Обмен веществ и энергии. Питание.

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. Взаимная связь основных функ­циональных элементов метаболизма представлена на рис. 10.1.

На схеме видно, что взаимосвязь процессов катаболизма и ана­болизма основывается на единстве биохимических превращений, обеспечивающих энергией все процессы жизнедеятельности и по­стоянное обновление тканей организма. Движущей силой жизнеде­ятельности служит катаболизм. Сопряжение анаболических и ката-

447

Рис.10.1. Схема основных функциональных блоков метаболизма клетки (пояснения в тексте)

болических процессов могут осуществлять различные вещества, но главную роль играют АТФ, НАДФ-Н. В отличие от других посред­ников метаболических превращений АТФ циклически рефосфорили-руется, а НАДФ • Н — восстанавливается.

Обеспечение энергией процессов жизнедеятельности осуществля­ется за счет анаэробного и аэробного катаболизма поступающих в организм с пищей белков, жиров и углеводов. В ходе анаэробного сбраживания глюкозы (гликолиза) или ее резервного субстрата гли­когена (гликогенолиза) превращение 1 моля глюкозы в 2 моля лак-тата приводит к образованию 2 молей АТФ. Энергии, образующейся в ходе анаэробного обмена, недостаточно для осуществления про­цессов жизнедеятельности животных организмов. За счет анаэроб­ного гликолиза могут удовлетворяться лишь ограниченные кратко­временные энергетические потребности клетки. Известно, напри­мер, что зрелый эритроцит млекопитающих полностью удовлетворяет свои энергетические нужды за счет гликолиза.

В организме животных и человека в процессе аэробного обмена почти все органические вещества, в том числе продукты анаэроб­ного обмена, полностью распадаются до СО₂ и Н₂О. Общее коли­чество молекул АТФ, образующихся при полном окислении 1 моля глюкозы до СО₂ и Н₂О, составляет 25,5 молей. При полном окис­лении молекулы жиров образуется большее количество молей АТФ, чем при окислении молекулы углеводов. Так при полном окислении 1 моля пальмитиновой кислоты образуется 91,8 молей АТФ. Коли­чество молей АТФ, образующихся при полном окислении амино­кислот и углеводов, примерно одинаково. АТФ играет в организме

448

роль внутренней "энергетической валюты", переносчика и аккумуля­тора химической энергии.

Основным источником энергии восстановления для реакции био­синтеза жирных кислот, холестерина, аминокислот, стероидных гор­монов, предшественников синтеза нуклеотидов и нуклеиновых кис­лот является НАДФ • Н. Образование этого вещества осуществляется в цитоплазме клетки в процессе фосфоглюконатного пути катабо­лизма глюкозы. При таком расщеплении 1 моля глюкозы образуется 12 молей 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 ката-болических 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.