Анаэробный метаболизм что это
Анаэробный обмен
АНАЭРОБНЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН [ править | править код ]
связана с активностью и длительностью нагрузки. Накопление молочной кислоты понижает внутриклеточный pH, что подавляет активность фосфофруктокиназы, и количество фермента, ограничивающего скорость гликолиза. Более того, содержание НАД Н в мышцах понижается во время нагрузки низкой интенсивности, но возрастает до значений в покое при нагрузках высокой интенсивности. Уровень НАД Н может повышаться в мышцах в результате ограниченной доступности 02 в сокращающейся мышце. Во время интенсивной физической нагрузки повышение количества НАД Н в цитозоле ингибирует пируватдегидрогеназу, что приводит к большему расщеплению пирувата до лактата за счет выщепления атома водорода из НАД Н. Окисленный НАД может действовать как акцептор водорода, обеспечивая продолжение гликолиза и предоставляя энергию для преобразования макроэргических фосфатов. Образование АТФ в анаэробных условия, как правило, высокозатратно. Окисление 1 моль глюкозы приводит к чистому выходу только 2 моль АТФ.
Повышенное образование молочной кислоты может подавить функцию нервно-мышечной системы, самих мышечных волокон, клеток соединительных тканей, а также сосудов, но, кроме того, является стимулом для адаптивных изменений в обмене веществ, которые являются важным компонентом при тренировках, например, спортивных.
Интенсивное использование кислорода также приводит к образованию различных его форм, включая высокореакционноспособные частицы кислорода (ВРЧК) (рис. 2). ВРЧК способствует развитию мышечной усталости и повреждению ткани. В мышечной ткани есть ряд противовоспалительных защитных систем водной и жировой фаз, которые защищают ткань от вредного воздействия ВРЧК при их избытке. Скелетные мышцы способны синтезировать глутатион (GSH), который играет ключевую роль в поддержании противоокислительной защиты. Он сам является окисляемым веществом и помогает поддержать витамин С (в растворимой фазе) и Е (в жировой фазе) в их восстановленном виде. Ферменты глутатионовой системы, например, глутатионпероксидаза и глутатион-S-трансфераза, дополняют каталазу в метаболизме пероксида.
Метаболизм
Содержание
Метаболизм [ править | править код ]
Метаболизм — совокупность химических процессов, которые обеспечивают жизнедеятельность организма. Происходят они в тканях и клетках. Обмен, который происходит при полном покое, называется основным. Другими словами, если вы не выполняете никакой работы и не тренируетесь, организм все равно работает.
Промежуточный обмен — совокупность химических превращений с момента поступления переваренных пищевых веществ в кровь до выделения продуктов обмена из организма.
Метаболизм делится на 2 процесса, которые протекают одновременно и взаимосвязанно: анаболизм и катаболизм. Во время анаболизма происходит биосинтез сложных веществ из простых молекул предшественников. Каждая клетка формирует характерные для нее соединения (белки, жиры, углеводы и т.д.). При катаболизме, напротив, идет расщепление сложных молекул до более простых соединений. Выделяется энергия, которую и запасает организм.
Метаболизм питательных веществ [ править | править код ]
Для построения и возобновления тканей, восполнения расходуемой энергии и обеспечения жизнедеятельности человек должен питаться. В организм из окружающей среды поступают органические и неорганические питательные вещества, то есть пища. Энергетическая ценность того или иного продукта измеряется калориями.
В питании выделим 3 основных процесса: усвоение белков, жиров и углеводов. Регуляция обмена белков, жиров и углеводов — сложный процесс, который связан с работой различных отделов головного мозга, щитовидной и поджелудочной железы, коры надпочечников. Стоит серьезно отнестись к процессу питания, составлению рациона и качеству продуктов. При покупке продуктов в магазине возьмите за правило читать информацию на упаковке. Кроме срока годности и массы, вас должно интересовать содержание питательных веществ, калорийность и наличие витаминов.
Процесс усвоения белков — это синтез, распад и выведение клетками и тканями организма азотосодержащих соединений. Поскольку азот содержится в основном в белках и является важным элементом, то и недостаток белка может вызвать серьезные нарушения в организме. Конечный продукт расщепления поступивших с пищей белков — аминокислоты. Именно из них строятся наши мышцы. Человеческий организм не в состоянии синтезировать 10 аминокислот, которые считаются незаменимыми. Заменимыми называют аминокислоты, которые организм может синтезировать самостоятельно.
Энергетический обмен [ править | править код ]
Преобразование организмом пищи в «топливо» происходит по трем основным энергетическим каналам. Базовое представление о принципах этого процесса поможет вам разумнее подойти к тренировкам и питанию и, как следствие, улучшить спортивные результаты. Мы уже обсуждали, что спортивная диета строится на понимании того, как питательные вещества (углеводы, жиры и протеины) служат источником энергии, необходимой организму для выполнения физических упражнений. Эти питательные вещества преобразуются в энергию в форме аденозинтрифосфата посредством различных метаболических процессов. Аденозинтрифосфат (АТФ) — это молекула внутри клеток, главная роль которой связана с обеспечением организма энергией; именно благодаря энергии, высвобождаемой при распаде молекулы АТФ, происходит сокращение мышц. Как уже упоминалось, углеводы, протеины и жиры обладают неодинаковыми свойствами, поэтому у каждого из них свой механизм преобразования в АТФ.
Энергетические каналы [ править | править код ]
Организм не в состоянии хранить аденозинтрифосфат, его запасы расходуются буквально за несколько секунд, так что в ходе физической активности приходится непрерывно вырабатывать это вещество. Существует два основных способа преобразования питательных веществ в энергию:
Как правило, для снабжения организма энергией, необходимой для физических упражнений, объединяются все энергетические системы, при этом интенсивность и продолжительность нагрузок определяют, какой метод и когда используется.
Аэробный метаболизм [ править | править код ]
Аэробный метаболизм вырабатывает энергию, необходимую для длительных физических нагрузок, то есть имеющих продолжительность больше двух минут. Он задействует кислород, преобразуя питательные вещества (углеводы, протеины и жиры) в АТФ. Это более медленный процесс по сравнению с анаэробным, поскольку в нем задействована кровеносная система, снабжающая кислородом работающие мышцы. Аэробный метаболизм используется преимущественно в ходе упражнений на выносливость, отличающихся невысокой интенсивностью и высокой продолжительностью.
Анаэробный метаболизм [ править | править код ]
В процессе анаэробного метаболизма энергия вырабатывается быстро и без участия кислорода. Происходит это двумя способами.
Во время гликолиза глюкоза — либо содержащаяся в крови, либо преобразованная из гликогеновых запасов — расщепляется в ходе последовательности химических реакций, образуя пировиноградную кислоту.
Из каждой молекулы глюкозы, расщепленной до пировиноградной кислоты, образуются две молекулы пригодной к использованию АТФ. Полученного объема аденозинтрифосфата достаточно для обеспечения энергией напряженного спринта в течение 40 секунд. Следовательно, посредством этого механизма вырабатывается совсем не много энергии, однако преимущество здесь в быстроте ее получения.
Во время физических упражнений спортсмен последовательно проходит все перечисленные метаболические процессы. В начале занятий в ходе анаэробного метаболизма, обусловленного кислородным дефицитом, производится АТФ. По мере учащения дыхания и сердцебиения в организм поступает больше кислорода, и до достижения лактатного порога за выработку энергии отвечает аэробный метаболизм.
Лактатный порог [ править | править код ]
Лактат, или молочная кислота, — это продукт метаболизма, вырабатываемый в процессе анаэробных нагрузок. Он отражает уровень тренированности организма.
Питание энергетических систем организма [ править | править код ]
Те или иные вещества преобразуются в АТФ в зависимости от интенсивности и продолжительности физической активности. Углеводы выступают основным источником энергии при умеренных и высоких нагрузках, жиры — при невысоких. Последние служат хорошим источником энергии при тренировках выносливости, поскольку способны с участием кислорода продуцировать энергию на протяжении нескольких часов или даже дней, но совершенно не подходят для высокоинтенсивных нагрузок, например спринтовых интервалов, или даже сохранения темпа бега, который ниже лактатного порога.
Итак, по мере увеличения интенсивности нагрузок в дело вступает углеводный метаболизм. Он намного эффективнее жирового, но обеспечивает ограниченные запасы энергии. Накопленные углеводы (а именно гликоген) могут питать человека около 2 часов при умеренных или высокоинтенсивных тренировках. После этого запасы гликогена истощаются, и, если в организм не поступает свежее «топливо», появляется чувство слабости. Спортсмен может дольше продолжать умеренные либо высокоинтенсивные тренировки за счет пополнения углеводных запасов во время упражнений. Вот почему при умеренной физической активности продолжительностью более нескольких часов так важно употреблять в пищу легкоусвояемые углеводы. Если вы не обеспечите их должное поступление, вам придется снизить интенсивность движений и перейти на жировой метаболизм для их подпитывания.
Если нагрузки становятся интенсивными, эффективность углеводного метаболизма заметно снижается, и начинает работать анаэробный метаболизм. Дело в том, что организм не в состоянии быстро забирать и распределять кислород, и это мешает ему задействовать жировой или углеводный метаболизм. Углеводы могут дать почти в 20 раз больше энергии в форме АТФ на грамм веса, когда их метаболизм происходит с участием кислорода, по сравнению с условиями кислородного голодания, которые возникают во время приложения существенных усилий (например, в процессе спринтерского бега).
При надлежащих тренировках все энергетические системы адаптируются, становятся эффективнее и обеспечивают более длительные тренировки с высокой интенсивностью.
Типы мышечных волокон [ править | править код ]
Скелетные мышцы состоят из отдельных волокон, называемых миоцитами. Каждый миоцит включает множество миофибрилл, представляющих собой нити протеинов (актина и миозина), которые обладают способностью соединяться друг с другом и растягиваться. Благодаря их взаимодействию мышца укорачивается — этот процесс называется сокращением. Читайте подробнее: Типы мышечных волокон
Существует общепринятое деление мышечных волокон на два основных типа: медленно сокращающиеся (тип I) и быстро сокращающиеся (тип II); последние принято подразделять на тип IIa и тип IIb. Они по-разному реагируют на тренировки и физическую активность, и каждый тип волокон обладает уникальной способностью сокращаться определенным образом. Человеческая мускулатура содержит генетически предопределенное сочетание медленных и быстрых волокон.
В среднем в большинстве мышц, используемых для движения, медленно и быстро сокращающихся волокон содержится примерно поровну.
Медленно сокращающиеся волокна (тип I) [ править | править код ]
Медленно сокращающиеся волокна более эффективно используют кислород для выработки энергии (АТФ) при беспрерывных продолжительных мышечных сокращениях. Они разогреваются дольше, чем быстро сокращающиеся волокна, но могут работать продолжительнее, прежде чем устанут, и поэтому весьма полезны для спортсменов, занимающихся видами спорта на выносливость.
Быстро сокращающиеся волокна (тип II) [ править | править код ]
Поскольку быстро сокращающиеся волокна используют анаэробный метаболизм для выработки энергии, им куда лучше удается обеспечивать короткие всплески силы и скорости, чем медленным. Но волокна типа II быстрее утомляются. Они производят примерно тот же объем работы за одно сокращение, что и медленные волокна, просто делают это быстрее. Отсюда и их название. Наличие большего числа быстро сокращающихся волокон является преимуществом в спринте и силовых видах спорта, где требуется взрывная сила.
Типы мышечных волокон и спортивная производительность
Свойственное нам преобладание определенного типа мышечных волокон может оказать влияние на врожденную склонность к тому или иному виду спорту, а также на нашу скорость и силу. Так обычно бывает с элитными спортсменами, которые занимаются спортом, соответствующим генетически обусловленной структуре их тела. Известно, что спринтеры имеют около 80% быстро сокращающихся, а марафонцы — около 80% медленно сокращающихся волокон.
Отсюда вытекает закономерный вопрос: можно ли изменить их соотношение, чтобы оно отвечало требованиям выбранного вида спорта? Может ли пловец на дистанции в 50 м вольным стилем ничем не уступать пловцу, участвующему в заплывах на выносливость в открытой воде? Этот вопрос пока еще остается предметом масштабных исследований, и до сих пор однозначного ответа на него не существует. Имеются доказательства того, что благодаря тренировкам скелетные мышцы могут преобразовать волокна из «быстрых» в «медленные», но для подтверждения необходимы дальнейшие лабораторные наблюдения и эксперименты.
Состав тела [ править | править код ]
В спортивном питании гораздо полезнее учитывать состав тела, нежели только его массу. Человеческий организм состоит из самых разнообразных компонентов. Тощие ткани, такие как мышцы, кости и органы, метаболически активны, а жировые ткани — нет.
Метаболизм
Содержание
Метаболизм — совокупность химических процессов, которые обеспечивают жизнедеятельность организма. Происходят они в тканях и клетках. Обмен, который происходит при полном покое, называется основным. Другими словами, если вы не выполняете никакой работы и не тренируетесь, организм все равно работает.
Промежуточный обмен — совокупность химических превращений с момента поступления переваренных пищевых веществ в кровь до выделения продуктов обмена из организма.
Метаболизм делится на 2 процесса, которые протекают одновременно и взаимосвязанно: анаболизм и катаболизм. Во время анаболизма происходит биосинтез сложных веществ из простых молекул предшественников. Каждая клетка формирует характерные для нее соединения (белки, жиры, углеводы и т.д.). При катаболизме, напротив, идет расщепление сложных молекул до более простых соединений. Выделяется энергия, которую и запасает организм.
Метаболизм питательных веществ Править
Для построения и возобновления тканей, восполнения расходуемой энергии и обеспечения жизнедеятельности человек должен питаться. В организм из окружающей среды поступают органические и неорганические питательные вещества, то есть пища. Энергетическая ценность того или иного продукта измеряется калориями.
В питании выделим 3 основных процесса: усвоение белков, жиров и углеводов. Регуляция обмена белков, жиров и углеводов — сложный процесс, который связан с работой различных отделов головного мозга, щитовидной и поджелудочной железы, коры надпочечников. Стоит серьезно отнестись к процессу питания, составлению рациона и качеству продуктов. При покупке продуктов в магазине возьмите за правило читать информацию на упаковке. Кроме срока годности и массы, вас должно интересовать содержание питательных веществ, калорийность и наличие витаминов.
Процесс усвоения белков — это синтез, распад и выведение клетками и тканями организма азотосодержащих соединений. Поскольку азот содержится в основном в белках и является важным элементом, то и недостаток белка может вызвать серьезные нарушения в организме. Конечный продукт расщепления поступивших с пищей белков — аминокислоты. Именно из них строятся наши мышцы. Человеческий организм не в состоянии синтезировать 10 аминокислот, которые считаются незаменимыми. Заменимыми называют аминокислоты, которые организм может синтезировать самостоятельно.
Преобразование организмом пищи в «топливо» происходит по трем основным энергетическим каналам. Базовое представление о принципах этого процесса поможет вам разумнее подойти к тренировкам и питанию и, как следствие, улучшить спортивные результаты. Мы уже обсуждали, что спортивная диета строится на понимании того, как питательные вещества (углеводы, жиры и протеины) служат источником энергии, необходимой организму для выполнения физических упражнений. Эти питательные вещества преобразуются в энергию в форме аденозинтрифосфата посредством различных метаболических процессов. Аденозинтрифосфат (АТФ) — это молекула внутри клеток, главная роль которой связана с обеспечением организма энергией; именно благодаря энергии, высвобождаемой при распаде молекулы АТФ, происходит сокращение мышц. Как уже упоминалось, углеводы, протеины и жиры обладают неодинаковыми свойствами, поэтому у каждого из них свой механизм преобразования в АТФ.
Энергетические каналы Править
Организм не в состоянии хранить аденозинтрифосфат, его запасы расходуются буквально за несколько секунд, так что в ходе физической активности приходится непрерывно вырабатывать это вещество. Существует два основных способа преобразования питательных веществ в энергию:
Как правило, для снабжения организма энергией, необходимой для физических упражнений, объединяются все энергетические системы, при этом интенсивность и продолжительность нагрузок определяют, какой метод и когда используется.
Аэробный метаболизм Править
Аэробный метаболизм вырабатывает энергию, необходимую для длительных физических нагрузок, то есть имеющих продолжительность больше двух минут. Он задействует кислород, преобразуя питательные вещества (углеводы, протеины и жиры) в АТФ. Это более медленный процесс по сравнению с анаэробным, поскольку в нем задействована кровеносная система, снабжающая кислородом работающие мышцы. Аэробный метаболизм используется преимущественно в ходе упражнений на выносливость, отличающихся невысокой интенсивностью и высокой продолжительностью.
Анаэробный метаболизм Править
В процессе анаэробного метаболизма энергия вырабатывается быстро и без участия кислорода. Происходит это двумя способами.
Во время гликолиза глюкоза — либо содержащаяся в крови, либо преобразованная из гликогеновых запасов — расщепляется в ходе последовательности химических реакций, образуя пировиноградную кислоту.
Из каждой молекулы глюкозы, расщепленной до пировиноградной кислоты, образуются две молекулы пригодной к использованию АТФ. Полученного объема аденозинтрифосфата достаточно для обеспечения энергией напряженного спринта в течение 40 секунд. Следовательно, посредством этого механизма вырабатывается совсем не много энергии, однако преимущество здесь в быстроте ее получения.
Во время физических упражнений спортсмен последовательно проходит все перечисленные метаболические процессы. В начале занятий в ходе анаэробного метаболизма, обусловленного кислородным дефицитом, производится АТФ. По мере учащения дыхания и сердцебиения в организм поступает больше кислорода, и до достижения лактатного порога за выработку энергии отвечает аэробный метаболизм.
Лактат, или молочная кислота, — это продукт метаболизма, вырабатываемый в процессе анаэробных нагрузок. Он отражает уровень тренированности организма.
Те или иные вещества преобразуются в АТФ в зависимости от интенсивности и продолжительности физической активности. Углеводы выступают основным источником энергии при умеренных и высоких нагрузках, жиры — при невысоких. Последние служат хорошим источником энергии при тренировках выносливости, поскольку способны с участием кислорода продуцировать энергию на протяжении нескольких часов или даже дней, но совершенно не подходят для высокоинтенсивных нагрузок, например спринтовых интервалов, или даже сохранения темпа бега, который ниже лактатного порога.
Итак, по мере увеличения интенсивности нагрузок в дело вступает углеводный метаболизм. Он намного эффективнее жирового, но обеспечивает ограниченные запасы энергии. Накопленные углеводы (а именно гликоген) могут питать человека около 2 часов при умеренных или высокоинтенсивных тренировках. После этого запасы гликогена истощаются, и, если в организм не поступает свежее «топливо», появляется чувство слабости. Спортсмен может дольше продолжать умеренные либо высокоинтенсивные тренировки за счет пополнения углеводных запасов во время упражнений. Вот почему при умеренной физической активности продолжительностью более нескольких часов так важно употреблять в пищу легкоусвояемые углеводы. Если вы не обеспечите их должное поступление, вам придется снизить интенсивность движений и перейти на жировой метаболизм для их подпитывания.
Если нагрузки становятся интенсивными, эффективность углеводного метаболизма заметно снижается, и начинает работать анаэробный метаболизм. Дело в том, что организм не в состоянии быстро забирать и распределять кислород, и это мешает ему задействовать жировой или углеводный метаболизм. Углеводы могут дать почти в 20 раз больше энергии в форме АТФ на грамм веса, когда их метаболизм происходит с участием кислорода, по сравнению с условиями кислородного голодания, которые возникают во время приложения существенных усилий (например, в процессе спринтерского бега).
При надлежащих тренировках все энергетические системы адаптируются, становятся эффективнее и обеспечивают более длительные тренировки с высокой интенсивностью.
Скелетные мышцы состоят из отдельных волокон, называемых миоцитами. Каждый миоцит включает множество миофибрилл, представляющих собой нити протеинов (актина и миозина), которые обладают способностью соединяться друг с другом и растягиваться. Благодаря их взаимодействию мышца укорачивается — этот процесс называется сокращением. Читайте подробнее: Типы мышечных волокон
Существует общепринятое деление мышечных волокон на два основных типа: медленно сокращающиеся (тип I) и быстро сокращающиеся (тип II); последние принято подразделять на тип IIa и тип IIb. Они по-разному реагируют на тренировки и физическую активность, и каждый тип волокон обладает уникальной способностью сокращаться определенным образом. Человеческая мускулатура содержит генетически предопределенное сочетание медленных и быстрых волокон.
В среднем в большинстве мышц, используемых для движения, медленно и быстро сокращающихся волокон содержится примерно поровну.
Медленно сокращающиеся волокна (тип I) Править
Медленно сокращающиеся волокна более эффективно используют кислород для выработки энергии (АТФ) при беспрерывных продолжительных мышечных сокращениях. Они разогреваются дольше, чем быстро сокращающиеся волокна, но могут работать продолжительнее, прежде чем устанут, и поэтому весьма полезны для спортсменов, занимающихся видами спорта на выносливость.
Быстро сокращающиеся волокна (тип II) Править
Поскольку быстро сокращающиеся волокна используют анаэробный метаболизм для выработки энергии, им куда лучше удается обеспечивать короткие всплески силы и скорости, чем медленным. Но волокна типа II быстрее утомляются. Они производят примерно тот же объем работы за одно сокращение, что и медленные волокна, просто делают это быстрее. Отсюда и их название. Наличие большего числа быстро сокращающихся волокон является преимуществом в спринте и силовых видах спорта, где требуется взрывная сила.
Типы мышечных волокон и спортивная производительность
Свойственное нам преобладание определенного типа мышечных волокон может оказать влияние на врожденную склонность к тому или иному виду спорту, а также на нашу скорость и силу. Так обычно бывает с элитными спортсменами, которые занимаются спортом, соответствующим генетически обусловленной структуре их тела. Известно, что спринтеры имеют около 80% быстро сокращающихся, а марафонцы — около 80% медленно сокращающихся волокон.
Отсюда вытекает закономерный вопрос: можно ли изменить их соотношение, чтобы оно отвечало требованиям выбранного вида спорта? Может ли пловец на дистанции в 50 м вольным стилем ничем не уступать пловцу, участвующему в заплывах на выносливость в открытой воде? Этот вопрос пока еще остается предметом масштабных исследований, и до сих пор однозначного ответа на него не существует. Имеются доказательства того, что благодаря тренировкам скелетные мышцы могут преобразовать волокна из «быстрых» в «медленные», но для подтверждения необходимы дальнейшие лабораторные наблюдения и эксперименты.
В спортивном питании гораздо полезнее учитывать состав тела, нежели только его массу. Человеческий организм состоит из самых разнообразных компонентов. Тощие ткани, такие как мышцы, кости и органы, метаболически активны, а жировые ткани — нет.
Основные закономерности метаболических процессов в организме человека. Часть 2.
Рассматривая обмен веществ в условиях нормального функционирования организма, следует остановиться на безусловно взаимосвязанных, но в то же время достаточно специфичных составляющих метаболизма, а именно на углеводном, белковом, липидном и водно-электролитном обмене.
Очевидно, что основная роль углеводов в метаболизме определяется их энергетической функцией. Именно глюкоза крови вследствие наличия простого и быстрого пути гликолитической диссимиляции и последующего окисления в цикле трикарбоновых кислот, а также возможности максимально быстрого извлечения ее из депо гликогена, обеспечивающей экстренную мобилизацию энергетических ресурсов, является наиболее востребованным источником энергии в организме. Использование циркулирующей в плазме глюкозы разными органами неодинаково: мозг задерживает 12% глюкозы, кишечник— 9%, мышцы — 7%, почки — 5%. При этом уровень глюкозы плазмы крови является одной из важнейших гомеостатических констант организма, составляя 3, 3—5, 5 ммоль/л. Как известно снижение уровня глюкозы ниже допустимого передела имеет своим незамедлительным следствием дискоординацию деятельности ЦНС, проявляющуюся соответствующей клинической симптоматикой: головной мозг содержит небольшие резервы углеводов и нуждается в постоянном поступлении глюкозы, поскольку энергетические расходы мозга покрываются исключительно за счет углеводов. Глюкоза в тканях мозга преимущественно окисляется, а небольшая часть ее превращается в молочную кислоту.
При полном отсутствии углеводов в пище они образуются в организме из продуктов трансформации жиров и белков. В печени возможно новообразование углеводов как из собственных продуктов их распада (пировиноградной или молочной кислоты), так и из продуктов диссимиляции жиров и белков (кетокислот и аминокислот), что обозначается как глюконеогенез. В результате трансформации аминокислот образуется пировиноградная кислота, при окислении жирных кислот — ацетилкоэнзим А, который может превращаться в пировиноградную кислоту — предшественник глюкозы. Это наиболее важный общий путь биосинтеза углеводов. Между двумя основными источниками энергии — углеводами и жирами — существует тесная физиологическая взаимосвязь. Повышение содержания глюкозы в крови увеличивает биосинтез триглицеридов и уменьшает распад жиров в жировой ткани. Поступление в кровь свободных жирных кислот уменьшается. В случае возникновения гипогликемии процесс синтеза триглицеридов тормозится, ускоряется распад жиров и в кровь в большом количестве поступают свободные жирные кислоты. Гликогенез, гликогенолиз и глюконеогенез являются тесно взаимосвязанными процессами, обеспечивающими оптимальный уровень глюкозы крови сообразно степени функционального напряжения организма.
Центральным звеном регуляции углеводного и других видов обмена и местом формирования сигналов, управляющих уровнем глюкозы, является гипоталамус. Отсюда регулирующие влияния реализуются вегетативными нервами и гуморальным путем, включающим эндокринные железы. Единственным гормоном, снижающим уровень гликемии, является инсулин — гормон, вырабатываемый β-клетками островков Ланхгерганса. Снижение гликемии происходит за счет усиления инсулином синтеза гликогена в печени и мышцах и повышения потребления глюкозы тканями организма. Увеличение уровня глюкозы в крови возникает при действии нескольких гормонов. Это глюкагон, продуцируемый α-клетками островков Ланхгерганса, адреналин — гормон мозгового слоя надпочечников, глюкокортикоиды — гормоны коркового слоя надпочечников, соматотропный гормон гипофиза, тироксин и трийодтиронин — гормоны щитовидной железы. Данные гормоны в связи с однонаправленностью их влияния на углеводный обмен и функциональным антагонизмом по отношению к эффектам инсулина часто объединяют понятием «контринсулярные гормоны».
Таким образом биологическая роль углеводов для организма человека определяется прежде всего их энергетической функцией. Обладая энергетической ценностью в 16, 7 кДж (4, 0 ккал) на 1 грамм вещества, углеводы являются основным источником энергии для всех клеток организма, при этом выполняя еще пластическую и опорную функции. Суточная потребность взрослого человека в углеводах составляет около 500 г.
— пластическая (структурная) функция заключается в том, что белки являются главной составной частью всех клеточных и межклеточных структур тканей;
— ферментная (каталитическая, энзимная) функция состоит в обеспечении всех химических реакций, протекающих в ходе обмена веществ в организме (дыхание, пищеварение, выделение), деятельностью ферментов, являющихся по своей структуре белками;
— транспортная функция белков заключается в их способности к соединению с целым рядом метаболитов и переносе последних в связанном состоянии в межтканевой жидкости и плазме крови к области их утилизации;
— защитная функция белков проявляется реализацией иммунного ответа образованием иммуноглобулинов (антител) и системы комплемента при поступлении в организм чужеродного белка, а также способностью к непосредственному связыванию экзогенных токсинов; белки системы гемостаза обеспечивают свертывание крови и остановку кровотечения при повреждении кровеносных сосудов;
— регуляторная функция, направленная на сохранение гомеостаза с поддержанием биологических констатнт организма, реализуется буферными свойствами молекулы протеинов, белковой структурой клеточных рецепторов, активируемых в свою очередь регуляторными полипептидами и гормонами, также имеющими белковую структуру;
— двигательная функция, обеспечивается взаимодействием сократительных белков мышечной ткани актина и миозина;
— энергетическая роль белков состоит в обеспечении организма энергией, образующейся при диссимиляции белковых молекул; при окислении 1 г белка в среднем освобождается энергия, равная 16, 7 кДж (4, 0 ккал).
При катаболизме почти все природные аминокислоты сначала передают аминогруппу на а-кетоглутарат в реакции трансаминирования с образованием глутамата и соответствующей кетокислоты. Затем глутамат подвергается прямому окислительному дезаминированию под действием глутаматдегидрогеназы, в результате чего получаются а-кетоглутарат и аммиак. При необходимости синтеза аминокислот и наличии необходимых а-кетокислот обе стадии непрямого дезаминирования протекают в обратном направлении. В результате восстановительного аминирования а-кетоглутарата образуется глутамат, который вступает в трансаминирование с соответствующей а-кетокислотой, что приводит к синтезу новой аминокислоты. В случае использования белков в качестве источника энергии большинство аминокислот окисляются в конечном счёте через цикл лимонной кислоты до углекислого газа и воды. Прежде, чем эти вещества вовлекаются в заключительный этап катаболизма, их углеродный скелет превращается в двухуглеродный фрагмент в форме ацетил-КоА. Именно в этой форме большая часть молекул аминокислот включается в цикл лимонной кислоты.
Таблица 1. 1. Аминокислоты, входящие в состав белков человека.
1. Незаменимые
2. Частично заменимые
3. Условно заменимые
4. Заменимые
Таблица 1. 2. Классификация липидов организма человека.
1. Гликолипиды.
Содержат углеводный компонент.
2. Жиры.
3. Минорные липиды.
4. Стероиды.
А. Стерины (спирты).
Наиболее важен холестерин.
В. Стериды.
Эфиры стеринов и высших жирных кислот. Наиболее распространены эфиры холестерина.
5. Фосфолипипы.
Одним из продуктов катаболизма жиров, имеющем важное значения для метаболизма в целом являются кетоновые тела. Кетоновые тела — группа органических соединений, являющихся промежуточными продуктами жирового, углеводного и белкового обменов. К кетоновым телам относят β-оксимасляную и ацетоуксусную кислоты и ацетон, имеющие сходное строение и способные к взаимопревращениям. Главным путем синтеза кетоновых тел, происходящего в основном в печени, считается реакция конденсации между двумя молекулами ацетил-КоА, образовавшегося при β-окислении жирных кислот или при окислительном декарбоксилировании пирувата (пировиноградной кислоты) в процессе обмена глюкозы и ряда аминокислот. Данный путь синтеза кетоновых тел более других зависит от характера питания и в большей степени страдает при патологических нарушениях обмена веществ. Из печени кетоновые тела поступают в кровь и с нею во все остальные органы и ткани, где они включаются в универсальный энергообразующий цикл — цикл трикарбоновых кислот, в котором окисляются до углекислоты и воды. Кетоновые тела используются также для синтеза холестерина, высших жирных кислот, фосфолипидов и заменимых аминокислот. При голодании, однообразном безуглеводистом питании и при недостаточной секреции инсулина использование ацетил-КоА в цикле трикарбоновых кислот подавляется, так как все метаболически доступные ресурсы организма превращаются в глюкозу крови. В этих условиях увеличивается синтез кетоновых тел. Следует подчеркнуть важную роль кетоновых тел в поддержании энергетического баланса. Кетоновые тела – поставщики «топлива» для мышц, почек и действуют, возможно, как часть регуляторного механизма с обратной связью, предотвращая чрезвычайную мобилизацию жирных кислот из жировых депо. Печень в этом смысле является исключением, она не использует кетоновые тела в качестве энергетического материала.
Процесс образования, отложения и мобилизации из депо жира регулируется нервной и эндокринной системами, а также тканевыми механизмами и тесно связаны с углеводным обменом. Так, повышение концентрации глюкозы в крови уменьшает распад триглицеридов и активизирует их синтез. Понижение концентрации глюкозы в крови, наоборот, тормозит синтез триглицеридов и усиливает их расщепление. Таким образом, взаимосвязь жирового и углеводного обменов направлена на обеспечение энергетических потребностей организма. При избытке углеводов в пище триглицериды депонируются в жировой ткани, при нехватке углеводов происходит расщепление триглицеридов с образованием неэтерифицнрованных жирных кислот, служащих источником энергии. В обмене жиров одна из важнейших ролей принадлежит печени. Печень — основной орган, в котором происходит образование кетоновых тел (бета-оксимасляная, ацетоуксусная кислоты, ацетон), используемых как альтернативный глюкозе источник энергии.
Как указывалось выше метаболизм жиров контролируется нервной и эндокринной системами. Мобилизация жиров из депо происходит под влиянием гормонов мозгового слоя надпочечников — адреналина и норадреналина. Соматотропный гормон гипофиза также обладает жиромобилизирующим действием. Аналогично действует тироксин — гормон щитовидной железы. Тормозят мобилизацию жира глюкокортикоиды — гормоны коркового слоя надпочечника, вероятно, вследствие того, что они несколько повышают уровень глюкозы в крови. Действие инсулина связано с повышением активности внутриклеточной фосфодиэстеразы, что приводит к снижению концентрации цАМФ и угнетению липолиза. Таким образом, инсулин усиливает синтез жира и уменьшает скорость его мобилизации. Имеются данные, свидетельствующие о возможности прямых нервных влияний на обмен жиров. Симпатические влияния тормозят синтез триглицеридов и усиливают их распад. Парасимпатические влияния, напротив, способствуют отложению жира в депо.
Статья добавлена 31 мая 2016 г.