Виды метаболизма человека: быстрый (углеводный), медленный (белковый) и сбалансированный (смешанный)

Физическая активность – чем более подвижен Ваш образ жизни, тем быстрее проходят обменные процессы в организме.

Тип телосложения – все мы имеем ту или иную генетическую предрасположенность к определённому типу фигуры. Одни больше склонны к полноте, другие наоборот худощавы. Это фактор заложен в каждом человеке при рождении.

Как видите, метаболизм несёт ответственность за постоянство внутренней среды организма и нормальное протекание всех процессов в нём. Именно поэтому, если Вы серьёзно озабочены качеством своего тела, первое, что нужно сделать – нормализовать скорость метаболизма. О том, как это сделать, читайте в материале «Как ускорить метаболизм до предела?».

#метаболизм#набор массы#похудение

Как определить тип обмена веществ и выбрать диету по типу метаболизма?

Обмен веществ (ОВ), или метаболизм, — это совокупность химических реакций, протекающих в организме. Отличают катаболические и анаболические реакции. В первом случае речь идет о разрушении поступающих с пищей жиров, белков и углеводов, в ходе которого выделяется энергия. Реакции второго типа направлены на создание новых клеток и выработку необходимых организму гормонов и ферментов. 

Если кратко, то метаболизм — это энергооборот в организме. Его затраты состоят из калорий, требующихся для поддержания температуры тела, работы почек, сердца, легких и обеспечения нормальной деятельности нервной системы. 

Виды

ОВ бывает двух видов:

• базальный – происходит постоянно, включая период, когда человек спит;
• дополнительный — вызывается любой активностью. 

Внимание! Метаболизм присутствует у всех животных и растений. Среди последних самый быстрый обмен веществ у колибри.

Скорость метаболизма

Говоря о типе энергетических процессов, часто всего имеют в виду их скорость. ОВ может быть быстрым, медленным и средним. Когда девушка ест все, что хочет, и не поправляется, хотя не изнуряет себя тренировками в спортзале, принято считать, что у нее быстрый ОВ.

Это правда. У тех, у кого быстрый обмен веществ, деятельность сердца и мозга «забирает» в разы больше энергии, чем у имеющих медленный метаболизм. Это значит, что даже в состоянии покоя они тратят больше калорий, поступающих с пищей. Если они съедят за обедом или ужином «лишний кусок», это не отразится на их фигуре.

Три типа метаболизма

Скорость метаболизма зависит от множества факторов. На многие из них человек не может повлиять. То, какого у вас типа ОВ, нужно принимать как данность.

Наиболее научной считается классификация обмена веществ на 3 типа: 

• белковый;
• углеводный;
• сбалансированный.

Люди имеют один из первых двух типов или смешанный. Определить, какой именно, можно по двум критериям:

• Преобладание одного из 2 отделов вегетативной нервной системы. Первая, парасимпатическая система, способствует сохранению энергии. Она задействована в процессах пищеварения и строительства тканей. Симпатическая система тратит много калорий на учащение пульса, выброс адреналина, повышение артериального давления.
• Скорость переработки пищи в энергию (скорость окисления в клетках). Людям с высокой скоростью метаболизма нужна высокобелковая диета, а тем, у кого он низкий — углеводная.

Как выяснить тип метаболизма?

Человека относят к группе людей с белковым типом ОВ, если у него быстрые процессы окисления. Узнать таких людей можно по отличному аппетиту. Они предпочитают жирные продукты и продукты с высокой калорийностью, внешне кажутся энергичными, но на самом деле это лишь взвинченность. Лишние килограммы набираются из-за переедания, так как быстрое расходование энергии приводит к тому, что человек вынужден постоянно жевать для утоления голода.

Внимание! Для нормализации ОВ требуется употреблять много белковой пищи с жирами и пуринами.

Узнать людей с углеводным обменом можно по пониженному аппетиту и тяге к кофе. Они набирают лишние килограммы, так как предпочитают еду, богатую сахарами. 

Причина в том, что углеводы расщепляются с высокой скоростью и за счет выброса порции инсулина дают всплеск энергии. Он быстро проходит, и тогда требуется новая порция углеводов.

Внимание! Людям с подобным ОВ необходима диета с высоким содержанием углеводов и малым количеством жиров.

Больше всего повезло людям со сбалансированным ОВ. Они неравнодушны к сладкому и у них нормальный вес.

Определите тип обмена веществ и правильно выбирайте диету. Это позволит поддерживать вес в норме без дополнительных усилий.

Метаболические типы, или Идеальная диета | Apteka.ru

Как питаться любимыми продуктами с максимальной пользой для фигуры и здоровья?

Различия в обмене веществ

Метаболизм, или обмен веществ, объединяет все химические реакции в организме. Базальный метаболизм — трата энергии в состоянии покоя на поддержание температуры, на работу сердца, почек, легких, мозга и другое.

При малейшей активности включается еще и дополнительный метаболизм, то есть дополнительный расход энергии на эмоции, физнагрузки, умственные нагрузки и прочее.

Идеи о том, что метаболизм у людей работает по-разному, стали популярны уже в начала XX века. В 1930-х годах биохимики начали отличать людей друг от друга на основе их «метаболического типа».

Зная о разных типах метаболизма, легко понять, почему никакая диета не может работать на всех одинаково хорошо. Всегда найдутся люди, которые скажут, что на новом рационе им стало только хуже, и обвинят поклонников диеты в лукавстве. Но всё дело в том, что разным людям нужны разные продукты.

Данным направлением занимались не меньше десятка исследователей, однако считается, что впервые разделение на «белковый», «углеводный» и «смешанный» тип предложил биохимик Роджер Вильямс. Правда, до настоящей популярности эту теорию дотянул другой ученый.

Доктор Уолкотт и диета по «метаболическим типам»

Доктор Уильям Уолкотт получил мировое признание как специалист, разработавший революционную диетическую технологию (не диету!), которая позволила людям не мучать себя продуктами, которые им не нравятся, и при этом улучшать здоровье.

Уолкотта часто ругали за приверженность альтернативной медицине, у него было много неоднозначных идей. Но важно понимать, что именно диетические принципы он придумал не в одиночку. По сути, это квинтэссенция 70 лет труда целой плеяды ученых, изучавших вопросы человеческого метаболизма.

Свою теорию он подробно описал в книге «The Metabolic Typing Diet». Доктор Уолкотт обещал, что его диетические принципы помогут:

• достичь своего идеального веса и поддерживать его; 
• устранить тягу к сахару; 
• обрести устойчивую энергию и выносливость; 
• забыть о несварении, усталости и аллергии; 
• укрепить иммунную систему; 
• преодолеть тревогу и депрессию.

Главное — правильно определить свой тип метаболизма.

Как определить свой «метаболический тип»?

В своей книге Уильям Уолкотт указал, что для точного определения типа можно провести общее медобследование. Для этого понадобятся некоторые анализы, по которым можно быстро оценить тип метаболизма.

В то же время он считал, что с тем же успехом можно определить тип самостоятельно. Если наши читатели захотят узнать свой тип, то для этого достаточно найти в интернете «тест на определение типа метаболизма». Желательно тот, в котором 65 вопросов. В идеале — тест на английском, поскольку в нем более аккуратные формулировки.

Примеры вопросов теста:

Иногда мы все сердимся «по очень веской причине». Но большинству людей знакома и раздражительность по пустякам. Насколько ваша раздражительность зависит от еды?

а) когда я злюсь, мясо или жирная пища лишь усугубляет мое состояние;
б) обычно еда успокаивает меня, вне зависимости от того, что именно я съел;
в) часто я замечаю, как гнев и раздражительность стихают, если я перекушу чем-нибудь мясным или жирным.

Или другой вопрос — «Как на вас влияет кофе?»:

а) отлично влияет, бодрит, главное не пить его непрерывно;
б) как-то безразлично, могу пить кофе, могу не пить, нет особой разницы;
в) меня от кофе тошнит, начинается дрожь в теле, чувствую себя не бодрым, а взвинченным.

Важно, что отвечающий должен быть уверен в выборе одного из пунктов по каждому вопросу. Если отвечающий однозначно считает, что ни один из пунктов явно к нему не относится, то пункт можно пропустить.

Если же проблема в том, что отвечающий не уверен в выборе пункта, поскольку ранее не наблюдал за собой, то ему следует понаблюдать, попробовать разные варианты пищевого поведения («а», «б» и «в») и только тогда определиться с выбором.

Точность в этом тесте крайне важна.

Преобладание ответов «а» (т. е. если ответов «а» больше, чем остальных, как минимум на 5 пунктов) означает углеводный тип метаболизма. Если больше всего ответов «в» (тоже должна быть разница не менее 5 пунктов) — белковый тип, и ответы «б» — смешанный тип. Если ни по одной шкале не набралась разница в 5 пунктов, то это тоже считается смешанный тип.

Рекомендации для разных типов метаболизма

Углеводный тип

Обладатели углеводного типа метаболизма, согласно Уолкотту, имеют медленный процесс окисления, а доминирует у них симпатический отдел вегетативной нервной системы. Симпатический отдел, в частности:

• отвечает за реакцию «бей или беги», повышает энергию организма, тормозит пищеварение; 
• затормаживает перистальтику.

Поэтому представители углеводного типа: редко чувствуют голод, интуитивно отдают предпочтение вкусняшкам, от «тяжелой» пищи чувствуют не насыщение, а лишь вялость и сонливость.

Чтобы не перепутать углеводный тип с другими типами, нужно понимать, что сладости как таковые этот тип не любит. Но из-за пониженного аппетита часто выбирает то, что повкуснее (а иначе вообще не хочет есть).

Зато если кормить его чем-то вкусным, но не сладким, о сладостях может не вспоминать. Нередко «углеводники» обожают кофе, поскольку это для них источник быстрой энергии. К сожалению, эффект от кофе кратковременный, дальше может наступить усталость.

Встречается мнение, что организм обладателей углеводного типа настроен на быстрое сжигание любых углеводов. Конфеты и пирожные, мол, сжигаются в их организме как в домне — успевай закидывать. Но это не так. Углеводный тип медленнее переваривает ВСЮ пищу. А то, что «углеводники» обычно худые, объясняется, во-первых, их пониженным аппетитом, а во-вторых, повышенным базальным обменом. Непрерывное поглощение простых углеводов для них столь же вредно, как и для всех остальных.

Диета должна быть богата СЛОЖНЫМИ углеводами. Белки и жиры нужно сильно ограничить. Считая БЖУ, нужно ориентироваться на:

• 60 % сложных углеводов, 
• 25 % белка, 
• 15 % жира.

При этом жиры должны быть с низким содержанием пуринов. Например, курица, индейка, нежирная рыба, творог, сыр.

Белковый тип

Люди данного типа обладают высокой скоростью окисления клеток, а доминирует у них парасимпатический отдел вегетатики. Парасимпатическая нервная система способствует пищеварению и отдыху:

• расширяет сосуды пищеварительного тракта; 
• стимулирует пищеварительные железы и перистальтику (сокращение кишечника).

Вполне логично, что обладатели белкового типа часто чувствуют голод, всякие ночные дожоры, «съела торт, пирог с малиной, оливье и винегрет» — это про них. Поскольку пищеварение у них быстрое, они нуждаются в питательной, жирной пище. На низкокалорийных диетах такие люди страдают.

Диета должна состоять из высокобелковой и высокожирной еды. Приветствуется большое количество пуринов (говядина, баранина, печень, мидии и устрицы, какао).

Количество углеводов в рационе должно быть низким. Хотя бы потому, что углеводы очень быстро сгорают, и если обладатель белкового типа будет питаться преимущественно ими, он обречен на непрерывное желание поесть.

Идеальное соотношение:

• 20 % сложных углеводов, 
• 50 % качественных белков, 
• 30 % полезных жиров.

Смешанный тип

Люди, обладающие смешанным типом метаболизма, имеют средний показатель скорости окисления, а оба отдела нервной системы работают в уравновешенном режиме.

Такие люди обладают ни высоким, ни низким аппетитом, но именно они часто жить не могут без шоколада и прочих сладостей.

Главная трудность — уравновесить количество белков, жиров, углеводов и пуринов. Нужно обратить особое внимание на сочетание жирных и нежирных белков.

Правильный рацион в основном состоит из молочных продуктов, орехов, яиц и другого. Можно употреблять практически любую пищу, но важно сохранять равное количество полезных веществ. Лучшим вариантом диеты является следующее соотношение питательных веществ:

• 30 % белков, 
• 30 % жиров, 
• 40 % углеводов.

Представители смешанного типа в отличие от других часто способны, «не теряя энтузиазма», есть одни и те же блюда изо дня в день. Им можно порекомендовать намеренно разнообразить свое меню.

Питание бургерами, тортиками и булками с вареньем вредно для любого типа метаболизма.

И даже продукты, подходящие для своего типа, нужно потреблять в количестве, которое предусматривается вашей нормой потребления калорий или вашими задачами (похудеть, набрать массу). Иначе эффект будет совсем не тот, что хотелось.

Ирина Кайнова для apteka.ru

Ученые рассказали, как похудеть людям с «плохими» генами

https://ria. ru/20190801/1557088314.html

Ученые рассказали, как похудеть людям с «плохими» генами

Ученые рассказали, как похудеть людям с «плохими» генами — РИА Новости, 01.08.2019

Ученые рассказали, как похудеть людям с «плохими» генами

Диетологи и медики с Тайваня изучили то, как различные виды спорта влияют на состояние здоровья людей, предрасположенных к ожирению, и «вычислили» пять наиболее РИА Новости, 01.08.2019

2019-08-01T21:00

2019-08-01T21:00

2019-08-01T21:00

спорт

наука

медицина

тайвань

открытия — риа наука

здоровье — общество

здоровье

диеты

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/155664/53/1556645367_0:345:3028:2048_1920x0_80_0_0_5c55d231c9c2334c721412c24ff75ef6.jpg

МОСКВА, 1 авг – РИА Новости. Диетологи и медики с Тайваня изучили то, как различные виды спорта влияют на состояние здоровья людей, предрасположенных к ожирению, и «вычислили» пять наиболее эффективных способов похудания для них. Результаты их исследования были представлены в журнале PLoS Genetics.Ученых давно интересует то, что именно приводит к развитию ожирения – индивидуальные психологические особенности каждого человека и отсутствие самоконтроля, или какие-то генетические факторы, которые нарушают круговорот питательных веществ в организме или работу центров аппетита и насыщения в мозге. У каждой из этих теорий есть свои сторонники, собравшие множество доказательств в пользу их правоты за последние годы.Проблема заключается в том, что помимо нескольких «генов ожирения», таких как FTO, CADM2 или IRX3, очень сильно влияющих на развитие ожирения, существует около двух миллионов мелких мутаций, статистически связанных с лишним весом. Каждая из них влияет на метаболизм человека достаточно слабо, однако их совокупное действие на обмен веществ может быть очень серьезным.Все это, как отмечает Линь, усложняет оценку того, какие именно подходы – диета, активный образ жизни или медикаментозное вмешательство – должны эффективнее всего помогать носителям подобных «плохих» вариаций генов. К примеру, три года назад американские ученые экспериментировали на крысах и пришли к выводу, что подобным людям следует заниматься спортом, а не есть меньше пищи. Позже появились другие серьезные исследования, указывавшее на ровно обратное.Линь и ее коллеги выяснили, что подобные разночтения были связаны с тем, что далеко не все виды спорта, особенно многие популярные виды физической активности, были одинаково эффективны в деле «сжигания калорий».Они пришли к такому выводу, изучая перипетии жизни свыше 18 тысяч жителей острова, участвовавших в проекте Taiwan Biobank. В его рамках добровольцы не только регулярно проходили полный медицинский осмотр, но и рассказывали медикам о том, какой образ жизни они ведут, чем питаются и какими хобби они увлекаются.Анализируя эти данные, ученые разбили участников этого проекта на две группы в зависимости от того, как много «вредных» мутаций они имели. После этого они проанализировали то, как различные виды спорта влияли на их индекс массы тела, обхват талии, долю жира в теле и другие показатели, связанные с ожирением. В общей сложности, ученые изучили то, как 18 разных видов спорта влияли на здоровье и той, и другой группы тайваньцев. Оказалось, что только шесть из них помогали носителям «плохих» вариаций в генах, и только один вид спорта – бег – благотворно сказывался на всех аспектах ожирения, и еще пять подавляли хотя бы один из них.В их число попала спортивная ходьба, йога, а также походы в горы и спортивные танцы. В противоположность этому, такие популярные виды физической активности, как велопробеги, плавание, а также бадминтон, настольный теннис и танцевальные видеоигры не помогали людям, предрасположенным к ожирению, сбросить лишний вес и притупить силу действия генов.При этом, как подчеркивают ученые, все типы спорта способствовали сбросу лишней массы, однако остальные виды упражнений действовали на людей с «плохой» генетикой не так эффективно или далеко не всегда. Это, как считают ученые, следует учитывать диетологам и терапевтам, помогающих их пациентам сбросить лишний вес.

https://ria. ru/20160517/1435004638.html

https://ria.ru/20190124/1549873620.html

тайвань

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2019

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/155664/53/1556645367_0:0:2732:2048_1920x0_80_0_0_f95c462717dd861a71e23e3299e8e5ff.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

internet-group@rian. ru

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

спорт, медицина, тайвань, открытия — риа наука, здоровье — общество, здоровье, диеты, жир, генетика

МОСКВА, 1 авг – РИА Новости. Диетологи и медики с Тайваня изучили то, как различные виды спорта влияют на состояние здоровья людей, предрасположенных к ожирению, и «вычислили» пять наиболее эффективных способов похудания для них. Результаты их исследования были представлены в журнале PLoS Genetics.

«Плохие гены – это не приговор, и сила их действия на ваш метаболизм может быть уменьшена, если постоянно заниматься несколькими определенными видами спорта. Наше исследование в очередной раз показало, что пользу спорта и упражнений для здоровья нельзя переоценить», — отмечает Вань-Ю Линь (Wan-Yu Lin) из Национального университета Тайваня в Тайбее.

Ученых давно интересует то, что именно приводит к развитию ожирения – индивидуальные психологические особенности каждого человека и отсутствие самоконтроля, или какие-то генетические факторы, которые нарушают круговорот питательных веществ в организме или работу центров аппетита и насыщения в мозге. У каждой из этих теорий есть свои сторонники, собравшие множество доказательств в пользу их правоты за последние годы.

Проблема заключается в том, что помимо нескольких «генов ожирения», таких как FTO, CADM2 или IRX3, очень сильно влияющих на развитие ожирения, существует около двух миллионов мелких мутаций, статистически связанных с лишним весом. Каждая из них влияет на метаболизм человека достаточно слабо, однако их совокупное действие на обмен веществ может быть очень серьезным.

17 мая 2016, 13:27НаукаУченые советуют заниматься спортом, а не сидеть на диете для похуденияЗанятия спортом и активный образ жизни влияют на скорость похудения и эффективность диет больше, чем сам состав диет, особенности метаболизма человека и устройство микрофлоры его кишечника.

Все это, как отмечает Линь, усложняет оценку того, какие именно подходы – диета, активный образ жизни или медикаментозное вмешательство – должны эффективнее всего помогать носителям подобных «плохих» вариаций генов.

К примеру, три года назад американские ученые экспериментировали на крысах и пришли к выводу, что подобным людям следует заниматься спортом, а не есть меньше пищи. Позже появились другие серьезные исследования, указывавшее на ровно обратное.

Линь и ее коллеги выяснили, что подобные разночтения были связаны с тем, что далеко не все виды спорта, особенно многие популярные виды физической активности, были одинаково эффективны в деле «сжигания калорий».

Они пришли к такому выводу, изучая перипетии жизни свыше 18 тысяч жителей острова, участвовавших в проекте Taiwan Biobank. В его рамках добровольцы не только регулярно проходили полный медицинский осмотр, но и рассказывали медикам о том, какой образ жизни они ведут, чем питаются и какими хобби они увлекаются.

Анализируя эти данные, ученые разбили участников этого проекта на две группы в зависимости от того, как много «вредных» мутаций они имели. После этого они проанализировали то, как различные виды спорта влияли на их индекс массы тела, обхват талии, долю жира в теле и другие показатели, связанные с ожирением.

В общей сложности, ученые изучили то, как 18 разных видов спорта влияли на здоровье и той, и другой группы тайваньцев. Оказалось, что только шесть из них помогали носителям «плохих» вариаций в генах, и только один вид спорта – бег – благотворно сказывался на всех аспектах ожирения, и еще пять подавляли хотя бы один из них.

24 января 2019, 22:00НаукаГенетики выяснили, почему некоторые люди никогда не толстеют

В их число попала спортивная ходьба, йога, а также походы в горы и спортивные танцы. В противоположность этому, такие популярные виды физической активности, как велопробеги, плавание, а также бадминтон, настольный теннис и танцевальные видеоигры не помогали людям, предрасположенным к ожирению, сбросить лишний вес и притупить силу действия генов.

При этом, как подчеркивают ученые, все типы спорта способствовали сбросу лишней массы, однако остальные виды упражнений действовали на людей с «плохой» генетикой не так эффективно или далеко не всегда. Это, как считают ученые, следует учитывать диетологам и терапевтам, помогающих их пациентам сбросить лишний вес.

Что нужно знать о метаболизме

Метаболизм, или обмен веществ, — это процесс превращения калорий потребляемых продуктов в энергию для жизнедеятельности организма. На метаболизм влияет ряд факторов — индивидуальная способность усвоения пищи, диета, уровень физической нагрузки, психоэмоцинальное состояние, сон. Чем размереннее образ жизни, тем стабильнее и правильнее работает ваш обмен веществ. «Наше тело постоянно обновляется, совершает какую-то работу, строятся новые клетки и напрягаются мышцы, для всего этого нужна энергия, которую мы получаем за счет расщепления энергетического топлива (креатинфосфата, гликогена, жиров и аминокислот). Все это формирует метаболизм, который принято разделять на обмен веществ покоя (базальный — расход энергии в состоянии покоя) и обмен веществ движения (дополнительный — расход энергии при выполнении какой-либо работы)», — объясняет Александр Мироненко, фитнес-директор клуба «Секция».

«Метаболизм в биохимическом смысле — это цепочка превращений веществ до того состояния, когда их может принять клетка. Они включают в себя реакции синтеза новых соединений — анаболизм. Например, мышечной ткани из аминокислот. А также реакции распада — катаболизм. Например, окисление жиров до углекислого газа и воды. В организме каждую секунду что-то распадается и создается заново. От 10 до 20 килограммов тканей в теле человека собирается заново за сутки, что поразительно», — рассказывает Екатерина Бузина, врач-эндокринолог клиники Юлии Щербатовой.

Метаболизм у всех разный, потому что мы все очень разные не только по антропометрическим, биохимическим, психологическим, физиологическим параметрам, но и по образу жизни, пищевым и поведенческим привычкам. «На метаболизм влияет здоровье клеток и органов, участвующих в обмене (это печень, почки, поджелудочная железа, желудок, кишечник), состояние ферментной системы и гормональный статус. С возрастом здоровье обычно портится и метаболизм замедляется. При нарушении функций печени, например, хуже выводятся токсины и меньше жира организм может окислить. Нарушения в работе поджелудочной железы ведут к сложностям с усвоением сахара, высокому уровню инсулина и накоплению жировой массы, — говорит Екатерина Бузина. — Метаболизм замедлен, когда при неизменном образе жизни и питании человек вдруг начинает медленно, но неуклонно набирать вес, привычные продукты перестают усваиваться и вызывают неприятные симптомы ЖКТ и аллергические реакции».

«Например, на базальный метаболизм невозможно влиять, это генетика. Ускорить метаболизм можно правильными нагрузками и едой — это кардиотренажеры, плавание, игровые виды спорта, дробное питание, большое количество белка, кофе и зеленый чай», — говорит доктор Леонид Элькин.

Малоподвижный образ жизни, неправильное питание, несоблюдение питьевого режима, плохое настроение часто приводят к низкому уровню обмена вещества. «О нарушении обмена веществ свидетельствует сонливость после еды, состояние тяжести и вздутия живота, постоянное ощущение усталости и бессонница и отсутствие ощущения свежести после сна. Это явные сигналы о том, что пора пересмотреть свой образ жизни», — предупреждает Ксения Трушакова, преподаватель аштанга-йоги и основатель студии Yoga Space.

Не существует понятий быстрый или медленный метаболизм, скорее имеет место индивидуальная способность организма усваивать питательные вещества и выводить продукты жизнедеятельности из организма. «Нормализовать пищеварение и ускорить метаболизм возможно однодневным голоданием на овощных и несладких фруктовых соках раз в одну-две недели. Растительная пища, богатая клетчаткой, пряности и специи, стабильные и регулярные тренировки два-три раза в неделю вроде плавания, бега и йоги благотворно влияют на процесс нормализации пищеварения, — советует Ксения Трушакова. — Очень важно, чтобы тренировки не были изнуряющими, от которых вы „валитесь с ног“, а давали ощущение подъема и энергии и приятную легкую усталость в мышцах, которая бы проходила на следующий день».

«Выбор типа тренировок зависит от уровня подготовленности, состояния здоровья, индивидуальных психологических предпочтений и физических возможностей. Самыми эффективными тренировками для коррекции фигуры, нормализации гормонального фона, снятия стресса и ускорения метаболических процессов в организме принято считать высокоинтенсивные интервальные тренировки (ВИИТ), — рассказывает фитнес-директор клуба «Секция». — Многочисленные научные исследования показывают, что ВИИТ более эффективны для уменьшения процента жировой составляющей тела, способствуют „разгону“ обмена веществ, активируют работу эндокринной системы. Во время ВИИТ сжигается большое количество калорий, но еще больше энергетических трат происходит после занятия».

На метаболизм также положительно влияет коррекция гормонального статуса, важен нормальный уровень железа. «Основным виновником в избыточном накоплении жировой массы является инсулин. Он подавляет расщепление жира и повышает его синтез. Энергетический расход возрастает из-за тестостерона, ДГЭА (стероидный андрогенный гормон), кортизола, гормона роста. Компенсация дефицитов этих гормонов и снижение инсулина позволят повлиять на метаболические процессы, снижать жировую массу и увеличивать мышечную, — объясняет врач-эндокринолог клиники Юлии Щербатовой. — Очень важно провести диагностику на витамины и минералы. Например, жир не сгорит, если эритроцит крови не принесет кислород. За перенос кислорода эритроцитом отвечает железосодержащая часть. Железо — основной элемент, влияющий на процессы метаболизма».

Жировой обмен веществ связан с продолжительностью жизни

Международная группа ученых продемонстрировала влияние липидов на продолжительность жизни. Ученые исследовали 669 образцов из 6 различных тканей 35 видов млекопитающих и пришли к выводу, что липидный метаболизм оказывает существенное влияние на максимальную продолжительность жизни того или иного вида. Эта работа проливает свет на молекулярные механизмы определения продолжительности жизни и механизмы, лежащие в основе процессов старения.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Scientific Reports.

Максимальная продолжительность жизни — это стабильная характеристика того или иного биологического вида. Несмотря на то, что за последние пару сотен лет средняя продолжительность жизни значительно возросла, максимальная продолжительность жизни человека не изменилась и составляет приблизительно 120 лет. Если мы хотим жить дольше, необходимо понять, от чего зависит наш максимальный возраст.

Максимальная продолжительность жизни даже среди близкородственных видов млекопитающих может варьировать в десятки раз. Но природные механизмы и причины таких различий до сих пор были неизвестны. Большая группа ученых из России, Китая, Германии, Франции, США и Южной Африки под руководством профессора Сколтеха Филиппа Хайтовича проанализировали липидный состав тканей мозга, почек, печени, сердца, мышц у 35 видов млекопитающих. Технология масс-спектрометрии с последующим биоинформатическим анализом позволили выявить различия липидного состава между разными тканями и разными видами живых организмов. Полученные результаты продемонстрировали связь липидного обмена веществ с максимальной продолжительностью жизни того или иного вида. 

 Профессор Сколтеха Филипп Хайтович. Фото: Sk.ru

Также ученые обнаружили, что химическое строение липидов оказывает влияние на продолжительность жизни. Например, такие структурные липиды, как сфинголипиды, входящие в состав клеточной мембраны долгоживущих видов, более насыщены водородом, чем сфинголипиды короткоживущих видов. Ученые объясняют этот феномен большей устойчивостью насыщенных липидов к окислительному стрессу, которому наши клетки подвергаются при старении. В то же время для липидов, участвующих в энергетических процессах, зависимость ровно противоположная. Ненасыщенных энергетических липидов у долгожителей больше, чем у короткоживущих видов. Авторы статьи говорят, что это связано с тем, что такие липиды клеткам сложнее превращать в энергию, а замедленный обмен веществ — одна из характеристик долгоживущих видов.

Екатерина Храмеева, научный сотрудник Сколтеха и ИППИ РАН, один из авторов исследования: «Нам удалось найти связь между продолжительностью жизни вида и особенностями его липидного метаболизма. Этот результат интересен сам по себе, но еще более ценными являются полученные нами данные — липидомы 35 видов млекопитающих. Такой набор данных прекрасно подходит для изучения эволюции липидома, над чем мы и работаем в данный момент. Ранее эволюцию липидома изучали лишь для 4 видов. Наши данные для 35 видов, наверняка, позволят получить новые, более интересные результаты».

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Scientific Reports.

Источник: science.theoryandpractice.ru

3 типа метаболизма и как удовлетворить ваш

У каждого человека есть метаболизм. Но знаете ли вы, что существует три разных типа метаболизма?

Если вы когда-либо видели, как кто-то постоянно ест и не набирает ни фунта, тогда как вы могли смотреть на кусок торта и набирать вес, различные типы метаболизма могут помочь объяснить, почему.

Эти три типа метаболизма — эндоморф, эктоморф и мезоморф. И хотя эти слова, скорее всего, никогда не появятся в обычном разговоре, все же важно, чтобы вы понимали различия, знали свой тип метаболизма и то, как использовать эти знания для улучшения физической формы.

Давайте нырнем!

Эндоморфный метаболизм

Эндоморфы отличаются более мягким округлым телом или коротким коренастым телосложением. Если вы легко набираете мышцы и / или жир, но с трудом избавляетесь от жира, считайте себя эндоморфом. У эндоморфов медленный метаболизм, поэтому им легко набирать вес (большая часть которого приходится на жир, а не на мышцы).

Когда дело доходит до фитнеса и тренировок, сочетание кардио и силовых тренировок может помочь предотвратить увеличение веса.При соблюдении диеты вам нужно снизить потребление углеводов и увеличить количество белков и жиров. В большинстве случаев в добавках нет необходимости, если вы включаете в свой рацион достаточное количество белка.

Эктоморфный метаболизм

Люди с эктоморфным метаболизмом, как правило, меньше по телу и костной структуре. Они от природы худее, стройнее и им часто трудно набрать вес. У них быстрый метаболизм, что позволяет им сжигать калории быстрее, чем другие типы метаболизма.Чтобы набрать вес, эктоморфам обычно требуется огромное количество калорий.

Для эктоморфов тренировки должны быть сосредоточены на больших группах мышц. Убедитесь, что вы включаете сочетание кардио и силовых тренировок, уделяя больше внимания силовым тренировкам, чем кардио. Обычно лучше всего подходят тренировки, нацеленные на определенные группы мышц, а не на движения всего тела.

Как и в любой другой тренировочной программе, диета является важной составляющей результатов. Крахмалистые углеводы могут быть вашим лучшим другом, потому что они высококалорийны и дают вам быструю энергию, необходимую для интенсивных тренировок.Поскольку эктоморфы должны потреблять такое большое количество калорий, добавки могут изменить правила игры. Также неплохо есть перед сном, чтобы предотвратить катаболизм мышц в ночное время.

Мезоморфный метаболизм

Типы метаболизма мезоморфов, также называемые телом спортсмена, обычно имеют прямоугольную форму и мускулистое телосложение. Этот тип набирает жир легче, чем эктоморф, поэтому вам нужно следить за потреблением калорий. Им также легче похудеть, чем эндоморфам.Это считается идеальным видом для бодибилдинга.

Почему имеет значение тип метаболизма

Нередко можно считать себя сочетанием двух или более различных типов метаболизма. Большинство людей обнаруживают, что они совпадают с двумя.

Причина, по которой важно определить свой тип (типы) метаболизма, заключается в его роли в вашем режиме физической подготовки. Ваш метаболизм определяет, как ваше тело превращает калории в энергию, подобно тому, как автомобиль использует бензин для езды.

Некоторые типы метаболизма потребляют топливо сразу после попадания в ваше тело (это эктоморфы).Другие могут позволить топливу немного постоять перед его использованием (часто бывает у мезоморфов и эндоморфов).

Понимание вашего метаболизма и того, как он работает, для ваше тело может дать вам лучший шанс заставить пищу работать на вас. Это означает, что вы должны кормить свое тело правильными продуктами, которые позволят вам быстрее достичь своих целей, будь то наращивание мышц или избавление от жира.

Как улучшить свой метаболизм, независимо от типа телосложения

Если вы не удовлетворены природой метаболизма, вы будете рады узнать, что вы можете сделать, чтобы улучшить скорость метаболизма.Давайте посмотрим на некоторые из ваших вариантов:

Наращивание мышц

Muscle сжигает калории, даже когда вы не тренируетесь. В исследовании 48 женщин с избыточным весом группа, которая тренировалась с отягощениями, продемонстрировала более высокий метаболизм, чем те, кто выполнял аэробные упражнения или не выполнял никаких упражнений.

Ешьте белок

Прием пищи стимулирует ваш метаболизм, поскольку требует дополнительной энергии для обработки всей пищи, которую вы принимаете. Белок вызывает наибольший термический эффект пищи и может повысить ваш метаболизм до 30% по сравнению с 10% для углеводов и 3% для жиров.

Пить холодную воду

Питьевая холодная вода дает один-два удара по скорости метаболизма. Во-первых, он может увеличить метаболизм в состоянии покоя до 30% в течение примерно часа после его употребления. А если вы пьете холодную воду, ваш метаболизм также увеличивается, поскольку ваше тело пытается повысить свою температуру.

Ешьте небольшие блюда и закуски

Употребление меньших количеств с более короткими интервалами предотвращает переход вашего тела в режим голодания и поддерживает метаболизм.Это заставляет ваш метаболизм постоянно сжигать топливо вместо того, чтобы делать старт-стоп, который обычно бывает при трех больших приемах пищи в день.

Высыпайтесь на всю ночь

Недостаток сна может сказаться на метаболизме, что является одной из причин, почему его часто связывают с ожирением. Было показано, что сон увеличивает выработку гормона, подавляющего голод, лептина, и снижает выработку гормона голода грелина.

Подставка вместо сиденья

Сидение сравнивают с новым курением.Однако исследования показывают, что стоя на работе можно сжечь на 174 калории больше, чем сидя. Сжигание калорий поддерживает ваш метаболизм, поэтому, если возможно, замените стул стоячим.

Как мы уже писали в недавнем сообщении в блоге, бурый жир сжигается быстрее, чем белый. Бурый жир выделяет тепло — процесс, называемый термогенезом. Его основная роль — превращать пищу в тепло тела. Когда вы потребляете больше полезных жиров, они превращаются в бурый жир и не задерживаются в организме надолго.

Масло эму богато липидами, которые являются строительными блоками бурого жира. Он также содержит всю цепочку жирных кислот, и когда вы сможете сбалансировать эту цепочку в своем рационе, производство бурого жира увеличится. Добавки масла эму могут быть отличным дополнением к вашему здоровью и фитнесу из-за их положительного влияния на обмен веществ.

Настоящее внимание должно быть сосредоточено на ваших фитнес-целях и работе с ними. Если у вас медленный метаболизм, то главным приоритетом должно быть сосредоточение внимания на способах его улучшения.И если ваш метаболизм настолько быстрый, что вы не получаете желаемых результатов, то правильные добавки могут помочь поддержать ваше потребление калорий.

Ознакомьтесь с нашей линией добавок и продуктов на основе масла эму и узнайте, как они могут дать вам необходимый толчок.

Обзор Метаболизм

4.1: Обзор метаболизма — Medicine LibreTexts

Навыки для развития

• Кратко опишите, как энергия из питательных веществ, дающих энергию, получается и используется, а также как и где она сохраняется в организме для дальнейшего использования.
• Объясните роль энергии в процессе построения тканей и органов.

В различных главах этого текста мы исследовали метаболизм углеводов, липидов и белков. В следующем разделе мы соберем эту информацию, чтобы получить четкое представление о важности метаболизма в питании человека.

Метаболизм определяется как сумма всех химических реакций, необходимых для поддержания клеточной функции и, следовательно, жизни организма. Метаболизм подразделяется на катаболизм, относящийся ко всем метаболическим процессам, участвующим в распаде молекул, или анаболизм, который включает все метаболические процессы, участвующие в создании более крупных молекул. Как правило, катаболические процессы высвобождают энергию, а анаболические процессы потребляют энергию. Общими целями метаболизма являются передача энергии и транспортировка вещества.Энергия преобразуется из пищевых макроэлементов в клеточную энергию, которая используется для выполнения клеточной работы. Метаболизм преобразует макроэлементы в вещества, которые клетка может использовать для роста и воспроизводства, а также в продукты жизнедеятельности.

В главе 5 вы узнали, что ферменты — это белки и что их задача — катализировать химические реакции. (Напомним, что слово катализирует означает ускорение химической реакции и снижение энергии, необходимой для завершения химической реакции, без использования катализатора в реакции.) Без ферментов химические реакции не происходили бы с достаточно высокой скоростью и потребляли бы слишком много энергии для существования жизни. Метаболический путь представляет собой серию ферментативных реакций, которые превращают исходный материал (известный как субстрат) в промежуточные продукты, которые являются субстратами для следующих ферментативных реакций в этом пути, пока, наконец, не будет синтезирован конечный продукт последней ферментативной реакцией. в пути. Некоторые метаболические пути сложны и включают множество ферментативных реакций, а другие включают лишь несколько химических реакций.

Для обеспечения клеточной эффективности метаболические пути, участвующие в катаболизме и анаболизме, регулируются согласованно в зависимости от энергетического статуса, гормонов, уровней субстрата и конечных продуктов. Согласованная регуляция метаболических путей предотвращает неэффективное построение клетками молекулы, когда она уже доступна. Подобно тому, как было бы неэффективно строить стену в то время, когда она разрушается, для клетки неэффективно с метаболической точки зрения синтезировать жирные кислоты и одновременно разрушать их.

Катаболизм пищевых молекул начинается, когда пища попадает в рот, поскольку фермент слюнной амилазы инициирует расщепление углеводов. Весь процесс пищеварения превращает крупные полимеры, содержащиеся в пище, в мономеры, которые могут усваиваться. Углеводы расщепляются на моносахариды, липиды — на жирные кислоты, а белки — на аминокислоты. Эти мономеры всасываются в кровоток либо напрямую, как в случае с моносахаридами и аминокислотами, либо переупаковываются в кишечных клетках для транспортировки непрямым путем через лимфатические сосуды, как в случае с жирными кислотами и другими жирорастворимыми молекулами.После всасывания кровь переносит питательные вещества к клеткам. Клетки, которым требуется энергия или строительные блоки, забирают питательные вещества из крови и перерабатывают их катаболическим или анаболическим путем. Системам органов тела требуется топливо и строительные блоки для выполнения многих функций организма, таких как переваривание, поглощение, дыхание, перекачивание крови, транспортировка питательных веществ внутрь и выбрасывание, поддержание температуры тела и создание новых клеток. Моносахариды, липиды расщепляются на жирные кислоты, а белки — на аминокислоты.Эти мономеры всасываются в кровоток либо напрямую, как в случае с моносахаридами и аминокислотами, либо переупаковываются в кишечных клетках для транспортировки непрямым путем через лимфатические сосуды, как в случае с жирными кислотами и другими жирорастворимыми молекулами. После всасывания кровь переносит питательные вещества к клеткам. Клетки, которым требуется энергия или строительные блоки, забирают питательные вещества из крови и перерабатывают их катаболическим или анаболическим путем. Системам органов тела требуется топливо и строительные блоки для выполнения многих функций организма, таких как переваривание, поглощение, дыхание, перекачивание крови, транспортировка питательных веществ внутрь и отходы, поддержание температуры тела и создание новых клеток.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \) : Метаболизм подразделяется на метаболические пути, которые разрушают молекулы, выделяющие энергию (катаболизм), и молекулы, которые потребляют энергию, создавая более крупные молекулы (анаболизм).

Энергетический метаболизм более конкретно относится к метаболическим путям, которые высвобождают или хранят энергию. Некоторые из них являются катаболическими путями, такими как гликолиз (расщепление глюкозы), β-окисление (расщепление жирных кислот) и катаболизм аминокислот.Другие являются анаболическими путями и включают те, которые участвуют в накоплении избыточной энергии (например, гликогениз) и синтезе триглицеридов (липогенез). В таблице \ (\ PageIndex {1} \) приведены некоторые катаболические и анаболические пути и их функции в энергетическом обмене.

Катаболизм: Разрушение

Все клетки настроены на свой энергетический баланс.Когда уровень энергии высокий, клетки строят молекулы, а когда уровень энергии низкий, запускаются катаболические пути для производства энергии. Глюкоза является предпочтительным источником энергии для большинства тканей, но жирные кислоты и аминокислоты также могут катаболизироваться до молекулы клеточной энергии, АТФ. Катаболизм питательных веществ в энергию можно разделить на три стадии, каждая из которых включает индивидуальные метаболические пути. Три стадии расщепления питательных веществ позволяют клеткам переоценить свои потребности в энергии, поскольку конечные продукты каждого пути могут быть далее переработаны в энергию или направлены на анаболические пути.Кроме того, промежуточные продукты метаболических путей иногда могут быть переведены на анаболические пути после удовлетворения потребностей клетки в энергии. Три стадии расщепления питательных веществ следующие:

Распад глюкозы начинается с гликолиза, который представляет собой десятиэтапный метаболический путь, дающий два АТФ на молекулу глюкозы; гликолиз происходит в цитозоле и не требует кислорода. Помимо АТФ, конечные продукты гликолиза включают две трехуглеродные молекулы, называемые пируватом.У пирувата есть несколько метаболических судеб. Во-первых, если кислорода недостаточно, он превращается в лактат, а затем отправляется в печень. Во-вторых, если кислорода достаточно и клетке нужна энергия, она направляется в митохондрии и входит в цикл лимонной кислоты (или цикл Кори или цикл Кребса), или три, он может быть преобразован в другие молекулы (анаболизм).

Пируват, который транспортируется в митохондрии, отщепляет один из атомов углерода, образуя ацетил-КоА. Ацетил-КоА, двухуглеродная молекула, общая для метаболизма глюкозы, липидов и белков, вступает во вторую стадию энергетического метаболизма, цикл лимонной кислоты.Это необратимый процесс. Распад жирных кислот начинается с катаболического пути, известного как β-окисление, которое происходит в митохондриях. В этом катаболическом пути четыре ферментативных этапа последовательно удаляют двухуглеродные молекулы из длинных цепочек жирных кислот, давая молекулы ацетил-КоА. В случае аминокислот после удаления азота (дезаминирования) из аминокислоты оставшийся углеродный скелет может быть ферментативно преобразован в ацетил-КоА или какой-либо другой промежуточный продукт цикла лимонной кислоты.

В лимонной кислоте цикл ацетил-КоА соединен с четырехуглеродной молекулой. В этом многоступенчатом пути два атома углерода теряются при образовании двух молекул углекислого газа. Энергия, полученная при разрыве химических связей в цикле лимонной кислоты, преобразуется в еще две молекулы АТФ (или их эквиваленты) и высокоэнергетические электроны, которые переносятся молекулами, никотинамидадениндинуклеотид (NADH) и флавинадениндинуклеотид (FADH _{). 2} ). НАДН и ФАДН ₂ переносят электроны (водород) на внутреннюю мембрану митохондрий, где происходит третья стадия синтеза энергии, в так называемой цепи переноса электронов.В этом метаболическом пути происходит последовательный перенос электронов между несколькими белками и синтезируется АТФ. Также образуется вода.

Весь процесс катаболизма питательных веществ химически подобен горению, поскольку при сжигании молекул углерода производятся углекислый газ, вода и тепло. Однако многие химические реакции катаболизма питательных веществ замедляют распад молекул углерода, так что большая часть энергии может быть захвачена, а не преобразована в тепло и свет. Полный катаболизм питательных веществ эффективен на 30-40%, поэтому часть энергии выделяется в виде тепла.Тепло является жизненно важным продуктом катаболизма питательных веществ и участвует в поддержании температуры тела. Если бы клетки были слишком эффективны в преобразовании энергии питательных веществ в АТФ, люди не выдержали бы до следующего приема пищи, так как они бы умерли от переохлаждения.

Мы измеряем энергию в калориях, которые представляют собой количество энергии, высвобождаемой для подъема одного грамма воды на один градус Цельсия. Пищевые калории измеряются в ккал, калориях или 1000 калориях. При сжигании углеводов выделяется 4 ккал / г .; белки производят 4 ккал / г; жир производит 9 ккал / г; а алкоголь производит 7 ккал / г.

Из некоторых аминокислот удаляется азот, а затем они попадают в цикл лимонной кислоты для производства энергии. Азот включается в мочевину, а затем удаляется с мочой. Углеродный скелет превращается в пируват или непосредственно входит в цикл лимонной кислоты. Эти аминокислоты называются глюконеогенными, потому что они могут использоваться для производства глюкозы. Аминокислоты, которые дезаминируются и становятся ацетил-КоА, называются кетогенными аминокислотами и никогда не могут стать глюкозой.

Жирные кислоты никогда не могут быть превращены в глюкозу, но являются важным источником энергии.Они разбиваются на две углеродные единицы в процессе, называемом бета-окислением, и входят в цикл лимонной кислоты как ацетил-КоА. В присутствии глюкозы эти две углеродные единицы входят в цикл лимонной кислоты и сжигаются, чтобы получить энергию (АТФ) и произвести побочный продукт CO ₂ . Если уровень глюкозы низкий, образуются кетоны. Кетоновые тела можно сжигать для получения энергии. Мозг может использовать кетоны.

Анаболизм: Здание

Энергия, выделяемая катаболическими путями, поддерживает анаболические пути построения макромолекул, таких как белки РНК и ДНК, и даже целых новых клеток и тканей.Анаболические пути необходимы для создания новой ткани, такой как мышцы, после длительных упражнений или ремоделирования костной ткани, процесса, включающего как катаболические, так и анаболические пути. Анаболические пути также создают молекулы-накопители энергии, такие как гликоген и триглицериды. Промежуточные звенья катаболических путей энергетического метаболизма иногда отвлекаются от производства АТФ и вместо этого используются в качестве строительных блоков. Это происходит, когда клетка находится в положительном энергетическом балансе. Например, промежуточный продукт цикла лимонной кислоты, α-кетоглутарат, может быть анаболически переработан в аминокислоты глутамат или глутамин, если они необходимы.Напомним, что человеческий организм способен синтезировать одиннадцать из двадцати аминокислот, входящих в состав белков. Все метаболические пути синтеза аминокислот ингибируются конкретной аминокислотой, которая является конечным продуктом данного пути. Таким образом, если в клетке достаточно глутамина, он отключает его синтез.

Анаболические пути регулируются их конечными продуктами, но тем более энергетическим состоянием клетки. Когда энергии достаточно, по мере необходимости будут построены более крупные молекулы, такие как белок, РНК и ДНК.В качестве альтернативы, когда энергии недостаточно, белки и другие молекулы будут разрушаться и катаболизироваться с высвобождением энергии. Яркий пример этого — у детей с маразмом. У этих детей серьезно нарушены функции организма, что часто приводит к смерти от инфекции. Дети с маразмом страдают от голода по калориям и белку, которые необходимы для выработки энергии и создания макромолекул. Отрицательный энергетический баланс у детей с маразмом приводит к разрушению мышечной ткани и тканей других органов в попытке выжить в организме.Из-за значительного уменьшения мышечной ткани дети с маразмом выглядят истощенными или «истощенными мышцами».

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Метаболический путь глюконеогенеза

В гораздо менее серьезном примере у человека также отрицательный энергетический баланс между приемами пищи. За это время уровень глюкозы в крови начинает падать. Чтобы восстановить нормальный уровень глюкозы в крови, стимулируется анаболический путь, называемый глюконеогенезом.Глюконеогенез — это процесс построения молекул глюкозы из определенных аминокислот, который происходит в основном в печени (рисунок \ (\ PageIndex {2} \)). Печень экспортирует синтезированную глюкозу в кровь для использования другими тканями.

Накопитель энергии

Напротив, в «сытом» состоянии (когда уровни энергии высоки) будет накапливаться дополнительная энергия из питательных веществ. Глюкоза может храниться только в мышцах и тканях печени. В этих тканях он хранится в виде гликогена, сильно разветвленной макромолекулы, состоящей из тысяч мономеров глюкозы, скрепленных химическими связями.Мономеры глюкозы соединяются анаболическим путем, называемым гликогенезом. На каждую хранящуюся молекулу глюкозы используется одна молекула АТФ. Следовательно, для хранения энергии требуется энергия. Уровни гликогена быстро достигают своего физиологического предела, и когда это происходит, избыток глюкозы превращается в жир. Клетка с положительным энергетическим балансом обнаруживает высокую концентрацию АТФ, а также ацетил-КоА, продуцируемого катаболическими путями. В ответ катаболизм отключается и включается синтез триглицеридов, который происходит посредством анаболического пути, называемого липогенезом.Новообразованные триглицериды транспортируются в жировые клетки, называемые адипоцитами. Жир является лучшей альтернативой гликогену для хранения энергии, поскольку он более компактен (на единицу энергии) и, в отличие от гликогена, организм не накапливает воду вместе с жиром. Вода весит очень много, и увеличенные запасы гликогена, которые сопровождаются водой, резко увеличивают массу тела. Когда в организме положительный энергетический баланс, избыток углеводов, липидов и белков превращается в жир.

Основные выводы

• Общими целями метаболизма являются передача энергии и транспортировка вещества. Метаболизм определяется как сумма всех химических реакций, необходимых для поддержания клеточной функции, и подразделяется на катаболизм (относящийся ко всем метаболическим процессам, участвующим в распаде молекул) или анаболизм (который включает все метаболические процессы, участвующие в создании более крупных молекул). Как правило, катаболические процессы высвобождают энергию, а анаболические процессы потребляют энергию.
• Метаболический путь — это серия ферментативных стадий, на которых субстрат (исходный материал) преобразуется в промежуточные продукты, которые являются субстратами для протекающих ферментативных реакций, пока, наконец, не будет синтезирован конечный продукт последней ферментативной реакцией в этом пути.
• Системам органов тела требуется топливо и строительные блоки для переваривания, поглощения, дыхания, перекачивания крови, транспортировки питательных веществ внутрь и выведения отходов, поддержания температуры тела и создания новых клеток среди множества других функций.
• Когда уровни энергии высоки, клетки строят молекулы, а когда уровни энергии низкие, катаболические пути стимулируются для высвобождения энергии.
• Энергия, выделяемая катаболическими путями, приводит в действие анаболические пути построения более крупных макромолекул.
• В «сытом» состоянии (когда уровни энергии высоки) дополнительное питательное топливо будет храниться в виде гликогена или триглицеридов.

Обсуждение стартеров

1. Обсудите практичность хранения энергии в ранних человеческих цивилизациях и последствия этих метаболических процессов в современном мире.Вернитесь к истории индейцев пима в главе 1 «Питание и вы» и к концепции «гена бережливости».
2. Может ли человек с избыточным весом винить свой лишний вес в замедленном метаболизме?

Физиология, метаболизм — StatPearls — Книжная полка NCBI

Введение

Метаболизм — это вся сумма реакций, которые происходят во всем теле в каждой клетке и которые обеспечивают организм энергией. Эта энергия используется для жизненно важных процессов и синтеза нового органического материала.Каждый живой организм использует окружающую среду для выживания, принимая питательные вещества и вещества, которые действуют как строительные блоки для движения, роста, развития и воспроизводства. Все они опосредуются ферментами, которые представляют собой белки со специальными функциями при анаболизме и катаболизме. Скорость производства энергии называется базовой скоростью метаболизма и зависит от таких факторов, как пол, раса, физические упражнения, диета, возраст и такие заболевания, как сепсис или рак.

Проблемы, вызывающие озабоченность

Химические реакции, посредством которых происходит метаболизм, почти одинаковы для всех живых организмов, включая животных, растения, бактерии и грибы.Все эти химические реакции опосредуются белками, которые действуют как катализаторы в определенных условиях окружающей среды, таких как pH и температура. Синтез многих катализаторов, которые опосредуют химические реакции в нашем организме, берет свое начало в ДНК. Дезоксирибонуклеиновая кислота — это молекула, находящаяся в ядре, состоящая из четырех оснований, называемых аденином, гуанином, цитозином и тимином. РНК — это молекула, используемая некоторыми живыми организмами вместо ДНК, и компоненты этой молекулы включают рибозу и урацил вместо тимина.Окружающая среда, в основном растения, используют солнечный свет для преобразования воды и углекислого газа для синтеза углеводов. Живые организмы поступают наоборот, потребляя углеводы и другие органические материалы для производства энергии.

Термодинамика

Невозможно обсуждать метаболизм без изучения законов термодинамики. Особого внимания заслуживают, в частности, первые два закона. Первые два закона термодинамики гласят, что энергия не может быть ни создана, ни разрушена, и что результатом физических и химических изменений является увеличение энтропии во Вселенной.Фактически полезная энергия или свободная энергия — это энергия, способная работать без разницы температур. Менее полезные формы энергии высвобождаются в виде тепла. [1]

Клеточная

Химический носитель энергии называется АТФ. Синтез АТФ происходит внутри внутриклеточной органеллы, ограниченной внешней и внутренней мембранами. Диссоциация воды на молекулу водорода и гидроксильную группу, которая происходит во внутренней среде тела, необходима для синтеза АТФ.Катаболические реакции, которые будут обсуждаться в этой статье позже, высвобождают значительное количество протонов, большая часть которых транспортируется в митохондрии для производства АТФ. Эти протоны транспортируются через серию комплексов во внутренней мембране митохондрий, чтобы активировать АТФазу, используя энергию, выделяемую механизмом переноса электронной цепи.

Организмы обрабатывают пищу, которую они едят, в три этапа. На первом этапе сложные молекулы превращаются в простые; это включает расщепление сложных белков на олигопептиды и свободные аминокислоты для облегчения абсорбции, расщепление сложных сахаров на дисахариды или моносахариды и расщепление липидов до глицерина и свободных жирных кислот.Эти процессы называются пищеварением и производят всего около 0,1% энергии, которая не может быть использована клеткой. Во второй фазе все эти маленькие молекулы подвергаются неполному окислению. Окисление означает удаление электронов или атомов водорода. Конечным продуктом этих процессов являются вода и диоксид углерода, а также три основных вещества, а именно: ацетилкофермент А, оксалоацетат и альфа-оксоглутарат. Из них наиболее распространенным соединением является ацетилкофермент А, который составляет 2/3 углерода в углеводах и глицерине, весь углерод в жирных кислотах и ​​половину углерода в аминокислотах.Третья и последняя фаза этого процесса происходит в цикле, называемом циклом Кребса, открытом сэром Гансом Кребсом. В этом цикле ацетилкофермент А и оксалоацетат объединяются и образуют цитрат. В этой ступенчатой ​​реакции происходит высвобождение протонов, которые передаются в дыхательную цепь для синтеза АТФ.

Дисбаланс между анаболизмом и катаболизмом может привести к ожирению и кахексии соответственно. Метаболическая энергия переносится высокоэнергетическими фосфатными группами, такими как АТФ, ГТФ и креатинфосфат; или электронными переносчиками, такими как НАДН, ФАДН и НАДФН.[2] [3]

Участвующие системы органов

Поджелудочная железа является ключевым метаболическим органом, который регулирует количество углеводов в крови, либо высвобождая значительное количество инсулина для снижения уровня глюкозы в крови, либо высвобождая глюкагон для их повышения. . Утилизация углеводов и липидов организмом называется циклом Рэндла и регулируется инсулином.

Печень — это орган, отвечающий за переработку абсорбированных аминокислот и липидов из тонкого кишечника.Он также регулирует цикл мочевины и основные метаболические процессы, такие как глюконеогенез и отложение гликогена. [4]

Функция

Углеводы обладают растворимыми, относительно легко транспортируемыми, нетоксичными молекулами, которые служат субстратом энергии при снижении уровня кислорода.

Самыми энергоемкими молекулами являются липиды, и они являются основной энергетической молекулой для млекопитающих и тканей. Поскольку они нерастворимы, они не переносятся кровью, не могут использоваться в анаэробных условиях и требуют большего количества кислорода для извлечения из них энергии (2.8 АТФ / молекула кислорода). Они не могут преодолевать гематоэнцефалический барьер, а эритроциты или почечные клетки не могут их использовать. Аминокислоты действуют как субстраты для производства глюкозы только в состоянии длительного голодания, демонстрируя истощение запасов гликогена.

Метаболизм этих трех основных субстратов сводится к одной молекуле, ацетил-КоА, в митохондриях. Метаболизм этой промежуточной молекулы генерирует 3 НАДН, 1 ФАДН, 1 ГТФ и 2 СО2, все из которых участвуют в дыхательной цепи митохондрий для синтеза АТФ.[5]

Механизм

Углеводный метаболизм

Он фокусируется на одном конкретном виде сахара — глюкозе. После того, как клетка поглощает молекулу глюкозы, она немедленно метаболизируется до глюкозо-6-фосфата, который не может покинуть клетку. Катализирующий фермент в этой реакции называется гексокиназой (в печени и поджелудочной железе) или глюкокиназой в любой другой ткани. Этот метаболит используется почти во всех метаболических процессах, включая гликолиз и гликогенез. Углеводы хранятся в виде гранул гликогена для быстрой мобилизации глюкозы при необходимости.

Гликоген — это полимер глюкозы, собранный гликогенсинтазой, с точками ветвления через каждые десять молекул глюкозы, что придает гликогену древовидную структуру, которая полезна для мобилизации глюкозы. Некоторые ткани используют гликоген для собственного поддержания, например, скелетные мышцы; некоторые другие ткани используют гликоген для поддержания стабильного уровня глюкозы в сыворотке, например, печень. В печени может храниться почти 100 г гликогена, который поставляет глюкозу в течение 24 часов; скелетные мышцы накапливают 350 г, которых достаточно на 60 минут мышечного сокращения.Глюкоза метаболизируется путем гликолиза во всех клетках с образованием пирувата. В этом процессе не используется кислород, а образуются две молекулы пирувата, 2 НАДН и 2 АТФ.

Пируват может иметь три судьбы внутри клетки: он может транспортироваться в митохондрии и генерировать ацетил-КоА, он может оставаться в цитозоле и генерировать лактат, или он может использоваться в гликонеогенезе ферментом аланинаминотрансферазой (ALT). Судьба пирувата в тканях будет зависеть от гормональной регуляции, доступности кислорода и конкретной ткани.Например, в печени избыток пирувата метаболизируется до ацетил-КоА, который затем используется для синтеза липидов, тогда как в мышцах он подвергается полному окислению до СО2.

Глюкозо-6-фосфат также может использоваться пентозофосфатным путем. Этот путь синтезирует нуклеотиды, синтез определенных липидов и поддерживает глутатион в его активной форме. Этот процесс регулируется глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой.

Углеводный обмен регулируется в основном инсулином, так как он стимулирует гликолиз и гликогенез.Катехоламины, глюкагон, кортизол и гормон роста стимулируют глюконеогенез и гликогенолиз. [6]

Липидный метаболизм

Жирные кислоты служат для производства энергии в окислительных тканях. Некоторые из них являются амфипатическими и потенциально токсичными и транспортируются связанными с альбумином. Кишечник поглощает жирные кислоты в виде мицелл; они поглощаются энтероцитами в стенке кишечника. Попадая внутрь, эти молекулы жира распадаются на более мелкие молекулы, свободные жирные кислоты и глицерин, которые конъюгированы сзади с образованием триглицеридов.Они связаны с белками и образуют хиломикроны вне энтероцита.

Эти хиломикроны очень богаты холестерином и триглицеридами, которые транспортируются по системе воротной вены в печень. Печень будет обрабатывать эти сложные молекулы для извлечения части холестерина и триглицеридов. Печень секретирует новую форму сложной молекулы, называемой ЛПОНП, которая транспортирует эндогенные липиды и жир к периферическим тканям, которые экспрессируют гормоночувствительную липазу и липопротеинлипазу.

Этот фермент превращает ЛПОНП в ЛПНП, который содержит больше холестерина, чем другие молекулы, и в конечном итоге поглощается тканями-мишенями. Все это называется «прямым метаболизмом холестерина». Когда в периферических тканях содержится слишком много жира или холестерина, он перемещается в липопротеине, называемом ЛПВП, который поступает в желчную систему для экскреции. Этот процесс называется «обратным метаболизмом холестерина». Оба регулируются инсулином, который стимулирует липазы в организме, но подавляет липолиз.[7] [8] [9] [10]

Аминокислотный метаболизм

Мы потребляем почти 100 г белка в день. В организме содержится около 10 кг белка, который метаболизируется 300 г в день. Структурными единицами, составляющими белки, являются аминокислоты. Некоторые из них являются незаменимыми (это означает, что организм не может их синтезировать и должен получать их с пищей), а некоторые — заменимые аминокислоты (которые организм может синтезировать). Белки абсорбируются энтероцитами в виде аминокислот.Аминокислоты содержат азотную группу и двухуглеродный скелет, называемый 2-оксокислотой.

При метаболизме аминокислот образуется аммоний, который является токсичной молекулой, особенно для ЦНС. Аммоний может метаболизироваться в печени для выведения в цикл орнитина (мочевины). Метаболизм аминокислот происходит в двух видах химических реакций. Первый называется трансаминированием, в котором участвуют аланинаминотрансфераза (АЛТ) и аспартатаминотрансфераза (АСТ). Эти две реакции требуют трехуглеродного скелета для замены аминогруппы; скелет этих двух ферментов — альфа-кетоглутарат.В реакции, регулируемой ALT, аланин передает аминогруппу альфа-кетоглутарату с образованием пирувата и глутамата. В реакции, регулируемой AST, происходит обратная ситуация. Аминогруппа, пожертвованная глутаматом, используется для создания аспартата и передачи второго атома аминогруппы циклу мочевины. Вторая реакция — дезаминирование, при котором глутаматдегидрогеназа метаболизирует глутамат с образованием альфа-кетоглутарата и аммиака, который должен быть детоксифицирован циклом мочевины.

После дезаминирования скелет подвергается промежуточному метаболизму.Метаболизм аминокислот может давать семь типов скелетов, а именно: альфа-кетоглутарат, оксалоацетат, сукцинил-КоА, фумарат, пируват, ацетил-КоА и ацетоацетил-КоА. Первые пять содержат три или более атомов углерода, и они полезны для гликонеогенеза, последние два имеют только два атома углерода и непригодны для гликонеогенеза. Вместо этого они используются для синтеза липидов.

Как и все другие метаболические пути, инсулин является основным регулятором. Напротив, регулятор метаболизма аминокислот — кортизол и гормон щитовидной железы, который опосредует разрушение мышц.[11] [12] [13]

Клиническая значимость

Сахарный диабет

Поджелудочная железа определяет концентрацию глюкозы в крови и некоторых аминокислот, таких как аргинин и лейцин. Высокий уровень этих веществ указывает на насыщение питательными веществами, и это сообщение отправляется организму поджелудочной железой в виде инсулина. Инсулин — это уникальный метаболический гормон, отвечающий за распределение питательных веществ в организме, а это означает, что дефицит инсулина вызывает плейотропные изменения в метаболизме человека.При дефиците инсулина наблюдается меньшее подавление катаболических реакций; это приводит к чистой мобилизации субстратов из тканей. Поджелудочная железа определяет статус метаболитов, периферические ткани определяют концентрацию инсулина. Когда периферические ткани чувствуют падение инсулина, они становятся катаболическими, и субстраты начинают мобилизоваться. Печень реагирует на низкий уровень инсулина увеличением синтеза глюкозы за счет глюконеогенеза и гликогенолиза. Как видно из метаболизма аминокислот, основным глюконеогенным субстратом является аланин, образующийся в результате мышечных отходов и протеолиза.Жировая ткань также реагирует, усиливая липолиз, что приводит к накоплению жирных кислот и глицерина. Повышенная доставка неэтерифицированных жирных кислот (NEFA) в печень увеличивает кетогенез. [14]

Сепсис, травмы и ожоги

Катаболизм может также инициироваться чрезмерной воспалительной реакцией, характеризующейся усилением и экспрессией провоспалительных цитокинов, таких как TNF-альфа, IL-6 и IL-1. Этот процесс называется синдромом системной воспалительной реакции (ССВО).Он имеет три фазы относительно метаболизма; фаза прилива или шока, катаболическая фаза и анаболическая фаза. В этих сценариях происходит значительная мобилизация субстрата по всему телу. [15]

Дефицит G6PDH

Это дефицит, широко распространенный в экваториальных регионах. Он связан с Х-хромосомой и снижает уровень НАДФН, следовательно, снижает уровень активной формы глутатиона и увеличивает окислительный стресс для красных кровяных телец; это приводит к гемолизу, который в зависимости от повреждения представляет собой криз.На мазке периферической крови он выглядит как тельца Хайнца и волдыри. [16]

Ссылки

1.

Лю X, Чен Т., Джейн П.К., Сюй В. Выявление термодинамических свойств элементарных химических реакций на уровне одномолекул. J Phys Chem B. 25 июля 2019 г .; 123 (29): 6253-6259. [PubMed: 31246466]

2.

Рамнанан С.Дж., Эджертон Д.С., Крафт Дж., Черрингтон А.Д. Физиологическое действие глюкагона на метаболизм глюкозы в печени. Диабет ожирения Metab. 2011 Октябрь; 13 Прил.1: 118-25.[Бесплатная статья PMC: PMC5371022] [PubMed: 21824265]

3.

Сабо И., Зоратти М. Митохондриальные каналы: потоки ионов и многое другое. Physiol Rev.2014, апрель; 94 (2): 519-608. [PubMed: 24692355]

4.

Хюэ Л., Тэгтмайер Х. Повторное посещение цикла Рэндла: новая голова вместо старой шляпы. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2009 сентябрь; 297 (3): E578-91. [Бесплатная статья PMC: PMC2739696] [PubMed: 19531645]

5.

KREBS HA. Цикл трикарбоновых кислот. 1948-1949 Харви Лект.Series 44: 165-99. [PubMed: 14849928]

6.

Дашти М. Краткий обзор биохимии: углеводный обмен. Clin Biochem. 2013 Октябрь; 46 (15): 1339-52. [PubMed: 23680095]

7.

Abumrad NA, Davidson NO. Роль кишечника в гомеостазе липидов. Physiol Rev.2012 июль; 92 (3): 1061-85. [Бесплатная статья PMC: PMC3589762] [PubMed: 22811425]

8.

Goldstein JL, Brown MS. Рецептор ЛПНП. Артериосклер Thromb Vasc Biol. 2009 Апрель; 29 (4): 431-8. [Бесплатная статья PMC: PMC2740366] [PubMed: 19299327]

9.

Jaworski K, Sarkadi-Nagy E, Duncan RE, Ahmadian M, Sul HS. Регулирование метаболизма триглицеридов. IV. Гормональная регуляция липолиза в жировой ткани. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2007 июл; 293 (1): G1-4. [Бесплатная статья PMC: PMC2887286] [PubMed: 17218471]

10.

Пирс В., Кароббио С., Видаль-Пуч А. Различные оттенки жира. Природа. 2014 5 июня; 510 (7503): 76-83. [PubMed: 24899307]

11.

Deutz NE, Wolfe RR. Есть ли максимальный анаболический ответ на потребление белка во время еды? Clin Nutr.2013 Апрель; 32 (2): 309-13. [Бесплатная статья PMC: PMC3595342] [PubMed: 23260197]

12.

Finn PF, Dice JF. Протеолитические и липолитические реакции на голодание. Питание. 2006 июль-август; 22 (7-8): 830-44. [PubMed: 16815497]

13.

Ванденберг Р.Дж., Райан Р.М. Механизмы транспорта глутамата. Physiol Rev.2013 Октябрь; 93 (4): 1621-57. [PubMed: 24137018]

14.

Заккарди Ф., Уэбб Д.Р., Йейтс Т., Дэвис М.Дж. Патофизиология сахарного диабета 1 и 2 типа: 90-летняя перспектива.Postgrad Med J. 2016 февраль; 92 (1084): 63-9. [PubMed: 26621825]

15.

Чеккони М., Эванс Л., Леви М., Родс А. Сепсис и септический шок. Ланцет. 7 июля 2018 г .; 392 (10141): 75-87. [PubMed: 29937192]

16.

Штайнер М., Людеманн Дж., Краммер-Штайнер Б. Фавизм и дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. N Engl J Med. 2018 15 марта; 378 (11): 1068. [PubMed: 29542311]

Определение и примеры метаболизма — онлайн-словарь биологии

Метаболизм
n., множественное число: метаболизм
[mɪˈtæbəˌlɪzəm]
Определение: катаболические и анаболические процессы

Определение метаболизма
существительное
Процесс, включающий набор химических реакций, которые преобразуют молекулу в другую для поддержания жизненного состояния клетки или организм
Дополнительная информация о метаболизме
Метаболизм относится ко всем химическим реакциям, участвующим в превращении одной молекулы в другую. Основные функции метаболизма — хранение (т.е. преобразование определенных молекул в качестве источника энергии для различных клеточных процессов), для преобразования определенных молекул в качестве компонентов биомолекул (например, углеводов, белков, липидов и нуклеиновых кислот), а также для удаления побочных продуктов, таких как азотистые отходы.
Метаболизм включает процессы роста, воспроизводства, реакции на окружающую среду, механизмы выживания, поддержание и поддержание структуры и целостности клеток. В этих химических реакциях используются различные ферменты. Метаболизм можно разделить на две категории: катаболизм и анаболизм. Катаболизм включает серию деструктивных химических реакций, которые расщепляют сложные молекулы на более мелкие единицы, обычно высвобождая при этом энергию. Анаболизм включает последовательность химических реакций, которые создают или синтезируют молекулы из более мелких единиц, обычно требуя ввода энергии (АТФ) в процессе.
Расстройство или дисфункция обмена веществ называется нарушением обмена веществ.

Образное изображение анаболических и катаболических процессов.Источник: Мария Виктория Гонзага из BiologyOnline.com.

Происхождение слова: греческое метаболе («изменение»), от метабаллейн («менять»), мета — + баллейн («бросать»)
См. Также:

Связанные термины:

Дополнительная литература:

© BiologyOnline.com. Контент предоставлен и модерируется редакторами Biology Online.

Следующий

4.1 Энергия и метаболизм — Концепции биологии — 1-е канадское издание

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните, каковы метаболические пути
• Сформулируйте первый и второй законы термодинамики
• Объясните разницу между кинетической и потенциальной энергией
• Опишите эндергонические и экзэргонические реакции
• Обсудите, как ферменты действуют как молекулярные катализаторы

Посмотрите видео о гетеротрофах.

Ученые используют термин биоэнергетика для описания концепции потока энергии (рис. 4.2) через живые системы, такие как клетки. Клеточные процессы , такие как построение и разрушение сложных молекул , происходят посредством ступенчатых химических реакций . Некоторые из этих химических реакций являются спонтанными и высвобождают энергию, тогда как другие требуют энергии для протекания. Точно так же, как живые существа должны постоянно потреблять пищу для пополнения своих запасов энергии, клетки должны постоянно производить больше энергии, чтобы восполнить то, что используется многими химическими реакциями, требующими энергии, которые постоянно происходят.В совокупности все химические реакции , которые происходят внутри клеток, включая те, которые потребляют или генерируют энергию, называются метаболизмом клетки .

Рис. 4.2. В конечном счете, большинство форм жизни получают энергию от солнца. Растения используют фотосинтез для захвата солнечного света, а травоядные животные поедают растения для получения энергии. Плотоядные животные едят травоядных, и возможное разложение растительного и животного материала способствует пополнению запасов питательных веществ.

Рассмотрим метаболизм сахара.Это классический пример одного из многих клеточных процессов, которые используют и производят энергию. Живые существа потребляют сахар в качестве основного источника энергии, потому что молекулы сахара имеют много энергии, хранящейся в их связях. По большей части фотосинтезирующие организмы, такие как растения, производят эти сахара. Во время фотосинтеза растения используют энергию (первоначально солнечного света) для преобразования газообразного диоксида углерода (CO ₂ ) в молекулы сахара (например, глюкозы: C ₆ H ₁₂ O ₆ ).Они потребляют углекислый газ и выделяют кислород в качестве побочного продукта. Эта реакция резюмируется как:

6CO ₂ + 6H ₂ O + энергия ——-> C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6O ₂

Поскольку этот процесс включает синтез молекулы, накапливающей энергию, для его выполнения требуется подача энергии. Во время световых реакций фотосинтеза энергия обеспечивается молекулой, называемой аденозинтрифосфатом (АТФ) , которая является основным источником энергии для всех клеток.Так же, как доллар используется в качестве валюты для покупки товаров, клетки используют молекулы АТФ в качестве энергетической валюты для выполнения немедленной работы. Напротив, молекулы-накопители энергии, такие как глюкоза, потребляются только для того, чтобы расщепиться для использования своей энергии. Реакцию, которая собирает энергию молекулы сахара в клетках, нуждающихся в кислороде для выживания, можно описать обратной реакцией на фотосинтез. В этой реакции расходуется кислород и выделяется углекислый газ в качестве побочного продукта. Реакция резюмируется как:

C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6O ₂ ——> 6CO ₂ + 6H ₂ O + энергия

Обе эти реакции включают много этапов.

Процессы образования и расщепления молекул сахара иллюстрируют два примера метаболических путей. Метаболический путь — это серия химических реакций, в которых исходная молекула изменяется, шаг за шагом, через ряд промежуточных продуктов метаболизма, в конечном итоге давая конечный продукт. В примере метаболизма сахара первый метаболический путь синтезирует сахар из более мелких молекул, а другой путь расщепляет сахар на более мелкие молекулы. Эти два противоположных процесса — первый, требующий энергии, а второй — производящий энергию — называются анаболическими путями (строительные полимеры) и катаболическими путями (разрушение полимеров на их мономеры) соответственно.Следовательно, метаболизм состоит из синтеза (анаболизма) и деградации (катаболизма) (рис. 4.3).

Важно знать, что химические реакции метаболических путей не происходят сами по себе. Каждая стадия реакции ускоряется или катализируется белком, называемым ферментом. Ферменты важны для катализирования всех типов биологических реакций — как тех, которые требуют энергии, так и тех, которые выделяют энергию.

Рис. 4.3. Катаболические пути — это те пути, которые генерируют энергию за счет разрушения более крупных молекул.Анаболические пути — это те, которые требуют энергии для синтеза более крупных молекул. Оба типа путей необходимы для поддержания энергетического баланса клетки.

Термодинамика относится к изучению энергии и передачи энергии с участием физической материи. Материя, относящаяся к конкретному случаю передачи энергии, называется системой, а все, что находится вне этой материи, называется окружающей средой. Например, при нагревании кастрюли с водой на плите система включает плиту, кастрюлю и воду.Энергия передается внутри системы (между плитой, кастрюлей и водой). Есть два типа систем: открытая и закрытая. В открытой системе можно обмениваться энергией с окружающей средой. Плита открыта, потому что тепло может отдаваться воздуху. Закрытая система не может обмениваться энергией со своим окружением.

Биологические организмы — открытые системы. Между ними и их окружением происходит обмен энергией, поскольку они используют энергию солнца для фотосинтеза или потребляют молекулы, накапливающие энергию, и выделяют энергию в окружающую среду, выполняя работу и выделяя тепло.Как и все в физическом мире, энергия подчиняется физическим законам. Законы термодинамики управляют передачей энергии внутри и между всеми системами во Вселенной.

В общем, энергия определяется как способность выполнять работу или создавать какие-либо изменения. Энергия существует в разных формах. Например, электрическая энергия, световая энергия и тепловая энергия — это разные виды энергии. Чтобы понять, как энергия входит в биологические системы и выходит из них, важно понимать два физических закона, управляющих энергией.

Первый закон термодинамики гласит, что общее количество энергии во Вселенной постоянно и сохраняется. Другими словами, во Вселенной всегда было и будет точно такое же количество энергии. Энергия существует во многих различных формах . Согласно первому закону термодинамики, энергия может передаваться с места на место или преобразовываться в различные формы, , но не может быть создана или уничтожена . Передачи и преобразования энергии происходят вокруг нас постоянно.Лампочки преобразуют электрическую энергию в световую и тепловую. Газовые плиты преобразуют химическую энергию природного газа в тепловую. Растения осуществляют одно из наиболее биологически полезных преобразований энергии на Земле: преобразование энергии солнечного света в химическую энергию, хранящуюся в органических молекулах (рис. 4.2). Некоторые примеры преобразования энергии показаны на Рисунке 4.4.

Задача всех живых организмов состоит в том, чтобы получать энергию из окружающей среды в формах, которые они могут передавать или преобразовывать в полезную энергию для выполнения работы.Живые клетки эволюционировали, чтобы справиться с этой задачей. Химическая энергия, хранящаяся в органических молекулах, таких как сахара и жиры, передается и преобразуется через серию клеточных химических реакций в энергию в молекулах АТФ. Энергия в молекулах АТФ легко доступна для работы. Примеры типов работы, которую должны выполнять клетки, включают построение сложных молекул, транспортировку материалов, обеспечение движения ресничек или жгутиков и сокращение мышечных волокон для создания движения.

Рисунок 4.4 Показаны некоторые примеры передачи и преобразования энергии из одной системы в другую и из одной формы в другую. Пища, которую мы потребляем, обеспечивает наши клетки энергией, необходимой для выполнения функций организма, так же как световая энергия дает растениям средства для создания необходимой им химической энергии. (кредит «мороженое»: модификация работы Д. Шэрон Прюитт; кредит «дети»: модификация работы Макса из Провиденса; кредитный «лист»: модификация работы Кори Занкера)

Основные задачи получения живой клетки, преобразование и использование энергии для работы может показаться простым.Однако второй закон термодинамики объясняет, почему эти задачи сложнее, чем кажется. Любая передача и преобразование энергии никогда не бывают полностью эффективными . При каждой передаче энергии некоторое количество энергии теряется в непригодной для использования форме. В большинстве случаев это форма тепловой энергии. Термодинамически тепловая энергия определяется как неработающая энергия, передаваемая от одной системы к другой. Например, когда включается электрическая лампочка, часть энергии, преобразуемой из электрической энергии в энергию света, теряется в виде тепловой энергии.Точно так же часть энергии теряется в виде тепловой энергии во время клеточных метаболических реакций.

Важным понятием физических систем является понятие порядка и беспорядка. Чем больше энергии теряется системой в свое окружение, тем менее упорядоченной и случайной является система. Ученые называют меру случайности или беспорядка в системе энтропией . Высокая энтропия означает высокий беспорядок и низкую энергию. Молекулы и химические реакции также имеют разную энтропию. Например, энтропия увеличивается, когда молекулы с высокой концентрацией в одном месте диффундируют и разлетаются.Второй закон термодинамики гласит, что энергия всегда будет теряться в виде тепла при передаче или преобразовании энергии.

Живые существа очень упорядочены, и для их поддержания в состоянии низкой энтропии требуется постоянный ввод энергии.

Когда объект находится в движении, с ним связана энергия. Подумайте о шаре для разрушения. Даже медленно движущийся шар-разрушитель может нанести большой урон другим объектам. Энергия, связанная с движущимися объектами, называется кинетической энергией (Рисунок 4.5). Ускоряющаяся пуля, идущий человек и быстрое движение молекул в воздухе (выделяющих тепло) — все они обладают кинетической энергией.

А что, если тот же самый неподвижный шар для разрушения поднять краном на два этажа над землей? Если подвешенный шар для разрушения неподвижен, связана ли с ним энергия? Ответ положительный. Энергия, которая требовалась для подъема разрушающего шара, не исчезла, но теперь сохраняется в разрушающем шаре в силу его положения и силы тяжести, действующей на него.Этот вид энергии называется потенциальной энергией (рис. 4.5). Если мяч упадет, потенциальная энергия будет преобразована в кинетическую энергию до тех пор, пока вся потенциальная энергия не будет исчерпана, когда мяч упадет на землю. Шары-крушители тоже качаются, как маятник; во время качания происходит постоянное изменение потенциальной энергии (самая высокая в верхней части качания) на кинетическую энергию (самая высокая в нижней части качания). Другие примеры потенциальной энергии включают энергию воды, удерживаемой за плотиной, или человека, который собирается прыгнуть с парашютом из самолета.

Рисунок 4.5 У негазированной воды есть потенциальная энергия; движущаяся вода, например, в водопаде или в быстро текущей реке, обладает кинетической энергией. (кредит «дамба»: модификация работы «Паскаля» / Flickr; кредит «водопад»: модификация работы Фрэнка Гуальтьери)

Потенциальная энергия связана не только с расположением материи, но и со структурой материи. Даже пружина на земле имеет потенциальную энергию, если она сжата; то же самое происходит и с туго натянутой резинкой. На молекулярном уровне связи, которые удерживают атомы молекул вместе, существуют в определенной структуре, обладающей потенциальной энергией.Помните, что анаболические клеточные пути требуют энергии для синтеза сложных молекул из более простых, а катаболические пути высвобождают энергию при расщеплении сложных молекул. Тот факт, что энергия может выделяться при разрыве определенных химических связей, означает, что эти связи обладают потенциальной энергией. Фактически, в связях всех пищевых молекул, которые мы едим, хранится потенциальная энергия, которая в конечном итоге используется для использования. Это потому, что эти связи могут высвобождать энергию при разрыве.Тип потенциальной энергии, которая существует в химических связях и высвобождается при разрыве этих связей, называется химической энергией. Химическая энергия отвечает за обеспечение живых клеток энергией из пищи. Высвобождение энергии происходит при разрыве молекулярных связей в молекулах пищи.

Посмотрите видео о килокалориях.

Концепция в действии

Посетите сайт и выберите «Маятник» в меню «Работа и энергия», чтобы увидеть изменение кинетической и потенциальной энергии маятника в движении.

После того, как мы узнали, что химические реакции высвобождают энергию при разрыве энергосохраняющих связей, возникает следующий важный вопрос: как количественно и выражается энергия, связанная с этими химическими реакциями? Как можно сравнить энергию, выделяемую в результате одной реакции, с энергией другой реакции? Измерение свободной энергии используется для количественной оценки этой передачи энергии. Напомним, что согласно второму закону термодинамики, любая передача энергии связана с потерей некоторого количества энергии в непригодной для использования форме, такой как тепло.Свободная энергия, в частности, относится к энергии, связанной с химической реакцией, которая доступна после учета потерь. Другими словами, свободная энергия — это полезная энергия или энергия, доступная для выполнения работы.

Если энергия выделяется во время химической реакции, то изменение свободной энергии, обозначенное как ∆G (дельта G), будет отрицательным числом. Отрицательное изменение свободной энергии также означает, что продукты реакции имеют меньше свободной энергии, чем реагенты, потому что они выделяют некоторую свободную энергию во время реакции.Реакции, которые имеют отрицательное изменение свободной энергии и, следовательно, высвобождают свободную энергию, называются экзергоническими реакциями. Подумайте: ex эргономичный означает, что энергия ex в системе. Эти реакции также называются спонтанными реакциями, и их продукты имеют меньше накопленной энергии, чем реагенты. Необходимо провести важное различие между термином «спонтанный» и идеей немедленного протекания химической реакции. В отличие от повседневного использования этого термина, спонтанная реакция — это не реакция, которая возникает внезапно или быстро.Ржавчина железа — это пример спонтанной реакции, которая происходит медленно, мало-помалу, с течением времени.

Если химическая реакция поглощает энергию, а не высвобождает энергию в балансе, то ∆G для этой реакции будет положительным значением. В этом случае продукты имеют больше свободной энергии, чем реагенты. Таким образом, продукты этих реакций можно рассматривать как молекулы, запасающие энергию. Эти химические реакции называются эндергоническими реакциями, а — несамопроизвольными .Эндергоническая реакция не будет происходить сама по себе без добавления свободной энергии.

Рисунок 4.6. Показаны некоторые примеры эндергонических процессов (требующих энергии) и экзэргонических процессов (тех, которые выделяют энергию). (кредит а: модификация работы Натали Мэйнор; кредит b: модификация работы Министерством сельского хозяйства США; кредит c: модификация работы Кори Занкера; кредит d: модификация работы Гарри Мальша)

Посмотрите на каждый из показанных процессов и решите если он эндергонический или экзэргонический.

Есть еще одна важная концепция, которую необходимо учитывать в отношении эндергонических и экзэргонических реакций. Экзергонические реакции требуют небольшого количества энергии для начала, прежде чем они смогут приступить к своим этапам высвобождения энергии. Эти реакции имеют чистое высвобождение энергии, но все же требуют некоторого ввода энергии вначале. Это небольшое количество энергии, необходимое для протекания всех химических реакций, называется энергией активации.

Концепция в действии

Посмотрите анимацию перехода от свободной энергии к переходному состоянию реакции.

Вещество, которое способствует протеканию химической реакции, называется катализатором, а молекулы, катализирующие биохимические реакции, называются ферментами. Большинство ферментов представляют собой белки и выполняют критическую задачу , снижая энергии активации химических реакций внутри клетки. Большинство реакций, критических для живой клетки, протекают слишком медленно при нормальной температуре, чтобы быть полезными для клетки. Без ферментов для ускорения этих реакций жизнь не могла бы существовать.Ферменты делают это, связываясь с молекулами реагентов и удерживая их таким образом, чтобы облегчить процессы разрыва и образования химических связей. Важно помнить, что ферменты не изменяют, является ли реакция экзергонической (спонтанной) или эндергонической. Это потому, что они не изменяют свободную энергию реагентов или продуктов. Они только уменьшают энергию активации, необходимую для продолжения реакции (рис. 4.7). Кроме того, сам фермент не изменяется в результате реакции, которую он катализирует.После того, как одна реакция катализируется, фермент может участвовать в других реакциях.

Рис. 4.7. Ферменты снижают энергию активации реакции, но не изменяют свободную энергию реакции.

Химические реагенты, с которыми связывается фермент, называются субстратами фермента. В зависимости от конкретной химической реакции может быть один или несколько субстратов. В некоторых реакциях один реагент-субстрат распадается на несколько продуктов. В других случаях два субстрата могут объединиться, чтобы создать одну большую молекулу.Два реагента также могут вступить в реакцию, и оба они станут модифицированными, но выходят из реакции в виде двух продуктов. Место внутри фермента, где связывается субстрат, называется активным сайтом фермента . Активный сайт — это место, где происходит «действие». Поскольку ферменты являются белками, в активном центре существует уникальная комбинация боковых цепей аминокислот. Каждая боковая цепь характеризуется разными свойствами. Они могут быть большими или маленькими, слабокислотными или основными, гидрофильными или гидрофобными, положительно или отрицательно заряженными или нейтральными.Уникальная комбинация боковых цепей создает очень специфическую химическую среду в активном центре. Эта специфическая среда подходит для связывания с одним конкретным химическим субстратом (или субстратами).

Активные сайты подвержены влиянию местной среды. Повышение температуры окружающей среды обычно увеличивает скорость реакции, катализируемой ферментами или иначе. Однако температуры за пределами оптимального диапазона снижают скорость, с которой фермент катализирует реакцию. Высокие температуры в конечном итоге вызовут денатурирование ферментов, необратимое изменение трехмерной формы и, следовательно, функции фермента.Ферменты также подходят для наилучшего функционирования в определенном диапазоне pH и концентрации соли, и, как и в случае с температурой, экстремальные значения pH и концентрации соли могут вызывать денатурирование ферментов.

В течение многих лет ученые считали, что связывание фермента с субстратом происходит простым «замком и ключом». Эта модель утверждает, что фермент и субстрат идеально сочетаются друг с другом за один мгновенный шаг. Однако текущие исследования поддерживают модель, называемую индуцированной подгонкой (рис. 4.8). Модель индуцированной подгонки расширяет модель замка и ключа, описывая более динамическое связывание между ферментом и субстратом.Когда фермент и субстрат объединяются, их взаимодействие вызывает небольшой сдвиг в структуре фермента, который формирует идеальную структуру связывания между ферментом и субстратом.

Концепция в действии

Просмотрите анимацию индуцированной посадки.

Когда фермент связывает свой субстрат, образуется комплекс фермент-субстрат. Этот комплекс снижает энергию активации реакции и способствует ее быстрому развитию одним из множества возможных способов. На базовом уровне ферменты способствуют химическим реакциям, в которых участвует более одного субстрата, объединяя субстраты вместе в оптимальной ориентации для реакции.Другой способ, которым ферменты способствуют реакции своих субстратов, — это создание оптимальной среды в активном центре для протекания реакции. Химические свойства, проистекающие из особого расположения R-групп аминокислот в активном центре, создают идеальную среду для реакции определенных субстратов фермента.

Комплекс фермент-субстрат может также снизить энергию активации за счет нарушения структуры связи, так что ее легче разорвать. Наконец, ферменты также могут снижать энергию активации, принимая участие в самой химической реакции.В этих случаях важно помнить, что фермент всегда возвращается в исходное состояние по завершении реакции. Одним из отличительных свойств ферментов является то, что они в конечном итоге остаются неизменными в результате катализируемых ими реакций. После того, как фермент катализирует реакцию, он высвобождает свой продукт (продукты) и может катализировать новую реакцию.

Рис. 4.8. Модель индуцированной подгонки представляет собой корректировку модели «замок-и-ключ» и объясняет, как ферменты и субстраты претерпевают динамические модификации во время переходного состояния для увеличения сродства субстрата к активному сайту.

Казалось бы, идеальным иметь сценарий, в котором все ферменты организма существуют в изобилии и оптимально функционируют во всех клеточных условиях, во всех клетках, во все времена. Однако множество механизмов гарантирует, что этого не произойдет. Клеточные потребности и условия постоянно меняются от клетки к клетке и со временем меняются внутри отдельных клеток. Необходимые ферменты клеток желудка отличаются от ферментов жировых клеток, клеток кожи, клеток крови и нервных клеток. Кроме того, клетка пищеварительного органа намного усерднее обрабатывает и расщепляет питательные вещества в течение времени, которое следует за едой, по сравнению со многими часами после еды.Поскольку эти клеточные потребности и условия меняются, должны меняться количества и функциональность различных ферментов.

Поскольку скорость биохимических реакций контролируется энергией активации, а ферменты ниже и определяют энергии активации химических реакций, относительные количества и функционирование различных ферментов в клетке в конечном итоге определяют, какие реакции будут протекать и с какой скоростью. Это определение строго контролируется в клетках. В определенных клеточных средах активность ферментов частично контролируется факторами окружающей среды, такими как pH, температура, концентрация соли и, в некоторых случаях, кофакторами или коферментами.

Ферменты также могут регулироваться способами, которые либо способствуют, либо снижают активность ферментов. Есть много видов молекул, которые подавляют или стимулируют функцию ферментов, и различные механизмы, с помощью которых они это делают. В некоторых случаях ингибирования фермента молекула ингибитора достаточно похожа на субстрат, чтобы она могла связываться с активным сайтом и просто блокировать связывание субстрата. Когда это происходит, фермент ингибируется посредством конкурентного ингибирования , потому что молекула ингибитора конкурирует с субстратом за связывание с активным центром.