Обмен веществ и энергии в организме – Обмен веществ и энергии в организме человека: кратко и понятно

Обмен энергии в организме — Мегаобучалка

Обмен веществ и энергии .

 

1. Значение обмена веществ для организма. Понятие ассимиляции и диссимиляции

2. Обмен белков, жиров, углеводов

З. Особенности обмена веществ в детском возрасте. Положительный баланс азота.

4. Обмен воды и минеральных солей

5. Обмен энергии в организме

6. Регуляция обмена веществ и энергии

7. Физиолого – гигиенические основы организации питания

Значение обмена веществ:

Обмен веществ – особенность живой природы и основная функция организма, с его прекращением прекращается и жизнь.

Метаболизм – единство двух взаимосвязанных процессов:

I. Ассимиляция (анаболизм) – пластический обмен (поглощение энергии) – синтез органических соединений, и образование на их основе новых клеток и тканей.

II. Диссимиляция (катаболизм) — энергетический обмен (выделение энергии) – распад, разрушение старых, отживших клеток и их составных частей.

Обмен белков

Белки составляют 25% от общей массы тела, по строению – полимеры, состоящие из аминокислот (известно 22).

Специфичность белка определяется количеством аминокислот, составом, и последовательностью их соединений.

Аминокислоты:

I. Заменимые — могут синтезироваться в организме из других аминокислот

II. Незаменимые – обязательно должны поступать с пищей, т.к. не могут образоваться в организме.

Белки:

I. Полноценные – содержат все необходимые для организма аминокислоты (белки животного происхождения, и растительного происхождения (горох, фасоль, соя)).

II. Неполноценные – не содержат всех нужных аминокислот (остальные белки растительного происхождения).

Белки -> (желудок, пепсин) -> пептиды -> (12-типёрстная кишка, трипсин) -> аминокислоты -> (тонкая кишка всасываются в кровь) -> к клеткам

В клетке:

I. Синтез и замена аминокислот, свойственных данной клетке

II. Распад белков старых (образуются СО2, Н2О, мочевина, аммиак и друге вещества, выделяемые органами выделения).

Функция белков:

I. Основной строительный материал

II. Основа ферментов

III. Транспортная

IV. Все виды двигательных реакций, осуществляемых особыми сократительными белками

V. Передача наследственной информации

Особенности обмена белков у детей:

Показателем нормального белкового обмена является азотистый баланс – это разность между количеством азота поступившего в организм и выделившегося из организма. У детей азотистый баланс должен быть положительным.

Приход белков (азота) должен быть больше расхода, иначе ребенок не будет расти.

Азотистое равновесие наступает у женщин 18-20 лет, а у мужчин 20-22 года.

 

Обмен жиров и углеводов:

Жиры и углеводы имеют одинаковый химический состав, но разное строение.

При излишке, углеводы откладываются в запасе в виде жиров.

Функции жиров:

I. Источник энергии

II. Резерв органических соединений

III. Защитная функция (тепловая и механическая изоляция)

Жиры:

I. Животные (сало, сливочное масло, сметана, сливки)

II. Растительные (все виды масел)

Функции углеводов:

I. Основной источник энергии норма 400-500 гр. в сутки

Углеводы -> (Сахар, мучное) – Птиалин, мальтоза (ротовая полость) -> простые сахара -> 12 пк (амилаза, мальтоза) -> глюкоза

I. Часть глюкозы используется клетками,

II. другая часть преобразуется в печени и мышцах в животный крахмал – гликоген.

При пониженном сахаре в крови гликоген вновь превращается в глюкозу и сахар в крови нормализуется.

III. Избыток глюкозы откладывается в идее жировых отложений.

 

Обмен Н2О и минеральных солей:

Н2О – основной растворитель. Потребность взрослого 2 – 2,5 литра в сутки. Детский организм быстро накапливает и быстро теряет воду.

Минеральные соли в организме делится на:

Макроэлементы (Ca, K, Na, P, Fe)

Микроэлементы (йод, медь, Mg, кобальт)

 

 

Обмен энергии в организме.

Обмен веществ и энергии являются по существу единым процессом. Они неотделимы друг от друга: при окислении питательных веществ содержащаяся в них энергия освобождается и используется организмом:

при окислении 1г жира в организме выделяется 9,3 ккал тепла

1 г углеводов ———————— 4,1 ккал

1 г белков ————————— 4,1ккал

Расходуется энергия на:

1. восстановление новых клеток и тканей

2. на работу, выполняемую органами (сокращение мышц, проведение нервных импульсов, синтез гормонов, ферментов и т.д.)

3. большая часть энергии переходит в тепловую, которая идёт на поддержание постоянной температуры тела

Наименьший расход энергии отмечается при полном покое организма, натощак и при комнатной температуре – это основной обмен. В этих условиях энергия расходуется на поддержание жизнедеятельности организма и сохранение постоянной температуры тела.

Величина основного обмена зависит от пола, возраста, состояния здоровья и т. д.

У мужчин среднего возраста ( массой 65 – 70 кг) – 1700 ккал в сутки, у женщин на 5 – 10% ниже, к старости основной обмен понижается, при заболевании ЖВС также может изменяться. Основной обмен у детей любого возраста значительно выше, чем у взрослых. Объясняется это в основном интенсивно протекающими процессами роста.

Но общая энергетическая потребность организма всегда выше величины основного обмена. Факторы, повышающие расход энергии: приём пищи, изменение внешней температуры, мышечная работа. Расход энергии зависит от характера работы и физической нагрузки. При умственной работе трата энергии повышается только на 2-3% по сравнению с основной, при тяжёлой физической значительно больше.

У взрослого человека при умственном труде и малоподвижном образе жизни общий обмен составляет примерно 2500 ккал.

Расход энергии у детей:

1 -3 г. ———- 1000 ккал

3 – 5 л.———1200 ккал

5 -7 л ———- 1500 ккал

7 – 9 л ——— 1800 ккал

11 – 14 л —— 2400 – 2600 ккал

Скорость основного ( СОО ) – общая скорость, с которой протекают химические реакции в организме. У людей она различна и зависит от ряда условий: при стрессе, физической нагрузке, высокой температуре СОО возрастает. Люди с высокой СОО могут много есть не прибавляя в весе, т. к. распад питательных веществ в клетках происходит так быстро, что может запасаться лишь небольшая часть жира. Люди с низкой скоростью обмена веществ легко прибавляют в весе и, как правили, пассивны. На скорость метаболизма влияют многие гормоны, особенно тироксин, адреналин.

 

megaobuchalka.ru

Обмен веществ и энергии. Питание

РЕФЕРАТ

по теме:

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ. ПИТАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Обмен веществ и энергии – это совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в организме человека и обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Непрерывно идущий между организмом и окружающей средой обмен веществ и энергией является одним из наиболее существенных признаков жизни.

Для поддержания процессов жизнедеятельности обмен веществ и энергии обеспечивает пластические и энергетические потребности организма. Это достигается за счет извлечения энергии из поступающих в организм питательных веществ и преобразования ее в формы макроэргических (АТФ и другие молекулы) и восстановленных (НАДФ-Н – никотин-амид-адениндинуклеотидфосфат) соединений. Их энергия используется для синтеза белков, нуклеиновых кислот, липидов, а также компонентов клеточных мембран и органелл клетки, для выполнения механической, химической, осмотической и электрической работ, транспорта ионов. В ходе обмена веществ в организм доставляются пластические вещества, необходимые для биосинтеза, построения и обновления биологических структур.

В обмене веществ (метаболизме) и энергии выделяют два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса: анаболизм, основу которого составляют процессы ассимиляции, и катаболизм, в основе которого лежат процессы диссимиляции.

Анаболизм – это совокупность процессов биосинтеза органических веществ, компонентов клетки и других структур органов и тканей. Анаболизм обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также непрерывный ресинтез макроэргов и накопление энергетических субстратов.

Катаболизм – это совокупность процессов расщепления сложных молекул, компонентов клеток, органов и тканей до простых веществ, с использованием части из них в качестве предшественников биосинтеза, и до конечных продуктов распада с образованием макроэргических и восстановленных соединений. Движущей силой жизнедеятельности служит катаболизм.

Основным источником энергии восстановления для реакции биосинтеза жирных кислот, холестерина, аминокислот, стероидных гормонов, предшественников синтеза нуклеотидов и нуклеиновых кислот является НАДФ-Н.

Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динамического равновесия или превалирования одного из них. Преобладание анаболических процессов над катаболическими приводит к росту, накоплению массы тканей, а преобладание катаболических процессов ведет к частичному разрушению тканевых структур, выделению энергии. Состояние равновесного или неравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от возраста (преобладание анаболизма в детском возрасте, равновесие у взрослых, преобладание катаболизма в старческом возрасте), состояния здоровья, выполняемой организмом физической или психоэмоциональной нагрузки.

Роль обмена веществ в обеспечении пластических потребностей организма

Потребность организма в пластических веществах может быть удовлетворена тем минимальным уровнем их потребления с пищей, который будет уравновешивать потери структурных белков, липидов и углеводов при поддержании энергетического баланса. Эти потребности индивидуальны и зависят от таких факторов, как возраст человека, состояние здоровья, интенсивность и вид труда.

Человек получает из окружающей среды в составе пищевых продуктов заключенные в них энергию и пластические вещества, минеральные ионы и витамины.

Белки. Потребность в белке определяется минимальным количеством пищевого белка, который будет уравновешивать потери организмом азота, при сохранении энергетического баланса. Белки находятся в состоянии непрерывного обмена и обновления. В организме здорового взрослого человека количество распавшегося за сутки белка равно количеству вновь синтезированного. Животные существа могут усваивать азот только в составе аминокислот, поступающих в организм с белками пищи. Важным фактором обмена белков организма является повторное использование (реутилизация) аминокислот, образовавшихся при распаде одних белковых молекул, для синтеза других.

Из аминокислот, источниками которых являются белки пищи, и аминокислот, образующихся в организме, синтезируются свойственные ему белковые молекулы, пептидные гормоны, коэнзимы. В этом заключается пластическая роль белков пищи.

Скорость распада и обновления белков организма различна. Полупериод распада гормонов пептидной природы составляет минуты или часы, белков плазмы крови и печени около 10 суток, белков мышц около 180 суток. В среднем белки организма человека обновляются за 80 суток.

Липиды. Липиды организма человека – это, главным образом, нейтральные сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот – триглицериды, фосфолипиды и стерины. Высшие жирные кислоты, входящие в состав сложных липидных молекул в виде углеводородных радикалов, бывают насыщенными и ненасыщенными, содержащими одну и более двойных связей. Липиды играют в организме энергетическую и пластическую роль. По сравнению с молекулами углеводов и белков молекула липидов является более восстановленной. Поэтому при окислении липидов в организме образуется больше молекул АТФ и тепла. За счет окисления жиров обеспечивается около 50% потребности в энергии взрослого организма. В отличие от белков, которые не образуют специальных запасных форм, служащих источником энергии, запасы нейтральных жиров — триглицеридов в жировых депо человека в среднем составляют 10-20% массы его тела. Из них около половины локализуется в подкожной жировой клетчатке. Кроме того, значительные запасы нейтрального жира откладываются в большом сальнике, околопочечной клетчатке, в области гениталий и между мышцами. Жиры, откладываясь в жировых депо, служат долгосрочным резервом питания организма.

Жиры являются источником образования эндогенной воды. При окислении 100 г нейтрального жира в организме образуется около 107 г воды.

Углеводы. Организм человека получает углеводы, главным образом в виде растительного полисахарида крахмала и в небольшом количестве в виде животного полисахарида гликогена. В желудочно-кишечном тракте осуществляется их расщепление до уровня моносахаридов (глюкозы, фруктозы, лактозы, галактозы). Моносахариды, основным из которых является глюкоза, всасываются в кровь и через воротную вену поступает в печеночные клетки. Здесь фруктоза и галактоза превращается в глюкозу. Внутриклеточная концентрация глюкозы в гепатоцитах близка к ее концентрации в крови. При избыточном поступлении в печень глюкозы она фосфорилируется и превращается в резервную форму ее хранения – гликоген.

В течение первых 12 и более часов после приема пищи поддержание концентрации глюкозы в крови и обеспечение потребности организма в углеводах реализуются за счет распада гликогена в печени. Вслед за истощением запасов гликогена усиливается синтез ферментов, обеспечивающих реакции глюконеогенеза.

Организм человека нуждается только в одном из производных углеводов – аскорбиновой кислоте (витамине С), которая не может синтезироваться в организме человека и других приматов.

Обмен воды и минеральных веществ. Минимальная суточная потребность в воде составляет около 1700 мл. (в среднем около 2500 мл).

Потребность организма в воде зависит от характера питания. При питании преимущественно углеводной, жировой пищей и при небольшом поступлении в организм NaCI эти потребности меньше. Пища, богатая белками, а также повышенный прием соли, обусловливают большую потребность в воде.

Недостаточное поступление в организм воды или ее избыточная потеря приводят к дегидратации. Это сопровождается сгущением крови, ухудшением ее реологических свойств и нарушением гемодинамики. Недостаток в организме воды в объеме 20% массы тела ведет к летальному исходу. Избыточное поступление воды в организм или снижение ее объемов, выводимых из организма, приводит к водной интоксикации.

Обмен воды и минеральных ионов в организме тесно взаимосвязаны и взаимозависимы. Это обусловлено прежде всего необходимостью поддержания осмотического давления на относительно постоянном уровне во внутренней среде организма и в клетках, а также значен

mirznanii.com

Обмен веществ и энергии

Обмен веществ — это совокупность протекающих в живых организмах химических превращений, обеспечивающих их рост, развитие, процессы жизнедеятельности, воспроизведение потомства, активное взаимодействие с окружающей средой. Во всех живых организмах, от самых примитивных до самых сложных, каким является человек, основа жизни — это обмен веществ и энергии. Благодаря ему каждый организм не только поддерживает своё существование, но развивается и растет. Обмен веществ определяет цикличность жизни: рождение, рост и развитие, старение и смерть.

Пластический и энергетический обмен

Под пластическим обменом понимают такие процессы, в ходе которых в клетках создаются новые соединения и новые структуры, характерные для данного организма. Под энергетическим обменом понимают такие превращения энергии, в ходе которых в результате биологического окисления выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности клеток, тканей и всего организма в целом. Результатом биологического окисления является образование углекислого газа, аммиака, соединений фосфора, натрия, хлора, которые выводятся из организма. Эта заключительная стадия обмена веществ. Она осуществляется кровью, легкими, потовыми железами, органами мочевыделения.

Обмен белков

Пищевые белки в ходе подготовительной стадии обмена расщепляются сначала в желудке пепсином, а затем в двенадцатиперстной кишке ферментом поджелудочной железы трипепсином до аминокислот. Аминокислоты через кровеносные капилляры ворсинок поступают в печень. Здесь избыточные аминокислоты теряют свой азот и превращают в жиры и углеводы. В клетках из аминокислот строятся белки тела. Белки входят в состав ядер, цитоплазмы и мембран клеток. Они являются ферментами, входят в состав антител. Белки принимают участие в свертывание крови и в транспортировке газов. Белки входят в состав костей.

Обмен жиров

В органах пищеварения во время подготовительной фазы обмена жиры распадаются на глицерин и жирные кислоты. В эпителии кишечника синтезируется жир, характерный для организма, и через лимфатическую систему направляется в жировое депо и клетки, где он используется как запасное вещество и строительный материал. Жиры выполняют в организме много функций. Они входят в состав клеточных мембран, в них растворяются некоторые витамины. Из жиров образуются некоторые гормоны и биологически активные вещества. В организме человека выполняют защитную роль.

Обмен углеводов

Сложные углеводы начинают распадаться в ротовой полости под действием ферментов слюны — амилазы. В двенадцатиперстной кишке под действием ферментов, выделяемых поджелудочной железой, они расщепляются до глюкозы и других простых углеводов. В тонкой кишке продукты распада всасываются кишечными ворсинками в кровь и направляются в печень. Здесь излишки сахаров задерживаются и превращаются в гликоген и другие соединения, а оставшаяся часть глюкозы в необходимом количестве направляется в кровь и распределяется между клетками тела. В организме глюкоза прежде всего является источником энергии.

Обмен воды в организме

Вода — универсальный растворитель. Все жизненные процессы, все биохимические реакции происходят в водной среде. Внутренняя среда человека содержит до 90% воды. Вода в организме либо химически связана с другими соединениями, либо содержит в себе растворенные минеральные соли и органические вещества. Пищеварительные соки содержат воду. Транспорт питательных веществ и кислорода осуществляется в жидкой среде. Продукты распада тоже выносятся водой. Таким образом, в организме поддерживается определенный баланс между поступающей и выделяемой водой.

Обмен минеральных солей

Ни вода, ни минеральные соли не являются источниками энергии, но они необходимы для осуществления важных функций организма. Минеральные соли содержатся в клеточных ядрах и цитоплазме, в жидкостях, образующих внутреннюю среду, в пищеварительных соках и других биологических жидкостях.

---

Другие заметки по биологии

edu.glavsprav.ru

Обмен веществ и энергии

Реферат

«Обмен веществ и энергии. Витамины»

Обмен веществ является главным, характерным свойством живого организма. Сущность его состоит в постоянном обмене веществами между организмом и внешней средой.

Животные организмы нуждаются в постоянном притоке кислорода, сложных органических соединений: белков, жиров и углеводов, а также минеральных солей, витаминов и воды. В организме непрерывно происходят образование, разрушение и обновление клеточных структур и межклеточного вещества. Восстановление, синтез (созидание), усвоение веществ клетками, превращение в себе подобное называется процессом ассимиляции. Одновременно с ним происходит процесс диссимиляции — расщепление, распад веществ, входящих в состав клеток. При этом образуются конечные продукты распада СО₂ , Н₂ О и NH₃ (аммиак), которые удаляются из организма. Совокупность всех химических превращений в организме, т. е. процессов ассимиляции и диссимиляции, называют обменом веществ.

I. Обмен энергии

Для жизнедеятельности организма необходима энергия. Она освобождается в процессе диссимиляции сложных органических соединений: белков, жиров и углеводов, потенциальная энергия которых при этом переходит в кинетические виды энергии, в основном в тепловую, механическую и частично в электрическую. Расщепление идет путем присоединения кислорода — окисления. При окислении 1 г жира в организме выделяется 9,3 ккал тепла, 1 г углеводов — 4,1 ккал, 1 г белка — 4,1 ккал. То количество тепла, которое выделяется при окислении в организме 1 г вещества, называется теплотой сгорания. Часть освобождающейся энергии используется для синтетических процессов — восстановления изнашиваемых и построения новых клеток и тканей, часть потребляется в процессе функционирования органов и тканей: сокращения мышц, проведения нервных импульсов, синтеза ферментов и гормонов и др. Большая часть химической энергии переходит в тепло, которое идет на поддержание постоянной температуры тела.

Основной обмен. Обмен энергии человека, или так называемый общий обмен, складывается из основного обмена и рабочей прибавки. Если человек находится в состоянии возможного полного мышечного покоя: лежа с расслабленной мускулатурой, натощак (через 14 ч после последнего приема пищи), при температуре комфорта (18—22°С), то расход энергии составляет примерно 1700 ккал в сутки и называется основным обменом. В условиях основного обмена энергия расходуется на поддержание жизнедеятельности организма, работу внутренних органов (сердце, дыхательный аппарат и др.), а также на поддержание температуры тела. Основной обмен характеризует интенсивность процессов окисления, свойственных данному организму. Величина его зависит от пола, возраста, массы тела и роста. У женщин основной обмен на 5—10% ниже, чем у мужчин тех же массы и роста. У детей он выше, чем у взрослых. К старости основной обмен снижается.

Основной обмен нарушается при заболевании эндокринных желез. При гиперфункции щитовидной железы (базедова болезнь) он может повышаться до 150%, при этом человек много ест, но неудержимо худеет; при недостаточности гипофиза основной обмен понижается — наступает гипофизарное ожирение. На основной обмен влияют также половые гормоны; после удаления половых желез (например, у кабанов) усиливается отложение жира.

В клинике для определения основного обмена пользуются простым и быстрым способом Крога. Так как освобождение энергии происходит при окислении кислородом белков, жиров и углеводов, то количество образовавшегося тепла пропорционально объему поглощенного кислорода. В опытах установлено, что при потреблении 1 л О₂ в организме животных и человека освобождается 4,8 ккал тепла. Это количество тепла является калорическим коэффициентом О₂ . Если определить объем потребленного испытуемым О₂ , то, помножив его на 4,8 (калорический коэффициент О₂ ), можно рассчитать расход энергии за 1 мин, за 1 ч и за сутки.

Рабочая прибавка. Повышение энергетического обмена сверх основного обмена называют рабочей прибавкой. Факторами, повышающими расход энергии, являются прием пищи, низкая или высокая (выше 30°С) внешняя темпера тура и мышечная работа.

Прием пищи увеличивает расход энергии в покое в среднем до 2200 ккал (белки до 30%, углеводы и жиры на 4—15%). Эта способность пищи повышать энергозатраты называется специфически динамическим действием пищи. Механизм его до сих пор неясен, однако его нельзя объяснить только работой пищеварительного тракта.

При понижении окружающей температуры возрастает теплоотдача тела и соответственно увеличивается выработка тепла, необходимого для сохранения постоянства температуры тела. Если окружающая температура выше 30°С, энергия расходуется на охлаждение тела (потоотделение, усиление кожного кровообращения). Мышечная работа значительно увеличивает расход энергии.

Умственный труд не сопровождается большой затратой энергии. Если спокойно лежащего человека заставить решать в уме трудные математические задачи, то расход энергии возрастет всего на несколько процентов. Таким образом, общий расход энергии зависит от профессии человека и характера его отдыха (занятия спортом, туризмом). Люди умственного труда расходуют около 3000 ккал в сутки, а выполняющие тяжелую мышечную работу (грузчики, пильщики) — свыше 4000 ккал. При спортивных состязаниях (велогонки, плавание) расход энергии может достигать 7000 ккал.

II. Обмен веществ

Для определения потребности человека в питательных веществах изучают его обмен веществ. Это имеет большое значение, так как часть населения (в армии, детских учреждениях, санаториях, домах отдыха, больницах) находится на государственном обеспечении и должна получать все необходимые продукты, чтобы быть здоровой, обладать высокой работоспособностью, высокой сопротивляемостью к инфекциям и изменяющимся условиям внешней среды.

Для изучения обмена веществ необходимо знать, сколько белков, жиров и углеводов поступило в организм и сколько им расходуется, т. е. надо подвести баланс прихода и расхода веществ. Приход питательных веществ определяют химическим анализом пищи. Если из общей массы (в граммах) принятых с пищей белков, жиров и углеводов вычесть массу неусвоенных веществ, выведенных с калом, то разница покажет истинный приход веществ. Расход веществ у человека или животных определяют в камере Шатерникова. Метод позволяет определить за сутки объем потребляемого О₂ , выделенных СО₂ и N₂ (с мочой). По этим данным можно рассчитать расход белков, жиров и углеводов.

Баланс может быть положительным, отрицательным или находиться в состоянии равновесия. В период роста баланс обмена веществ всегда бывает положительным, так как увеличивается масса тела. Отрицательный баланс наблюдается во время длительной болезни и голодания, иногда в старости. В это время организм расщепляет веществ больше, чем получает с пищей. У большинства взрослых людей достигается удивительное равновесие между потреблением и расходом веществ и энергии. Оно может сохраняться на протяжении многих лет, и масса тела остается постоянной.

Обмен белков . Белки — это сложные высокомолекулярные соединения, содержащие в отличие от жиров и углеводов азот. Они состоят из 20 различных аминокислот, не обладающих видовой специфичностью. Из всосавшихся в кишечнике аминокислот строятся специфические для каждого индивидуума белки.

Аминокислоты делятся на заменимые и незаменимые. Заменимые аминокислоты (гликокол, аланин, цистеин и др.) могут синтезироваться в организме. Десять незаменимых аминокислот (аргинин, лейцин, лизин, триптофан и др.) не синтезируются в организме и обязательно должны поступать с пищей. Наиболее полноценными по аминокислотному составу продуктами являются белки яйца, молока, мяса. Белки растительного происхождения биологически менее полноценны, так как в них либо мало некоторых незаменимых аминокислот, либо они отсутствуют. В распоряжении организма должны быть все аминокислоты в определенном соотношении и количестве, иначе белок не может быть синтезирован.

Белки являются основным пластическим материалом, т. е. основной частью клетки. Например, в скелетных мышцах содержится 20 % белка. Белки входят в состав ферментов, катализирующих (ускоряющих) все химические реакции в организме. Они принимают участие в обеспечении большинства функций организма. Так, гемоглобин переносит О₂ и СО₂ , фибриноген обусловливает свертывание крови, нуклеопротеиды обеспечивают передачу наследственных признаков. Велико значение белков в водном обмене. Ф. Энгельс определял жизнь как форму существования белковых тел, существеннейшей чертой которой является обмен веществ.

mirznanii.com

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ — это… Что такое ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ?

обме́н веще́ств и эне́ргии, метаболизм, совокупность превращений веществ и энергии в организме, обеспечивающих его жизнедеятельность. Ф. Энгельс, определяя жизнь, указывал, что её важнейшее свойство — постоянный обмен веществ с окружающей природой, с прекращением которого прекращается и жизнь. О. в. и э. — специфический и непременный признак жизни. Значение О. в. и э. заключается в восстановлении распадающихся в организме и теряемых им веществ, необходимых для построения всех его структурных элементов, и в обеспечении жизненных функций организма энергией. Образующаяся в процессе обмена веществ энергия используется для поддержания температуры тела, совершения работы, роста и развития организма и обеспечения структуры и функции всех клеточных элементов. Таким образом, обмен веществ и превращение энергии неразрывно связаны между собой и составляют единое целое. О. в. и э. включает два основных, непрерывно связанных между собой процесса — ассимиляцию (анаболизм) и диссимиляцию (катаболизм). Ассимиляция — совокупность химических реакций, приводящих к использованию и переработке веществ, поступающих в организм из внешней среды, и образованию из них сложных химических соединений, входящих в состав цитоплазмы клеток и тканей; связана с потреблением энергии. Диссимиляция заключается в распаде веществ, входящих в состав клеток и поступивших извне, на более простые соединения, которые затем выделяются в окружающую среду как продукты жизнедеятельности. Биохимические реакции О. в. и э. происходят в субклеточных структурах в определённой последовательности и осуществляются с помощью ферментов.

О. в. и э. включает 3 этапа:
1) превращение пищевых веществ в пищеварительных органах (см. Пищеварение) и всасывание;
2) промежуточный обмен, включающий процессы ассимиляции и диссимиляции веществ в тканях организма;
3) образование и выделение конечных продуктов обмена из организма с мочой, калом, выдыхаемым воздухом и т. д. Количество энергии, выделяемой на каждом этапе О. в. и э., различно. На 1-м этапе происходит расщепление составных частей пищи — белков до аминокислот, углеводов до глюкозы, липидов до свободных жирных кислот и глицерина; выделение энергии происходит в незначительных количествах — 0,6% энергии белков и углеводов, около 1% энергии липидов. 2-й этап — окисление веществ, образовавшихся на 1-м этапе, до ацетилкоэнзима-A, α-кетоглутаровой и щавелевоуксусной кислот. При этом освобождается ¹/₃ всей энергии, заключённой в питательных веществах. 3-й этап сопровождается окислением ацетилкоэнзима-A в цикле трикарбоновых кислот до конечных продуктов обмена — CO₂ и H₂O. Этот этап характеризуется освобождением ¹/₃ всей энергии питательных веществ. 40% энергии, образовавшейся в процессе обмена веществ, превращается в теплоту и свыше 60% используется для синтеза макроэргических соединений. Соотношение между количеством энергии, поступившей с питательными веществами корма, и количеством энергии, отдаваемой во внешнюю среду, называется энергетическим балансом организма. Определение этого баланса имеет большое теоретическое и практическое значение, особенно для расчёта кормовых рационов. Коэфф. полезного действия реакций О. в. и э. выражается количеством энергии, которое при данной температуре может быть превращено в работу. Для каждого организма характерен так называемый основной обмен, под которым подразумевают то минимальное количество энергии, которое необходимо при полном покое организма. Основной обмен определяют для оценки типа О. в. и э. и физиологических норм кормления.

Приспособление уровня обменных процессов к нуждам организма осуществляется регуляторными системами, которые включают автоматическую регуляцию на уровне внутренней среды клетки при помощи механизмов субклеточных структур (важную роль в О. в. и э. клетки играют биологические мембраны), эндокринную (см. Гормоны) и нервную регуляции (см. Нейрогуморальная регуляция).

Важное место в О. в. и э. занимают витамины, минеральные вещества, в том числе микроэлементы. Витамины участвуют в ферментативных реакциях в составе коферментов, например производное витамина B₁ — тиаминпирофосфат — служит коферментом при окислительном декарбоксилировании α-кетокислот. Важную роль в минеральном обмене играют Na, K, Ca, P и другие неорганические соединения. Fe входит в состав гемоглобина и миоглобина. Для активности ферментов необходимы микроэлементы (Cu, Mn, Mo, Zn и др.). Контроль за ходом О. в. и э. лежит в основе ранней биохимической диагностики многих болезней сельскохозяйственных животных. Разработано большое количество методов исследования, которые позволяют проводить анализ микроколичества биологических субстратов с применением экспресс-методов и быстродействующей автоматической аппаратуры. См. также Азотистый обмен, Жировой обмен, Углеводный обмен.

Литература:
Топарская В. Н., Физиология и патология углеводного, липидного и белкового обмена, М., 1970;
Комаров Ф. И., Коровкин Б. Ф., Меньшиков В. В., Биохимические исследования в клинике, Л., 1976;
Држевецкая И. А., Основы физиологии обмена веществ и эндокринной системы, М., 1977.

Ветеринарный энциклопедический словарь. — М.: «Советская Энциклопедия». Главный редактор В.П. Шишков. 1981.

veterinary.academic.ru

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ — МЕТАБОЛИЗМ — Медицинская энциклопедия

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ (метаболизм) — совокупность процессов химических превращений веществ и энергии в живых организмах и обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой.

Обмен веществ и энергии представляет собой основу жизнедеятельности и является важнейшим специфическим признаком живой материи, отличающим живое от неживого. Сущностью его является диалектическое единство процессов непрерывного поступления в организм извне различных органических и неорганических соединений, их усвоения, изменения и выведения в окружающую среду образовавшихся продуктов распада. Ф. Энгельс, определяя жизнь как способ существования белковых тел, отмечал, что существенным моментом «является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой».

Для каждого вида животных характерен свой особый тип обмена, который зависит от наследственных свойств, пола, возраста, условий существования и т. д. Совокупность химических превращений различных веществ с момента их поступления в кровь и до образования конечных продуктов распада называется промежуточным обменом веществ и энергии, или промежуточным метаболизмом.

Промежуточный обмен происходит в основном внутриклеточно, поэтому термины «промежуточный», «межуточный» или «внутриклеточный» обмен обозначают одно и то же. В основе промежуточного обмена веществ и энергии лежат противоположно направленные ферментативные процессы, тесно связанные друг с другом и взаимообусловленные. Эти процессы называют ассимиляцией (анаболизмом) и диссимиляцией (катаболизмом).

Ассимиляция представляет собой синтез из более простых соединений, образующихся при переваривании веществ пищи, крупномолекулярных клеточных компонентов, таких как нуклеиновые кислоты, белки, липиды (жиры и жироподобные вещества) и др.

Диссимиляция — это ферментативное расщепление крупных молекул (у высших организмов осуществляемое, как правило, окислительным путем), сопровождающееся освобождением энергии, заключенной в химических связях больших молекул органических веществ.

Высвобождающаяся энергия используется для всех процессов жизнедеятельности: сокращения мышц, проведения нервных импульсов, поддержания температуры тела, различных процессов синтеза, всасывания и секреции, поддержания физиологических концентраций органических и неорганических ионов по обе стороны клеточной мембраны (внутри и вне клетки) и др.

Благодаря процессам обмена веществ и энергии происходит перестройка поступающих пищевых веществ в соединения, характерные для данного организма и используемые как строительный или энергетический материал. Обмен веществ и энергии способствует постоянному, непрерывному обновлению органов и тканей без изменения их химического состава.

Основные классы веществ (белки, жиры, углеводы и др.) играют различную роль в процессах обмена.

Белки используются организмом в основном в качестве строительного (пластического) материала, углеводы и жиры — в качестве материалов для покрытия энергетических затрат.

Углеводы являются основным источником энергии в организме, т. к. при их превращении образуется более половины всей энергии, необходимой организму.

Обмен веществ и энергии можно условно разделить на следующие ступени:

1. пищеварение — расщепление в жел.-киш. тракте под действием пищеварительных ферментов (пепсина, трипсина, химотрипсина и др.) сложных составных частей пищи до низкомолекулярных соединений общих для обмена разных веществ, способных усваиваться организмом и представляющих собой как бы узловые станции, соединяющие разные пути метаболизма;
2. всасывание в кишечнике и поступление в кровь продуктов пищеварения и доставка их к различным органам и тканям;
3. построение из доставленных веществ соединений, характерных (или, как их называют, специфических) для данного организма;
4. расщепление таких соединений с образованием промежуточных и конечных продуктов обмена;
5. выведение из организма конечных продуктов обмена.

Процессы биосинтеза и расщепления происходят в клетках одновременно. Основным путем утилизации энергии, освобождающейся в процессах обмена веществ и энергии, является ее накопление в специальных веществах, так называемых макроэргических (высокоэргических) соединениях, таких как аденозинтрифосфат (АТФ) и другие.

Среди макроэргических соединений АТФ наиболее универсален. Образование АТФ из аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) и неорганического фосфата происходит различными путями, причем энергетическая ценность путей образования АТФ неравнозначна. Расщепление АТФ на АДФ и неорганический фосфат сопровождается выделением 8—10 ккал энергии. Энергия АТФ превращается (трансформируется) в другие формы энергии — механическую, химическую, тепловую и др., переносится на другие соединения, используется на нужды биосинтеза и т. д.

В процессах обмена веществ и энергии важное место занимают витамины, вода и различные минеральные вещества. Чрезвычайно важны для обмена натрий, калий, кальций, фосфор, а также ряд микроэлементов — магний, марганец, цинк, молибден, фтор, кобальт и другие неорганические соединения. Эти вещества принимают участие в биоэлектрических (проведение нервного импульса) и осмотических процессах в клетках, входят в состав зубов, костей, необходимы для действия многих ферментов и дыхательных пигментов (например, гемоглобина).

В процессе жизнедеятельности уровень обмена веществ и энергии не бывает постоянным, благодаря чему организм приспосабливается к меняющимся условиям существования. Достигается это согласованностью и слаженностью процессов обмена, которые являются результатом пластичной и строго координированной работы всех механизмов, участвующих в нем как на уровне клетки, так и в органах и тканях. Этим определяется характерны и для данного организма уровень обмена веществ и энергии, складывающийся в процессе исторического развития (филогенеза} и направляемый механизмами наследственности при постоянном взаимодействии с окружающей средой.

При изменении условий включаются регуляторные механизмы, изменяющие процесс обмена веществ и энергии в требуемом для организма направлении. Так, в анаэробных условиях (т. е. при отсутствии кислорода) процесс окислительного фосфорилирования сменяется гликолизом. Наоборот, при повышении содержания кислорода в тканях гликолиз тормозится и усиливаются процессы окислительного фосфорилирования.

Регуляция обмена веществ и энергии в клетках и тканях осуществляется путем определенного воздействия на ферментативные реакции, на механизмы регуляции синтеза и активности ферментов. Обменные процессы в клетке могут саморегулироваться по так называемому типу обратной связи. Например, количество АТФ в клетке, образуемое при окислительном фосфорилировании, определяет интенсивность этого процесса. Если синтез АТФ преобладает над его потреблением, процесс окислительного фосфорилирования тормозится, и наоборот.

Важная роль в регуляции обмена веществ и энергии в клетках и тканях принадлежит биологическим мембранам, которые контролируют интенсивность поступления в клетку и выхода из нее различных соединений.

Главной, координирующей формой регуляции обмена у человека и животных является нервно-гормональная регуляция ферментативных реакций, лежащих в основе метаболизма. Например, при значительном понижении содержания сахара в крови усиливается выделение адреналина, влияющего на ферментативные механизмы, катализирующие распад гликогена и образование глюкозы. При избытке сахара в крови усиливается секреция инсулина, который тормозит процесс расщепления гликогена в печени. Инсулин усиливает потребность периферических тканей (мышц, центральной нервной системы и др.) в глюкозе, вследствие чего уменьшается поступление ее в кровь.

Центральная и вегетативная нервные системы обеспечивают нервную регуляцию процессов обмена. Эта регуляция осуществляется непосредственно (трофические влияния) или через гормоны, секретируемые железами внутренней секреции.

Любое заболевание человека сопровождается нарушениями обмена веществ и энергии, которые особенно отчетливо проявляются при расстройствах функций нервной системы и желез внутренней секреции.

Обмен веществ и энергии нарушается при неправильном питании — избыточном, недостаточном или качественно неполноценном. Общее нарушение обмена веществ и энергии, обусловленное изменением интенсивности окислительных процессов, проявляется сдвигами в основном обмене.

Основной обмен (обмен веществ в покое) — это то количество тепла, которое образуется при минимальной интенсивности процессов обмена веществ у человека в условиях полного покоя.

При обследовании в клинике очень часто определяют интенсивность основного обмена (в состоянии физического и психического покоя, утром, натощак) с помощью специальной аппаратуры. В норме основной обмен составляет у молодых мужчин 1300—1600 ккал в сутки, у женщин величина основного обмена на 10—15% ниже, чем у мужчин. С возрастом основной обмен снижается; у людей, занимающихся тяжелым физическим трудом, он может возрастать до 2000 ккал в сутки.

Основной обмен повышается при заболеваниях, связанных с усилением функции щитовидной железы, и понижается при заболеваниях, обусловленных недостаточной функцией этой железы (см. Зоб диффузный токсический), а также при снижении функции гипофиза, надпочечников, половых желез и при общем голодании.

Выделяют нарушения белкового, жирового, углеводного, минерального и водно-солевого обмена. Однако все виды обмена веществ взаимосвязаны, и деление является условным.

Нарушения обмена веществ и энергии проявляются в изменении взаимодействия и превращения различных соединений, избыточном накоплении промежуточных продуктов метаболизма, в неполном или чрезмерном их выделении и извращении течения различных процессов с образованием веществ, чуждых нормальному организму.

Диагностика нарушений обмена веществ и энергии основывается на исследовании газообмена, соотношений между количеством поступающих веществ и их выделением из организма, определением химического состава крови, мочи и др.

Лечение нарушений обмена направлено главным образом на устранение их причин или на лечение основного заболевания, которое сопровождается изменением обмена веществ и энергии.

---

Медицинская энциклопедия

dikarka.ru

Обмен веществ и энергии в организме

Обмен веществ представляет собой сложный процесс превращений веществ в организме, обеспечивающий его рост, развитие, деятельность и жизнь в целом.

Ф. Энгельс определял обмен веществ как основной признак жизни, отмечая при этом, что с прекращением обмена веществ, прекращается и жизнь.

Обмен веществ непрерывно протекает во всех клетках, тканях и системах организма.

Исследования, проведенные с помощью меченых атомов и других современных методов исследования, показали, что обмен веществ, протекает одинаково интенсивно как в плазме клетки, так и в ее ядерной структуре, в том числе и в хромосомах.

Посредством обмена веществ обеспечивается восприятие веществ, поступающих из внешней среды, и превращение их в организме в вещества самого организма. Кроме того, посредством обмена веществ организм обеспечивается энергией, необходимой для его жизнедеятельности. Посредством обмена веществ восстанавливается потеря воды в организме (водный обмен), удовлетворяется потребность в минеральных веществах (минеральный обмен), а также возмещается распад органических веществ и обеспечивается поступление органических веществ, необходимых для синтетических процессов (пластический обмен).

Обмен веществ состоит из двух взаимно противоположных, параллельно протекающих процессов. Первый из них — катаболизм, или диссимиляция, включает реакции, связанные с распадом веществ, их окислением и выведением из организма продуктов распада. Второй важнейший процесс обмена веществ — анаболизм, или ассимиляция, объединяет все реакции, связанные с синтезом необходимых веществ, их усвоением и использованием для роста, развития и жизнедеятельности организма.

Посредством обмена веществ и неразрывной взаимосвязи процессов диссимиляции и ассимиляции осуществляется взаимодействие организма с внешней средой. Это взаимодействие является важнейшим и постоянным условием, определяющим жизнь. Сочетание катаболических и анаболических процессов обеспечивает постоянное обновление состава тела, которое в связи с этим находится в динамическом состоянии постоянной перестройки и обновления.

Вещество живого тела не является покоящимся и неизменным; оно подвергается непрерывному распаду и синтезу, в результате которых обеспечивается высокий уровень обновления клеточных и тканевых структур. Процессы диссимиляции и ассимиляции, их взаимное соотношение и взаимосвязь составляют сущность обмена веществ, а следовательно, и сущность жизни. В этом отношении знаменательны слова И. М. Сеченова, который говорил: «проследить судьбу пищевых веществ в организме значит познать сущность жизненных процессов во всей их совокупности».

В нормальных условиях у взрослого человека процессы ассимиляции и диссимиляции протекают в объеме, обеспечивающем относительное равновесие обмена веществ, характеризующееся постоянством веса тела.

Процессы ассимиляции и диссимиляции в живом организме объединены в единое целое. Они согласованы между собой, организованы по времени и образуют целостную систему, обеспечивающую сохранение живого тела и его нормальную функциональную способность.

Обмен веществ и энергии в процессе жизнедеятельности подвергается изменениям, соответственно создающимся условиям и изменяющимся потребностям организма. Сложная система регуляторных механизмов обеспечивает при этом необходимый уровень интенсивности процессов ассимиляции и диссимиляции соответственно состоянию организма. Обмен веществ в тканях регулируется на клеточном и молекулярном уровнях, на основе саморегулирования. Что же касается целостного организма, то здесь регулирование обмена веществ осуществляется на основе гуморальной и нервной регуляции. В регулировании обмена веществ принимают участие многие гормоны. На белковый обмен существенное влияние оказывает гормон щитовидной железы — тироксин. На углеводный обмен регулирующее влияние оказывают гормон надпочечников — адреналин и гормон поджелудочной железы — инсулин.

Особенно многообразному влиянию подвергается жировой обмен, в регулировании которого участвуют гормоны поджелудочной и щитовидной желез, гипофиза, надпочечников. В регулировании обмена веществ ведущая роль принадлежит центральной нервной системе, которая осуществляет свое координирующее влияние на обмен веществ посредством гормонов. В торможении и активировании секреции гормонов четко определена важность роли нервной системы. Нервная регуляция обмена веществ осуществляется вегетативной нервной системой прямым и косвенным путем.

Прямая нервная регуляция предусматривает местное непосредственное, трофическое действие на обмен веществ, в тканях и органах. Косвенная нервная регуляция проявляется воздействием нервной системы на железы внутренней секреции, усиливая или тормозя гормонообразование и поступление гормонов в кровь.

Скорость химических реакций обмена веществ, их согласованность и последовательность регулируются также деятельностью ферментных и ряда других регуляторных систем, особенно нервной системы.

Некоторые вещества, например креатин, глюкоза, способны повышать интенсивность окислительных процессов. Особенно выраженное действие на обмен веществ оказывает тироксин, который, воздействуя на структуру митохондрий, повышает интенсивность окислительных процессов. Необходимо отметить, что любой гормон, воздействуя на ту или иную систему и функцию, в то же время оказывает влияние на обмен веществ.

В различные возрастные периоды может изменяться программа обмена веществ. В нормальных условиях у взрослого человека процессы диссимиляции и ассимиляции протекают в объеме, обеспечивающем относительное равновесие обмена веществ. Однако в различные возрастные периоды программа обмена веществ может несколько изменяться. Эти изменения тем более возможны, что деятельность ферментов с одинаковой энергией может происходить как в направлении интенсификации процессов ассимиляции и диссимиляции, так и в сторону их ослабления, задержки и торможения.

Так, в молодом возрасте, примерно до 25 лет, когда процессы роста и развития еще не завершены, обмен веществ характеризуется некоторым преобладанием процессов ассимиляции над процессами диссимиляции. При этом можно рассматривать действующую программу обмена как белковую программу, направленную к полному удовлетворению всех синтетических потребностей, связанных с ростом, пластическими и другими структурными процессами, протекающими в организме в этот возрастной период. В среднем возрасте (25-60 лет) в обмене веществ отмечается некоторое равновесие, при котором интенсивность и объем процессов диссимиляции и ассимиляции примерно равны. В этом возрастном периоде, достаточно продолжительном, процессы роста и развития организма завершены и действовавшая в молодом возрасте белковая программа обмена веществ начинает постепенно (к 40 годам) заменяться «жировой» программой, при которой преобладают синтетические процессы, связанные с образованием нейтрального жира.

Программа обмена веществ после 60 лет характеризуется некоторым преобладанием процессов диссимиляции над процессами ассимиляции. Такое программирование обмена веществ может рассматриваться как переход к старости с прогрессирующим соответственно возрасту ослаблением ассимиляционных процессов, с одновременным нарастанием и интенсификацией процессов диссимиляции, сопровождаемых ослаблением функциональных возможностей различных систем организма. Приведенные данные о естественном возрастном программировании обмена веществ, весьма относительны и строго индивидуальны. У разных людей те или иные изменения обмена веществ могут наступать в различные возрастные периоды.

Под влиянием различных экзогенных и эндогенных факторов возможны нарушения обмена веществ. Они весьма многообразны и выражаются в недостаточном усвоении или избыточном накоплении веществ, изменении взаимодействия веществ и характера их превращений, накоплении промежуточных продуктов обмена, в образовании веществ, не свойственных нормальному обмену. Нарушения обмена веществ лежат в основе любого патологического процесса. Они особенно выражены при расстройствах трофической и регуляторной функций нервной системы и контролируемых ею эндокринных систем. К нарушениям обмена веществ приводит недостаточное или избыточное в количественном отношении питание, а также питание, неполноценное в биологическом отношении. Выражением нарушений обмена, возникающих при этом, является развитие таких состояний, как алиментарная дистрофия, маразм, ожирение.

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

Пищевые вещества — белки, липиды, полисахариды и другие высокомолекулярные соединения — подвергаются в пищеварительном тракте гидролитическому расщеплению на более простые низкомолекулярные соединения. Последние, поступая в кровь и в ткани, подвергаются дальнейшим превращениям — аэробному окислению, окислительному фосфорилированию. В процессе этих превращений наряду с окислением до CO₂ и H₂O происходит использование продуктов окисления для синтеза аминокислот и других важных метаболитов. Аэробное окисление, таким образом, сочетает в себе элементы распада и синтеза и является связующим звеном в этих взаимно противоположных процессах в обмене белков, жиров, углеводов и других веществ.

Продукты расщепления пищевых веществ в пищеварительном тракте — аминокислоты белков, жирные кислоты жиров, моносахариды углеводов — вместе с аналогичными веществами, образовавшимися в органах и тканях, составляют «метаболический фонд», постоянно используемый организмом для биосинтеза и формирования новых структурных образований, а также для удовлетворения потребности в энергии.

Распад веществ, поступивших из внешней среды, происходящий в организме в результате диссимиляции, сопровождается выделением энергии, составляя энергетику обмена.

В промежуточном обмене веществ в результате аэробного окисления и сочетающегося с ним окислительного фосфорилирования происходит освобождение химической энергии. Примерно половина ее (40-50%) аккумулируется в макроэргических соединениях, составляя «энергетический фонд», который используется для синтеза высокоэргических соединений (нуклеозидтрифосфат, аденозинтрифосфорная кислота). Гидролитическое расщепление АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) на АДФ (аденозиндифосфорная кислота) сопровождается освобождением тепла. Половина всей химической энергии, освобождающейся в процессе обмена веществ, превращается в тепло. Таким образом, в обмене веществ сочетаются две стороны — энергетическая, обеспечивающая все области активной и пассивной деятельности, и пластическая, обеспечивающая рост новых тканей и регенерацию отживших клеток и тканевых элементов.

www.pravilnoe-pokhudenie.ru