Что называют обменом веществ


Обмен веществ: его роль в похудении и важность для здоровья в целом

Здоровье человека зависит от многих факторов. Не последнюю роль играет обмен веществ, при нарушении которого начинают развиваться различные патологии и существенно ухудшается качество жизни. Чаще всего он замедляется, и это приводит к ожирению. Гораздо реже – ускоряется, и это тоже чревато последствиями. Зато чётко отлаженные, бесперебойно протекающие обменные процессы — гарантия крепкого здоровья и стройной фигуры. Поэтому так важно знать, что оказывает на них влияние и как их нормализовать.

Что называют обменом веществ?

В сознании многих он связан только с весом. Замедлился метаболизм — жди набора, ускорился — снижения. Однако этим данное понятие не ограничивается.

Обмен веществ — это процесс непрерывного поступления в организм питательных веществ, их расщепление на составляющие, частичное усвоение и последующее выделение продуктов распада. Его активные участники:

  • аминокислоты;
  • белки;
  • билирубин;
  • витамины;
  • гликаны;
  • гликопротеины;
  • глюкозаминогликаны;
  • гормоны;
  • жиры;
  • кофакторы;
  • коферменты;
  • ксенобиотики;
  • липиды;
  • липопротеиды;
  • минералы;
  • нуклеотиды;
  • пигменты;
  • порфирины;
  • пурины;
  • пиримидины;
  • сфинголипиды;
  • углеводы и др.

Конечные продукты, которые выделяются во внешнюю среду, — это железо, углекислый газ, молочная кислота, вода, соли, тяжёлые металлы.

Этапы

Метаболизм — это ступенчатый процесс, в котором выделяются следующие этапы:

Первый. Пищеварение — представляет собой механическую и химическую переработку пищи в ЖКТ. На данном этапе происходит разложение углеводов (превращаются в моносахариды), белковых соединений (синтезируются в аминокислоты), липидов (расщепляются до жирных кислот) с последующим их всасыванием.

Второй. На уровне тканей протекает промежуточный обмен, который предполагает расщепление питательных веществ до конечных продуктов.

Третий. Включает в себя усвоение и выделение образовавшихся конечных продуктов.

Процессы

Обмен веществ человека протекает в виде двух процессов:

  1. Ассимиляции (анаболизма), когда происходит усвоение веществ и затраты энергии.
  2. Диссимиляции (катаболизма), когда органические соединения расщепляются с выработкой энергии.

Схема

Общая схема выглядит так:

Пища → ЖКТ (переваривание) → всасывание питательных веществ → транспортировка питательных веществ в кровь, лимфу, клетки, тканевую жидкость (расщепление веществ, образование новых органических соединений) → выведение продуктов распада через кожу и почки.

Функции

Какие функции выполняет обмен веществ?

Белковый:

  • генетическая функция: белки являются структурной частью ДНК;
  • защитная: синтезируют иммунные тела при интоксикации;
  • каталитическая: активизируют все биохимические реакции;
  • регуляторная: поддерживают биологический баланс;
  • структурная: входят в состав клеток;
  • транспортная: способствуют полноценному усвоению питательных веществ, обеспечивают их доставку в нужные органы;
  • энергетическая: обеспечивают энергией.

Жировой:

  • защитная функция: липиды сберегают тепло, предупреждают ушибы внутренних органов;
  • регуляторная: образуют желчные кислоты, половые гормоны;
  • структурная: образуют нервную ткань;
  • энергетическая: насыщают энергией.

Углеводный:

  • защитная функция: углеводы выделяют вязкие секреты, защищающие ЖКТ от патогенных микроорганизмов.
  • структурная: образуют клеточные структуры, нуклеиновые кислоты, ферменты, аминокислоты;
  • энергетическая: основной источник энергии.

Это лишь основные функции, которые выполняют БЖУ в организме. А помимо них, в метаболизме участвуют ещё более 20 веществ, и каждое из них играет определённую роль.

Регуляция

В обмене веществ важную роль играют гормоны — они являются его регуляторами. Именно поэтому сбой в одной системе приводит к серьёзным нарушениям в другой. Вот почему метаболизм чаще всего замедляется во время беременности, послеродовой период, в момент климакса — происходят серьёзные гормональные перестройки в женском организме.

Регуляция белкового обмена производится следующими гормонами:

  • соматотропным гормоном гипофиза;
  • гормонами щитовидки — тироксином и трийодтиронином;
  • гормонами надпочечников — глюкокортикоидами (гидрокортизоном и кортикостероном).

Регуляция жирового обмена осуществляется:

  • гормонами мозгового вещества надпочечников — адреналином и норадреналином;
  • соматотропным гормоном гипофиза;
  • тироксином;
  • глюкокортикоидами.

Углеводный обмен регулируется только инсулином.

Гормональная регуляция обмена веществ используется эндокринологами для лечения заболеваний, связанных с его нарушениями.

Возрастные особенности

Для восстановления нарушенного обмена веществ очень важно учитывать возрастные особенности его протекания.

У детей

Скорость метаболизма в несколько раз выше, чем у взрослых. А это значит, что им для полноценного развития и роста необходимо гораздо больше питательных веществ. Например, для строительства мышечного корсета ребёнку в 7 лет белка нужно в 3 раза больше, чем спортсменам с регулярными интенсивными тренировками.

При этом жиры практически не накапливаются, а расходуются в виде полезной энергии, поэтому их тоже должно быть много. Они укрепляют иммунитет, выполняя защитную функцию детского организма. Для сравнения один интересный факт: рацион новорождённого на 90% состоит из жиров. Такую нагрузку ЖКТ взрослого человека просто не выдержит.

Ни в коем случае нельзя ограничивать в рационе детей углеводы, которые уберегают его от сахарного диабета.

У взрослых

После полового созревания метаболизм на какое-то время стабилизируется, но потом постепенно замедляется. Зачастую это происходит из-за гормональных расстройств. Особенно страдают женщины. Для его нормализации взрослые должны налегать на сложные углеводы, белки, но при этом следить за содержанием жиров. Контроль веса — обязательное условие.

У пожилых

При отсутствии правильного питания и двигательной активности обмен веществ у пожилых протекает очень медленно. Им уже нельзя употреблять много белка во избежание пищевых расстройств. Постоянное наблюдение у врача и умеренные занятия спортом снижают риск осложнений.

Виды

Метаболизм классифицируют следующим образом.

В зависимости от участников:

  • белковый;
  • углеводный;
  • жировой (липолиз);
  • минеральный;
  • водно-щелочной и другие типы.

В зависимости от нарушений:

В зависимости от процессов:

  • пластический — усвоение питательных веществ, синтез, анаболизм;
  • энергетический — расщепление соединений, их выведение, катаболизм.

Самостоятельно определить, какой у вас обмен веществ — интенсивный, медленный или нормальный, очень трудно. С этим вопросом лучше обратиться к эндокринологу.

Заболевания

Болезни обмена веществ кодируют как Е70-Е90 (в соответствии с МКБ-10). В этом списке значится более 50 патологий. Наиболее распространённые:

  • альбинизм — отсутствие меланина;
  • амилоидоз — скопление в тканях лишних белковых отложений;
  • ацидоз — повышенная кислотность;
  • болезнь Хартнапа — неспособность клеток усваивать отдельные аминокислоты;
  • галактоземия — неправильное преобразование галактозы в глюкозу;
  • гиперхолестеринемия — повышенный уровень липидов;
  • кистозный фиброз — генная мутация белка;
  • лейциноз — нарушения в выработке ферментов;
  • муколипидоз — неактивность гидролазы;
  • мукополисахаридоз — нарушения обмена веществ, происходящие в соединительных тканях;
  • непереносимость лактозы;
  • обезвоживание;
  • оксалурия — скопление солей щавелевой кислоты;
  • охроноз — проблемы с синтезом тирозина;
  • саркозинемия — повышенный уровень саркозина;
  • синдром Жильберта — гепатоз, связанный с выработкой пигментов;
  • синдром Фарбера — скопление под кожей липогранулём;
  • фенилкетонурия — плохая усваиваемость некоторых аминокислот;
  • цистиноз — патологически повышенный уровень цистинов.

Причины ускорения и замедления

Учёные до сих пор изучают, от чего зависит скорость обмена веществ. Ряд причин научно подтверждён, но в некоторых случаях провоцирующие факторы выявить очень сложно.

Причины замедленного метаболизма:

  • внутриутробная гипоксия;
  • возраст после 35;
  • гендерные различия: у женщин он протекает медленнее;
  • генетика;
  • дефицит минералов и витаминов;
  • диета, недостаток калорийности;
  • заболевания щитовидки;
  • зашлакованность организма;
  • климакс;
  • неправильное функционирование надпочечников, гипофиза;
  • неправильные пищевые привычки: отсутствие режима питания, перекусы на ходу, злоупотребление вредными продуктами;
  • обезвоживание;
  • постоянный стресс, затяжное депрессивное состояние, частые нервные срывы;
  • родовые травмы;
  • роды;
  • сидячий образ жизни, отсутствие двигательной активности.

Причины ускоренного метаболизма:

  • алкоголизм;
  • генетика;
  • длительный и очень сильный стресс;
  • длительный приём мощных лекарств;
  • изнурительные тренировки;
  • наркомания;
  • наследственность;
  • недосыпание, бессонница;
  • непомерные физические нагрузки (по работе или в тренажёрном зале);
  • обширные воспалительные процессы;
  • переизбыток мышечной массы;
  • проживание или работа при низких температурах;
  • тяжело протекающие, осложнённые инфекции;
  • черепно-мозговая травма, если был задет гипоталамус;
  • эндокринные патологии: акромегалия, гиперкортицизм, гипертиреоз, тиреоидит, гиперальдостеронизм, зоб, тиреотоксикоз, гиперпролактинемия, синдром Штейна-Левенталя и др.

Основной причиной нарушения обменных процессов большинство специалистов считают гормональный сбой, так как именно гормоны являются их регуляторами.

Симптомы нарушений

Повышенный обмен веществ в организме человека чаще всего сопровождается снижением веса и нездоровой худобой. Замедленный, наоборот, — сначала полнотой, в затем и ожирением. Но этими признаками симптоматика нарушений метаболизма не исчерпывается.

Белковый обмен:

  • алопеция;
  • артрит;
  • жировая дистрофия печени;
  • мышечная дистрофия;
  • нарушения стула: как диарея, так и запоры;
  • нервные расстройства;
  • остеопороз;
  • отложения солей;
  • отсутствие аппетита;
  • почечная недостаточность;
  • преждевременное старение кожи;
  • слабый иммунитет;
  • снижение веса;
  • сонливость, вялое и апатичное состояние;
  • уменьшение интеллектуальных способностей.

Углеводный:

  • бесконтрольный тремор рук и ног;
  • гиперактивность;
  • ожирение или, наоборот, похудение;
  • повышение холестерина;
  • сбои в работе сердца;
  • скачки давления — артериального, глазного и внутричерепного;
  • тахикардия;
  • ухудшение состояния при сахарном диабете.

Жировой:

  • алопеция;
  • атеросклероз;
  • высокий уровень холестерина;
  • гипертензия;
  • гормональные нарушения;
  • дефицит витаминов и минералов;
  • камни;
  • ожирение или похудение;
  • проблемы с почками;
  • снижение иммунитета;
  • частые воспаления.

Минеральный:

  • аллергии;
  • алопеция;
  • многочисленные прыщи на лице и спине;
  • нарушения стула;
  • отсутствие сексуального влечения;
  • плохой сон;
  • снижение зрения;
  • частые инфекционные заболевания на фоне снижения иммунитета.

Специфические симптомы у женщин:

  • бесплодие;
  • нарушения гормонального фона;
  • плаксивость, раздражительность, чрезмерная эмоциональность;
  • поликистоз яичников;
  • проблемы с менструальным циклом;
  • растительность на лице;
  • эндокринные патологии.

Специфические симптомы у мужчин:

  • дистрофия мышц;
  • заболевания, связанные с простатой;
  • импотенция;
  • отсутствие сексуального желания;
  • увеличенные молочные железы и ягодицы.

По данным симптомам можно заподозрить плохой обмен веществ. Как только они появились желательно сразу обратиться за врачебной помощью и не пытаться исправить ситуацию собственными силами, чтобы не сделать ещё хуже.

Диагностика патологий

Для диагностики метаболических патологий могут понадобиться следующие диагностические меры:

  • изучение истории болезней;
  • измерение антропометрических данных: роста, веса;
  • на основе полученных данных рассчитывается ИМТ, определяется объём висцерального жира;
  • общая оценка физического развития;
  • многосторонний анализ крови (биохимия) на содержание гормонов и холестерина;
  • общий анализ мочи;
  • допплерография;
  • позитронно-эмиссионная томография;
  • УЗИ внутренних органов (назначается врачом, исходя из общего состояния организма пациента);
  • при необходимости — ЭКГ.

Эти лабораторные исследования позволят поставить точный диагноз и определить терапевтический курс.

Способы восстановления

Запустить или, наоборот, замедлить обмен веществ можно разными способами.

Медикаментозные препараты

Самостоятельно пить лекарства нельзя, потому что можно добиться обратного результата. Для начала необходимо понять, что именно нужно сделать с вашим метаболизмом — разогнать, ускорить или немного подкорректировать. Это может сделать только эндокринолог совместно с другими узкопрофильными специалистами. И лишь он может назначить правильное лечение.

Для ускорения:

  • L-тироксин;
  • Глюкофаж;
  • Лецитин;
  • анаболики: метандиенон, ретаболил, рибоксин, метилурацил, оротат калия.

Для замедления:

  • дрожжи (в виде БАДа);
  • протеиновые добавки (как спортивное питание);
  • лекарства для набора веса: Апилак, Дюфастон, Бензодиазепин, Элькар, Анаполон, Андриол;
  • железосодержащие препараты (Гемофер, Тардиферон, Ферроглюконат, Ферроградумет, Хеферол, Актиферрин, Фенюльс);
  • антиметаболиты: Азатиоприн, Алексан, Вайдаза, Гемита, Гемцитабин, Децитабин, Зексат, Кладрибин, Клофарабин, Ланвис, Метотрексат, Мовектро, Неларабин, Тегафур, Тиогуанин, Трексан, Фивофлу, Фопурин, Фторафур, Цитарабин, Цитогем, Эветрекс.

Для нормализации — экстракты растений-биостимуляторов (их ещё называют «семёркой золотых трав»):

  • аралия высокая;
  • дикий перец;
  • заманиха высокая;
  • золотой корень;
  • корень жизни — женьшень;
  • лимонник китайский;
  • маралий корень.

Для восстановления обмена веществ назначаются также отдельные витамины (С, В1, В2, В9, В12, А, Е), минералы (йод, кальций, хром, цинк, железо) и поливитаминные комплексы:

Alfa Vita (Япония):

  • Mono Oxi помогает восстановить организм после операций и болезней;
  • Min разработан для худеющих, которые сидят на диетах;
  • Minerals рекомендован спортсменам;
  • O2 — инновационная японская разработка, действует на молекулярном уровне;
  • Zeolite можно применять при регулярных разгрузочных днях, так как комплекс прекрасно очищает ЖКТ, печень и почки.

Vision (Россия):

  • хром, аскорбиновая кислота;
  • хитозан;
  • йод, магний, тиамин, кобаламин, пиридоксин;
  • йод, хром, аскорбиновая кислота.

Другие брендовые витаминные комплексы:

  • Zym-Complex. Astrum (США);
  • B-50 Complex 100 Tablets. Nature’s Life (Россия);
  • Селен-DS. Dr. Skalny (Россия);
  • Турбослим. Альфа-липоевая кислота с L-карнитиом. Эвалар (Россия).

Более подробные рекомендации по приёму таблеток, ускоряющих метаболизм, можно найти по этой ссылке.

Для лечения болезней, обусловленных нарушениями метаболизма, назначаются специфические медикаментозные препараты.

Если проблемы связаны с гормональными нарушениями, они устраняются гормональными препаратами. Например, при климаксе хорошо помогают:

  • Анжелик;
  • Атаракс;
  • Дивина;
  • Климара;
  • Климонорм;
  • Клиогест;
  • Логест;
  • Магнефар;
  • Марвелон;
  • Супрадин;
  • Тризистон;
  • эстрогеновые лекарства (Дивигель, Эстрофем, Овестин).

При гормональном сбое после родов, когда метаболизм женщины никак не может прийти в норму, могут прописать:

  • антилипидный чай;
  • Дексаметазон;
  • Кордицепс;
  • Циклодинон;
  • Эсстринол;
  • Эутирокс.

Приём гормональных препаратов в послеродовой период должен проходить под постоянным наблюдением врача. Если мамочка кормящая, длительность лечения должна составлять не более 10 дней, так как мощные препараты могут негативно повлиять на здоровье малыша через грудное молоко.

Лечебные процедуры

  • Ароматерапия;
  • бассейн;
  • горячие ванны;
  • контрастный душ;
  • массаж;
  • обёртывания;
  • специальные ЛФК;
  • фитотерапия.

Поведенческая терапия

Правильно питаться по режиму. Предпринимать меры по укреплению иммунитета: необходимо закаляться, находиться больше времени на свежем воздухе, проветривать помещения.

Увеличить двигательную активность: делать зарядку, гулять пешком, устраивать ежедневные пробежки, ходить в бассейн, тренажёрный зал или на танцы, кататься на велосипеде — способов много. Занятия спортом должны быть последовательными и систематичными. То есть, начинать нужно с малого и самого простого, постепенно усложняя выбранную программу тренировок. Изнурять себя ежедневными подъёмами штанги ни к чему: 3 раз в неделю будет достаточно.

Не переживать по любому поводу, не накручивать себя — нужно укреплять не только иммунитет, но и нервную систему. Отказаться от вредных привычек, постепенно уменьшая суточное потребление никотина, алкоголя. Если есть наркотическая зависимость, необходимо пройти курс лечения.

Следить за гигиеной тела, которая исключает инфекционные поражения. А они нередко приводят к различным сбоям в обмене веществ.

Следовать чёткому режиму дня, в котором есть место и работе, и отдыху. Спать не менее 7 часов, ложиться не позднее 23.00. Тем, кому необходимо замедлить обмен веществ, можно ограничить сон 6 часами.

Питание

Общие рекомендации

Питание должно быть дробным — примерно 5 раз в день, если не считать стакана кефира на ночь. Интервал между приёмами пищи должен составлять не более 3 часов. Причём режима необходимо придерживаться неукоснительно. В моменты форс-мажоров допускается отклонение в полчаса (+/-), но это должно быть редким исключением.

Порции должны быть небольшими. Заглушили голод — и достаточно. Если обмен веществ регулируется непосредственно для похудения, нельзя съедать более 200 г за раз. Исключение может составлять разве что обед. Если же причина иная, специалисты рекомендуют употреблять за 1 раз около 300 г для женщин и 450 г для мужчин.

На завтрак необходимо потреблять до 25% от общей суточной калорийности рациона, на обед — 35%, на ужин — 20%. Оставшиеся распределяются между перекусами. Утренние блюда должны включать как можно больше сложных углеводов, в дневных соотношение БЖУ должно быть уравновешено, вечером предпочтение отдаётся белковой пищи.

Завтракать нужно обязательно, ужинать не позднее 3-4 часов до отхода ко сну.

Данный показатель индивидуален и рассчитывается по особым формулам. В среднем, идеальное соотношение — 3:2:5 для мужчин, а для женщин 2:2:4. Эти параметры зависят от степени двигательной активности и начального веса. Если правильно произвести расчёт и использовать его, это очень помогает восстановить нарушенный обмен веществ и впоследствии поддерживать его в норме. Если его нужно ускорить, увеличивается содержание белков в рационе; замедлить — жиров.

Белки равномерно распределяются по приёмам пищи, но ужин обязательно должен состоять преимущественно из них. Жиры лучше поглощать на обед. Самыми полезными являются ненасыщенные омега-3,-6 и -9. Сложные углеводы помогут насытиться утром, а вот вечером будут неуместны.

Обязательно нужно высчитать лично для себя соотношение БЖУ плюс суточную норму калорий и придерживаться полученных результатов.

Чтобы нормализовать обмен веществ, необходимо отказаться от низкокалорийных диет. Для похудения нельзя опускать планку ниже 1200 ккал в день. Для поддержания нормального веса её нужно поднять до 1500 ккал. Для мужчин эти цифры будут 1500 и 1800 соответственно.

Раз в неделю можно устраивать так называемые «качели» калорийности. Если обычно ваша норма — 1200, по воскресеньям (или субботам) повышайте её до 1500. Если норма — 1500, соответственно, снижайте её до 1200. Это предостерегает организм от привыкания к одному и тому же рациону, что положительно сказывается на скорости обменных процессов.

Рассчитать калорийность продуктов питания помогут наши таблицы.

Если питьевой режим организован неправильно, что бы человек ни предпринимал для восстановления обмена веществ, это будет бесполезно. Вода — основной катализатор данного процесса, именно она его и запускает, и разгоняет, и нормализует. Поэтому нужно позаботиться о том, чтобы её в рационе было достаточно.

Одно из золотых правил гласит, что утро нужно начинать со стакана чистой воды без газа (можно с лимоном или мёдом). Выпивая его сразу после пробуждения, вы заставляете проснуться организм после ночи. В течение дня начатую работу нужно продолжить: между приёмами пищи пить по 200 мл. Суточный объём высчитывается по формуле: на каждый кг веса — 30 мл. В среднем, получается от полутора до 3 литров. Кто-то пьёт 4 стакана до обеда и 4 после.

Главное — не переусердствовать. Например, после 18.00 пить воду уже не рекомендуется, чтобы наутро не проснуться с отёками. Захотели пить после ужина — лучше организовать себе чашечку успокаивающего травяного чая или кефир.

Если хочется привести обмен веществ в порядок, придётся пойти на некоторые жертвы в плане питания. Например, отказаться от жареных блюд как источника холестерина и вредных жиров, которые будут зашлаковывать организм и тормозить метаболизм. В список запрещённых продуктов отправляются газированная вода и фастфуд. Сладости, копчёности, сдобная выпечка не исключаются, но ограничиваются в объёмах. Поначалу кажется очень сложно отказаться от конфет и любимого пирожного, однако, если выдержать 3 недели, сформируются правильные пищевые привычки, и организм перестанет требовать от вас запретного.

Список рекомендуемых продуктов

Питание для нормализации обмена веществ напоминает диету, но здесь всё не так строго и категорично. Например, данный ниже список — не разрешённых, а всего лишь рекомендуемых продуктов, которые известны как ускорители метаболизма. И только вы можете откорректировать его по своему усмотрению и вкусовым предпочтениям.

Продукты для улучшения обмена веществ

Обогатить рацион необходимо следующими продуктами:

  1. Ананас и грейпфрут — чемпионы по разгону метаболизма, папайя, твёрдые сорта груш, киви, арбузы, гранаты, лимоны, дыни, зелёный виноград, персики, авокадо, бананы, апельсины, сливы, зелёные яблоки, манго.
  2. Анисовый бедренец, гвоздика, хрен, рогатый корень, женьшень, горчица, цейлонский коричник, кардамон, карри, ваниль, сушённый базилик, турмерик, перец молотый и горошком.
  3. Бурый рис, овёс, гречка.
  4. Горький шоколад.
  5. Кефир (обязателен для ежедневного употребления), простокваша, натуральные йогурты, сыворотка, ряженка. Если нужно похудеть, их жирность должна быть минимальной. Если такая задача не стоит, не ограничивайте данный показатель.
  6. Листовой салат, тмин как зелень, перья зелёного лука, укроп, петрушка, базилик.
  7. Мёд.
  8. Морепродукты.
  9. Нерафинированные растительные масла, особенно оливковое.
  10. Овощной бульон.
  11. Орехи.
  12. Плоды шиповника, малина, вишня, калина, крыжовник, клубника и земляника, клюква, арония, смородина, брусника, рябина, облепиха, ежевика, асаи, черника, годжи.
  13. Рыба.
  14. Фасоль, болгарский перчик, капуста, бобы, чеснок, помидоры, мангольд, лук, свёкла, нут, морковь, горох.
  15. Чёрный кофе, напитки с имбирём, лимоном и корицей, вода Сасси, ягодные смузи, зелёный чай, свежевыжатые фреши, кагор, красное сухое вино.
  16. Яблочный уксус.
  17. Яйца.

Более подробный список продуктов для ускорения обмена веществ можно посмотреть в отдельной статье.

Особенности питания при ускоренном метаболизме

Если нужно замедлить обмен веществ, работают несколько иные принципы организации питания:

  1. Трёхразовое питание.
  2. Размеры порций не ограничены.
  3. В рационе должно быть как можно больше жиров и простых углеводов. Причём последние нужно употреблять на ужин. А вот клетчаткой и белками увлекаться не стоит.
  4. Из продуктов нужно отдать предпочтение выпечке, жирному мясу и рыбе, сладостям, макаронам, растительным маслам, орехам.

Пошаговое руководство по замедлению обмена веществ найдёте в статье ранее.

Диеты

Для восстановления нарушенного метаболизма существует особая лечебная диета — восьмой стол по Певзнеру. Она рекомендуется при серьёзных патологиях: ожирении, сахарном диабете, булимии, компульсивном переедании. Перед тем, как практиковать её, необходимо проконсультироваться с эндокринологом и диетологом. Иногда её соблюдают даже при незначительном лишнем весе и вредных пищевых привычках. Длительность — около месяца. Результаты — нормализация обмена веществ, понижение сахара и холестерина, запуск липолиза и похудение.

Подробное меню на каждый день, список разрешённых и запрещённых продуктов и прочие особенности питания по диете №8 Певзнера можно посмотреть здесь.

Для разгона метаболизма есть отдельная диета, разработанная американским специалистом по диетическому питанию — Хейли Помрой. Она стала знаменитой после того, как на ней похудели и привели себя в норму Роберт Дауни (младший) и Дженнифер Лопес. От остальных методик её отличает наличие 3 фаз, каждая из которых учитывает биоритмы человеческого организма, что весьма благотворно сказывается как раз на обмене веществ. С помощью этой звёздной диеты можно и похудеть, и здоровье поправить.

Три фазы: первая (понедельник-вторник) — успокаивающая, вторая (среда-четверг) — подготовительная, третья (пятница-суббота-воскресение) — липолитическая.

Хейли Помрой также даёт рекомендации по выполнению различных упражнений в разные фазы, что выгодно отличает её на фоне остальных.

Меню, расписанное по фазам, и остальные особенности данной системы вы найдёте по ссылке.

Наладить обмен веществ и похудеть поможет метаболическая диетой, которая также включает несколько фаз, но уже более продолжительных по времени. Её сложность в том, что придётся подсчитывать баллы потребляемых продуктов.

Фазы: первая (2 недели) — активное жиросжигание, вторая (около 2 месяцев) — стабильное жиросжигание, третья (бесконечно) — нормализация веса.

Таблицу распределения баллов по продуктам и подробное меню на неделю на каждый день можно изучить в нашей статье.

Народные средства

Лекарственные травы тоже имеют свойства нормализовать обмен веществ и ускорить его, если нужно. Некоторые из них даже признаны официальной медициной. Сырьё либо покупается в аптеке в виде сборов и фитопакетов, либо собирается вручную (но это нужно уметь делать правильно). На какие именно травы стоит обратить внимание в данном случае:

  • алоэ;
  • багульник;
  • берёзовые почки;
  • бессмертник;
  • горец;
  • дягиль;
  • звездчатку;
  • зверобой;
  • крапиву;
  • крушину;
  • липу;
  • лопух;
  • мать-и-мачеху;
  • мяту;
  • ноготки;
  • орегано;
  • полынь;
  • пустырник;
  • ромашку;
  • смородину;
  • толокнянку;
  • тысячелистник;
  • чабрец;
  • шиповник.

Нужно уметь правильно их приготовить для стабилизации обменных процессов. Для настоя берётся 30 г сухого или свежего измельчённого сырья и заливается кипятком (200 мл). Держится под крышкой или в термосе около часа. Для отвара достаточно 15 г листьев и цветков на такой же объём воды. Томится на медленном огне до 15 мин. Оба напитка процеживаются. Пьются по 100-200 мл после каждого приёма пищи.

В рецепте допускается использовать сразу несколько ингредиентов (например, листья смородины, плоды шиповника и корень лопуха). Но в таком случае нужен точный рецепт, чтобы узнать соотношение компонентов. Произвольно соединять их нельзя, так как некоторые растения между собой не сочетаются и при неправильном приготовлении могут нанести вред здоровью.

Употребление народных средств нужно обязательно согласовать с врачом. Природные лекарства так же, как и медикаментозные, имеют собственные списки противопоказаний, которые необходимо соблюдать. К тому же они не всегда могут сочетаться с приёмом каких-то других лекарственных препаратов.

Результаты нормализации

Как только обмен веществ восстановится до нормы, это отразится на вашем здоровье и самочувствии:

  • нормализация пищеварения, работы печени и почек, давления;
  • общее улучшение самочувствия;
  • повышение концентрации внимания, работоспособности;
  • похудение или, наоборот, набор веса;
  • снижение риска обострений хронических заболеваний;
  • стабилизация гормонального фона;
  • у женщин — нормализация менструального цикла;
  • улучшение внешнего вида: кожа становится гладкой, волосы — густыми, начинают отрастать, ногти — крепкими, без расслоений;
  • устранение хронической усталости, бодрость, энергичность, приподнятое настроение, отсутствие удручающих мыслей.

Осложнения

Неправильный обмен веществ может спровоцировать развитие заболевания:

  • анемия;
  • атеросклероз;
  • бесплодие;
  • болезненные мышечные сокращения;
  • гепатоз;
  • гипер- или гипогликемия;
  • гликогеноз;
  • дистрофия;
  • подагра;
  • проблемы с весом;
  • психические расстройства;
  • рахит;
  • сахарный диабет.

И это далеко не весь список печальных прогнозов для тех, кто запустит себя и не будет контролировать обменные процессы.

Профилактика

Чтобы никогда не сталкиваться с проблемой замедленного или ускоренного метаболизма, достаточно вести здоровый и активный образ жизни. Он включает в себя:

  1. Активный отдых.
  2. Благоприятная психологическая атмосфера.
  3. Высокая двигательная активность.
  4. Курортное лечение и отдых.
  5. Ограничение алкоголя (не более 1 бокала красного сухого вина в день).
  6. Ограничение вредных продуктов.
  7. Отказ от курения.
  8. Прохождение медосмотра не реже 1 раза в год.
  9. Разгрузочные дни 2-4 раза в месяц.
  10. Разнообразное меню.
  11. Расчёт индивидуального соотношения БЖУ, использование его для составления рациона.
  12. Регулярный контроль веса.
  13. Режим дня по часам.
  14. Своевременное обращение к врачам при возникновении проблем со здоровьем.
  15. Укрепление иммунитета.
  16. Употребление поливитаминов 2 раза в год.

Трудно переоценить роль обмена веществ в организме. Если он протекает без сбоев — значит, и здоровье хорошее, и настроение прекрасное, и выглядит человек потрясающе. Но как только биохимические реакции замедляются (или ускоряются) это тут же проявляется в виде всевозможных болячек, гормональными всплесками, ухудшением внешних данных. Вот почему так важно держать под контролем метаболизм и в случае малейших отклонений идти на приём к эндокринологу.

hudeyko.ru

что такое обмен веществ? Его значение в природе и жизни человека - Школьные Знания.com

Обмен веществ - это набор химических реакций, обеспечивающий жизнедеятельность и рост клетки. Обмен веществ – это то, что является основой живого организма, это обмен между химическим составом человека и окружающей среды.В обменных процессах нашего организма участвуют все химические и природные элементы – белки, жиры и углеводы. Выполняя каждый свою роль - белки, создавая строительный материал, а жиры с углеводами, регулируя баланс энергетических затрат – четко и слаженно взаимодействуют друг с другом. К ним в помощь приходят минеральные вещества и витамины, которые улучшают клеточную среду.Обмен веществ состоит из двух сторон:1. диссимиляция – разложение, распад питательных веществ.2. ассимиляция – синтез, создание и усвоение организмом новых веществ.Эти процессы идут параллельно и всю жизнь. Различают следующие этапы:1. Поступление питательных веществ в организм2. Всасывание их из пищеварительного тракта3. Перераспределение и усвоение питательных веществ (тканевый этап)4. Выделение остатков продуктов распада, которые не могут усвоиться в организмеПроцессы обмена веществ идут в организме быстро и интенсивно, хотя в организме нет высокого давления и температуры. Эта быстрота обеспечивается участием ферментов и других веществРоль обмена веществОбмен веществ заслуживает того, чтобы уделить ему самое пристальное внимание. Ведь от его налаженной работы зависит снабжение наших клеток полезными веществами. Основу обмена веществ составляют химические реакции, происходящие в организме человека. Вещества, необходимые для жизнедеятельности организма мы получаем с пищей.Дополнительно нам нужен еще кислород, который мы вдыхаем вместе с воздухом. В идеале должно наблюдаться равновесие между процессами строительства и распада. Однако это равновесие часто может быть нарушено и причин этому есть масса.Причины нарушения обмена веществСреди первых причин нарушения обмена веществ можно выделить наследственный фактор. Хотя он и не исправим, с ним можно и нужно бороться! Также нарушения обмена веществ могут быть вызваны органическими заболеваниями. Однако зачастую эти нарушения являются следствием нашего неправильного питания.Как переизбыток полезных веществ, так и их недостаток очень вредит нашему организму. И последствия могут быть необратимыми. Избыток некоторых питательных элементов возникает в результате чрезмерного употребления жирной пищи, а недостаток - при строгом соблюдении различных диет для похудения. Основной диетой чаще всего является однообразное питание, что и ведет к недополучению необходимых питательных веществ, в свою очередь, это неизбежно приведёт к развитию различных болезней. Возможно возникновение аллергии на большую часть продуктов питания.- Нашли ошибку в тексте? Выделите ее и еще несколько слов, нажмите Ctrl + Enter - Вам не понравилась статья или качество поданной информации? - напишите нам!Болезни обмена веществДаже сбалансировав все обменные процессы, снабдив организм недостающими витаминами, мы рискуем получить ряд серьёзных заболеваний, вызванных продуктами распада наших клеток. Продукты распада имеют всё живое и растущее, а это и есть пожалуй самый опасный враг для нашего здоровья. Иначе говоря, организм должен вовремя очищаться от шлаков, либо они просто начнут отравлять его. Оставаясь в избытке, продукты распада вызывают хронические болезни и замедляют работу всего организма.При нарушениях углеводного обмена возникает тяжелое заболевание сахарный диабет, при неправильном жировом обмене накапливается холестерин, вызывающий болезни сердца и сосудов. Свободные радикалы, которых становится в избытке, способствуют возникновению злокачественных образований.

Частым проявлением проблем с обменом веществ также является ожирение. К этой же группе также можно отнести подагру, нарушения пищеварения, некоторые формы сахарного диабета и т.п. Нарушение баланса минеральных веществ и витаминов ведет к поражению мышц, костей, тяжелым нарушениям сердечно-сосудистой системы. У детей это может

4.0

49 оценок

49 оценок

Оцени!

znanija.com

Обмен веществ - это... Что такое Обмен веществ?

Печень — важнейший орган метаболизма у животных (фотография печени крысы)

Метаболи́зм (от греч. μεταβολή, «превращение, изменение»), обмен веществ — полный процесс превращения химических веществ в организме, обеспечивающих его рост, развитие, деятельность и жизнь в целом.

В живом организме постоянно расходуется энергия, причём не только во время физической и умственной работы, а даже при полном покое (сне).

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

История изучения

Хотя обмен веществ происходит непрерывно, видимая неизменность нашего тела вводила в заблуждение не только неискушенных в науке людей, но и некоторых учёных. Полагали, что в организме имеются два вида веществ, одни из которых идут на строительство тела, они неподвижны, статичны; другие же, используемые в качестве источника энергии, быстро перерабатываются.

Внедрение в биологические исследования меченых атомов позволило в экспериментах на животных установить, что во всех тканях и клетках обмен веществ происходит непрерывно: никакой разницы между «строительными» и «энергетическими» молекулами не существует. В организме все молекулы равным образом участвуют в обмене веществ. В среднем у человека каждые 80 дней меняется половина всех тканевых белков, ферменты печени (в ней идут особенно интенсивные реакции) обновляются через 2-4 часа, а некоторые даже через несколько десятков минут.

Этапы метаболизма

Условно процесс обмена веществ можно разделить на три этапа:

Первый этап — ферментативное расщепление белков, жиров и углеводов до растворимых в воде аминокислот, моно- и дисахаридов, глицерина, жирных кислот и других соединений, происходящее в различных отделах желудочно-кишечного тракта и всасывание их в кровь и лимфу.

Второй этап — транспорт питательных веществ кровью к тканям и клеточный метаболизм, результатом которого является их ферментативное расщепление до конечных продуктов. Часть этих продуктов используется для построения составных частей мембран, цитоплазмы, для синтеза биологически активных веществ и воспроизведения клеток и тканей. Расщепление веществ сопровождается выделением энергии, которая используется для процесса синтеза и обеспечения работы каждого органа и организма в целом.

Третий этап — выведение конечных продуктов метаболизма в составе мочи, кала, пота, через легкие в виде CO2 и т. д.

Анаболизм и катаболизм

Обмен веществ состоит из двух противоположных, одновременно протекающих процессов. Первый — анаболизм — объединяет все реакции, связанные с синтезом необходимых веществ, их усвоением и использованием для роста, развития и жизнедеятельности организма. Второй — катаболизм — включает реакции, связанные с распадом веществ, их окислением и выведением из организма продуктов распада (см. тж. Окислительно-восстановительные реакции). Главным образом через реакции анаболизма протекает процесс ассимиляции (усвоения) питательных веществ, а реакции катаболизма составляют основу диссимиляции — освобождения организма от веществ, его составляющих. (Употребление термина «ассимиляция» как синонима анаболизма, а «диссимиляция» — синонима катаболизма некорректно, так как ассимиляция и диссимиляция являются более общими биологическими понятиями).

Прочие аспекты

Обмен веществ обеспечивает присущее живому организму как системе динамическое равновесие, при котором взаимно уравновешиваются синтез и разрушение, размножение и гибель. В основе реакций обмена веществ лежат физико-химические взаимодействия между атомами и молекулами, подчиняющиеся единым для живой и неживой материи законам. Сказанное, разумеется, не означает, что жизнь сводится полностью к физико-химическим процессам. Живым организмам присущи свои особенности.

С обменом веществ неразрывно связан обмен энергии в организме. Живые организмы могут существовать только при условии непрерывного поступления энергии извне. И потому они постоянно нуждаются в энергии для выполнения различного рода работы: механической — передвижение тела, сердечная деятельность и т. д.; гальванической — создание разности потенциалов в тканях и клетках; химической — синтез веществ и т. д.

Первичным косвенным источником энергии для человека, как и для всего живого на Земле, за очень редким исключением[1], служит солнечное излучение. Пища образуется благодаря той же энергии Солнца. Начальное звено пищевой цепи — растения, аккумулирующие в процессе фотосинтеза солнечную энергию. В зелёном пигменте растений — хлорофилле под воздействием квантов света из воды и углекислого газа синтезируются органические вещества — основа жизни.

Состав пищи сложен и разнообразен. В ней больше всего главных пищевых веществ, к которым относятся белки, жиры, углеводы. Содержатся в пище и минеральные элементы — кальций, фосфор, натрий и другие, их называют макроэлементами в отличие от микроэлементов, содержащихся в ней в ничтожно малых количествах — медь, кобальт, йод, цинк, марганец, селен и другие. Есть в пище и вкусовые вещества, которые придают ей особые свойства.

Примечания

  1. ↑ см. гидротермальные источники срединно-океанических хребтов

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

Метаболизм - это... Что такое Метаболизм?

Метаболи́зм (от греч. μεταβολή — «превращение, изменение»), или обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды. Метаболизм обычно делят на две стадии: в ходе катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых; в процессах анаболизма с затратами энергии синтезируются такие вещества, как белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты.

Обмен веществ происходит между клетками организма и межклеточной жидкостью, постоянство состава которой поддерживается кровообращением: за время прохождения крови в капиллярах через проницаемые стенки капилляров плазма крови 40 раз полностью обновляется с интерстициальной жидкостью. Серии химических реакций обмена веществ называют метаболическими путями, в них при участии ферментов одни биологически значимые молекулы последовательно превращаются в другие. Ферменты играют важную роль в метаболических процессах потому, что:

  • действуют как биологические катализаторы и снижают энергию активации химической реакции;
  • позволяют регулировать метаболические пути в ответ на изменения среды клетки или сигналы от других клеток.

Особенности метаболизма влияют на то, будет ли пригодна определенная молекула для использования организмом в качестве источника энергии. Так, например, некоторые прокариоты используют сероводород в качестве источника энергии, однако этот газ ядовит для животных.[1] Скорость обмена веществ также влияет на количество пищи, необходимой для организма.

Основные метаболические пути и их компоненты одинаковы для многих видов, что свидетельствует о единстве происхождения всех живых существ.[2] Например, некоторые карбоновые кислоты, являющиеся интермедиатами цикла трикарбоновых кислот присутствуют во всех организмах, начиная от бактерий и заканчивая многоклеточными организмами эукариот.[3] Сходства в обмене веществ, вероятно, связаны с высокой эффективностью метаболических путей, а также с их ранним появлением в истории эволюции.[4][5]

Биологические молекулы

Структура липида триглицерида

Органические вещества, входящие в состав всех живых существ (животных, растений, грибов и микроорганизмов), представлены в основном аминокислотами, углеводами, липидами (часто называемые жирами) и нуклеиновыми кислотами. Так как эти молекулы имеют важное значение для жизни, метаболические реакции сосредоточены на создании этих молекул при строительстве клеток и тканей или разрушении их с целью использования в качестве источника энергии. Многие важные биохимические реакции объединяются вместе для синтеза ДНК и белков.

Аминокислоты и белки

Белки являются линейными биополимерами и состоят из остатков аминокислот, соединённых пептидными связями. Некоторые белки являются ферментами и катализируют химические реакции. Другие белки выполняют структурную или механическую функцию (например, образуют цитоскелет).[6] Белки также играют важную роль в передаче сигнала в клетках, иммунных реакциях, агрегации клеток, активном транспорте через мембраны и регуляции клеточного цикла.[7]

Липиды

Липиды входят в состав биологических мембран, например, плазматических мембран, являются компонентами коферментов и источниками энергии.[7] Липиды являются гидрофобными или амфифильными биологическими молекулами, растворимыми в органических растворителях таких, как бензол или хлороформ.[8] Жиры — большая группа соединений, в состав которых входят жирные кислоты и глицерин. Молекула трёхатомного спирта глицерина, образующая три сложные эфирные связи с тремя молекулами жирных кислот, называется триглицеридом.[9] Наряду с остатками жирных кислот, в состав сложных липидов может входить, например, сфингозин (сфинголипиды), гидрофильные группы фосфатов (в фосфолипидах). Стероиды, например холестерол, представляют собой ещё один большой класс липидов.[10]

Углеводы

Сахара могут существовать в кольцевой или линейной форме в виде альдегидов или кетонов, имеют несколько гидроксильных групп. Углеводы являются наиболее распространёнными биологическими молекулами. Углеводы выполняют следующие функции: хранение и транспортировка энергии (крахмал, гликоген), структурная (целлюлоза растений, хитин у животных).[7] Наиболее распространенными мономерами сахаров являются гексозы — глюкоза, фруктоза и галактоза. Моносахариды входят в состав более сложных линейных или разветвленных полисахаридов.[11]

Нуклеотиды

Полимерные молекулы ДНК и РНК представляют собой длинные неразветвленные цепочки нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты выполняют функцию хранения и реализации генетической информации, которые осуществляются в ходе процессов репликации,транскрипции, трансляции, и биосинтеза белка.[7] Информация, закодированная в нуклеиновых кислотах, защищается от изменений системами репарации и мультиплицируется при помощи репликации ДНК.

Некоторые вирусы имеют РНК-содержащий геном. Например, вирус иммунодефицита человека использует обратную транскрипцию для создания матрицы ДНК из собственного РНК-содержащего генома.[12] Некоторые молекулы РНК обладают каталитическими свойствами (рибозимы) и входят в состав сплайсосом и рибосом.

Нуклеозиды — продукты присоединения азотистых оснований к сахару рибозе. Примерами азотистых оснований являются гетероциклические азотсодержащие соединения — производные пуринов и пиримидинов. Некоторые нуклеотиды также выступают в качестве коферментов в реакциях переноса функциональных групп.[13]

Коферменты

Подробное рассмотрение темы: Коферменты

Метаболизм включает широкий спектр химических реакций, большинство из которых относятся к нескольким основным типам реакций переноса функциональных групп.[14] Для переноса функциональных групп между ферментами, катализирующими химические реакции, используются коферменты.[13] Каждый класс химических реакций переноса функциональных групп катализируется отдельными ферментами и их кофакторами.[15]

Аденозинтрифосфат (АТФ) — один из центральных коферментов, универсальный источник энергии клеток. Этот нуклеотид используется для передачи химической энергии, запасенной в макроэргических связях между различными химическими реакциями. В клетках существует небольшое количество АТФ, который постоянно регенерируется из ADP и AMP. Организм человека за сутки расходует массу АТФ, равную массе собственного тела.[15] АТР выступает в качестве связующего звена между катаболизмом и анаболизмом: при катаболических реакциях образуется АТФ, при анаболических — энергия потребляется. АТФ также выступает донором фосфатной группы в реакциях фосфорилирования.

Витамины — низкомолекулярные органические вещества, необходимые в небольших количествах, причём, например, у человека большинство витаминов не синтезируется, а получается с пищей или через микрофлору КТ. В организме человека большинство витаминов являются кофакторами ферментов. Большинство витаминов приобретают биологическую активность в измененном виде, например, все водорастворимые витамины в клетках фосфорилируются или соединяются с нуклеотидами.[16] Никотинамидадениндинуклеотид (NADH) является производным витамина B3 (ниацина), и представляет собой важный кофермент — акцептора водорода. Сотни различных ферментов дегидрогеназ отнимают электроны из молекул субстратов и переносят их на молекулы NAD+, восстанавливая его до NADH. Окисленная форма кофермента является субстратом для различных редуктаз в клетке.[17] NAD в клетке существует в двух связанных формах NADH и NADPH. NAD+/NADH больше важен для протекания катаболических реакций, а NADP+/NADPH чаще используется в анаболических реакциях.

Структура гемоглобина. Белковые субъединицы окрашены красным и синим, а железосодержащий гем — зелёным. Из PDB 1GZX.

Минералы и кофакторы

Неорганические элементы играют важнейшую роль в обмене веществ. Около 99 % массы млекопитающего состоит из углерода, азота, кальция, натрия, магния, хлора, калия, водорода, фосфора, кислорода и серы.[18] Биологически значимые органические соединения (белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты) содержат большое количество углерода, водорода, кислорода, азота и фосфора.[18]

Многие неорганические соединения являются ионными электролитами. Наиболее важны для организма ионы натрия, калия, кальция, магния, хлоридов, фосфатов и гидрокарбонатов. Баланс этих ионов внутри клетки во внеклеточной среде определяет осмотическое давление и рН.[19] Концентрации ионов также играют важную роль для функционирования нервных и мышечных клеток. Потенциал действия в возбудимых тканях возникает при обмене ионами между внеклеточной жидкостью и цитоплазмой.[20] Электролиты входят и выходят из клетки через ионные каналы в плазматической мембране. Например, в ходе мышечного сокращения в плазматической мембране, цитоплазме и Т-трубочках перемещаются ионы кальция, натрия и калия.[21]

Переходные металлы в организме являются микроэлементами, наиболее распространены цинк и железо.[22][23] Эти металлы используются некоторыми белками (например, ферментами в качестве кофакторов) и имеют важное значение для регуляции активности ферментов и транспортных белков.[24] Кофакторы ферментов обычно прочно связаны со специфическим белком, однако могут модифицироваться в процессе катализа, при этом после окончания катализа всегда возвращаются к своему первоначальному состоянию (не расходуются). Металлы-микроэлементы усваиваются организмом при помощи специальных транспортных белков и не встречаются в организме в свободном состоянии, так как связаны со специфическими белками-переносчиками (например, ферритином или металлотионеинами).[25][26]

Катаболизм

Основная статья: Катаболизм

Катаболизмом называют метаболические процессы, при которых расщепляются относительно крупные органические молекулы сахаров, жиров, аминокислот. В ходе катаболизма образуются более простые органические молекулы, необходимые для реакций анаболизма (биосинтеза). Часто, именно в ходе реакций катаболизма организм мобилизует энергию, переводя энергию химических связей органических молекул, полученных в процессе переваривания пищи, в доступные формы: в виде АТФ, восстановленных коферментов и трансмембранного электрохимического потенциала. Термин катаболизм не является синонимом «энергетического обмена»: у многих организмов (например, у фототрофов) основные процессы запасания энергии не связаны напрямую с расщеплением органических молекул. Классификация организмов по типу метаболизма может быть основана на источнике получения энергии и углерода, что отражено в таблице ниже. Органические молекулы используются в качестве источника энергии органотрофами, литотрофы используют неорганические субстраты, а фототрофы потребляют энергию солнечного света. Однако, все эти различные формы обмена веществ зависят от окислительно-восстановительных реакций, которые связаны с передачей электронов от восстановленных доноров молекул, таких как органические молекулы, вода, аммиак, сероводород, на акцепторные молекулы, такие как кислород, нитраты или сульфат.[27] У животных эти реакции сопряжены с расщеплением сложных органических молекул до более простых, таких как двуокись углерода и воду. В фотосинтезирующих организмах — растениях и цианобактериях — реакции переноса электрона не высвобождают энергию, но они используются как способ запасания энергии, поглощаемой из солнечного света.[28]

Катаболизм у животных может быть разделён на три основных этапа. Во-первых, крупные органические молекулы, такие как белки, полисахариды и липиды расщепляются до более мелких компонентов вне клеток. Далее эти небольшие молекулы попадают в клетки и превращается в ещё более мелкие молекулы, например, ацетил-КоА. В свою очередь, ацетильная группа кофермента А окисляется до воды и углекислого газа в цикле Кребса и дыхательной цепи, высвобождая при этом энергию, которая запасается в форме АТР.

Пищеварение

Подробное рассмотрение темы: Пищеварение и Желудочно-кишечный тракт

Такие макромолекулы, как крахмал, целлюлоза или белки, должны расщепляться до более мелких единиц прежде, чем они могут быть использованы клетками. Несколько классов ферментов принимают участие в деградации: протеазы, которые расщепляют белки до пептидов и аминокислот, гликозидазы, которые расщепляют полисахариды до олиго- и моносахаридов.

Микроорганизмы выделяют гидролитические ферменты в пространство вокруг себя,[29][30] чем отличаются от животных, которые выделяют такие ферменты только из специализированных железистых клеток.[31] Аминокислоты и моносахариды, образующиеся в результате активности внеклеточных ферментов, затем поступают в клетки с помощью активного транспорта.[32][33]

Упрощённая схема катаболизма белков, сахаров и липидов

Получение энергии

Подробное рассмотрение темы: Клеточное дыхание, Брожение, Липолиз

В ходе катаболизма углеводов сложные сахара расщепляются до моносахаридов, которые усваиваются клетками.[34] Попав внутрь, сахара (например, глюкоза и фруктоза) в процессе гликолиза превращаются в пируват, при этом вырабатывается некоторое количество АТР.[35] Пировиноградная кислота (пируват) является промежуточным продуктом в нескольких метаболических путях. Основной путь метаболизма пирувата — превращаение в ацетил-КоА и далее поступление в цикл трикарбоновых кислот. При этом в цикле Кребса в форме АТР запасается часть энергии, а также восстанавливаются молекулы NADH и FAD. В процессе гликолиза и цикла трикарбоновых кислот образуется диоксид углерода, который является побочным продуктом жизнедеятельности. В анаэробных условиях в результате гликолиза из пирувата при участии фермента лактатдегидрогеназы образуется лактат, и происходит окисление NADH до NAD+, который повторно используется в реакциях гликолиза. Существует также альтернативный путь метаболизма моносахаридов — пентозофосфатный путь, в ходе реакций которого энергия запасается в форме восстановленного кофермента NADPH и образуются пентозы, например, рибоза, необходимая для синтеза нуклеиновых кислот.

Жиры на первом этапе катаболизма гидролизуются в свободные жирные кислоты и глицерин. Жирные кислоты расщепляются в процессе бета-окисления с образованием ацетил-КоА, который в свою очередь далее катаболизируется в цикле Кребса, либо идет на синтез новых жирных кислот. Жирные кислоты выделяют больше энергии, чем углеводы, так как жиры содержат удельно больше атомов водорода в своей структуре.

Аминокислоты либо используются для синтеза белков и других биомолекул, либо окисляются до мочевины, диоксида углерода и служат источником энергии.[36] Окислительный путь катаболизма аминокислот начинается с удаления аминогруппы ферментами трансаминазами. Аминогруппы утилизируются в цикле мочевины; аминокислоты, лишённые аминогрупп называют кетокислотами. Некоторые кетокислоты — промежуточные продукты цикла Кребса. Например, при дезаминировании глутамата образуется альфа-кетоглутаровая кислота.[37] Гликогенные аминокислоты также могут быть преобразованы в глюкозу в реакциях глюконеогенеза.[38]

Энергетические превращения

Окислительное фосфорилирование

Подробное рассмотрение темы: Окислительное фосфорилирование, Хемиосмос и Митохондрия

При окислительном фосфорилировании электроны, удалённые из пищевых молекул в метаболических путях (например, в цикле Кребса), переносятся на кислород, а выделяющаяся энергия используется для синтеза АТР. У эукариот данный процесс осуществляется при участии ряда белков, закреплённых в мембранах митохондрий, называемые дыхательной цепью переноса электронов. У прокариот эти белки присутствуют во внутренней мембране клеточной стенки.[39] Белки цепи переноса электронов используют энергию, полученную при передаче электронов от восстановленных молекул (например NADH) на кислород, для перекачки протонов через мембрану.[40]

При перекачке протонов создаётся разница концентраций ионов водорода и возникает электрохимический градиент.[41] Эта сила возвращает протоны обратно в митохондрии через основание АТР-синтазы. Поток протонов заставляет вращаться кольцо из c-субъединиц фермента, в результате чего активный центр синтазы изменяет форму и фосфорилирует аденозиндифосфат, превращая его в АТР.[15]

Энергия из неорганических соединений

Хемолитотрофами называют прокариот, имеющих особый тип обмена веществ, при котором энергия образуется в результате окисления неорганических соединений. Хемолитотрофы могут окислять молекулярный водород,[42] соединения серы (например, сульфиды, сероводород и тиосульфат),[1] оксид железа(II)[43] или аммиак.[44] При этом энергия от окисления этих соединений образуется с помощью акцепторов электронов, таких как кислород или нитриты.[45] Процессы получения энергии из неорганических веществ играют важную роль в таких биогеохимических циклах, как ацетогенез, нитрификация и денитрификация.[46][47]

Энергия из солнечного света

Энергия солнечного света поглощается растениями, цианобактериями, пурпурными бактериями, зелёными серными бактериями и некоторыми простейшими. Этот процесс часто сочетается с превращением диоксида углерода в органические соединения, как часть процесса фотосинтеза (см. ниже). Системы захвата энергии и фиксации углерода у некоторых прокариот могут работать раздельно (например, у пурпурных и зелёных серных бактерий).[48][49]

У многих организмов поглощение солнечной энергии в принципе аналогично окислительному фосфорилированию, так как при этом энергия запасается в форме градиента концентрации протонов и движущая сила протонов приводит к синтезу АТР.[15] Электроны, необходимые для этой цепи переноса, поступают от светособирающих белков, называемых центрами фотосинтетических реакций (примером являются родопсины). В зависимости от вида фотосинтетических пигментов классифицируют два типа центров реакций; в настоящее время большинство фотосинтезирующих бактерий имеют только один тип, в то время как растения и цианобактерии два.[50]

У растений, водорослей и цианобактерий, фотосистема II использует энергию света для удаления электронов из воды, при этом молекулярный кислород выделяется как побочный продукт реакции. Электроны затем поступают в комплекс цитохрома b6f, который использует энергию для перекачки протонов через тилакоидную мембрану в хлоропластах.[7] Под действием электрохимического градиента протоны движутся обратно через мембрану и запускают АТР-синтазу. Электроны затем проходят через фотосистему I и могут быть использованы для окисления кофермента NADP+, для использования в цикле Кальвина или рециркуляции для образования дополнительных молекул АТР.[51]

Анаболизм

Подробное рассмотрение темы: Анаболизм

Анаболизм — совокупность метаболических процессов биосинтеза сложных молекул с затратой энергии. Сложные молекулы, входящие в состав клеточных структур, синтезируются последовательно из более простых предшественников. Анаболизм включает три основных этапа, каждый из которых катализируется специализированным ферментом. На первом этапе синтезируются молекулы-предшественники, например, аминокислоты, моносахариды, терпеноиды и нуклеотиды. На втором этапе предшественники с затратой энергии АТР преобразуются в активированные формы. На третьем этапе активированные мономеры объединяются в более сложные молекулы, например, белки, полисахариды, липиды и нуклеиновые кислоты.

Не все живые организмы могут синтезировать все биологически активные молекулы. Автотрофы (например, растения) могут синтезировать сложные органические молекулы из таких простых неорганических низкомолекулярных веществ, как углекислый газ и вода. Гетеротрофам необходим источник более сложных веществ, таких как моносахариды и аминокислоты, для создания более сложных молекул. Организмы классифицируют по их основным источникам энергии: фотоавтотрофы и фотогетеротрофы получают энергию из солнечного света, в то время как хемоавтотрофы и хемогетеротрофы получают энергию из неорганических реакций окисления.

Связывание углерода

Подробное рассмотрение темы: Фотосинтез и Хемосинтез Растительные клетки содержат хлоропласты (зелёного цвета), в тилакоидах которых происходят процессы фотосинтеза. Plagiomnium affine из семейства Mniaceae отдела Настоящие мхи (Bryophyta)

Фотосинтезом называют процесс биосинтеза сахаров из углекислого газа, при котором необходимая энергия поглощается из солнечного света. У растений, цианобактерий и водорослей, при кислородном фотосинтезе происходит фотолиз воды, при этом, как побочный продукт, выделяется кислород. Для преобразования CO2 в 3-фосфоглицерат используется энергия АТР и NADPH, запасенная в фотосистемах. Реакция связывания углерода осуществляется с помощью фермента рибулозобисфосфаткарбоксилазы и является частью цикла Кальвина.[52] У растений классифицируют три типа фотосинтеза — по пути трехуглеродых молекул, по пути четырехуглеродых молекул (С4), и CAM фотосинтез. Три типа фотосинтеза отличаются по пути связывания углекислого газа и его вхождения в цикл Кальвина; у C3 растений связывание CO2 происходит непосредственно в цикле Кальвина, а при С4 и CAM CO2 предварительно включается в состав других соединений. Разные формы фотосинтеза являются приспособлениями к к интенсивному потоку солнечных лучей и к сухим условиям.[53]

У фотосинтезирующих прокариот механизмы связывания углерода более разнообразны. Углекислый газ может быть фиксирован в цикле Кальвина, в обратном цикле Кребса,[54] или в реакциях карбоксилирования ацетил-КоА.[55][56] Прокариоты — хемоавтотрофы также связывают CO2 через цикл Кальвина, но для протекания реакции используют энергию из неорганических соединений.[57]

Углеводы и гликаны

Подробное рассмотрение темы: Глюконеогенез и Гликозилирование

В процессе анаболизма сахаров простые органические кислоты могут быть преобразованы в моносахариды, например, в глюкозу, и затем использованы для синтеза полисахаридов, таких как крахмал. Образование глюкозы из соединений, как пируват, лактат, глицерин, 3-фосфоглицерат и аминокислот называют глюконеогенезом. В процессе глюконеогенеза пируват превращается глюкозо-6-фосфат через ряд промежуточных соединений, многие из которых образуются и при гликолизе.[35] Однако, глюконеогенез не просто является гликолизом в обратном направлении, так как несколько химических реакций катализируют специальные ферменты, что дает возможность независимо регулировать процессы образования и распада глюкозы.[58][59]

Многие организмы запасают питательные вещества в форме липидов и жиров, однако, позвоночные не имеют ферментов, катализирующих превращение ацетил-КоА (продукта метаболизма жирных кислот) в пируват (субстрат глюконеогенеза).[60] После длительного голодания позвоночные начинают синтезировать кетоновые тела из жирных кислот, которые могут заменять глюкозу в таких тканях, как головной мозг.[61] У растений и бактерий, данная метаболическая проблема решается использованием глиоксилатного цикла, который обходит этап декарбоксилирования в цикле лимонной кислоты и позволяет превращать ацетил-КоА в оксалоацетат, и далее использовать для синтеза глюкозы.[60][62]

Полисахариды выполняют структурные и метаболические функции, а также могут быть соединены с липидами (гликолипиды) и белками (гликопротеиды) при помощи ферментов олигосахаридтрансфераз.[63][64]

Жирные кислоты, изопреноиды и стероиды

Подробное рассмотрение темы: Стероиды Синтез стероидов из изопентилпирофосфата, диметилаллилпирофосфата, геранилпирофосфата и сквалена. Некоторые промежуточные продукты не показаны

Жирные кислоты образуются синтазами жирных кислот из ацетил-КоА. Углеродный скелет жирных кислот удлиняется в цикле реакций, в которых сначала присоединяется ацетильная группа, далее карбонильная группа восстанавливается до гидроксильной, затем происходит дегидратация и последующее восстановление. Ферменты биосинтеза жирных кислот классифицируют на две группы: у животных и грибов все реакции синтеза жирных кислот осуществляются одним многофункциональным белком I типа,[65] в пластидах растений и у бактерий каждый этап катализируют отдельные ферменты II типа.[66][67]

Терпены и терпеноиды являются представителями самого многочисленного класса растительных натуральных продуктов.[68] Представители данной группы веществ являются производными изопрена и образуются из активированных предшественников изопентилпирофосфата и диметилаллилпирофосфата, которые, в свою очередь, образуются в разных реакциях обмена веществ.[69] У животных и архей изопентилпирофосфат и диметилаллилпирофосфат синтезируются из ацетил-КоА в мевалонатном пути,[70] в то время как у растений и бактерий субстратами не-мевалонатного пути являются пируват и глицеральдегид-3-фосфат.[69][71] В реакциях биосинтеза стероидов молекулы изопрена объединяются и образуют сквалены, которые далее формируют циклические структуры с образованием ланостерола.[72] Ланостерол может быть преобразован в другие стероиды, например холестерин и эргостерин.[72][73]

Белки

Подробное рассмотрение темы: Биосинтез белка

Организмы различаются по способности к синтезу 20 общих аминокислот. Большинство бактерий и растений могут синтезировать все 20, но млекопитающие способны синтезировать лишь 11 заменимых аминокислот.[7] Таким образом, в случае млекопитающих 9 незаменимых аминокислот должны быть получены из пищи. Все аминокислоты синтезируются из промежуточных продуктов гликолиза, цикла лимонной кислоты или пентозомонофосфатного пути. Перенос аминогрупп с аминокислот на альфа-кетокислоты называется трансаминированием. Донорами аминогрупп являются глутамат и глутамин. [74]

Аминокислоты, соединенными пептидными связями, образуют белки. Каждый белок имеет уникальную последовательность аминокислотных остатков (первичная структура белка). Подобно тому, как буквы алфавита могут комбинироваться с образованием почти бесконечных вариаций слов, аминокислоты могут связываться в той или иной последовательности и формировать разнообразные белки. Фермент Аминоацил-тРНК-синтетаза катализирует АТР-зависимое присоединение аминокислот к тРНК сложноэфирными связями, при этом образуются аминоацил-тРНК.[75] Аминоацил-тРНК являются субстратами для рибосом, которая объединяют аминокислоты в длинные полипептидные цепочки, используя матрицу мРНК.[76]

Нуклеотиды

Подробное рассмотрение темы: Пурин, пиримидин

Нуклеотиды образуются из аминокислот, углекислого газа и муравьиной кислоты в цепи реакций, для протекания которых требуется большое количество энергии.[77][78] Именно поэтому большинство организмов имеют эффективные системы сохранения ранее синтезированных нуклеотидов и азотистых оснований.[77][79] Пурины синтезируются как нуклеозиды (в основном связанные с рибозой). Аденин и гуанин образуются из инозин-монофосфата, который синтезируется из глицина, глутамина и аспартата при участии метенил-тетрагидрофолата. Пиримидины синтезируются из оротата, который образуется из глутамина и аспартата.[80]

Ксенобиотики и окислительный метаболизм

Подробное рассмотрение темы: Антиоксиданты

Все организмы постоянно подвергаются воздействию соединений, накопление которых может быть вредно для клеток. Такие потенциально опасные чужеродные соединения называются ксенобиотиками.[81] Ксенобиотики, например синтетические лекарства и яды природного происхождения, детоксифицируются специализированными ферментами. У человека такие ферменты представлены, например, цитохром-оксидазами,[82] глюкуронилтрансферазой,[83] и глутатион S-трансферазой.[84] Эта система ферментов действует в три этапа: на первой стадии ксенобиотики окисляются, затем происходит конъюгирование водорастворимых групп в молекулы, далее модифицированные водорастворимые ксенобиотики могут быть удалены из клеток и метаболизированы перед их экскрецией. Описанные реакции играют важную роль в разложении микробами загрязняющих веществ и биоремедиации загрязнённых земель и разливов нефти.[85] Многие подобные реакции протекают при участии многоклеточных организмов, однако, ввиду невероятного разнообразия, микроорганизмы справляются с гораздо более широким спектром ксенобиотиков, чем многоклеточные организмы, и способны даже разрушать стойкие органические загрязнители, например хлорорганические соединения.[86]

Связанной с этим проблемой для аэробных организмов является оксидативный стресс.[87] В процессе окислительного фосфорилирования и образования дисульфидных связей при укладке белка образуются активные формы кислорода, например пероксид водорода.[88] Эти повреждающие оксиданты удаляются антиоксидантами, например глутатионом и ферментами каталазой и пероксидазами.[89][90]

Термодинамика живых организмов

Живые организмы подчиняются началам термодинамики, которые описывают превращения тепла и работы. Второе начало термодинамики гласит, что в любой изолированной системе энтропия не уменьшается. Хотя невероятная сложность живых организмов очевидно противоречит этому закону, жизнь возможна, так как все организмы открытые системы, которые обмениваются веществом и энергией с окружающей средой. Таким образом живые системы не находятся в термодинамическом равновесии, но вместо этого выступает диссипативной системой, которая поддерживают своё состояние сложно организованности, вызывая большее увеличение энтропии окружающей средой.[91] В метаболизм клеток это достигается путём сочетания спонтанных процессов катаболизма с не спонтанных процессов анаболизма. В термодинамических условиях, метаболизм поддерживает порядок за счёт создания беспорядка.[92]

Регуляция и контроль

Подробное рассмотрение темы: Гормоны, Передача сигнала в клетке

Гомеостазом называют постоянство внутренней среды организма. Так как внешняя среда, окружающая большинство организмов, постоянно меняется, для поддержания постоянных условий внутри клеток, реакции обмена веществ должны точно регулироваться.[93][94] Регуляция метаболизма позволяет организмам отвечать на сигналы и активно взаимодействовать с окружающей средой.[95] В случае фермента, регуляция заключается в повышении и снижении его активности в ответ на сигналы. С другой стороны, фермент оказывает некоторый контроль над метаболическим путем, который определяется как эффект от изменения активности фермента на данный метаболический путь.[96]

Влияние инсулина на поглощение глюкозы и обмен веществ. Инсулин связывается со своим рецептором (1), который в свою очередь запускает касакад реакций активации множества белков (2). К ним относятся: транслокация переносчика GLUT-4 к плазматической мембране и поступление глюкозы в клетку (3), синтез гликогена (4), гликолиз (5) и синтез жирных кислот (6).

Выделяют несколько уровней регуляции метаболизма. В метаболическом пути происходит саморегуляция на уровне субстрата или продукта; например, уменьшение количества продукта может компенсированно увеличить поток субстрата реакции по данному пути.[97] Этот тип регулирования часто включает аллостерическое регулирование активности некоторых ферментов в метаболических путях.[98] Внешний контроль включает клетку многоклеточного организма, изменяющую свой метаболизм в ответ на сигналы от других клеток. Эти сигналы, как правило, в виде растворимых мессенджеров, например гормоны и факторы роста, определяются специфическими рецепторами на поверхности клеток.[99] Затем эти сигналы передаются внутрь клетки системой вторичных мессенджеров, которые зачастую связаны с фосфорилированием белков.[100]

Хорошо изученный пример внешнего контроля — регуляция метаболизма глюкозы инсулином.[101] Инсулин вырабатывается в ответ на повышение уровня глюкозы в крови. Гормон связывается с инсулиновым рецептором на поверхности клетки, затем активируется каскад протеинкиназ, которые обеспечивают поглощение молекул глюкозы клетками и преобразовать их в молекулы жирных кислот и гликогена.[102] Метаболизм гликогена контролируется активностью фосфорилазы (фермента, который расщепляет гликоген) и гликогенсинтазы (фермента, который образует его). Эти ферменты взаимосвязаны; фосфорилирование ингибируется гликогенсинтазой, но активируется фосфорилазой. Инсулин вызывает синтез гликогена путём активации белковых фосфатаз и уменьшает фосфорилирование этих ферментов.[103]

Эволюция

Подробное рассмотрение темы: Филогенетика

Главные пути метаболизма, описанные выше, например, гликолиза и цикла Кребса, присутствуют у всех трёх доменах живых существ и обнаруживаются у последнего универсального общего предка.[3][104] Этот универсальный предок был прокариотом и, вероятно, метаногеном с аминокислотным, нуклеотидным, углеводным и липидным метаболизмом.[105][106] Сохранение этих древних метаболических путей в эволюции может быть результатом того, что эти реакции оптимальны для решения конкретных проблем с метаболизмом. Так, конечные продукты гликолиза и цикла Кребса образуются с высокой эффективностью и с минимальным количеством стадий.[4][5] Первые метаболические пути на основе ферментов могли быть частями пуринового метаболизма нуклеотидов с предыдущим метаболических путей были частью древнего мира РНК.[107]

Многие модели были предложены для описания механизмов, посредством которых новые метаболические пути эволюционировали. К ним относятся последовательное добавление новых ферментов на короткий предковый путь, дупликация, а затем дивергенция всех путей, а также набор уже существующих ферментов и их сборка в новый путь реакций.[108] Относительную важность этих механизмов неясна, однако геномные исследования показали, что ферменты в метаболическом пути, скорее всего, имеют общее происхождение, предполагая, что многие пути эволюционировали шаг за шагом с новыми функциями, созданными из уже существующих этапов пути.[109] Альтернативная модель основана на исследованиях, в которых прослеживается эволюция структуры белков в метаболических связях; предполагают, что ферменты собирались для выполнения схожих функций в различных метаболических путях[110] Эти процессы сборки привели к эволюционированию ферментативной мозаики.[111] Некоторые части обмена веществ возможно существовали в качестве «модулей», которые могли быть повторно использованы в различных путях для выполнения схожих функций.[112]

Эволюция также может приводить к потере метаболических функций. Например, у некоторых паразитов метаболические процессы, которые не важны для выживания, утрачены и готовые аминокислоты, нуклеотиды и углеводы получаются от хозяина.[113] Подобные упрощения метаболических возможностей наблюдают у эндосимбиотических организмов.[114]

Методы исследования

Подробное рассмотрение темы: Протеомика, Метабономика

Классически, метаболизм изучается упрощённым подходом, который фокусируется на одном метаболическом пути. Особенно ценно использование меченых атомов на организменном, тканевом и клеточном уровнях, которые определяют пути от предшественников до конечных продуктов путём выявления радиоактивно меченых промежуточных продуктов.[115] Ферменты, которые катализируют эти химические реакции, могут затем быть выделены для исследования их кинетики и ответа на ингибиторы. Параллельный подход заключается в выявлении небольших молекул в клетки или ткани; полный набор этих молекул называется метаболом. В целом, эти исследования дают хорошее представление о структуре и функциях простых путей метаболизма, но недостаточны в применении к более сложных системам, например полной метаболизм клетки.[116]

Идея сложности метаболических сетей в клетках, которые содержат тысячи различных ферментов, отражена на изображении справа, показывающее взаимодействия только между 43 белками и 40 метаболитами, которые регулируются 45000 генов.[117] Тем не менее, сейчас можно использовать такие данные о геномах для воссоздания полной сети биохимических реакций и образовывать более целостные математические модели, которые могут объяснить и предсказать их поведение.[118] Эти модели особенно сильны, когда используются для интеграции данных о путях и метаболитах, полученных на основе классических методов, с данными по экспрессии генов из протеомных и ДНК-микрочиповых исследований.[119] С помощью этих методов, модель человеческого метаболизма в настоящее время создаётся, которая будет служить ориентиром для будущих исследований лекарств и биохимических исследований.[120] Эти модели в настоящее время используются в анализах сети, для классификации болезней человека по группам, которые различаются по общим белкам или метаболитам.[121][122]

Яркий пример бактериальных метаболических сетей — устройство галстук-бабочки[123][124][125], структура которой позволяет вводить широкий спектр питательных веществ и производить большое разнообразие продуктов и сложных макромолекул, используя сравнительно немного общих промежуточных веществ.

Основная технологическая основа этой информации — метаболическая инженерия. Здесь организмы, например дрожжи, растения или бактерии, генетически модифицируются, чтобы сделать их более эффективными в биотехнологии и помочь в производстве лекарств, например антибиотиков или промышленных химических веществ, таких как 1,3-пропандиола и шикимовой кислоты.[126] Эти генетические модификации обычно направлены на уменьшение количества энергии, используемой для производства продукции, повышения урожайности и снижения производственных отходов.[127]

История

Санторио взвешивает сам себя до и после принятия пищи, из Ars de statica medicina, впервые опубликованной в 1614 году

История изучения метаболизма охватывает несколько столетий. Исследования начинались с изучения организмов животных, в современной биохимии изучают отдельные метаболические реакции. Понятие обмена веществ впервые встречается в работах Ибн аль-Нафиса (1213—1288), который писал, что «тело и его части находятся в постоянном состоянии распада и питания, так что оно неизбежно претерпевает постоянные изменения».[128] Первые контролируемые эксперименты по метаболизму у человека были опубликованы Санторио Санторио в 1614 году в книге итал. Ars de statica medicina.[129] Он рассказал, как он сам взвесил себя до и после приёма пищи, сна, работы, секса, натощак, после питья и выделения мочи. Он обнаружил, что большая часть пищи, которую он принял, была утрачена в результате процесса, названного «незаметным испарением».

В ранних исследованиях механизмы метаболических реакций не были обнаружены и считалось, что живой тканью управляет живая сила.[130] В XIX веке при исследовании ферментации сахара спирта дрожжами Луи Пастер сделал вывод, что брожение катализируется веществами из дрожжевых клеток, которые он назвал ферментами. Пастер писал, что «алкогольное брожение — действие, связанное с жизнью и организуется дрожжевыми клетками, не связано со смертью или разложением клеток».[131] Это открытие, вместе с публикацией Фридриха Вёлера в 1828 году о химическом синтезе мочевины,[132] доказали, что органические соединения и химические реакции, обнаруженные в клетках, не имеют различий в принципе, как и любые другие разделы химии.

Открытие ферментов в начале XX века Эдуардом Бухнером разделило изучение метаболических реакций от изучения клеток и дало начало развитию биохимии как науки.[133] Одним из успешных биохимиков начала двадцатого века был Ханс Адольф Кребс, который внёс огромный вклад в изучение метаболизма.[134] Кребс описал цикл мочевины и позднее, работая вместе с Хансом Корнбергом, цикл лимонной кислоты и глиоксилатный цикл.[135][62] В современных биохимических исследованиях широко используют новые методы, такие как хроматография, рентгеноструктурный анализ, ЯМР-спектроскопия, электронная микроскопия и метод классической молекулярной динамики. Эти методы позволяют открывать и подробно изучать множество молекул и метаболических путей в клетках.

См. также

Примечания

  1. ↑ 1 2 Friedrich C (1998). «Physiology and genetics of sulfur-oxidizing bacteria». Adv Microb Physiol 39: 235–89. DOI:10.1016/S0065-2911(08)60018-1. PMID 9328649.
  2. ↑ Pace NR (January 2001). «The universal nature of biochemistry». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98 (3): 805–8. DOI:10.1073/pnas.98.3.805. PMID 11158550.
  3. ↑ 1 2 Smith E, Morowitz H (2004). «Universality in intermediary metabolism». Proc Natl Acad Sci USA 101 (36): 13168–73. DOI:10.1073/pnas.0404922101. PMID 15340153.
  4. ↑ 1 2 Ebenhöh O, Heinrich R (2001). «Evolutionary optimization of metabolic pathways. Theoretical reconstruction of the stoichiometry of ATP and NADH producing systems». Bull Math Biol 63 (1): 21–55. DOI:10.1006/bulm.2000.0197. PMID 11146883.
  5. ↑ 1 2 Meléndez-Hevia E, Waddell T, Cascante M (1996). «The puzzle of the Krebs citric acid cycle: assembling the pieces of chemically feasible reactions, and opportunism in the design of metabolic pathways during evolution». J Mol Evol 43 (3): 293–303. DOI:10.1007/BF02338838. PMID 8703096.
  6. ↑ Michie K, Löwe J (2006). «Dynamic filaments of the bacterial cytoskeleton». Annu Rev Biochem 75: 467–92. DOI:10.1146/annurev.biochem.75.103004.142452. PMID 16756499.
  7. ↑ 1 2 3 4 5 6 Nelson David L. Lehninger Principles of Biochemistry. — New York: W. H. Freeman and company, 2005. — P. 841. — ISBN 0-7167-4339-6
  8. ↑ Fahy E, Subramaniam S, Brown H, Glass C, Merrill A, Murphy R, Raetz C, Russell D, Seyama Y, Shaw W, Shimizu T, Spener F, van Meer G, VanNieuwenhze M, White S, Witztum J, Dennis E (2005). «A comprehensive classification system for lipids». J Lipid Res 46 (5): 839–61. DOI:10.1194/jlr.E400004-JLR200. PMID 15722563.
  9. ↑ Nomenclature of Lipids. IUPAC-IUB Commission on Biochemical Nomenclature (CBN). Архивировано из первоисточника 22 августа 2011. Проверено 8 марта 2007.
  10. ↑ Hegardt F (1999). «Mitochondrial 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthase: a control enzyme in ketogenesis». Biochem J 338 (Pt 3): 569–82. DOI:10.1042/0264-6021:3380569. PMID 10051425.
  11. ↑ Raman R, Raguram S, Venkataraman G, Paulson J, Sasisekharan R (2005). «Glycomics: an integrated systems approach to structure-function relationships of glycans». Nat Methods 2 (11): 817–24. DOI:10.1038/nmeth807. PMID 16278650.
  12. ↑ Sierra S, Kupfer B, Kaiser R (2005). «Basics of the virology of HIV-1 and its replication». J Clin Virol 34 (4): 233–44. DOI:10.1016/j.jcv.2005.09.004. PMID 16198625.
  13. ↑ 1 2 Wimmer M, Rose I (1978). «Mechanisms of enzyme-catalyzed group transfer reactions». Annu Rev Biochem 47: 1031–78. DOI:10.1146/annurev.bi.47.070178.005123. PMID 354490.
  14. ↑ Mitchell P (1979). «The Ninth Sir Hans Krebs Lecture. Compartmentation and communication in living systems. Ligand conduction: a general catalytic principle in chemical, osmotic and chemiosmotic reaction systems». Eur J Biochem 95 (1): 1–20. DOI:10.1111/j.1432-1033.1979.tb12934.x. PMID 378655.
  15. ↑ 1 2 3 4 Dimroth P, von Ballmoos C, Meier T (March 2006). «Catalytic and mechanical cycles in F-ATP synthases. Fourth in the Cycles Review Series». EMBO Rep 7 (3): 276–82. DOI:10.1038/sj.embor.7400646. PMID 16607397.
  16. ↑ Stanford School of Medicine Nutrition Courses. — SUMMIT, 2006.
  17. ↑ Pollak N, Dölle C, Ziegler M (2007). «The power to reduce: pyridine nucleotides—small molecules with a multitude of functions». Biochem J 402 (2): 205–18. DOI:10.1042/BJ20061638. PMID 17295611.
  18. ↑ 1 2 Heymsfield S, Waki M, Kehayias J, Lichtman S, Dilmanian F, Kamen Y, Wang J, Pierson R (1991). «Chemical and elemental analysis of humans in vivo using improved body composition models». Am J Physiol 261 (2 Pt 1): E190–8. PMID 1872381.
  19. ↑ Sychrová H (2004). «Yeast as a model organism to study transport and homeostasis of alkali metal cations» (PDF). Physiol Res 53 Suppl 1: S91–8. PMID 15119939.
  20. ↑ Levitan I (1988). «Modulation of ion channels in neurons and other cells». Annu Rev Neurosci 11: 119–36. DOI:10.1146/annurev.ne.11.030188.001003. PMID 2452594.
  21. ↑ Dulhunty A (2006). «Excitation-contraction coupling from the 1950s into the new millennium». Clin Exp Pharmacol Physiol 33 (9): 763–72. DOI:10.1111/j.1440-1681.2006.04441.x. PMID 16922804.
  22. ↑ Mahan D, Shields R (1998). «Macro- and micromineral composition of pigs from birth to 145 kilograms of body weight». J Anim Sci 76 (2): 506–12. PMID 9498359.
  23. ↑ Husted S, Mikkelsen B, Jensen J, Nielsen N (2004). «Elemental fingerprint analysis of barley (Hordeum vulgare) using inductively coupled plasma mass spectrometry, isotope-ratio mass spectrometry, and multivariate statistics». Anal Bioanal Chem 378 (1): 171–82. DOI:10.1007/s00216-003-2219-0. PMID 14551660.
  24. ↑ Finney L, O'Halloran T (2003). «Transition metal speciation in the cell: insights from the chemistry of metal ion receptors». Science 300 (5621): 931–6. DOI:10.1126/science.1085049. PMID 12738850.
  25. ↑ Cousins R, Liuzzi J, Lichten L (2006). «Mammalian zinc transport, trafficking, and signals». J Biol Chem 281 (34): 24085–9. DOI:10.1074/jbc.R600011200. PMID 16793761.
  26. ↑ Dunn L, Rahmanto Y, Richardson D (2007). «Iron uptake and metabolism in the new millennium». Trends Cell Biol 17 (2): 93–100. DOI:10.1016/j.tcb.2006.12.003. PMID 17194590.
  27. ↑ Nealson K, Conrad P (1999). «Life: past, present and future». Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 354 (1392): 1923–39. DOI:10.1098/rstb.1999.0532. PMID 10670014.
  28. ↑ Nelson N, Ben-Shem A (2004). «The complex architecture of oxygenic photosynthesis». Nat Rev Mol Cell Biol 5 (12): 971–82. DOI:10.1038/nrm1525. PMID 15573135.
  29. ↑ Häse C, Finkelstein R (December 1993). «Bacterial extracellular zinc-containing metalloproteases». Microbiol Rev 57 (4): 823–37. PMID 8302217.
  30. ↑ Gupta R, Gupta N, Rathi P (2004). «Bacterial lipases: an overview of production, purification and biochemical properties». Appl Microbiol Biotechnol 64 (6): 763–81. DOI:10.1007/s00253-004-1568-8. PMID 14966663.
  31. ↑ Hoyle T (1997). «The digestive system: linking theory and practice». Br J Nurs 6 (22): 1285–91. PMID 9470654.
  32. ↑ Souba W, Pacitti A (1992). «How amino acids get into cells: mechanisms, models, menus, and mediators». JPEN J Parenter Enteral Nutr 16 (6): 569–78. DOI:10.1177/0148607192016006569. PMID 1494216.
  33. ↑ Barrett M, Walmsley A, Gould G (1999). «Structure and function of facilitative sugar transporters». Curr Opin Cell Biol 11 (4): 496–502. DOI:10.1016/S0955-0674(99)80072-6. PMID 10449337.
  34. ↑ Bell G, Burant C, Takeda J, Gould G (1993). «Structure and function of mammalian facilitative sugar transporters». J Biol Chem 268 (26): 19161–4. PMID 8366068.
  35. ↑ 1 2 Bouché C, Serdy S, Kahn C, Goldfine A (2004). «The cellular fate of glucose and its relevance in type 2 diabetes». Endocr Rev 25 (5): 807–30. DOI:10.1210/er.2003-0026. PMID 15466941.
  36. ↑ Sakami W, Harrington H (1963). «Amino acid metabolism». Annu Rev Biochem 32: 355–98. DOI:10.1146/annurev.bi.32.070163.002035. PMID 14144484.
  37. ↑ Brosnan J (2000). «Glutamate, at the interface between amino acid and carbohydrate metabolism». J Nutr 130 (4S Suppl): 988S–90S. PMID 10736367.
  38. ↑ Young V, Ajami A (2001). «Glutamine: the emperor or his clothes?». J Nutr 131 (9 Suppl): 2449S–59S; discussion 2486S–7S. PMID 11533293.
  39. ↑ Hosler J, Ferguson-Miller S, Mills D (2006). «Energy transduction: proton transfer through the respiratory complexes». Annu Rev Biochem 75: 165–87. DOI:10.1146/annurev.biochem.75.062003.101730. PMID 16756489.
  40. ↑ Schultz B, Chan S (2001). «Structures and proton-pumping strategies of mitochondrial respiratory enzymes». Annu Rev Biophys Biomol Struct 30: 23–65. DOI:10.1146/annurev.biophys.30.1.23. PMID 11340051.
  41. ↑ Capaldi R, Aggeler R (2002). «Mechanism of the F(1)F(0)-type ATP synthase, a biological rotary motor». Trends Biochem Sci 27 (3): 154–60. DOI:10.1016/S0968-0004(01)02051-5. PMID 11893513.
  42. ↑ Friedrich B, Schwartz E (1993). «Molecular biology of hydrogen utilization in aerobic chemolithotrophs». Annu Rev Microbiol 47: 351–83. DOI:10.1146/annurev.mi.47.100193.002031. PMID 8257102.
  43. ↑ Weber K, Achenbach L, Coates J (2006). «Microorganisms pumping iron: anaerobic microbial iron oxidation and reduction». Nat Rev Microbiol 4 (10): 752–64. DOI:10.1038/nrmicro1490. PMID 16980937.
  44. ↑ Jetten M, Strous M, van de Pas-Schoonen K, Schalk J, van Dongen U, van de Graaf A, Logemann S, Muyzer G, van Loosdrecht M, Kuenen J (1998). «The anaerobic oxidation of ammonium». FEMS Microbiol Rev 22 (5): 421–37. DOI:10.1111/j.1574-6976.1998.tb00379.x. PMID 9990725.
  45. ↑ Simon J (2002). «Enzymology and bioenergetics of respiratory nitrite ammonification». FEMS Microbiol Rev 26 (3): 285–309. DOI:10.1111/j.1574-6976.2002.tb00616.x. PMID 12165429.
  46. ↑ Conrad R (1996). «Soil microorganisms as controllers of atmospheric trace gases (h3, CO, Ch5, OCS, N2O, and NO)». Microbiol Rev 60 (4): 609–40. PMID 8987358.
  47. ↑ Barea J, Pozo M, Azcón R, Azcón-Aguilar C (2005). «Microbial co-operation in the rhizosphere». J Exp Bot 56 (417): 1761–78. DOI:10.1093/jxb/eri197. PMID 15911555.
  48. ↑ van der Meer M, Schouten S, Bateson M, Nübel U, Wieland A, Kühl M, de Leeuw J, Sinninghe Damsté J, Ward D (July 2005). «Diel variations in carbon metabolism by green nonsulfur-like bacteria in alkaline siliceous hot spring microbial mats from Yellowstone National Park». Appl Environ Microbiol 71 (7): 3978–86. DOI:10.1128/AEM.71.7.3978-3986.2005. PMID 16000812.
  49. ↑ Tichi M, Tabita F (2001). «Interactive control of Rhodobacter capsulatus redox-balancing systems during phototrophic metabolism». J Bacteriol 183 (21): 6344–54. DOI:10.1128/JB.183.21.6344-6354.2001. PMID 11591679.
  50. ↑ Allen J, Williams J (1998). «Photosynthetic reaction centers». FEBS Lett 438 (1–2): 5–9. DOI:10.1016/S0014-5793(98)01245-9. PMID 9821949.
  51. ↑ Munekage Y, Hashimoto M, Miyake C, Tomizawa K, Endo T, Tasaka M, Shikanai T (2004). «Cyclic electron flow around photosystem I is essential for photosynthesis». Nature 429 (6991): 579–82. DOI:10.1038/nature02598. PMID 15175756.
  52. ↑ Miziorko H, Lorimer G (1983). «Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase-oxygenase». Annu Rev Biochem 52: 507–35. DOI:10.1146/annurev.bi.52.070183.002451. PMID 6351728.
  53. ↑ Dodd A, Borland A, Haslam R, Griffiths H, Maxwell K (2002). «Crassulacean acid metabolism: plastic, fantastic». J Exp Bot 53 (369): 569–80. DOI:10.1093/jexbot/53.369.569. PMID 11886877.
  54. ↑ Hügler M, Wirsen C, Fuchs G, Taylor C, Sievert S (May 2005). «Evidence for autotrophic CO2 fixation via the reductive tricarboxylic acid cycle by members of the epsilon subdivision of proteobacteria». J Bacteriol 187 (9): 3020–7. DOI:10.1128/JB.187.9.3020-3027.2005. PMID 15838028.
  55. ↑ Strauss G, Fuchs G (1993). «Enzymes of a novel autotrophic CO2 fixation pathway in the phototrophic bacterium Chloroflexus aurantiacus, the 3-hydroxypropionate cycle». Eur J Biochem 215 (3): 633–43. DOI:10.1111/j.1432-1033.1993.tb18074.x. PMID 8354269.
  56. ↑ Wood H (1991). «Life with CO or CO2 and h3 as a source of carbon and energy». FASEB J 5 (2): 156–63. PMID 1900793.
  57. ↑ Shively J, van Keulen G, Meijer W (1998). «Something from almost nothing: carbon dioxide fixation in chemoautotrophs». Annu Rev Microbiol 52: 191–230. DOI:10.1146/annurev.micro.52.1.191. PMID 9891798.
  58. ↑ Boiteux A, Hess B (1981). «Design of glycolysis». Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 293 (1063): 5–22. DOI:10.1098/rstb.1981.0056. PMID 6115423.
  59. ↑ Pilkis S, el-Maghrabi M, Claus T (1990). «Fructose-2,6-bisphosphate in control of hepatic gluconeogenesis. From metabolites to molecular genetics». Diabetes Care 13 (6): 582–99. DOI:10.2337/diacare.13.6.582. PMID 2162755.
  60. ↑ 1 2 Ensign S (2006). «Revisiting the glyoxylate cycle: alternate pathways for microbial acetate assimilation». Mol Microbiol 61 (2): 274–6. DOI:10.1111/j.1365-2958.2006.05247.x. PMID 16856935.
  61. ↑ Finn P, Dice J (2006). «Proteolytic and lipolytic responses to starvation». Nutrition 22 (7–8): 830–44. DOI:10.1016/j.nut.2006.04.008. PMID 16815497.
  62. ↑ 1 2 Kornberg H, Krebs H (1957). «Synthesis of cell constituents from C2-units by a modified tricarboxylic acid cycle». Nature 179 (4568): 988–91. DOI:10.1038/179988a0. PMID 13430766.
  63. ↑ Opdenakker G, Rudd P, Ponting C, Dwek R (1993). «Concepts and principles of glycobiology». FASEB J 7 (14): 1330–7. PMID 8224606.
  64. ↑ McConville M, Menon A (2000). «Recent developments in the cell biology and biochemistry of glycosylphosphatidylinositol lipids (review)». Mol Membr Biol 17 (1): 1–16. DOI:10.1080/096876800294443. PMID 10824734.
  65. ↑ Chirala S, Wakil S (2004). «Structure and function of animal fatty acid synthase». Lipids 39 (11): 1045–53. DOI:10.1007/s11745-004-1329-9. PMID 15726818.
  66. ↑ White S, Zheng J, Zhang Y (2005). «The structural biology of type II fatty acid biosynthesis». Annu Rev Biochem 74: 791–831. DOI:10.1146/annurev.biochem.74.082803.133524. PMID 15952903.
  67. ↑ Ohlrogge J, Jaworski J (1997). «Regulation of fatty acid synthesis». Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 48: 109–136. DOI:10.1146/annurev.arplant.48.1.109. PMID 15012259.
  68. ↑ Dubey V, Bhalla R, Luthra R (2003). «An overview of the non-mevalonate pathway for terpenoid biosynthesis in plants» (PDF). J Biosci 28 (5): 637–46. DOI:10.1007/BF02703339. PMID 14517367.
  69. ↑ 1 2 Kuzuyama T, Seto H (2003). «Diversity of the biosynthesis of the isoprene units». Nat Prod Rep 20 (2): 171–83. DOI:10.1039/b109860h. PMID 12735695.
  70. ↑ Grochowski L, Xu H, White R (May 2006). «Methanocaldococcus jannaschii uses a modified mevalonate pathway for biosynthesis of isopentenyl diphosphate». J Bacteriol 188 (9): 3192–8. DOI:10.1128/JB.188.9.3192-3198.2006. PMID 16621811.
  71. ↑ Lichtenthaler H (1999). «The 1-Ddeoxy-D-xylulose-5-phosphate pathway of isoprenoid biosynthesis in plants». Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 50: 47–65. DOI:10.1146/annurev.arplant.50.1.47. PMID 15012203.
  72. ↑ 1 2 Schroepfer G (1981). «Sterol biosynthesis». Annu Rev Biochem 50: 585–621. DOI:10.1146/annurev.bi.50.070181.003101. PMID 7023367.
  73. ↑ Lees N, Skaggs B, Kirsch D, Bard M (1995). «Cloning of the late genes in the ergosterol biosynthetic pathway of Saccharomyces cerevisiae—a review». Lipids 30 (3): 221–6. DOI:10.1007/BF02537824. PMID 7791529.
  74. ↑ Guyton Arthur C. Textbook of Medical Physiology. — Philadelphia: Elsevier, 2006. — P. 855–6. — ISBN 0-7216-0240-1
  75. ↑ Ibba M, Söll D (2001). «The renaissance of aminoacyl-tRNA synthesis». EMBO Rep 2 (5): 382–7. PMID 11375928.
  76. ↑ Lengyel P, Söll D (1969). «Mechanism of protein biosynthesis». Bacteriol Rev 33 (2): 264–301. PMID 4896351.
  77. ↑ 1 2 Rudolph F (1994). «The biochemistry and physiology of nucleotides». J Nutr 124 (1 Suppl): 124S–127S. PMID 8283301.
  78. ↑ Zrenner R, Stitt M, Sonnewald U, Boldt R (2006). «Pyrimidine and purine biosynthesis and degradation in plants». Annu Rev Plant Biol 57: 805–36. DOI:10.1146/annurev.arplant.57.032905.105421. PMID 16669783.
  79. ↑ Stasolla C, Katahira R, Thorpe T, Ashihara H (2003). «Purine and pyrimidine nucleotide metabolism in higher plants». J Plant Physiol 160 (11): 1271–95. DOI:10.1078/0176-1617-01169. PMID 14658380.
  80. ↑ Smith J (1995). «Enzymes of nucleotide synthesis». Curr Opin Struct Biol 5 (6): 752–7. DOI:10.1016/0959-440X(95)80007-7. PMID 8749362.
  81. ↑ Testa B, Krämer S (2006). «The biochemistry of drug metabolism—an introduction: part 1. Principles and overview». Chem Biodivers 3 (10): 1053–101. DOI:10.1002/cbdv.200690111. PMID 17193224.
  82. ↑ Danielson P (2002). «The cytochrome P450 superfamily: biochemistry, evolution and drug metabolism in humans». Curr Drug Metab 3 (6): 561–97. DOI:10.2174/1389200023337054. PMID 12369887.
  83. ↑ King C, Rios G, Green M, Tephly T (2000). «UDP-glucuronosyltransferases». Curr Drug Metab 1 (2): 143–61. DOI:10.2174/1389200003339171. PMID 11465080.
  84. ↑ Sheehan D, Meade G, Foley V, Dowd C (November 2001). «Structure, function and evolution of glutathione transferases: implications for classification of non-mammalian members of an ancient enzyme superfamily». Biochem J 360 (Pt 1): 1–16. DOI:10.1042/0264-6021:3600001. PMID 11695986.
  85. ↑ Galvão T, Mohn W, de Lorenzo V (2005). «Exploring the microbial biodegradation and biotransformation gene pool». Trends Biotechnol 23 (10): 497–506. DOI:10.1016/j.tibtech.2005.08.002. PMID 16125262.
  86. ↑ Janssen D, Dinkla I, Poelarends G, Terpstra P (2005). «Bacterial degradation of xenobiotic compounds: evolution and distribution of novel enzyme activities». Environ Microbiol 7 (12): 1868–82. DOI:10.1111/j.1462-2920.2005.00966.x. PMID 16309386.
  87. ↑ Davies K (1995). «Oxidative stress: the paradox of aerobic life». Biochem Soc Symp 61: 1–31. PMID 8660387.
  88. ↑ Tu B, Weissman J (2004). «Oxidative protein folding in eukaryotes: mechanisms and consequences». J Cell Biol 164 (3): 341–6. DOI:10.1083/jcb.200311055. PMID 14757749.
  89. ↑ Sies H (1997). «Oxidative stress: oxidants and antioxidants» (PDF). Exp Physiol 82 (2): 291–5. PMID 9129943.
  90. ↑ Vertuani S, Angusti A, Manfredini S (2004). «The antioxidants and pro-antioxidants network: an overview». Curr Pharm Des 10 (14): 1677–94. DOI:10.2174/1381612043384655. PMID 15134565.
  91. ↑ von Stockar U, Liu J (1999). «Does microbial life always feed on negative entropy? Thermodynamic analysis of microbial growth». Biochim Biophys Acta 1412 (3): 191–211. DOI:10.1016/S0005-2728(99)00065-1. PMID 10482783.
  92. ↑ Demirel Y, Sandler S (2002). «Thermodynamics and bioenergetics». Biophys Chem 97 (2–3): 87–111. DOI:10.1016/S0301-4622(02)00069-8. PMID 12050002.
  93. ↑ Albert R (2005). «Scale-free networks in cell biology». J Cell Sci 118 (Pt 21): 4947–57. DOI:10.1242/jcs.02714. PMID 16254242.
  94. ↑ Brand M (1997). «Regulation analysis of energy metabolism». J Exp Biol 200 (Pt 2): 193–202. PMID 9050227.
  95. ↑ Soyer O, Salathé M, Bonhoeffer S (2006). «Signal transduction networks: topology, response and biochemical processes». J Theor Biol 238 (2): 416–25. DOI:10.1016/j.jtbi.2005.05.030. PMID 16045939.
  96. ↑ Westerhoff H, Groen A, Wanders R (1984). «Modern theories of metabolic control and their applications (review)». Biosci Rep 4 (1): 1–22. DOI:10.1007/BF01120819. PMID 6365197.
  97. ↑ Salter M, Knowles R, Pogson C (1994). «Metabolic control». Essays Biochem 28: 1–12. PMID 7925313.
  98. ↑ Fell D, Thomas S (1995). «Physiological control of metabolic flux: the requirement for multisite modulation». Biochem J 311 (Pt 1): 35–9. PMID 7575476.
  99. ↑ Hendrickson W (2005). «Transduction of biochemical signals across cell membranes». Q Rev Biophys 38 (4): 321–30. DOI:10.1017/S0033583506004136. PMID 16600054.
  100. ↑ Cohen P (2000). «The regulation of protein function by multisite phosphorylation—a 25 year update». Trends Biochem Sci 25 (12): 596–601. DOI:10.1016/S0968-0004(00)01712-6. PMID 11116185.
  101. ↑ Lienhard G, Slot J, James D, Mueckler M (1992). «How cells absorb glucose». Sci Am 266 (1): 86–91. DOI:10.1038/scientificamerican0192-86. PMID 1734513.
  102. ↑ Roach P (2002). «Glycogen and its metabolism». Curr Mol Med 2 (2): 101–20. DOI:10.2174/1566524024605761. PMID 11949930.
  103. ↑ Newgard C, Brady M, O'Doherty R, Saltiel A (2000). «Organizing glucose disposal: emerging roles of the glycogen targeting subunits of protein phosphatase-1» (PDF). Diabetes 49 (12): 1967–77. DOI:10.2337/diabetes.49.12.1967. PMID 11117996.
  104. ↑ Romano A, Conway T (1996). «Evolution of carbohydrate metabolic pathways». Res Microbiol 147 (6–7): 448–55. DOI:10.1016/0923-2508(96)83998-2. PMID 9084754.
  105. ↑ Koch A (1998). «How did bacteria come to be?». Adv Microb Physiol 40: 353–99. DOI:10.1016/S0065-2911(08)60135-6. PMID 9889982.
  106. ↑ Ouzounis C, Kyrpides N (1996). «The emergence of major cellular processes in evolution». FEBS Lett 390 (2): 119–23. DOI:10.1016/0014-5793(96)00631-X. PMID 8706840.
  107. ↑ Caetano-Anolles G, Kim HS, Mittenthal JE (2007). «The origin of modern metabolic networks inferred from phylogenomic analysis of protein architecture». Proc Natl Acad Sci USA 104 (22): 9358–63. DOI:10.1073/pnas.0701214104. PMID 17517598.
  108. ↑ Schmidt S, Sunyaev S, Bork P, Dandekar T (2003). «Metabolites: a helping hand for pathway evolution?». Trends Biochem Sci 28 (6): 336–41. DOI:10.1016/S0968-0004(03)00114-2. PMID 12826406.
  109. ↑ Light S, Kraulis P (2004). «Network analysis of metabolic enzyme evolution in Escherichia coli». BMC Bioinformatics 5: 15. DOI:10.1186/1471-2105-5-15. PMID 15113413. Alves R, Chaleil R, Sternberg M (2002). «Evolution of enzymes in metabolism: a network perspective». J Mol Biol 320 (4): 751–70. DOI:10.1016/S0022-2836(02)00546-6. PMID 12095253.
  110. ↑ Kim HS, Mittenthal JE, Caetano-Anolles G (2006). «MANET: tracing evolution of protein architecture in metabolic networks». BMC Bioinformatics 19 (7): 351. DOI:10.1186/1471-2105-7-351. PMID 16854231.
  111. ↑ Teichmann SA, Rison SC, Thornton JM, Riley M, Gough J, Chothia C (2001). «Small-molecule metabolsim: an enzyme mosaic». Trends Biotechnol 19 (12): 482–6. DOI:10.1016/S0167-7799(01)01813-3. PMID 11711174.
  112. ↑ Spirin V, Gelfand M, Mironov A, Mirny L (June 2006). «A metabolic network in the evolutionary context: multiscale structure and modularity». Proc Natl Acad Sci USA 103 (23): 8774–9. DOI:10.1073/pnas.0510258103. PMID 16731630.
  113. ↑ Lawrence J (2005). «Common themes in the genome strategies of pathogens». Curr Opin Genet Dev 15 (6): 584–8. DOI:10.1016/j.gde.2005.09.007. PMID 16188434. Wernegreen J (2005). «For better or worse: genomic consequences of intracellular mutualism and parasitism». Curr Opin Genet Dev 15 (6): 572–83. DOI:10.1016/j.gde.2005.09.013. PMID 16230003.
  114. ↑ Pál C, Papp B, Lercher M, Csermely P, Oliver S, Hurst L (2006). «Chance and necessity in the evolution of minimal metabolic networks». Nature 440 (7084): 667–70. DOI:10.1038/nature04568. PMID 16572170.
  115. ↑ Rennie M (1999). «An introduction to the use of tracers in nutrition and metabolism». Proc Nutr Soc 58 (4): 935–44. DOI:10.1017/S002966519900124X. PMID 10817161.
  116. ↑ Phair R (1997). «Development of kinetic models in the nonlinear world of molecular cell biology». Metabolism 46 (12): 1489–95. DOI:10.1016/S0026-0495(97)90154-2. PMID 9439549.
  117. ↑ Sterck L, Rombauts S, Vandepoele K, Rouzé P, Van de Peer Y (2007). «How many genes are there in plants (... and why are they there)?». Curr Opin Plant Biol 10 (2): 199–203. DOI:10.1016/j.pbi.2007.01.004. PMID 17289424.
  118. ↑ Borodina I, Nielsen J (2005). «From genomes to in silico cells via metabolic networks». Curr Opin Biotechnol 16 (3): 350–5. DOI:10.1016/j.copbio.2005.04.008. PMID 15961036.
  119. ↑ Gianchandani E, Brautigan D, Papin J (2006). «Systems analyses characterize integrated functions of biochemical networks». Trends Biochem Sci 31 (5): 284–91. DOI:10.1016/j.tibs.2006.03.007. PMID 16616498.
  120. ↑ Duarte NC, Becker SA, Jamshidi N, et al. (February 2007). «Global reconstruction of the human metabolic network based on genomic and bibliomic data». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104 (6): 1777–82. DOI:10.1073/pnas.0610772104. PMID 17267599.
  121. ↑ Goh KI, Cusick ME, Valle D, Childs B, Vidal M, Barabási AL (May 2007). «The human disease network». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104 (21): 8685–90. DOI:10.1073/pnas.0701361104. PMID 17502601.
  122. ↑ Lee DS, Park J, Kay KA, Christakis NA, Oltvai ZN, Barabási AL (July 2008). «The implications of human metabolic network topology for disease comorbidity». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 (29): 9880–9885. DOI:10.1073/pnas.0802208105. PMID 18599447.
  123. ↑ Csete M, Doyle J (2004). «Bow ties, metabolism and disease». Trends Biotechnol. 22 (9): 446–50. DOI:10.1016/j.tibtech.2004.07.007. PMID 5249808.
  124. ↑ Ma HW, Zeng AP (2003). «The connectivity structure, giant strong component and centrality of metabolic networks». Bioinformatics 19 (11): 1423–30. DOI:10.1093/bioinformatics/btg177. PMID 12874056.
  125. ↑ Zhao J, Yu H, Luo JH, Cao ZW, Li YX (2006). «Hierarchical modularity of nested bow-ties in metabolic networks». BMC Bioinformatics 7: 386. DOI:10.1186/1471-2105-7-386. PMID 16916470.
  126. ↑ Thykaer J, Nielsen J (2003). «Metabolic engineering of beta-lactam production». Metab Eng 5 (1): 56–69. DOI:10.1016/S1096-7176(03)00003-X. PMID 12749845. González-Pajuelo M, Meynial-Salles I, Mendes F, Andrade J, Vasconcelos I, Soucaille P (2005). «Metabolic engineering of Clostridium acetobutylicum for the industrial production of 1,3-propanediol from glycerol». Metab Eng 7 (5–6): 329–36. DOI:10.1016/j.ymben.2005.06.001. PMID 16095939. Krämer M, Bongaerts J, Bovenberg R, Kremer S, Müller U, Orf S, Wubbolts M, Raeven L (2003). «Metabolic engineering for microbial production of shikimic acid». Metab Eng 5 (4): 277–83. DOI:10.1016/j.ymben.2003.09.001. PMID 14642355.
  127. ↑ Koffas M, Roberge C, Lee K, Stephanopoulos G (1999). «Metabolic engineering». Annu Rev Biomed Eng 1: 535–57. DOI:10.1146/annurev.bioeng.1.1.535. PMID 11701499.
  128. ↑ Dr. Abu Shadi Al-Roubi (1982), «Ibn Al-Nafis as a philosopher», Symposium on Ibn al Nafis, Second International Conference on Islamic Medicine: Islamic Medical Organization, Kuwait (cf. Ibnul-Nafees As a Philosopher, Encyclopedia of Islamic World [1]).
  129. ↑ Eknoyan G (1999). «Santorio Sanctorius (1561–1636) - founding father of metabolic balance studies». Am J Nephrol 19 (2): 226–33. DOI:10.1159/000013455. PMID 10213823.
  130. ↑ Williams, H. S. (1904) A History of Science: in Five Volumes. Volume IV: Modern Development of the Chemical and Biological Sciences Harper and Brothers (New York) Retrieved on 2007-03-26
  131. ↑ Dubos J. (1951). «Louis Pasteur: Free Lance of Science, Gollancz. Quoted in Manchester K. L. (1995) Louis Pasteur (1822–1895)—chance and the prepared mind». Trends Biotechnol 13 (12): 511–515. DOI:10.1016/S0167-7799(00)89014-9. PMID 8595136.
  132. ↑ Kinne-Saffran E, Kinne R (1999). «Vitalism and synthesis of urea. From Friedrich Wöhler to Hans A. Krebs». Am J Nephrol 19 (2): 290–4. DOI:10.1159/000013463. PMID 10213830.
  133. ↑ Eduard Buchner’s 1907 Nobel lecture at http://nobelprize.org Accessed 2007-03-20
  134. ↑ Kornberg H (2000). «Krebs and his trinity of cycles». Nat Rev Mol Cell Biol 1 (3): 225–8. DOI:10.1038/35043073. PMID 11252898.
  135. ↑ Krebs HA, Henseleit K (1932). «Untersuchungen über die Harnstoffbildung im tierkorper». Z. Physiol. Chem. 210: 33–66.Krebs H, Johnson W (April 1937). «Metabolism of ketonic acids in animal tissues». Biochem J 31 (4): 645–60. PMID 16746382.

dic.academic.ru

Признаки повышенного и замедленного метаболизма, список продуктов,ускоряющих обмен веществ

Содержание

Рассказать ВКонтакте Поделиться в Одноклассниках Поделиться в Facebook

Человеческое тело нуждается во множестве питательных веществ, энергии для обеспечения работы всех систем организма. Все эти процессы и являются ответом на вопрос, что такое метаболизм – это все обменные процессы в организме, которые происходят круглосуточно. Чем лучше у человека происходит обмен веществ, тем лучше работает все системы. Этот процесс отвечает за здоровье, внешний вид, количество сил, которые способен генерировать организм.

Что такое обмен веществ

Метаболизмом называют химический процесс превращения питательных веществ, которые попадают в организм в любом виде. После пища поступила в желудок начинается процесс расщепления, она разбивается на мелкие составляющие, которые превращаются в мелкие молекулы, из которых происходит построение нашего организма. Это собирательный термин, которые включает множество процессов, происходящих внутри тела, которые влияют на телосложение, гормональные особенности, скорость усвоения и степень переработки еды.

Что влияет на метаболизм

Скорость обмена веществ может быть нормальной, высокой или замедленной. Существует определенный перечень факторов, которые влияют на этот показатель. Знание того, что может повилять на метаболизм, поможет вам контролировать этот процесс, избегать лишних килограммов или, наоборот, набрать. Все эти факторы относятся к питанию и привычкам, к примеру:

  1. Мышечная масса. Наличие мышц – определяющий фактор, которые влияет на скорость метаболизма. Один килограмм мускулатуры сжигает до 200 ккал за сутки, жировая ткань за это же время избавит вас не больше, чем от 50 ккал. По этой причине у спортсменов нет проблем с лишним весом, интенсивные занятия ускоряет процесс сжигания накоплений. Мышечная масса влияет на обменные процессы 24 часа в сутки. А не только во время занятий спортом.
  2. Частота, количество приемов пищи. Большие промежутки между едой пагубно сказываются на метаболизме. Организм начинает делать запасы, откладывать на случай голода при длительных перерывах. Рекомендуют все диетологи делать дробное питании 5-6 раз за сутки, небольшие порции для того, чтобы приглушить голод, но не переедать. Оптимальный промежуток между приемами пищи – 3 часа.
  3. Продукты питания. Непосредственное влияние на обмен веществ оказывает и то, что вы едите. Часто в диетах исключают из рациона полностью животные, растительные жиры, но их отсутствие приводит к замедленному производству гормонов, что замедляет метаболизм.
  4. Напитки. Питьевой режим помогает ускорить процесс расщепления при должном количество простой воды, чай, кофе или сок не учитывается в общем водном балансе. За день рекомендуется выпивать не мене 1,5-2,5 л воды.
  5. Генетика. Происходит обмен веществ в клетке, поэтому генетические данные программируют их на определенный режим. Ускоренный метаболизм многих людей является «подарком» от родителей.
  6. Обмен веществ организму может серьезно замедлить психоэмоциональные сильные потрясениях.
  7. Диеты. Те рационы питания, которые накладывают сильные ограничения на какие-то продукты часто становятся причиной резкой снижения скорости обмена веществ, что пагубно сказывается на всем организме.
  8. Заболевания. Разного рода патологии, гормональные отклонения влияют на обмен веществ и энергии.
  9. Половая принадлежность. У мужчин и женщин существуют отличия в обменных процессах.

Какие процессы свойственны метаболизму

Данное понятие включает в себя весь цикл переработки, поступающих веществ в организм. Но существуют более конкретные части того, что называют метаболизмом. Делят обмен веществ на два основных вида:

  1. Анаболизм. Это процесс синтеза нуклеиновых кислот, белков, гормонов, липидов для создания новых веществ, клеток и тканей. Накапливаются в это время жиры, формируются мышечные волокна, происходит поглощение (накопление) энергии, ее аккумуляция.
  2. Катаболизм. Противоположный процессы, описанному выше, все сложные компоненты распадаются на более простые. Происходит генерирование и высвобождение энергии. В это время происходит разрушение мышечных волокон, которое спортсмены постоянно стараются избежать, расщепляются жиры, углеводы из пищи для получения дополнительной энергии.

Конечные продукты

Каждый процесс в теле не исчезает бесследно, всегда остаются остатки, которые будут в дальнейшем выведены из организма. Их называют конечными продуктами и метаболизм тоже их имеет, выделяют следующие варианты из выведения:

  • через покровы тела (углекислый газ);
  • абсорбция в задней кишке (вода);
  • вывод с экскрементами (аммиак, мочевая кислота, мочевина).

Типы обмена веществ

Существует два основных вида входящих в понятие, что такое метаболизм – углеводный и белковый. Последний включает переработку этого компонента животного и растительного происхождения. Чтобы организм человека функционировал полноценно, ему необходимы обе группы этих веществ. В теле не происходит отложений белковых соединений в виде жира. Весь полученный человеком протеин претерпевает процесс распада, затем синтезируется новый белок с соотношение 1:1. У детей процесс катаболизма преобладает над анаболизмом из-за быстрого роста тела. Выделяют два типа белка:

  • полноценный – включает 20 аминокислот, содержится только в продуктах животного происхождения;
  • неполноценный – любой белок, где нет хотя бы 1 из обязательных аминокислот.

Углеводный обмен отвечает за генерирование основного объема энергии. Выделяют сложные и простые углеводы. К первому типу относят овощи, хлеб, фрукты, злаковые и каши. Этот вид еще называют «полезным», потому что расщепление происходит на протяжении длительного времени и обеспечивают телу долгий заряд. Простые или быстрые углеводы – изделия из белой муки, сахар, выпечка газированные напитки, сладости. Человеческое тело может вовсе обходится без них, они очень быстро перерабатываются. Эти два типа имеют следующие особенности:

  • сложные углеводы образуют глюкозу, уровень которой всегда примерно одинаковый;
  • быстрые заставляют этот показатель колебаться, что влияет на настроение, самочувствие человека.

Признаки хорошего метаболизма

Под это понятие попадает скорость обмена веществ, при которой человек не испытывает проблем с ожирением или бесконтрольной потерей веса. Хороший метаболизм – это когда процесс обмена не проходят слишком быстро или слишком медленно. Каждый человек старается скорректировать, взять под контроль данный вопрос и добиться оптимального метаболизма, который бы не вредил организму.

Обмен веществ должен соответствовать норме, для каждого человека она своя, но, если наблюдается лишний вес или, наоборот, болезненная худоба, значит что-то в организме не так. Основными признаками хорошего обменного процесса является здоровье систем органов, кожи, нервной системы человека:

  • отсутствие высыпаний на коже;
  • оптимальное соотношение мышц и жировой прослойки;
  • хорошее состояние волос;
  • нормальная работа желудочно-кишечного тракта;
  • отсутствие хронической усталости.

Метаболические нарушения

Причиной отклонений в обменных процессах могут быть разные патологические состояния, которые затрагивают работу эндокринных желез или наследственные факторы. С заболеваниями медицина борется успешно, но с генетической предрасположенностью пока что справиться не удалось. В подавляющем большинстве случаев причиной плохого метаболизма выступает неправильное питание или слишком жесткие ограничения в еде. Злоупотребление жирной пищей, низкокалорийное питание, голодные диеты приводят к сбоям работы обменных процессов. Сильно усугубляют состояние вредные привычки:

  • употребление спиртного;
  • табакокурение;
  • малоактивный образ жизни.

Симптомы нарушения метаболизма

Вызывают проявления плохого обмена веществ все вышеописанные причины. Проявляется состояние, как правило, в виде набора лишнего веса, ухудшения состояния кожи, волос. Избавиться от всех негативных симптомов удается только при устранении первопричины нарушения метаболизма (заболевания, неправильная диета, малоактивный образ жизни). Вам следует заняться своим здоровьем и нормализовать обмен веществ в организме при появление следующих отклонений:

  • сильные отеки;
  • одышка;
  • избыточная масса тела;
  • хрупкость ногтей;
  • изменение цвета кожи, ухудшение ее состояния;
  • выпадение, ломкость волос.

Как замедлить

Может возникать и обратная ситуация, при которой слишком быстрый метаболизм настолько активно перерабатывает поступающие компоненты, что человек становится слишком худым, не может набрать мышечную массы, жировую прослойку. Это состояние не считается нормой и обменные процессы необходимо замедлять. Для этого можно сделать следующее:

  • пейте чуть больше кофе;
  • ограничьте количество времени на сон;
  • пейте больше молока;
  • завтракайте через час после пробуждения;
  • если вы активно занимайтесь спортом, то снизьте нагрузку;
  • кушайте строго 3 раза за день, порции должны приносить чувство полного насыщения;
  • откажитесь от зеленого чая, цитрусовых, пищи с большим содержанием белка.

Как разогнать обмен веществ и метаболизм

Этим вопросом задаются чаще, особенно это интересует людей, которые хотят избавиться от лишнего веса. Если после анализов вы удостоверились, что причиной ожирения не является наследственная предрасположенность (генетические нарушения) или заболевание эндокринной системы, можно начать контролировать свой рацион и физическую активность. Ниже представлены варианты, которые при комплексном использовании помогут вам справиться с медленным обменом веществ.

Продукты

Первое, что следует изменить при низком метаболизме – питание. В 90% случаев этот пункт является первостепенной задачей для снижения веса. Рекомендуется придерживаться следующих правил:

  1. Клетчатка. В рационе этого продукта должно быть много, усваивается этот компонент в ЖКТ долго, насыщая организм надолго. Согласно исследованиям, данное вещество в рационе питания разгоняет метаболизм на 10%. Купить можно клетчатку в продуктовых магазинах, она же содержится в макаронах твердых сортов, кашах, хлебе грубого помола.
  2. Белковая еда. Протеин обладает существенным тепловыми свойствами, для его переработки организму приходится тратить много калорий. Он же принимает участие в построении мышечной массы, что тоже влияет положительно на увеличение скорости обмена веществ. Много белка находится в куриных яйцах, мясе курицы, молочных и кисломолочных продуктах.
  3. Цитрусовые. Помогают стимулировать работу ЖКТ, ускоряют вывод ненужной воды из тела. Грейпфрут считается лучшим вариантом цитрусового для похудения, можно еще кушать мандарины, апельсины, лимоны.
  4. Имбирь принимает участие в транспортировке полезных веществ и их поглощению. Продукт помогает организму быстрее разносить по организму кислород и этим стимулирует процесс жиросжигания. Можно включать продукт в любом виде. Он не утрачивает своих свойств даже при термической обработке.
  5. Понизить количество сахара в крови можно при помощи корицы. Она не только выступает средством для профилактики сахарного диабета, но и помогает разогнать метаболизм. Помогает этот компонент только при длительном приеме.

Напитки

При достаточном снабжении водой клеток регенерация происходит быстрее, что обеспечивает молодость кожи, быстрое выведение продуктов распада, которые оказывают токсичное воздействие на организм. Вода нормализует и ускоряет процесс расщепления, пищеварения. Объем жидкости рассчитывается с учетом супов, но кофе или чай не входят в эту группу. Эти напитки отнимают воду, поэтому после их употребления следует выпить пару чашек простой воды.

Главное условие при употреблении всех напиток – отсутствие сахара, можно добавить при желании заменитель. Рекомендуется употреблять следующие жидкости:

  • морс;
  • компоты;
  • каркаде;
  • в небольших количествах свежевыжатые соки;
  • белый, зеленый чай;
  • травяные отвары.

Препараты

Кардинально повлиять на скорость метаболизма препараты не могут, они оказывают необходимый эффект только в составе комплексного подхода: спорт, питание, отказ от вредных привычек. Популярными препаратами для улучшения метаболизма считаются следующие варианты:

  1. Стероиды. Особенно востребованы у бодибилдера, но оказывают эти медикамент очень ощутимое влияние на гормональный фон в организме. У девушек эти вещества могут провоцировать прекращение менструального цикла, буйным ростом волосяного покрова на теле, смену тембра голоса. У мужчин данные медикамент снижает либидо, понижает потенцию. При прекращении приема стероидов происходит очень быстрый набор веса, сильное падение иммунитета.
  2. Амфетамин, кофеин, фенамин и прочие стимуляторы. Длительный, бесконтрольный прием приводит к бессоннице, депрессии, быстрому привыканию.
  3. Соматотропин или гормон роста. Щадящий препарат, который помогает набрать мышечную массу и не оказывает много побочных эффектов, стимулирует метаболизм длительное время.
  4. L-тироксин. Оказывает стимулирующее влияние на функцию щитовидной железы, что помогает быстро терять вес без его возвращения. Из минусов выделяют: раздражительность, нервозность, потливость, нарушение работы некоторых систем организма.
  5. Кленбутерол. Резко повышает скорость обменных процессов, быстро снижает массу тела. Из побочных эффектов указывают возникновение тахикардии, скачки температуры тела.
  6. Витаминные комплексы. Улучшают общее самочувствие, насыщают тело необходимыми веществами для полноценной работы всех систем организма. Это важный источник для полноценной жизнедеятельности человека, витамины поддерживают работу всех органов тела. Лучше использовать готовый витаминный комплекс, который богат всеми видами микроэлементов.

Упражнения

Если замедленный метаболизм не является диагнозом из-за генетических особенностей организма, то спорт – важнейший этап на пути улучшения обмена веществ. Любой врач будет рекомендовать повысить физическую активность при желании убрать лишний вес. Недостаточные ежедневные силовые нагрузки приводят к застойным процессам в организме, замедляют циркуляцию крови, что пагубно сказываются на питании клеток, органов. Ежедневной выполнение тренировок существенно ускоряет метаболизм.

Конкретных и специальных упражнений для этих целей не существует, необходимо давать телу нагрузку на регулярной основе. Можно воспринимать это как часть лечения, которое существенно поднимает качество всей схемы. Эффективность диеты, медикаментов для ускорения метаболизма будет зависеть от занятий спортом. Для этих целей рекомендуется выполнять ежедневные каридотренировки:

  • бег на беговой дорожке или на открытом воздухе;
  • футбол;
  • баскетбол;
  • йога;
  • фитнес;
  • пилатес;
  • шейпинг;
  • аэробика;
  • велопрогулки или велотренажер.

Видео

Что такое метаболизм и как его ускорить

Внимание! Информация, представленная в статье, носит ознакомительный характер. Материалы статьи не призывают к самостоятельному лечению. Только квалифицированный врач может поставить диагноз и дать рекомендации по лечению, исходя из индивидуальных особенностей конкретного пациента.

Нашли в тексте ошибку? Выделите её, нажмите Ctrl + Enter и мы всё исправим!

sovets.net

Что такое метаболизм (обмен веществ) в организме человека

@ Evgeniya adobe.stock.com

Метаболизм – 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.

Вновь обратимся к теме пазлов. Если представить организм набором элементов, то метаболизм человека – 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 базальным метаболизмом – минимальной суточной «порцией» энергии (калорий), необходимой для нормального функционирования организма в состоянии покоя. Произвести расчет скорости метаболизма* можно по следующим формулам (*источник — Википедия):

  • для женщин: 655 + (9,6xP) + (1,8xL) – (4,7xT);
  • для мужчин: 66 + (13,7xP) + (5xL) – (6,8xT),

где, Т – возраст (года), L – рост (см), Р – масса тела (кг).

Калорийность рассчитывают по формулам. 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, необходимы для полноценной деятельности всех систем организма человека. 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:

  • катаболизм – расщепление сложных элементов на более простые; в результате распада происходит генерация энергии;
  • анаболизм – образование из полученных извне компонентов необходимых организму веществ; в результате образуются новые клетки и ткани; для таких процессов требуется большое количество энергии.

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

@ Evgeniya adobe.stock.com

Обмен белков

Обмен белков – это расщепление протеина на аминокислоты и последующий каскад биохимических реакций с продуктами их распада. Любой силовой атлет знает, что белок – важнейший компонент для построения и генерации 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;
  • ускоряет скорость протекания биохимических процессов;
  • перенос кровью кислорода, жиров, ряда витаминов, минералов, углеводов, гормонов и прочих компонентов;
  • играет роль в состоятельности и полноценности функций иммунной системы.

Белковый метаболизм состоит из таких этапов (источник — Википедия):

  • 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 гликогена, находящаяся в мышцах. При длительной нагрузке энергию организм получает из жиров. Из понимания особенностей метаболизма жиров 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 происходит в несколько стадий:

  • расщепление жиров в желудочно-кишечном тракте, их переваривание и абсорбция;
  • перенос липидов из кишечника;
  • реакции промежуточного обмена;
  • процессы катаболизма жиров;
  • катаболизм жирных кислот.

Частичная трансформация жиров происходит в желудке. Но там процесс протекает медленно. 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.

@ Evgeniya adobe.stock.com

Обмен углеводов

Главная роль метаболизма углеводов 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 – гликемический индекс (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. Простые углеводы 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, что способствует формированию сахарного диабета;
  • возрастает риск развития заболеваний сердечно-сосудистой системы.

Сложные углеводы 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:

ПродуктГИ
Соя15
Грибы15
Капуста кочанная15
Чечевица25
Молоко30
Творог обезжиренный30
Макароны (разваренные не полностью)40
Гречка50

Продукты со средним ГИ:

ПродуктГИ
Спагетти55
Овсяная каша60
Длиннозерный рис60
Бананы60
Макароны с сыром65
Цельнозерновой хлеб65
Картофель в мундире65
Пшеничная мука65

Продукты с высоким ГИ:

ПродуктГИ
Белый рис70
Пельмени70
Сладкие газированные напитки70
Молочный шоколад70
Рисовая каша на молоке75
Сладкая выпечка75
Каши быстрого приготовления85
Мёд90
Рисовая лапша95
Сдобные булочки95
Белый хлеб100

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 водным балансом. Если потребление меньше вывода, в организме происходит сбой систем. Норма потребления воды в сутки зависит от состояния здоровья, в первую очередь.

При отсутствии противопоказаний, например, патология почек, сердца, сосудов и пр. – это приблизительно 1,5-2,5 л в сутки . Этого количества достаточно для обеспечения хорошей продуктивности и самочувствия.

Но, при интенсивном потоотделении должный уровень потребляемой воды может достигать 6-7 литров (источник — ФГБУ, Эндокринологический научный центр Минздрава РФ, Москва. «Питание при занятиях спортом».) Опасным состоянием для спортсменов является обезвоживание, предупредить которое можно только с помощью расчета индивидуальной потребности в жидкости.

Оптимальную норму необходимого количества жидкости для человека в сутки необходимо рассчитывать по следующей формуле:

  • V=(M*0,03) + (T*0,4) — женщинам;
  • V=(M*0,04) + (T*0,6) — мужчинам,

где, V – объём нужного количества воды в литрах в сутки, M – масса тела человека, T – время непосредственного занятия спортом или другим видом деятельности, требующим затрат энергии (при отсутствии указанных ставится 0). Такой расчет учитывает все требуемые параметры: пол, вес и период воздействия на организм.

Так как с водой из организма вымываются и минералы, то 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.

@ Evgeniya adobe.stock.com

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 замедлению обмена веществ. В итоге масса людей страдают ожирением со всеми вытекающими.

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

  • повышенная или пониженная масса тела;
  • ухудшение аппетита или же, наоборот, постоянное желание кушать;
  • хроническая усталость;
  • визуальные проблемы с кожей;
  • разрушение зубной эмали;
  • ломкость волос и ногтей;
  • повышенная раздражительность;
  • появление диареи, чередующейся с запорами;
  • пастозность верхних и нижних (чаще) конечностей.

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.

@ Evgeniya adobe.stock.com

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 (источник — Научно-исследовательский институт гигиены и экологии человека Самарского государственного медицинского университета, «Корреляция показателей основного обмена при различных способах его определения»).

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.

Но бывают и исключения. Некоторые мужчины легко набирают лишний вес, тогда как часть 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.

Чтобы уверенно противостоять возрастным изменениям, необходимо 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, свеклой и т. п.;
  • фруктами;
  • зеленью;
  • постным мясом;
  • морепродуктами.

При выборе любого рациона питания, даже самого полезного, рекомендуется отталкиваться от исходного состояния здоровья.

Например, у полных людей, особенно после 40-45 лет повышается риск развития подагры или же таковая уже существует.

В таких случаях категорически запрещается из зелени кушать щавель и шпинат. Из фруктов и ягод запрещены малина, клюква, виноград. В других случаях, при повышенном холестерине, исключается часть морепродуктов, например, креветки.

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 и особенностей организма.

cross.expert


Смотрите также