Метаболический процесс: понятие, значение. Метаболизм - что это такое? Что же такое метаболизм? Из чего состоит метаболизм

Многих людей, которые следят за своим здоровьем и фигурой, интересует метаболический процесс и его особенности. Это не случайно, ведь его нормальное функционирование способствует хорошему и крепкому здоровью. Нередко также излишний вес и бессонница связаны именно с проблемами в метаболическом процессе. Благодаря нашей статье, вы можете выяснить, что такое метаболизм и как его восстановить.

Метаболический процесс: что это такое? Факторы, связанные с ним

На сегодняшний день, говоря о снижении веса, врачи нередко упоминают термин "метаболизм". Что это такое простым языком? Как именно этот процесс связан с похудением?

Говоря простым языком, метаболизм - веществ, который проходит в теле абсолютно каждого живого существа. Под метаболическим процессом также подразумевают скорость, с которой организм преобразует пищу в энергию. Каждую секунду в нашем теле происходит больше тысячи химических процессов. Их совокупность - это метаболический процесс. Стоит отметить, что у мужчин происходит гораздо быстрее, чем у женщин. Скорость данного процесса напрямую связана не только с гендерной принадлежностью, но и с телосложением того или иного человека. Именно по этой причине у людей, которые имеют лишний вес, обмен веществ замедлен. Еще одни важные факторы, которые влияют на метаболический процесс, - это наследственность и общий гормональный фон организма. В случае если вы заметили, что обмен веществ в вашем теле стал происходить значительно медленнее, причиной этого может быть диета, стресс, физические нагрузки или принятие лекарственных препаратов.

Три разновидности обмена веществ

Вещество и энергия тесно связаны между собой. Именно они являются важными составляющими метаболического процесса. Существует три разновидности обмена веществ:

базовый;
активный;
пищеварительный.

Базовый метаболизм - это та энергия, которую организм расходует на поддержание и нормальное функционирование жизненно важных органов. Именно он обеспечивает работу сердца, легких, почек, пищеварительного тракта, печени и коры головного мозга.

Активный обмен веществ - это энергия, которая необходима для физической активности. Стоит отметить, что чем больше двигается человек, тем быстрее в его организме происходит метаболический процесс.

Пищеварительный метаболизм - это энергия, которая необходима организму для переваривания полученной пищи. Жирные и жареные блюда расщепляются гораздо дольше, чем полезные продукты. Именно по этой причине тем, кто желает снизить вес, но любит побаловать себя выпечкой, газированными напитками и многой другой вредной пищей, необходимо в срочном порядке пересмотреть свой рацион.

Конечные продукты метаболизма

С течением времени конечные продукты обмена веществ и органы, которые отвечают за метаболизм, существенно изменились. Выделительные процессы напрямую связаны с метаболическими. У млекопитающих в теле находится почка третьего типа - метанефрос. Именно она и участвует в образовании конечных продуктов.

Благодаря метаболизму образуются конечные продукты - вода, мочевина и углекислый газ. Все они в дальнейшем выходят из путем. Органы обмена веществ, которые участвуют в процессе выведения из организма конечных продуктов:

почки;
печень;
кожа;
легкие.

Обмен белков в организме

Белок - это один из самых важных компонентов в нашем организме. Он участвует в формировании клеток, тканей, мышц, ферментов, гормонов и многих других важных составляющих нашего тела. Попавшие в организм белки расщепляются в кишечнике. Именно там они превращаются в аминокислоты и транспортируются в печень. За этот важный для человека процесс отвечает метаболизм. Стоит обратить внимание на то, что при употреблении большого количества белков возможно протеиновое отравление. Всемирная организация здравоохранения рекомендует употреблять не более чем 75 грамм на 1 килограмм массы тела в сутки.

Углеводы

Биологические процессы в организме играют важную роль в самочувствии человека. Метаболизм участвует в распаде не только белков, но и углеводов. Благодаря этому в организме образуются фруктоза, глюкоза и лактоза. Как правило, углеводы попадают в тело человека в виде крахмала и гликогена. При длительном углеводном голодании глюкоза попадает в кровь.

Углеводы - это основной источник энергии. При их недостатке у человека существенно снижается работоспособность и ухудшается самочувствие. Именно углеводы являются важным компонентом для нормального функционирования нервной системы. В случае если человек заметил у себя такие признаки, как слабость, головная боль, падение температуры и судороги, то ему необходимо в первую очередь обратить внимание на свой суточный рацион. Именно недостаток углеводов - частая причина плохого самочувствия.

Метаболический синдром

Метаболический синдром - это комплекс нарушений, которые наблюдаются у людей с избыточным весом. Как следствие плохого обмена веществ и ожирения, у человека может развиваться невосприимчивость инсулина. Такое заболевание может быть наследственным или приобретенным. Стоит отметить, что наряду с метаболическим синдромом происходят также и другие изменения в тканях и системах организма. При у пациента может также наблюдаться внутреннее ожирение. Это может стать причиной развития сердечно-сосудистых заболеваний, диабета и атеросклероза. Главной причиной синдрома является Наиболее подвержены ему те люди, которые употребляют фастфуд или едят на ходу. Нередко метаболический синдром встречается и у тех, кто ведет малоподвижный образ жизни. Ученые подтвердили, что избыточный вес напрямую связан с высокой смертностью от всех разновидностей рака.

Для того чтобы диагностировать метаболический синдром, нужно обращать внимание на уровень глюкозы в крови. Самым первым признаком является наличие жировой прослойки в области живота. Достаточно часто метаболический синдром связан с артериальным давлением. У людей, которые имеют проблемы с обменом веществ, оно беспричинно повышается.

Для того чтобы избавиться от метаболического синдрома, необходимо в первую очередь похудеть. Для этого потребуется как можно больше двигаться и пересмотреть свой рацион питания. Специалисты рекомендуют пациентам, которые жалуются на метаболический синдром, регулярно посещать массажный кабинет и бассейн. Данные процедуры позволяют существенно улучшить обмен веществ. Необходимо также помнить, что употребление алкоголя и курение снижают метаболический процесс. В борьбе с заболеванием от вредных привычек потребуется отказаться.

Главной причиной метаболического синдрома является неправильный рацион. В первую очередь необходимо отказаться от и заменить их сложными. Для этого отдавайте предпочтение кашам, а не мучному и сладкому. При борьбе с метаболическим синдромом пищу необходимо недосаливать. Важно включить в свой рацион овощи и фрукты. Они богаты витаминами и микроэлементами.

Гастрит: общая информация

Нередко нарушение метаболических процессов является причиной возникновения гастрита. При таком заболевании у пациента наблюдается воспаление слизистого слоя желудка. На сегодняшний день гастрит встречается как у взрослых, так и у детей. Первым симптомом является замедление обмена веществ. Как следствие, у пациента наблюдается упадок сил и недостаток энергии. При гастрите у человека может быть тяжесть в желудке, изжога, рвота, вздутие и метеоризм.

При гастрите пациенту противопоказана:

жирная пища;
алкоголь;
острое;
газированные напитки.

При первых симптомах гастрита необходимо в срочном порядке обращаться к лечащему врачу. Он не только посоветует диету, которая улучшит метаболические процессы в организме, но и назначит курс лекарственных препаратов.

Хронический панкреатит

Хронический панкреатит - это заболевание, причиной которого является нарушение обмена веществ. При таком заболевании наблюдается воспаление поджелудочной железы. Наиболее часто панкреатит встречается у женщин среднего и пожилого возраста. У больного панкреатитом наблюдаются следующие симптомы:

тошнота;
снижение аппетита;
боли в области желудка;
тошнота.

При панкреатите необходимо изменить свой рацион и включить в него полезные продукты. Нежелательно употреблять жирную и жареную пищу. Необходимо отдавать предпочтение продуктам, приготовленным на пару или в духовом шкафу. При диагностировании гастрита пациент должен полностью отказаться от вредных привычек.

Синдром раздраженного кишечника. Общая информация о заболевании

Это совокупность расстройств метаболического процесса, которые продолжаются на протяжении 3 месяцев и более. Симптомами такого заболевания являются боли в желудке, метеоризм и нарушение стула. Как правило, синдром раздраженного кишечника наиболее часто встречается у молодых людей в возрасте 25-40 лет. К причинам возникновения заболевания относят нарушение питания, неактивный образ жизни и изменение общего гормонального фона.

При лечении синдрома раздраженного кишечника врач-гастроэнтеролог назначит больному целый ряд исследований и диету. Придерживаясь всех рекомендаций, пациент сможет быстро и безболезненно избавиться от заболевания.

Как ускорить метаболизм?

При борьбе с лишним весом в первую очередь мы стимулируем метаболические процессы. Однако далеко не каждый знает, как это делать правильно. Все необходимые рекомендации вы можете найти в нашей статье. Известно, что обмен веществ происходит наиболее быстро у тех людей, чей возраст колеблется от 11 до 25 лет. Многие специалисты утверждают, что скорость метаболизма напрямую зависит от темперамента человека. Изменение обмена веществ может быть связано с наличием инфекций в организме.

Для нормализации или ускорения метаболических процессов в первую очередь необходимо как можно больше двигаться. Для улучшения метаболизма рекомендовано комбинировать силовые и кардиотренировки. Рекомендованы также пешие вечерние прогулки. Это не случайно, ведь именно после этого обменные процессы продолжаются даже во сне.

Для восстановления обменных процессов многие специалисты рекомендуют раз в неделю посещать сауну и баню. Благодаря этому, вы помимо ускорения метаболизма, улучшите кровообращение. Если у вас нет возможности посещать баню и сауну, то вы можете проводить лечебные процедуры в ванной. Для этого необходимо использовать воду, температура которой составляет более 38 градусов.

Для ускорения метаболизма важно пересмотреть свой рацион. Необходимо ежедневно употреблять не менее двух литров воды. В рационе должны присутствовать только полезные и сбалансированные продукты.

Подведем итоги

Многих интересует метаболизм. Что это такое простым языком, и как его ускорить, вы можете узнать из нашей статьи. Нередко именно замедленный обмен веществ становится причиной не только лишнего веса, но и целого ряда заболеваний. При первых признаках отклонения от нормы обязательно обратитесь к врачу. Будьте здоровы!

Метаболизм – это важный пазл в картинке или веха на пути построения схемы похудения или набора мышечной массы. Понимая действие основных процессов биохимии, проще достигнуть поставленных целей, независимо от типа телосложения. Рассмотрим, что это такое – объясним простым языком, не влезая в научные дебри.

Что такое метаболизм с физиологической точки зрения – объяснение простым языком

Вновь обратимся к теме пазлов. Если представить организм набором элементов, то метаболизм человека – это механизм, собирающий детали в большую осмысленную картину. Это обмен веществ, комплекс всех биохимических реакций. Любой организм растёт и функционирует благодаря поступлению, трансформации и удалению определённых веществ. Метаболизм регулирует процессы преобразования поступающих извне компонентов. Благодаря встроенному «настройщику» возможна адаптация к внешним факторам. Без основополагающего процесса была бы невозможна жизнь.

Как связаны метаболизм и масса тела?

Масса тела зависит от ряда физиологических параметров и количества потребляемых калорий. Существует базовая энергетическая потребность. У каждого человека она индивидуальна. Эту потребность называют – суточной «порцией» энергии (калорий), необходимой для нормального функционирования организма в состоянии покоя.

Калорийность рассчитывают по формулам – для мужчин и женщин. Мужчинам нужно воспользоваться следующей формулой:

88.362 + (13.397 * вес/кг) + (4.799 * рост/см) – (5.677 * возраст)

Женщины используют такую:

447.593 + (9.247 * вес/кг) + (3.098 * рост/см) – (4.330 * возраст)

Результат расчётов – своеобразная нулевая отметка. В стремлении похудеть нужно потреблять меньше расчётного числа калорий. Бодибилдерам, напротив, необходимо умножить результат на определённый коэффициент.

Суть обмена веществ

Процесс метаболизма представляет собой трансформацию химических веществ. Системы и ткани организма нуждаются в компонентах с низкоуровневой структурой. С пищей мы получаем высокоуровневые составляющие, требующие расщепления.

Обмен веществ – это два, связанных друг с другом, типа процессов:

– расщепление сложных элементов на более простые; в результате распада происходит генерация энергии;
– образование из полученных извне компонентов необходимых организму веществ; в результате образуются новые клетки и ткани.

Схема протекания и чередования процессов очень сложна. Но базовое понимание того и другого важно и для борьбы с лишним весом, и для массонабора.

Обмен белков

– это расщепление протеина на аминокислоты. Любой силовой атлет знает, что белок – важнейший компонент для построения и регенерации мышечной ткани. Но, кроме этого, протеин выполняет и другие, не менее важные, функции:

распределяет по организму питательные вещества;
обеспечивает нормальную работу эндокринной системы;
способствует образованию половых гормонов;
разгоняет биохимические процессы.

Белковый метаболизм состоит из таких этапов:

поступление белка в организм;
денатурация элементов до протеинов первого порядка;
расщепление на отдельные аминокислоты;
транспортировка аминокислот по организму;
строительство тканей (для атлетов это означает в первую очередь построение мышц);
новый цикл белкового обмена – на этой стадии происходит метаболизм неиспользованных в строительстве белков;
выведение отработанных аминокислот.

Для полноценного обмена веществ крайне важен аминокислотный комплекс. Само по себе количество белков имеет небольшое значение. Решая спортивные и диетологические задачи, необходимо отслеживать состав компонентов. Особенно это касается вегетарианцев, поскольку в продуктах растительного происхождения отсутствует необходимый набор элементов.

Обмен жиров

Жиры – важный источник энергии. При кратковременной физической нагрузке сначала в ход идет энергия , находящаяся в мышцах. При длительной нагрузке энергию организм получает из жиров. Из понимания особенностей напрашивается вывод – для расщепления жировых запасов требуется достаточно продолжительная и мощная работа.

Большую часть жиров организм старается оставить про запас. В нормальном состоянии только около 5% жиров стабильно выводится обратно. Липидный (жировой) метаболизм разбивается на три стадии:

расщепление элементов в желудке и кишечнике
промежуточный обмен
выделение отработанных продуктов

Частичная трансформация жиров происходит в желудке. Но там процесс протекает вяло. Основной распад липидов происходит в верхней области тонкого кишечника. Большая заслуга в липидном обмене принадлежит печени. Здесь часть компонентов окисляется, в результате чего генерируется энергия. Другая часть расщепляется до формата транспортабельных составляющих и поступает в кровь.

Обмен углеводов

Главная роль определяется энергетической ценностью последних. Обменные процессы этих компонентов составляют около 60% всего энергообмена организма. Без углеводов невозможна полноценная физическая работа. Вот почему для продуктивного тренинга основу рациона должны составлять «топливные» элементы. На базовом уровне углеводы представляют собой глюкозу. В мускулатуре и печени она накапливается в виде гликогена.

Важное понятие, связанное с углеводным обменом – (ГИ). Он отражает скорость усвоения углеводов организмом и повышения сахара в крови. Шкала ГИ разбита на 100 единиц, где 0 говорит о безуглеводных продуктах, а 100 – о продуктах, насыщенных этим компонентом.

Исходя из этого, продукты делятся на простые и сложные. Первые – с высоким ГИ, вторые – с низким. Понимать отличие между теми и другими очень важно. очень быстро расщепляются до глюкозы. Благодаря этому уже через считанные минуты организм получает порцию энергии. Минус в том, что хватает энергетического всплеска на 30-50 мин. При употреблении большого количества быстрых углеводов:

имеет место слабость, вялость;
откладываются жировые запасы;
наносится вред поджелудочной железе.

Расщепляются долго. Но и отдача от них ощущается до 4-х часов. В основе рациона должны быть элементы именно этого типа.

Продукты с низким ГИ:

Продукты со средним ГИ:

Продукты с высоким ГИ:

Обмен воды и минеральных веществ

Большая часть организма – вода. Значение метаболизма в этом контексте приобретает ярко выраженный оттенок. Мозг состоит из воды на 85%, кровь – на 80%, мышцы – на 75%, кости – на 25%, жировая ткань – на 20%.

Удаляется вода:

через лёгкие – 300 мл/сутки (в среднем);
через кожу – 500 мл;
с мочой – 1700 мл.

Отношение потребляемой жидкости к выделяемой называют . Если потребление меньше вывода, в организме происходит сбой систем. Норма потребления воды в сутки – 3 л. Этого количества достаточно для обеспечения хорошей продуктивности и самочувствия.

С водой из организма вымываются и минералы. По этой причине желательно дополнять обычную воду минеральной. Это один из самых простых путей восполнить дефицит необходимых элементов. Рекомендуется с помощью диетолога рассчитать норму солей и минералов и составить рацион на основе этих расчётов.

Причины и последствия сбоев метаболизма

Метаболизм – это сложный и хрупкий процесс. Если на одном из этапов анаболизма или катаболизма происходит сбой, сыпется вся биохимическая «конструкция». Проблемы с обменом веществ провоцируются:

наследственностью;
неправильным образом жизни;
различными заболеваниями;
проживанием в зоне с плохой экологией.

Главная причина сбоев – наплевательское отношение к своему организму. Обильное количество вредной пищи – бич современности. Неправильное питание и малоподвижность ведут к В итоге масса людей страдают ожирением со всеми вытекающими.

Среди симптомов, намекающих на то, что следует заняться регуляцией метаболизма:

повышенная или пониженная масса тела;
хроническая усталость;
визуальные проблемы с кожей;
ломкость волос и ногтей;
повышенная раздражительность и др.

Бороться с последствиями сбоев обмена веществ можно и нужно. Но на мгновенный эффект рассчитывать глупо. Поэтому лучше себя не запускать. А если всё же это случилось, нужно обратиться к специалистам и запастись терпением.

Уровень метаболизма в зависимости от пола, возраста, питания

Скорость обмена веществ зависит не только от генетических факторов и образа жизни, но и от пола и возраста. Уровень тестостерона у мужчин гораздо выше. Благодаря этому представители сильного пола склонны к набору мышечной массы. А мускулатура нуждается в энергии. Поэтому базовый обмен веществ у мужчин выше – организм потребляет больше калорий.

Женщины, наоборот, более склонны к отложению жировых запасов. Причина кроется в большом количестве женских половых гормонов – эстрогенов. Женщины вынуждены более тщательно следить за своими фигурами, поскольку выход за рамки здорового образа жизни тут же откликается увеличением веса.

В обоих случаях есть масса исключений. Многие мужчины легко набирают лишний вес, тогда как множество женщин стабильны в этом плане, даже регулярно переедая. Всё потому, что обилие факторов, влияющих на уровень метаболизма, крепко переплетены. Но в целом пол играет огромную роль.

У большинства людей базальный обмен веществ меняется с возрастом. Это легко заметить, понаблюдав за изменениями своей формы или формы знакомых. Не пытаясь противостоять времени, после 30-40 лет, а то и раньше, многие люди начинают расплываться. Это присуще и эктоморфам. В молодости им с трудом удаётся поправиться даже на килограмм. С возрастом килограммы приходят сами. Пусть и не в таком количестве, как у мезо- и эндоморфов.

Как сопротивляться переменам? Стать адептом ЗОЖ – грамотно питаться и давать телу физическую нагрузку. Считайте калории, исходя из индивидуальных потребностей (формулы в помощь), занимайтесь спортом, и метаболизм будет в норме. Если, конечно, нет проблем иного рода.

А как питаться правильно? Уделять большое внимание продуктам, благодаря которым функции метаболизма в организме выполняются корректно. Рацион должен быть богат:

грубой овощной клетчаткой – морковью, капустой, и т. п.;
фруктами;
зеленью;
постным мясом;
морепродуктами.

Рекомендуется питаться часто и дробно, не пренебрегать завтраком, учитывать сочетаемость продуктов. Лучше всего или подробно изучить вопрос, или обратиться за помощью к специалисту. Поскольку организм работает с тем, что ему дали, на нормальный метаболизм можно рассчитывать только в том случае, если рацион составлен с учётом индивидуальных потребностей.

Каждому из нас хочется ежедневно баловать себя сладостями и при этом не задумываться об учете углеводов. Но четкое понимание того, к чему приводят лишние калории, останавливает нас от бесконтрольного поедания кулинарных шедевров. Большинство современных людей заботится о своей фигуре. В норму вошли суровые диеты, голодовки. А лишние килограммы при этом не исчезают. Если удается похудеть, достигнутый результат удержать крайне сложно. Причиной этого может являться нарушенный метаболизм.

Что это такое

Метаболизм - это разнообразные химические процессы, которые протекают в межклеточной жидкости и в самих клетках человеческого организма. Такие процессы связаны:

с переработкой тех питательных элементов, которые поступают с пищей;
с преобразованием их в простейшие мелкие частички;
с освобождением клеток от отработанных элементов;
со снабжением клеток строительным материалом.

Простейшие мелкие частички, которые образуются из питательных элементов, в состоянии проникать в клетки человеческого организма. При этом они выделяют энергию, необходимую для его нормальной жизнедеятельности.

Если говорить другими словами, то метаболизм - это обмен веществ, который индивидуален для каждого человека. Его неповторимость основана на сочетании различных факторов. Сюда можно отнести генетическую предрасположенность человека, его пол и возраст, вес и рост, мышечную массу, образ жизни, стрессы, влияние окружающей среды, наличие заболеваний щитовидной железы.

Быстрый и медленный метаболизм

Под медленным метаболизмом подразумевают тот обмен веществ в человеческом организме, который протекает с низкой скоростью. Это значит, что за определенный промежуток времени сжигается меньшее число калорий, а процесс преобразования питательных веществ в энергию замедляется. Именно по этой причине замедленные обменные процессы в ситуации с лишним весом приводят к тому, что все калории, которые не подверглись сжиганию, откладываются. У человека на теле появляются заметные жировые складочки, а нижняя часть лица обретает дополнительные подбородки.

Если рассматривать быстрый метаболизм, то при таком типе обмена веществ невозможно набрать оптимальный для себя вес. Человек может употреблять в пищу любые продукты, но это не позволяет ему поправиться. Витамины и полезные элементы, поступающие вместе с едой, не усваиваются. В результате наблюдается нехватка жизненно важных ферментов, отсутствие которых замедляет функционирование главнейших процессов организма. Человек, у которого обменные процессы протекают с высокой скоростью, всегда плохо себя чувствует, его иммунитет ослаблен, что уменьшает устойчивость к сезонным заболеваниям.

Нарушение обмена веществ: причины

Метаболизм - это основополагающий механизм, обуславливающий работу человеческого организма. Если его функционирование нарушается на клеточном уровне, наблюдается повреждение биологических мембран. Вслед за этим человека начинают атаковать всевозможные тяжелые заболевания. Когда нарушение обменных процессов наблюдается во внутренних органах, это приводит к изменению функций их работы, что способствует усложнению взаимосвязи с окружающей средой. В результате ухудшается выработка гормонов и ферментов, которые необходимы организму, что провоцирует тяжелые заболевания со стороны репродуктивной и эндокринной систем.

Нарушение метаболизма часто наблюдается как следствие голодания и изменения режима питания. В первоочередном порядке его жертвами становятся нерационально питающиеся люди. Недоедание так же опасно, как и переедание.

Каждый день в меню должны присутствовать чеснок и лук, брюссельская и цветная капуста, брокколи, морковь, болгарский перец, шпинат.

Ежедневно в рационе должно присутствовать нежирное мясо, которое является источником белка. Например, постная говядина, индейка, курица без кожи, телятина.

Для утоления жажды лучше всего отдавать предпочтение зеленому чаю, сокам из черники, вишни, граната, натуральных овощей.

Ежедневный рацион обязательно должен включать орехи и семечки. Последние должны быть несолеными и нежареными.

В рационе должны присутствовать специи и травы. Например, петрушка, куркума, корица, имбирь, кардамон, базилик, гвоздика.

Тренировка для снижения веса от Джиллиан Майклс

В последнее время особой популярностью среди людей, которые стремятся похудеть, пользуется тренировка от Джиллиан Майклс под названием Banish Fat Boost Metabolism ("Сожги жир, ускорь метаболизм").

В видеоуроке описаны упражнения, которые позволяют избавиться от лишнего веса. Автор этой программы дает подробные инструкции по занятиям, что позволяет с легкостью достичь желаемого результата.

Тренировка Джиллиан Майклс основана на том, что сжиганию жировых клеток способствует кислород. Если поддерживать частоту сердечных сокращений на определенном уровне, то обменные процессы заметно ускоряются. Именно по этой причине основная часть тренировки отводится кардиоупражнениям, которые обеспечивают жировые ткани кислородом. В программе присутствуют упражнения и на растяжку, и силовые. Все они укрепляют мышечный корсет, а фигура буквально после нескольких занятий обретает четкие очертания.

Если принято решение начать тренировки по программе Джиллиан Майклс "Сбрось вес, ускорь метаболизм", нужно запомнить несколько основных правил:

занятия должны проходить в обуви, что защитит голеностоп и стопу от возможных травм;
тренироваться нужно регулярно (только так можно достичь желаемого);
ни в коем случае нельзя сбавлять ритм, который был задан автором тренировки.

Вы давно ищете действенную программу, которая помогла бы избавиться от лишнего веса? Тренировка от Джиллиан Майклс - это то, что вам нужно! Об эффективности программы свидетельствуют многочисленные положительные отзывы.

Метаболизм (от греческого: μεταβολή metabolē, «изменение») – это ряд химических превращений в клетках живых организмов, необходимых для поддержания жизни. Тремя основными целями метаболизма являются превращение пищи / топлива в энергию для запуска клеточных процессов, превращение пищи / топлива в строительные блоки для белков, липидов, нуклеиновых кислот и некоторых углеводов, а также устранение азотистых шлаков. Эти ферментативные реакции позволяют организму расти и размножаться, сохранять свои структуры и реагировать на окружающую среду. Слово «метаболизм» может также относиться к сумме всех химических реакций, происходящих в живых организмах, включая пищеварение и транспортировку веществ в различные клетки и между ними, в этом случае множество реакций внутри клеток называется промежуточным метаболизмом. Метаболизм обычно делится на две категории: катаболизм, расщепление органического вещества, например, с помощью клеточного дыхания, и анаболизм, создание компонентов клеток, таких как белки и нуклеиновые кислоты. Как правило, при расщеплении энергия высвобождается, а при наращивании потребляется.

Химические реакции обмена веществ организованы в метаболических путях, в которых одно химическое соединение трансформируется через ряд шагов в другое соединение, при помощи последовательности ферментов. Ферменты имеют решающее значение для обмена веществ, поскольку они позволяют организмам осуществлять желаемые реакции, которые требуют затрат энергии, которые не будут происходить сами по себе, путем присоединения их к спонтанным реакциям, которые высвобождают энергию. Ферменты действуют как катализаторы, которые позволяют реакциям протекать более быстрыми темпами. Ферменты также позволяют регулировать метаболические пути в ответ на изменения в окружающей среде клетки или на сигналы от других клеток. Метаболическая система конкретного организма определяет, какие вещества для него будут питательными, а какие – ядовитыми. Например, некоторые прокариоты используют сероводород в качестве питательного вещества, но этот газ является ядовитым для животных. Скорость метаболизма влияет на то, сколько пищи потребует организм, а также на то, насколько он будет способен получить эту пищу. Отличительной чертой метаболизма является сходство основных метаболических путей и компонентов между даже совершенно разными видами. Например, множество карбоновых кислот, которые более всего известны как промежуточные соединения в цикле Кребса, присутствуют во всех известных организмах. Они были обнаружены у таких разнообразных видов, как одноклеточные бактерии кишечной палочки и гигантские многоклеточные организмы, такие как слоны. Эти поразительные сходства в метаболических путях, вероятно, связаны с их ранним появлением в эволюционной истории, и их сохранением из-за их эффективности.

Основные биохимические вещества

Большинство структур, которые составляют животных, растений и микробов, состоят из трех основных классов молекул: аминокислоты, углеводы и липиды (часто называемые жирами). Так как эти молекулы имеют жизненно важное значение для жизни, метаболические реакции либо сосредотачиваются на производстве этих молекул в процессе строительства клеток и тканей, либо на их расщеплении и использовании в качестве источника энергии, в процессе их переваривания. Эти биохимические вещества могут соединяться друг с другом, образуя полимеры, такие как ДНК и белки, необходимые для жизни макромолекулы.

Аминокислоты и белки

Белки состоят из аминокислот, расположенных в линейной цепи, соединенные между собой пептидными связями. Многие белки представляют собой ферменты, которые катализируют химические реакции в обмене веществ. Другие белки имеют структурные или механические функции, такие, как белки, которые формируют цитоскелет, систему, которая поддерживает форму клетки. Белки также играют важную роль в клеточной сигнализации, иммунных реакциях, клеточной адгезии, активном транспорте через мембраны, и клеточном цикле. Аминокислоты также способствуют клеточному метаболизму энергии, обеспечивая источник углерода для вхождения в цикл лимонной кислоты (цикл трикарбоновых кислот), особенно когда основного источника энергии, такого как глюкоза, недостаточно, или когда клетки подвергаются метаболическому стрессу.

Липиды

Липиды являются наиболее разнообразной группой биохимических веществ. Их основные структурные виды использования – как часть биологических мембран, как внутренних, так и внешних, таких как клеточные мембраны, или в качестве источника энергии. Липиды обычно определяются как гидрофобные или амфипатические биологические молекулы, но они растворяются в органических растворителях, таких как бензол или хлороформ. Жиры – это большая группа соединений, которые содержат жирные кислоты и глицерин; молекула глицерина, присоединенная к трем сложных эфирам жирных кислот, называется триацилглицеридом. Существует несколько вариаций этой базовой структуры, в том числе альтернативные скелеты, такие как сфингозин у сфинголипидов, и гидрофильные группы, такие как фосфат, у фосфолипидов. Стероиды, такие как холестерин, являются еще одним важным классом липидов .

Углеводы

Углеводы являются альдегидами или кетонами, с большим количеством присоединенных гидроксильных групп, которые могут существовать в виде прямых цепей или колец. Углеводы являются наиболее распространенными биологическими молекулами, и выполняют множество функций, таких как хранение и транспортировка энергии (крахмал, гликоген) и структурных компонентов (целлюлоза у растений, хитин у животных). Базовые единицы углеводов называются моносахаридами и включают галактозу, фруктозу и, самое главное, глюкозу. Моносахариды могут быть связаны друг с другом, образуя полисахариды.

Нуклеотиды

Две нуклеиновые кислоты, ДНК и РНК, представляют собой полимеры нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из фосфата, прикрепленного к рибозной или дезоксирибозной сахарной группе, которая присоединена к азотистому основанию. Нуклеиновые кислоты имеют решающее значение для хранения и использования генетической информации и ее интерпретации через процессы транскрипции и биосинтеза белка. Эта информация защищена механизмами репарации ДНК и распространяется через репликацию ДНК. Многие вирусы имеют РНК-геном, такие как ВИЧ, который использует обратную транскрипцию для создания шаблона ДНК из своего вирусного РНК-генома. РНК в рибозимах, таких как сплайсосомы и рибосомы, аналогична ферментам, так как она может катализировать химические реакции. Отдельные нуклеозиды создаются путем присоединения к нуклеиновому основанию рибозного сахара. Эти основания являются гетероциклическими кольцами, содержащими азот, и классифицируются как пурины или пиримидины. Нуклеотиды также выступают в качестве коферментов в метаболических реакциях переноса групп.

Коферменты

Метаболизм включает в себя широкий спектр химических реакций, но большинство этих реакций входит в несколько основных типов реакций, которые включают перенос функциональных групп атомов и их связей в молекулах. Эти химические реакции позволяют клеткам использовать небольшой набор метаболических промежуточных продуктов для того, чтобы перемещать химические группы между различными реакциями. Эти промежуточные вещества в реакциях переноса групп называются коферментами. Каждый класс реакций переноса групп осуществляется конкретным коферментом, который является субстратом для ряда ферментов, которые производят его, а также для ряда ферментов, потребляющих его. Поэтому эти коферменты непрерывно производится, потребляются, а затем используются повторно. Одним из центральных коферментов является аденозинтрифосфат (АТФ), универсальный источник энергии для клеток. Этот нуклеотид используется для передачи химической энергии между различными химическими реакциями. В клетках существует лишь небольшое количество АТФ, но, так как он непрерывно регенерируется, человеческое тело может использовать такое количество АТФ в день, которое составляет приблизительно его собственный вес. АТФ выступает в качестве «моста» между катаболизмом и анаболизмом. Катаболизм разрушает молекулы, а анаболизм собирает их вместе. Катаболические реакции создают АТФ, а анаболические реакции потребляют его. АТФ также служит в качестве носителя фосфатных групп в реакциях фосфорилирования. Витамин представляет собой органическое соединение, необходимое в небольших количествах, которое не может быть произведено в клетках. В питании человека, большинство витаминов функционируют в качестве коферментов после модификации; например, все водорастворимые витамины фосфорилируются или соединяются с нуклеотидами, когда они используются в клетках. Никотинамид-аденин-динуклеотид (НАД +), производное витамина B3 (ниацина), является важным коферментом, который действует как акцептор водорода. Сотни отдельных видов дегидрогеназ удаляют электроны от их субстратов и восстанавливают НАД + в НАДH. Эта восстановленная форма кофермента является субстратом для любой из редуктаз в клетке, которые должны восстановить свои субстраты. Никотинамидадениндинуклеотид существует в двух родственных формах в клетке, НАДH и НАДФН. НАД + / НАДН форма является более важной в катаболических реакциях, в то время как НАДФ + / НАДФН используется в анаболических реакциях.

Минералы и кофакторы

Неорганические элементы играют важную роль в обмене веществ; некоторые из них содержатся в организме в изобилии (например, натрий и калий), в то время как другие действуют в минимальных концентрациях. Около 99% массы млекопитающего состоит из углерода, азота, кальция, натрия, хлора, калия, водорода, фосфора, кислорода и серы. Органические соединения (белки, липиды и углеводы) содержат большую часть углерода и азота; большая часть кислорода и водорода присутствует в воде. Содержащиеся в изобилии неорганические элементы действуют как ионные электролиты. Наиболее важными ионами являются натрий, калий, кальций, магний, хлорид, фосфат и органический бикарбонат-ион. Поддержание точных ионных градиентов в клеточных мембранах поддерживает осмотическое давление и рН. Ионы также имеют важное значение для функционирования нервов и мышц, поскольку потенциалы действия в этих тканях образуются путем обмена электролитов между внеклеточной жидкостью и клеточной жидкостью, цитозолью. Электролиты входят и выходят из клеток с помощью белков в клеточной мембране, называемыми ионными каналами. Например, сокращение мышц зависит от перемещения кальция, натрия и калия через ионные каналы в клеточной мембране и Т-канальцах. Переходные металлы, как правило, присутствуют в организмах в качестве микроэлементов, при этом цинк и железо содержатся в организме в наибольших концентрациях. Эти металлы используются в некоторых белках в качестве кофакторов и имеют важное значение для активности ферментов, таких как каталаза и белки-переносчики кислорода, такие как гемоглобин. Металлические кофакторы тесно связаны со специфическими участками в белках; хотя ферментные кофакторы могут быть модифицированы во время катализа, они всегда возвращаются в исходное состояние к концу катализируемой реакции. Металлические микроэлементы усваиваются в организмах при помощи специфических транспортеров и связываются с запасными белками, такими как ферритин или металлотионеин, когда не используются.

Катаболизм

Катаболизм – это множество метаболических процессов, которые расщепляют крупные молекулы. Эти процессы включают в себя расщепление и окисление молекул пищи. Цель катаболических реакций состоит в обеспечении энергией и компонентами, необходимыми в ходе анаболических реакций. Точный характер этих катаболических реакций отличается у разных организмов. Организмы могут быть классифицированы на основе их источников энергии и углерода (их первичных пищевых групп). Органические молекулы используются в качестве источника энергии органотрофами, в то время как литотрофы используют неорганические субстраты, и фототрофы используют солнечный свет в виде химической энергии. Тем не менее, все эти различные формы метаболизма зависят от окислительно-восстановительных реакций, которые включают перенос электронов от восстановленных молекул-доноров, таких как органические молекулы, вода, аммиак, сероводород или ионы железа, к акцепторным молекулам, таким как кислород, нитрат или сульфат. У животных, эти реакции включают сложные органические молекулы, которые расщепляются на более простые молекулы, такие как углекислый газ и вода. У фотосинтезирующих организмов, таких как растения и цианобактерии, эти реакции переноса электрона не высвобождают энергию, но используются как способ хранения энергии, поглощаемой из солнечного света. Наиболее распространенные катаболические реакции у животных могут быть разделены на три основные стадии. В первой стадии, большие органические молекулы, такие как белки, полисахариды или липиды, расщепляются на более мелкие компоненты за пределами клетки. Далее, эти небольшие молекулы захватываются клетками и преобразуются в еще более мелкие молекулы, обычно в ацетил-кофермент А (ацетил-КоА), который высвобождает некоторое количество энергии. И, наконец, ацетильная группа на КоА окисляется до воды и углекислого газа в цикле лимонной кислоты и цепи переноса электронов, высвобождая энергию, которая хранится за счет восстановления кофермента никотинамидадениндинуклеотида (НАД +) в НАДH.

Переваривание

Макромолекулы, такие как крахмал, целлюлоза или белки, не могут быстро захватываться клетками и должны быть расщеплены на более мелкие единицы, прежде чем они могут быть использованы в метаболизме клеток. Несколько общих классов ферментов переваривают эти полимеры. Эти пищеварительные ферменты включают протеазы, которые перерабатывают белки в аминокислоты, а также гликозид гидролазы, которые перерабатывают полисахариды в простые сахара, известные как моносахариды. Микробы просто выделяют пищеварительные ферменты в окружающую среду, в то время как животные выделяют эти ферменты только из специализированных клеток в своих кишках. Аминокислоты или сахара, высвобожденные этими внеклеточными ферментами, затем перекачивается в клетки с помощью активных транспортных белков.

Энергия из органических соединений

Углеводный катаболизм – это распад углеводов на более мелкие единицы. Углеводы, как правило, принимаются в клетки, когда они перевариваются в моносахариды. Попадая в организм, основным маршрутом расщепления является гликолиз, в ходе которого сахара, такие как глюкоза и фруктоза, превращаются в пируват и генерируется АТФ. Пируват – это промежуточное соединение в нескольких метаболических путях, но большая часть пирувата превращается в ацетил-КоА и участвует в цикле лимонной кислоты. Хотя некоторая часть АТФ генерируется в цикле лимонной кислоты, наиболее важным продуктом является НАДН, который производится из НАД +, когда ацетил-СоА окисляется. В ходе этого окисления в качестве побочного продукта высвобождается углекислый газ. В анаэробных условиях, гликолиз производит лактат, через фермент лактатдегидрогеназы, повторно окисляя НАДH в НАД + для повторного использования в гликолизе. Альтернативным путем для расщепления глюкозы является пентозофосфатный путь, который восстанавливает кофермент НАДФН и производит пентозы, такие как рибоза, сахарный компонент нуклеиновых кислот. Жиры катаболизируются в ходе гидролиза до свободных жирных кислот и глицерина. Глицерин входит в гликолиз и жирные кислоты расщепляются путем бета-окисления, высвобождая ацетил-КоА, который затем участвует в цикле лимонной кислоты. Жирные кислоты выделяют при окислении больше энергии, чем углеводы, потому что углеводы содержат больше кислорода в своих структурах. Стероиды также расщепляются некоторыми бактериями в процессе, подобном бета-окислению, и этот процесс расщепления связан с высвобождением значительного количества ацетил-КоА, пропионил-КоА и пирувата, которые могут быть использованы клеткой для получения энергии. M. tuberculosis может также вырасти на липидном холестерине в качестве единственного источника углерода, и гены, участвующие в пути использования холестерина (ов), были утверждены в качестве важных при различных стадиях жизненного цикла инфекции микобактерий туберкулеза . Аминокислоты либо используются для синтеза белков и других биомолекул, или окисляются до мочевины и диоксида углерода в качестве источника энергии. Путь окисления начинается с удаления аминогруппы при помощи трансаминазы. Аминогруппа входит в цикл мочевины, оставляя деаминированный скелет углерода в форме кетокислоты. Некоторые из этих кетокислот являются промежуточными продуктами в цикле лимонной кислоты, например, дезаминирование глутамата приводит к образованию α-кетоглютарата. Глюкогенные аминокислоты также могут быть преобразованы в глюкозу через глюконеогенез.

Энергетические преобразования

Окислительное фосфорилирование

В ходе окислительного фосфорилирования, электроны удаляются из органических молекул в таких областях, как цикл протагоновой кислоты, и переносятся в кислород, а выделяемая при этом энергия используется для производства АТФ. Это делается у эукариот серией белков в мембранах митохондрий, называемой цепью переноса электронов. У прокариот, эти белки находятся во внутренней мембране клетки. Эти белки используют энергию, выделяемую от проходящих электронов от восстановленных молекул, таких как НАДН, в кислород, чтобы перекачивать протоны через мембрану. Выкачивание протонов из митохондрий создает разность концентрации протонов через мембрану, и генерирует электрохимический градиент. Это вызывает движение протонов обратно в митохондрии через основание фермента, называемого АТФ-синтаза. Поток протонов заставляет субъединицу вращаться, в результате чего активный участок домена синтазы изменяет форму и фосфорилирует АДФ, превращая его в АТФ.

Энергия из неорганических соединений

Хемолитотрофия – тип метаболизма у прокариот, при котором энергия производится путем окисления неорганических соединений. Эти организмы могут использовать водород, восстановленные соединения серы (такие как сульфид, сероводород и тиосульфат), двухвалентное железо (FeII) или аммиак в качестве источников восстановительной способности, и они получают энергию от окисления этих соединений с акцепторами электронов, такими как кислород или нитриты. Эти микробные процессы играют важную роль в глобальных биогеохимических циклах, таких как ацетогенез, нитрификация и денитрификация, и имеют решающее значение для плодородия почв.

Энергия света

Энергия солнечного света используется растениями, цианобактериями, пурпурными бактериями, зелеными серными бактериями и некоторыми простейшими. Этот процесс часто связан с превращением двуокиси углерода в органические соединения, как часть фотосинтеза. Системы захвата энергии и фиксации углерода, однако, могут работать отдельно у прокариот, так как пурпурные бактерии и зеленые серные бактерии могут использовать солнечный свет в качестве источника энергии, во время переключения между фиксацией углерода и ферментацией органических соединений. У многих организмов, захват солнечной энергии аналогичен по принципу с окислительным фосфорилированием, так как включает в себя хранение энергии в виде градиента концентрации протонов. Эта движущая сила протонов затем приводит к синтезу АТФ. Электроны, необходимые для работы этой электрон-транспортной цепи, происходят из белков, собирающих свет, называемых фотосинтезирующими реакционными центрами или родопсинами. Реакционные центры делятся на два типа в зависимости от типа фотосинтетического пигмента, при этом большинство фотосинтезирующих бактерий имеют только один тип, в то время как растения и цианобактерии имеют два. У растений, водорослей и цианобактерий, фотосистема II использует энергию света для удаления электронов из воды, выделяя кислород в качестве побочного продукта. Электроны затем перемещаются в комплекс цитохрома b6f, который использует их энергию для перекачки протонов через мембрану тилакоидов в хлоропластах. Эти протоны движутся обратно через мембрану, по мере того, как они управляют АТФ-синтазой, как и раньше. Электроны затем проходят через фотосистему I и затем могут либо быть использованы для восстановления кофермента НАДФ +, для использования в цикле Кальвина, или быть переработаны для дальнейшего поколения АТФ.

Анаболизм

Анаболизм – это множество конструктивных метаболических процессов, в которых энергия, выделяемая катаболизмом, используется для синтеза сложных молекул. В общем, сложные молекулы, которые составляют клеточные структуры, строятся из небольших и простых предшественников. Анаболизм включает в себя три основных этапа. Во-первых, производство прекурсоров, таких как аминокислоты, моносахариды, изопреноиды и нуклеотиды, во-вторых, их активация в химически активные формы с использованием энергии от АТФ, и в-третьих, сборка этих предшественников в сложные молекулы, такие как белки, полисахариды, липиды и нуклеиновые кислоты. Разные организмы могут построить разное количество молекул в клетках. Автотрофы, такие как растения, могут строить сложные органические молекулы в клетках, такие как полисахариды и белки, из простых молекул, таких как углекислый газ и вода. Гетеротрофные организмы, с другой стороны, требуют источник более сложных веществ, таких как моносахариды и аминокислоты, чтобы произвести эти сложные молекулы. Организмы могут быть дополнительно классифицированы по основным источникам их энергии: фотоавтотрофы и фотогетеротрофы получают энергию от света, в то время как хемоавтотрофы и хемогетеротрофы получают энергию от неорганических реакций окисления.

Фиксация углерода

Фотосинтез – это синтез углеводов из солнечного света и углекислого газа (CO2). У растений, цианобактерий и водорослей, кислородный фотосинтез расщепляет воду, при этом кислород выделяется в качестве побочного продукта. Этот процесс использует АТФ и НАДФН, вырабатываемые фотосинтетическими реакционными центрами, как описано выше, для превращения СО2 в глицерат 3-фосфат, который затем может быть превращен в глюкозу. Эта реакция углерод-фиксации осуществляется с помощью фермента Рубиско как часть цикла Кельвина-Бенсона. У растений встречается три типа фотосинтеза, С3 фиксация углерода, C4 фиксация углерода и фотосинтез САМ. Они отличаются по маршруту, который использует двуокись углерода для цикла Кальвина, при этом C3 растения фиксируют CO2 непосредственно, в то время как C4 и CAM фотосинтез включает СО2 сначала в другие соединения, в качестве приспособлений для борьбы с интенсивным солнечным светом и сухими условиями. У фотосинтезирующих прокариот, механизмы фиксации углерода более разнообразны. Здесь, диоксид углерода может быть закреплен с помощью цикла Кельвина-Бенсона, обратного цикла лимонной кислоты, или карбоксилирования ацетил-КоА. Прокариотические хемоавтотрофы также фиксируют СО2 через цикл Кельвина-Бенсона, но используют энергию из неорганических соединений, чтобы провести реакцию.

Углеводы и гликаны

При углеводном анаболизме, простые органические кислоты могут быть превращены в моносахариды, такие как глюкоза, а затем использоваться для сборки полисахаридов, таких как крахмал. Генерирование глюкозы из таких соединений, как пируват, лактат, глицерин, глицерат 3-фосфат и аминокислоты, называется глюконеогенезом. Глюконеогенез преобразует пируват в глюкозо-6-фосфат через ряд промежуточных продуктов, многие из которых наблюдаются при гликолизе. Однако, этот путь не является просто гликолизом, протекающим в обратном направлении, поскольку несколько шагов катализируются не-гликолитическими ферментами. Это важно, поскольку это позволяет отдельно регулировать образование и расщепление глюкозы, а также предотвращает одновременное протекание обоих путей в футильном цикле. Хотя жир является распространенным способом хранения энергии, у позвоночных животных, таких как люди, жирные кислоты, содержащиеся в этих хранилищах, не могут быть преобразованы в глюкозу через глюконеогенез, так как эти организмы не могут преобразовать ацетил-КоА в пируват; растения, в отличие от животных, имеют необходимые для этого ферментативные механизмы. В результате, после длительного голодания, позвоночным необходимо производить кетоновые тела из жирных кислот, чтобы заменить глюкозу в тканях, таких как мозг, который не может метаболизировать жирные кислоты. У других организмов, таких как растения и бактерии, эта метаболическая задача решается с помощью глиоксилатного цикла, который обходит стадии декарбоксилирования в цикле лимонной кислоты и способствует превращению ацетил-КоА в оксалоацетат, где он может быть использован для производства глюкозы. Полисахариды и гликаны производятся путем последовательного добавления моносахаридов гликозилтрансферазой от реактивного донора сахара-фосфата, такого как уридиндифосфатглюкоза (УДФ-глюкоза) к акцептору гидроксильной группы на растущем полисахариде. Поскольку любая из гидроксильных групп на кольце субстрата может быть акцептором, производимые полисахариды могут иметь прямые или разветвленные структуры. Производимые полисахариды могут иметь структурные или метаболические функции сами по себе, или быть переданы липидам и белкам с помощью ферментов, называемых олигосахарилтрансферазы.

Жирные кислоты, изопреноиды и стероиды

Жирные кислоты производятся синтазами жирных кислот, которые полимеризуют, а затем восстанавливают единицы ацетил-КоА-редуктазы. Эти ацильные цепи в жирных кислотах удлиняются при помощи цикла реакций, которые добавляют ацильную группу, восстанавливают её до спирта, обезвоживают его в алкеновую группу, а затем вновь восстанавливают его в алкановую группу. Ферменты биосинтеза жирных кислот делятся на две группы: у животных и грибов все эти реакции синтазы жирных кислот осуществляются одним многофункциональным белком типа I, в то время как в пластидах растений и бактерий отдельные ферменты типа II выполняют каждый шаг в пути. Терпены и изопреноиды представляют большой класс липидов, которые включают каротиноиды и формируют самый большой класс растительных натуральных продуктов. Эти соединения создаются путем сборки и модификации единиц изопрена, пожертвованных от реактивных предшественников изопентенил пирофосфата и диметилаллилового пирофосфата. Эти предшественники могут производиться по-разному. У животных и у архебактерий, мевалонатный путь производит эти соединения из ацетил-КоА, в то время как у растений и бактерий, не-мевалонатный путь использует пируват и глицеральдегид-3-фосфат в качестве субстратов. Одной из важных реакции, использующих эти активированные изопреновые доноры, является биосинтез стероидов. Здесь единицы изопрена объединяются вместе, производя сквален, а затем сформировывают набор колец, производя ланостерол. Ланостерол затем может быть преобразован в другие стероиды, такие как холестерин и эргостерол.

Белки

Нуклеотидный синтез

Нуклеотиды производятся из аминокислот, углекислого газа и муравьиной кислоты в пути, который требует большого количества метаболической энергии. Следовательно, большинство организмов имеют эффективные системы, чтобы спасать предварительно образованные нуклеотиды. Пурины синтезируются как нуклеозиды (основания при рибозе). И аденин, и гуанин производятся из предшественника нуклеозид-инозин-монофосфата, который синтезируется с использованием атомов из аминокислот глицина, глутамина и аспарагиновой кислоты, а также формиата, переданного от кофермента тетрагидрофолата. Пиримидины, с другой стороны, синтезируются из базового оротата, который образуется из глутамина и аспартата.

Ксенобиотики и окислительно-восстановительный метаболизм

Все организмы постоянно подвергаются воздействию соединений, которые они не могут использовать в качестве пищевых продуктов и которые могут нанести вред, если они накапливаются в клетках, так как они не имеют метаболических функций. Эти потенциально вредные соединения называются ксенобиотиками. Ксенобиотики, такие как синтетические наркотики, природные яды и антибиотики, детоксифицируются рядом ферментов, метаболизирующих ксенобиотики. В организме человека, эти ферменты включают оксидазы цитохрома P450, УДФ-глюкуронилтрансферазы и глутатион S-трансферазы. Эта система ферментов действует в три этапа, во-первых, окисляя ксенобиотики (фаза I), а затем конъюгируя водорастворимые группы на молекуле (фаза II). Модифицированный водорастворимый ксенобиотик затем может быть откачан из клеток и в многоклеточных организмах может дополнительно метаболизироваться перед тем, как он будет выведен из организма (фаза III). В экологии, эти реакции особенно важны в микробной биодеградации загрязняющих веществ и биоремедиации загрязненных земель и разливов нефти. Многие из этих микробных реакций наблюдаются у многоклеточных организмов, но, в связи с невероятным разнообразием видов микробов, эти организмы могут иметь дело с намного более широким спектром ксенобиотиков, чем многоклеточные организмы, а также могут расщеплять даже стойкие органические загрязнители, такие как хлорорганические соединения. Связанная с этим проблема для аэробных организмов – окислительный стресс. Здесь, процессы, включающие окислительное фосфорилирование и образование дисульфидных связей в процессе сворачивания белков, производят активные формы кислорода, такие как перекись водорода. Эти повреждающие оксиданты удаляются при помощи антиоксидантных метаболитов, таких как глутатион, и ферментами, такими как каталазы и пероксидазы.

Термодинамика живых организмов

Живые организмы должны подчиняться законам термодинамики, которые описывают передачу тепла и работу. Второй закон термодинамики гласит, что в любой замкнутой системе количество энтропии (расстройство) не может уменьшаться. Хотя удивительная сложность живых организмов, как представляется, противоречит этому закону, жизнь возможна, так как все организмы являются открытыми системами, которые обмениваются веществом и энергией с окружающей средой. Таким образом, живые системы не находятся в равновесии, а являются диссипативными системами, которые поддерживают их состояние высокой сложности, вызывая большее увеличение энтропии их среды. Метаболизм клетки достигает этого путем сочетания спонтанных процессов катаболизма в не-спонтанных процессах анаболизма. В терминах термодинамики, метаболизм поддерживает порядок путем создания расстройства.

Регулирование и контроль

По мере того как среда большинства организмов постоянно изменяется, реакции обмена веществ должны точно регулироваться, чтобы поддерживать постоянный набор условий внутри клеток, состояние, называемое гомеостазом. Метаболическая регуляция позволяет также организмам реагировать на сигналы и активно взаимодействовать со своим окружением. Два тесно связанных понятия имеют важное значение для понимания того, как контролируются метаболические пути. Во-первых, регуляция фермента в пути, по мере того как его активность увеличивается и уменьшается в ответ на сигналы. Во-вторых, контроль этим ферментом – эффект, который эти изменения оказывают на общий уровень пути (поток через путь). Например, фермент может показать большие изменения в активности (т.е. строго регулируется), но если эти изменения оказывают незначительное влияние на поток метаболического пути, то этот фермент не участвует в контроле пути. Существует несколько уровней регуляции метаболизма. При внутренней регуляции, метаболический путь саморегулируется, реагируя на изменения в уровнях субстратов или продуктов; например, уменьшение количества продукта может увеличить поток через пути компенсации. Этот тип регулирования часто включает в себя аллостерическое регулирование активности нескольких ферментов в пути. Внешняя регуляция включает в себя клетку в многоклеточном организме, изменяя его метаболизм в ответ на сигналы от других клеток. Эти сигналы, как правило, имеют форму растворимых мессенджеров, таких как гормоны и факторы роста, и обнаруживаются специфическими рецепторами на поверхности клетки. Затем эти сигналы передаются внутрь клетки с помощью вторичных систем мессенджеров, которые часто участвуют в фосфорилировании белков. Очень хорошим примером внешнего регулирования является регулирование метаболизма глюкозы гормоном инсулином. Инсулин вырабатывается в ответ на увеличение уровня глюкозы в крови. Связывание гормона с рецепторами инсулина на клетках затем активирует каскад протеинкиназ, которые заставляют клетки принимать глюкозу и преобразовывать её в молекулы хранения данных, таких как жирные кислоты и гликоген. Метаболизм гликогена контролируется активностью фосфорилазы, ферментом, который расщепляет гликоген, и гликоген-синтазой, ферментом, который его производит. Эти ферменты взаимно регулируются, при этом фосфорилирование ингибирует гликогенсинтазу, но активирует фосфорилазу. Инсулин провоцирует синтез гликогена путем активации фосфатазы белка и производит снижение фосфорилирования этих ферментов.

Эволюция

Исследование и манипуляции

Классически, метаболизм изучается в редукционистском подходе, ориентированном на один путь метаболизма. Особенно ценным является использование радиоактивных меток в целом организме, тканях и на клеточном уровне, что определяет пути от предшественников до конечных продуктов путем выявления радиоактивно меченых промежуточных и других продуктов. Ферменты, которые катализируют эти химические реакции, могут затем быть очищены и исследована их кинетика и реакция на ингибиторы. Параллельный подход заключается в определении малых молекул в клетке или тканях; полный набор этих молекул называется метаболомом. В целом, эти исследования дают хорошее представление о структуре и функции простых метаболических путей, но недостаточны при применении к более сложным системам, таким как метаболизм целой клетки. Теперь стало возможным использовать эти геномные данные для восстановления полных сетей биохимических реакций и производства более целостных математических моделей, которые могут объяснить и предсказать их поведение. Эти модели особенно эффективны, когда используются для интеграции пути и метаболических данных, полученных с помощью классических методов с данными по экспрессии генов протеомических исследований и исследований микрочипов ДНК. С использованием этих методов, в настоящее время создается модель человеческого метаболизма, которая будет направлять будущие открытия новых лекарств и биохимические исследования. Эти модели в настоящее время используются в сетевом анализе, для классификации заболеваний человека по группам, которые имеют общие белки или метаболиты. Бактериальные метаболические сети являются ярким примером «бантиковой» организации, архитектуры, способной вводить широкий спектр питательных веществ и производить большое разнообразие продуктов и сложных макромолекул с помощью относительно небольшого числа промежуточных веществ. Основным технологическим применением этой информации является метаболическая инженерия. Здесь, организмы, такие как дрожжи, растения или бактерии, генетически модифицируются, что делает их более полезными в области биотехнологии и способствует производству лекарственных препаратов, таких как антибиотики, или промышленных химических веществ, таких как 1,3-пропандиол и шикимовая кислота. Эти генетические модификации обычно направлены на снижение количества энергии, используемой для получения продукта, повышение размера выработки и сокращение производства отходов.

История

Термин «метаболизм» происходит от греческого Μεταβολισμός – «Metabolismos», означающего «изменение», или «переворот». Первые документированные ссылки на метаболизм были сделаны Ибн аль-Нафисом в его работе, датируемой 1260 годом нашей эры под названием Al-Risalah al-Kamiliyyah fil Siera al-Nabawiyyah (Трактат Камиля о биографии Пророка), которая включала следующую фразу «и тело, и его части находятся в постоянном состоянии растворения и питания, поэтому они неизбежно претерпевают постоянные изменения». История научного изучения метаболизма охватывает несколько веков и переходит от изучения целых животных в ранних исследованиях к рассмотрению отдельных метаболических реакций в современной биохимии. Первые контролируемые эксперименты о метаболизме человека были опубликованы Санторио в 1614 году в его книге Ars de statica Medicina. Он описывал, как он взвешивал себя до и после еды, сна, работы, секса, поста, питья и хождения в туалет. Он обнаружил, что большая часть пищи, которую он принимал, терялась в ходе процесса, который он назвал «неощутимым потоотделением». В этих ранних исследованиях, механизмы этих процессов обмена веществ не были выявлены, и считалось, что жизненная сила оживляет живую ткань. В 19-м веке, при изучении ферментации сахара в спирт дрожжами, Луи Пастер пришел к выводу, что брожение катализировалось веществами в клетках дрожжей, которые он назвал «ферментами». Он писал, что «спиртовое брожение соотносится с жизнью и организацией дрожжевых клеток, а не со смертью или гниением клеток». Это открытие, наряду с работой Фридриха Вёлера в 1828 году о химическом синтезе мочевины, отличается тем, что является первым органическим соединением, полученным из полностью неорганических предшественников. Это доказало, что органические соединения и химические реакции в клетках не отличаются в принципе от любой другой части химии. Открытие ферментов в начале 20-го века Эдуардом Бюхнером отделило изучение химических реакций обмена веществ от биологического исследования клеток, а также отметило рождение биохимии. Биохимические знания быстро увеличивались на протяжении первой половины 20 века. Одним из самых плодовитых среди биохимиков того времени был Ганс Кребс, который сделал огромный вклад в изучение обмена веществ.