Как известно, обмен веществ и энергии является основой жизнедеятельности всех живых существ. В большинстве органов и тканей организма человека постоянно отмирают и рождаются новые клетки, синтезируются и разрушаются отдельные клеточные элементы и химические соединения. В качестве строительного (пластического) материала для новых образований выступают продукты переваривания белков, жиров и углеводов, а также витамины, неорганические вещества и питьевая вода. Вместе с этим, жизнедеятельность и работа всех систем и органов, все строительные и разрушительные процессы организма и, наконец, процессы внешней умственной или физической работы человека требуют затрат энергии. Источником энергии, как и поставщиком строительных материалов, являются потребительские вещества пищи. Так как образование и разрушение биологических структур, а также образования и расходования энергии на протяжении жизни происходят непрерывно, одновременно и в тесной взаимосвязи, то эти процессы называются обменом веществ и энергии или для сокращения обменом веществ.
Под обменом веществ внутри организма следует понимать изменения, которые несут все компоненты пищи с момента их поступления в пищеварительный тракт до выведения наружу лишних продуктов распада собственных клеток организма и отмирают. Все процессы обмена веществ управляются ферментами, а вся совокупность ферментативных реакций обмена, происходящих в организме, называется метаболизмом. В отдельных клетках может насчитываться более 1000 ферментов и они способны действовать в определенной последовательности: продукт реакции, катализ которой активизирует первый фермент, становится субстратом для следующей реакции, которой руководит следующий фермент и так далее.
При обмене веществ происходят два противоположных процесса: анаболизм и катаболизм, или ассимиляция и диссимиляция.
Анаболизм (от греческого anaboie — подъем), или ассимиляция — это реакции биологического синтеза сложных органических соединений из простых компонентов (аминокислот, жирных кислот, моносахаров и других), которые попадают в клетки организма. Например, из аминокислот образуются белки клеток; жирные кислоты используются для построения матрикса (стенок) органелл клеток и для другого. Анаболизм всегда супроваджу-ются накоплением энергии, например, в форме макроэргических структур типа аденозинтрифосфорная кислота (А ТФ). В результате анаболизма создаются новые клетки, или их элементы взамен отмирающих (разрушаются), а также вырастают новые клетки и ткани во время роста организма детей, или при увеличении массы тела у взрослых. Анаболизм (синтез) белков называется пластическим обменом.
Энергия для анаболизма и для всех видов внутренней и внешней работы организма образуется реакциями катаболизма (от греческого katabole — разрушение), или диссимиляции, при которых происходит расщепление молекул органических веществ с выделением квантов энергии. Конечными продуктами катаболизма является вода, углекислый газ, мочевина, мочевая и молочная кислоты и другие продукты, лишние организма и которые подлежат удалению. Энергия в основном образуется за счет реакций фосфорилирования адениновых соединений и превращение аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) в аденозиндифосфорну кислоту (АДФ) с последующим ресиитезом АТФ. При указанных преобразованиях именно и выделяются кванты энергии.
В зависимости от соотношения процессов анаболизма и катаболизма возможны три варианта состояния организма:
• динамическое равновесие, когда процессы анаболизма и катаболизма уравновешены, количество клеток и тканей не изменяется, что присуще взрослому, здоровому организму в сбалансированном состоянии; рост, когда анаболические процессы преувеличивают, происходит накопление тканей, то есть рост размеров организма, что свойственно детскому организму или организма , который набирает вес;
• частичная потеря структур тела, когда преувеличивают процессы катаболизма. При таком состоянии идет потеря тканей, уменьшение массы тела, истощение организма. Такое свойственно больному или стареющему организму, а также организма, в котором целенаправленно снижают массу тела.
Для нормальной жизнедеятельности организма необходимо своевременное и полное обеспечение его клеток пластическими материалами и энергией, адекватно тем фактическим затратам, которые требует соответствующая функциональная активность. В этих условиях интенсивность и направление обмена веществ каждое мгновение должен соответствовать потребностям клеток и адекватно меняться. Например, потребность мышц в АТФ при переходе от состояния покоя к напряженной физической работы за 1 секунду может возрастать более чем в 100 раз.
Саморегуляция пластического и энергетического обменов осуществляется за счет изменения активности ферментов, а внешняя регуляция этого процесса обеспечивается на клеточном, гуморальном и нервном уровне. При клеточной регуляции фермент изменяет скорость биохимических реакций, соединяясь с субстратом, который принимает участие в этих реакциях. После изменений субстрата, фермент выходит из комплекса реакций неповрежденным и начинает новый цикл. Скорость таких реакций в отдельных клетках колеблется от 6 до 40 тыс. в минуту. При гуморальной регуляции гормоны действуют на ферменты, подавляя или усиливая их активность. При нервной регуляции или меняется интенсивность работы эндокринных желез, или непосредственно изменяется активность самих ферментов в клетках.
Обмен веществ и энергии заключается в обмене белков, жиров, углеводов, витаминов, неорганических соединений и воды.
