Обмен веществ и энергии в человеческом организме

Обмен веществ и энергии включает множество сложных биохимических реакций, понятие которых может быть затруднительно для обычного человека. Эта статья поможет понять, какие процессы происходят в организме с соединениями, которые поступают с пищей, и что влияет на метаболизм.

Метаболизм и энергетика обмена веществ.

Обмен веществ и процессы обмена энергией следуют единой модели.

• Всасывание и переработка поступающих веществ организмом.
• применение в организме;
• выведение или запасание излишков.

Все процессы метаболизма разделяются на 2 типа:

1. Пластический обмен, или ассимиляция, заключается в образовании организмом собственных соединений из поступающих ему веществ.
2. Диссимиляция — разложение сложных органических соединений на более простые, из которых затем образуются новые вещества. Процессы диссимиляции сопровождаются высвобождением энергии, поэтому их называют также энергообменом или катаболизмом.

Эти процессы взаимопротивоположны, но находятся в тесной связи. Протекают непрерывно, обеспечивая нормальную жизнедеятельность. Нервная система отвечает за регуляцию обмена веществ и энергии. Гипоталамус, главный отдел ЦНС, управляет всеми типами метаболизма.

Основные виды

Существует несколько видов обмена веществ, каждый со своими особенностями, которые зависят от форм соединений, претерпевающих изменения в организме.

Белки

Белки и пептиды являются полимерами из аминокислот.

Выполняет массу критически важных задач.

• Встроенные в состав клеток тканей человеческого организма.
• Активность обуславливается белками, называемыми ферментами, которые принимают участие почти во всех биохимических реакциях.
• Силы, возникающие при взаимодействии пептидов актина и миозина, обеспечивают все движения.
• энергетическая (разлагаются, высвобождая энергию);
• Белки, называемые иммуноглобулинами, играют роль в создании иммунной системы.
• участвуют в регуляции водно-солевого баланса;
• Транспортные средства осуществляют доставку газов, биологически активных веществ, лекарственных средств и прочих грузов.

Через продукты питания белки разлагаются до аминокислот, из которых организм синтезирует новые пептиды. При нехватке белков в пищевом рационе организм может производить 10 из 20 необходимых аминокислот, остальные являются незаменимыми.

Этапы белкового метаболизма:

• поступление белков с пищей;
• распад пептидов до аминокислот в ЖКТ;
• перемещение последних в печень;
• распределение аминокислот в тканях;
• биосинтез специфичных пептидов;
• Удаление лишних аминокислот из организма в форме солей.

Жиры

Обмен веществ в организме человека включает метаболизм жиров. Жиры состоят из глицерина и жирных кислот. Ранее считалось, что потребление жиров не требуется для нормальной работы организма. Однако некоторые виды жиров содержат важные противосклеротические компоненты.
Жиры – важный источник энергии, способствуют сохранению белков в организме. При недостатке углеводов и жиров белки начинают использоваться для получения энергии. Жиры необходимы для усвоения витаминов А, Е, D. Липиды присутствуют в цитоплазме и клеточной стенке.

Значение жиров с точки зрения биологии зависит от того, из каких жирных кислот состоят.

1. Жирные кислоты без двойных связей самые вредные. Избыток продуктов с большим их содержанием провоцирует атеросклероз, ожирение и другие болезни. Находятся в сливочном масле, сливках, молоке и жирном мясе.
2. Ненасыщенные кислоты полезны для организма. К ним относятся Омега-3, -6 и -9. Укрепляют иммунитет, восстанавливают гормональный фон, предупреждают отложение холестерина, улучшают внешний вид кожи, ногтей и волос. Масла разных растений и рыбий жир — источники таких соединений.

Этапы обмена липидов:

• поступление жиров в организм;
• распад в ЖКТ до глицерина и жирных кислот;
• Образование липопротеинов печенью и тонким кишечником.
• транспорт липопротеидов в ткани;
• образование специфических липидов клеток.

Избыток жира накапливается под кожей и возле внутренних органов.

Углеводы

Сахара и углеводы — это основной источник энергии для нашего организма.

Процессы обмена углеводов:

• В ЖКТ углеводы преобразуются в простые сахара, которые затем усваиваются.
• Глюкоза может преобразовываться в гликоген, который накапливается в печени и мышцах, или использоваться для получения энергии.
• Печень преобразовывает гликоген в глюкозу при снижении концентрации сахара в крови.
• создание глюкозы из неуглеводных компонентов;
• превращение глюкозы в жирные кислоты;
• Разложение глюкозы с помощью кислорода, образовывающее углекислый газ и воду.

При избытке пищи, содержащей много глюкозы, углевод переходит в жиры. Жиры накапливаются под кожей и могут применяться для преобразования энергии в клетках.

Значение воды и минеральных солей

Водно-солевой обмен включает процессы поступления, использования и удаления воды и минералов. Большая часть жидкости поступает в организм с внешней среды, а небольшое количество образуется при распаде питательных веществ.

Функции воды в организме:

• Структурный, неотъемлемый элемент всех тканей.
• растворение и транспорт веществ;
• обеспечение многих биохимических реакций;
• обязательный компонент биологических жидкостей;
• Обеспечивает стабильность водного и солевого состава, принимает участие в регуляции температуры.

Жидкость организм удаляет с помощью легких, потовых желез, мочевыделительной системы и кишечника.

Минеральные соли, полученные с пищей, подразделяют на макро- и микроэлементы. К макроэлементам относят минералы, которые присутствуют в больших количествах: магний, кальций, натрий, фосфор и др. Микроэлементы необходимы организму в очень небольшом количестве: железо, марганец, цинк, йод и другие элементы.

Недостаток минералов может пагубно повлиять на работу разных систем организма. При дефиците магния и калия возникают сбои в функционировании ЦНС и мышц, включая миокард. Нехватка кальция и фосфора ослабляет кости, а йода — нарушает работу щитовидной железы. Водно-солевой дисбаланс может спровоцировать мочекаменную болезнь.

Витамины

Витамины представляют собой множество незаменимых веществ, обеспечивающих нормальное функционирование организма.

Витамины делятся на 2 группы:

• Жидких раствор способные (витамины группы В, витамин С и РР), организм не запасает.
• Жирорастворимыми являются витамины А, D и Е, которые обладают сходным свойством накопления.

Некоторые вещества, такие как витамин B12 и фолиевая кислота, производятся микрофлорой кишечника. Много витаминов входят в состав разных ферментов, необходимых для протекания биохимических реакций.

Этапы обмена витаминов:

• поступление с пищей;
• перемещение к месту накопления или утилизации;
• Изменение в кофермент, необходимый ферменту не белкового происхождения.
• Сцепление кофермента с апоферментом, являющимся белковой частью фермента.

Недостаток витамина вызывает гиповитаминоз, а его избыток – гипервитаминоз.

Обмен энергии

Катаболизм — это процесс распада сложных питательных веществ на более простые с высвобождением энергии, необходимой для роста, развития, движения и других жизненно важных функций. Полученная энергия запасается в форме АТФ, универсального энергетического источника живых организмов, который присутствует во всех клетках.

Энергетическая ценность продукта питания — это количество энергии, которое организм получает после его употребления, и измеряется она в килокалориях.

Энергообмен проходит в несколько этапов:

1. Эта стадия предусматривает разложение сложных питательных веществ в пищеварительной системе на более простые.
2. Бескислородное брожение представляет собой преобразование глюкозы без потребления кислорода. Происходит это внутри цитоплазмы клеток. В результате образуются две молекулы АТФ, вода и молочная кислота.
3. Фаза окисления или аэробная фаза протекает в митохондриях и сопровождается разложением пируватной кислоты при участии кислорода, что приводит к образованию 36 молекул АТФ.

Терморегуляция

Терморегуляция — это способность организма сохранять неизменную температуру тела, что важно для теплообмена. Для поддержания стабильности этого показателя необходимо равенство теплоотдачи и теплопродукции.

Теплопродукция — это выделение тепла в организме. Ткани, в которых происходят реакции с высвобождением энергии, служат источником тепла. Например, печень играет важную роль в терморегуляции, так как в ней протекают многочисленные биохимические процессы.

Тепловые потери организма могут осуществляться тремя способами:

• Теплопроводность — передача тепла окружающему пространству и предметам, находящимся в контакте с кожей.
• Теплоотдача происходит за счет испускания воздухом и обтекаемыми предметами инфракрасных лучей.
• Улетучивание влаги через пот или дыхание сопровождается отдачей тепла.

Что влияет на процесс метаболизма

Метаболизм у каждого организма индивидуален и зависит от нескольких факторов.

• Мужчины обычно имеют более быстрые процессы метаболизма по сравнению с женщинами.
• генетический фактор;
• Люди с хорошо развитой мускулатурой тратят больше энергии на работу мышц, что ускоряет протекание процессов.
• С возрастом обмен веществ замедляется.
• гормональный фон.

Питание оказывает огромное влияние на обмен веществ. Рацион и режим приема пищи играют важную роль. Для нормальной работы организма нужно оптимальное количество белков, жиров, углеводов, витаминов, минералов и жидкости. Принимать пищу лучше понемногу, но часто, так как большие перерывы между трапезами замедляют обмен веществ и могут привести к ожирению.