10 мифов и фактов о метаболизме: откуда берется лишний вес и как его убрать?

Питание клетки

Для протекания метаболизма в клетке необходимы различные питательные вещества, которые организм получает в результате питания.

Все живые организмы различаются по тому, какую пищу они используют. Некоторые организмы способны сами производить вещества, другие же в процессе питания клетки потребляют уже готовые.

Различают несколько разновидностей организмов по способу питания клетки:

1. Автотрофы сами производят органические вещества. Для осуществления процессов синтеза они используют простые неорганические соединения – углекислый газ и воду. Источником энергии для протекания ассимиляции в клетке у автотрофов является солнечный свет или энергия химических взаимодействий.

Организмы, использующие солнечный свет для формирования органических соединений получили название фототрофы. Этим существам характерен фотосинтез, протекающий в хлоропластах. Соответственно, фототрофами являются все зеленые растения. Помимо этого, примером фототрофов считаются цианобактерии, зеленые и пурпурные бактерии.

Организмы, которые для производства органических соединений используют энергию химических взаимодействий, называются хемотрофами.

Хемотрофами являются некоторые бактерии, к примеру, железобактерии, серобактерии, нитрифицирующие бактерии.

Гетеротрофы используют в пищу готовые органические вещества. Вследствие такого питания гетеротрофы получают энергию, требуемую для жизненных процессов, а также служат источником строительного материала для клеточных структур. Гетеротрофами являются все животные, грибы и большинство бактерий.

Вдобавок есть организмы, применяющие для питания клетки автотрофный и гетеротрофный способ. К этим организмам относится эвглена зеленая. У нее есть хлоропласты и она может сама производить вещества для питания клетки как автотрофы. Однако в темноте, ее питание осуществляется гетеротрофным способом как у животной клетки.

Виды обмена веществ. Что называют обменом веществ?

В сознании многих он связан только с весом. Замедлился метаболизм — жди набора, ускорился — снижения. Однако этим данное понятие не ограничивается.

Обмен веществ — это процесс непрерывного поступления в организм питательных веществ, их расщепление на составляющие, частичное усвоение и последующее выделение продуктов распада. Его активные участники:

• аминокислоты;
• белки;
• билирубин;
• витамины;
• гликаны;
• гликопротеины;
• глюкозаминогликаны;
• гормоны;
• жиры;
• кофакторы;
• коферменты;
• ксенобиотики;
• липиды;
• липопротеиды;
• минералы;
• нуклеотиды;
• пигменты;
• порфирины;
• пурины;
• пиримидины;
• сфинголипиды;
• углеводы и др.

Конечные продукты, которые выделяются во внешнюю среду, — это железо, углекислый газ, молочная кислота, вода, соли, тяжёлые металлы.

Этапы

Метаболизм — это ступенчатый процесс, в котором выделяются следующие этапы:

Первый. Пищеварение — представляет собой механическую и химическую переработку пищи в ЖКТ. На данном этапе происходит разложение углеводов (превращаются в моносахариды), белковых соединений (синтезируются в аминокислоты), липидов (расщепляются до жирных кислот) с последующим их всасыванием.

Второй. На уровне тканей протекает промежуточный обмен, который предполагает расщепление питательных веществ до конечных продуктов.

Третий. Включает в себя усвоение и выделение образовавшихся конечных продуктов.

Процессы

Обмен веществ человека протекает в виде двух процессов:

1. Ассимиляции (анаболизма), когда происходит усвоение веществ и затраты энергии.
2. Диссимиляции (катаболизма), когда органические соединения расщепляются с выработкой энергии.

Схема

Общая схема выглядит так:

Пища → ЖКТ (переваривание) → всасывание питательных веществ → транспортировка питательных веществ в кровь, лимфу, клетки, тканевую жидкость (расщепление веществ, образование новых органических соединений) → выведение продуктов распада через кожу и почки.

Условия протекания метаболизма в организме человека

Среди ключевых факторов метаболизма можно отметить следующие:

• наличие физической нагрузки. При интенсивной нагрузке расход энергии увеличивается в 10 раз по сравнению с энергозатратами. В короткие периоды метаболизм увеличивается даже в 100 раз;
• темп обмена веществ также существенно зависит от возраста. Его постепенное увеличение начинается с 5 лет, а после подросткового возраста скорость обмена веществ достаточно сильно снижается;
• температура. Значительные повышения температуры увеличивают обмен веществ. Но даже ее повышение на один градус влечет за собой повышение обмена веществ на 13 процентов. возрастание интенсивности обмена веществ наблюдается так же при снижении температуры окружающей среды ниже зоны комфорта. Эта тенденция имеет адаптивный характер.
• половая принадлежность организма.

Пример 1

У мужчин в молодом возрасте обмен веществ составляет 1300 – 1500 килокалорий в сутки. У женщин величина основного обмена веществ несколько меньше и составляет 1100- 1400 кКал.

Кроме того, обмен веществ сильно зависит от наличия патологических процессов в организме человека. При многих болезнях скорость метаболизма существенно снижается или наоборот существенно повышается. Это происходит потому, что в стабильную систему обмена веществ внедряются чужеродные вещества.

Для того, чтобы поддержать нормальный обмен веществ необходимо употреблять в пищу несколько групп незаменимых веществ. К ним относят незаменимые аминокислоты. Организм человека может создать только 12 аминокислот из 20-ти, остальные восемь поступают с пищей. Среди незаменимых кислот выделяют валин, метионин, треонин, триптофан и фенилаланин.

Полинасыщенные жирные кислоты также не могут быть образованы организмом человека. Витамины также нужны организму в небольших количествах и при их избытке образуется гипервитаминоз. Оба состояния одинаково негативно сказываются на жизнедеятельности организма, так как нарушают естественный баланс веществ в организме.

Для того, чтобы обмен веществ протекал нормально, необходим обмен каждой группы живых организмов. Целесообразно рассмотреть обмен веществ на примере обмена белков.

Определение 2

Обмен белков – это расщепление протеина на аминокислоты и все последующие химические реакции, которые образуются после распада крупных групп белков.

Белок является важнейшим компонентом обмена веществ. Он выполняет несколько важнейших функций: распределят питательные вещества среди систем органов и организует их использование рациональным образом. Белки регулируют работу эндокринной системы. Они же способствуют образованию половых гормонов. Белки также могут ускорить протекание многих химических реакций.

Благодаря белкам происходит перенос кровью кислорода, жиров, витаминов, и других компонентов обмена веществ. Белки позволяют также обеспечить полноценность функционирования иммунной системы организма. Белковый метаболизм состоит из нескольких этапов: поступление белка в организм с пищей и начало их расщепления в пищеварительной системе. Денатурация белка происходит до линейной или белковой структур, которая соединяется пептидной связью. Пептидная связь распадается и белок расщепляется на локальные аминокислоты.

Определение 3

Денатурация – это процесс расщепления молекулы белка.

Далее аминокислоты транспортируются по организму и используются для строительства тканей и органов. Новый цикл белкового обмена запускается и происходит метаболизм неиспользованных белков для строительства человеческого организма. В дальнейшем происходит выведение из организма отработанных аминокислот.

Таким образом, метаболизм в организме человека позволяет реализовать все его ресурсы и обеспечить надежную систему существования гомеостаза.

Среди симптомов, которые говорят о нарушении обмена веществ необходимо отметить существенное изменение массы тела, наличие хронической усталости, повышенная раздражительность, а также ломкость ногтей и волос. Эти симптомы требуют устранения. Которое позволит стабилизировать деятельность организма человека и вывести его из состояния дисбаланса.

Типы метаболизма человека

Метаболизм включает в себя все биохимические процессы, происходящие в  организме. И чтобы все эти они происходили должным образом, необходимы питательные вещества, которые мы усваиваем с пищей. Они попадают в наши клетки через кровь, трансформируются и используются там для функционирования нашего организма.

Метаболизм принято делить на катаболический (катаболизм) и анаболический (анаболизм).

• Катаболический. Это процесс, при котором организм превращает вещества из пищи в химические соединения: белки в аминокислоты, жиры в жирные кислоты и углеводы в простые сахара.

• Анаболический. Относится к обратному процессу — организм использует химические соединения, которые были преобразованы в результате катаболизма. Аминокислоты используются, например, для синтеза белка в мышцах.

По мнению специалистов в области питания, можно выделить три типа метаболизма человека:

• Белковый обмен. Люди с этим типом обменных процессов не склонны к употреблению сахара и сладкого, им свойственна диета, богатая животными белками и жирами. Как правило, часто испытывают чувство голода.

• Углеводный. Характерные черты: умеренный аппетит и предпочтения сладостям и мучным изделиям, а также стимуляторам (например, кофе). Такие люди, как правило, сталкиваются с частыми колебаниями веса, и им трудно достичь определенной стабильности.

• Смешанный. Люди с таким метаболизмом не отличаются ни повышенным, ни пониженным аппетитом, но именно они часто нуждаются в шоколаде и прочих сладостях.

Стадии энергетического обмена

Несмотря на сложность реакций обмена энергии, он разделяется на три фазы:

1. подготовительная,
2. анаэробная (без кислорода),
3. аэробная (кислород).

На подготовительном этапе происходит разложение молекул гликанов, липидов, белков, нуклеиновых кислот на более простые, к примеру, на глюкозу, глицерин и жирные кислоты, аминокислоты, нуклеотиды. Эта фаза может осуществляться непосредственно в клетках или в кишечнике, откуда эти вещества переносятся кровотоком.

В анаэробной фазе энергетического катаболизма в дальнейшем происходит расщепление мономеров органических соединений до более простых промежуточных соединений, к примеру, пировиноградной кислоты или пирувата. Он не нуждается в присутствии кислорода, и для организмов, живущих в болотном иле, это единственный способ получить энергию. Анаэробная фаза энергетического обмена проходит в цитоплазме.

Некоторые вещества подвергаются бескислородному расщеплению, при этом глюкоза, чаще всего, остается основным субстратом реакций. Процесс его свободного от кислорода распада принято называть гликолизом. Вследствие гликолиза, молекула глюкозы теряет четыре атома водорода, то есть она окисляется, и образуются две молекулы пировиноградной кислоты, две молекулы АТФ и две молекулы переносчика водорода, восстановленного НАДH + H +:

С₆Н₁₂О₆+2Н₃РО₄+2АДФ+2НАД→2С₃Н₄О₃+2АТФ+2НАДН+Н++2Н₂О.

Образование АТФ из АДФ осуществляется за счет прямого переноса фосфат-аниона из предварительно фосфорилированного сахара и называется субстратным фосфорилированием. 

Аэробная фаза энергетического катаболизма может происходить только в присутствии кислорода, тогда как промежуточные продукты, образующиеся при бескислородном разложении, окисляются до конечных продуктов (углекислого газа и воды), и большая часть энергии, хранящейся в химических связях органических соединений, высвобождается. В молекулу АТФ входит 36 макроэргических связей. Эта стадия имеет такое название, как тканевое дыхание. Когда кислород отсутствует, происходит преобразование промежуточных продуктов обмена веществ в определённые органические вещества,  данный процесс принято называть ферментацией или брожением.

Скорость обмена веществ

Помните, мы чуть выше говорили о двух противоположных процессах? Об анаболизме и катаболизме.

Если в организме преобладают процессы разрушения (катаболизм), то организм непременно начнёт худеть.

Если в каком-то соотношении анаболизм (процессы построения тканей) начинает преобладать, то организм набирает вес.

Скорость обмена веществ определяется количеством калорий, которые расходуются в данный момент времени. Конечно, во время физической активности скорость обмена веществ гораздо выше, чем когда вы просиживаете пятую точку на диване.

Многие факторы влияют на скорость метаболизма, вот самые весомые из них: пол, возраст, мышечная масса, эндокринная система (гормональный фон), генетика, тип телосложения (у худого быстрее, у толстого медленнее), а так же эмоциональное состояние человека и др. Как вы поняли, многие из этих показателей не изменить.

У мужчин скорость метаболизма выше, т.к. у нас больше мышечной массы, и мы, в целом, крупнее. Мышцы потребляют энергию постоянно, круглые сутки, поэтому, чем больше мышечной ткани, тем больше требуется калорий, чтобы её обеспечить.

Поэтому скорость обмена веществ можно увеличить, если нарастить больше мышц.

Ну, а чтобы нарастить больше мышечной массы, необходимо работать с железом! Никакая на фиг аэробика, никакие дрыганья с повязками на лбах не помогут вам нарастить массивную, рельефную, мускулатуру.

Меня по-прежнему удивляют девушки, а особенно парни, которые годами занимаются аэробикой и верят в то, что это очень действенный способ нарастить мускулатуру.

С возрастом метаболизм замедляется, но это не всегда связано со старением организма, зачастую люди просто расслабляются и снижают до минимума свою физическую активность.

Как бы вы не двигались – организму для любого движения требуется энергия.

Поэтому у подвижных людей скорость обмена веществ выше, т.к. они тратят на мышечную активность на 25-30% больше калорий.

Однако, не все виды спорта и физической активности ускоряют обмен веществ одинаково.

К примеру аэробные упражнения (бег, ходьба, велосипед и.т.д), по результатам исследований учёных, не ускоряют скорость обмен веществ настолько, насколько, например, бодибилдинг (анаэробная – «бескислородная» нагрузка). Т.к. бодибилдинг растит мышечную массу.

Тут схема простая, чем больше мышц, тем больше калорий переварит обмен веществ.

С тренировками понятно. Чем больше тренируетесь, тем быстрее ваш обмен веществ.

Теперь питание. Когда вы что-нибудь съедаете, то система пищеварения сразу же начинает активную работу, это тоже ускоряет метаболизм! Вот почему вы должны есть часто и маленькими порциями!

Некоторые продукты и нутриенты ускоряют скорость обмена веществ на некоторое время. Такие как: белок, кофеин, зелёный чай, различные специи и.т.д.

Брожение

Примеры процессов брожения известны из повседневной жизни, производственной деятельности.

1. Спиртовое брожение заключается в метаболическом превращении углеводов микроорганизмами, преимущественно дрожжами. В результате образуется этиловый спирт, АТФ и вода, выделяется углекислый газ. Энергию микроорганизмы используют для жизнедеятельности, деления клеток. Спиртовое брожение используется в производстве алкогольных напитков. Пекарские дрожжи в хлебопечении тоже перерабатывают углеводы на этанол и углекислый газ, разрыхляющий тесто.
2. Молочнокислое брожение завершается образованием молекул молочной кислоты, АТФ, водорода и воды. Так скисает молоко, получается пахта, йогурт, сметана, творог. (Рисунок 1). Этот же тип брожения происходит при квашении  капусты. Молочнокислые бактерии уменьшают рН субстрата, создают кислую среду. Они не нуждаются в кислороде, но выживают и в кислородной среде.
3. Уксуснокислое брожение приводит к изменениям сока, вина. Сначала, в результате спиртового брожения, вырабатывается этанол. Затем, уксуснокислые бактерии перерабатывают спирт на органические кислоты, в основном яблочную, лимонную, молочную. Так получают натуральный уксус из плодово-ягодного сырья.

Во всех случаях брожения микроорганизмы изменяют углеводы и производят макроэнергетическое вещество — АТФ. Для этого процесса не требуется кислород, что является важнейшим отличием от дыхания. Общий признак — химическая энергия связей в молекуле глюкозы преобразуется в энергию в форме АТФ, которая используется для жизненных процессов.

Брожение — древнейший и не самый совершенный способ выработки энергии. Из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ. Кислородный процесс более эффективен в плане получения энергии.

Организмы, которым необходим кислород для дыхания, являются аэробами (в переводе с греческого «аэр» — воздух). Внешняя сторона процесса заключается в поглощении кислорода из воздуха и выделении диоксида углерода.

Молекулы О₂ попадают в организм насекомых через трахеи. Для рыб характерно жаберное дыхание, для млекопитающих — легочное. Переносят кислород к органам и транспортируют диоксид углерода красные кровяные клетки, содержащие гемоглобин. 

При отсутствии кислорода начинает происходить ферментация. Ферментация является эволюционно более ранним способом генерирования энергии, чем дыхание, но она менее энергетически выгодна, потому что ферментация производит органическое вещество, которое все еще богато энергией. Различают несколько основных видов брожения: уксусно – кислое, спиртовое, маслянокислое, молочнокислое, метановое и др.

Стало быть, в скелетных мышцах в отсутствие кислорода во время ферментации пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты, тогда как ранее образованные восстановительные эквиваленты расходуются, и остаются только две молекулы АТФ:

2С₃Н₄О₃ + 2НАДН+Н+ → 2С₃Н₆О₃ + 2НАД.

При ферментации с дрожжами пировиноградная кислота в присутствии кислорода преобразуется в этиловый спирт и окись углерода (IV):

Во время ферментации с использованием микроорганизмов пируват также может образовывать уксусную, масляную, муравьиную кислоты и так далее.

Энергия АТФ, которая образуется вследствие энергетического обмена, используется клеткой на различные виды работ:

• Химическая работа включает в себя биосинтез белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот и других важных соединений.
• Осмотическая работа включает процессы поглощения и удаления веществ из клетки, находящиеся во внеклеточном пространстве в более высоких концентрациях, чем в самой клетке.
• Электрическая работа неразрывно связана с осмотической, ведь именно из – за перемещения заряженных частиц через мембраны формируется заряд мембраны и приобретаются свойства возбудимости и проводимости.
• Механическая работа связана с передвижением веществ и структур во внутриклеточном пространстве и непосредственно клетки в целом.
• К регуляторной работе относят все процессы, которые направлены на координировании процессуальных действий в клетке. 

Белки

Белки — наиболее важная составная часть нашей пищи. Являясь основным строительным материалом для восстановления и обновления клеток и тканей организма, они участвуют в образовании ферментов, гормонов и усвоении других пищевых веществ. Кроме того, с белками связано осуществление и других жизненно важных функций организма (рост, размножение и т.д.).

Последними исследованиями показано, что белки определяют иммунитет (невосприимчивость организма к инфекционным и другим заболеваниям). Вот почему не правы сторонники голодания, чистого вегетарианства и др.

В состав пищевых белков входит около 20 аминокислот, причем восемь из них (триптофан, лейцин, изолейцин, валин, треонин, лизин, метионин, фенилаланин) не образуются в организме и являются незаменимыми аминокислотами

В настоящее время считают наиболее дефицитными три аминокислоты: триптофан, лизин, метионин; поэтому особенно важно обеспечить их поступление в организм. Этих аминокислот в продуктах растительного происхождения, и особенно в злаковых, содержится очень мало

В продуктах животного происхождения их больше (в частности лизина). Эти белки не только сами хорошо усваиваются, но и способствуют усвоению белков растительного происхождения, что обеспечивает сбалансированность аминокислотного состава поступающей в организм пищи.

В этом отношении для обеспечения аминокислотного состава, необходимого организму, целесообразно использовать различные сочетания продуктов, взаимно дополняющих друг друга. Например, употребление пшеничного хлеба с молоком более рационально с биологической точки зрения, чем употребление одного хлеба.

Не всегда разнообразное питание обеспечивает сбалансированное поступление пищевых веществ в организм.

Замечено, если употреблять в избытке мясные продукты, способствующие повышенному содержанию незаменимых аминокислот, в организме могут наступить нарушения функции органов и систем. Будет страдать прежде всего пуриновый обмен, выделительная функция почек и т.д.

При сгорании 1 г белка в организме освобождается около 4 ккал, энергии. Много белков животного происхождения содержат мясные, рыбные блюда (шницель мясной, бефстроганов, мясо отварное, рыба заливная и т.д.). Некоторые готовые блюда содержат оптимальное количество белков животного и растительного происхождения, например мясо, рыба с различными крупяными, овощными гарнирами. Особую ценность имеют белки рыбы. Они легко усваиваются организмом и по своим качествам не уступают белкам мяса и птицы. Кроме полноценного белка, рыба содержит витамины А и D, большое количество солей и микроэлементов (йод, цинк, фосфор и др.)

Исключительное значение имеют молоко и молочные продукты; ценность этих продуктов обусловлена благоприятным соотношением входящих в белки молока аминокислот, хорошей усвояемостью жира, молочного сахара, витаминов, минеральных солей и способностью связывать некоторые токсичные элементы и выводить их из организма. Поэтому не случайно с возрастом рекомендуется увеличить потребление молочных продуктов.

За 160 дней в организме происходит полная замена всех собственных белков. Средняя суточная потребность белка для служащего массой тела 70 кг составляет примерно 91 г в сутки, или 1.3 г/кг массы тела.

С увеличением интенсивности физического труда суточная потребность организма в белке может достигать 150 г и выше. Минимальная потребность белка составляет 0.7 г/кг нормальной массы тела.

Как улучшить обмен веществ

Ускорение метаболизма возможно при использовании медикаментозных средств и перемене образа жизни. Назначение препаратов, влияющих на обмен веществ, возможно лишь при наличии заболеваний, и под контролем врача. Эндокринологи предупреждают, что «лечение» гормонами без медицинских показаний недопустимо.

Что же можно сделать для ускорения обмена веществ и укрепления здоровья? Изменить скорость метаболизма можно двумя путями:

• наращивание мышечной массы;
• ведение более активного образа жизни.

Для этого необходимо обеспечить полноценное питание и регулярные физические нагрузки. Изменение скорости метаболизма происходит постепенно, а значит, новые привычки должны стать образом жизни. 

Как можно наладить обмен веществ — 6 шагов к здоровью:

1. Завтрак из белков и углеводов в течение часа после пробуждения.
2. Регулярные приемы пищи с интервалом до 3 часов между ними.
3. Расчет актуальной суточной калорийности и приготовление блюд в соответствии с потребностями.
4. Употребление продуктов с высоким содержанием клетчатки, злаков.
5. Использование пряностей и специй: имбирь, жгучий перец.
6. Регулярные силовые и кардиотренировки.

Для поддержания двигательной активности и уровня обмена веществ эксперты ВОЗ советуют 2-3 в неделю посещать силовые тренировки в сочетании 2-3 часами интенсивных кардиоупражнений. Лицам, имеющим противопоказания к занятиям, следует проходить не менее 8000 шагов в день.

Метаболизм – это совокупность всех химических реакций в организме. В зависимости от внешних условий, состояния здоровья его скорость может снижаться или расти, а равновесие смещаться в сторону освобождения или накопления энергии. Достаточная двигательная активность и сбалансированное питание помогают ускорить метаболизм. Болезни обмена веществ требуют медицинской помощи.