Обмен веществ
При обсуждении питания, как важнейшего условия существования человека, нельзя не понимать, что поддержание жизнедеятельности человеческого организма обеспечивает не сам прием пищи как таковой, а последующий процесс, возникающий в теле человека при участии ферментов, а точнее последовательность химических реакций, происходящих в живом организме и являющихся следствием приема пищи. Этот процесс получил название – обмен веществ или метаболизм. Метаболизм представляет собой достаточно обширную тему, поскольку все процессы, протекающие в нашем организме, так или иначе представляют собой химические реакции. Так как тематика данной статьи не подразумевает под собой медицинскую, мы не будем сильно углубляться в недра биохимии и рассмотрим лишь основные понятия данного термина.
Переваривание пищи не относится к процессам метаболизма, поскольку происходит вне организма (по отношению к тканям просвет желудочно-кишечного тракта является внешней средой). Задача переваривания - раздробить (расщепить) крупные молекулы пищевых веществ до более мелких, которые способны перейти через стенку кишечника и попасть в кровь и лимфу. Эти вещества, которые получаются в результате переваривания, уже лишены видовой специфичности. Но энергетические запасы, имеющиеся в пищевых веществах, сохраняются, и в дальнейшем используются организмом.
Любая клетка человеческого организма является сложнейшей системой. Каждую секунду в ней протекает множество химических реакций, целью которых является поддержание жизнедеятельности. Метаболизма – внутриклеточное превращение веществ с момента их поступления до образования конечных продуктов. После попадания вещества в клетку она под воздействием ферментов претерпевает ряд химических изменений. Это тонко настроенный процесс, при этом все его элементы связаны между собой. Ни один из этих процессов не происходит сам по себе. При этом одни вещества превращаются в другие, что обусловлено необходимостями организма. Эта взаимопревращение лежит в основе взаимозаменяемости веществ и процессов их превращения. Например, мы знаем, что из углеводов и жиров в организме не могут образовываться аминокислоты, и, как следствие, эти продукты не пригодны для синтеза белков. Однако, за счет белка в организме могут синтезироваться углеводы, например, это возможно при сахарном диабете, когда организм теряет способность усваивать углеводы. В отсутствие лучшего источника энергии, коим являются углеводы, таким источником могут являть жиры и белки.
Основные функции метаболизма в организме человека:
· расщепление поступающих извне пищевых веществ с извлечением из них энергии;
· превращение полученных молекул пищевых веществ в молекулы для построения необходимых организму веществ;
· синтез из полученного строительного материала необходимых организму веществ;
· синтез и разрушение тех биомолекул, которые необходимы для выполнения каких-либо специфических функций.
Существует два вида метаболических реакций – анаболические и катаболические. Катаболические - это реакции, в результате который вещество распадается на более простые составляющие, а анаболические – реакции, в результате которых образуется более сложное вещество. При этом катаболические реакции чаще всего протекают с выделением энергии, которая, в свою очередь, поглощается в ходе анаболических реакций. При этом в процессе этих превращений образуется промежуточное вещество, которое и служит своего рода переносчиком свободной энергии, выделяющейся при одних типах реакция и поглощающейся при других видах реакций. Таким своеобразным переносчиком служит вещество, называемое аденозинтрифосфат или сокращенно АТФ.
Ферментативное расщепление главных питательных веществ, поступающих в организм (углеводов, жиров, белков) и являющихся основными источниками энергии, протекает поэтапно.
На первом этапе молекулы вещества распадаются на свои основные составляющие: углеводы - на гексозу или пентозу; жиры – на жирные кислоты, глицерол и другие компоненты; белки – на аминокислоты.
На втором этапе образованные вещества превращаются в один общий продукт - ацетильную группу ацетил-КоА (вещество, принимающее участие во многих реакциях метаболизма). Также в ходе этих реакций образуется аммиак.
На третьем этапе – цикл лимонной кислоты или цикл Кребса, в ходе которого почти все виды клеточного «топлива» в конце концов, окисляются до углекислого газа (образуются СО2 и Н2О).
Результатом всех этих превращений являются три конечных продукта: аммиак (NН3), углекислый газ (СО2) и вода (Н2О).
Анаболизм или биосинтез – процесс, в ходе которого из молекул-предшественников образуются более сложные вещества, в результате чего происходит поглощение энергии, образующейся в результате распада АТФ. Анаболизм также протекает в несколько этапов, но, в отличие от катаболизма, эти реакции более разнообразны, в результате чего и перечень образующихся веществ весьма широк.
Катаболизм и анаболизм одного и того же вещества и одних и тех же предшественников не совпадают. То есть вещество, распавшееся в ходе поэтапного катаболизма на ряд веществ-предшественников с образованием определенных промежуточных веществ, не повторит этот же путь в обратном порядке в ходе анаболизма, то есть биосинтеза.
Катаболические и анаболические реакции протекают одновременно, однако их скорости регулируются независимо и протекают они в разных частях клетки.
Основное количество поступающей в наш организм энергии затрачивается на обеспечение реакций метаболизма. Скорость извлечения энергии из питательных веществ обуславливается скоростью метаболизма и регулируется ферментами и гормонами. Поддержание нормальной скорости данного процесса является одним из условий здоровья. Существуют, безусловно, и свои последствия, наступающие при нарушении этого процесса. При замедленном метаболизме велика вероятность того, что избытки питательных веществ будут откладываться в виде жировых запасов, что приведет к ожирению. Ускоренный же метаболизм может приводить к истощению организма. Печально то, что порой к подобным нарушениям приводит поведение самого человека. Например, известно, что при использовании в качестве диеты голодания или сокращения количества употребляемой пищи, скорость метаболизма уменьшается в силу того, что организм попадая в ситуацию дефицита питания, стремится питательные вещества сэкономить и тем самым снижает скорость процессов, протекающих в организме.