клетки в таких препаратах не повреждены, и так как срезы очень тонкие, вещество легко проникает в клетки и легко выходит из них. Иногда затруднения возникают из-за слишком медленного прохождения вещества сквозь клеточные мембраны. В этих случаях ткани измельчают, чтобы разрушить мембраны, и с изучаемым веществом инкубируют клеточную кашицу. Именно в таких опытах было показано, что все живые клетки окисляют глюкозу до СО2 и воды и что только ткань печени способна синтезировать мочевину.

Использование клеток.

Даже клетки представляют собой очень сложно организованные системы. В них имеется ядро, а в окружающей его цитоплазме находятся более мелкие тельца, т.н. органеллы, различных размеров и консистенции. С помощью соответствующей методики ткань можно «гомогенизировать», а затем подвергнуть дифференциальному центрифугированию (разделению) и получить препараты, содержащие только митохондрии, только микросомы или прозрачную жидкость – цитоплазму. Эти препараты можно по отдельности инкубировать с тем соединением, метаболизм которого изучается, и таким путем установить, какие именно субклеточные структуры участвуют в его последовательных превращениях. Известны случаи, когда начальная реакция протекает в цитоплазме, ее продукт подвергается превращению в микросомах, а продукт этого превращения вступает в новую реакцию уже в митохондриях. Инкубация изучаемого вещества с живыми клетками или с гомогенатом ткани обычно не выявляет отдельные этапы его метаболизма, и только последовательные эксперименты, в которых для инкубации используются те или иные субклеточные структуры, позволяют понять всю цепочку событий.

Использование радиоактивных изотопов.

Для изучения метаболизма какого-либо вещества необходимы: 1) соответствующие аналитические методы для определения этого вещества и его метаболитов; и 2) методы, позволяющие отличать добавленное вещество от того же вещества, уже присутствующего в данном биологическом препарате. Эти требования служили главным препятствием при изучении метаболизма до тех пор, пока не были открыты радиоактивные изотопы элементов и в первую очередь радиоактивный углерод 14C. С появлением соединений, «меченных» 14C, а также приборов для измерения слабой радиоактивности эти трудности были преодолены. Если к биологическому препарату, например к суспензии митохондрий, добавляют меченную 14C жирную кислоту, то никаких специальных анализов для определения продуктов ее превращений не требуется; чтобы оценить скорость ее использования, достаточно просто измерять радиоактивность последовательно получаемых митохондриальных фракций. Эта же методика позволяет легко отличать молекулы радиоактивной жирной кислоты, введенной экспериментатором, от молекул жирной кислоты, уже присутствовавших в митохондриях к началу эксперимента.

Хроматография и электрофорез.

В дополнение к вышеупомянутым требованиям необходимы и методы, позволяющие разделять смеси, состоящие из малых количеств органических веществ. Важнейший из них – хроматография, в основе которой лежит феномен адсорбции. Разделение компонентов смеси проводят при этом либо на бумаге, либо путем адсорбции на сорбенте, которым заполняют колонки (длинные стеклянные трубки), с последующей постепенной элюцией (вымыванием) каждого из компонентов.

Разделение методом электрофореза зависит от знака и числа зарядов ионизированных молекул. Электрофорез проводят на бумаге или на каком-нибудь инертном (неактивном) носителе, таком, как крахмал, целлюлоза или каучук. Высокочувствительный и эффективный метод разделения – газовая хроматография. Им пользуются в тех случаях, когда подлежащие разделению вещества находятся в газообразном состоянии или могут быть в него переведены.

Выделение ферментов.

Последнее место в описываемом ряду – животное, орган, тканевой срез, гомогенат и фракция клеточных органелл – занимает фермент, способный катализировать определенную химическую реакцию. Выделение ферментов в очищенном виде – важный раздел в изучении метаболизма.

Сочетание перечисленных методов позволило проследить главные метаболические пути у большей части организмов (в том числе у человека), установить, где именно эти различные процессы протекают, и выяснить последовательные этапы главных метаболических путей. К настоящему времени известны тысячи отдельных биохимических реакций, изучены участвующие в них ферменты.

Поскольку практически для любого проявления жизнедеятельности клеток необходим АТФ, неудивительно, что метаболическая активность живых клеток направлена в первую очередь на синтез АТФ. Этой цели служат различные сложные последовательности реакций, в которых используется потенциальная химическая энергия, заключенная в молекулах углеводов и жиров (липидов).

МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ И ЛИПОИДОВ

Синтез АТФ. Анаэробный метаболизм (без участия кислорода).

Главная роль углеводов и липидов в клеточном метаболизме состоит в том, что их расщепление на более простые соединения обеспечивает синтез АТФ. Несомненно, что те же процессы протекали и в первых, самых примитивных клетках. Однако в атмосфере, лишенной кислорода, полное окисление углеводов и жиров до CO2 было невозможно. У этих примитивных клеток имелись все же механизмы, с помощью которых перестройка структуры молекулы глюкозы обеспечивала синтез небольших количеств АТФ. Речь идет о процессах, которые у микроорганизмов называют брожением. Лучше всего изучено сбраживание глюкозы до этилового спирта и CO2 у дрожжей.

В ходе 11 последовательных реакций, необходимых для того, чтобы завершилось это превращение, образуется ряд промежуточных продуктов, представляющих собой эфиры фосфорной кислоты (фосфаты). Их фосфатная группа переносится на аденозиндифосфат (АДФ) с образованием АТФ. Чистый выход АТФ составляет 2 молекулы АТФ на каждую молекулу глюкозы, расщепленную в процессе брожения. Аналогичные процессы происходят во всех живых клетках; поскольку они поставляют необходимую для жизнедеятельности энергию, их иногда (не вполне корректно) называют анаэробным дыханием клеток.

У млекопитающих, в том числе у человека, такой процесс называется гликолизом и его конечным продуктом является молочная кислота, а не спирт и CO2. Вся последовательность реакций гликолиза, за исключением двух последних этапов, полностью идентична процессу, протекающему в дрожжевых клетках.

Аэробный метаболизм (с использованием кислорода).

С появлением в атмосфере кислорода, источником которого послужил, очевидно, фотосинтез растений, в ходе эволюции развился механизм, обеспечивающий полное окисление глюкозы до CO2 и воды, – аэробный процесс, в котором чистый выход АТФ составляет 38 молекул АТФ на каждую окисленную молекулу глюкозы. Этот процесс потребления клетками кислорода для образования богатых энергией соединений известен как клеточное дыхание (аэробное). В отличие от анаэробного процесса, осуществляемого ферментами цитоплазмы, окислительные процессы протекают в митохондриях. В митохондриях пировиноградная кислота – промежуточный продукт, образовавшийся в анаэробной фазе – окисляется до СО2 в шести последовательных реакциях, в каждой из которых пара электронов переносится на общий акцептор – кофермент никотинамидадениндинуклеотид (НАД). Эту последовательность реакций называют циклом трикарбоновых кислот, циклом лимонной кислоты или циклом Кребса. Из каждой молекулы глюкозы образуется 2 молекулы пировиноградной кислоты; 12 пар электронов отщепляется от молекулы глюкозы в ходе ее окисления.

Липиды как источник энергии.

Жирные кислоты могут использоваться в качестве источника энергии приблизительно так же, как и углеводы. Окисление жирных кислот протекает путем последовательного отщепления от молекулы жирной кислоты двууглеродного фрагмента с образованием ацетилкофермента A (ацетил-КоА) и одновременной передачей двух пар электронов в цепь переноса электронов. Образовавшийся ацетил-КоА – нормальный компонент цикла трикарбоновых кислот, и в дальнейшем его судьба не отличается от судьбы ацетил-КоА, поставляемого углеводным обменом. Таким образом, механизмы синтеза АТФ при окислении, как жирных кислот, так и метаболитов глюкозы практически одинаковы.

Если организм животного получает энергию почти целиком за счет одного только окисления жирных кислот, а это бывает, например, при голодании или при сахарном диабете, то скорость образования ацетил-КоА превышает скорость его окисления в цикле трикарбоновых кислот. В этом случае лишние молекулы ацетил-КоА реагируют друг с другом, в результате чего образуются в конечном счете ацетоуксусная и b-гидроксимасляная кислоты. Их накопление является причиной патологического состояния, т.н. кетоза (одного из видов ацидоза), который при тяжелом диабете может вызвать кому и смерть.

Запасание энергии.

Животные питаются нерегулярно, и их организму нужно как-то запасать заключенную в пище энергию, источником которой являются поглощенные животным углеводы и жиры. Жирные кислоты могут запасаться в виде нейтральных жиров либо в печени, либо в жировой ткани. Углеводы, поступая в большом количестве, в желудочно-кишечном тракте гидролизуются до глюкозы или иных сахаров, которые затем в печени превращаются в ту же глюкозу. Здесь из глюкозы синтезируется гигантский полимер гликоген путем присоединения друг к другу остатков глюкозы с отщеплением молекул воды (число остатков глюкозы в молекулах гликогена доходит до 30 000). Когда возникает потребность в энергии, гликоген вновь распадается до глюкозы в реакции, продуктом которой является глюкозофосфат. Этот глюкозофосфат направляется на путь гликолиза – процесса, составляющего часть пути окисления глюкозы. В печени глюкозофосфат может также подвергнуться гидролизу, и образующаяся глюкоза поступает в кровоток и доставляется кровью к клеткам в разных частях тела.

Синтез липидов из углеводов.

Если количество углеводов, поглощенных с пищей за один прием, больше того, какое может быть запасено в виде гликогена, то избыток углеводов превращается в жиры. Начальная последовательность реакций совпадает при этом с обычным окислительным путем, т.е. сначала из глюкозы образуется ацетил-КоА, но далее этот ацетил-КоА используется в цитоплазме клетки для синтеза длинноцепочечных жирных кислот. Процесс синтеза можно описать как обращение обычного процесса окисления жирных клеток. Затем жирные кислоты запасаются в виде нейтральных жиров (триглицеридов), отлагающихся в разных частях тела. Когда требуется энергия, нейтральные жиры подвергаются гидролизу и жирные кислоты поступают в кровь. Здесь они адсорбируются молекулами плазменных белков (альбуминов и глобулинов) и затем поглощаются клетками самых разных типов. Механизмов, способных осуществлять синтез глюкозы из жирных кислот, у животных нет, но у растений такие механизмы имеются.

Метаболизм липидов.

Липиды попадают в организм главным образом в форме триглицеридов жирных кислот. В кишечнике под действием ферментов поджелудочной железы они подвергаются гидролизу, продукты которого всасываются клетками стенки кишечника. Здесь из них вновь синтезируются нейтральные жиры, которые через лимфатическую систему поступают в кровь и либо транспортируются в печень, либо отлагаются в жировой ткани. Выше уже указывалось, что жирные кислоты могут также синтезироваться заново из углеводных предшественников. Следует отметить, что, хотя в клетках млекопитающих может происходить включение одной двойной связи в молекулы длинноцепочечных жирных кислот (между С–9 и С–10), включать вторую и третью двойную связь эти клетки неспособны. Поскольку жирные кислоты с двумя и тремя двойными связями играют важную роль в метаболизме млекопитающих, они в сущности являются витаминами. Поэтому линолевую (C18:2) и линоленовую (C18:3) кислоты называют незаменимыми жирными кислотами. В то же время в клетках млекопитающих в линоленовую кислоту может включаться четвертая двойная связь и путем удлинения углеродной цепи может образоваться арахидоновая кислота (C20:4), также необходимый участник метаболических процессов.

В процессе синтеза липидов остатки жирных кислот, связанные с коферментом А (ацил-КоА), переносятся на глицерофосфат – эфир фосфорной кислоты и глицерина. В результате образуется фосфатидная кислота – соединение, в котором одна гидроксильная группа глицерина этерифицирована фосфорной кислотой, а две группы – жирными кислотами. При образовании нейтральных жиров фосфорная кислота удаляется путем гидролиза, и ее место занимает третья жирная кислота в результате реакции с ацил-КоА. Кофермент А образуется из пантотеновой кислоты (одного из витаминов). В его молекуле имеется сульфгидрильная (– SH) группа, способная реагировать с кислотами с образованием тиоэфиров. При образовании фосфолипидов фосфатидная кислота реагирует непосредственно с активированным производным одного из азотистых оснований, таких, как холин, этаноламин или серин.

За исключением витамина D, все встречающиеся в организме животных стероиды (производные сложных спиртов) легко синтезируются самим организмом. Сюда относятся холестерин (холестерол), желчные кислоты, мужские и женские половые гормоны и гормоны надпочечников. В каждом случае исходным материалом для синтеза служит ацетил-КоА: из ацетильных групп путем многократно повторяющейся конденсации строится углеродный скелет синтезируемого соединения.

МЕТАБОЛИЗМ БЕЛКОВ

Синтез аминокислот. Растения и большинство микроорганизмов могут жить и расти в среде, в которой для их питания имеются только минеральные вещества, диоксид углерода и вода. Это значит, что все обнаруживаемые в них органические вещества эти организмы синтезируют сами. Встречающиеся во всех живых клетках белки построены из 21 вида аминокислот, соединенных в различной последовательности. Аминокислоты синтезируются живыми организмами. В каждом случае ряд химических реакций приводит к образованию a-кетокислоты. Одна такая a-кетокислота, а именно a-кетоглутаровая (обычный компонент цикла трикарбоновых кислот), участвует в связывании азота.

Азот глутаминовой кислоты может быть затем передан любой из других a-кетокислот с образованием соответствующей аминокислоты.

Организм человека и большинства других животных сохранил способность синтезировать все аминокислоты за исключением девяти т.н. незаменимых аминокислот. Поскольку кетокислоты, соответствующие этим девяти, не синтезируются, незаменимые аминокислоты должны поступать с пищей.

Синтез белков.

Аминокислоты нужны для биосинтеза белка. Процесс биосинтеза протекает обычно следующим образом. В цитоплазме клетки каждая аминокислота «активируется» в реакции с АТФ, а затем присоединяется к концевой группе молекулы рибонуклеиновой кислоты, специфичной именно для данной аминокислоты. Эта сложная молекула связывается с небольшим тельцем, т.н. рибосомой, в положении, определяемом более длинной молекулой рибонуклеиновой кислоты, прикрепленной к рибосоме. После того как все эти сложные молекулы соответствующим образом выстроились, связи между исходной аминокислотой и рибонуклеиновой кислотой разрываются и возникают связи между соседними аминокислотами – синтезируется специфичный белок. Процесс биосинтеза поставляет белки не только для роста организма или для секреции в среду. Все белки живых клеток со временем претерпевают распад до составляющих их аминокислот, и для поддержания жизни клетки должны синтезироваться вновь.

Синтез других азотсодержащих соединений.

В организме млекопитающих аминокислоты используются не только для биосинтеза белков, но и как исходный материал для синтеза многих азотсодержащих соединений. Аминокислота тирозин является предшественником гормонов адреналина и норадреналина. Простейшая аминокислота глицин служит исходным материалом для биосинтеза пуринов, входящих в состав нуклеиновых кислот, и порфиринов, входящих в состав цитохромов и гемоглобина. Аспарагиновая кислота – предшественник пиримидинов нуклеиновых кислот. Метильная группа метионина передается ряду других соединений в ходе биосинтеза креатина, холина и саркозина. При биосинтезе креатина от одного соединения к другому передается также и гуанидиновая группировка аргинина. Триптофан служит предшественником никотиновой кислоты, а из валина в растениях синтезируется такой витамин, как пантотеновая кислота. Все это лишь отдельные примеры использования аминокислот в процессах биосинтеза.

Азот, поглощаемый микроорганизмами и высшими растениями в виде иона аммония, расходуется почти целиком на образование аминокислот, из которых затем синтезируются многие азотсодержащие соединения живых клеток. Избыточных количеств азота ни растения, ни микроорганизмы не поглощают. В отличие от них, у животных количество поглощенного азота зависит от содержащихся в пище белков. Весь азот, поступивший в организм в виде аминокислот и не израсходованный в процессах биосинтеза, довольно быстро выводится из организма с мочой. Происходит это следующим образом. В печени неиспользованные аминокислоты передают свой азот a-кетоглутаровой кислоте с образованием глутаминовой кислоты, которая дезаминируется, высвобождая аммиак. Далее азот аммиака может либо на время запасаться путем синтеза глутамина, либо сразу же использоваться для синтеза мочевины, протекающего в печени.

У глутамина есть и другая роль. Он может подвергаться гидролизу в почках с высвобождением аммиака, который поступает в мочу в обмен на ионы натрия. Этот процесс крайне важен как средство поддержания кислотно-щелочного равновесия в организме животного. Почти весь аммиак, происходящий из аминокислот и, возможно, из других источников, превращается в печени в мочевину, так что свободного аммиака в крови обычно почти нет. Однако при некоторых условиях довольно значительные количества аммиака содержит моча. Этот аммиак образуется в почках из глутамина и переходит в мочу в обмен на ионы натрия, которые таким образом реадсорбируются и задерживаются в организме. Этот процесс усиливается при развитии ацидоза – состояния, при котором организм нуждается в дополнительных количествах катионов натрия для связывания избытка ионов бикарбоната в крови.

Избыточные количества пиримидинов тоже распадаются в печени через ряд реакций, в которых высвобождается аммиак. Что касается пуринов, то их избыток подвергается окислению с образованием мочевой кислоты, выделяющейся с мочой у человека и других приматов, но не у остальных млекопитающих. У птиц отсутствует механизм синтеза мочевины, и именно мочевая кислота, а не мочевина, является у них конечным продуктом обмена всех азотсодержащих соединений.

ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕТАБОЛИЗМЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Можно сформулировать некоторые общие понятия, или «правила», касающиеся метаболизма. Приведенные ниже несколько главных «правил» позволяют лучше понять, как протекает и регулируется метаболизм.

1. Метаболические пути необратимы. Распад никогда не идет по пути, который являлся бы простым обращением реакций синтеза. В нем участвуют другие ферменты и другие промежуточные продукты. Нередко противоположно направленные процессы протекают в разных отсеках клетки. Так, жирные кислоты синтезируются в цитоплазме при участии одного набора ферментов, а окисляются в митохондриях при участии совсем другого набора.

2. Ферментов в живых клетках достаточно для того, чтобы все известные метаболические реакции могли протекать гораздо быстрее, чем это обычно наблюдается в организме. Следовательно, в клетках существуют какие-то регуляторные механизмы. Открыты разные типы таких механизмов.

а) Фактором, ограничивающим скорость метаболических превращений данного вещества, может быть поступление этого вещества в клетку; именно на этот процесс в таком случае и направлена регуляция. Роль инсулина, например, связана с тем, что он, по-видимому, облегчает проникновение глюкозы во все клетки, глюкоза же подвергается превращениям с той скоростью, с какой она поступает. Сходным образом проникновение железа и кальция из кишечника в кровь зависит от процессов, скорость которых регулируется.

б) Вещества далеко не всегда могут свободно переходить из одного клеточного отсека в другой; есть данные, что внутриклеточный перенос регулируется некоторыми стероидными гормонами.

в) Выявлено два типа сервомеханизмов «отрицательной обратной связи».

У бактерий были обнаружены примеры того, что присутствие продукта какой-нибудь последовательности реакций, например аминокислоты, подавляет биосинтез одного из ферментов, необходимых для образования этой аминокислоты.

В каждом случае фермент, биосинтез которого оказывается затронутым, был ответствен за первый «определяющий» этап (на схеме реакция 4) метаболического пути, ведущего к синтезу данной аминокислоты.

Второй механизм хорошо изучен у млекопитающих. Это простое ингибирование конечным продуктом (в нашем случае – аминокислотой) фермента, ответственного за первый «определяющий» этап метаболического пути.

Еще один тип регулирования посредством обратной связи действует в тех случаях, когда окисление промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот сопряжено с образованием АТФ из АДФ и фосфата в процессе окислительного фосфорилирования. Если весь имеющийся в клетке запас фосфата и (или) АДФ уже исчерпан, то окисление приостанавливается и может возобновиться лишь после того, как этот запас вновь станет достаточным. Таким образом, окисление, смысл которого в том, чтобы поставлять полезную энергию в форме АТФ, происходит только тогда, когда возможен синтез АТФ.

3. В биосинтетических процессах участвует сравнительно небольшое число строительных блоков, каждый из которых используется для синтеза многих соединений. Среди них можно назвать ацетилкофермент А, глицерофосфат, глицин, карбамилфосфат, поставляющий карбамильную (H2N–CO–) группу, производные фолиевой кислоты, служащие источником гидроксиметильной и формильной групп, S-аденозилметионин – источник метильных групп, глутаминовую и аспарагиновую кислоты, поставляющие аминогруппы, и наконец, глутамин – источник амидных групп. Из этого относительно небольшого числа компонентов строятся все те разнообразные соединения, которые мы находим в живых организмах.

4. Простые органические соединения редко участвуют в метаболических реакциях непосредственно. Обычно они должны быть сначала «активированы» путем присоединения к одному из ряда соединений, универсально используемых в метаболизме. Глюкоза, например, может подвергнуться окислению лишь после того, как она будет этерифицирована фосфорной кислотой, для прочих же своих превращений она должна быть этерифицирована уридиндифосфатом. Жирные кислоты не могут быть вовлечены в метаболические превращения прежде, чем они образуют эфиры с коферментом А. Каждый из этих активаторов либо родствен одному из нуклеотидов, входящих в состав рибонуклеиновой кислоты, либо образуется из какого-нибудь витамина. Легко понять в связи с этим, почему витамины требуются в таких небольших количествах. Они расходуются на образование «коферментов», а каждая молекула кофермента на протяжении жизни организма используется многократно, в отличие от основных питательных веществ (например, глюкозы), каждая молекула которых используется только один раз.

В заключение следует сказать, что термин «метаболизм», означавший ранее нечто не более сложное, чем просто использование углеводов и жиров в организме, теперь применяется для обозначения тысяч ферментативных реакций, вся совокупность которых может быть представлена как огромная сеть метаболических путей, многократно пересекающихся (из-за наличия общих промежуточных продуктов) и управляемых очень тонкими регуляторными механизмами.