Значение обмена веществ, его основные этапы. Понятие о межуточном обмене. Ферменты, их свойства. Витамины. Регуляция обмена веществ

Обменом веществ (метаболизмом) и энергии, называют совокупность химических и физических превращений, происходящих в живом организме и обеспечивающих его жизнедеятельность во взаимосвязи с внешней средой. Суть обмена веществ заключается в поступлении в организм из внешней среды различных веществ, усвоении и использовании их в процессе жизнедеятельности и выделении образующихся продуктов обмена во внешнюю среду. Обмен веществ и энергии – специфическое свойство живого организма.

Назначение обмена веществ и энергии заключается в обеспечении организма химическими веществами, необходимыми для построения всех его структурных элементов и восстановления распадающихся в организме веществ.

Второе важнейшее биологическое назначение обмена веществ – обеспечение всех жизненных функций организма энергией.

Различают две стороны обмена веществ: анаболизм и катаболизм. Анаболизм– совокупность реакции обмена веществ, ведущих к построению тканей организма, образованию в них сложных органических веществ. Анаболизм основан наассимиляции – процессе использования организмом внешних по отношению к нему веществ и синтезу свойственных ему сложных органических соединений.Катаболизм –совокупность реакций обмена веществ, приводящих к распаду веществ в живом организме, в его основе лежитдиссимиляция– процесс разрушения органических веществ.

Процессы ассимиляции и диссимиляции неразрывно связаны: диссимиляция способствует ассимиляторным процессам, а ассимиляция сопровождается усилением диссимиляции (в работающей мышце происходит распад гликогена до молочной кислоты и высвобождение энергии, в ходе распада образуются фосфорные эфиры глюкозы, т.е. благодаря диссимиляции идут процессы диссимиляции).

В течении жизни наблюдаются разные количественные соотношения ассимиляторных и диссимиляторных процессов: в растущем организме преобладает ассимиляция; у взрослого устанавливается относительное равновесия анаболизма и катаболизма; в старческий период ассимиляция отстает от диссимиляции. Усиление любой деятельности организма, особенно мышечной, усиливает диссимиляторные процессы.

Основные этапы обмена веществ и их биологическое значение

Процессы обмена белков, жиров и углеводов имеют свои характерные особенности. Но существуют и принципиально общие закономерности, позволяющие выделить три этапа обмена веществ:

- переработку пищевых продуктов в органах пищеварения;

- межуточный обмен веществ;

- образование конечных продуктов метаболизма.

1 этап– это последовательное расщепление химических компонентов пищи в желудочно-кишечном тракте до низкомолекулярных структур и всасывание образовавшихся простых химических продуктов в кровь или лимфу.

Расщепление белков, жиров и углеводов происходит под влиянием специфических ферментов. Белки расщепляются пептидазами до аминокислот, жиры – липазами до глицерина и жирных кислот, сложные углеводы – амилазами до моносахаридов. Перечисленные вещества легко всасываются в кровь или лимфу, разносятся током к крови, к печени и тканям, где подвергаются дальнейшим превращениям.

Энергетическая ценность этого этапа ничтожна, но его значение заключается в образовании простейших веществ, которые в дальнейшем служит энергетическим источником.

2 этап – межуточный обмен веществ объединяет превращения аминокислот, моносахаридов, глицерина и жирных кислот. Процессы обмена углеводов, жиров и белков взаимосвязаны на стадии ключевых продуктов метаболизма (пировиноградная кислота, ацетилкоэнзим А) и имеют общий конечный путь – окислительный распад конечных продуктов углеводов, жиров, ацетилкоэнзима, который называется цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса).

Процессы межуточного обмена веществ приводит к синтезу видоспецефических белков, жиров и углеводов и их комплексов нуклеопротеидов, фосфолипидов и др., т.е. к образованию составных частей организма. Процессы межуточного обмена являются основными источниками энергии. Основная часть энергии (2\3) высвобождается в результате окисления в цикле Кребса.

Сохранение энергии осуществляется путем ее превращения в энергию особых химических соединений – макроэргов. В организме человека и животных функцию макроэргов выполняет аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Именно АТФ аккумулирует 60-70% всей энергии. 30-40% энергии выделяется при окислении белков, жиров и углеводов и превращается в тепловую энергию и выделяется из организма во внешнюю среду в процессе теплоотдачи.

3 этапобмена заключается в образовании и выделений конечных продуктов обмена. Азотосодержащие продукты выделяются с мочой, калом и через кожу. Углерод выделяется главным образом в виде СО2через легкие и частично с мочой и калом. Выделение водорода происходит преимущественно в виде воды через легкие и кожу.

Общие принципы регуляции обмена веществ

В процессе жизнедеятельности живой организм постоянно меняет интенсивность обменных процессов, приспосабливаясь к условиям существования. В основе подобного приспособления лежит регуляция обмена веществ, сущность которой заключается в воздействии на скорость биохимических реакций, протекающих в клетках (основное изменение касается активности ферментов).

Различают три уровня регуляции обмена веществ:

- автоматическую регуляцию на уровне клетки;

- нервную и гуморальную регуляции метаболизма;

Автоматическая регуляция на уровне клетки (саморегуляция)

В каждой клетке есть специализированные ультраструктурные элементы взаимодействие которых обеспечивает внутриклеточный метаболизм. В митохондриях образуется АТФ, окисление пировиноградной кислоты, жирных кислот. В лизосомах находятся гидролитические ферменты с активностью в кислой среде. В рибосомах происходит синтез белка.

В основе саморегуляции клетки лежит принцип обратной связи, т. е. концентрация вещества в клетке регулирует активность химического процесса, влияя на активность и синтез ферментов (например, фосфорилаза печени катализирует процесс и распада и синтеза гликогена печени в зависимости от концентрации глюкозы, при избыточном присутствии глюкозы активизируется процесс синтеза гликогена).

Переваривание и усвоение пищевых продуктов происходит при участии ферментов. Синтез и распад белков, нуклеиновых кислот, липидов, гормонов и других веществ в тканях организма представляет собой также совокупность ферментативных реакций. Впрочем, и любое функциональное проявление живого организма - дыхание, мышечное сокращение, нервно-психическая деятельность, размножение и т.д. - тоже непосредственно связаны с действием соответствующих ферментных систем. Иными словами, без ферментов нет жизни. Их значение для человеческого организма не ограничивается рамками нормальной физиологии. В основе многих заболеваний человека лежат нарушения ферментативных процессов.

Витамины могут быть отнесены к группе биологически активных соединений, оказывающих свое действие на обмен веществ в ничтожных концентрациях. Это органические соединения различной химической структуры, которые необходимы для нормального функционирования практически всех процессов в организме. Они повышают устойчивость организма к различным экстремальным факторам и инфекционным заболеваниям, способствуют обезвреживанию и выведению токсических веществ и т.д.