Для нормальной жизнедеятельности, здоровья, роста и развития организму необходимо питание. В процессе потребления пищи, переваривания и усвоения происходит целый набор различных реакций, превращающий потребляемые элементы в энергию. Эта совокупность последовательных действий называется в биологии метаболизмом.
Состав и характеристика
Метаболические процессы переваривания и усвоения пищи преследуют 3 конкретные цели:
- образование клеточной энергии;
- формирование строительных структур для белков, липидов, углеводов и вывод побочных продуктов жизнедеятельности из организма;
- всё это способствует нормальным процессам жизнедеятельности и развитию организма.
Регуляция обмена веществ осуществляется с попадания питательных компонентов в организм и заканчивается выводом продуктов распада. Основными участниками обмена являются белки, жиры, углеводы, липиды, витамины и вода.
Катаболизм и анаболизм
Метаболический синтез состоит из катаболизма и анаболизма. Подробнее их можно разобрать, рассмотрев схему:
Катаболические механизмы — совокупность реакций, приводящая к распаду сложных органических молекул на простые, что сопровождается синтезом энергии. Такой тип обмена называется энергетическим, или диссимиляцией.
В процессе катаболизма происходит распад органических компонентов на простые соединения (углекислый газ, вода, азотные соединения) и молекулы аденозинтрифосфата (АТФ), являющиеся источником энергии для клетки. Завершающим этапом распада продуктов является амфиболизм.
АТФ — высокоэнергетический мононуклеотид, который запасается в клеточных структурах и расходуется на процессы синтеза — анаболизм.
Определение анаболического синтеза или пластического обмена заключается в том, что во время реакционного процесса из простых соединений идёт синтез сложных органических молекул. К ассимиляции относят хемо и фотосинтез, синтез белков и углеводов и прочее. На эти действия активно используется энергия АТФ, которая образовалась в ходе диссимиляции питательных компонентов. Здесь важную роль играет тип питания организма — гетеротрофы производят перестройку молекул, а автотрофы способны к синтезу с нуля.
Оба процесса протекают при участии ферментов, которые катализируют (или ингибируют) стадии механизмов по необходимости, служат сигнальными молекулами в случае резких изменений в организме.
Пластический и энергетический баланс неразрывно связаны, так как образование энергии в ходе одного расходуется реакциями второго. Обратная связь заключается в том, что все шаги энергетического обмена могут существовать только при наличии ферментов, синтезируемых во время ассимиляции. Этапы представлены в таблице:
Регуляция всех обменных процессов протекает двумя путями — нервным и гуморальным. Нервный путь, за счёт гипоталамуса, регулирует уровень органических соединений, их распад, баланс тепла и энергии. Гуморальный тип — гормональные стимулы, регулирующие проницаемость клеточных мембран, активность и транспортировку ферментов.
Белковый обмен
Суть механизма белкового обмена заключается в синтезе, использовании и трансформации структурных единиц белка — аминокислот. Это очень важные молекулы в устройстве внутренних компонентов, потому в качестве источника энергии используются в самую последнюю очередь. Белки — структурная единица организма, выполняющая множество разных функций:
- Структурная.
- Защитная.
- Регулятивная.
- Транспортная.
- Сократительная.
- Двигательная.
- Запасающая.
В организме поступающие белки разрушаются до аминокислот во время пищеварения. Именно они являются побочным продуктом и служат конструктором для сбора белков, которые необходимы организму. Белковый механизм регулируется печенью, где соединения азота превращаются в мочевину и выводятся из организма. Избыток аминокислот уже идёт как энергетическая составляющая, синтезируя глюкозу для анаболических реакций.
Углеводный метаболизм
Существование углеводов является основой энергетического баланса. Главный сахарид, который используется — глюкоза. Именно она участвует во всех энергетических конструкциях, давая на основе своего распада молекулы АТФ. Недостаток глюкозы в крови приводит к нарушениям мозговой активности, что может понести за собой летальный исход.
Для поли и моносахаридов, которые попадают в организм, характерен вид крахмала, сахарозы, фруктозы и прочих сахаридов. Они всасываются в кровь стенками тонкого кишечника и окисляются до диоксида углерода и воды. Печень может запасать глюкозу в виде гликогена в своих клетках для использования при необходимости.
Регулируется углеводный обмен гормонами щитовидной железы, в первую очередь инсулином и глюкагоном. Нарушение регуляции уровня глюкозы называется сахарным диабетом. Инсулин способствует проведению вещества в клетки и регулирует уровень гликогена в печени, а глюкагон запускает синтез глюкозы из запасов гликогена. Такая система необходима для поддержания постоянного уровня сахара в крови.
Избыток сахаров, поступающих с пищей, приводит к образованию из них липидов и отложению жировых накоплений.
Класс липидов
Одна молекула липида запасает куда больше энергии, чем молекула углевода. Но при этом процесс окисления класса липидов куда сложнее и дольше. Первичный распад липидов происходит до глицерина и жирных кислот, которые всасываются в тонком кишечнике. Регулируется липидное взаимодействие железами внутренней секреции (поджелудочная железа).
Помимо запасания энергии, жиры несут ещё несколько важных функций:
- Энергия, получаемая в ходе распада липидов, идёт на работу мышц, почек и печени.
- На основе липидов строятся все клеточные мембраны (двухслойное строение для соблюдения гидрофобности и гидрофильности).
- Жиры входят в состав гормонов и нейромедиаторов.
- Жировые прослойки защищают внутренние органы от сотрясений и повреждений.
- Липидный слой — идеальный способ терморегуляции в теле.
При избытке липидов они начинают откладываться, что приводит к ожирению. При недостатке — в липиды могут трансформироваться белки и углеводы.
Активные вещества
Биологически активные вещества, входящие в состав ферментов и иммунной системы называют витаминами. Их подразделяют на водорастворимые и жирорастворимые по способу их распада. Нехватка витаминов приводит к авитаминозу и различным смертельным заболеваниям.
Водорастворимые витамины (В1,2,5,6,9,12, РР, С) участвуют в окислительно-восстановительных реакциях, регуляции кровотока, формировании компонентов иммунитета, белковом и липидном метаболизме, клеточном дыхании и диссимиляции.
Жирорастворимые витамины (A, D, E, K) формируют рост тканей, скелет, уровень кальция и фосфора, контролируют уровень свободных радикалов, и участвуют в процессах свёртываемости крови.
Многие витамины очень легко разрушаются при термической обработке пищи, потому необходимо соблюдать все условия приготовления и внимательно следить за этим. Наименее устойчивые — А, В1 и В2.
Механизм метаболизма в организме — основа всего функционирования от клеточного до органного уровня. Метаболизм регулирует и ускоряет практически все процессы, нуждающиеся в контроле из-за хрупкости своего постоянства. Именно пластический и энергетический обмены регулируют гомеостаз, как постоянство внутренней среды. От результата работы этой системы зависит рост и развитие организма, его здоровье и состояние на текущий момент.
