Метаболизм и его значение

Метаболизм, или обмен веществ, — это совокупность химических реакций, благодаря которым организм получает вещества и энергию, строит клетки, поддерживает постоянство внутренней среды и удаляет ненужные продукты. Обмен веществ непрерывно связан с питанием, дыханием, кровообращением и выделением.

Что такое метаболизм

В организм поступают вода, минеральные соли, кислород и органические вещества пищи. В пищеварительной системе крупные молекулы расщепляются до более простых: белки — до аминокислот, углеводы — главным образом до глюкозы, жиры — до глицерина и жирных кислот. Затем эти вещества всасываются в кровь или лимфу и доставляются к клеткам.

Метаболизм состоит из двух взаимосвязанных сторон. Пластический обмен, или ассимиляция, — синтез сложных веществ из простых. Его также называют анаболизмом. Он нужен для роста, восстановления клеток и образования собственных белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. На синтез затрачивается энергия.

Энергетический обмен, или диссимиляция, — расщепление сложных органических веществ до более простых с выделением энергии. Часть энергии запасается в молекулах АТФ, а часть рассеивается в виде тепла. Эти процессы нельзя рассматривать отдельно: продукты расщепления могут использоваться для синтеза новых веществ.

Этапы энергетического обмена

Энергетический обмен обычно описывают в три этапа. Первый этап — подготовительный. В пищеварительном тракте и внутри клеток полимеры распадаются на мономеры. Белки превращаются в аминокислоты, полисахариды — в простые сахара, жиры — в глицерин и жирные кислоты. Энергия выделяется в небольшом количестве и в основном превращается в тепло.

Второй этап — бескислородный, или гликолиз. Глюкоза расщепляется в цитоплазме без непосредственного участия кислорода. Образуется небольшое количество АТФ и промежуточный продукт — пировиноградная кислота. При недостатке кислорода дальнейшее расщепление может идти по пути брожения; у человека в мышцах при большой нагрузке образуется молочная кислота.

Третий этап — кислородный. В митохондриях продукты предыдущего этапа окисляются до углекислого газа и воды. Кислород поступает в организм через органы дыхания, переносится кровью и используется клетками. На этом этапе синтезируется основная часть АТФ.

АТФ — универсальный источник энергии клетки. При расщеплении АТФ энергия используется для сокращения мышц, проведения нервного импульса, синтеза веществ, активного транспорта через мембрану и других процессов. Поэтому энергетический обмен необходим не только для движения, но и для работы всех клеток.

Энергия, питание и тепло

Энергия, получаемая из пищи, расходуется на основной обмен и дополнительную деятельность. Основной обмен — минимальные затраты энергии в состоянии покоя, необходимые для работы сердца, дыхания, мозга, поддержания температуры и других жизненно важных функций. При движении, физическом труде, росте, стрессе или болезни расход энергии увеличивается.

Энергетический баланс сравнивает поступление энергии с её расходованием. Если энергии поступает примерно столько же, сколько расходуется, масса тела обычно сохраняется. При длительном избытке энергии часть питательных веществ откладывается в запас, главным образом в виде жира. При недостатке организм использует запасы, поэтому масса тела может уменьшаться.

Питательная ценность продуктов связана с количеством энергии при окислении белков, жиров и углеводов. Для оценки рациона используют калорийность пищевых продуктов. Однако важна не только энергия: организму нужны вода, витамины, минеральные вещества, незаменимые аминокислоты и жирные кислоты. Поэтому рацион должен быть разнообразным и соответствовать возрасту и нагрузке; подробнее это рассматривается на странице рацион питания.

Жауабы: энергетический баланс положительный и равен \(100\) ккал. Одного такого дня недостаточно, чтобы сделать вывод об изменении массы тела, но длительный избыток энергии может привести к накоплению запасов.

Конечные продукты и регуляция обмена

В результате обмена образуются конечные продукты. Углекислый газ удаляется через органы дыхания, вода — через лёгкие, кожу и почки, а растворимые азотистые продукты, прежде всего мочевина, выводятся с мочой. Образование и удаление этих веществ поддерживает постоянство внутренней среды. Строение и работа нефрона объясняют, как почки участвуют в выделении.

Обмен регулируется нервной системой и гормонами. На него влияют температура окружающей среды, физическая нагрузка, возраст, состояние здоровья и состав пищи. Например, гормоны поджелудочной железы помогают поддерживать постоянную концентрацию глюкозы в крови: инсулин способствует её поступлению в клетки и запасанию, а глюкагон повышает содержание глюкозы при нехватке энергии.

Метаболизм связан с работой всех систем организма. Энергия нужна нервным клеткам для передачи сигналов, мышцам — для сокращения, а коже — для участия в теплоотдаче. При усиленной нагрузке возрастает потребность в кислороде и питательных веществах, а также увеличивается образование тепла.

Проверка понимания