что такое метаболизм в биологии
МЕТАБОЛИЗМ — что это. Как ускорить метаболизм
Многие люди не задумываются над тем, насколько сложен наш организм. Среди разнообразных процессов, протекающих в теле человека, нельзя забывать о том, что такое метаболизм, ведь благодаря ему живые существа, в том числе и человек, могут поддерживать свои жизненные функции — дыхание, размножение и другие. Нередко от метаболизма зависят общее самочувствие и вес человека.
Что такое метаболизм в организме человека?
Чтобы понять, что такое метаболизм в организме, нужно разобраться в его сути. Метаболизм – научный термин, обозначающий обмен веществ. Это совокупность химических процессов, благодаря которым потребляемая пища превращается в тот объем энергии, который необходим живому существу для поддержания жизненных функций. Данный процесс происходит при участии специальных ферментов, способствующих перевариванию и усвоению жиров, углеводов и белков. Для человека он играет важнейшую роль, потому что участвует в процессах роста, дыхания, размножения, регенерации тканей.
Метаболизм и катаболизм
Зачастую, чтобы сохранить здоровье и не беспокоиться о проблеме лишнего веса, важно в процессе жизнедеятельности соблюдать баланс между потребляемой и затраченной энергией. С научной точки зрения это объясняется тем, что метаболические процессы состоят их двух этапов:
При этом два вышеупомянутых процесса находятся в неразрывной связи друг с другом. Во время катаболизма выделяется энергия, которая впоследствии может быть направлена на функционирование анаболических процессов, что приведет к синтезу необходимых веществ и элементов. На основе написанного можно сделать вывод, что одно рассматриваемое понятия вытекает из второго.
Нарушение метаболизма — симптомы
Часто ускоренный, или, наоборот, замедленный метаболизм, может быть причиной некоторых изменений в работе организма. Чтобы не допустить подобной ситуации, важно вести здоровый образ жизни, отказаться от вредных привычек и прислушаться к собственному организму. Медленный или быстрый метаболизм может проявляться в виде следующих симптомов:
Подобные признаки, помимо изменения метаболических процессов, могут свидетельствовать о серьезных проблемах со здоровьем. Поэтому важно вовремя обратиться за консультацией к врачу. Возможно, могут потребоваться дополнительное обследование и сдача анализов для выявления точного диагноза и постановки верного лечения.
Типы метаболизма
Мало знать, что такое процессы метаболизма, важно разбираться в его типах:
Как разогнать метаболизм?
Бытует мнение, что чем быстрее обмен веществ, тем меньше проблем возникает с массой тела. Как ускорить метаболизм для похудения? Существует ряд методов – различные диеты, травяные настои, витаминные комплексы и лечебные препараты, но не всегда они надежны, так как вес человека зависит не только от метаболизма. Не стоит забывать об особенностях организма и физической активности. Важно помнить, что ускоренный метаболизм может быть симптомом проблем со здоровьем.
Продукты, ускоряющие метаболизм
Задумываясь над тем, как повысить метаболизм, многие люди для своего рациона выбирают определенные продукты. Иногда рекомендуют принимать пищу небольшими порциями несколько раз в день и не забывать об употреблении воды. Часто подобное меню включает:
Напитки для ускорения метаболизма
Иногда ускорение метаболизма может вызвать употребление некоторых напитков. Помимо жидкой диеты нельзя забывать о полноценном питании и умеренных физических нагрузках. В качестве напитков рекумендуется принимать:
Видео: Что такое метаболизм
Витамины для метаболизма и жиросжигания
Вопрос, как ускорить метаболизм в организме, лучше задавать врачу. Это связано с тем, что любое постороннее вмешательство может негативно сказаться на организме человека. После обследования и постановки точного диагноза в качестве лечения может быть назначена диета и прием дополнительных витаминов, таких, например, как:
Препараты, улучшающие метаболизм
Иногда, при появлении мыслей о том, как улучшить метаболизм и похудеть, возникает желание использования всевозможных препаратов. Большую популярность среди них приобрели БАДы из серий «Турбослим» и «Лида», которые имеют ряд противопоказаний:
Любые препараты стоит принимать только после консультации врача и уточнения диагноза. Бесконтрольный прием таких средств может негативно отразиться на здоровье пациента, и разгон метаболизма останется малозначимой проблемой. В качестве назначений иногда используются стимуляторы, анаболики и другие сильные лекарства, поэтому важно учитывать наличие противопоказаний и побочных эффектов:
Травы для ускорения метаболизма
В качестве способа изменения скорости метаболических процессов иногда используют всевозможные травяные настои и отвары. При этом важно учитывать отсутствие аллергии, проблем со здоровьем и других особенностей организма, говорящих о том, что перед употреблением травяных настоев лучше проконсультироваться с врачом. Травы ускоряющие метаболизм, могут быть следующими:
Видео: КАК ВОССТАНОВИТЬ МЕТАБОЛИЗМ / реверсивная диета
Упражнения для ускорения метаболизма
Помимо правильного питания и витаминных комплексов для ускорения обмена веществ иногда рекомендуют спортивные упражнения. Как улучшить метаболизм с помощью физических нагрузок? Полезными будут:
Как замедлить метаболизм и набрать вес?
Задумываясь над тем, как замедлить метаболизм, важно помнить, что подобные действия не всегда будут полезны для здоровья человека, даже если это необходимо при наборе веса. Существует несколько рекомендаций, выполнений которых может дать возможность некоторого уменьшения скорости метаболических процессов, но отсутствие медицинского контроля при их выполнении может вызвать негативные последствия:
Видно, что эти рекомендации в основном противоречат принципам правильного полноценного питания, поэтому они могут быть применимы в самых крайних случаях по рекомендации врача. Не стоит забывать о наследственных факторах, которые могут сказаться на результате желанного набора веса после снижения темпов обмена веществ.
Любому человеку полезно будет знать, что такое метаболизм, или обмен веществ, каковы его особенности и от чего он зависит. С ним напрямую связаны жизненно важные процессы организма, поэтому, наблюдая у себя какие-либо признаки нарушения обмена веществ, важно не предпринимать самостоятельных действий без консультации врача.
Метаболизм веществ: как он происходит, способы нормализации
Обменные биохимические реакции протекают в каждом живом организме. При этом вырабатывается тепловая энергия, необходимая для поддержания относительно постоянной температуры тела. Метаболизм веществ — это физические и химические процессы в организме, которые нужны для нормального функционирования и жизнедеятельности — процессов дыхания, кровообращения и нервной функции. Организм вырабатывает энергию из еды, которую употребляет человек. Химические вещества пищеварительной системы расщепляют пищу и преобразуют ее в топливо, которое используется немедленно либо накапливается в тканях.
Энергия, потраченная в течение дня на выживание, называется основной или метаболической скоростью в покое. Контролировать свои обменные процессы не получится, зато можно успешно их стимулировать с помощью физических упражнений или других способов.
Что такое метаболизм
Понятие метаболизм произошло от французского слова «métabolisme», с греч. переводится как «превращение», «изменение». Это сумма биохимических реакций, протекающих на молекулярном уровне. Термин имеет синоним, который употребляется гораздо чаще, — обмен веществ. Благодаря этому процессу существует все живое на земле.
Характеризуется следующими свойствами:
Метаболизм — процесс накопления и распада веществ в результате реакций катаболизма и анаболизма. В биологии под обменными процессами понимаются все внутренние биохимические превращения, от переваривания пищи до устранения остатков.
Термин «скорость метаболизма» показывает количество тепла, которое высвобождается за единицу времени. Химическая энергия — это то, что измеряется в калориях или количество энергии, которое нагревает один грамм воды на один градус Цельсия. Проще проводить измерения в килокалориях (одна ккал = 1000 калорий). Скорость метаболизма человека обычно измеряется в ккал за час или день.
Уровень обмена веществ зависит от таких факторов:
Общий метаболический уровень человека (МУЧ) показывает базовую величину активности, несмотря на расход энергии на другие виды деятельности. Общий уровень обменных процессов сводится к тому, как быстро топливо (например, сахар) расщепляется, чтобы поддерживать работу клеток организма.
Ускорение метаболизма происходит вследствие:
Существуют также факторы, которые могут снизить общий уровень метаболизма.
Причины дисфункции сегмента обмена в организме человека:
История открытия
Метаболизм и метаболические пути ученые исследовали в течени е нескольких веков. Переключились с ранних опытов на животных к анализу обменных реакций (в современной биохимии и молекулярной биологии). Некоторые эксперименты проводились на людях-добровольцах. Механизмы еще не были идентифицированы, и считалось, что мобилизующая энергия возрождает ресурсы тканей.
Краткие исторические факты метаболических исследований:
Исследования последних двух столетий также позволили понять сущность метаболизма лекарств и ксенобиотиков. Клеточный взаимообмен имеет большое значение для всестороннего изучения бактерий, растений и организмов-потребителей.
Биологические молекулы
Структуры, из которых состоят животные, растения и микробы, включают три основных класса молекул: аминокислоты, углеводы и липиды (часто называемые жирами). Большинство метаболических процессов подпадает под несколько основных типов реакций, функции которых заключаются в переносе групп атомов и их соединений в молекулах.
Можно рассмотреть на примерах разных организмов, как запустить процесс метаболизма и биохимических реакций.
Процесс высвобождения энергии на примере живой материи:
Сахар, аминокислоты (строительные блоки белков) и алифатические кислоты ( неароматические углеводороды, например, уксусная или масляная кислоты) при необходимости могут быть использованы организмом в качестве источников энергии.
Основные этапы обменного процесса на клеточном уровне сводятся к образованию энергии, внутреннему и внешнему обмену информацией.
Пошаговые превращения в обменных процессах:
Ферменты — это белковые катализаторы-ускорители биохимических реакций, которые помогают в молекулярных перегруппировках, поддерживая функцию клеток. Способность связывать и изменять формы позволяет ферментам увеличивать скорость реакции.
Энергия соединений способна высвобождаться для использования организмом или накапливания в его тканях, особенно в печени, мышцах и жировых отложениях. Клетки обладают чрезвычайной чувствительностью к температуре и давлению, поэтому им нужны катализаторы, чтобы ускорить метаболические реакции в условиях, при которых клетка сможет выжить.
Пластический и энергетический обмен
В физиологии живых организмов термины окисление и биосинтез заменяются на пластический/ энергетический обмен, где первый вариант обычно описывает процессы, которые разлагают неорганические вещества, а второй относится к метаболизму, в результате которого высвобождается энергия. Ассимиляция и диссимиляция — две противоположные стороны одного и того же обмена питательными веществами и клеточной энергией.
Под ассимиляцией (или пластическим обменом) подразумевается сбалансированный процесс поглощения органических (сахаров, углеводов) и неорганических материалов (азота из почвы) для развития новых клеток.
Термин «Ассимиляция» произошел от латинского слова «assimulo», что буквально означает «создать подобное», то есть клетки с помощью различных веществ образуют живую ткань.
Примеры взаимообменных механизмов:
Диссимиляция (энергетический обмен) — многостадийный сложный процесс, в котором макромолекулярные органические вещества превращаются в простые (органические и неорганические). Организмы этого типа могут делиться на анаэробные и аэробные.
Синтез АТФ проходит в митохондриях и является универсальным. Процессы диссимиляции происходят благодаря органическим веществам (аэробному дыханию) и свободному кислороду с накоплением энергетических молекул АТФ. Выделяется во внешнюю среду углекислота и избыток воды.
В анаэробных организмах, пребывающих в бескислородной среде, последняя стадия диссимиляции по химическому составу немного отличается, но также запасается молекулами АТФ.
Процесс можно рассмотреть в разрезе трех фаз:
Хороший пример — цикл лимонной кислоты, который сворачивает окисление углеродного скелета всех веществ (катаболический путь), но его промежуточные продукты служат субстратами для анаболических путей и используется в синтезе жиросодержащих кислот.
Важные катаболические реакции, происходящие в организме:
Ассимиляция и диссимиляция находятся в неразрывной связи.
Реакция распада ускоряется в двух противоположных процессах благодаря:
Поэтому существенно повышается расход энергии.
Участие органов в обмене
Клетки многих органов играют уникальную роль в промежуточном обмене. Они участвуют в системе гомеостаза (саморегуляции), синтезе различных молекул, в регуляции баланса накопления и высвобождения энергии.
Основные органы-участники обменных механизмов:
Общая схема метаболизма
Чтобы понять сложную систему метаболизм а, нужно рассмотреть схему обмена веществ. На диаграмме беспорядочные линии похожи на карту метро или причудливой печатной платы. Фактически, это основные метаболические пути в эукариотических клетках, составляющих организм человека. Каждая линия — это реакция, а кружок — реагент или продукт.
В метаболической паутине некоторые реакции, сопровождающиеся выделением энергии, могут происходить самопроизвольно. Как человеку постоянно требуется еда, так и клетки нуждаются в притоке энергии, чтобы продолжать свои процессы. Получается, пища — средство для получения энергии, которая используется клетками.
Чтобы понять суть метаболизма, остановимся на двух обменных процессах, которые имеют решающее значение для жизни на Земле: создание и разрушение сахаров.
Пример пути высвобождения энергии в процессе разрушения молекулы сахара (например, из конфеты, которая была съедена на десерт):
Наращивание кристаллической массы глюкозы: фотосинтез
В качестве примера метаболического пути, требующего энергии, можно привести фотосинтез, в результате которого глюкоза накапливает энергию. Растения с помощью солнечного света преобразовывают углекислый газ в молекулы сахара.
Фотосинтез представляет собой:
Поддержка нормальной жизнедеятельности в теле называется гомеостазом. Количество энергии, которое организм сжигает в любой момент времени, измеряется в килоджоулях (кДж) и зависит от скорости метаболизма.
Известны два метаболических состояния: абсорбирующее (сытое, процесс переваривания пищи и поглощения питательных веществ ) и постабсорбционное (после поглощения пищи, кратковременный пост, во время которого организм должен изначально полагаться на хранящийся гликоген).
Состояние «всасывания» продолжается около 4 часов.
Во время абсорбирующего состояния:
Свойства постабсорбционного состояния:
Этапы
Бесчисленные клеточные реакции отвечают за действия живых организмов. Все вместе они образуют обмен веществ. Химические соединения-участники называются метаболитами. В экзогенной реакции энергия высвобождается в окружающую среду (созданные соединения сильнее, чем разрушенные). В эндергонической — энергия впитывается (образующиеся связи слабее, чем раздробленные).
Встречаться термины экзотермические и эндотермические реакции. В первом варианте температура окружающей среды увеличивается, во втором — снижается.
В клетке могут протекать три типа метаболических форм: «ликвидация» (катаболизм), энергетические метаморфозы (видоизменения) и «наращивание» (анаболизм).
Катаболизм
Термин «катаболизм» происходит от греческого слова «ката», что означает движение «вниз».
Процесс разложения сложных органических молекул включает:
Клетки позиционируют себя как весьма опытные переработчики. Они разбирают большие молекулы на простые энергоблоки для строительства новых компонентов.
Примеры катаболического механизма:
Энергетические превращения
Клетки должны сбалансировать свои катаболические и анаболические пути, чтобы контролировать уровень критических метаболитов — тех молекул, которые образуются в результате ферментативной активности — и обеспечивать достаточное количество энергии.
Например, если запасы глюкозы уменьшаются (в случае голодания), клетки будут синтезировать глюкозу из других соединений или отправят жирные кислоты в цикл лимонной кислоты с образованием АТФ. И наоборот, избыток глюкозы превращается в средства хранения, такие как гликоген, крахмалы и липиды. Потребности в энергии обычно отражают калории, отражающие объем тепла, необходимый для увеличения температуры 1 кг воды на 1 °С.
Источники и процессы производства энергии:
Телу энергия необходима для выполнения различных функций и механической работы с изменением местоположения отдельных частей или самой клетки, например, при движении мышц. Кроме того, существует молекулярные комплексы, такие как транспорт и синтез биомолекул.
Выделение энергии наблюдается в результате:
Впитывание солнечной энергии напоминает реакцию окислительного фосфорилирования, так как энергия сберегается в виде запасов, а стремительный поток протонов подталкивает к синтезу АТФ.
Процесс синтезирования детально описывается так:
Анаболизм
Термин «анаболизм» происходит от греческого слова «ана», что означает «вверх». Синтез новых макромолекул происходит по анаболическим путям, которые требуют ввода энергии. Анаболические реакции расходуют энергию, небольшие молекулярные структуры воссоединяются для получения более крупных и сложных молекул углевода, жира и белка.
Анаболизм (конструктивный метаболизм) включает все средства для строительства и сохранения молекулярных связей:
Примером конструктивного обмена является «монтаж» аминокислот в более крупные белковые соединения. Происходит последующий синтез жира и гликогена для применения в качестве энергии. Синтетический процесс получил название «реакция восстановления/конденсации».
Примеры происходящих в клетках анаболических реакций:
Управление реакциями с ферментами является важной частью клеточного содержания. Активность сложных белковых молекул позволяет клетке отвечать на изменяющиеся требования окружающей среды и корректировать свои метаболические пути, необходимые для сохранения жизнеспособности.
Эволюционные процессы
Метаболический путь состоит из продолжительных, многоступенчатых молекулярных реакций, таких как гексокиназная и цикл лимонной кислоты. Эволюционные процессы происходят в организме всех живых существ, а также в простейших клетках-прокариотах, в которых запускаются обменные реакции при участии аминокислот, нуклеотидов, углеводов и липидов.
Вековое сохранение этого древнейшего пути может быть результатом того, что процессы взаимообмена являются оптимальным решением их узкоспецифических проблем. Например, процесс окисления глюкозы при гликолизе и цикл лимонной кислоты производят свои конечные продукты с минимальным количеством стадий. Подобная экономия через определенное время привела к эволюции реакций.
Основные гипотезы, дающие объяснение понятия «метаболический путь»:
Невостребованные функции и части путей, которые не считаются важными для выживания, теряются в процессе эволюции.
Биологическое значение
Живые объекты природы испытывают необходимость в энергии, чтобы развиваться и репродуцировать (воспроизводить потомство), оказывать поддержку структурам и проявлять реакции на воздействующие факторы. Ученые используют термин биоэнергетика, чтобы обсуждать концепцию движения энергии через живые структурные единицы (клетки).
Клеточные процессы (образование/разрушение сложных молекул) происходят благодаря поэтапным химическим реакциям. Иногда такой процесс (клеточный метаболизм) бывает спонтанным и выделяет энергию, дробя сложные углеводы на обычные сахара, или создает из небольших аминокислотных молекул длинную цепь мышечного белка.
Другие молекулы потребляют запасы, чтобы снабдить химической энергией системы организма (мышечные ткани, нервы, сердце, легкие, мозг). Молекулы-сигналы (гормоны, нейротрансмиттеры) синтезируются и распределяются по всему организму.
Энергетические реакции поддерживают биохимические процессы и позволяют:
Энергетические механизмы фотоавтотрофов могут стать возобновляемыми источниками энергии для человечества. Фотоавтотрофы — это организмы, вырабатывающие свою собственную энергию с помощью света и углекислого газа в процессе фотосинтеза. Зеленые растения и фотосинтезирующие бактерии являются примерами такого типа.
Болезни обмена веществ
Врачи уже давно признали важность устранения метаболического дисбаланса и признали его основной причиной заболеваний.
Обменные связи в организме замечены в таких физико-химических процессах, изменяющих или использующих энергию:
Метаболический обмен стабильно работает, но иногда может вызывать нарушения обменных реакций в организме. В широком смысле их считают заболеваниями, спровоцированными отклонением константы равновесия биохимической связи в клетках организма.
Многие патологии у пациентов связаны с:
По прошествии времени могут накапливаться токсичные вещества в организме или проявляться серьезные симптомы, связанные с недостатком веществ.
Метаболические заболевания и состояния, порождаемые дисбалансом веществ:
Тяжелые острые заболевания, такие как хроническая обструктивная болезнь легких, опухоли, иммунодефицитные состояния, деструктивные болезни печени, хронические сердечная недостаточность, характеризуются гиперметаболизмом.
Как ускорить метаболизм без препаратов
Базовый метаболический коэффициент (БМК) человека — это расчет минимального количества калорий, которые нужны для поддержания нормального уровня физической активности. БМК человека отвечает за сжигание до 70 % калорий от общего количества.
Цифра, отвечающая за калорийность, варьируется в зависимости от многих факторов:
Как улучшить пищеварение «знает» БМК человека — величина, служащая для подсчета калорий и способная нормализовать вес: поддержать стройность, ускорить похудение или нарастить мышечную массу. Зависит от комбинации различных экологических и генетических факторов.
Существует множество элементов, которые отрицательно влияют на метаболическую деятельность человека.
Процесс приостанавливается с уменьшением мышечной массы из-за пренебрежения занятиями спортом, а также предрасположенности организма к каннибальному поглощению собственной ткани, так как для поддержки необходимого питания не хватает энергии.
Как ускорить метаболизм в домашних условиях для похудения знают те, кто не является сторонником новомодных диет и мифов о быстром расставании с весом, и, обладая силой воли, активно занимается спортом, придерживаясь здорового образа жизни.
Способы ускорения процесса метаболизма:
Сбалансированный рацион, правильный режим питания и занятия спортом — это не мимолетная фантазия, а стремление к правильному образу жизни, укрепление и забота о здоровье.
Тест-закрепление
Распад глюкозы на диоксид углерода и воду является примером:
Назовите факторы, влияющие на метаболический процесс:
Что из перечисленного не относится к заболеваниям обмена веществ:
Энергия при эндергонической реакции:
Что происходит с энергией при экзергонической реакции:
Примеры анаболических реакций включают в себя:
Видео
Посмотрите видеоролик о том, что такое здоровый метаболизм и какие виды расстройств возможны вследствие его нарушения.
В этом видео показаны способы ускорения метаболических реакций.