Вы наверняка слышали такие выражения как анаболизм, катаболизм и метаболизм. Если это для вас пока непонятные слова, то я помогу вам разобраться и понять, что означают эти термины.
На самом деле все очень просто, эти термины используются в медицине, биологии, биохимии и т.д. Просто некоторые авторы, когда пытаются что-то рассказать, любят использовать очень много специальной терминологии, тем самым запутывают слушателей. Они забывают, что разговаривают с людьми разных профессий, поэтому не все их понимают.
Я, например, всегда стараюсь рассказывать простыми и понятными словами даже очень сложные вещи из разных наук. Иногда полезно делать сложные вещи – простыми
Хотя, образованный человек, конечно, должен знать элементарные понятия из разных наук…
АНАБОЛИЗМ – так называются все процессы создания новых веществ, клеток и тканей организма.
Примеры анаболизма: синтез в организме белков и гормонов, создание новых клеток, накопление жиров, создание новых мышечных волокон – это все анаболизм. То есть, совокупность всех процессов в организме при которых происходит создание любых новых веществ и тканей – называется анаболизм!
КАТАБОЛИЗМ – является противоположностью анаболизма. То есть, это расщепление сложных веществ на более простые, а так же распад старых частей клеток и тканей организма.
Возможно, вам кажется что катаболизм – это что-то плохое, потому что это разрушение… На самом деле это не так, ведь расщепление жиров и углеводов для получения энергии это тоже катаболизм, а без этой энергии организм существовать не может.
Более того, эта энергия может быть направлена на синтез нужных веществ, на создание клеток и обновление организма, то есть на анаболизм. Анаболизм и катаболизм взаимосвязаны между собой.
Так же вы наверняка слышали фразу «анаболические стероиды» – это запрещенные препараты, которые используют некоторые спортсмены. Термин «анаболический» не страшен, он просто означает, что эти вещества участвуют в анаболических процессах, то есть в процессах создания новых клеток и веществ. Но опасность в том, что анаболические стероиды – это гормональные препараты, они вмешиваются в гормональную систему человека и разрушают ее. Нарушение гормонального баланса приводит к нарушениям обмена веществ, к травмам, и к серьезным заболеваниям, например к заболеваниям сердца, печени и почек – это известно любому врачу.
Друзья – занимайтесь чистым спортом без химии, чтобы не разрушать тело, а укреплять его!
Итак, анаболизм – это процессы синтеза новых веществ, катаболизм – это процессы распада веществ.
Все вместе это называется – МЕТАБОЛИЗМ, что означает – обмен веществ.
Как видите, анаболизм и катаболизм – это противоположные процессы, но они являются двумя частями одного процесса – обмена веществ, и обе эти части важны!
Правильное сочетание анаболизма и катаболизма обеспечивает сбалансированный обмен веществ и здоровье вашего организма.
Анаболизм и катаболизм – это основные метаболические процессы.
Катаболизм – это ферментативное расщепление сложных органических соединений, осуществляющееся внутри клетки за счет реакций окисления. Катаболизм сопровождается выделением энергии и запасанием ее в макроэргических фосфатных связях АТФ.
Анаболизм – это синтез сложных органических соединений – белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов – из простых предшественников, поступающих в клетку из окружающей среды или образующихся в процессе катаболизма. Процессы синтеза связаны с потреблением свободной энергии, которая поставляется АТФ (рис. 31).
Рис. 31 Схема путей метаболизма в бактериальной клетке
В зависимости от биохимии процесса диссимиляции (катаболизма) различают дыхание и брожение.
Дыхание – это сложный процесс биологического окисления различных соединений), сопряженный с образованием большого количества энергии, аккумулируемой в виде макроэргических связей в структуре АТФ (аденозинтрифосфат), УТФ (уридинтрифосфат) и т.д., и образованием углекислого газа и воды. Различают аэробное и анаэробное дыхание.
Брожение – неполный распад органических соединений с образованием незначительного количества энергии и продуктов, богатых энергией.
Анаболизм включает процессы синтеза, при которых используется энергия, вырабатываемая в процессе катаболизма. В живой клетке одновременно и непрерывно протекают процессы катаболизма и анаболизма. Многие реакции и промежуточные продукты являются для них общими.
Живые организмы классифицируют в соответствии с тем, какой источник энергии или углерода они используют. Углерод – основной элемент живой материи. В конструктивном метаболизме ему принадлежит ведущая роль.
В зависимости от источника клеточного углерода все организмы, включая прокариотные, делят на автотрофы и гетеротрофы.
Автотрофы используют CO 2 в качестве единственного источника углерода, восстанавливая его водородом, который отщепляется от воды или другого вещества. Органические вещества они синтезируют из простых неорганических соединений в процессе фото- или хемосинтеза.
Гетеротрофы получают углерод из органических соединений.
Живые организмы могут использовать световую или химическую энергию. Организмы, живущие за счет энергии света, называют фототрофными. Органические вещества они синтезируют, поглощая электромагнитное излучение Солнца (свет). К ним относятся растения, сине-зеленые водоросли, зеленые и пурпурные серобактерии.
Организмы, получающие энергию из субстратов, источников питания (энергия окисления неорганических веществ), называют хемотрофами. Кхемогетеротрофам относятся большинство бактерий, а так же грибы и животные.
Существует немногочисленная группа хемоавтотрофов . К таким хемосинтезирующим микроорганизмам относятся нитрифицирующие бактерии, которые, окисляя аммиак до азотистой кислоты, высвобождают необходимую для синтеза энергию. К хемосинтетикам относятся также водородные бактерии, получающие энергию в процессе окисления молекулярного водорода.
Углеводы как источник энергии
У большинства организмов расщепление органических веществ происходит в присутствии кислорода – аэробный обмен. В результате такого обмена остаются бедные энергией конечные продукты (СО 2 и Н 2 О), но высвобождается много энергии. Процесс аэробного обмена называется дыханием, анаэробного – брожением.
Углеводы – основной энергетический материал, который клетки используют в первую очередь для получения химической энергии. Кроме того, при дыхании могут использоваться также белки и жиры, а при брожении – спирты и органические кислоты.
Расщепление углеводов организмы осуществляют разными путями, в которых важнейшим промежуточным продуктом является пировиноградная кислота (пируват). Пируват занимает центральное место в метаболизме при дыхании и брожении. Выделяют три основных механизма образования ПВК.
1. Фруктозодифосфатный (гликолиз) или путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса – универсальный путь.
Процесс начинается с фосфорилирования (рис. 32). При участии фермента гексокиназы и АТФ глюкоза фосфорилируется по шестому углеродному атому с образованием глюкозо-6-фосфата. Это активная форма глюкозы. Она служит исходным продуктом при расщеплении углеводов любым из трех путей.
При гликолизе глюкозо-6-фосфат изомеризуется во фруктозо-6-фосфат, а затем под действием 6-фосфофруктокиназы фосфорилируется по первому углеродному атому. Образовавшийся фруктозо-1,6-дифосфат под действием фермента альдолазы легко распадается на две триозы: фосфоглицериновый альдегид и дигидроксиацетонфосфат. Дальнейшее превращение С 3 -углеводов осуществляется за счет переноса водорода и фосфорных остатков через ряд органических кислот с участием специфических дегидрогеназ. Все реакции этого пути, за исключением трех, протекающих с участием гексокиназы, 6-фосфофруктокиназы и пируваткиназы, полностью обратимы. На стадии образования пировиноградной кислоты заканчивается анаэробная фаза превращения углеводов.
Максимальное количество энергии, получаемое клеткой при окислении одной молекулы углеводов гликолитическим путем, равно 2·10 5 Дж.
Рис.32. Фруктозодифосфатный путь расщепления глюкозы
2. Пентозофосфатный (Варбурга-Дикенса-Хорекера) путь характерен также для большинства организмов (в большей степени для растений, а для микроорганизмов играет вспомогательную роль). В отличие от гликолиза ПФ путь не образует пируват.
Глюкозо-6-фосфат превращается в 6-фосфоглюколактон, который декарбоксилируется (рис. 33). При этом образуется рибулозо-5-фосфат, на котором завершается процесс окисления. Последующие реакции рассматриваются как процессы превращения пентозофосфатов в гексозофосфаты и обратно, т.е. образуется цикл. Считают, что пентозофосфатный путь на одном из этапов переходит в гликолиз.
При прохождении через ПФ путь каждых шести молекул глюкозы происходит полное окисление одной молекулы глюкозо-6-фосфата до CO 2 и восстановление 6 молекул НАДФ + до НАДФ·Н 2 . Как механизм получения энергии этот путь в два раза менее эффективен, чем гликолитический: на каждую молекулу глюкозы образуется 1 молекула АТФ.
Рис. 33. Пентозофосфатный путь расщепления глюкозо-6-фосфата
Основное назначение этого пути – поставлять пентозы, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот, и обеспечивать образование большей части НАДФ·Н 2 , необходимого для синтеза жирных кислот, стероидов.
3. Путь Энтнера-Дудорова (кетодезоксифосфоглюконатный или КДФГ-путь) встречается только у бактерий. Глюкоза фосфорилируется молекулой АТФ при участии фермента гексокиназы (рис. 34).
Рис.34. Путь Энтнера-Дудорова расщепления глюкозы
Продукт фосфорилирования – глюкозо-6-фосфат – дегидрируется до 6-фосфоглюконата. Под действием фермента фосфоглюконатдегидрогеназы от него отщепляется вода и образуется 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконат (КДФГ). Последний расщепляется специфичной альдолазой на пируват и глицеральдегид-3-фосфат. Глицеральдегид далее подвергается действию ферментов гликолитического пути и трансформируется во вторую молекулу пирувата. Кроме того, этот путь поставляет клетке 1 молекулу АТФ и 2 молекулы НАД·Н 2 .
Таким образом, основным промежуточным продуктом окислительного расщепления углеводов является пировиноградная кислота, которая при участии ферментов превращается в различные вещества. Образовавшаяся одним из путей ПВК в клетке подвергается дальнейшему окислению. Освобождающиеся углерод и водород удаляются из клетки. Углерод выделяется в форме CO 2 , водород передается на различные акцепторы. Причем может передаваться либо ион водорода, либо электрон, поэтому перенос водорода равноценен переносу электрона. В зависимости от конечного акцептора водорода (электрона) различают аэробное дыхание, анаэробное дыхание и брожение.
Дыхание
Дыхание – окислительно-восстановительный процесс, идущий с образованием АТФ; роль доноров водорода (электронов) в нем играют органические или неорганические соединения, акцепторами водорода (электронов) в большинстве случаев служат неорганические соединения.
Если конечный акцептор электронов – молекулярный кислород, дыхательный процесс называют аэробным дыханием . У некоторых микроорганизмов конечным акцептором электронов служат такие соединения, как нитраты, сульфаты и карбонаты. Этот процесс называется анаэробным дыханием .
Аэробное дыхание – процесс полного окисления субстратов до CO 2 и Н 2 О с образованием большого количества энергии в форме АТФ.
Полное окисление пировиноградной кислоты происходит в аэробных условиях в цикле трикарбоновых кислот (ЦТК или цикл Кребса) и дыхательной цепи.
Аэробное дыхание состоит из двух фаз:
1). Образующийся в процессе гликолиза пируват окисляется до ацетил-КоА, а затем до CO 2 , а освобождающиеся атомы водорода перемещаются к акцепторам. Так осуществляется ЦТК.
2). Атомы водорода, отщепленные дегидрогеназами, акцептируются коферментами анаэробных и аэробных дегидрогеназ. Затем они переносятся по дыхательной цепи, на отдельных участках которой образуется значительное количество свободной энергии в виде высокоэнергетических фосфатов.
Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса, ЦТК)
Пируват, образующийся в процессе гликолиза, при участии мультиферментного комплекса пируватдегидрогеназы декарбоксилируется до ацетальдегида. Ацетальдегид, соединяясь с коферментом одного из окислительных ферментов – коферментом А (КоА-SH), образует «активированную уксусную кислоту» - ацетил-КоА – высокоэнергетическое соединение.
Ацетил-КоА под действием цитрат-синтетазы вступает в реакцию со щавелевоуксусной кислотой (оксалоацетат), образуя лимонную кислоту (цитрат С 6), которая является основным звеном ЦТК (рис. 35). Цитрат после изомеризации превращается в изоцитрат. Затем следует окислительное (отщепление Н) декарбоксилирование (отщепление СО 2) изоцитрата, продуктом которого является 2-оксоглутарат (С 5). Под влиянием ферментного комплекса ɑ-кетоглутаратдегидрогеназы с активной группой НАД он превращается в сукцинат, теряя СО 2 и два атома водорода. Сукцинат затем окисляется в фумарат (С 4), а последний гидратируется (присоединение Н 2 О) в малат. В завершающей цикл Кребса реакции происходит окисление малата, что приводит к регенерации оксалоацетата (С 4). Оксалоацетат взаимодействует с ацетил-КоА, и цикл повторяется снова. Каждая из 10 реакций ЦТК, за исключением одной, легко обратима. В цикл вступают два атома углерода в виде ацетил-КоА и такое же количество атомов углерода покидают этот цикл в виде СО 2 .
Рис. 35. Цикл Кребса (по В.Л. Кретовичу):
1, 6 – система окислительного декарбоксилирования; 2 – цитратсинтетаза, кофермент А; 3, 4 – аконитатгидратаза; 5 – изоцитратдегидрогеназа; 7 – сукцинатдегидрогеназа; 8 – фумаратгидратаза; 9 – малатдегидрогеназа; 10 – спонтанное превращение; 11 - пируваткарбоксилаза
В результате четырех окислительно-восстановительных реакций цикла Кребса осуществляется перенос трех пар электронов на НАД и одной пары электронов на ФАД. Восстановленные таким путем переносчики электронов НАД и ФАД подвергаются затем окислению уже в цепи переноса электронов. В цикле образуется одна молекула АТФ, 2 молекулы СО 2 и 8 атомов водорода.
Биологическое значение цикла Кребса заключается в том, что он является мощным поставщиком энергии и «строительных блоков» для биосинтетических процессов. Цикл Кребса действует только в аэробных условиях, в анаэробных он разомкнут на уровне α-кетоглутаратдегидрогеназы.
Дыхательная цепь
Последней стадией катаболизма является окислительное фосфорилирование. В ходе этого процесса высвобождается большая часть метаболической энергии.
Восстановленные в цикле Кребса переносчики электронов НАД и ФАД подвергаются окислению в дыхательной цепи или цепи транспорта электронов. Молекулы-переносчики – это дегидрогеназы, хиноны и цитохромы.
Обе ферментные системы у прокариот находятся в плазматической мембране, а у эукариот – во внутренней мембране митохондрий. Электроны от атомов водорода (НАД, ФАД) по сложной цепи переносчиков переходят к молекулярному кислороду, восстанавливая его, при этом образуется вода.
Баланс. Расчеты энергетического баланса показали, что при расщеплении глюкозы гликолитическим путем и через цикл Кребса с последующим окислением в дыхательной цепи до СО 2 и Н 2 О на каждую молекулу глюкозы образуется 38 молекул АТФ. Причем максимальное количество АТФ образуется в дыхательной цепи – 34 молекулы, 2 молекулы - в ЭМП-пути и 2 молекулы – в ЦТК (рис. 36).
Неполное окисление органических соединений
Дыхание обычно связано с полным окислением органического субстрата, т.е. конечными продуктами распада являются СО 2 и Н 2 О.
Однако некоторые бактерии и ряд грибов не до конца окисляют углеводы. Конечными продуктами неполного окисления являются органические кислоты: уксусная, лимонная, фумаровая, глюконовая и др., которые аккумулируются в среде. Этот окислительный процесс используется микроорганизмами для получения энергии. Однако общий выход энергии при этом значительно меньший, чем при полном окислении. Часть энергии окисляемого исходного субстрата сохраняется в образующихся органических кислотах.
Микроорганизмы, развивающиеся за счет энергии неполного окисления, используются в микробиологической промышленности для получения органических кислот и аминокислот.
Анаболизм и катаболизм – это процессы, выполняемые в нашем организме. Одни из них – процессы построения (анаболические), а другие – процессы деградации или разрушения (катаболические). Вероятно, многие из вас скажут, что анаболические процессы важнее и нужно снизить катаболические процессы до минимума.
Правда, однако, что процессы строения и деградации в организме зависят друг от друга, клетка не может существовать, если она только поглощает вещества, не синтезируя новые и наоборот. Анаболические и катаболические процессы строят единую биохимическую и энергетическую сущность метаболизма.
Вероятно, многие люди до сих пор не знают, что во время тренировки мы стимулируем катаболические процессы нашего тела, которые разрушают наши мышечные ткани. Для некоторых это может показаться странным, но если мы подумаем, то увидим логику. У нас не может быть процессов строительства, если мы не противопоставим им противоположное и они вызваны именно тренировкой мышц.
Короче говоря, мы разрушаем мышцы, чтобы они могли строиться и становиться все больше и сильнее. Хорошо знать, как на анаболические процессы влияет катаболизм и наоборот, потому что чем лучше мы знаем их зависимость, тем лучше результаты у нас в спортзале!
Анаболические процессы
Как мы уже говорили, анаболические процессы инициируются катаболическими процессами. Во время тренировок и обычных ежедневных занятий наш организм находится под напряжением и находится в катаболической фазе. Нормальный ответ организма на катаболические процессы – это процессы построения.
Анаболические процессы производятся в организме с энергией от проглоченной пищи, достаточным количеством покоя и гормонов: соматотропина, инсулиноподобного фактора роста, инсулина, тестостерона, эстрадиола. Этот процесс можно разделить на три этапа: синтез промежуточных соединений, синтез мономерных звеньев и синтез полимеров и мономеров. Проще говоря, движение от простого сложного с использованием доступной энергии организма.
Катаболические процессы
Катаболизм (деградация) – это процессы высвобождения энергии, при деградации веществ. Они определяются теплотворной способностью, обозначаемой как ккал / г (ккал / г вещества). Под влиянием катаболических процессов основные питательные вещества (белки, жиры и углеводы) деградируют до конечных продуктов: воды, CO2, аммиака, мочевины, мочевой кислоты и т. д., которые впоследствии выгружаются из организма через выделительную систему.
Статья по теме: Что такое духовный секс?
Катаболические процессы происходят во время физической активности и они на самом деле являются виновниками создания более сильных мышц и очистки подкожного жира.
Балансировка процессов
Многие люди пытаются остановить катаболические процессы или перестараться с ними (на тренировках) в идее получения максимальных результатов. Это не очень хороший подход, поскольку процессы зависят друг от друга. Чтобы максимизировать результаты, необходимо сбалансировать процессы анаболизма и катаболизма.
Мы должны напрячь наши мышцы и деградировать многие вещества, чтобы высвободить энергию, но мы также должны позволить нашему организму отдохнуть достаточно долго и получить необходимую пищу , чтобы преуспеть в восстановлении тканей и строительстве новых и более сильных. Когда человек тренируется слишком часто и недостаточно спит или недостаточно питается, у организма нет выбора, кроме как оставаться дольше в катаболической фазе и поэтому результаты уменьшаются или даже переходят от прогресса к регрессу!
Как добиться баланса
Самое главное – следить за прогрессом, чтобы знать, находимся ли мы на правильном пути (хорошо ли сбалансированы). Поделимся некоторыми вещами, которые следует иметь в виду и позволят минимизировать потери.
- Не переутомляйтесь. Часто смущенные знакомыми, друзьями или журналами, мы меняем нашу программу до такой степени, что наше тело не прекращает тренировки 7 дней в неделю. Большинство людей будет думать, что когда они тренируются каждый день, у них будут лучшие результаты. Это может быть справедливо только в том случае, если вы позволите своему телу отдохнуть и восстановиться, что трудно сделать, если вы тяжело и продолжительно, немного спите или не едите достаточно.
- Не пытайтесь подавить катаболические процессы . Потому что, как мы уже говорили несколько раз, они так же важны для вас, как и анаболические.
- Если вы уменьшите свою тренировку или интенсивность, ваше тело будет иметь очень плохой катаболизм и не будет необходимости в создании процессов построения мышц. Если вы тренируетесь регулярно и серьезно, то не переусердствуйте, позвольте вашему телу использовать максимальное анаболическое окно. Попробуйте ложиться спать до 11 вечера, чтобы встать рано в 7 утра. Наше тело сконструировано так, что, когда солнце садится, оно переходит в анаболическую фазу, а когда солнце утром поднимается, анаболизм переходит к катаболизму, который длится в течение дня.
- Избегайте эстрогенных продуктов (пищевые продукты, содержащие гормон эстроген): соевые бобы, продукты, обработанные пестицидами, говядина от мясников (эстроген добавляют в рацион коров, и он накапливается в клетках тела, соответственно есть, и в мясе, которое встречается в мясных магазинах). Органы по контролю за продуктами и лекарствами говорят, что они не позволяют использовать добавленные гормоны в свинине или домашней птице (курица, яйца, индейка), поэтому эти продукты не должны содержать эстроген. Тип пищи с эстрогенами будет склонять тело в пользу катаболических процессов, снижает количество анаболических гормонов (например, тестостерона) в сторону эстрогена.
- Расслабьтесь . Физический и умственный стресс оказывают большое влияние на процессы тела. Попытайтесь избавиться от таких ситуаций или если вы не можете избежать их, попытайтесь расслабиться.
- Избегайте сигарет, алкоголя и, конечно, всех видов наркотических веществ. Они не только замедлят ваш прогресс, но, как мы все знаем, это наносит ущерб вашему здоровью.
- Ешьте продукты, богатые клетчаткой (цельнозерновые
text_fields
text_fields
arrow_upward
Обмен веществ и энергии - это совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в организме человека и обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой .
Непрерывно идущий между организмом и окружающей средой обмен веществ и энергией является одним из наиболее существенных признаков жизни.
Для поддержания процессов жизнедеятельности обмен веществ и энергии обеспечивает пластические и энергетические потребности организма. Это достигается за счет извлечения энергии из поступающих в организм питательных веществ и преобразования ее в формы макроэргических (АТФ и другие молекулы) и восстановленных (НАДФ-Н - никотин- амид- адениндинуклеотидфосфат) соединений. Их энергия используется для синтеза белков, нуклеиновых кислот, липидов, а также компонентов клеточных мембран и органелл клетки, для выполнения механической, химической, осмотической и электрической работ, транспорта ионов. В ходе обмена веществ в организм доставляются пластические вещества, необходимые для биосинтеза, построения и обновления биологических структур.
Анаболизм и Катаболизм
text_fields
text_fields
arrow_upward
В обмене веществ (метаболизме) и энергии выделяют два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса:
1. Анаболизм, основу которого составляют процессы ассимиляции,
2. Катаболизм, в основе которого лежат процессы диссимиляции.
Анаболизм - это совокупность процессов биосинтеза органических веществ, компонентов клетки и других структур органов и тканей. Анаболизм обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также непрерывный ресинтез макроэргов и накопление энергетических субстратов.
Катаболизм - это совокупность процессов расщепления сложных молекул, компонентов клеток, органов и тканей до простых веществ, с использованием части из них в качестве предшественников биосинтеза, и до конечных продуктов распада с образованием макроэргических и восстановленных соединений. Взаимная связь основных функциональных элементов метаболизма представлена на рис. 10.1.
На схеме видно, что взаимосвязь процессов катаболизма и анаболизма основывается на единстве биохимических превращений, обеспечивающих энергией все процессы жизнедеятельности и постоянное обновление тканей организма . Движущей силой жизнедеятельности служит катаболизм. Сопряжение анаболических и катаболических процессов могут осуществлять различные вещества, но главную роль играют АТФ, НАДФ-Н. В отличие от других посредников метаболических превращений АТФ циклически рефосфорилируется, а НАДФ-Н - восстанавливается.
Обеспечение энергией процессов жизнедеятельности осуществляется за счет анаэробного и аэробного катаболизма поступающих в организм с пищей белков, жиров и углеводов .
В ходе анаэробного сбраживания глюкозы (гликолиза) или ее резервного субстрата гликогена (гликогенолиза) превращение 1 моля глюкозы в 2 моля лактата приводит к образованию 2 молей АТФ. Энергии, образующейся в ходе анаэробного обмена, недостаточно для осуществления процессов жизнедеятельности животных организмов. За счет анаэробного гликолиза могут удовлетворяться лишь ограниченные кратковременные энергетические потребности клетки. Известно, например, что зрелый эритроцит млекопитающих полностью удовлетворяет свои энергетические нужды за счет гликолиза.
В организме животных и человека в процессе аэробного обмена почти все органические вещества, в том числе продукты анаэробного обмена, полностью распадаются до СО 2 и Н 2 О. Общее количество молекул АТФ, образующихся при полном окислении 1 моля глюкозы до СО 2 и Н 2 О, составляет 25,5 молей. При полном окислении молекулы жиров образуется большее количество молей АТФ, чем при окислении молекулы углеводов. Так при полном окислении 1 моля пальмитиновой кислоты образуется 91,8 молей АТФ. Количество молей АТФ, образующихся при полном окислении аминокислот и углеводов, примерно одинаково. АТФ играет в организме роль внутренней «энергетической валюты», переносчика и аккумулятора химической энергии.
Основным источником энергии восстановления для реакции биосинтеза жирных кислот, холестерина, аминокислот, стероидных гормонов, предшественников синтеза нуклеотидов и нуклеиновых кислот является НАДФ-Н. Образование этого вещества осуществляется в цитоплазме клетки в процессе фосфоглюконатного пути катаболизма глюкозы. При таком расщеплении 1 моля глюкозы образуется 12 молей НАДФ-Н.
Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динамического равновесия или превалирования одного из них . Преобладание анаболических процессов над катаболическими приводит к росту, накоплению массы тканей, а преобладание катаболических процессов ведет к частичному разрушению тканевых структур, выделению энергии. Состояние равновесного или неравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от возраста (преобладание анаболизма в детском возрасте, равновесие у взрослых, преобладание катаболизма в старческом возрасте), состояния здоровья, выполняемой организмом физической или психоэмоциональной нагрузки.
Энергетический обмен — часть процесса обмена веществ в организме, называемого – метаболизмом.
Метаболизм включает две составляющие – анаболизм и катаболизм. Определение анаболизма: это пластический обмен (ассимиляция), в его процессе сложные вещества, попадающие в организм с пищей, преобразуются в простые, а затем снова в сложные – белки, жиры, углеводы, необходимые организму в той или иной ситуации.
Расщепление и синтез веществ — очень энергозатратный процесс диссимиляции, поэтому он сопровождается выделением необходимой энергии и называется катаболическим процессом.
Сущность проблемы
Энергетический обмен — крайне чувствительная структура. Ведь организм должен выделять и поглощать примерно одинаковое количество энергии, без отклонений в большую или меньшую сторону. Так, например, при расщеплении белка, затрачивается энергии больше, чем выделяется, а при расщеплении углеводов, наоборот, энергии получается больше, чем необходимо. В связи с этим обмен веществ и превращение энергии в синтез необходимых элементов, до сих пор подробно изучается наукой.
Что такое АТФ
Этапы энергетического обмена включают в себя реструктурирование различных веществ. Выделение энергии и синтез плотно связаны между собой. Проходят данные процессы в несколько этапов, причём, расщепляемое вещество упрощается до воды, углекислого газа и аденозинтрифосфата, или если говорить простым языком – АТФ. Углекислый газ выделяется через лёгкие, вода через почки и мочевыводящую систему, а вот АТФ используется для синтеза белка, жиров и углеводов. Обмен веществ и превращение энергии невозможно без АТФ. Она является единственным и универсальным источником энергии для метаболизма.
Аденозинтрифосфат, настолько универсален, что генерируется не только в организме человека, но даже растений, только в них преобразуется не гликоген, а крахмал.
Этапы катаболизма
Этапы катаболизма следует рассмотреть подробнее, так как это многоуровневый процесс. Энергетический обмен – катаболизм, разделяется на 3 стадии. С начала идёт подготовительный этап, в ходе процесса полимеры расщепляются, на мономеры.
Затем бескислородный, в ходе этого этапа, глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты, ещё этот процесс называется — гликолиз. И последний этап – разложение пировиноградной кислоты, до СО2, Н2О — это углекислый газ и вода.
Подготовительный этап
Энергетический метаболизм начинается с расщепления полимеров на мономеры. Другими словами углеводы, разлагаются до сахара, из белка получается набор простых аминокислот. Жир упрощается до составляющих его, жирной кислоты и глицерина. На данном этапе энергетический метаболизм не накапливает АТФ, вся выделенная энергия выражается в виде тепла, которое поглощается окружающей средой.
Катаболизм белков начинается в желудке, где под действием ферментов поджелудочной железы и желчи поступающей их желчного пузыря, происходит расщепление белка на мономеры. После этого, простые аминокислоты всасываются ворсинками тонкого кишечника в кровоток и разносятся по всему организму, попадая в клетки всех органов, для дальнейшего синтеза. Далее общий путь катаболизма белка, может измениться. Аминокислоты могут стать участниками катаболизма, то есть, расщепляться до выделения энергии, а могут стать строительным материалом организма. Например, катаболизм мышц сопровождается выделением энергии и строительством новых клеток.
Второй этап
Энергетический метаболизм второго этапа — безкислородный. Он протекает внутри клеточного пространства, в ходе которого глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты или проще пирувата. Химическая реакция выглядит так – молекула глюкозы, со своими 6 атомами углерода, распадается на 2 молекулы пирувата с 3 атомами углерода каждая. При этом, от глюкозы отделяется несколько атомов водорода, они в дальнейшем примут участие в следующем этапе.
Катаболизм глюкозы сопровождается накоплением АТВ, соотношение составляет примерно такое – на 1 молекулу глюкозы, получается 2 молекулы АТФ.
Третий этап
Специфические и общие пути катаболизма не заканчиваются кислородным этапом, так как он сам разделяется на 2 подэтапа.
Первый подэтап называется циклом Кребса, на этой стадии образуется и выделяется углекислый газ. Протекает данный этап в митахондриальном матриксе и сопровождается выделением АТФ.
Второй подэтап — фосфорилирование связанное с окислительными реакциями. Катаболизм глюкозы, например, в данном случае, протекает на внутренней мембране митохондрии. АТФ в данном процессе возникает в ходе движения протонов водорода, в дальнейшем присоединяющихся к анионам кислорода и становящихся частью, сформированной воды. Кислородные процессы (катаболизма) дают от 32 до 34 молекул аденозинтрифосфата из одной молекулы глюкозы. Таблицы помогут более детально и наглядно увидеть все процессы.
Значение баланса между катаболизмом и анаболизмом
Общий путь катаболизма и анаболизма должен приводить к динамическому балансу в организме. Если специфические пути катаболизма привели к его превышению над уровнем анаболизма, то организм начнёт терять свои клетки, снижаясь в массе. Другими словами, катаболизм и анаболизм — это синонимы энергии и мышечной массы. То есть, при повышенном катаболизме организм будет стремительно худеть.
Существует и обратная ситуация, когда ассимиляция преобладает над диссимиляцией, в данной ситуации организм будет строить дополнительные клетки, увеличивая свой объем, например, клеток белка в процессе интенсивного занятия спортом.
Этапы катаболизма всегда одинаковые, но его скорость может быть разной в зависимости от возраста организма или его образа жизни. Рассматривая для примера организм человека, можно сказать, что катаболизм в организме ребёнка ниже, чем анаболизм, это позволяет ему расти, увеличивая количество белка и других веществ в организме. И обратно, стареющий человеческий организм выделяет энергию, но не наращивает белковый материал, тем самым, снижая свой вес.
Зная, что катаболизм — это процесс выделения энергии, а анаболизм это строительство дополнительных клеток, люди научились контролировать метаболизм в целом, подвергая свои организмы изменениям. Яркий пример тому, работа над своими телами спортсменов. Они сами и их тренеры прекрасно знают, что такое катаболизм и анаболизм. Манипулируя с продуктами питания и поставляя в организм анаболики, прямо с внутримышечными инъекциями, они, или увеличивают количество белка в мышцах, или повышают скорость их реакции, увеличивая выделение энергии.
Данная практика, имеет вполне точное определение в спортивном кодексе и наказывается дисквалификацией. И дело не в том, что это как минимум, делает спортивное состязание не честным, первую очередь эти действия приводят к нарушению здоровья спортсменов. Поэтому их контролируют специальные органы, заставляя сдавать на анализ утреннюю мочу. Определение наличия анаболиков в организме, делается так же и по крови и не обязательно утром.
Зная ответ на вопрос — катаболизм, что это такое, можно управлять процессами в человеческом теле, но делать это нужно, руководствуясь древним принципом всех врачей – не навреди.