Обмен веществ | это… Что такое Обмен веществ?

Печень — важнейший орган метаболизма у животных (фотография печени крысы)

Метаболи́зм (от греч. μεταβολή, «превращение, изменение»), обмен веществ — полный процесс превращения химических веществ в организме, обеспечивающих его рост, развитие, деятельность и жизнь в целом.

В живом организме постоянно расходуется энергия, причём не только во время физической и умственной работы, а даже при полном покое (сне).

Обмен веществ представляет собой комплекс биохимических и энергетических процессов, обеспечивающих использование пищевых веществ для нужд организма и удовлетворения его потребностей в пластических и энергетических веществах.

Содержание 1 История изучения 2 Этапы метаболизма 3 Анаболизм и катаболизм 4 Прочие аспекты 5 Примечания 6 См. также 7 Ссылки

История изучения

Хотя обмен веществ происходит непрерывно, видимая неизменность нашего тела вводила в заблуждение не только неискушенных в науке людей, но и некоторых учёных.

Полагали, что в организме имеются два вида веществ, одни из которых идут на строительство тела, они неподвижны, статичны; другие же, используемые в качестве источника энергии, быстро перерабатываются.

Внедрение в биологические исследования меченых атомов позволило в экспериментах на животных установить, что во всех тканях и клетках обмен веществ происходит непрерывно: никакой разницы между «строительными» и «энергетическими» молекулами не существует. В организме все молекулы равным образом участвуют в обмене веществ. В среднем у человека каждые 80 дней меняется половина всех тканевых белков, ферменты печени (в ней идут особенно интенсивные реакции) обновляются через 2-4 часа, а некоторые даже через несколько десятков минут.

Этапы метаболизма

Условно процесс обмена веществ можно разделить на три этапа:

Первый этап

 — ферментативное расщепление белков, жиров и углеводов до растворимых в воде аминокислот, моно- и дисахаридов, глицерина, жирных кислот и других соединений, происходящее в различных отделах желудочно-кишечного тракта и всасывание их в кровь и лимфу.

Второй этап — транспорт питательных веществ кровью к тканям и клеточный метаболизм, результатом которого является их ферментативное расщепление до конечных продуктов. Часть этих продуктов используется для построения составных частей мембран, цитоплазмы, для синтеза биологически активных веществ и воспроизведения клеток и тканей. Расщепление веществ сопровождается выделением энергии, которая используется для процесса синтеза и обеспечения работы каждого органа и организма в целом.

Третий этап — выведение конечных продуктов метаболизма в составе мочи, кала, пота, через легкие в виде CO₂

и т. д.

Анаболизм и катаболизм

Обмен веществ состоит из двух противоположных, одновременно протекающих процессов. Первый — анаболизм — объединяет все реакции, связанные с синтезом необходимых веществ, их усвоением и использованием для роста, развития и жизнедеятельности организма. Второй — катаболизм — включает реакции, связанные с распадом веществ, их окислением и выведением из организма продуктов распада (см. тж. Окислительно-восстановительные реакции). Главным образом через реакции анаболизма протекает процесс ассимиляции (усвоения) питательных веществ, а реакции катаболизма составляют основу диссимиляции — освобождения организма от веществ, его составляющих. (Употребление термина «ассимиляция» как синонима анаболизма, а «диссимиляция» — синонима катаболизма некорректно, так как ассимиляция и диссимиляция являются более общими биологическими понятиями).

Прочие аспекты

Обмен веществ обеспечивает присущее живому организму как системе динамическое равновесие, при котором взаимно уравновешиваются синтез и разрушение, размножение и гибель. В основе реакций обмена веществ лежат физико-химические взаимодействия между атомами и молекулами, подчиняющиеся единым для живой и неживой материи законам. Сказанное, разумеется, не означает, что жизнь сводится полностью к физико-химическим процессам. Живым организмам присущи свои особенности.

С обменом веществ неразрывно связан обмен энергии в организме. Живые организмы могут существовать только при условии непрерывного поступления энергии извне. И потому они постоянно нуждаются в энергии для выполнения различного рода работы: механической — передвижение тела, сердечная деятельность и т. д.; гальванической — создание разности потенциалов в тканях и клетках; химической — синтез веществ и т. д.

Первичным косвенным источником энергии для человека, как и для всего живого на Земле, за очень редким исключением^[1], служит солнечное излучение. Пища образуется благодаря той же энергии Солнца. Начальное звено пищевой цепи — растения, аккумулирующие в процессе фотосинтеза солнечную энергию. В зелёном пигменте растений — хлорофилле под воздействием квантов света из воды и углекислого газа синтезируются органические вещества — основа жизни.

Состав пищи сложен и разнообразен. В ней больше всего главных пищевых веществ, к которым относятся белки, жиры, углеводы. Содержатся в пище и минеральные элементы — кальций, фосфор, натрий и другие, их называют макроэлементами в отличие от микроэлементов, содержащихся в ней в ничтожно малых количествах — медь, кобальт, йод, цинк, марганец, селен и другие. Есть в пище и вкусовые вещества, которые придают ей особые свойства.

Примечания

1. ↑ см. гидротермальные источники срединно-океанических хребтов

См. также

• Темновой метаболизм

Ссылки

• Обмен веществ (рус.)
• Метаболизм (англ.)
• Как повысить уровень метаболизма не причинив вреда здоровью

Как долго можно протянуть без сна?

• Адам Хедхейзи
• BBC Future

4 марта 2015

Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.

Автор фото, Thinkstock

Наш организм способен какое-то время бороться со сном, но, как выяснил корреспондент BBC Future, рано или поздно бессонница приводит ко временному помрачению рассудка или даже к смерти.

На что только мы ни тратим время! К 78-летию, если верить некоторым подсчетам, средний человек девять лет просиживает за телевизором, четыре года проводит за рулем, 92 дня — в туалете и 48 дней занимается сексом.

Но среди всех занятий, поглощающих наше время, есть безусловный чемпион. К 78 годам человек тратит на сон в среднем 25 лет. И если пытаться хотя бы частично отвоевать у Морфея эти годы, то возникает вопрос: как долго человек способен не спать, и каковы последствия продолжительного бодрствования?

(Похожие статьи из раздела «Журнал»)

Здоровый индивид, пытающийся найти ответ путем эксперимента над собой, вскоре поймет, что задача поставлена непростая.

«Необходимость во сне настолько сильная, что перевешивает голод, — говорит Эрин Хэнлон, доцент Центра сна, метаболизма и здоровья при Чикагском университете в США. — Ваш мозг просто уснет, несмотря на все сознательные попытки с этим бороться».

Зачем нужен сон?

Почему тяга ко сну столь сильна, ученые не знают. «Точную роль сна еще предстоит выяснить», — замечает Хэнлон. Но, по ее словам, сон каким-то образом «обнуляет» системы нашего организма. К тому же, исследования показали, что регулярный достаточный сон помогает залечивать раны, поддерживает работу иммунной системы, обмен веществ и так далее — возможно, именно поэтому мы себя прекрасно чувствуем, когда хорошо высыпаемся.

С другой стороны, нехватку сна увязывают с повышенным риском диабета, сердечными заболеваниями, ожирением, депрессией и другими хворями. Чтобы их избежать, организм во время бессонных ночей подает нам неприятные сигналы: нам не хватает сил, мы чувствуем себя уставшими, а тяжелые веки сами опускаются на красные глаза. Когда мы продолжаем бороться со сном, у нас падает концентрация и хуже работает кратковременная память.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Бессонница заставляет нас чувствовать себя совершенно разбитыми… даже кофе не помогает

Пропустить Подкаст и продолжить чтение.

Подкаст

Что это было?

Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.

эпизоды

Конец истории Подкаст

Если же игнорировать эти сигналы, бодрствуя целыми днями, то в итоге разум сдается. Появляются резкие перепады настроения, паранойя, человек видит несуществующие предметы. Водители-дальнобойщики называют это состояние «увидеть черную собаку». Их профессиональная мудрость гласит: если на дороге появился навязчивый черный песик, нужно срочно остановиться и отдохнуть.

«Люди начинают галлюцинировать и немного сходят с ума», — говорит Атул Малхотра, директор отделения Медицины сна в Калифорнийском университете в Сан-Диего.

Негативное влияние бессонницы на организм отмечалось в ходе многих исследований. В крови повышается содержание гормонов стресса, таких как адреналин и кортизол, и в результате повышается кровяное давление. Одновременно нарушается сердечный ритм и начинаются перебои в работе иммунной системы, рассказывает Малхотра. Как следствие, не высыпающиеся люди становятся нервозными и чаще болеют.

Но проблемы, принесенные приступом бессонницы или чередой вечеринок, обычно пропадают после хорошего сна. «Если вред и есть, то он обратим», — констатирует Джером Сигел, профессор Центра изучения сна при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе.

Осторожно, глаза не закрываются

А что если вообще не спать? Печальные последствия постоянного бодрствования проявляются у пациентов с редким генетическим заболеванием под названием «фатальная семейная бессонница».

Вызывающие это заболевание гены имеются примерно у 40 семей во всем мире. В нервной системе носителей из-за генетического дефекта белки преобразуются в так называемые прионы, теряя при этом нормальные свойства. «Прионы — это протеины неправильной формы, и из-за них у пациентов начинаются большие проблемы», — поясняет Малхотра. Прионы сбиваются в комки в нервной ткани, убивают ее и превращают мозг в подобие швейцарского сыра (то же самое происходит при болезни Крейцфельда-Якоба, самом известном из вызываемых прионами заболевании). У людей с фатальной семейной бессонницей наибольший вред причиняется таламусу, глубокому отделу мозга, отвечающему за сон. Поэтому у них начинается бессонница.

Пациент неожиданно перестает спать, и у него появляются странные симптомы — к примеру, суженные зрачки и повышенное потоотделение. Через несколько недель он переходит в постоянное дремотное состояние. Больной ходит как сомнамбула и временами подергивается — подобно тому, как люди порой непроизвольно дергаются при засыпании. За этим следуют потеря веса, впадание в маразм и, в конце концов, смерть.

Однако в таких случаях сама бессонница не считается причиной смерти — заболевание наносит серьезный ущерб головному мозгу.

«Не думаю, что этих людей убивает отсутствие сна», — говорит Сигел. Распространенная пытка бессонницей тоже, насколько известно, не приводит к летальному исходу (хотя подвергающийся ей человек испытывает ужасные страдания).

Схожие эксперименты с лишением сна животных предоставляют дополнительные доказательства того, что бессонница сама по себе несмертельна, но причины, которые ее вызывают, порой способны убить.

В 1980-х годах Алан Рехтшаффен провел в Чикагском университете эксперимент на крысах. Он разместил грызунов на специальных дисках над подносами с водой. Когда крыса начинала дремать (это показывала энцефалограмма), диск проворачивался, толкая грызуна к воде, в результате чего тот просыпался.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Всего 40 семей в мире страдает от генетического заболевания под названием «фатальная семейная бессонница»

Через месяц такого обращения все крысы умерли, хотя причины их смерти остались невыясненными. По мнению Сигела, скорее всего виной был стресс от пробуждения, который крысы испытывали примерно тысячу раз в день. Он-то и мог износить системы их организма. Среди других симптомов у крыс наблюдались нарушение терморегуляции тела и потеря веса — несмотря на увеличение аппетита.

«В этом и заключается главная проблема изучения сна у людей и животных: человека или зверя нельзя лишить сна без их добровольного содействия, не причинив при этом серьезный стресс, — считает Сигел. — Если наступает смерть, то остается вопрос: что было причиной — стресс или бессонница? Отличить одно от другого непросто».

Не спать!

Всего вышесказанного, по идее, должно быть достаточно для того, чтобы отбить у любого человека охоту ставить над собой эксперименты по лишению сна. Но остается вопрос: как долго человек способен не спать? Чаще всего упоминается рекорд Рэнди Гарднера из Сан-Диего, установленный в 1964 году. Будучи 17-летним старшеклассником, Гарднер провел этот эксперимент в качестве внеклассной научной работы. По заявлению наблюдавших за ним ученых, Гарднер не спал 264 часа (чуть больше 11 суток).

Существуют и другие претенденты на чемпионский титул по бессоннице, хотя эти данные проверить сложнее. Среди них — некая британская женщина, которая в 1977 году выиграла соревнование по беспрерывному качанию в кресле-качалке. Надо полагать, выиграла с большим отрывом — утверждается, что она качалась 18 суток.

Сколько времени человек может обходиться без сна, точно неизвестно. Возможно, оно и к лучшему: принимая во внимание вред, который люди наносят себе подобными опытами, составители Книги рекордов Гиннеса еще в прошлом десятилетии решили больше не регистрировать достижения в этой категории.

Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Future.

Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Переключить оглавление

Из простой английской Википедии, бесплатной энциклопедии

Структура аденозинтрифосфата (АТФ), центрального промежуточного звена энергетического метаболизма

Метаболизм — это химические реакции, которые поддерживают нашу жизнь. Это происходит в клетках живых организмов.

Химические реакции катализируются ферментами. Метаболизм позволяет организмам расти, размножаться, поддерживать свои структуры и реагировать на окружающую среду. Слово «метаболизм» может также относиться к пищеварению и транспортировке веществ в различные клетки и между ними.

Метаболизм обычно подразделяют на две категории:

• Катаболизм расщепляет органические вещества и собирает энергию посредством клеточного дыхания.
• Анаболизм использует энергию для создания молекул, таких как белки и нуклеиновые кислоты.

Химические реакции метаболизма организованы в метаболические пути или циклы, подобные циклу Кребса. Одно химическое вещество через ряд стадий превращается в другое химическое вещество с помощью ряда ферментов.

Метаболическая система организма решает, какие вещества он считает питательными, а какие ядовитыми. Например, некоторые прокариоты используют в качестве питательного вещества сероводород, однако этот газ ядовит для животных. ^[1] Скорость метаболизма, называемая скоростью метаболизма, влияет на то, сколько пищи потребуется организму и как он сможет получить эту пищу.

Поразительной особенностью метаболизма является сходство основных метаболических путей и компонентов даже у совершенно разных видов. ^[2] Например, набор карбоновых кислот, наиболее известных как промежуточные продукты в цикле лимонной кислоты, присутствует во всех известных организмах и встречается у таких разнообразных видов, как одноклеточная бактерия Escherichia coli и огромные многоклеточные организмы. как слоны. ^[3] Эти поразительные сходства в метаболических путях, вероятно, связаны с их ранним появлением в эволюции жизни и сохраняются из-за их эффективности. ^{[4] [5]}

• Катаболизм
• Анаболизм
• Скорость метаболизма
• Метаболический синдром

1. ↑ Фридрих К. (1998). «Физиология и генетика сероокисляющих бактерий». Adv Microb Physiol . Достижения микробной физиологии. 39 : 235–89. doi: 10.1016/S0065-2911(08)60018-1. ISBN 9780120277391 . PMID 9328649.
2. ↑ Пейс Н.Р. (2001). «Универсальная природа биохимии». Проц. Натл. акад. науч. США . 98 (3): 805–8. Бибкод: 2001PNAS…98..805P. doi:10.1073/pnas.98.3.805. PMC 33372. PMID 11158550.
3. ↑ Смит Э. и Моровиц Х. (2004). «Универсальность промежуточного метаболизма». Proc Natl Acad Sci USA . 101 (36): 13168–73. Бибкод: 2004PNAS..10113168S. doi:10.1073/pnas.0404922101. PMC 516543. PMID 15340153.
4. ↑ Эбенхох О. и Генрих Р. (2001). «Эволюционная оптимизация метаболических путей. Теоретическая реконструкция стехиометрии систем производства АТФ и НАДН». Бык Математика Биол . 63 (1): 21–55. doi: 10.1006/bulm.2000.0197. PMID 11146883. S2CID 44260374.
5. ↑ Мелендес-Эвиа Э; Уодделл Т. и Касканте М. (1996). «Загадка цикла лимонной кислоты Кребса: сборка частей химически возможных реакций и оппортунизм в разработке метаболических путей в ходе эволюции». Дж Мол Эвол . 43 (3): 293–303. Бибкод: 1996JMolE..43..293M. дои: 10.1007/BF02338838. PMID 8703096. S2CID 19107073. {{цитировать журнал}} : CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка)

Скорость метаболизма — Простая англоязычная Википедия, бесплатная энциклопедия

Переключить оглавление

Из простой английской Википедии, бесплатной энциклопедии

Скорость метаболизма — скорость метаболизма, количество энергии, используемой животным в единицу времени. Базовый уровень метаболизма (BMR) — это количество энергии, потребляемой ежедневно животными в состоянии покоя.

Распределение затрат энергии
Печень	27%
Мозг	19%
Сердце	7%
Почки	10%
Скелетные мышцы	18%
Прочие органы	19%

При обработке пищи после еды используется химическая энергия и выделяется некоторое количество тепла

Около 70% общего потребления энергии человеком связано с основными жизненными процессами в органах тела (см. таблицу). Около 20% потребляемой энергии приходится на физическую активность и еще 10% на переваривание пищи после еды. ^[1]

Все эти процессы требуют потребления кислорода, чтобы обеспечить выживание энергией, обычно из макронутриентов, таких как углеводы, жиры и белки. Цикл Кребса производит богатые энергией молекулы АТФ и выделяет углекислый газ.

Основной обмен обычно является самым большим компонентом общей используемой энергии. Высвобождение и использование энергии в этом состоянии достаточно только для функционирования жизненно важных органов, сердца, легких, нервной системы, почек, печени, кишечника, половых органов, мышц и кожи.

Биохимия[изменить | change source]

Для BMR большая часть энергии расходуется на поддержание уровня жидкости в тканях за счет осмоса, и только около одной десятой используется для механической работы, такой как пищеварение, сердцебиение и дыхание. ^[2]

То, что позволяет циклу Кребса осуществлять метаболические изменения жиров, углеводов и белков, — это энергия, которую можно определить как способность или способность выполнять работу.

Расщепление больших молекул на более мелкие с выделением энергии — это катаболизм. Расщепление белков на аминокислоты является примером катаболизма. Тепло тела у теплокровных животных образуется в результате химических реакций катаболического типа.

Процесс наращивания называется анаболизмом. Образование белков из аминокислот — анаболический процесс.

Аденозинтрифосфат (АТФ) представляет собой промежуточную молекулу, которая управляет передачей энергии, используемой при мышечном сокращении. АТФ представляет собой молекулу с высокой энергией, поскольку она хранит большое количество энергии в химических связях двух концевых фосфатных групп. Разрыв этих химических связей в цикле Кребса обеспечивает энергию, необходимую для мышечного сокращения.

Скорость метаболизма у разных людей разная. Одно исследование 150 взрослых представителей населения Шотландии показало, что скорость основного обмена составляет от 1027 ккал в день (4301 кДж) до 249 ккал в день. 9 ккал (10455 кДж). Среднее значение составило 1500 ккал (6279 кДж) в сутки.

Исследователи подсчитали, что 62,3% этой вариации объясняется разницей в массе (весе) за вычетом запасов жира. Другими факторами были количество жира (6,7%), возраст (1,7%) и экспериментальная ошибка, в том числе внутрисубъектная разница (2%). Остальная часть вариации (26,7%) не была объяснена. ^[3]

Оригинальный график зависимости размеров тела от скорости метаболизма, нарисованный Максом Кляйбером (1947). ^[4]

Таким образом, существуют различия в BMR даже при сравнении двух субъектов с одинаковой безжировой массой тела . Лучшие 5% людей усваивают энергию на 28-32% быстрее, чем люди с самым низким 5% BMR. ^[5] Например, в одном исследовании сообщалось о крайнем случае, когда два человека с одинаковой безжировой массой тела 43 кг имели BMR 1075 ккал/день (4,5 МДж) и 1790 ккал/день (7,5 МДж). Эта разница в 715 ккал (67%) эквивалентна тому, что один человек ежедневно совершает 10-километровую пробежку. ^[5]

График зависимости скорости метаболизма (ккал/ч) от массы тела (г) по широким таксономическим группам. Адаптировано из Hemmingsen 1960. ^[6]

Скорость метаболизма варьируется в зависимости от размера животного, и этот вопрос обсуждался более века. ^{[4] [6] [7]}

Графики показывают, что:

1. Скорость метаболизма млекопитающих является постоянной функцией размера их тела, и
2. Функция значительно отличается от прямой функции поверхности их тела.
3. В логарифмическом масштабе метаболизм млекопитающих в зависимости от размера их тела представляет собой прямую линию с наклоном около 0,75.
4. Более поздние исследования показали, что подобные отношения сохраняются для «хладнокровных» животных и простейших.

1. ↑ Макардл, Уильям Д. (1986). Физиология упражнений (2-е изд.). Филадельфия: Леа и Фебижье. ISBN 9780812109917 . ^{[ требуется страница ]}
2. ↑ Лиза Гордон-Дэвис (2004). Справочник индустрии гостеприимства по питанию и планированию меню . Юта. п. 112. ISBN 978-0-7021-5578-9 .
3. ↑ Джонстон, Александра М.; и другие. (2005). «Факторы, влияющие на изменение основного обмена, включают безжировую массу, жировую массу, возраст и циркулирующий тироксин, но не пол, циркулирующий лептин или трийодтиронин». Американский журнал клинического питания . 82 (5): 941–948. doi:10.1093/ajcn/51.2.241. PMID 2305711.
4. ↑ ^{4.0 4.1} Клейбер М. 1947. Размер тела и скорость метаболизма. Physiological Reviews 27 : 511-541.
5. ↑ ^{5.0 5.1} Спикмен, Джон Р.; Круль, Эльжбета; Джонсон, Мария С. (2004). «Функциональное значение индивидуальных вариаций основного обмена». Физиологическая и биохимическая зоология . 77 (6): 900–915.