Как происходит обмен веществ в клетке

Содержание

Как происходит обмен веществ в нашем организме – Здоровье | Доброхаб

Как происходит обмен веществ в клетке

Обмен веществ(метаболизм) в нашем организме

«Обмен веществ» — словосочетание практически магическое. Во — первых, потому, что все его знают, но меньше половины сможет дать ему определение. Во — вторых, потому, что «хороший» или «плохой» обмен веществ — любимая отговорка многих лентяев и запустивших себя личностей.

В — третьих, потому, что способность того или иного волшебного средства «влиять на метаболизм» — один из любимейших способов манипуляций над сознанием желающих обрести фигуру своей мечты, используемых как на желающих набрать мышечную массу, так и на желающих похудеть.

Пришло время разобраться в том, что же это такое, и сделать для себя выводы.

обмен веществ в организме

Метаболизм (или обмен веществ) — это совокупность всех химических реакций, которые происходят в живом организме

Синтез белка, расщепление глюкозы, переваривание крахмала, образование новых клеточных мембран или миофибрилл — любые химические процессы, которые могут прийти вам в голову, объединяясь с остальными реакциями, составляют наш обмен веществ. Хотя реакций, происходящих в организме, огромное множество, их можно разделить на две большие группы: на реакции синтеза и реакции распада.

метаболизм

Реакции синтеза (анаболические реакции) — это реакции, в результате которых из простых веществ образуются сложные. В качестве примера можно привести любую реакцию синтеза: синтез белка из аминокислот, синтез гликогена из глюкозы, синтез фосфолипидов (основного компонента клеточной мембраны).

Именно в эти реакции отвечают за создание любых структур вашего тела, в них происходит строительство мышечной ткани, в них же растут запасы жировых клеток. Это реакции «творческие», организм строит большие и сложные молекулы из «кирпичиков», поэтому, как и любой другой процесс созидания, такие реакции требуют энергетических затрат.

На любую анаболическую реакцию организму придется «потратиться».

Если анаболические реакции — энергозатратны и, кроме того, требуют наличия строительного материала, где же взять и то, и другое? Ответ прост: в реакциях, противоположных по получаемым продуктам — реакциях расщепления сложных соединений до простых.

Реакции расщепления по — другому называются «катаболические реакции».

Как известно, «разрушать — не строить», и процессы распада сложных молекул до простых не только обеспечивают получение «кирпичиков» для анаболических реакций, но и протекают с высвобождением энергии.

Энергия может рассеиваться в виде тепла (это происходит, например, при переваривании пищи, наверняка вы замечали, что после плотного приема пищи вы быстро согреваетесь).  Либо запасаться в виде специальных молекул.

В качестве топлива для энергозатратных процессов наш организм использует энергию молекулы, которая называется АТФ. Это своеобразное «электричество» для работающих «машин» организма.

Все источники энергии, которые могут быть использованы в дальнейшем, наши клетки переводят в АТФ при помощи специальных процессов (аналогично, например, многие источники энергии человек переводит в электричество, потому, что ситуация, когда источник энергии универсален, гораздо целесообразнее, чем ситуация, когда холодильник работает от электричества, чайник — от тепловой энергии сгорания дров, вода для душа нагревается при помощи солнца, а поднимать грузы на высокие этажи приходится при помощи механической работы — при помощи веревки, перекинутой через блоки)

К реакциям катаболизма относится гликолиз (бескислородное расщепление глюкозы), расщепление жиров, аминокислот и другие реакции, в которых из сложных молекул получаются простые.

Проще говоря, любые, которые можно охарактеризовать словом «расщепление» или «разложение». Именно эта группа реакций отвечает за сжигание ваших «накоплений».

 Только вот незадача, любых накоплений, как жировых, так и мышечных.

В этом месте уже можно сделать первый вывод: то, будем мы «увеличиваться» или «уменьшаться», зависит от того, какие реакции преобладают

Если говорить просто и не принимать во внимание гормональную регуляцию метаболизма (а она имеет принципиальное значение для протекания тех или иных реакций, поэтому будет рассмотрена отдельно), то реакции будут преобладать тогда, когда продукта реакций мало по сравнению с исходными веществами.

Катаболические реакции стимулируются в случае, когда простых веществ в организме мало по сравнению со сложными (например, в результате диетических ограничений. Если вы перестаете получать глюкозу из пищи, организм активизирует катаболическую реакцию — расщепление гликогена (сложной молекулы) для получения глюкозы (простой молекулы)).

Условия «голодания» по тому или иному простому веществу активизируют процессы расщепления сложных веществ, из которых его можно получить

Анаболические процессы активизируются тогда, когда организм получает много простых веществ и имеет достаточное количество энергии. Отсюда становится понятно, что одновременный выраженный рост мышечной массы (процесс анаболический) и аметное жиросжигание (катаболический процесс) невозможны.

Из — за огромного количества химических реакций, протекающих в организме, обычно говорят не про обмен веществ в целом, а про метаболизм отдельных классов соединений.

Например, про метаболизм углеводов или метаболизм жиров. В такое понятие входят все превращения, которым подвергается этот класс соединений в организме. От момента поступления с пищей до момента выделения продуктов его превращений. Они для организма являются «лишними» и выбрасываются в окружающую среду.

скорость метаболизма у всех разная

Не раз и не два вам доводилось слышать про «скорость метаболизма». Чаще всего высокая «скорость» ассоциируется с «тебе повезло». На ум приходит стройный человек без выраженного количества жира (хотя и практически лишенный мускулатуры).

Что же имеют в виду под этим понятием? Когда говорят про «скорость метаболизма», обычно подразумевают повышенную скорость катаболических реакций, которые способствуют уничтожению запасов организма.

Отсюда и советы по «разгону метаболизма», следование которым заставляет организм при выборе между сжиганием и запасанием выбирать сжигание.

Некоторые из этих мер также способствуют активизации анаболических процессов, однако то, что вы «ускоряете» данными мерами, будет в гораздо большей степени зависеть от вашего питания, индивидуальных особенностей организма в целом и эндокринной системы в частности.

Причем, если дело касается определенных рекомендаций по режиму питания и образу жизни, то в такие меры могут иметь должное воздействие, так как обычно связаны с попытками регулировать уровни тех или иных гормонов. И совсем другое дело — списки «продуктов питания, ускоряющих метаболизм». Они не имеют практически никакого влияния без использования других способов стимуляции тех или иных реакций.

Теперь поговорим про один из наиболее интересных аспектов — гормональную регуляцию метаболизма.

Гормоны — это молекулы, которые организм вырабатывает с целью управления процессами, протекающими в клетках. Действие различных гормонов на обменные процессы может быть сходным (в таком случае они называются синергистами) и противоположным (гормоны — антагонисты).

Основными гормонами, которые управляют движением главного «энергоносителя» организма — глюкозы, являются инсулин и глюкагон. Инсулин образуется в ответ на значимое повышение уровня глюкозы в крови и командует клеткам (самым разным) забирать глюкозу из крови.

Также он ускоряет синтез гликогена в мышцах и способствует усилению потока аминокислот из крови в мышечные клетки

Повышение уровня инсулина приводит к преобладанию процессов синтеза белка и жирных кислот над их распадом.

Так что потребление простых углеводов после тренировки (в это время требуется быстрое восстановление запаса гликогена и синтез мышечных белков, которые заместили бы поврежденные в результате тренировки) и повышение уровня инсулина, которое за ним следует, довольно важно для успешного роста мышечной массы.

Вообще, при выборе «куда девать глюкозу» у организма всегда есть несколько возможностей: использовать для синтеза АТФ, пустить на гликоген печени, гликоген мышц или отложить в жировые запасы. Если первые 3 потребности удовлетворены, организму ничего не останется, кроме как отложить глюкозу в виде жировых запасов.

Поэтому резкие скачки инсулина в любое другое время, кроме как с утра (18 — 24 часовое голодание полностью истощает запас гликогена печени, с утра же из — за ночного перерыва, в приеме пищи имеется некоторый дефицит) и после тренировки (т. е. в условиях, когда есть дефицит гликогена мышц), способствуют жироотложению.

Гормоны щитовидной железы также играют важную роль в регуляции обменных процессов, как анаболических, так и катаболических.

С их недостатком или избытком могут быть связаны патологическое ожирение. При недостатке этих гормонов, вследствие которого замедляются обменные реакции. Или нездоровая худоба. Чаще всего при повышенном аппетите и увеличении щитовидной железы, которое связано с усиленной секрецией этих гормонов и приводит к ускорению многих ключевых обменных реакций.

Гормоны, которые играют важную роль в мобилизации жира из «жировых запасов» — гормоны коры надпочечников, адреналин и норадреналин. Именно эти гормоны активизируют жировые клетки, заставляя их включать фермент, расщепляющий их запасы.

 Высвобождать в кровь жирные кислоты, которые организм затем имеет шанс использовать в качестве источника энергии. «Имитаторы» этих гормонов — обычные компоненты жиросжигателей, которые и заставляют организм использовать жировые запасы в качестве источника энергии.

На этом и основано действие жиросжигателей.

Гормоны, активизирующие синтез белка (что весьма важно для построения мышечной ткани) — гормон роста и андрогены (основной из них, синтезируемый в организме — тестостерон)

На основе природных андрогенов получено множество синтетических аналогов тестостерона. Они обладают большей анаболической активностью (т. е. эффективнее стимулируют синтез белка) и меньшей андрогенностью (т.е. не так выражено стимулируют развитие организма по мужскому типу).

Гормоны надпочечников, которые называются кортикостероидами, действуют на белковый обмен мышц наоборот. Они активизируют реакции распада белка, что при длительном воздействии может приводить к атрофии мышц.

Эти гормоны образуются в ответ на стресс, а также используются в медицине для подавления аллергических реакций.

Источник: https://www.dobrohub.ru/zdorove/kak-proishodit-obmen-veshhestv-v-nashem-organizme

Факты о метаболизме, которые помогут вам управлять своим телом

Как происходит обмен веществ в клетке

Многие люди говорят о метаболизме как о мышце или органе, который они могут каким-то образом контролировать. В действительности метаболизм — это ряд химических процессов, которые превращают калории из еды в энергию для поддержания жизни, и происходит это в каждой клетке вашего тела.

Ваша скорость обмена веществ в покое, или базальный метаболизм, определяется тем, как много калорий сжигает организм, пока вы ничего не делаете.

Человеческому организму для поддержания собственной жизни требуется энергия в покое — для дыхания, кровообращения и переваривания пищи.

У разных видов ткани разные потребности, и для функционирования им требуется разное количество калорий. На жизненно важные органы — мозг, печень, почки и сердце — приходится около половины выработанной энергии. А на жировую ткань, пищеварительную систему и мускулатуру — всё остальное.

2. Больше всего калорий вы сжигаете в состоянии покоя

Ваш организм сжигает калории:

  • в состоянии покоя (базальный метаболизм) — полученная энергия используется для функционирования организма;
  • в процессе усвоения пищи (известный термический эффект);
  • при физической активности.

Согласно исследованиям, большую часть калорий за день вы сжигаете в состоянии покоя при метаболических процессах. На физическую активность, по сравнению с базальным метаболизмом, приходится небольшая часть расхода энергии — от 10 до 30% (если вы не занимаетесь спортом профессионально или ваша работа не требует тяжёлого физического труда). На переваривание пищи тратится порядка 10% энергии.

В среднем на базальный обмен веществ приходится от 60 до 80% от общего расхода энергии. Конечно, это ещё не всё, но в сочетании с затратами энергии на переработку пищи получается практически 100%. Поэтому нет ничего удивительного в том, что физические упражнения приводят к статистически значимым, но небольшим изменениям веса.

Алексей Кравиц, нейробиолог в Национальном институте здоровья

3. Скорость обмена веществ может сильно отличаться у разных людей, и исследователи не понимают почему

Это правда: скорость метаболизма у двух людей одного роста и одной комплекции может очень сильно различаться.

Пока один может есть что угодно в огромных количествах и его вес никак не изменится, другому приходится тщательно подсчитывать калории, чтобы не набрать лишних килограммов.

Но почему так происходит, сказать наверняка не может ни один учёный: механизм управления метаболизмом не изучен до конца.

Thomas Kelley / Unsplash.com

Однако исследователи обнаружили показатели, которые влияют на скорость обмена веществ: количество мышечной и жировой ткани в организме, возраст и генетика (хотя тоже не совсем понятно, почему в некоторых семьях более высокая или более низкая скорость метаболизма).

Пол также имеет значение: женщины любого возраста и комплекции сжигают меньше калорий, чем мужчины с теми же параметрами.
Легко и точно измерить скорость обмена веществ не получится. Существуют специальные доступные тесты, но вряд ли они гарантируют безукоризненный результат. Для точного измерения необходимо дорогостоящее оборудование, например метаболические камеры.

Чтобы примерно рассчитать скорость метаболизма, можете воспользоваться одним из онлайн-калькуляторов (например, этим). Так вы узнаете, сколько калорий в день вам необходимо потреблять, чтобы вес оставался неизменным.

4. С возрастом обмен веществ замедляется

Это происходит постепенно и с каждым, даже если соотношение мышечной и жировой ткани остаётся прежним. Когда вам будет 60, вы будете сжигать меньше калорий в состоянии покоя, чем в 20 лет.

Исследователи отмечают, что постепенное замедление метаболизма начинается в возрасте 18 лет.

Но почему потребность в энергии с возрастом снижается, даже если все остальные показатели остаются прежними? Учёные не могут ответить на этот вопрос.

5. Вы не можете значительно ускорить метаболизм для потери веса

Все постоянно говорят о том, как можно ускорить метаболизм, чтобы похудеть: заниматься спортом и наращивать мышечную массу, есть определённые продукты, принимать добавки. Но на самом деле это очень сложно сделать.

Некоторые продукты действительно могут ускорить метаболизм, например кофе, перец чили, острые специи. Но изменение будет настолько незначительным и кратковременным, что не окажет никакого влияния на вашу талию.

Наращивание мышечной массы — более действенный вариант. Чем больше мышц и меньше жира, тем выше скорость обмена веществ. Всё потому, что мышцам требуется больше энергии в состоянии покоя, чем жировой ткани.

Если вы сможете набрать мышечную массу и уменьшить жировые отложения с помощью упражнений, то метаболизм ускорится и вы будете быстрее сжигать калории.

Но это только половина дела.

Вам придётся преодолеть естественное желание съесть больше, которое появляется вместе с ускорившимся обменом веществ. Многие люди поддаются чувству голода, которое появляется после тяжёлых тренировок, и в результате наращивают не только мышцы, но и жир.

Кроме того, многим сложно даются тренировки, необходимые для поддержания набранной мышечной массы.

Scott Webb / Unsplash.com

Глупо полагать, что вы можете всецело управлять своим метаболизмом. Если вы и способны влиять на него, то в скромных масштабах. И для этого потребуется сила воли и упорство.

6. Диеты замедляют обмен веществ

Ускорить метаболизм непросто, а вот замедлить его намного легче — программами для быстрой потери веса. Диеты оказывают самое сильное влияние на метаболизм, но, к сожалению, не такое, как нам хотелось бы.

В течение многих лет учёные исследовали феномен под названием метаболическая адаптация, или адаптивный термогенез. Когда люди теряют вес, их базальная скорость обмена веществ замедляется, причём довольно значительно.

Понятно, что метаболизм должен немного замедлиться, так как похудение включает в себя потерю мышечной массы, тело становится меньше, ему не требуется так много энергии, как раньше.

Но исследователи обнаружили, что скорость обмена веществ замедляется в значительно большей степени и этот эффект связан не только с изменением комплекции тела.

В последнем исследовании на эту тему, результаты которого были опубликованы в журнале Obesity, учёные из Национального института здоровья обследовали участников реалити-шоу The Biggest Loser. К финалу шоу все участники скинули много килограммов, поэтому идеально подходили для исследования того, что происходит с организмом при значительной потере веса за короткий промежуток времени.

Учёные изучили ряд показателей — массу тела, жир, метаболизм, гормоны — в конце 30-недельного конкурса в 2009 году и через шесть лет, в 2015-м.

Хотя все участники сильно похудели к финалу шоу с помощью физических упражнений и диет, спустя шесть лет их объёмы в значительной степени восстановились.

Из 14 участников шоу у 13 человек вес вернулся обратно, при этом четверо конкурсантов стали весить даже больше, чем до участия в шоу.

В течение исследуемого периода метаболизм у участников сильно замедлился. Их организм в среднем сжигал на 500 ккал меньше каждый день, чем можно было бы ожидать, учитывая их вес. Этот эффект наблюдался даже спустя шесть лет, несмотря на тот факт, что большинство участников постепенно набрали потерянные килограммы.

Сандра Амодт (Sandra Aamodt), нейробиолог и автор книги «Почему диеты обычно не работают», объясняет это особой защитной реакцией организма, поддерживающего вес в определённом привычном диапазоне.

После того как вы набираете вес и удерживаете его в течение продолжительного периода времени, организм привыкает к своему новому размеру.

Когда вес падает, небольшие изменения на уровне гормонов в мозге замедляют метаболизм.

В это же время увеличивается чувство голода и уменьшается ощущение сытости от пищи — складывается впечатление, что организм всеми силами пытается вернуться обратно к ставшему привычным весу.

При исследовании участников шоу The Biggest Loser учёные обнаружили, что у каждого из них понизилась концентрация гормона лептина. Лептин — один из основных гормонов, регулирующих чувство голода в организме.

К финалу конкурса The Biggest Loser участники почти полностью опустошили свои запасы лептина и постоянно испытывали чувство голода.

За шесть лет их запасы лептина восстановились, но только до 60% от первоначального уровня, который был до участия в шоу.

Большинство людей не представляют, насколько сильными могут оказаться метаболические изменения после потери веса. При увеличении массы и при похудении организм не ведёт себя одинаково. Он гораздо сильнее борется, чтобы удержать снижение веса, нежели остановить увеличение.

Но не всегда похудение приводит к замедлению метаболизма. Например, при хирургических операциях для изменения веса уровень лептина не меняется, как и скорость метаболизма.

Более того, исследование с участниками шоу The Biggest Loser достаточно нестандартное, поэтому не факт, что с подобным эффектом столкнётся большинство других людей. Ведь в исследовании принимали участие только 14 человек, которые теряли вес исключительно с помощью быстрых диет и физических упражнений. Такого эффекта замедления метаболизма не наблюдается при постепенном похудении.

7. Учёные не могут в полной мере объяснить, почему метаболизм замедляется

На этот счёт есть несколько теорий. Одна из наиболее достоверных объясняется ходом эволюции.

На протяжении тысячелетий люди эволюционировали в среде, где должны были справляться с частыми периодами недоедания.

Поэтому можно предположить, что в ДНК сохранилось много генов, которые способствуют преобразованию лишних калорий в жир. Эта способность помогала человеку выживать в периоды нехватки пищи и размножаться.

Продолжая мысль, можно сказать, что неспособность избавиться от веса сегодня обусловлена защитной реакцией организма, даже несмотря на то, что нехватка еды в нашем обществе стала редкостью.

Но не все учёные согласны с этой теорией экономного гена.

Если бы экономные гены обеспечивали сильное селективное преимущество, позволяя выживать в голод (голодные периоды на протяжении истории случались часто), то экономные гены распространились бы и закрепились во всей популяции. Это значит, что сегодня у всех нас должны быть экономные гены, и тогда современное общество состояло бы исключительно из полных людей.

Но даже в обществах, которые больше всего подвержены ожирению, как, например, в США, всегда сохраняется определённое количество людей, в среднем около 20% населения, которые остаются неизменно худыми.

И если голод — это обязательное условие для распространения экономных генов, логично спросить, как получилось так, что такому большому количеству людей удалось избежать их наследования.

Джон Спикман (John Speakman), эпигенетик

Учёные также пытаются лучше понять метаболический синдром — так называется комплекс нарушений обмена веществ, включающий повышенные кровяное давление и уровень сахара в крови, большой объём талии и отклоняющийся от нормы уровень холестерина и триглицеридов. Когда у людей наблюдаются такие проблемы со здоровьем, они больше подвержены риску хронических заболеваний, в том числе сердечно-сосудистых и диабета. Но опять же неясно, как действует метаболический синдром и почему одни люди подвержены ему больше, чем другие.

8. Замедленный метаболизм не означает, что вы не сможете сбросить вес

Потеря веса возможна при замедленном метаболизме. В среднем 15% людей с замедленным обменом веществ в клинике Майо сбрасывают до 10% собственного веса и удерживают новый.

Любой человек, желающий похудеть, сможет добиться этой цели, изменив образ жизни. Также важно вносить в него коррективы, которые позволят держать болезнь — ожирение — под контролем.

Carissa Gan / Unsplash.com

В Национальном реестре контроля веса в США исследуются привычки и поведение взрослых людей, которые сбросили по меньшей мере 15 килограммов и смогли удержать этот вес в течение года. В реестр в настоящее время включено более 10 000 участников, которые регулярно проходят ежегодные опросы о том, как им удаётся поддерживать нормальный вес.

Этих людей объединяет несколько общих привычек:

  • они взвешиваются минимум один раз в неделю;
  • регулярно выполняют физические упражнения и много ходят пешком;
  • ограничивают потребление калорий, избегают еды с высоким содержанием жиров;
  • следят за размерами порций;
  • завтракают каждый день.

Но все едят совершенно разную пищу, по-разному планируют свой рацион. Поэтому нельзя наверняка сказать, какая диета самая действенная. Главное — следить за калориями.

Кроме того, все люди, которым удалось похудеть, серьёзно изменили свой образ жизни, внимательнее относились к питанию и делали физические упражнения.

Конечно, многие бы предпочли думать, что проблемы с весом возникают у них из-за медленного метаболизма или любого другого биологического расстройства, а не потому, что они ленивые и любят поесть.

Наука подтверждает: если вы действительно хотите похудеть и готовы прикладывать усилия, у вас всё получится.

Источник: https://Lifehacker.ru/facts-about-metabolism/

Обмен веществ в клетке

Как происходит обмен веществ в клетке

Обмен веществ, или метаболизм, – это важнейшее свойство живого, проявляющееся на разных уровнях его организации. Благодаря обмену веществ обеспечиваются рост, размножение, взаимосвязь с окружающей средой и другие проявления жизнедеятельности организма.

Однако все процессы обмена веществ определяются химическими реакциями, протекающими в живой клетке.

Поэтому, характеризуя обмен веществ на молекулярном уровне, отмечают, что он представляет собой совокупность химических реакций, обеспечивающих синтез сложных молекул, обновление цитоплазмы (ассимиляция, анаболизм) и распад молекул с высвобождением энергии (диссимиляция, катаболизм).

Ассимиляция и диссимиляция противоположны по направлению потока реакций, но тесно взаимосвязаны между собой, так как во всех процессах обмена накапливаются, тратятся и преобразуются вещества и энергия. Этот сложный комплекс физико-химических преобразований, протекающих в клетке, реализует процессы жизнедеятельности организма в его взаимосвязи с внешней средой.

Обмен веществ и энергии (метаболизм) – это совокупность химических реакций, протекающих в клетке и обеспечивающих веществом и энергией все процессы жизнедеятельности организма.

Из внешней среды в клетку поступают питательные вещества и энергия, а из нее удаляются ненужные (конечные) продукты обмена. Это свидетельствует о том, что клетка является открытой биосистемой.

Ассимиляция (анаболизм)

Ассимиляция (анаболизм) являет собой эндотермический процесс уподобления поступающих в клетку соединений веществам самой клетки. Это созидательный этап метаболизма. Реакции ассимиляции представлены синтезом органических веществ, происходящим при участии ферментов в цитоплазме, ядре и органоидах клетки.

Анаболическими являются процессы биосинтеза, хемосинтеза, фотосинтеза (у хлорофиллсодержащих растений и бактерий), репликации, полимеризации и многие другие созидательные пути. В живой клетке эти процессы идут непрерывно. Благодаря ассимиляции клетка создает (и обновляет) себя.

Поэтому процесс ассимиляции называют пластическим обменом.

Синтетические процессы особенно интенсивно идут в молодой, растущей клетке.

Однако и у зрелых клеток, закончивших рост и развитие, постоянно синтезируются новые молекулы для замены приходящих в негодность в процессе функционирования или разрушения, повреждения, гибели (апоптоз, некроз) клеток. Именно поэтому в процессе жизнедеятельности путем обмена веществ клетка сохраняет свою форму и химический состав всех частей.

Диссимиляция (катаболизм)

Диссимиляция (катаболизм) – противоположный ассимиляции тип реакций в клетке, представляющий совокупность процессов расщепления. Сложные вещества распадаются на более простые, высокомолекулярные – на низкомолекулярные, полимеры – на мономеры и пр.

Катаболизм – это экзотермический процесс, непрерывно поставляющий клетке энергию, необходимую для процессов ее жизнедеятельности. Именно в этом заключается главное биологическое значение реакций расщепления, а сам катаболизм называют энергетическим обменом.

Обобщенная схема этого процесса показывает, что на каждом этапе биологического окисления в клетке образуется значительное количество энергии.

Схема биологического окисления углеводов, белков и жиров в клетке (штриховкой обозначены процессы, протекающие в митохондрии)

Ассимиляция и диссимиляция находятся между собой в тесной неразрывной связи. Эта связь заключается в том, что для реализации молекулярных процессов биосинтеза требуется энергия, которая поступает от реакций расщепления. Например, в клетках постоянно поддерживается равновесие между АТФ-производящими и АТФ-потребляющими процессами.

Такая равновесная концентрация тех и других процессов характеризует сбалансированное энергетическое состояние клетки и обеспечивает нормальную регуляцию ее метаболизма.

Нельзя забывать и того, что в ходе катаболизма часто возникают такие продукты, которые используются для ассимиляционных реакций, то есть используются в качестве строительного материала в процессах синтеза.

Обе стороны обмена веществ – анаболизм и катаболизм – тесно связаны между собой в пространстве и во времени. Обычно в нормально функционирующей клетке стадия катаболических (диссимиляционных) превращений является исходной стадией анаболизма (ассимиляции).
Регуляция обмена веществ

В процессе эволюции клетки организмов выработали регуляторные системы, обеспечивающие высокую степень упорядочения и согласованности метаболических реакций, позволяющие им адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды.

Большое значение в регуляции обменных процессов имеет строгая упорядоченность в размещении молекул и ферментов в клеточных структурах, определенная избирательная проницаемость мембран, а также четкое разграничение функций, выполняемых всеми внутриклеточными структурами, особенно их мембранными поверхностями. Все это оказывает большое влияние на осуществление обмена веществ в нормальном режиме, свойственном организмам того или иного вида. Поэтому регуляция обменных процессов – важное условие в жизни клетки и организма в целом. В процессах обмена веществ большую роль играет генетическая информация.

Роль генетической информации в метаболизме

Все реакции синтеза и расщепления: ступенчатые, матричные, электрон-транспортные и многие другие – находятся под генетическим контролем. Генетическая информация реализуется в процессах обмена веществ.

Гены контролируют процессы биосинтеза через транскрипцию («списывание» иРНК с матрицы ДНК) и трансляцию структуры молекул белков, участвующих в метаболических процессах.

При этом одни гены отвечают за синтез иРНК, рРНК, тРНК и рибосом, которые «обслуживают» процесс трансляции, а другие контролируют воспроизводство структуры полипептидных молекул белков. Белки-ферменты и различные структурные белки «обслуживают» процессы синтеза и процессы расщепления.

При этом для каждого вида организмов характерен свой, особый, генетически закрепленный тип обмена веществ, обусловленный факторами среды его существования.

Несмотря на то что процессы ассимиляции и диссимиляции идут в разных молекулярных и клеточных структурах и разделены во времени, генетическая информация является главным организатором всех этих процессов метаболизма.

Матричный характер реализации процессов синтеза служит одним из способов генетической регуляции обменных процессов. Такие реакции, как репликация ДНК, транскрипция и трансляция (матричные реакции), неизвестны в неорганической и органической химии.

В основе матричных реакций лежит особый механизм. Здесь происходит направленное, наперед заданное концентрирование молекул в определенном месте клетки, на матрице, где осуществляется реакция.

В этом случае скорость реакции оказывается неизмеримо более высокой, чем та, которая бы определялась концентрацией вещества в единице объема.

Матричный синтез обеспечивает строго специфическую последовательность мономерных звеньев в синтезируемых полимерах. Если бы такие реакции осуществлялись путем случайного столкновения молекул, они протекали бы бесконечно медленно и, возможно, не очень точно. Матричный подход способствует наиболее рациональному решению подобной задачи.

Роль матрицы в матричных реакциях играют макромолекулы ДНК или РНК. На каждой матрице может происходить сборка только какого-либо одного полимера, но число копий неограниченно – от одной до многих сотен. Кроме живой клетки, этот высокоэффективный тип химических реакций еще нигде в природе не был обнаружен и является исключительным свойством живой материи.

Матричный тип реакций – это специфическая особенность молекулярных биосистем.

Регулирующая роль ферментов в клетке

Все биохимические процессы в клетке при благоприятных условиях протекают слаженно, одна реакция идет вслед за другой.

Такая упорядоченность осуществления сложных биохимических процессов во многом зависит от наличия и функционирования в клетке определенных регуляторов (от лат.

regulo – направляю, упорядочиваю), которые стимулируют или подавляют, то есть реализуют, правильность протекания тех или иных процессов, ускоряя или замедляя их.

Такими регуляторами являются ферменты. Их часто называют биологическими катализаторами. Благодаря ферментам все биохимические реакции идут в упорядоченном виде.

Участие фермента проявляется в том, что, соединяясь с молекулой исходного вещества – субстратом, он образует с ней некий комплекс, который обеспечивает протекание нужной реакции.

По завершении реакции этот комплекс распадается на продукт реакции и фермент. Сам фермент при этом не изменяется и может вновь взаимодействовать с новой молекулой субстрата.

Роль фермента в химических реакциях показана на схеме:

Исходная молекула (Субстрат) + Фермент → Фермент-субстратный комплекс (Фермент + Субстрат) → Продукт реакции + Фермент

Коферменты, или коэнзимы, – это органические соединения небелковой природы, входящие в состав активного центра некоторых ферментов, образуя каталитически активные комплексы. Служат переносчиками отдельных атомов или групп атомов, отщепляемых ферментами от субстрата.

Большинство коферментов являются производными витаминов и обычно синтезируются из витаминов, поступивших в цитоплазму из внешней среды (с пищей). Сами коферменты, как и ферменты, в химических реакциях не участвуют, но способствуют их протеканию.

В таблице представлены коферменты, участвующие в клеточном дыхании, и витамины, из которых они синтезируются.

Коферменты клеточного дыхания и их источники Витамины (от лат. vita – жизнь) также очень важны для нормального протекания биохимических реакций. Сами витамины не являются материалом метаболизма или источником энергии. Но они участвуют в синтезе коферментов. Поэтому их тоже относят к регуляторам молекулярных процессов жизнедеятельности.

Гормоны (от греч. hormao – привожу в движение, побуждаю) и фитогормоны как и витамины, являются гуморальными факторами контроля всех видов биохимических реакций, влияя на активность ферментов. Они оказывают заметное биорегуляторное воздействие при очень низких концентрациях.

Как мы видим, регуляторов молекулярных процессов метаболизма в живой клетке очень много. Их большое количество, функциональное разнообразие и точная направленность на выполнение конкретного воздействия в процессах ассимиляции и диссимиляции – результат длительной эволюции живой природы в ее тесном взаимодействии с неживым веществом планеты.

Источник: https://blgy.ru/metabolism-4/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.