Ce este metabolismul în limbaj simplu: definiție și descriere

Mulți oameni cred că metabolismul și viteza digestiei alimentare sunt sinonime, dar acest lucru este greșit. Oferim definiția corectă a metabolismului și înțelegem ce determină viteza și ce poate cauza probleme și eșecuri.

Metabolismul (denumit și metabolism) este baza proceselor vitale din organism. Metabolismul este înțeles ca toate procesele biochimice care apar în interiorul celulelor. Organismul se ocupă în mod constant de sine, folosind (sau depunând în depozit de rezervă) substanțele nutritive obținute, vitaminele, mineralele și oligoelementele pentru a asigura toate funcțiile organismului.

Pentru metabolismul controlat, inclusiv pentru sistemele endocrinologice și nervoase, hormonii și enzimele (enzimele) sunt de o importanță capitală. În mod tradițional, ficatul este cel mai important organ din metabolism.

Pentru a-și îndeplini toate funcțiile, corpul are nevoie de energie, pe care o obține din proteine, grăsimi și carbohidrați, obținute cu alimente. Prin urmare, procesul de asimilare a alimentelor poate fi considerat una dintre condițiile necesare metabolizării.

Metabolismul are loc automat. Acest lucru permite celulelor, organelor și țesuturilor să se recupereze independent după influența unor factori externi sau a unor eșecuri interne.

Care este esența metabolismului?

Metabolismul este schimbarea, transformarea, prelucrarea substanțelor chimice, precum și energia. Acest proces constă din două etape principale, interconectate:

  • Catabolism (din cuvântul grecesc pentru "distrugere"). Catabolismul implică descompunerea substanțelor organice complexe care intră în organism, la cele mai simple. Acesta este un metabolism special al energiei care apare în timpul oxidării sau descompunerii unei anumite substanțe chimice sau organice. Ca rezultat, energia este eliberată în organism (cea mai mare parte este disipată sub formă de căldură, restul este mai târziu utilizată în reacțiile anabolice și în formarea ATP);
  • Anabolism (din cuvântul grecesc "creștere"). În această fază, formarea de substanțe importante pentru organism - aminoacizi, zahăr și proteine. Acest schimb de plastic necesită costuri mari de energie.

În termeni simpli, catabolismul și anabolismul sunt două procese egale în metabolism, înlocuind succesiv și ciclic unul cu celălalt.

Ce afectează rata proceselor metabolice

Una dintre cauzele posibile ale metabolismului lent este un defect genetic. Există o ipoteză că viteza procesului de ardere a energiei depinde nu numai de vârstă (vom discuta mai jos) și de structura corpului, dar și de prezența unei anumite gena individuale.

În 2013, a fost realizat un studiu, în cadrul căruia a devenit clar că cauza metabolismului lent ar putea fi mutația KSR2, gena responsabilă de metabolism. Dacă are un defect, purtătorul sau purtătorul său are nu numai un apetit crescut, ci și un metabolism bazal mai lent (comparativ cu cei sănătoși) (Ed: metabolismul bazal înseamnă cantitatea minimă de energie pe care corpul are nevoie dimineața pentru o viață normală în poziția predispusă și starea de veghe înainte de prima masă). Cu toate acestea, având în vedere faptul că acest defect genetic este prezent la mai puțin de 1% dintre adulți și la mai puțin de 2% dintre copiii supraponderali, această ipoteză nu poate fi numită singură.

Cu mult mai mare încredere, oamenii de știință spun că rata metabolică depinde de sexul persoanei.

Deci, cercetătorii olandezi au descoperit că bărbații au într-adevăr un metabolism mai activ decât femeile. Ei explică acest fenomen prin faptul că bărbații au, de obicei, o masă musculară mai mare, oasele lor sunt mai grele, iar procentul de grăsime corporală este mai mic, astfel încât în ​​repaus (vorbim despre metabolismul bazal), că atunci când se mișcă, consumă mai multă energie.

De asemenea, metabolismul încetinește cu vârsta, iar hormonii sunt de vină. Deci, femeia mai in varsta este, cu atat mai putin estrogen pe care o produce corpul ei: aceasta determina aparitia (sau cresterea existentei) depozitelor de grasime in zona abdominala. La bărbați, nivelul testosteronului scade, ceea ce duce la o scădere a masei musculare. În plus - și de această dată vorbim despre oameni de ambele sexe - în timp, organismul începe să producă mai puțin și mai puțin hormon de creștere, somatotropina, care este concepută pentru a stimula defalcarea grăsimilor.

Răspundeți la 5 întrebări pentru a afla cât de repede este metabolismul!

Te simți adesea fierbinte? Persoanele cu un metabolism bun tind să fie mai calde decât persoanele cu un metabolism prost (lent), ele sunt mult mai puțin friguroase. Dacă nu ați avut o perioadă pre-menopauză, atunci un răspuns pozitiv la această întrebare poate fi considerat unul dintre semnele că metabolismul dumneavoastră este în ordine.

Cât de repede te faci mai bine? Dacă sunteți predispus la creșterea în greutate rapidă, atunci putem presupune că metabolismul dumneavoastră nu funcționează corect. Cu metabolismul potrivit, energia primită este consumată aproape imediat și nu este depozitată ca grăsime în depozit.

Te simți adesea vesel și energizat? Oamenii cu metabolism mai lent se simt adesea obosiți și copleșiți.

Mâncați rapid alimentele? Persoanele cu un metabolism bun pot avea de obicei o digestie buna. Constipația frecventă este adesea un semnal că ceva nu este în regulă cu metabolismul.

Cât de des și cât de mult mâncați? Te simți adesea foame și mănânci mult? Un apetit bun indică, de obicei, faptul că alimentele sunt absorbite rapid de organism și acesta este un semn al metabolismului rapid. Dar, desigur, acest lucru nu este un motiv pentru a renunța la o nutriție adecvată și la un stil de viață activ.

Rețineți că metabolismul prea rapid, pe care mulți îl visă, este, de asemenea, plin de probleme: poate duce la insomnie, nervozitate, lipsă de greutate și chiar probleme cu inima și vasele de sânge.

Cum să faci schimburi cu alimente?

Există o mulțime de alimente care pot afecta în mod benefic metabolismul, de exemplu:

  • legume bogate în fibre grosiere (sfecla, telina, varza, morcovi);
  • carne slabă (file de pui fără pui, carne de vită);
  • ceai verde, citrice, ghimbir;
  • pește bogat în fosfor (în special apă sărată);
  • fructe exotice (avocado, nucă de cocos, banane);
  • verde (marar, patrunjel, busuioc).

Verificați dacă faceți greșeli în comportamentul alimentar care duc la încetinirea inutilă a metabolismului!

Numărul de eroare 1. Dieta ta are prea puțină grăsime sănătoasă.

Sunteți interesat de produsele etichetate cu lumină? Asigurați-vă că consumați suficienți acizi grași nesaturați găsiți în același somon sau avocado. De asemenea, ele ajută la menținerea nivelurilor de insulină în intervalul normal și împiedică încetinirea metabolismului.

Numărul de eroare 2. Există o mulțime de alimente convenționale și mese gata în dieta ta.

Citiți cu atenție etichetele, cel mai probabil veți găsi că zahărul face parte chiar din acele produse în care nu ar trebui să fie deloc. El este cel care este responsabil pentru salturile din glucoza din sange. Nu aranjați coasterul pentru produse alimentare de la corp. La urma urmei, organismul consideră astfel de picături ca un semnal că este timpul să stocați mai mult grăsime.

Numărul de eroare 3. Adesea ignorați bătăile de foame și săriți mesele

Este important nu numai ceea ce mănânci, ci când o faci (trebuie să mănânci în mod regulat și în același timp). Oricine așteaptă până când stomacul începe să răsucească spasmele foame (sau ignoră semnalele organismului în totalitate) riscă să afecteze negativ rata metabolică. Nimic bun nu poate fi așteptat în acest caz. Cel puțin, crizele brutale de foame în seara, care nu pot fi evitate, în categoria "bun" doar nu cad.

Cauzele și efectele eșecurilor metabolice

Printre cauzele eșecului proceselor metabolice se numesc modificări patologice în glandele suprarenale, glanda pituitară și glanda tiroidă.

În plus, nerespectarea regimului alimentar (alimente uscate, supraalimentare frecventă, entuziasm dureros pentru alimentația grea), precum și ereditate proastă sunt printre condițiile prealabile pentru eșec.

Există o serie de semne externe prin care puteți învăța în mod independent să recunoașteți problemele de catabolism și anabolism:

  1. greutatea corporală insuficientă sau excesivă;
  2. oboseala somatice și umflarea extremităților superioare și inferioare;
  3. plăcile de unghii slabe și părul fragil;
  4. erupții cutanate, acnee, peeling, paloare sau roșeață a pielii.

Dacă metabolismul este excelent, corpul va fi subțire, părul și unghiile - puternic, piele - fără defecte cosmetice și bunăstare - bune.

metabolism

Metabolismul este un set de procese de transformări biochimice ale substanțelor și energiei în organismele vii (sinonim - metabolism), menite să mențină procesele activității vitale și să păstreze constanța mediului lor intern. [1]

Diagrama proceselor metabolice

Procese metabolice

Metabolismul include două grupuri de procese vitale - catabolismul (metabolismul energetic) și anabolismul (biosinteza sau metabolismul plastic). [3]

  • Catabolismul este un set de procese de divizare a nutrienților, care apar în principal din cauza reacțiilor de oxidare. Ca rezultat, energia este eliberată. Principalele forme de catabolism în microorganisme sunt fermentarea și respirația. În timpul fermentării, descompunerea incompletă a substanțelor organice complexe are loc odată cu eliberarea unei cantități mici de energie și acumularea de produse finale bogate în energie. Când se respiră (aerobic), compușii sunt, de obicei, complet oxidați, cu eliberarea unor cantități mari de energie. [3]
  • Anabolismul combină procesele de sinteză a moleculelor cu substanțe mai simple care sunt prezente în mediul înconjurător. Reacțiile anabolice sunt asociate cu consumul de energie liberă, care se produce în procesele de respirație, fermentare. Fluxul de metabolism plastic necesită intrarea de substanțe nutritive în organism, pe baza cărora componentele structurale ale celulelor sunt reînnoite cu participarea energiei eliberate în timpul catabolismului, creșterii și dezvoltării. [3]

Catabolismul și anabolismul se desfășoară în paralel, multe dintre reacțiile lor și produsele intermediare sunt comune. Cu toate acestea, în diferite perioade de existență, intensitatea metabolismului din plastic și energie nu este aceeași. Astfel, la insecte, în timpul sezonului de reproducere, molot, în timpul fazelor de dezvoltare timpurie (ou, larvă), procesele sintetice predomină asupra proceselor de degradare. În același timp, anumite modificări degenerative ale corpului (îmbătrânire, boli) pot duce la o predominanță a intensității catabolismului asupra anabolismului, care uneori amenință moartea unui obiect viu. [3] (fotografie)

Conversia sulfoxidului în sulfonă

Pesticide metabolism

Metabolismul pesticidelor - transformarea pesticidelor sub influența produselor reziduale ale diferitelor organisme vii - bacterii, ciuperci, plante și animale înalte. [4]

Ca urmare a biotransformării substanțelor toxice, în majoritatea cazurilor se formează produse mai puțin toxice (metaboliți), mai solubili și ușor îndepărtați din organism. În unele cazuri, toxicitatea metaboliților este mai mare decât substanțele din organism. Schimbul de otrăvuri industriale este posibil datorită reacțiilor de oxidare, reducere, scindare hidrolitică, metilare, acilare etc. [1]

În metabolismul pesticidelor, reacțiile de oxidare a atomului de sulf în moleculele anumitor substanțe sunt de o mare importanță, care este tipic, de exemplu, a insecticidelor din grupul de derivați ai acidului carbamic și fosforic. Oxidarea sulfului în acești compuși are loc indiferent de structura restului moleculei, cu formarea inițială a sulfoxidului corespunzător și apoi cu sulfona. (Foto) Produsele de oxidare nu diferă în ceea ce privește toxicitatea față de substanța inițială, dar sunt mult mai rezistente la hidroliză.

Oxidarea tiofosfatilor

A - tiofosfat, B - fosfat, 1 și 2 - radicali liberi, 3 - reziduu acid

Reacțiile metabolice care apar în plante provoacă un efect insecticid de lungă durată asupra unui număr de esteri ai acidului fosforic cu un radical tioether. Oxidarea tiofosfatilor în diferite organisme este considerată ca o etapă de activare a metabolismului acestor substanțe. [2] (fotografie)

Toxicitatea produsului de reacție pentru mamifere și insecte crește cu zeci și sute de ori în comparație cu substanța inițială. Cu toate acestea, acești metaboliți toxici se hidrolizează ușor și, prin urmare, rămân în medii biologice pentru o perioadă scurtă de timp. [2]

Metabolism. Metabolism sau metabolism - un set de reacții chimice în organism care îi furnizează substanțe și energie

Metabolism sau metabolism - un set de reacții chimice în organism care îi furnizează substanțele și energia necesare pentru viață. În metabolism se pot distinge două etape principale: pregătitoare - când substanța primită prin metoda alimentară suferă transformări chimice, ca urmare a faptului că aceasta poate intra în sânge și poate intra mai departe în celule și metabolismul propriu-zis, adică transformările chimice ale compușilor care au pătruns în celule.

Calea metabolică este natura și secvența transformărilor chimice ale unei substanțe specifice în organism. Produsele intermediare formate în timpul metabolizării sunt numite metaboliți, iar ultima conectare a căii metabolice este produsul final.

Procesul de descompunere a substanțelor complexe în cele mai simple se numește catabolism. Astfel, proteinele, grăsimile, carbohidrații furnizați de alimente sub acțiunea enzimelor din tractul digestiv se descompun în constituenți mai simpli (aminoacizi, acizi grași și monozaharide). Acest lucru eliberează energie. Procesul invers, adică sinteza compușilor complexi din cele mai simple, se numește anabolism. Are o risipă de energie. Noi proteine ​​celulare, fosfolipide ale membranelor și polizaharidelor sunt sintetizate din celule formate ca rezultat al digestiei aminoacizilor, acizilor grași și monozaharidelor în celule.

Există conceptul de amfibolism, atunci când un compus este distrus, dar sintetizează altul.

Ciclul metabolic este o cale metabolică, unul dintre produsele finale fiind identic cu unul dintre compușii implicați în acest proces.

O cale metabolică privată este o combinație de transformări ale unui compus specific (carbohidrați sau proteine). Calea generală a metabolismului este atunci când sunt implicate două sau mai multe tipuri de compuși (carbohidrații, lipidele și proteinele parțiale sunt implicate în metabolismul energetic).

Substraturi ale metabolismului - compuși proveniți din alimente. Printre acestea se eliberează principalii nutrienți (proteine, carbohidrați, lipide) și minore, care vin în cantități mici (vitamine, minerale).

Intensitatea metabolismului este determinată de necesitatea celulei pentru anumite substanțe sau energie, regulamentul fiind efectuat în patru moduri:

· Rata totală de reacție a unei anumite căi metabolice este determinată de concentrația fiecăreia dintre enzimele acestei căi, de valoarea pH-ului mediului, de concentrația intracelulară a fiecăruia dintre produsele intermediare, de concentrația cofactorilor și a coenzimelor.

· Activitatea enzimelor de reglementare (alosterice) care, de obicei, catalizează etapele inițiale ale căilor metabolice. Cele mai multe dintre ele sunt inhibate de produsul final al acestei căi, iar acest tip de inhibiție se numește "pe baza feedback-ului".

· Control genetic care determină rata de sinteză a unei enzime. Un exemplu frapant este apariția enzimelor inductibile într-o celulă ca răspuns la intrarea unui substrat corespunzător.

· Reglementarea hormonală. Un număr de hormoni pot activa sau inhiba multe enzime ale căilor metabolice.

Organismele vii sunt sisteme instabile termodinamic. Pentru formarea și funcționarea lor, este necesară furnizarea continuă de energie într-o formă adecvată pentru utilizarea multidimensională. Pentru a obține energie, aproape toate ființele vii de pe planetă s-au adaptat pentru a hidroliza una dintre legăturile pirofosfatice ale ATP. În acest sens, una din principalele sarcini ale bioenergeticii organismelor vii este reaprovizionarea ATP-ului utilizat din ADP și AMP.

Principala sursă de energie din celulă este oxidarea substraturilor cu oxigenul atmosferic. Acest proces se desfășoară în trei moduri: prin adăugarea de oxigen la un atom de carbon, prin îndepărtarea hidrogenului sau prin pierderea unui electron. În celule, oxidarea are loc sub forma transferului secvențial de hidrogen și electroni de la substrat la oxigen. Oxigenul joacă în acest caz rolul unui compus reducător (oxidant). Reacțiile oxidative continuă cu eliberarea energiei. Pentru reacțiile biologice caracterizate prin schimbări relativ mici de energie. Acest lucru se realizează prin zdrobirea procesului de oxidare într-un număr de etape intermediare, care permite stocarea în porțiuni mici sub formă de compuși macroergici (ATP). Reducerea unui atom de oxigen atunci când interacționează cu o pereche de protoni și electroni duce la formarea unei molecule de apă.

Data adaugarii: 2015-05-30; vizionări: 911; ORDINEAZĂ ÎNTREPRINDEREA

Metabolism: calculul metabolismului și al energiei în corpul uman

Metabolism - un set de procese biochimice care furnizează organismului substanțe nutritive și energie necesare pentru viață. Substanțele complexe în procesul de digestie sunt defalcate în elemente care servesc la formarea de compuși chimici pentru alimentarea celulelor organelor cu acțiunea activă a oxigenului. Îndepărtarea produselor de dezintegrare din organism se realizează cu ajutorul sistemului excretor.

Metabolismul (metabolismul) constă în două procese metabolice strâns interconectate în corpul uman: catabolism și anabolism, menținerea homeostaziei - constanța mediului intern.

Catabolismul - metabolismul energetic, în care are loc în trei etape:

  1. 1. Preparator - transformarea compușilor organici complexi care intră în compoziția produselor alimentare în cele mai simple: proteinele se transformă în aminoacizi, grăsimi - în acizi grași și glicerină, polizaharide - în monozaharide, acizi nucleici - în nucleotide. Aceste reacții apar în tractul gastrointestinal sub acțiunea catalitică a enzimelor. Energia eliberată este transformată în căldură și disipată. Mai mult, compușii organici formați suferă oxidare sau participă la sinteza substanțelor necesare organismului.
  2. 2. Oxigen liber (oxidare incompletă) - caracterizat prin scindarea ulterioară a substanțelor organice fără oxigen. Principala sursă de energie din celulă este glucoza. Procesul de oxidare anoxică a glucozei se numește glicoliză.
  3. 3. Respirație (oxidare completă) - reacții oxidative pe etape care implică oxigen, conducând la formarea de dioxid de carbon și apă.

Anabolismul (asimilare) este un proces care implică transformarea compușilor simpli care rezultă din catabolismul în substanțe organice complexe.

Energia eliberată în timpul catabolismului este necesară pentru asimilare, asigurând formarea de enzime. Acestea din urmă servesc ca un catalizator pentru reacțiile chimice care apar în timpul catabolismului. Energia eliberată în timpul descompunerii substanțelor organice nu este utilizată imediat de celulă, ci este stocată sub forma unui compus ATP (adenozin trifosfat). Suportul celular al ATP este completat în procesul de respirație.

Biologia metabolizării este controlată de mecanismele de reglementare: nervoase și hormonale, care afectează sinteza enzimelor direct sau prin schimbarea permeabilității membranelor celulare în sus.

METABOLISM: Ce este și cum să-l îmbunătățească

Metabolismul este un proces de transformări chimice ale nutrienților care intră în corpul nostru. Metabolismul în cuvinte simple este atunci când corpul descompune alimentele pe care le-am consumat în componente mici și construiește noi molecule din ele.

Termenul Metabolism însuși a fost format din cuvântul grecesc "Metabole", care se traduce ca "schimbare" sau "transformare". Prea mult acest cuvânt în sine include - și trăsături hormonale, caracteristici ale fizicului și dependența directă a fizicului de numărul de calorii pe care le consumați. Prin urmare, pentru a clarifica, hai să facem totul în ordine.

Ce este metabolismul și cum se face mai bine

În primul rând, cei care sunt preocupați de pierderea în greutate "competentă" ar trebui să se gândească la metabolism. Vorbind aproximativ, dar de înțeles, metabolismul este un fel de cuptor, puterea căruia determină viteza de ardere a caloriilor noastre. Un nivel ridicat de metabolism funcționează în general - se reduce cantitatea de calorii urât într-o astfel de stare încât organismul începe să se hrănească cu propriile sale rezerve. Deci merge grăsimea.

Care este metabolismul?

RMR (Rata de metabolizare în repaus) - numărul de calorii, care este suficient pentru a susține funcțiile vitale ale organismului. Pentru fiecare individ, acest indicator este individual - aceasta este o realitate pur genetică.

Următoarea parte esențială a metabolismului este masa corporală și masa musculară. Aici există o dependență directă una de cealaltă - masa musculară mai mare - metabolism mai mare și invers. De ce ar fi? Da, doar o jumătate de kilogram de mușchi "distruge" 35-50 de calorii pe zi. Aceeași cantitate de grăsime economisește doar 5-10 calorii.

Componenta numărul 3 - glanda tiroidă. Prin urmare, sfaturi valoroase este pentru cei care au peste 30 de ani are sens să meargă la medic și să treacă toate testele pentru hormoni + ultrasunete ale glandei tiroide. Că are o fuziune directă în ceea ce privește metabolismul și arderea grăsimilor.

Anabolism și catabolism

Două concepte la fel de importante legate direct de metabolismul sănătos.

Anabolism - un set de procese chimice responsabile pentru țesuturile, celulele corpului, dezvoltarea lor și pentru sinteza aminoacizilor.

Catabolismul - divizarea moleculelor alimentare pentru transformarea lor ulterioară în energia corpului.

Este energia derivată din catabolism care este necesară pentru întreaga viață a organismului.

Deci, cum folosiți cu adevărat arzătorul de grăsime încorporat în direcția corectă? Da, totul nu este, în general, dificil.

Stadiul inițial - stați în fața oglinzii, evaluați-vă în mod obiectiv și determinați tipul de corp construit - acesta este ceea ce metabolismul este direct conectat și, de fapt, primul pas pentru a începe să vă controlați propria mașină de ardere a grăsimilor.

Cu toții suntem diferiți, dar majoritatea oamenilor de știință sunt de acord cu trei tipuri de structuri ale corpului uman:

ectomorphy

Are un corp mic;

Forma toracelui este plat;

Masa musculară este destul de dificil de câștigat;

Metabolism foarte rapid.

Dacă sunteți ectomorful "slab", atunci este nevoie de consumul unui număr mare de calorii. Și aici există o mică bucurie fără îndoială - este necesar ca ectomorful să mănânce înainte de culcare pentru a dezactiva procesele de catabolism. Aproape orice exercițiu fizic în ectomorfă trebuie direcționat către anumite grupuri musculare. Ar fi frumos să folosiți suplimente nutritive sportive.

mesomorph

Construcția este atletică, atletică;

Forma corpului este dreptunghiulară;

Mesomorfii sunt de obicei foarte puternici;

Nu aveți probleme cu clădirea musculară;

Pot avea probleme cu excesul de greutate.

Nu aveți probleme cu clădirea musculară, precum și cu creșterea excesului de grăsime. Acest lucru nu este bun - întotdeauna trebuie să vă asigurați că mâncați și în ce cantitate. Adică, pentru mesomorfe o dietă corect aleasă este vitală. De asemenea, nu se poate face fără cardio.

endomorf

Forma rotundă a figurii;

Și masele musculare și grase cresc, așa cum se spune, "cu un bang";

Au probleme cu pierderea în greutate;

Cel mai important lucru pentru endomorfe este dieta proteică calculată din calorii + pregătire cardio regulată - alergare, ciclism și mers pe jos.

Următoarea etapă este abordarea conceptelor care rezultă din metabolismul de mai sus - rapid și lent.

Metabolismul lent - exprimat în apetitul ridicat și lipsa dorinței de a se deplasa și de a se angaja în sporturi active. Aici, în primul rând, este important să schimbăm dieta și obiceiurile alimentare în general. După aceasta, rezultatul va fi mai ușor de menținut activitatea fizică.

Metabolismul rapid - dimpotrivă, este exprimat în dorința de a mânca mai puțin și de a mișca mai mult. Astfel de oameni sunt adesea întristați de faptul că este greu catastrofal să câștigi masa musculară în ciuda tuturor eforturilor. Persoanele cu metabolism rapid au nevoie de o dietă adecvată, cu un conținut ridicat de calorii și de un sistem de pregătire elaborat, care transformă energia primită în direcția corectă.

Etapa finală. Slăbirea și folosirea proceselor metabolice în corpul dumneavoastră cu înțelepciune.

De ce depinde metabolismul?

1. Vârsta, greutatea, înălțimea, sexul, corpul (citiți despre tipurile de corp, vezi mai sus);

2. Nutriție, exercițiu (și combinația lor adecvată în funcție de tipul de structură a corpului);

3. starea de sănătate (fond hormonal stabil, care este verificat de un doctor-endocrinolog);

4. Sănătatea mintală (lipsa stresului și a altor factori psihotici).

Metabolismul în țesutul adipos este incredibil de lent în comparație cu metabolismul țesutului muscular. Cei care au cu adevărat probleme cu excesul de greutate au nevoie de mai puțină energie, dar mănâncă mai mult decât este necesar. Această energie extra "mâncată" nu este consumată, dar se duce rapid în "rezervele" de grăsime ale corpului nostru - și unde altundeva îl putem pune? Firește, cu un astfel de metabolism să piardă în greutate nu este posibil.

Excesul de grăsime, care penetrează treptat în organele interne, afectează stabilitatea sistemului endocrin și scuture hormonii noștri. La femei, de exemplu, excesul de grăsime corporală determină întârzieri sau eșecuri permanente ale ciclului. Există probabilitatea apariției sindromului metabolic.

Ce este sindromul metabolic?

Aceasta este o condiție în care grăsimea subcutanată conduce la încălcări grave ale proceselor metabolice interne - lipide și carbohidrați. Acesta este cazul în care o persoană începe să "se umfle" literalmente de tot. Există probleme cardiace și hipertensiune arterială. Presiunea și cantitatea de zahăr din sânge cresc brusc.

Cu toate acestea, trebuie remarcat că toate aceste simptome nu se referă la sindromul metabolic, dacă indicatorii fizicului (dimensiunea și greutatea taliei) sunt normale. Deși, chiar și în acest caz, este necesară o vizită la medic.

Cum de a accelera metabolismul pentru a pierde in greutate?

Nu te mai păcăli!

Scoateți din dieta grăsimilor și carbohidrați simpli (ciocolată, pâine, prăjituri, unt, etc.)

Limitați proteinele cu conținut scăzut de grăsimi (piept de pui, lapte, ouă) și fibre (fructe, legume). Deci vă îmbunătățiți în cele din urmă metabolismul și accelerați metabolismul.

Reduceți carbohidrații - dimpotrivă, acestea încetinesc metabolismul.

Ce este "metabolismul" (metabolismul) și de ce este important să îl definiți?

Termenul "metabolism" (metabolism) în greacă înseamnă "schimbare" sau "transformare". Ce este convertit?

Metabolismul este totalitatea tuturor proceselor biochimice și energetice ale corpului, în timpul cărora alimentele, apa, aerul care este adus se transformă în energie și o serie de substanțe necesare pentru menținerea vieții. Această funcție permite corpului nostru să folosească alimente și alte resurse pentru a-și menține structura, a repara daunele, a scăpa de toxine, de a reproduce. Cu alte cuvinte, metabolismul este un proces necesar, fără de care organismele vii vor muri.

Funcții metabolice:

  1. menținerea constanței mediului intern al corpului în condiții de existență în continuă schimbare și adaptare la schimbările în condițiile externe.
  2. susținerea vieții, dezvoltarea și auto-reproducerea.

Metabolismul începe cu absorbția nutrienților necesari pentru a susține viața. Dar absorbem proteine, grăsimi și carbohidrați ai altcuiva! Și trebuie să-ți construiești propriul. Ce trebuie să faci? Asta-i drept! Împărțiți substanțele complexe care intră în componente mai simple și apoi construiți din acestea proteine, grăsimi și carbohidrați individuali. Aceasta înseamnă că mai întâi trebuie să dezasamblați și apoi să construiți.

Prin urmare, întregul proces de metabolizare poate fi împărțit în două componente strâns legate, cele două părți ale unui proces - metabolismul.

1. Catabolismul este un proces în organism care are ca scop împărțirea alimentelor și moleculelor proprii în substanțe mai simple, în timp ce eliberează energie și stochează sub formă de adenozin trifosfat (ATP).
Prima etapă a catabolismului este procesul de digestie, în timpul căruia proteinele sunt defalcate în aminoacizi, carbohidrați până la glucoză, lipidele către glicerol și acizii grași. Apoi, în celule, aceste molecule sunt transformate în chiar și mai mici, de exemplu, acizii grași - în acetil-CoA, glucoza - în piruvat, aminoacizi - în oxaloacetat, fumarat și succinat etc. Principalele produse finale ale catabolismului sunt apă, dioxid de carbon, amoniac, uree.

Distrugerea substanțelor complexe este necesară pentru nevoile urgente de a obține energie și de a construi noi țesături. Fără catabolism, corpul ar rămâne fără energie, ceea ce înseamnă că nu ar putea exista. La urma urmei, această energie va fi în viitor concentrată pe sinteza substanțelor necesare, crearea țesuturilor și reînnoirea corpului, adică anabolism. Energia este, de asemenea, necesară pentru contracția musculară, transmiterea impulsurilor nervoase, menținerea temperaturii corpului etc.

2. Anabolismul - acestea sunt procese metabolice în organism, care vizează formarea celulelor și țesuturilor acestui organism. Multe substanțe obținute ca urmare a catabolismului sunt ulterior folosite de organism pentru a sintetiza alte substanțe (anabolism).
Procesele anabolice apar întotdeauna cu absorbția energiei ATP. În cursul metabolismului anabolic, moleculele mai mari sunt structurate din molecule mai mici, structurile mai complexe fiind formate din structuri mai simple.
Astfel, ca urmare a catabolismului și a anabolizării ulterioare, proteinele, grăsimile și carbohidrații sunt caracteristice organismului prin introducerea în corp a nutrienților.

Tabelul 1. Comparația anabolismului și catabolismului.

În ciuda opusului anabolismului și a catabolismului, ele sunt legate în mod inextricabil și nu pot continua unul fără altul.
Combinația dintre procesele de anabolizare și catabolism este metabolismul sau metabolismul.
Echilibrul acestor două componente este reglementat de hormoni și face corpul să funcționeze armonios. Enzimele joacă rolul de catalizatori în procesele metabolice.

Cum se măsoară nivelul metabolismului? Care este rata metabolică?

Prin măsurarea nivelului metabolismului, nimeni, desigur, nu numără numărul de celule sau țesuturi nou formate sau distruse.
Nivelul metabolismului este măsurat prin cantitatea de energie absorbită și eliberată. Vorbim despre energia care intră în organism cu alimente și ceea ce o persoană petrece în procesul de viață. Se măsoară în calorii.
Calorii pentru organism - este ca benzina pentru o masina. Aceasta este o sursă de energie prin care bate inima, contractează mușchii, funcțiile creierului și o persoană respiră.

Când se spune "metabolismul crescut sau scăzut", se referă la o rată (sau intensitate) mai mare sau mai mică a schimbului.

Rata metabolică este consumul de energie al organismului în calorii pentru o anumită perioadă de timp.

Câte calorii pe zi le consumă o persoană sănătoasă?
Energia pe care o persoană o petrece în procesul de viață include 3 componente:
1) Energia consumată pentru metabolismul principal (acesta este principalul indicator al metabolismului) +
2) Energia folosită pentru asimilarea alimentelor - acțiunea dinamică specifică a alimentelor (SDDP) +
3) Energia folosită pentru activitatea fizică.

Dar când vine vorba de metabolismul individual crescut sau scăzut, este tocmai rata metabolică bazală.

Schimbul central - ce este?

Metabolismul bazal este cantitatea minimă de energie pe care corpul trebuie să-și mențină activitatea vitală normală în condiții de repaus total de 12 ore după ce a consumat alimente în starea de veghe și a exclude influența tuturor factorilor externi și interni.
Această energie este folosită pentru menținerea temperaturii corpului, a circulației sângelui, a respirației, a excreției, a sistemului endocrin, a funcționării sistemului nervos și a proceselor metabolismului celular.
Schimbul principal arată cât de intens se metabolizează metabolismul și energia din corp.
Metabolismul bazal depinde de sex, greutate, vârstă, starea organelor interne, influența factorilor externi asupra organismului (lipsa sau excesul de nutriție, intensitatea exercițiilor, climatul etc.)
Metabolismul bazal poate crește sau scădea atunci când este expus la factori externi sau interni. Astfel, scăderea temperaturii externe mărește schimbul principal. O creștere a temperaturii ambiante reduce metabolismul bazal.

De ce este important să cunoști schimbul principal?

pentru că metabolismul principal este un indicator al intensității metabolismului și a energiei în organism, atunci schimbările sale pot indica prezența anumitor boli.
În acest scop, "schimbul principal principal" este comparat cu "schimbul principal actual".

Metabolismul bazal adecvat este o medie care a fost stabilită pe baza rezultatelor unui sondaj efectuat asupra unui număr mare de oameni sănătoși. Se consideră a fi norma.
Conform acestor rezultate, au fost elaborate tabele speciale, care indică metabolismul bazal adecvat ținând cont de sex, vârstă și greutate.
Se consideră că schimbul de bază este de 100%. Se măsoară în kcal timp de 24 de ore.
Metabolismul bazal adecvat al unui adult sănătos este de aproximativ 1 kcal pe 1 kg de greutate corporală la 1 oră.

Schimbul de bază real este schimbul de bază individual al individului. Este exprimată ca o deviere procentuală față de cea datorată. Dacă schimbarea principală reală este mărită - cu un semn plus, dacă este redus - cu un semn minus.

O deviere de la valoarea corectă de +15 sau -15% este considerată acceptabilă.
Abaterile de la + 15% la + 30% sunt considerate îndoielnice, pentru care este necesară observarea și controlul.
Abaterile de la + 30% la + 50% sunt considerate abateri moderate, de la + 50% la + 70% sunt grele, iar peste + 70% sunt considerate foarte grele.
O reducere a ratei metabolice bazale cu 30-40% este, de asemenea, considerată a fi legată de boală, care necesită tratament pentru această boală.

Rata metabolică bazală reală este determinată prin calorimetrie în laboratoarele speciale.

metabolism

Metabolismul (transformarea, schimbarea) sau metabolismul - un set de reacții chimice care apar într-un organism viu pentru a susține viața. Aceste procese permit organismelor să crească și să se înmulțească, să-și mențină structurile și să răspundă influențelor mediului. Metabolismul este de obicei împărțit în două etape: în timpul catabolismului, substanțele organice complexe se degradează la cele mai simple; În procesul de anabolism cu costul energiei, se sintetizează substanțe cum ar fi proteine, zaharuri, lipide și acizi nucleici.

Metabolismul are loc între celulele corpului și fluidele extracelulare, constanta compoziției cărora este menținută de circulația sângelui: în timpul trecerii sângelui în capilare prin pereții permeabili ai capilarelor, plasma sanguină este de 40 de ori complet reînnoită cu fluid interstițial. O serie de reacții metabolice chimice se numesc căi metabolice, în care, cu participarea enzimelor, unele molecule biologic semnificative sunt succesiv transformate în altele. Enzimele joacă un rol important în procesele metabolice, deoarece:

  • acționează ca catalizatori biologici și reduc energia de activare a unei reacții chimice;
  • vă permit să reglați căile metabolice ca răspuns la schimbările din mediul celular sau la semnalele din alte celule.

Caracteristicile metabolismului afectează dacă o anumită moleculă va fi potrivită pentru utilizare de către organism ca sursă de energie. De exemplu, unele procariote utilizează hidrogen sulfurat ca sursă de energie, dar acest gaz este otrăvitor pentru animale. [1] Rata metabolică afectează, de asemenea, cantitatea de hrană necesară pentru organism.

Principalele căi metabolice și componentele acestora sunt aceleași pentru multe specii, ceea ce indică unitatea de origine a tuturor ființelor vii. [2] De exemplu, anumiți acizi carboxilici, care sunt intermediari ai ciclului acidului tricarboxilic, sunt prezenți în toate organismele, de la bacterii la organisme eucariote multicelulare. [3] Asemănările în metabolism sunt probabil legate de eficiența ridicată a căilor metabolice, precum și de apariția lor timpurie în istoria evoluției. [4] [5]

Conținutul

Molecule biologice

Substanțele organice care alcătuiesc toate animalele (animale, plante, fungi și microorganisme) sunt reprezentate în principal de aminoacizi, carbohidrați, lipide (adesea denumite și grăsimi) și acizi nucleici. Deoarece aceste molecule sunt esențiale pentru viață, reacțiile metabolice se concentrează asupra creării acestor molecule atunci când se construiesc celule și țesuturi sau se distrug pentru a le folosi ca sursă de energie. Multe reacții biochimice importante se combină pentru a sintetiza ADN și proteine.

Aminoacizi și proteine

Proteinele sunt biopolimeri liniari și constau din reziduuri de aminoacizi legate prin legături peptidice. Unele proteine ​​sunt enzime și catalizează reacțiile chimice. Alte proteine ​​îndeplinesc o funcție structurală sau mecanică (de exemplu, ele formează citoscheletul). [6] Proteinele joacă, de asemenea, un rol important în transducția semnalului în celule, răspunsurile imune, agregarea celulară, transportul membranei active și reglarea ciclului celular. [7]

lipide

Lipidele fac parte din membranele biologice, de exemplu membranele plasmatice, sunt componente ale coenzimelor și ale surselor de energie. [7] Lipidele sunt molecule biologice hidrofobe sau amfifile care sunt solubile în solvenți organici, cum ar fi benzenul sau cloroformul. [8] Grăsimile sunt un grup mare de compuși care conțin acizi grași și glicerină. O moleculă de alcool glicerolic trihidric care formează trei legături esterice cu trei molecule de acizi grași se numește o trigliceridă. [9] Pe lângă reziduurile de acid gras, lipidele complexe pot include, de exemplu, sfingozină (sfingolipide), grupări hidrofile fosfat (în fosfolipide). Steroizii, cum ar fi colesterolul, sunt o altă clasă mare de lipide. [10]

hidrati de carbon

Zaharurile pot exista într-o formă inelară sau liniară sub formă de aldehide sau cetone, au mai multe grupări hidroxil. Carbohidrații sunt cele mai comune molecule biologice. Carbohidrații îndeplinesc următoarele funcții: stocarea și transportul energiei (amidon, glicogen), structurale (celuloză vegetală, chitină la animale). [7] Cele mai frecvente monomeri ai zaharurilor sunt hexoză - glucoză, fructoză și galactoză. Monozaharidele fac parte din polizaharide mai complexe, liniare sau ramificate. [11]

nucleotide

ADN-ul polimeric și moleculele de ARN sunt lanțuri de nucleotide lungi, neramificate. Acizii nucleici îndeplinesc funcția de stocare și implementare a informațiilor genetice, care se desfășoară în timpul proceselor de replicare, transcriere, translație și biosinteză a proteinelor. [7] Informațiile codificate în acizi nucleici sunt protejate de modificări prin sisteme de reparații și replicate prin replicarea ADN-ului.

Anumiți viruși au un genom care conține ARN. De exemplu, virusul imunodeficienței umane utilizează transcripția inversă pentru a crea un șablon ADN din propriul genom conținând ARN. [12] Unele molecule de ARN au proprietăți catalitice (ribozime) și fac parte din spliceozomi și ribozomi.

Nucleozidele sunt produsele adăugării de baze azotate la zahărul de riboză. Exemple de baze azotate sunt compușii heterociclici care conțin azot, derivații purinelor și pirimidine. Unele nucleotide acționează ca și coenzime în reacțiile de transfer ale grupului funcțional. [13]

coenzime

Metabolismul include o gamă largă de reacții chimice, dintre care majoritatea se referă la mai multe tipuri de reacții de transfer ale grupurilor funcționale. [14] Pentru a transfera grupuri funcționale între enzimele care catalizează reacțiile chimice, se folosesc coenzime. [13] Fiecare clasă de reacții de transfer chimic ale grupurilor funcționale este catalizată de enzimele individuale și cofactorii lor. [15]

Adenozin trifosfat (ATP) este unul dintre coenzimele centrale, o sursă universală de energie celulară. Această nucleotidă este utilizată pentru a transfera energia chimică stocată în legăturile macroergice între diferite reacții chimice. În celule, există o cantitate mică de ATP, care este regenerată constant din ADP și AMP. Corpul uman își petrece ziua într-o masă de ATP, egală cu masa propriului corp. [15] ATP acționează ca o legătură între catabolism și anabolism: ATP se formează în reacțiile catabolice, iar energia este consumată în reacții anabolice. ATP acționează de asemenea ca donator al grupului fosfat în reacțiile de fosforilare.

Vitaminele sunt substanțe organice moleculare scăzute care sunt necesare în cantități mici și, de exemplu, la om, majoritatea vitaminelor nu sunt sintetizate, ci sunt obținute cu alimente sau prin microflora CT. La om, majoritatea vitaminelor sunt cofactori ai enzimelor. Cele mai multe vitamine dobândesc activitate biologică într-o formă modificată, de exemplu, toate vitaminele solubile în apă sunt celule fosforilate sau combinate cu nucleotide. [16] Nicotinamidadinin dinucleotida (NADH) este un derivat al vitaminei B3 (niacina) și este un important coenzim - acceptor de hidrogen. Sute de enzime de dehidrogenază diferite iau electronii din moleculele de substrat și le transferă în molecule NAD +, reducându-le la NADH. Forma oxidată a coenzimei este un substrat pentru diferite reductaze din celulă. [17] NAD într-o celulă există în două forme conexe, NADH și NADPH. NAD + / NADH este mai important pentru reacțiile catabolice, iar NADP + / NADPH este mai frecvent utilizat în reacțiile anabolice.

Minerale și cofactori

Elementele anorganice joacă un rol crucial în metabolism. Aproximativ 99% din masa unui mamifer constă din carbon, azot, calciu, sodiu, magneziu, clor, potasiu, hidrogen, fosfor, oxigen și sulf. [18] Compușii organici semnificativi biologici (proteine, grăsimi, carbohidrați și acizi nucleici) conțin cantități mari de carbon, hidrogen, oxigen, azot și fosfor. [18]

Mulți compuși anorganici sunt electroliți ionici. Cele mai importante pentru organism sunt ionii de sodiu, potasiu, calciu, magneziu, cloruri, fosfați și bicarbonați. Balanța acestor ioni în interiorul celulei din mediul extracelular determină presiunea osmotică și pH-ul. [19] Concentrațiile ionice joacă, de asemenea, un rol important în funcționarea celulelor nervoase și musculare. Potențialul de acțiune în țesuturile excitabile are loc în timpul schimbului de ioni între fluidul extracelular și citoplasmă. [20] Electroliții intră și ies din celulă prin canalele ionice din membrana plasmatică. De exemplu, în timpul contracției musculare în membrana plasmatică, se transportă citoplasma și tuburile T, ionii de calciu, sodiu și potasiu. [21]

Metalele de tranziție din organism sunt urme de elemente, cele mai frecvente fiind zincul și fierul. Aceste metale sunt utilizate de unele proteine ​​(de exemplu, enzimele ca cofactori) și sunt importante pentru reglarea activității enzimelor și proteinelor de transport. [24] Cofactorii enzimelor sunt de obicei ferm asociați cu o anumită proteină, dar pot fi modificați în timpul procesului de cataliză, dar după sfârșitul catalizei se întorc întotdeauna la starea inițială (nu sunt consumați). Metalele-oligoelemente sunt absorbite de organism cu ajutorul unor proteine ​​speciale de transport și nu se găsesc în organism în stare liberă, deoarece sunt asociate cu proteine ​​specifice purtătoare (de exemplu, feritină sau metallothioneine). [25] [26]

catabolism

Catabolismul se referă la procesele metabolice în care moleculele organice relativ mari de zaharuri, grăsimi și aminoacizi se descompun. În cursul catabolismului, se formează molecule organice simple, care sunt necesare pentru reacțiile anabolice (biosinteza). Adesea, în timpul reacțiilor de catabolism, organismul mobilizează energia, traducând energia legăturilor chimice ale moleculelor organice obținute în procesul de digestie alimentară în forme disponibile: sub formă de ATP, coenzime reduse și potențial electrochimic transmembranar. Termenul catabolism nu este sinonim cu "metabolismul energetic": în multe organisme (de exemplu, în fototrofe), procesele de bază ale stocării energiei nu sunt direct legate de împărțirea moleculelor organice. Clasificarea organismelor prin metabolizare se poate baza pe sursa de energie și carbon, care se reflectă în tabelul de mai jos. Moleculele organice sunt utilizate ca sursă de energie prin organotrofe, litrofilele utilizează substraturi anorganice și fototrofele consumă energia soarelui. Cu toate acestea, toate aceste forme diferite de metabolizare depind de reacțiile redox, care sunt asociate cu transferul de electroni din molecule donatoare reduse, cum ar fi molecule organice, apă, amoniac, hidrogen sulfurat, molecule acceptoare cum ar fi oxigen, nitrați sau sulfați. [27] La ​​animale, aceste reacții sunt asociate cu divizarea moleculelor organice complexe în cele mai simple, cum ar fi dioxidul de carbon și apă. În organismele fotosintetice - plante și cianobacterii - reacțiile de transfer de electroni nu eliberează energie, ci sunt folosite ca o modalitate de stocare a energiei absorbite de lumina soarelui. [28]

Catabolismul la animale poate fi împărțit în trei etape principale. În primul rând, moleculele organice mari, cum ar fi proteine, polizaharide și lipide, sunt împărțite în componente mai mici în afara celulelor. Mai mult, aceste molecule mici intră în celule și se transformă în molecule chiar mai mici, de exemplu acetil CoA. La rândul său, gruparea acetil a coenzimei A este oxidat în apă și dioxid de carbon în ciclul Krebs și în lanțul respirator, în timp ce eliberează energia stocată sub formă de ATP.

digestie

Macromoleculele, cum ar fi amidonul, celuloza sau proteinele, trebuie împărțite în unități mai mici înainte ca acestea să poată fi utilizate de către celule. Mai multe clase de enzime sunt implicate în degradare: proteaze care descompun proteinele la peptide și aminoacizi, glicozidaze care descompun polizaharidele la oligo- și monozaharide.

Microorganismele secretă enzimele hidrolitice în spațiul din jurul lor [29] [30] decât diferă de animalele care secretă astfel de enzime numai din celulele glandulare specializate. [31] Aminoacizii și monozaharidele care rezultă din activitatea enzimelor extracelulare, apoi intră în celule prin transport activ. [32] [33]

Obținerea energiei

În timpul catabolismului de carbohidrați, zaharurile complexe sunt defalcate pe monozaharide, care sunt absorbite de celule. După intrare, zaharurile (de exemplu, glucoza și fructoza) sunt transformate în piruvat în timpul glicolizei, producând o anumită cantitate de ATP. [35] Acidul piruvic (piruvat) este un produs intermediar în mai multe căi metabolice. Calea principală a metabolismului piruvat este conversia în acetil CoA și apoi intrarea acizilor tricarboxilici în ciclu. În acest caz, în ciclul Krebs sub formă de ATP, o parte din energie este stocată și, de asemenea, moleculele NADH și FAD sunt restaurate. În timpul ciclului de glicoliză și a acidului tricarboxilic se formează dioxid de carbon, care este un produs secundar al activității vitale. În condiții anaerobe, glicoliza din piruvat cu participarea enzimei lactat dehidrogenază produce lactat și NADH este oxidat până la NAD +, care este refolosit în reacții de glicoliză. Există, de asemenea, o cale alternativă pentru metabolizarea monozaharidelor - calea fosfatului de pentoză, în timpul căreia energia reacțiilor este stocată sub formă de coenzima NADPH redusă și se formează pentoze, de exemplu, riboza, necesară pentru sinteza acizilor nucleici.

Grăsimile din prima etapă a catabolismului sunt hidrolizate la acizi grași liberi și glicerină. Acizii grași sunt împărțiți în procesul de oxidare beta cu formarea acetil-CoA, care, la rândul său, este catabolizată în continuare în ciclul Krebs sau merge la sinteza de noi acizi grași. Acizii grași eliberează mai multă energie decât carbohidrații, deoarece grăsimile conțin mai multe atomi de hidrogen în structura lor.

Aminoacizii sunt fie utilizați pentru sinteza proteinelor și a altor biomolecule, fie sunt oxidați la uree, dioxid de carbon și servesc drept sursă de energie. [36] Calea oxidativă a catabolismului de aminoacizi începe cu eliminarea unei grupe amino prin enzime transaminazice. Grupările amino sunt utilizate în ciclul ureei; aminoacizilor lipsiți de grupe amino se numesc cetoacizi. Unii acizi ceto sunt produse intermediare ale ciclului Krebs. De exemplu, acidul alfa-ketoglutaric se formează în timpul deaminării glutamatului. [37] Aminoacizii glicogenici pot fi, de asemenea, transformați în glucoză în reacțiile de gluconeogeneză. [38]

Transformări energetice

Fosforilarea oxidantă

În fosforilarea oxidativă, electronii îndepărtați din moleculele alimentare în căile metabolice (de exemplu, în ciclul Krebs) sunt transferați la oxigen și energia eliberată este folosită pentru a sintetiza ATP. În eucariote, acest proces este realizat cu participarea unui număr de proteine ​​fixate în membranele mitocondriilor, numite lanțul respirator al transferului de electroni. În procariote, aceste proteine ​​sunt prezente în membrana interioară a peretelui celular. [39] Proteinele lanțului de transfer de electroni utilizează energia obținută prin transferarea electronilor din molecule reduse (de exemplu, NADH) la oxigen pentru a transporta protoni prin membrană. [40]

Atunci când protonii sunt pompați, se creează o diferență de concentrații de ioni de hidrogen și apare un gradient electrochimic. [41] Această forță returnează protonii înapoi la mitocondri prin baza sintazei ATP. Fluxul de protoni determină rotirea inelului din subunitățile c ale enzimei, ca urmare a faptului că centrul activ al sintazei modifică forma și fosforilează adenozin difosfatul, transformându-l în ATP. [15]

Energie din compuși anorganici

Chemolitotrofii sunt numiți procariote care au un tip special de metabolism, în care se formează energie ca urmare a oxidării compușilor anorganici. Chemolitotrofii pot oxida hidrogenul molecular, [42] compușii cu sulf (de exemplu, sulfurile, hidrogenul sulfurat și tiosulfatul), [1] oxidul de fier [43] sau amoniacul. În acest caz, energia din oxidarea acestor compuși se formează cu ajutorul unor acceptori de electroni, cum ar fi oxigenul sau nitriții. [45] Procesele de obținere a energiei din substanțele anorganice joacă un rol important în ciclurile biogeochimice, cum ar fi acetogeneza, nitrificarea și denitrificarea. [46] [47]

Energia din lumina soarelui

Energia soarelui este absorbită de plante, cianobacterii, bacterii purpurii, bacterii verzi și unele protozoare. Acest proces este adesea combinat cu conversia dioxidului de carbon în compuși organici, ca parte a procesului de fotosinteză (vezi mai jos). Captarea energiei și sistemele de fixare a carbonului în unele procariote pot funcționa separat (de exemplu, în bacteriile de sulf pur și verde). [48] ​​[49]

În multe organisme, absorbția energiei solare este, în principiu, similară cu fosforilarea oxidativă, deoarece energia este stocată sub formă de gradient de concentrație a protonului, iar forța de antrenare a protonului conduce la sinteza ATP. [15] Electronii necesari pentru acest lanț de transport provin din proteine ​​de recoltare a luminii, numite centre de reacții fotosintetice (un exemplu de rodopsine). În funcție de tipul de pigmenți fotosintetici, sunt clasificate două tipuri de centre de reacție; în prezent, majoritatea bacteriilor fotosintetice au doar un singur tip, în timp ce plantele și cianobacteriile sunt două. [50]

În plante, alge și cianobacterii, Photosystem II utilizează energia luminoasă pentru a îndepărta electronii din apă, în timp ce oxigenul molecular este eliberat ca produs secundar al reacției. Electronii intră apoi în complexul citocrom b6f, care utilizează energia pentru a transfera protoni prin membrana tialacoidă în cloroplaste. [7] Sub acțiunea unui gradient electrochimic, protonii se deplasează înapoi prin membrană și declanșează sinteza ATP. Apoi, electronii trec prin sistemul fotosensibil I și pot fi utilizați pentru a oxida coenzima NADP +, pentru utilizarea în ciclul Calvin sau reciclare pentru a forma molecule ATP suplimentare. [51]

anabolism

Anabolismul - un set de procese metabolice ale biosintezei moleculelor complexe cu consumul de energie. Moleculele complexe care alcătuiesc structurile celulare sunt sintetizate succesiv din precursori simpli. Anabolismul include trei etape principale, fiecare dintre acestea fiind catalizată de o enzimă specializată. În prima etapă, se sintetizează molecule precursor, de exemplu, aminoacizi, monozaharide, terpenoide și nucleotide. În a doua etapă, predecesorii cu cheltuieli de energie ATP sunt transformați în forme activate. În a treia etapă, monomerii activi sunt combinați în molecule mai complexe, de exemplu, proteine, polizaharide, lipide și acizi nucleici.

Nu toate organismele vii pot sintetiza toate moleculele biologic active. Autotrofii (de exemplu, plantele) pot sintetiza molecule organice complexe de la astfel de substanțe simple cu conținut molecular mic, cum ar fi bioxidul de carbon și apă. Heterotrofurile au nevoie de o sursă de substanțe mai complexe, cum ar fi monozaharidele și aminoacizii, pentru a crea molecule mai complexe. Organismele sunt clasificate în funcție de principalele surse de energie: fotoautotrofele și fotoheterotrofele produc energie din lumina soarelui, în timp ce chemoautotrofii și hemoheterotrofurile produc energie din reacțiile de oxidare anorganică.

Sechestrarea carbonului

Fotosinteza este procesul de biosinteză a zaharurilor din dioxidul de carbon, în care energia necesară este absorbită de lumina soarelui. În plante, cianobacterii și alge, fotoliza apelor apare în timpul fotosintezei oxigenului, în timp ce oxigenul este eliberat ca produs secundar. Pentru a converti CO2 ATP și NADPH stocate în fotosisteme se utilizează în 3-fosfoglicerat. Reacția de legare a carbonului este efectuată utilizând enzima ribuloză-bisfosfat carboxilază și face parte din ciclul Calvin. [52] În plante, sunt clasificate trei tipuri de fotosinteză - de-a lungul căii moleculare cu trei atomi de carbon, de-a lungul căii moleculare cu patru atomi de carbon (C4) și fotosintezei CAM. Trei tipuri de fotosinteză diferă în ceea ce privește legarea dioxidului de carbon și intrarea acestuia în ciclul Calvin; în plante C3, legarea CO2 apare direct în ciclul Calvin, iar la C4 și CAM CO2 inclusă anterior în alți compuși. Diferitele forme de fotosinteză sunt adaptări la fluxul intens de lumină solară și la condițiile de uscare. [53]

În prokaryotele fotosintetice, mecanismele de legare a carbonului sunt mai diverse. Dioxidul de bioxid de carbon poate fi fixat în ciclul Calvin, în ciclul Krebs invers, [54] sau în reacțiile de cartilare a acetil-CoA. [55] [56] Procarioții - chemoautotrofii leagă de asemenea CO2 prin ciclul lui Calvin, dar pentru reacția folosind energia compușilor anorganici. [57]

Carbohidrați și glicani

În procesul de anabolizare a zahărului, acizii organici simpli pot fi transformați în monozaharide, de exemplu, glucoză, și apoi folosiți pentru sinteza polizaharidelor, cum ar fi amidonul. Formarea glucozei din compuși precum piruvat, lactat, glicerină, 3-fosfoglicerat și aminoacizi se numește gluconeogeneză. În procesul de gluconeogeneză, piruvatul este transformat în glucoz-6-fosfat printr-o serie de intermediari, dintre care mulți se formează și în timpul glicolizei. Cu toate acestea, gluconeogeneza nu este doar glicoliza în direcția opusă, deoarece mai multe reacții chimice catalizează enzimele speciale, ceea ce face posibilă reglarea independentă a proceselor de formare și descompunere a glucozei. [58] [59]

Multe organisme rezerve de substanțe nutritive sub formă de lipide și grăsimi, cu toate acestea, vertebrate au enzime care catalizează conversia acetil-CoA (produs al metabolismului acizilor grași) în piruvat (substrat de gluconeogeneză). După o lungă perioadă de repaus, vertebratele încep să sintetizeze corpurile cetone din acizi grași, care pot înlocui glucoza în țesuturi precum creierul. [61] La plante și bacterii, această problemă metabolică este rezolvată folosind ciclul glioxilatului, care șuntează etapa decarboxilare în ciclul acidului citric și permite transformarea acetil-CoA la oxaloacetatului și apoi utilizat pentru sinteza glucozei. [60] [62]

Polizaharidele au funcții structurale și metabolice și pot fi legate de lipide (glicolipide) și proteine ​​(glicoproteine) cu ajutorul enzimelor oligozaharid transferazei. [63] [64]

Acizii grași, izoprenoidele și steroizii

Acizii grași sunt formați de sintetazei de acizi grași din acetil CoA. Schema de carbon a acizilor grași este extinsă într-un ciclu de reacții în care o grupare acetil se unește mai întâi, atunci gruparea carbonil este redusă la o grupare hidroxil, apoi are loc deshidratarea și reducerea ulterioară. Grase enzime biosinteza acidului sunt clasificate în două grupe: animale și fungi toate reacțiile sintezei acizilor grași sunt realizate de un tip de proteină multifuncțională I, [65] în plastidele de plante și bacterii în fiecare fază a enzimelor II catalizează tip separat. [66] [67]

Terpenes și terpenoids sunt reprezentanți ai celei mai numeroase clase de produse naturale din plante. [68] Reprezentanții acestui grup de substanțe sunt derivați din izopren și sunt formați din precursori activi ai pirofosfatului de izopentil și pirofosfatului de dimetil-metil, care, la rândul lor, se formează în diferite reacții metabolice. [69] La animale și Archaea și izopentilpirofosfat dimetilallilpirofosfat sintetizat din acetil-CoA la calea mevalonat [70], în timp ce în plante și bacterii substraturi de cale non-mevalonat sunt piruvat și gliceraldehid 3-fosfat. [69] [71] În reacțiile de biosinteză a steroizilor, moleculele de izopren se combină pentru a forma squalena, care apoi formează structuri ciclice pentru a forma lanosterol. [72] Lanosterolul poate fi transformat în alte steroizi, cum ar fi colesterolul și ergosterolul. [72] [73]

proteine

Organismele diferă în capacitatea lor de a sintetiza 20 de aminoacizi obișnuiți. Majoritatea bacteriilor și plantelor pot sintetiza toate cele 20, dar mamiferele pot sintetiza doar 11 aminoacizi esențiali. [7] Astfel, în cazul mamiferelor, 9 aminoacizi esențiali trebuie să fie obținuți din alimente. Toți aminoacizii sunt sintetizați din intermediarii de glicoliză, ciclul acidului citric sau din calea pentoză monofosfat. Transferul grupelor amino de la aminoacizi la alfa cetoacizi se numește transaminare. Grupurile amino donatoare sunt glutamatul și glutamina. [74]

Aminoacizii legați prin legături peptidice formează proteine. Fiecare proteină are o secvență unică de reziduuri de aminoacizi (structura primară a proteinei). La fel cum literele alfabetului pot fi combinate pentru a forma variații aproape nelimitate ale cuvintelor, aminoacizii se pot lega într-o secvență sau alta și formează diverse proteine. Enzima Aminoacil-tRNA sintetaza catalizează atașarea dependentă de ATP a aminoacizilor la tARN prin legăturile de ester, cu formarea aminoacil-ARNm. [75] TARN aminoacil sunt substraturi pentru ribozomi, care combină aminoacizii în lanțuri polipeptidice lungi utilizând un șablon mRNA. [76]

nucleotide

Nucleotidele sunt formate din aminoacizi, dioxid de carbon și acid formic într-un lanț de reacții care necesită o cantitate mare de energie pentru a curge. [77] [78] De aceea majoritatea organismelor au sisteme eficiente de conservare a nucleotidelor sintetizate anterior și a bazelor azotate. [77] [79] Purinele sunt sintetizate ca nucleozide (asociate în principal cu riboza). Adenina și guanina sunt formate din monofosfat de inozină, care este sintetizat din glicină, glutamină și aspartat cu participarea metilen-tetrahidrofolatului. Pyrimidinele sunt sintetizate din orotat, care este format din glutamină și aspartat. [80]

Xenobiotice și metabolismul oxidativ

Toate organismele sunt expuse în mod constant la compuși a căror acumulare poate fi dăunătoare celulelor. Astfel de compuși străini potențial periculoși se numesc xenobiotice. [81] Xenobioticele, cum ar fi drogurile sintetice și otrăvurile de origine naturală, sunt detoxificate de enzime specializate. La om, astfel de enzime sunt reprezentate, de exemplu, de citocromoxidazele, [82] glucuroniltransferaza, [83] și glutathiona S-transferaza. [84] Sistemul de acte enzime în trei etape: prima xenobioticelor etapă oxidate, atunci există conjugarea grupărilor solubile în apă într-o moleculă, substanțe xenobiotice solubile în apă modificate în continuare pot fi îndepărtate din celule și metabolizat înainte de excreție. Reacțiile descrise joacă un rol important în descompunerea microbiană a poluanților și bioremedierea terenurilor poluate și a scurgerilor de petrol. [85] Multe dintre aceste reacții apar cu participarea organismelor multicelulare, dar din cauza incredibila varietate de microorganisme face cu un spectru mult mai larg de xenobiotice decât organisme multicelulare și sunt capabili de a distruge chiar și poluanți organici persistenți, de exemplu, compusul organoclorurate. [86]

O problemă legată de organismele aerobe este stresul oxidativ. [87] În procesul de fosforilare oxidativă și formarea legăturilor disulfidice în timpul depunerii proteinei, se formează forme de oxigen activ, cum ar fi peroxidul de hidrogen. [88] Acești oxidanți dăunători sunt îndepărtați de antioxidanți, cum ar fi enzime glutation și catalază și peroxidază. [89] [90]

Termodinamica organismelor vii

Organismele vii se supun principiilor termodinamicii, care descriu transformările căldurii și ale muncii. A doua lege a termodinamicii spune că entropia nu scade în nici un sistem izolat. Deși complexitatea incredibilă a organismelor vii contravine în mod evident acestei legi, viața este posibilă, deoarece toate organismele sunt sisteme deschise care schimbă materia și energia cu mediul. Astfel, sistemele vii nu sunt în echilibru termodinamic, ci acționează ca un sistem disipativ care își menține starea de organizare complexă, determinând o creștere mai mare a entropiei de către mediul înconjurător. [91] În metabolismul celular, acest lucru se realizează prin combinarea catabolismului spontan cu anabolismul spontan. În condiții termodinamice, metabolismul menține ordinea creând tulburare. [92]

Reglementarea și controlul

Homeostazia este constanța mediului intern al corpului. Deoarece mediul înconjurător în majoritatea organismelor se schimbă în mod constant, pentru a menține condițiile constante în interiorul celulelor, reacțiile metabolice trebuie să fie precis reglate. [93] [94] Reglarea metabolismului permite organismelor să răspundă la semnale și să interacționeze activ cu mediul. [95] În cazul unei enzime, reglementarea constă în creșterea și scăderea activității sale ca răspuns la semnale. Pe de altă parte, enzima are un anumit control asupra căii metabolice, care este definită ca efect al modificării activității enzimei pe o cale metabolică dată. [96]

Există mai multe niveluri de reglementare a metabolismului. În calea metabolică, autoreglarea are loc la nivelul substratului sau al produsului; de exemplu, o scădere a cantității de produs poate compensa un flux crescut de substrat de reacție de-a lungul acestei căi. [97] Acest tip de reglementare include adesea reglementarea alosterică a activității anumitor enzime în căile metabolice. [98] Controlul extern include o celulă a unui organism multicelulular care își schimbă metabolismul ca răspuns la semnalele din alte celule. Aceste semnale, de obicei sub formă de mesageri solubili, cum ar fi hormoni și factori de creștere, sunt determinați de către receptorii specifici de pe suprafața celulei. Aceste semnale sunt apoi transmise în celulă printr-un sistem de mesageri secundari, care sunt adesea asociați cu fosforilarea proteinelor. [100]

Un exemplu bine studiat de control extern este reglarea metabolismului glucozei de către insulină. [101] Insulina este produsă ca răspuns la creșterea nivelului de glucoză din sânge. Hormonul se leagă de receptorul de insulină de pe suprafața celulară, apoi se activează o cascadă de proteine ​​kinaze, care asigură absorbția moleculelor de glucoză de către celule și le transformă în molecule de acid gras și glicogen. [102] Metabolismul glicogen este controlat de activitatea fosforilazei (enzima care descompune glicogenul) și glicogen sintaza (enzima care o formează). Aceste enzime sunt interconectate; fosforilarea este inhibată de glicogen sintază, dar este activată de fosforilază. Insulina determină sinteza glicogenului prin activarea fosfatazelor proteice și reduce fosforilarea acestor enzime. [103]

evoluție

Principalele căi metabolice descrise mai sus, de exemplu, glicoliza și ciclul Krebs, sunt prezente în toate cele trei domenii ale ființelor vii și se găsesc în ultimul strămoș comun universal. Acest strămoș universal a fost un procaritar și probabil un metan cu metabolismul aminoacizilor, nucleotidelor, carbohidraților și lipidelor. [106] [106] Conservarea acestor căi metabolice antice în evoluție poate fi rezultatul faptului că aceste reacții sunt optime pentru rezolvarea problemelor specifice cu metabolismul. Astfel, produsele finale ale glicolizei și ale ciclului Krebs se formează cu o eficiență ridicată și cu un număr minim de etape. [4] [5] Primele căi metabolice bazate pe enzime ar putea face parte din metabolismul nucleotidelor purine din căile metabolice anterioare, făcând parte din lumea antică a ARN-ului. [107]

Multe modele au fost propuse pentru a descrie mecanismele prin care au evoluat noi căi metabolice. Acestea includ adăugarea secvențială a noilor enzime într-o cale scurtă a ancestrului, duplicarea și apoi divergența tuturor căilor, precum și un set de enzime deja existente și asamblarea acestora într-o nouă cale de reacție. [108] Importanța relativă a acestor mecanisme este neclară, dar studiile genomice au arătat că enzimele din calea metabolică au cel mai probabil o origine comună, sugerând că multe căi au evoluat pas cu pas cu noi funcții create din etapele deja existente ale căii. [109] Un model alternativ bazat pe cercetare care urmărește evoluția structurii proteinelor în legăturile metabolice; sugerează că enzimele au fost asamblate pentru a efectua funcții similare în diferite căi metabolice. [110] Aceste procese de asamblare au condus la evoluția unui mozaic enzimatic. [111] Unele părți ale metabolismului au existat probabil ca "module" care ar putea fi refolosite în diferite moduri pentru a îndeplini funcții similare. [112]

Evoluția poate duce, de asemenea, la pierderea funcțiilor metabolice. De exemplu, la unii paraziți, procesele metabolice care nu sunt importante pentru supraviețuire sunt pierdute, iar aminoacizii gata preparați, nucleotidele și carbohidrații sunt obținute de la gazdă. Simptome similare ale capacității metabolice sunt observate în organismele endosimbiotice. [114]

Metode de cercetare

Clasic, metabolismul este studiat printr-o abordare simplificată care se concentrează pe o singură cale metabolică. Este deosebit de importantă utilizarea atomilor marcați la nivelurile organismului, țesuturilor și celulelor, care determină căile de la precursori la produsele finale prin identificarea produselor intermediare marcate radioactiv. [115] Enzimele care catalizează aceste reacții chimice pot fi apoi izolate pentru a studia cinetica lor și răspunsul la inhibitori. O abordare paralelă este identificarea moleculelor mici în celule sau țesuturi; setul complet al acestor molecule se numește metabolism. În general, aceste studii oferă o bună înțelegere a structurii și funcțiilor căilor metabolice simple, dar sunt insuficiente în aplicarea la sisteme mai complexe, cum ar fi metabolismul complet al unei celule. [116]

Ideea complexității rețelelor metabolice din celule, care conține mii de enzime diferite, este reflectată în imaginea din dreapta, care arată interacțiuni numai între 43 de proteine ​​și 40 de metaboliți, care sunt reglementate de 45.000 de gene. [117] Cu toate acestea, acum este posibil să se utilizeze astfel de date genomice pentru a crea o rețea completă de reacții biochimice și pentru a forma mai multe modele matematice holistice care să poată explica și prezice comportamentul lor. [118] Aceste modele sunt deosebit de puternice atunci când sunt utilizate pentru a integra datele de cale și metaboliți proveniți din metode clasice cu datele de exprimare genetică din studiile proteomice și ADN microarray. [119] Prin aceste metode se creează un model de metabolism uman, care va servi drept ghid pentru cercetarea viitoare în domeniul medicamentelor și a cercetării biochimice. [120] Aceste modele sunt utilizate în prezent în analizele de rețea pentru a clasifica bolile umane în grupuri care diferă în proteine ​​sau metaboliți totali. [121] [122]

Un exemplu frapant al rețelelor metabolice bacteriene este dispozitivul de legătorie [123] [124] [125], structura căruia permite introducerea unei game largi de nutrienți și producerea unei game largi de produse și a macromoleculelor complexe utilizând relativ puține intermediare comune.

Principala bază tehnologică a acestor informații este ingineria metabolică. Aici, organismele, cum ar fi drojdiile, plantele sau bacteriile, sunt modificate genetic pentru a le face mai eficiente în domeniul biotehnologiei și pentru a ajuta la fabricarea medicamentelor, cum ar fi antibioticele sau substanțele chimice industriale, cum ar fi 1,3-propandiolul și acidul shikimic. [126] Aceste modificări genetice au ca scop, de obicei, reducerea cantității de energie utilizată pentru producerea produselor, creșterea randamentelor și reducerea producției de deșeuri. [127]

Istoria

Istoria studiului metabolismului acoperă câteva secole. Studiile au început cu studiul organismelor animale, în biochimia modernă, studiind reacțiile metabolice individuale. Conceptul metabolismului este întâlnit pentru prima oară în lucrările lui Ibn al-Nafis (1213-1288), care a scris că "corpul și părțile sale sunt într-o stare constantă de dezintegrare și nutriție, astfel încât să sufere inevitabil schimbări permanente". [128] Primele experimente controlate privind metabolismul uman au fost publicate de Santorio Santorio în 1614 în italiană. Ars de statica medicina. [129] El a spus cum a cântărit el însuși înainte și după mâncare, somn, lucru, sex, pe stomacul gol, după băut și urină. El a descoperit că majoritatea alimentelor pe care le-a luat au fost pierdute ca urmare a unui proces numit "evaporare invizibilă".

În studiile timpurii, mecanismele reacțiilor metabolice nu au fost găsite și sa crezut că țesutul viu controlează țesutul viu. [130] În secolul al XIX-lea, studiind fermentarea alcoolului de zahăr cu drojdie, Louis Pasteur a concluzionat că fermentația este catalizată de substanțele din celulele de drojdie, pe care le numește enzime. Pasteur a scris că "fermentația alcoolică este o acțiune asociată cu viața și este organizată de celulele drojdii și nu este asociată cu moartea sau descompunerea celulelor". Această descoperire, împreună cu publicarea lui Friedrich Wöhler în 1828 despre sinteza chimică a ureei [132], a demonstrat că compușii organici și reacțiile chimice găsite în celule nu diferă în principiu, ca orice alte secțiuni ale chimiei.

Descoperirea enzimelor de la începutul secolului XX de către Edward Buchner a separat studiul reacțiilor metabolice de studiul celulelor și a dus la dezvoltarea biochimiei ca știință. [133] Unul dintre biochimii de succes de la începutul secolului al XX-lea a fost Hans Adolph Krebs, care a contribuit enorm la studiul metabolismului. [134] Krebs a descris ciclul ureei și, ulterior, a lucrat cu Hans Kornberg, ciclul de acid citric și ciclul glioxilat. În studiile biochimice moderne, se folosesc pe scară largă noi metode, cum ar fi cromatografia, difracția cu raze X, spectroscopia RMN, microscopia electronică și metoda dinamicii moleculare clasice. Aceste metode vă permit să descoperiți și să studiați în detaliu numeroasele molecule și căile metabolice din celule.

VITAMINA C: nevoie și efect asupra corpului. Ce produse conțin.

Acid ascorbic cu glucoză (acid ascorbic cu glucoză)