Обмен веществ и превращения энергии

Обмен веществ и превращения энергии — вводные сведения об обмене веществ и превращениях энергии внутри организмов.

Обмена веществ и превращения энергии являются сложным и многоуровневым процессом, который обеспечивает жизнедеятельность клеток и тканей в живом организме.

Обмен веществ (метаболизм) включает в себя все химические реакции, происходящие в организме, и делится на две основные категории: анаболизм и катаболизм. Анаболизм представляет собой пластический обмен, или ассимиляцию; катаболизм — энергетический обмен, или диссимиляцию.

Регуляция обмена веществ и превращения энергии в организме человека — основополагающий процесс, который обеспечивает жизнедеятельность, адаптацию и здоровье человека.

Понимание этого процесса имеет важное значение для медицины, диетологии и спортивной медицины, поскольку позволяет разрабатывать стратегии для поддержания здоровья, профилактики заболеваний и оптимизации физической активности.

Обмен веществ

Обмен веществ (метаболизм) — химические реакции, поддерживающие жизнь в живом организме.

Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды.

Обмен веществ между организмом и окружающей средой — необходимое условие существования живых существ, это один из основных признаков живого. Из внешней среды организм получает кислород, органические вещества, минеральные соли, воду. Во внешнюю среду отдаёт конечные продукты распада: углекислый газ, излишки воды, минеральных солей, мочевину, соли мочевой кислоты и некоторые другие вещества.

Упрощённая схема клеточного метаболизма

Выделяют:

• углеводный обмен
• липидный обмен
• белковый обмен

Углеводный обмен

Углеводный обмен, или метаболизм углеводов в организме человека состоит из следующих процессов:

• Расщепление в пищеварительном тракте поступающих с пищей поли- и дисахаридов до моносахаридов, дальнейшее всасывание моносахаридов из кишечника в кровь.
• Синтез и распад гликогена в тканях (гликогенез и гликогенолиз), прежде всего в печени.
• Гликолиз — распад глюкозы. Первоначально под этим термином обозначали только анаэробное брожение, которое завершается образованием молочной кислоты (лактата) или этанола и углекислого газа.
• Анаэробный путь прямого окисления глюкозы или, как его называют, пентозофосфатный путь (пентозный цикл).
• Взаимопревращение гексоз.
• Анаэробный метаболизм пирувата. Этот процесс выходит за рамки углеводного обмена, однако может рассматриваться как завершающая его стадия: окисление продукта гликолиза — пирувата.
• Глюконеогенез — образование углеводов из неуглеводных продуктов (пирувата, лактата, глицерина, аминокислот, липидов, белков и т. д.).

Липидный обмен

Обмен жиров, или метаболизм липидов — процесс, происходящий в некоторых клетках живых организмов с веществами, не растворимыми в воде, но растворимыми в неполярных органических растворителях.

Липидный обмен включает в себя следующие процессы:

• Расщепление, переваривание и всасывание липидов в пищеварительном тракте, поступающих вместе с пищей.
• Транспорт жиров из кишечника с помощью хиломикронов.
• Обмен триацилглицеролов.
• Обмен фосфолипидов.
• Обмен холестерина.
• Взаимопревращения жирных кислот и кетоновых тел.
• Липогенез.
• Катаболизм липидов — липолиз.
• Катаболизм жирных кислот.

Белковый обмен

Белковый обмен, или метаболизм белков, является одним из ключевых процессов в организме человека, обеспечивающим строительство клеток, восстановление тканей и поддержание жизненно важных функций.

Представляет собой процесс синтеза, расщепления и преобразования белков и аминокислот в организме. В ходе белкового обмена происходит превращение аминокислот — строительных блоков белков — в различные вещества, которые необходимы для выполнения различных функций в организме.

В результате окисления 1 г белка происходит выделение 17,6 кДж (4,1 ккал). Однако в качестве источника энергии белки обычно не используются, поскольку выполняют другие функции: строительную, защитную, каталитическую и т. д.

Важную роль в белковом обмене играет печень — она управляет содержанием отдельных аминокислот в крови, осуществляет синтез белков плазмы крови.

Обмен веществ можно разделить на пластический и энергетический, которые взаимодействуют друг с другом.

Превращения энергии

Превращения энергии, происходящие в организме, и делят на две основные категории:

• анаболизм
• катаболизм.

Анаболизм

Ассимиляция, или анаболизм — совокупность процессов биосинтеза органических веществ с затратой энергии в живом организме. Биосинтез высокомолекулярных соединений (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов).

Невозможна без энергии.

Пример анаболизма:

Синтез белка, осуществляемый в цитоплазме на рибосомах. Информацию к рибосомам приносит информационная РНК (и-РНК). Включает в себя следующие стадии:

1. Активация аминокислот.
2. Инициация.
3. Элонгация.
4. Терминация.

Катаболизм

Диссимиляция, или катаболизм — процесс метаболического распада (деградации) сложных веществ на более простые или окисления какого-либо вещества, обычно протекающий с освобождением энергии в виде тепла и в виде молекулы АТФ, универсального источника энергии всех биохимических процессов.

Примеры катаболизма:

• превращение этанола через стадии ацетальдегида (этаналя, CH₃CHO) и уксусной кислоты (этановой кислоты, CH3COOH) в углекислый газ (CO₂) и воду (H₂O).
• гликолиз — превращение глюкозы в молочную кислоту либо пировиноградную кислоту и далее в процессе клеточного дыхания — в углекислый газ (CO₂) и воду (H₂O)

Литература

• Биология: 5 класс: базовый уровень: учебник / В. В. Пасечник, С. В. Суматохин, З. Г. Гапонюк, Г. Г. Швецов; под ред. В. В. Пасечника. — Москва. Просвещение, 2023 (Линия жизни).
• Биология. 6 класс: учебник // И. Н. Пономарёва, И. В. Николаев, О. А. Корнилова; под ред. И. Н. Пономарёвой — 5-е изд. — Москва: ИЦ «Вентана-Граф», 2019.
• Биология. Многообразие живых организмов. Бактерии, грибы, растения. 7 класс // Н. И. Сонин, В. Б. Захаров — 7-е изд., испр. — Москва: Дрофа, 2019.
• Биология. 8 класс: учебник // В. И. Сивоглазов, М. Р. Сапин, А. А. Каменский. Москва: Дрофа, 2019.
• Биология. 8 класс: учебник // В. М. Константинов, В. Г. Бабенко, В. С. Кучменко; под ред. д.б.н. проф В. Г. Бабенко. — Москва: ИЦ «Вентана-Граф», 2019.
• Биология. 9 класс: учеб. для общеобразоват. организаций: издание в pdf-формате / В. В. Пасечник, А. А. Каменский, Г. Г. Швецов, З. Г. Гапонюк; под ред. В. В. Пасечника. — 4-е изд., стер. — Москва: Просвещение, 2018.
• Биология. 9-й класс: учебник: издание в pdf-формате / В. С. Рохлов, С. Б. Трофимов, А. В. Теремов. — 2-е изд., стер. — Москва: Просвещение, 2022.

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Регуляция обмена веществ и превращения энергии», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Регуляция_обмена_веществ_и_превращения_энергии» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».