Материал: Питание и физическая нагрузка. Методы расчета общего и физического метаболизма учебно-методическое пособие

Серии химических реакций обмена веществ называют метаболическими путями. В них, при участии ферментов, одни биологически значимые молекулы последовательно превращаются в другие. Во многом регуляция обмена веществ осуществляется гормонами. Ферменты играют важную роль в метаболических процессах, потому что:

∙действуют как биологические катализаторы и снижают энергию активации химической реакции;

∙позволяют регулировать метаболические пути в ответ на изменения среды клетки или сигналы от других клеток.

Особенности метаболизма влияют на то, будет ли пригодна определенная

молекула для использования организмом в качестве источника энергии.

Любая физическая работа сопровождается изменением скорости метаболических процессов в организме, появлением биохимических сдвигов в работающих мышцах, внутренних органах и крови.

В основе всех биохимических изменений, возникающих при работе,

лежит изменение направленности метаболизма. При выполнении физической нагрузки в организме повышается скорость катаболических процессов,

сопровождающихся выделением энергии и синтезом АТФ, при одновременном снижении скорости анаболизма, потребляющего значительное количество АТФ для обеспечения различных синтезов.

Необходимая перестройка метаболизма во время мышечной деятельности происходит под воздействием нервно-гуморальной регуляции. Эта регуляция предназначена для создания мышцам оптимальных условий при выполнении ими сократительной функции.

Органические вещества, входящие в состав всех живых существ

(животных, растений, грибов и микроорганизмов), представлены в основном аминокислотами, углеводами, липидами (часто называемые жирами) и

нуклеиновыми кислотами. Так как эти молекулы имеют важное значение для жизни, метаболические реакции сосредоточены на создании этих молекул при строительстве клеток и тканей или разрушении их с целью использования в

6

качестве источника энергии. Многие важные биохимические реакции объединяются вместе для синтеза ДНК и белков.

Метаболизм включает широкий спектр химических реакций,

большинство из которых относится к нескольким основным типам реакций переноса функциональных групп.

Для переноса функциональных групп между ферментами,

катализирующими химические реакции, используются коферменты.

Каждый класс химических реакций переноса функциональных групп катализируется отдельными ферментами и их кофакторами.

Аденозинтрифосфат (АТФ) – один из центральных коферментов,

универсальный источник энергии клеток. Этот нуклеотид используется для передачи химической энергии, запасенной в макроэргических связях, между различными химическими реакциями.

В клетках существует небольшое количество АТФ, который постоянно регенерируется из AДФ и AМФ. Организм человека за сутки расходует массу АТФ, равную массе собственного тела [2].

АТФ выступает в качестве связующего звена между катаболизмом и анаболизмом: при катаболических реакциях образуется АТФ, при анаболических – энергия потребляется. АТФ также выступает донором фосфатной группы в реакциях фосфорилирования. Неорганические элементы играют важнейшую роль в обмене веществ.

Баланс этих ионов внутри клетки и во внеклеточной среде определяет осмотическое давление и pH. Концентрации ионов также играют важную роль для функционирования нервных и мышечных клеток. Потенциал действия в возбудимых тканях возникает при обмене ионами между внеклеточной жидкостью и цитоплазмой. Электролиты входят и выходят из клетки через ионные каналы в плазматической мембране. Например, в ходе мышечного сокращения в плазматической мембране, цитоплазме и Т-трубочках перемещаются ионы кальция, натрия и калия.

7

Катаболизмом называют метаболические процессы, при которых расщепляются относительно крупные органические молекулы сахаров, жиров,

аминокислот. В ходе катаболизма образуются более простые органические молекулы, необходимые для реакций анаболизма (биосинтеза). Часто именно в ходе реакций катаболизма организм мобилизует энергию, переводя энергию химических связей органических молекул, полученных в процессе переваривания пищи, в доступные формы: в виде АТФ, восстановленных коферментов и трансмембранного электрохимического потенциала. У

животных эти реакции сопряжены с расщеплением сложных органических молекул до более простых, таких как двуокись углерода и воду.

Анаболизм – совокупность метаболических процессов биосинтеза сложных молекул с затратой энергии. Сложные молекулы, входящие в состав клеточных структур, синтезируются последовательно из более простых предшественников. Анаболизм включает три основных этапа, каждый из которых катализируется специализированным ферментом.

На первом этапе синтезируются молекулы-предшественники, например,

аминокислоты, моносахариды, терпеноиды и нуклеотиды.

На втором этапе предшественники с затратой энергии АТФ преобразуются в активированные формы.

На третьем этапе активированные мономеры объединяются в более сложные молекулы, например, белки, полисахариды, липиды и нуклеиновые кислоты.

Не все живые организмы могут синтезировать все биологически активные молекулы. Человеческий организм способен синтезировать лишь 10

аминокислот, остальные должны быть получены из пищи [3]. Аминокислоты,

соединёнными пептидными связями, образуют белки. Каждый белок имеет уникальную последовательность аминокислотных остатков (первичная структура белка). Подобно тому, как буквы алфавита могут комбинироваться с образованием почти бесконечных вариаций слов, аминокислоты могут

8

связываться в той или иной последовательности и формировать разнообразные белки.

Нуклеотиды образуются из аминокислот, углекислого газа и муравьиной кислоты в цепи реакций, для протекания которых требуется большое количество энергии. Именно поэтому большинство организмов имеют эффективные системы сохранения ранее синтезированных нуклеотидов и азотистых оснований.

Кроме всего, организм постоянно подвергается воздействию соединений,

накопление которых может быть вредно для клеток. Такие потенциально опасные чужеродные соединения называются ксенобиотиками [4]. Ксенобиотики,

например синтетические лекарства и яды природного происхождения,

детоксифицируются специализированными ферментами.

У человека такие ферменты представлены, например, цитохром-оксидазами,

глюкуронилтрансферазой и глутатион S-трансферазой.

Общий ежедневный расход энергии человека складывается из ряда отдельных компонентов. Различают три вида метаболизма:

Самой большой составляющей являются энергозатраты в состоянии покоя, это расход энергии на основной (базальный) метаболизм (ОО) – около –

70%,

Другой компонент – расход энергии в состоянии активности – 20%.

Физический метаболизм (ФМ) в свою очередь можно разделить на:

∙расход энергии на термогенез во время спортивных упражнений;

∙расход энергии на термогенез во время активности, не связанной с

упражнениями (восстановление после физической нагрузки).

Пищеварительный метаболизм – термический эффект пищи, энергия затраченная получение энергии из пищи (ПМ) – 10%.

Скорость протекания метаболизма – динамическая величина. Дефицит энергии в организме, снижение массы тела влияет на энергообмен организма.

9