Характеристика обменных процессов

Обмен веществ и энергии – основа процессов жизнедеятельности организма. В организме человека, в его органах, тканях, клетках идет непрерывный процесс синтеза, т. е. образования сложных веществ из более простых. Одновременно с этим происходит распад, окисление сложных органических веществ, входящих в состав клеток организма.

Работа организма сопровождается непрерывным его обновлением: одни клетки погибают, другие их заменяют. У взрослого человека в течение суток гибнет и заменяется 1/20 часть клеток кожного эпителия, половина всех клеток эпителия пищеварительного тракта, около 25 г крови и т. д. Рост и обновление клеток организма возможны только случае непрерывного поступления в организм кислорода и питательных веществ. Питательные вещества являются именно тем строительным и пластическим материалом, из которого строится организм.

Для непрерывного обновления, построения новых клеток организма, работы его органов и систем – сердца, желудочно-кишечного тракта, дыхательного аппарата, почек и другого, для совершения человеком работы нужна энергия. Эту энергию человек получает при распаде и окислении в процессе обмена веществ. Следовательно, питательные вещества, поступающие в организм, служат не только пластическим строительным материалом, но и источником энергии, необходимой для нормальной жизнедеятельности организма.

Таким образом, под обменом веществ понимают совокупность изменений, которые претерпевают вещества от момента их поступления в пищеварительный тракт и до образования конечных продуктов распада, выделяемых из организма.

Анаболизм и катаболизм. Обмен веществ, или метаболизм, является тонко согласованным процессом взаимодействия двух взаимно противоположных процессов, протекающих в определенной последовательности. Анаболизмом называют совокупность реакций биологического синтеза, требующих затрат энергии. К анаболическим процессам относятся биологический синтез белков, жиров, липоидов, нуклеиновых кислот. За счет этих реакций простые вещества, поступая в клетки, с участием ферментов вступают в реакции обмена веществ и становятся веществами самого организма. Анаболизм создает основу для непрерывного обновления износившихся структур.

Энергия для анаболических процессов поставляется реакциями катаболизма, при которых происходит расщепление молекул сложных органических веществ с освобождением энергии. Конечными продуктами катаболизма являются вода, углекислый газ, аммиак, мочевина, мочевая кислота и др. Эти вещества недоступны для дальнейшего биологического окисления в клетке и удаляются из организма.

Процессы анаболизма и катаболизма неразрывно связаны. Катаболические процессы поставляют для анаболизма энергию и исходные вещества. Анаболические процессы обеспечивают построение структур, идущих на восстановление отмирающих клеток, формирование новых тканей в связи с процессами роста организма; обеспечивают синтез гормонов, ферментов и других соединений, необходимых для жизнедеятельности клетки; поставляют для реакций катаболизма подлежащие расщеплению макромолекулы.

Все процессы метаболизма катализируются и регулируются ферментами. Ферменты являются биологическими катализаторами, которые «запускают» реакции в клетках организма.

Превращение веществ. Химические превращения пищевых веществ начинаются в пищеварительном тракте, где сложные вещества пищи расщепляются до более простых (чаще всего мономеров), способных всосаться в кровь или лимфу. Вещества, поступившие в результате всасывания в кровь или лимфу, приносятся в клетки, где и претерпевают главные изменения. Образовавшиеся из поступивших простых веществ сложные органические соединения входят в состав клеток и принимают участие в осуществлении их функций. Превращения веществ, происходящие внутри клеток, составляют существо внутриклеточного обмена. Решающая роль во внутриклеточном обмене принадлежит многочисленным ферментам клетки, которые разрывают внутримолекулярные химические связи с высвобождением энергии.

Главное значение в энергетическом обмене имеют реакции окисления и восстановления. При участии специальных ферментов осуществляются также и другие типы химических реакций, например реакции переноса остатка фосфорной кислоты (фосфорилирование), аминогруппы NH2 (переаминирование), группы метила СН3 (трансметилирование) и др. Освобождающаяся при этих реакциях энергия используется для построения новых веществ в клетке, на поддержание жизнедеятельности организма.

Конечные продукты внутриклеточного обмена частично идут на построение новых веществ клетки, неиспользуемые клеткой вещества удаляются из организма в результате деятельности органов выделения.

АТФ. Основным аккумулирующим и переносящим энергию веществом, используемым при синтетических процессах как клетки, так и всего организма, является аденозинтрифосфорная кислота, или аденозинтрифосфат (АТФ). В состав молекулы АТФ входят азотистое основание (аденин), сахар (рибоза) и фосфорная кислота (три остатка фосфорной кислоты). Под влиянием фермента АТФазы в молекуле АТФ разрываются связи между фосфором и кислородом и присоединяется молекула воды. Это сопровождается отщеплением молекулы фосфорной кислоты. Отщепление каждой из двух концевых фосфатных групп в молекуле АТФ протекает с выделением больших количеств энергии. Вследствие этого две концевые фосфатные связи в молекуле АТФ получили название богатых энергией связей, или макроэргических.