Обмін речовин і енергії в організмі людини: коротко і зрозуміло

Обмін речовин і енергії передбачає комплекс непростих біохімічних реакцій, розібратися в яких звичайній людині буває досить складно. Дана стаття допоможе зрозуміти, які процеси відбуваються в організмі з необхідними сполуками, які ми споживаємо з їжею і що впливає на наш метаболізм.

Загальна характеристика обміну речовин і енергії

Енергообмін і метаболізм протікають за загальною схемою:

  • надходження речовин в організм, його перетворення і абсорбція;
  • застосування в організмі;
  • виведення або запасання надлишків.

Всі процеси метаболізму поділяються на 2 типи:

  • Асиміляція (пластичний обмін, анаболізм) – утворення специфічних для організму сполук з надійшли в нього речовин.
  • Дисиміляція – процеси розкладання складних органічних речовин до більш простих, з яких потім будуть утворені нові, особливі речовини. Реакції дисиміляції проходять з вивільненням енергії, тому сукупність такого виду процесів називають також энергообменом або катаболізмом.

Дані процеси протилежні один одному, але тісно пов’язані між собою. Вони протікають безупинно, забезпечуючи нормальну життєдіяльність. За регуляцію обміну речовин і енергії відповідає нервова система. Головним відділом ЦНС, керуючим усіма типами метаболізму, є гіпоталамус.

Основні види

Залежно від форм сполук, які піддаються трансформації в організмі, виділяють декілька видів обміну. Кожен з них має свою специфіку.

Білки

Білки або пептиди – полімери, утворені амінокислотами. Виконують безліч життєво важливих функцій:

  • структурна (присутні в структурі клітин тканин, складових організм людини);
  • ферментативна (ферменти – це білки, що беруть участь практично у всіх біохімічних процесах);
  • рухова (взаємодія пептидів актину і міозину забезпечує всі рухи);
  • енергетична (розпадаються, вивільняючи енергію);
  • захисна (білки – імуноглобуліни беруть участь у формуванні імунітету);
  • беруть участь у регуляції водно-сольового балансу;
  • транспортна (забезпечують доставку газів, біологічно активних речовин, лікарських засобів та ін).


Потрапивши в організм з продуктами харчування, білки розпадаються до амінокислот, з яких потім синтезуються нові, властиві даному організму пептиди. При малому надходженні білків з продуктами харчування, 10 з 20 необхідних амінокислот можуть вироблятися організмом, інші ж є незамінними.

Етапи білкового метаболізму:

  • надходження білків з їжею;
  • розпад пептиди до амінокислот в ШКТ;
  • переміщення останніх в печінку;
  • розподіл амінокислот в тканинах;
  • біосинтез специфічних пептидів;
  • виведення з організму невикористаних амінокислот у вигляді солей.

Жири

До видів обміну речовин і енергії у організмі людини відноситься і метаболізм жирів. Жири — з’єднання гліцерину і жирних кислот. Довгий час вважалося, що їх вживання не обов’язково для повноцінної роботи організму. Однак певні типи таких речовин містять значущі протисклеротичні складові.
Жири, будучи важливим джерелом енергії, допомагають зберегти в організмі білки, які починають використовуватися для її отримання при нестачі вуглеводів і ліпідів. Жири обов’язкові для засвоєння вітамінів А, Е, D. Також ліпіди містяться в цитоплазмі і клітинної стінки.

Біологічна цінність жирів визначається типом жирних кислот, якими вони були утворені. Ці кислоти можуть мати два види:

  • Насичені, які не мають в своїй структурі подвійних зв’язків, вважаються найбільш шкідливими, так як надмірне вживання продуктів з великим вмістом даного виду кислот може стати причиною атеросклерозу, ожиріння та інших захворювань. Присутні у вершковому маслі, вершках, молоці, жирному м’ясі.
  • Ненасичені — корисні для організму. До них відносяться Омега -3, -6 і -9 кислоти. Сприяють зміцненню імунітету, відновлення гормонального фону, попереджає відкладення холестерину, покращують зовнішній вигляд шкіри, нігтів і волосся. Джерела подібних сполук — масла різних рослин і риб’ячий жир.

Етапи обміну ліпідів:

  • надходження жирів в організм;
  • розпад в ШКТ до гліцерину і жирних кислот;
  • освіта ліпопротеїдів в печінці і тонкому кишечнику;
  • транспорт ліпопротеїдів у тканини;
  • утворення специфічних ліпідів клітин.


Жирові надлишки відкладаються під шкірою або навколо внутрішніх органів.

Вуглеводи

Вуглеводи або цукру — головне джерело енергії в організмі.

Процеси обміну вуглеводів:

  • перетворення вуглеводів у ШЛУНКОВО-на прості цукри, які потім всмоктуються;
  • перетворення глюкози в глікоген, його накопичення в печінці і м’язах або використання для вироблення енергії;
  • перетворення глікогену в глюкозу печінкою в разі падіння рівня цукру в крові;
  • створення глюкози з невуглеводних компонентів;
  • перетворення глюкози в жирні кислоти;
  • кисневе розщеплення глюкози до вуглекислого газу і води.


У разі надмірного вживання їжі, багатої глюкозою, вуглевод перетворюється на ліпіди. Вони відкладаються під шкірою і можуть бути використані для подальшої трансформації енергії в клітинах.

Значення води та мінеральних солей

Водно-сольовий обмін – комплекс процесів надходження, використання і виведення води і мінералів. Велика частина рідини, що надходить в організм ззовні. І вона також в малих обсягах виділяється в організмі в ході розкладу поживних речовин.

Функції води в організмі:

  • структурна (необхідний компонент усіх тканин);
  • розчинення і транспорт речовин;
  • забезпечення багатьох біохімічних реакцій;
  • обов’язковий компонент біологічних рідин;
  • забезпечує сталість водно-сольового балансу, бере участь у терморегуляції.


З організму рідина виводиться з допомогою легень, потових залоз, сечовидільної системи та кишечнику.

Мінеральні солі, одержувані з їжею, можна поділити на макро – і мікроелементи. До перших відносять мінерали, що містяться в значних кількостях — магній, кальцій, натрій, фосфор та інші. Мікроелементи потрібні організму в дуже малому обсязі. До них відносяться залізо, марганець, цинк, йод та інші елементи.

Брак мінералів може негативно позначитися на діяльності різних систем організму. Так, при дефіциті магнію і калію спостерігаються збої в роботі ЦНС, м’язів (у тому числі міокарда). Недолік кальцію і фосфору може позначитися на міцності кісток, а нестача йоду — на функції щитовидної залози. Порушення водно-сольового балансу здатне стати причиною сечокам’яної хвороби.

Вітаміни


Вітаміни – велика група простих сполук, необхідних для повноцінної роботи всіх систем організму. Вітаміни поділяються на 2 групи:

  • водорозчинні (вітаміни групи В, вітамін С і РР), не накопичуються в організмі;
  • жиророзчинні (А, D, Е), що мають подібне властивість накопичення.

Певні сполуки (вітамін В12, фолієва кислота) виробляються кишковою мікрофлорою. Багато вітамінів є частиною різних ферментів, без яких неможливо здійснення біохімічних процесів.

Етапи обміну вітамінів:

  • надходження з їжею;
  • переміщення до місця накопичення або утилізації;
  • перетворення в кофермент (що становить ферменту небілкового походження);
  • з’єднання коферменту і апофермента (білкової частини ферменту).

При відсутності якого-небудь вітаміну розвивається гіповітаміноз, при надлишку – гіпервітаміноз.

Обмін енергії

Енергетичний обмін (катаболізм) – комплекс реакцій розпаду складних поживних речовин до більш простих з виходом енергії, без якої неможливі ріст і розвиток, рух і інші прояви життєдіяльності. Отримана енергія накопичується у формі АТФ (універсальний енергетичний джерело в живих організмах), який міститься у всіх клітинах.


Кількість енергії, що вивільняється після вживання продукту харчування, називається його енергетичною цінністю. Вимірюється цей показник в кілокалоріях (ккал).

Енергообмін проходить у кілька етапів:

  • Підготовчий. Передбачає розпад складних поживних речовин у ШЛУНКОВО до більш простих.
  • Безкисневе бродіння — трансформація глюкози без участі кисню. Процес протікає в цитоплазмі клітин. Кінцевими продуктами етапу є 2 молекули АТФ, вода і піровиноградна кислота.
  • Кисневий або аеробний етап. Проходить в мітохондріях (спеціальних органоидах клітин), при цьому піровиноградна кислота розпадається за участю кисню, утворюючи 36 молекул АТФ.

Терморегуляція

Терморегуляцією називають здатність живого організму підтримувати постійну температуру тіла, яка є важливим показником теплового обміну. Щоб цей показник був стабільним, повинна дотримуватися рівність між тепловіддачею і теплопродукцією.

Теплопродукція —виділення тепла в організмі. Його джерелом служать тканини, в яких протікають реакції з вивільненням енергії. Так, важливу роль у терморегуляції грає печінка, адже в ній здійснюється безліч біохімічних процесів.

Тепловіддача або фізична регуляція може проходити за трьома шляхами:

  • теплопроведение – віддача тепла навколишнього середовища і предметів, що стикаються з шкірою;
  • тепловипромінювання – віддача тепла повітрю і навколишніх предметів шляхом випромінювання інфрачервоних (теплових) променів;
  • випаровування – це віддача тепла з допомогою випаровування вологи з потом або в процесі дихання.

Що впливає на процес метаболізму

Обмін речовин кожного конкретного організму має свої особливості. Швидкість метаболізму визначається декількома факторами:

  • статева приналежність (зазвичай у чоловіків процеси метаболізму протікають швидше, ніж у жінок);
  • генетичний фактор;
  • частка м’язової маси (людям, що володіє розвиненою мускулатурою потрібно більше енергії для роботи м’язів, тому процеси будуть протікати швидше);
  • вік (з роками швидкість обміну речовин знижується);
  • гормональний фон.


Величезний вплив на процес метаболізму надає харчування. Тут важливий і раціон і режим прийому їжі. Для правильної роботи організму потрібно оптимальне кількість уживаних білків, жирів, вуглеводів, вітамінів, мінералів і рідини. Важливо пам’ятати, що приймати їжу краще потроху, але часто, так як великі перерви між трапезами сприяють уповільнення обміну речовин, а значить, можуть привести до ожиріння.