Обмен веществ и энергии

Хемосинтез

Хемосинтез — процесс синтеза органических веществ, происходящий за счет энергии, выделяющейся при окислении ряда неорганических соединений (сероводорода, аммиака, водорода и др.).

■ Хемосинтез характерен для некоторых автотрофных аэробных и анаэробных бактерий-хемосинтетиков.

Роль бактерий-хемосинтетиков: азотфиксирующие бактерии повышают урожайность почвы, серобактерии способствуют постепенному разрушению и выветриванию горных пород, участвуют в очищении от соединений серы промышленных сточных вод, железобактерии вырабатывают Fe(OH)₃, образующий болотную железную руду, водородные бактерии используются для получения пищевого и кормового белка.

«Обмен веществ»

Обмен веществ — совокупность реакций пластического и энергетического обменов.

Пластический и энергетический обмен, их взаимосвязь.

Пластический обмен (ассимиляция) — совокупность реакций синтеза сложных органических веществ (белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот) из более простых. Энергетический обмен (диссимиляция) — совокупность реакций, обеспечивающих клетку энергией, в ходе которых происходит расщепление и окисление сложных органических веществ.

 Этапы обмена веществ:

• поступление веществ в организм;
• изменение веществ в ходе ассимиляции и диссимиляции;
• выведение конечных продуктов обмена.

Водно-минеральный обмен в организме.

Суточная потребность организма в воде в среднем составляет 2-2,5 л. Вода поступает в организм при питье (около 1 л), с пищей (около 1 л), небольшое количество (300— 350 мл) ее образуется в результате окисления органических веществ. Вода всасывается в кишечнике (тонком и толстом), ротовой полости и желудке. Из организма вода выводится с мочой (1,2-1,5 л), с потом (500-700 мл), выдыхаемым воздухом (350-800 мл), калом (100-150 мл).

Минеральные соли в организме могут быть в твердом состоянии в виде кристаллов — Са₃(Р0₄)₂ и СаСО₃ в костной ткани; в диссоциированном состоянии в виде катионов и анионов. Анионы создают фосфатную буферную систему, поддерживающую внутри клеток слабокислую среду (pH 6,9), и бикарбонатную буферную систему, поддерживающую слабощелочную реакцию внеклеточной среды (pH 7,4). Общее количество минеральных солей около 4,5%. Потребности организма в них удовлетворяются продуктами питания. Железа много в яблоках, йода — в морской капусте, кальция — в молочных продуктах. Человеку необходимо постоянное поступление натрия и хлора (до 10 г поваренной соли в сутки). Всасывание солей происходит вместе с водой в толстом кишечнике. Попавшие в кровь минеральные соли доставляются клеткам. Излишки минеральных солей выводятся с мочой, потом и калом.

Обмен белков.

Суточная потребность организма в белках составляет 72-92 г. Источником белков являются преимущественно продукты животного происхождения. По содержанию аминокислоты белки делятся на полноценные (белки молока, мяса, рыбы и др.) и неполноценные, которые не содержат ни одной из незаменимых аминокислот. Особенно важны десять незаменимых аминокислот, не синтезируемых в организме (лизин, валин, лейцин, изолейцин, треонин, фенилаланин, триптофан, метионин, аргинин, гистидин).

Протеолитические ферменты расщепляют белки до полипептидов и аминокислот. Аминокислоты всасываются в кровеносные капилляры ворсинок тонкого кишечника и разносятся кровью по организму. В клетках из них образуются белки, свойственные организму. При избытке белки преобразуются в углеводы и жиры. Часть аминокислот, не использованных в синтезе белка, окисляется с освобождением энергии (17,6 кДж на 1 г вещества) и образованием воды, диоксида углерода, аммиака и др. Аммиак в печени превращается в мочевину. Продукты диссимиляции белков выводятся с мочой, потом и частично с выдыхаемым воздухом.

Обмен жиров.

Суточная потребность организма в жирах составляет 81-110 г. Животные жиры поступают в организм в виде сливочного масла, сыра, сметаны, свиного сала; растительные — в виде растительного масла. Липолитические ферменты расщепляют жиры до глицерола и жирных кислот. Жиры всасываются в лимфу, затем поступают в кровь и разносятся по всем клеткам. Часть жира, попавшего в клетки, является строительным материалом. Большая же его часть откладывается в подкожной клетчатке. При окислении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии. Жиры могут синтезироваться из углеводов и белков. Конечные продукты окисления жиров — диоксид углерода и вода, удаляются с выдыхаемым воздухом, мочой, потом.

Обмен углеводов.

В сутки человек должен получать 358—484 г углеводов. Основной их источник — продукты растительного происхождения (картофель, хлеб). Углеводы в организме могут образовываться из белков и жиров. Амилолитические ферменты расщепляют углеводы до дисахаридов и моносахаридов. Моносахариды всасываются в кровеносные капилляры ворсинок кишечника и разносятся кровью по организму. Избыток глюкозы превращается в печени в гликоген. При чрезмерном поступлении углеводов они превращаются в жиры. В клетках глюкоза окисляется до диоксида углерода и воды, которые удаляются с выдыхаемым воздухом, мочой, потом, при этом выделяется энергия (17,6 кДж на 1 г глюкозы).

Это конспект по биологии в 8 классе по теме «Обмен веществ». Выберите дальнейшие действия:

• Перейти к следующему конспекту: Витамины и их роль в обмене веществ.
• Вернуться к списку конспектов по Биологии.
• Проверить знания по Биологии.

Почему замедляется обмен веществ

Прежде чем узнать, как ускорить обменные процессы, давайте разберем причины, по которым нарушается обмен веществ, для того, чтобы не повторять ошибок.

1. Голодание. Именно недостаток пищи приводит к серьезным проблемам обменных процессов. Организм человека воспринимает голодание как стресс и пытается сам себя обезопасить от недостатка энергии. Поэтому переводит все, что вы съели, в запасы – подкожно-жировую клетчатку. Именно поэтому все диеты, основа которых голодание, приводят к одному результату – вес становится выше;
2. Недостаток кофеина. Именно этот алкалоид помогает организму запускать обменные процессы. Кроме кофе, это вещество содержится и в зеленом чае;
3. Клетчатка. Именно этот растительный компонент помогает пищеварительной системе функционировать правильно, а из-за его отсутствия может значительно снизится метаболизм;
4. Потребление алкогольных напитков. При попадании алкоголя в желудок организм в первую очередь перерабатывает именно его, чтобы быстрее избавить организм от вредных алкалоидов. Все остальное будет перевариваться после.
5. Витамин Д. Недостаток этого элемента напрямую влияет на обменные процессы, ведь он непосредственно участвует в них;

Витамины

Для организма важно поддерживать нормальный уровень витаминов. Они участвуют в биохимических синтезах и оказывают влияние на здоровье человека

Эти вещества организм не способен самостоятельно синтезировать, они попадают внутрь с продуктами питания.

Впервые витамины обнаружил и описал русский врач Лунин Н.И. Он назвал их низкомолекулярными веществами различного характера и природы. Нормальный уровень и баланс витаминов положительно сказывается на мозговой деятельности, состоянии здоровья и работоспособности человека.

При повышении уровня какого-либо витамина развивается гипервитаминоз, при снижении наоборот гиповитаминоз. Эти состояния являются серьезными, имеют запущенные формы, и требуют лечения. 

Витамины подразделяют на жирорастворимые и водорастворимые. К жирорастворимым относят: К, Е, D, A. Все остальные являются водорастворимыми.

Смотри также:

• Размножение и развитие человека. Распознавание (на рисунках) органов и систем органов
• Внутренняя среда организма человека. Группы крови. Переливание крови
• Нервная и эндокринная системы. Нейрогуморальная регуляция процессов жизнедеятельности организма как основа его целостности, связи со средой

Обмен веществ и превращение энергии в организме человека

В организме человека постоянно и непрерывно протекают обменные процессы. Водный, солевой, жировой, углеводный и белковый обмен происходят постоянно. За счет этих процессов организм получает энергию для жизнедеятельности.

Обмен веществ в организме называется метаболизмом. Это обязательная часть жизни и развития человека. Обеспечивает совокупность химических  и ферментативных реакций в организме.

Запасы энергии в ходе активности расходуются. С пищей человек получает новую энергию. Соотношение поступающей энергии в организм и расходованной, называется энергетическим балансом.

Белковый обмен

Процесс направлен на использование белков, поступающих в организм с пищей. Сами белки организму не нужны. Большую пользу приносят аминокислоты. Белки распадаются на аминокислоты, часть всасывается в кровь и разносится по органам и тканям. Другая часть идет на получение энергии и строительство собственных белков.

Содержание аминокислот регулирует печень, полученные излишки она расщепляет до аммиака. Он идет на синтез мочевины, которая выводится почками и частично кожей. Остаток аминокислот организм перерабатывает в глюкозу, а затем в гликоген. В клетках белки полностью окисляются до воды, углекислого газа, мочевины и мочевой кислоты.

Углеводный обмен

Процесс описывает использование и преобразование углеводов организмом. Углеводы являются основным источником энергии для организма. В суточном рационе они должны составлять треть всего объема пищи.   При расщеплении 1 грамма глюкозы выделяется 17,6 кДж.

После поступления в организм углеводов, они расщепляются до глюкозы. Часть накапливается в печени и преобразуется в гликоген. Он является основным энергетическим источником для сокращения мышечной ткани.

Другая часть преобразуется в жиры. Основная часть глюкозы полностью расщепляется до воды и углекислого газа. 

Уровень глюкозы в крови регулируется гормональной системой, а именно инсулином. При пониженном его содержании, уровень глюкозы в крови находится в повышенном состоянии, что приводит к развитию сахарного диабета. Инсулин тормозит распад гликогена в печени, тем самым увеличивая его содержание. 

Также в организме есть гормон глюкагон. Он отвечает за расщепление гликогена, преобразует его в глюкозу, после чего уровень повышается.

Липидный обмен

Липидный обмен – это процесс преобразования и использования жиров, поступающих в организм с пищей. При расщеплении 1 г выделяется 38,9 кДж энергии.

Жиры содержат незаменимые жирные кислоты. Они всасываются в лимфу через стенки тонкого кишечника. С током крови они распределяются по организму и клеткам. Они являются строительным материалом для клеточных элементов, участвуют в синтезе и образовании гормонов.

При избыточном употреблении жиров  образуются подкожные накопления в виде сальников. Они могут откладываться на тканях органов и на стенках сосудов. Конечным продуктом распада жиров являются вода и углекислый газ.

Водно-солевой обмен

Организм человека на 70% состоит из воды. 30% из них содержится в крови, лимфе и плазме. Вода выполняет множество полезных функций:

• транспортную;
• выделительную;
• теплорегуляционную;
• среда для протекания химических процессов;
• определяет физические свойства клеток.

Суточная потребность в жидкости у человека составляет 2-2,5 л. Водный обмен предполагает равновесие между потребляемой и выводимой жидкостью. Вода поступает в организм, всасывается через стенки кишечника, попадает в кровь и распространяется по органам и тканям. Выводится остаток воды с мочой и потом.

Солевой обмен необходим для совершения химических процессов в организме человека. Ежедневно необходимо поступление солей натрия, калия, кальция, фосфора и железа. Они не только участвуют в обменах, но и являются питанием для некоторых органов.

Виды углеводов

Углеводы — это полиатомные альдегидо- или кетоспирты, которые подразделяются в зависимости от количества мономеров на моно-, олиго- и полисахариды. Основные представители углеводов представлены в таблице 1.

Таблица 1. Основные представители углеводов

Моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза и др.), олигосахариды (сахароза, мальтоза, лактоза) и перевариваемые полисахариды (крахмал, гликоген) являются основными источниками энергии, а также выполняют пластическую функцию.

Неперевариваемые полисахариды (целлюлоза, гемицеллюлоза и др.), или пищевые волокна, играют в питании важнейшую роль, участвуя в формировании каловых масс, регулируя моторную функцию кишечника, выступая в качестве сорбентов (см. табл. 2). Пектины (коллоидные полисахариды) и пропектины (комплексы пектинов с целлюлозой), камеди, слизи используются в диетотерапии в связи с их детоксицирующим эффектом. К пищевым волокнам относят и не являющийся углеводом лигнин.

Перевариваемые углеводы в тонкой кишке расщепляются до дисахаридов, а далее, путем пристеночного пищеварения, до моносахаридов.

Таблица 2. Роль неперевариваемых полисахаридов (пищевых волокон) в питании

Метаболизм глюкозы

Всасывание моносахаров происходит путем облегченной диффузии и активного транспорта, что обеспечивает высокую их абсорбцию даже при низкой концентрации в кишечнике. Основным углеводным мономером является глюкоза, которая изначально по системе воротной вены доставляется в печень, а далее или метаболизируется в ней, или поступает в общий кровоток и доставляется в органы и ткани.

Метаболизм глюкозы в тканях начинается с образования глюкозо- 6-фосфата, который, в отличие от свободной глюкозы, не способен покидать клетку. Дальнейшие превращения этого соединения идут в следующих направлениях:

• расщепление вновь до глюкозы в печени, почках и эпителии кишечника, что позволяет поддерживать постоянный уровень сахара в крови;
• синтез депонируемой формы глюкозы — гликогена — в печени, мышцах и почках;
• окисление по основному (аэробному) пути катаболизма;
• окисление по пути гликолиза (анаэробного катаболизма), обеспечивающего энергией интенсивно работающие (мышечная ткань) или лишенные митохондрий (эритроциты) ткани и клетки;
• по пентозофосфатному пути превращений, происходящему под действием коферментной формы витамина B1, в ходе которого генерируются продукты, используемые в синтезе биологически значимых молекул (НАДФ∙Н2, нуклеиновых кислот).

Таким образом, метаболизм глюкозы может происходить по различным направлениям, использующим ее энергетический потенциал, пластические возможности или способность депонироваться.

Разгоняем обмен веществ: рекомендации для худеющих

Конечно же, первым делом нужно отказаться от изнурительных голоданий. Организм, чей обмен веществ и так нарушен, не нужно нагружать лишним стрессом. Чтобы худеть, еще и повышать обмен веществ, необходимо рассчитать собственную дневную норму потребления калорий. Это можно сделать при помощи калькулятора БЖУ, и от полученной цифры отнять 10%. Кроме того, нужно разбить дневной рацион на 5 приемов пищи. Умеренно сократив свою калорийную норму, вы не нанесете вред организму, который в свою очередь от небольшого недостатка калорий будет сжигать накопленный жир.

Есть еще несколько советов, которые помогут осуществить перезапуск метаболизма:

• Средняя норма потребления белков, жиров и углеводов соотносится как 50%:30%:20%. Для разгона обменных процессов, необходимо повысить процент потребления белков. На них организм затрачивает больше энергии, тем самым ускоряя метаболизм. Кроме того потребление белка плодотворно влияет на объемы мышечной массы и самочувствие в целом.
• Отказ от вредной пищи. Под этим понимается отказ от фаст-фуда, газировки, алкогольных напитков, кондитерских изделий, мучного, жареного. При низком метаболизме такая пища будет буквально накапливаться в вас в виде жира.
• Больше холодной воды. Помимо того, что нужно пить каждый день полтора литра воды, так еще и желательно холодной. Она ускорит обмен веществ и снизит чувство голода.
• Спорт. Недостаточно одной нормализации рациона, для похудения все же придется заниматься физическими нагрузками. При этом занятия не должны вас сильно изнурять. В противном случае организм испытает стресс, выделит кортизол, который понижает чувствительность к инсулину, тем самым вызывая набор массы тела.

Обмен веществ и энергии — основное понятие

Определение

Обмен веществ или метаболизм — химические и физиологические процессы в живых организмах, которые обеспечивают их жизнедеятельность.

Обмен веществ в живом организме состоит из трех этапов: 

1. Поступление питательных веществ и энергии из внешней среды, которое достигается путем получения питательных веществ в организм и их ферментативного расщепления. 
2. Преобразование питательных веществ и энергии внутри организма, всасывание питательных веществ в кровь и лимфу, внутриклеточный обмен веществ и энергии.
3. Выделение конечных, ненужных организму продуктов метаболизма.

В обмене веществ участвуют:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

• жиры;
• белки;
• углеводы;
• соли;
• витамины;
• вода.

Обмен одного вещества в живом организме всегда связан с обменом других веществ.

Определение

Обмен энергии — процессы превращения различных видов энергии между собой.

Всему живому на Земле жизненно необходима энергия. В организме она присутствует в таких формах:

1. Химическая энергия, высвобождающаяся аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ). Нужна для того, чтобы синтезировать новые вещества во всех тканях. 
2. Механическая энергия необходима, чтобы работали мышцы в теле.
3. Электрическая энергия нужна для нормального функционирования нервной ткани. 
4. Тепловая энергия необходима для образования и поддержания тепла в теле.

Определение

Энергетический баланс — это отношение количества энергии, поступившей в организм, и энергии, которая была им потрачена.

Энергетический баланс бывает:

1. Положительный энергетический баланс возникает при избыточном питании, когда организм не успевает потратить весь запас энергии. В таком случае энергетические запасы накапливаются в теле в виде жировой ткани.
2. Отрицательный энергетический баланс бывает в условиях недостаточного питания. В этом случае происходит расход энергетических запасов организма, уменьшение количества жировой ткани.

Иммунитет

Иммунитет – это способность организма защищаться от проникновения чужеродных антигенов.

Он помогает сохранить биологическую целостность организма. 

В основе учения об иммунитете лежат учения Мечникова И.И. Он был первым ученым, который смог связать способности организма с работой лейкоцитов. Его учение звучит следующим образом:

Невосприимчивость организма к действию проникших в него чужеродных и инфекционных высокомолекулярных органических агентов называется иммунитетом и обуславливается клетками крови.

Мечников обнаружил, что лейкоциты осуществляют защиту с помощью фагоцитоза. Они захватывают чужеродные объекты, полностью их поглощают и переваривают. В процессе переваривания эритроциты часто погибают. При разрушении они выделяют антитела – это комплексы, которые способны распознать чужеродного агента и направить силы на их уничтожение.

Антитела попадают в органы, где вырабатываются лейкоциты и передают информацию. Новые лейкоциты способны различить антиген. Начинает вырабатываться большее количество лейкоцитов. Как только их становиться достаточное количество, они уничтожают инфекцию и запоминают ее. Так формируется иммунитет.

Иммунная система обладает определенными признаками:

• способность отличать чужеродные антигены от родных;
• формирование памяти после контакта с инфекцией;
• клональная организация клеток, один клон реагирует на один антиген.

Иммунитет разделяют на врожденный и приобретенный. Каждый из них также подразделяют на активный и пассивный. Приобретенный делят на естественный и искусственный.

Врожденный наследуется ребенком от матери. Это естественный процесс. Новорожденный с первых дней жизни имеет собственную группу крови с наличием антител, а также иммунитет к собачьей чуме и чуме крупного рогатого скота.

Естественный активный иммунитет вырабатывается после перенесения какого-либо заболевания. Он может быть пожизненным или временным. Например, если в детстве ребенок перенес ветряную оспу, корь, коклюш или свинку, то повторно заболеть уже не сможет. 

Естественный пассивный иммунитет – это переход антител от матери к ребенку. Они продолжают защищать ребенка первые 2 года жизни. Постепенно белки разрушаются и выводятся из организма. У человека формируется свой собственный иммунитет.

Искусственный активный иммунитет – его получают путем введения в организм ослабленных антигенов определенных инфекций. Они называются анатоксинами. Человек переносит заболевание в легкой форме, практически незаметной. После чего у него формируются антитела к инфекции. В настоящее время предусмотрен ряд обязательных прививок для людей:

• корь;
• коклюш;
• дифтерия;
• столбняк;
• оспа;
• полиомиелит;
• туберкулез.

Искусственный пассивный иммунитет – в организм человека вводят сыворотку с содержанием антитоксинов и антител к определенному заболеванию. Сыворотку получают путем введения инфекции животному, оно вырабатывает антитела. Далее кровь животного обрабатывают и получают сыворотку.

Пассивно приобретенный иммунитет – сохраняется на короткий срок, около 1 месяца. Появляется практически сразу после введения лечебной сыворотки. Помогает в борьбе с быстротечными инфекциями. Такая сыворотка содержит уже готовые антитела для борьбы с инфекцией.

Скорость обмена веществ и как его ускорить

Скорость метаболизма у всех людей разная, и во многом обусловлена генетическими особенностями.

Возникает вопрос, как ускорить свой обмен веществ, если он медленный от природы? Для этого стоит обратить внимание те аспекты, из которых эта скорость складывается:

• Гормональный фон

• Питание 

• Спорт

• Своевременный восьмичасовой сон

Ускорить обмен веществ и запустить липолиз можно с помощью физической нагрузки (оптимальный диапазон пульса 120-140). Причем регулярная физическая активность меняет работу генов. Иными словами, занятия спортом дают эффект не только пока мы потеем в зале, но и в долгосрочном периоде.

Здоровая смена циклов сна и бодрствования необходима, т.к. многие гормоны вырабатываются при определённых условиях. Например, гормон мелатонин синтезируется только в полной темноте. Он принимает участие в формировании пищевого поведения, поэтому при недостатке сна мы обычно ощущаем повышенный аппетит. Гормоны крайне важны, т.к. при нарушение гормонального фона приводит к развитию болезней.

Демо-уроки по программе «Нутрициология»

Получить доступ

Причины и последствия сбоев метаболизма

Метаболизм – это сложный и хрупкий процесс. Если на одном из этапов анаболизма или катаболизма происходит сбой, сыпется вся биохимическая «конструкция». Проблемы с обменом веществ провоцируются:

• наследственностью;
• неправильным образом жизни;
• различными заболеваниями;
• проживанием в зоне с плохой экологией.

Главная причина сбоев – наплевательское отношение к своему организму. Обильное количество вредной пищи – бич современности. Неправильное питание и малоподвижность ведут к замедлению обмена веществ. В итоге масса людей страдают ожирением со всеми вытекающими.

Среди симптомов, намекающих на то, что следует заняться регуляцией метаболизма:

• повышенная или пониженная масса тела;
• ухудшение аппетита или же, наоборот, постоянное желание кушать;
• хроническая усталость;
• визуальные проблемы с кожей;
• разрушение зубной эмали;
• ломкость волос и ногтей;
• повышенная раздражительность;
• появление диареи, чередующейся с запорами;
• пастозность верхних и нижних (чаще) конечностей.

Бороться с последствиями сбоев обмена веществ можно и нужно. Но на мгновенный эффект рассчитывать глупо. Поэтому лучше себя не запускать. А если всё же это случилось, нужно обратиться к специалистам и запастись терпением.

@ Evgeniya adobe.stock.com