Биохимические основы жизнедеятельности организма человека - Волков Н.И., Несен Э.Н. 2000
Биохимические основы жизнедеятельности организма человека
Обмен веществ в организме
Обмен веществ - необходимое условие существования живого организма
Организм человека неразрывно связан с внешней средой. В течение всей жизни из внешней среды в организм поступают питательные вещества (углеводы, жиры, белки), а также другие органические и минеральные вещества, в том числе вода и кислород. Используются они либо для построения собственных веществ организма, либо для извлечения энергии. Продукты обмена веществ и часть энергии, в основном в виде тепла, выделяются из организма в окружающую среду (рис. 6).
Взрослый человек за 40 лет жизни съедает тонны питательных веществ и выпивает около 20 000 л воды без изменения массы тела. Это свидетельствует о том, что организм, являясь открытой системой, т. е. связанной с окружающей средой, способен создавать и поддерживать постоянство химического состава внутренней среды — гомеостаз. Такое свойство живого организма обеспечивает его самообновление и самосохранение, что возможно благодаря постоянно протекающему обмену веществ.
Под обменом веществ, или метаболизмом понимают строго упорядоченную систему биохимических и физиологических процессов, которые обеспечивают поступление питательных и других веществ в организм, их усвоение, превращение внутри клеток, а также выведение образовавшихся продуктов обмена во внешнюю среду.
Обмен веществ обеспечивает процессы роста и развития, самообновление всех клеточных структур, энергообеспечение функций, постоянство внутренней среды, приспособление к воздействующим факторам среды, в том числе к физическим нагрузкам, а также другие процессы жизнедеятельности. Поэтому при прекращении обмена веществ нарушается или прекращается жизнедеятельность организма.
Рис. 6 Схема обмена веществ в организме
Особенностью обменных процессов живого организма является их большая скорость, которая обеспечивается биологическими катализаторами — ферментами. В клетках существуют целые комплексы ферментов, действие которых часто взаимосвязано таким образом, что продукт одной ферментативной реакции является исходным веществом (субстратом) другого фермента. Таким образом создаются сложные метаболические пути превращения различных веществ, приводящие к распаду сложных веществ до простых или образованию сложных белковых и других молекул.
Метаболический путь — это последовательность химических реакций, в ходе которых происходит постепенное превращение веществ с участием многих ферментов (Е) до соответствующих конечных продуктов (Р). Различают линейные и циклические метаболические пути:
Вещества, которые образуются в ходе метаболических реакций (В, С, D, Р), называются метаболитами. Объединение химических реакций в метаболические циклы создает условия для саморегуляции метаболического пути конечным продуктом реакции, взаимосвязи и интеграции обмена веществ различных классов.
Центральным метаболическим путем в организме человека является аэробный путь окисления глюкозы, который включает постепенный распад молекулы глюкозы до пировиноградной кислоты, а затем до ацетил-КоА с последующим окислением в цикле лимонной кислоты до конечных продуктов обмена СO2 и Н2О. На нем сходятся многие другие пути превращения питательных веществ, которые сопровождаются выделением свободной энергии. В следующих главах рассмотрены только основные метаболические пути превращения веществ, которые обеспечивают энергетику мышечной деятельности, процессы восстановления и адаптации организма к физическим нагрузкам.
Для обменных процессов характерна их строгая упорядоченность и скоординированность. Создается это как за счет действия ферментов, так и благодаря строгой согласованности их в структурах клетки, а также воздействию различных регуляторных механизмов.