Обмен веществ в организме человека - превращения энергии и элементов

Обмен веществ в организме человека представляет собой сумму биохимических реакций, при которых из сложных органических элементов образуются простые неорганические (углекислый газ и вода). Энергия этих преобразований используется на построение сложнейшей самоподдерживающейся системы, благодаря которой люди и все существа на Земле могут жить и, в принципе, радоваться этому факту.

Человеческое тело невероятно сложный механизм органической природы. Даже если мы просто лежим, отдыхаем без движения, не проявляем мыслительной активности, даже спим, внешне не производя никакой работы, то на уровне клеток, межклеточного взаимодействия органов и тканей происходит колоссальная работа.

В организм поступают с пищей питательные компоненты, витамины, минералы, вода, выводятся с потом, мочой и калом метаболические соединения после преобразования в биохимических реакциях или продукты метаболизма.

Все органы совершают определённую работу, клетки делятся и умирают, мышцы сокращаются, нервные клетки взаимодействуют друг с другом и целевыми клетками посредством биоэлектрических сигналов, происходят и многие другие процессы, для которых нужны ресурсы (пластические, энергетические, регуляторные).

Кроме того, для лечения заболеваний мы принимаем лекарства, биологически активные соединения, которые вмешиваются в существующие процессы. Все эти взаимодействия, пути преобразования соединений, составляют метаболизм.

Для изучения этапов обмена веществ используют метод меченых атомов, когда в конкретный метаболит включаются атомы изотопов, пути метаболизма которых можно проследить.

Применяются также непрямые опосредованные методы исследований, когда вводятся определённые молекулы и какие метаболиты потом обнаруживаются в крови или в моче можно предположить в каких реакциях они принимали участие.

Биотехнологии постоянно развиваются, в настоящее время появляются методы изучения взаимодействия органических соединений на молекулярном (атомном) уровне. Многие обменные процессы изучены, описаны, эти знания помогают, в том числе, при лечении многих болезней, создании новых лекарственных препаратов.

Основные типы обмена веществ в организме человека

В основном все реакции метаболизма разделяются на 2 основные группы:

• Катаболические или диссимиляция (обеспечивающие в основном энергетические обменные процессы, разрушение или превращение сложных соединений в более простые, сопровождающиеся обычно выделением энергии в виде тепла и расходующейся на синтез молекул АТФ).
• Анаболические или ассимиляция (обеспечивающие в основном пластический обмен, синтез или создание из простых более сложные соединений, требующих для этого энергию).

В сумме эти 2 биохимических пути и совместное их действие выполняет построение всех структур организма, их постоянное обновление и обеспечение энергией.

Регуляция метаболизма

Метаболизм это сумма саморегулирующихся процессов. На более высоком уровне это осуществляют нервная и гормональная системы, на клеточном - избыток образующихся метаболитов по принципу обратной связи ингибируют обменные процессы.

Все биохимические реакции осуществляются в сопровождении ферментов, которые являются регуляторами и катализаторами (в миллионы раз ускоряют одни и притормаживают другие).

Энергообеспечение метаболических путей

Конечным субстратом энергетического обеспечения химических обменных реакций служит АТФ, который распадается на АДФ и остаток фосфорной кислоты и тем самым обеспечивают метаболические пути энергией. Для восстановления из АДФ в АТФ используется энергия распада в первую очередь углеводов (также протеинов и липидов).

Эта сложная система, состоящая из целого каскада не до конца изученных процессов, происходящих в митохондриях, носит название окислительного фосфорилирования, цикла Кребса, клеточного дыхания.

Только около 40% энергии, выделяемой от распада высокомолекулярных соединений, идёт на синтез макроэргических связей в виде АТФ и некоторых других, остальное (около 60%) рассеивается в виде тепла.

Обменные преобразования

Отдельно изучаются биохимические преобразования белков, жиров, углеводов, воды, минералов и микроэлементов, витаминов, нуклеиновых кислот и ксенобиотиков. В совокупности обмен этих элементов и составляет общий метаболизм:

• Все эти элементы должны к нам попадать с пищей. Поэтому метаболизм начинается с процесса пищеварения, когда все сложные питательные элементы расщепляются на более простые, способные усвоиться.
• Далее в печени они разбираются по полочкам и распределяются по организму.
• Из некоторых аминокислот синтезируются белки крови и другие белки, часть аминокислот транспортируется дальше по организму для синтеза структурных элементов и ферментов.
• Часть глюкозы отправляется к остальным клеткам, часть идёт на синтез гликогена.
• Часть жиров транспортируется к органам, тканям и в жировые депо (для синтеза из жирных кислот клеточных мембран или оболочек), часть используется для нужд печени.
• Далее, по большей части, метаболизм всех веществ происходит внутри клеток.
• В основном обмен веществ в организме человека внутри клеток представляет собой цепное последовательное проявление, носит ступенчатый характер, когда продукт одних реакций служит субстратом или веществом, запускающим следующие циклы.