Какие процессы включает метаболизм: Метаболический баланс

Метаболический баланс

Комплексный анализ, направленный на оценку основных показателей обмена веществ организма человека.

Синонимы русские

Метаболизм; обмен веществ.

Синонимы английские

Metabolism; metabolic balance.

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Венозную кровь.

Как правильно подготовиться к исследованию?

• Исключить из рациона алкоголь в течение 24 часов до исследования.
• Не принимать пищу в течение 12 часов до исследования, можно пить чистую негазированную воду.
• Исключить (по согласованию с врачом) прием стероидных и тиреоидных гормонов в течение 48 часов до исследования.
• Полностью исключить (по согласованию с врачом) прием лекарственных препаратов в течение 24 часов перед исследованием.
• Исключить физическое и эмоциональное перенапряжение в течение 24 часов до исследования.
• Не курить в течение 3 часов до исследования.

Общая информация об исследовании

Процесс обмена веществ, или метаболизма, представляет собой ряд биохимических и молекулярных реакций и взаимодействий, необходимых для нормального функционирования организма. Различают углеводный, белковый, жировой (липидный) обмены веществ, обмен гормонов и биологически активных веществ, а также обмен микроэлементов. В норме обмен веществ в организме человека сбалансирован и обеспечивает стабильное функционирование систем и органов. Метаболизм включает как процессы распада веществ (катаболизм), так и процессы синтеза (анаболизм). При патологическом изменении процессов метаболизма отмечаются нарушения на молекулярном, клеточном, тканевом уровнях с дальнейшей дисфункцией органов и организма в целом. Для оценки показателей обмена веществ, функционирования систем и органов используется определение спектра лабораторных диагностических параметров.

Печень является одним из жизненно важных органов организма человека и играет большую роль в поддержании различных видов обмена веществ. Это центральный орган, где проходят процессы синтеза, распада и превращения углеводов, жиров, аминокислот, расщепление потенциально токсичных соединений, образующихся в ходе обмена веществ. Аланинаминотрансфераза (АЛТ) и аспартатаминотрансфераза (АСТ) – это ферменты, относящиеся к группе аминотрансфераз. Фермент АЛТ обнаруживается в цитоплазме гепатоцитов, почках, в незначительном количестве в клетках сердца, скелетных мышцах и эритроцитах. Фермент АСТ главным образом содержится в кардиомиоцитах, в меньшем количестве  – в печени (в цитоплазме и митохондриях гепатоцитов), скелетных мышцах, головном мозге и почках. У здоровых пациентов уровни АЛТ и АСТ в крови сравнительно низки. При поражении печени, мышц и других тканей может отмечаться нарастание уровня данных показателей. Выявление уровня данных ферментов в сыворотке крови позволяет оценить выраженность цитолитического синдрома при диагностике и мониторинге заболеваний печени. Гамма-глютамилтранспептидаза (ГГТП) – это фермент, который обнаруживают в желчных канальцах и эпителиальных клетках, выстилающих желчный проток. Он является катализатором переноса аминокислот из плазмы крови в клетки, а также их реабсорбции из желчи в кровь. В кровеносном русле она не содержится, только в клетках, при разрушении которых их содержимое попадает в кровь. Щелочная фосфатаза – это фермент, который находится в эпителиоцитах желчных протоков, в гепатоцитах, остеобластах, слизистой оболочке кишечника, в легких и почках. Повышение уровней представленных ферментов может свидетельствовать о патологических процессах печени и желчевыводящих путей. Их определение важно при холестазе, циррозе и онкологических процессах печени, при токсическом воздействии на печень.

Билирубин является продуктом распада гемоглобина и других гемсодержащих белков в печени, селезенке и клетках ретикулоэндотелиальной системы. В сыворотке крови он представлен в виде двух фракций: прямого и непрямого, составляющих общий билирубин. Выявление билирубина используется для диагностики и мониторинга желтух различной этиологии, для выявления заболеваний печени, обтурации внутри- и внепеченочных протоков, холестаза.

Лактатдегидрогеназа (ЛДГ) – это внутриклеточный фермент, который катализирует окисление молочной кислоты в пируват и содержится практически во всех клетках организма. Он наиболее активен в скелетной мускулатуре, сердечной мышце, почках, печени и эритроцитах. Является маркером повреждения тканей и разрушения клеток и используется в диагностике большого количества заболеваний. Креатинкиназа – фермент, который катализирует фосфорилирование креатина и его дефосфорилирование с образованием молекулы АТФ. Его наибольшая активность отмечается в скелетных мышцах и миокарде, меньшая – в клетках головного мозга, гладких мышцах, плаценте и других. Определение фермента является важным при цитолитических процессах при заболеваниях миокарда, скелетных мышц, при инсульте и др.

Фермент амилаза в основном секретируется клетками слюнных желез и поджелудочной железы. Он участвует в гидролитическом расщеплении полисахаридов. Липаза – это фермент, участвующий в гидролизе триглицеридов и входящий в состав секрета поджелудочной железы. Выявление данных показателей используется для диагностики патологических процессов, затрагивающих поджелудочную железу, заболевания слюнных желез и протоков, а также другие компоненты пищеварительной системы.

Почки являются главными органами мочевыделительной системы и играют важную роль в поддержании постоянства метаболизма в организме человека. Для оценки функционального состояния почек, в частности оценки сохранности процессов клубочковой фильтрации, используется определение уровней мочевины и креатинина в сыворотке крови, а также оценка скорости клубочковой фильтрации. Креатинин – это продукт неферментативного распада креатина и креатина фосфата, образующийся в мышцах. Мочевина – один из основных продуктов белкового метаболизма, содержащий азот. В норме данные метаболиты выводятся из организма человека с мочой. При их повышенном содержании можно судить о наличии патологических процессов почек, нарушающих нормальное функционирование почечного фильтра, проявляющихся как увеличением их выведения, так и избыточным накоплением. Косвенным параметром, отображающим функционирование почек, является уровень мочевой кислоты в сыворотке крови. Избыточное её накопление может свидетельствовать о снижении функционирования почечного фильтра, а также увеличении клеточной гибели в организме.

Жировой обмен веществ базируется на выявлении определенных компонентов, их количестве и соотношении в норме и патологии. Холестерол (холестерин) – это многоатомный циклический спирт, жизненно важный компонент органов и тканей человеческого организма. Он участвует в образовании мембран клеток, является исходным субстратом для синтеза половых гормонов, глюкокортикоидных гормонов, которые участвуют в росте, развитии организма и реализации функции воспроизведения. Из него образуются желчные кислоты, которые входят в состав желчи, витамин D. Холестерол нерастворим в воде, поэтому транспортируется в крови в составе липопротеинов, представляющих собой комплекс холестерол + аполипопротеин). Триглицериды являются основным источником энергии для организма, нерастворимы в воде и переносятся в крови с белком в виде комплекса, который называется липопротеином. Известно несколько типов липопротеинов, различающихся пропорциями входящих в их состав компонентов: липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП), липопротеины низкой плотности (ЛПНП), липопротеины высокой плотности (ЛПВП). Выявление общего холестерола и фракций липопротеинов используется для оценки риска развития атеросклероза, сердечно-сосудистых заболеваний, диагностики нарушений липидного обмена, метаболического синдрома.

Глюкоза является моносахаридом, который является основным энергетическим субстратом большинства тканей организма человека. Определение концентрации глюкозы играет основную роль в оценке углеводного обмена. Уровень глюкозы важен при диагностике гипер- и гипогликемии, нарушении толерантности к глюкозе, диагностике и мониторинге течения сахарного диабета, в комплексной диагностике метаболического синдрома.

Общее содержание белка в сыворотке крови отражает состояние белкового обмена. Белки сыворотки крови имеют разные размеры, заряд молекулы и относятся к альбуминам или глобулинам. Отклонение уровня общего белка от нормы может быть вызвано рядом физиологических состояний (непатологического характера) или являться симптомом различных заболеваний.

С-реактивный белок – это гликопротеин, вырабатываемый печенью и относящийся к белкам острой фазы воспаления. Он участвует в активации каскада воспалительных реакций на поверхности эндотелия сосудов, связывании и модификации липидов низкой плотности (ЛПНП), то есть способствует развитию атеросклероза. Повышенный уровень С-реактивного белка позволяет прогнозировать риск возникновения сердечно-сосудистой патологии (гипертонической болезни, инфаркта миокарда, инсульта, внезапной сердечной смерти), сахарного диабета 2-го типа и облитерирующего атеросклероза периферических сосудов.

Оценить состояние водно-электролитного обмена позволяет определение концентрации основных электролитов. К ним относятся калий (K), натрий (Na), кальций (Сa), железо (Fe). Они участвуют в поддержании водно-солевого баланса и кислотно-щелочного равновесия, работе сердечно-сосудистой, мышечной, нервной систем. Калий является основным внутриклеточным катионом. Натрий в большей концентрации, около 96 %, содержится во внеклеточной жидкости и крови. Данные микроэлементы участвуют в поддержании заряда мембран клеток, механизмах возбуждения мышечных и нервных волокон. Кальций относится к числу важнейших минералов организма человека. Около 99  % ионизированного кальция сосредоточено в костях и лишь менее 1  % циркулирует в крови. Он необходим для нормального сокращения сердечной мышцы, поперечно-полосатых мышц, для передачи нервного импульса, является компонентом свертывающей системы крови, каркаса костной ткани и зубов. Железо является микроэлементом, входящим в состав гемоглобина, миоглобина, некоторых ферментов и других белков, которые участвуют в обеспечении тканей и органов кислородом.

Клинический анализ крови позволяет оценить качественный и количественный состав крови по основным показателям: содержание эритроцитов и их специфических показателей, лейкоцитов и их разновидностей в абсолютном и процентном соотношении (лейкоцитарная формула), тромбоцитов.

Тиреотропный гормон (ТТГ) вырабатывается гипофизом и регулирует выработку гормонов щитовидной железы (тироксина и трийодтиронина) по «системе обратной связи», которая позволяет поддерживать стабильную концентрацию этих гормонов в крови. Гормоны щитовидной железы являются основными регуляторами расхода энергии в организме, и поддержание их концентрации на необходимом уровне крайне важно для нормальной деятельности практически всех органов и систем.

Для чего используется исследование?

• Для оценки основных показателей обмена веществ;
• для оценки функционирования систем и органов организма человека;
• для оценки диагностических показателей углеводного, белкового, жирового обменов, обмена гормонов и биологически активных веществ, а также обмена микроэлементов;
• для определения баланса показателей обмена веществ (метаболизма) в норме и при подозрении на развитие того или иного заболевания.

Когда назначается исследование?

• При диагностике нарушений основных видов обмена веществ;
• при оценке функционального состояния печени, почек и органов мочевыделения, пищеварительной системы, сердечно-сосудистой системы, нервной системы, эндокринной системы;
• при подозрении на наличие патологического процесса или заболевания, сопровождающегося нарушением обмена веществ;
• при профилактических осмотрах.

Что означают результаты?

Референсные значения

Причины повышения и понижения индивидуальны для каждого исследуемого показателя в комплексе. Рекомендуется оценивать полученные результаты как изолированно, так и совместно по исследуемым системам, органам при подозрении на ту или иную патологию.

Что может влиять на результат?

• Несоблюдение диеты: прием жирной пищи или голодание могут искажать значения определяемых параметров;
• применение многих лекарственных препаратов, биологически активных добавок, алкоголя;
• интенсивная физическая нагрузка;
• беременность.

Также рекомендуется

[40-135] Лабораторное обследование при метаболическом синдроме

[40-134] Развернутое лабораторное обследование почек

[40-483] Лабораторное обследование функции печени

Кто назначает исследование?

Терапевт, врач общей практики, кардиолог, эндокринолог, гастроэнтеролог, нефролог, уролог, педиатр, хирург, гематолог.

Литература

1. Долгов В.В., Меньшиков В.В. Клиническая лабораторная диагностика: национальное руководство. – Т. I., Т.  II – М. : ГЭОТАР-Медиа, 2012.
2. Камышников В.С. и др. Методы клинических лабораторных исследований / под ред. В.С. Камышникова.- 3-е изд., перераб. и доп. – М.: МЕДпресс-информ, 2009. – 752 с.: ил.
3. Stephen R, Jolly SE, Nally JV Jr, Navaneethan SD Albuminuria: when urine predicts kidney and cardiovascular disease / Cleve Clin J Med. 2014 Jan;81(1):41-50. doi: 10.3949/ccjm.81a.13040. Review.
4. Wilkins T, Tadkod A, Hepburn I, Schade RR Nonalcoholic fatty liver disease: diagnosis and management / Am Fam Physician. 2013 Jul 1;88(1):35-42.
5. Fauci, Braunwald, Kasper, Hauser, Longo, Jameson, Loscalzo Harrison’s principles of internal medicine, 17th edition, 2009.

Нарушение обмена веществ: причины и профилактика

Консультация со специалистом:

Что такое метаболизм?

Метаболизм можно условно разделить на 2 важных процесса, происходящих в организме параллельно:

1. Анаболизм (ассимиляцию, пластический обмен).
2. Катаболизм (диссимиляцию).

Анаболизм – это синтез веществ внутри организма, на который затрачивается энергия. К ассимиляции относятся биосинтез белков, углеводов, нуклеиновых кислот, жиров. Наиболее активно процесс пластического обмена осуществляется в растущем организме.

Катаболизм – это процесс разложения веществ на более простые элементы, благодаря которому в организме осуществляется запасание энергии, идущей на поддержание жизнедеятельности. Наиболее простой пример – получение питательных веществ из пищи. Это происходит следующим образом:

1. Поступление веществ в организм с пищей.
2. Всасывание из пищеварительного тракта.
3. Усвоение.
4. Выведение продуктов распада, непригодных для усвоения.

Для нормального функционирования организма важен баланс этих двух процессов. При его нарушении возникают различные патологии.

Могут происходить нарушения следующих разновидностей обмена веществ:

• Белкового.
• Углеводного.
• Водного.
• Липидного (жирового).
• Минерального.

Позвоните прямо сейчас

+7 (495) 215-56-90

Записаться

Причины нарушения обмена веществ

К основным причинам нарушения метаболизма относят:

• Стрессы.
• Генетическую предрасположенность (врожденную недостаточность некоторых ферментов).
• Несбалансированное питание.
• Интоксикации.
• Частые диеты.
• Вредные привычки: курение, употребление спиртного.
• Сбои функционирования щитовидной железы, надпочечников, гипофиза.
• Прием гормональных контрацептивов и других препаратов.
• Глистные инвазии и другие паразитарные инфекции.
• Вирусные заболевания – грипп, корь, ветрянку.
• Малоподвижный образ жизни.

Врожденные метаболические заболевания

Врожденные патологии можно разделить на 3 больших группы. К ним относятся нарушения:

1. Метаболизма малых молекул (сбои обмена углеводов, нейромедиаторов, нейромодуляторов) – заболевания, вызывающие сбои промежуточного обмена веществ.
2. Энергетического обмена – недостаточные выработка и потребление энергии.
3. Метаболизма сложных молекул – патологии, препятствующие выработке сложных молекул.

Нарушения обмена веществ: симптомы

Распространенными признаками сбоя метаболизма являются:

• Нездоровый цвет кожных покровов.
• Затрудненное дыхание.
• Резкий набор или сброс веса без объективных причин.
• Суставные и мышечные боли.
• Ухудшение качества волос, ногтей, кожи.
• Нарушения терморегуляции (повышенная чувствительность к холоду и теплу).
• Проблемы со сном.
• Перепады артериального давления.
• Отеки.
• Длительное повышение или понижение температуры тела.
• Учащенные мочеиспускания.
• Проблемы со стулом: диарея или запор.
• Ухудшение памяти.
• Перепады настроения.
• Кожные высыпания.
• Разрушение зубов.

К симптомам нарушения обмена веществ у женщин относятся бесплодие, сбои менструального цикла (наиболее частым проявлением считаются скудные выделения).

Также у сбоев разных видов обменов могут быть «свои» признаки, выявляемые по результатам лабораторных исследований. При нарушении углеводного обмена могут наблюдаться:

• Изменение концентрации глюкозы в крови (поэтому частым последствием сбоя углеводного обмена является сахарный диабет – нарушение усвоения глюкозы).
• Наличие глюкозы в моче.

Симптомами липидного обмена (его нарушение обычно связано с ухудшением переваривания и всасывания жиров) являются:

• Стеаторея (наличие липидов в кале).
• Развитие холестериозов (отложение холестерола в клеточных мембранах или на стенках сосудов).

Признаками нарушения белкового обмена являются:

• Содержание в крови мочевой кислоты.
• Наличие в моче аминокислот.
• Повышение содержания билирубина в крови.

Последствия нарушения обмена веществ

Нарушение обмена веществ может привести к развитию следующих заболеваний:

• Сахарному диабету – неспособности организма усваивать глюкозу из-за сбоя синтеза гормона инсулина.
• Ишемической болезни сердца – острого или хронического поражения сердечной мышцы (миокарда) из-за нарушения ее кровоснабжения.
• Атеросклерозу – хроническому заболеванию, при котором происходит сужение просветов сосудов из-за отложений на их стенках (атеросклеротических бляшек).
• Ожирения – увеличения массы тела за счет патологических жировых отложений.
• Подагры – воспалительного заболевания суставов.

Также нарушение обмена веществ способно вызывать:

• Ухудшение состояния костей, мышц.
• Задержку роста и развития у детей.
• Сбои работы сердечно-сосудистой системы.

У детей последствиями нарушения метаболизма могут стать:

• Рахит – расстройство образования костей.
• Анемия (малокровие) – недостаток эритроцитов (красных кровяных телец, осуществляющих транспортировку кислорода).

Диагностика нарушения обмена веществ

Для диагностики сбоя метаболизма необходимо обратиться к терапевту. Он проведет осмотр, соберет анамнез и направит пациента на исследования, среди которых:

• Анализы крови и мочи (общие, биохимические, на глюкозу).
• Глюкозотолерантный тест.
• Анализ на уровень холестерина в крови.
• Липидный профиль.
• Компьютерная томограмма.
• ЭКГ.

Также, в зависимости от симптоматики, могут быть проведены инструментальные исследования (прежде всего, УЗИ) почек, печени, поджелудочной железы, органов эндокринной системы.

Лечение

Тактика лечения нарушения обменных процессов зависит от сложности и причин патологии. Незначительные сбои можно устранить за счет:

• Коррекции питания.
• Изменения образа жизни – соблюдения режима дня.
• Назначения витаминно-минеральных комплексов.
• Занятий физкультурой.

Разновидность диеты зависит от характера нарушений. В большинстве случаев рекомендуется дробное питание: небольшими порциями, через 2-3 часа. Также исключают жареную, маринованную, соленую, острую, жирную пищу. Может потребоваться ограничение углеводов и жиров животного происхождения.

Если же нарушения вызваны ферментной недостаточностью или заболеваниями, проводится соответствующее лечение. Так, при сахарном диабете может быть назначена инсулинотерапия (если это требуется), при болезнях щитовидной железы – гормональные препараты. В некоторых случаях требуется хирургическое вмешательство (при наличии зоба, аденомы гипофиза).

Также при нарушениях обменных процессов может назначаться санаторно-курортное лечение.

При наличии симптомов сбоя метаболизма следует обратиться к врачу. Во-первых, чтобы устранять проблему, необходимо знать ее причину. Это невозможно без проведения диагностических исследований. Значит, пациент будет действовать по интуиции, что не только не даст нужного результата, но и способно усугубить нарушения. Во-вторых, под самолечением часто подразумевается прием витаминно-минеральных комплексов и БАДов. Опять же, не зная, каких именно веществ не хватает организму, можно усилить дисбаланс. А избыток витаминов и минералов не менее опасен, чем их недостаток.

Лечение нарушения сбоя обмена веществ подразумевает комплексный подход. Пациенту может понадобиться помощь сразу нескольких узких специалистов, например, эндокринолога, диетолога, психотерапевта. Психотерапевт поможет избавляться от стрессов и проблем со сном.

Профилактика

Профилактика сбоев обмена веществ включает в себя:

• Сбалансированное питание с ограничением жирных, крахмалистых, сладких, продуктов и включением в рацион фруктов, овощей, нежирного мяса, кисломолочных продуктов.
• Избегание переедания и голодания.
• Соблюдение витаминно-минерального баланса в организме (для его контроля следует сдавать профилактические анализы крови).
• Развитие стрессоустойчивости и избегание эмоциональных потрясений.
• Отказ от вредных привычек – спиртное снижает выработку тестостерона, необходимого для поддержания качества мышечной массы, а при курении в организм поступают токсины, из-за чего энергия расходуется на детоксикацию.

При разработке рациона питания рекомендуется обратиться к диетологу. Он учтет все потребности организма пациента и разработает индивидуальную диету, позволяющую поддерживать обменные процессы в оптимальном состоянии.

Также профилактикой нарушения обмена веществ является своевременное обращение к врачу. Записаться на прием следует сразу же, как вы заметите у себя хотя бы несколько симптомов сбоя метаболизма.

Поделиться:

Позвоните прямо сейчас

+7 (495) 215-56-90

Записаться

Что такое обмен веществ?

Вы успешно добавили оповещения. Вы получите электронное письмо, когда будет опубликован новый контент.

Щелкните здесь, чтобы управлять оповещениями по электронной почте

Нам не удалось обработать ваш запрос. Пожалуйста, повторите попытку позже. Если у вас по-прежнему возникает эта проблема, свяжитесь с нами по адресу customerservice@slackinc. com.

Метаболизм — это набор химических реакций, происходящих в клетках живых организмов для поддержания жизни. Метаболические процессы приводят к росту и размножению и позволяют живым организмам сохранять свои структуры и реагировать на окружающую среду. Все химические реакции, протекающие в живых организмах, от пищеварения до транспорта веществ из клетки в клетку, могут быть частью обмена веществ.

Промежуточный или промежуточный метаболизм — это термин, обозначающий транспорт веществ в различные клетки и между ними.

Как это работает

Существует две категории метаболизма: катаболизм и анаболизм. Катаболизм — это расщепление органического вещества, а анаболизм использует энергию для построения компонентов клеток, таких как белки и нуклеиновые кислоты.

Химические реакции в метаболическом процессе организованы в метаболические пути, посредством которых одно химическое вещество через ряд стадий трансформируется в другое химическое вещество. Ферменты помогают в этом процессе, облегчая реакции и выступая в качестве катализаторов протекающих реакций. Реакции не происходили бы без ферментов, которые реагируют на сигналы между клетками и регулируют метаболические пути. Скорость метаболизма называется скоростью метаболизма.

Метаболизм живого организма позволяет ему определить, какие вещества питательны и полезны, а какие ядовиты.

Некоторыми другими химическими веществами и частями организма, участвующими в метаболическом процессе, являются аминокислоты, белки, липиды, углеводы, нуклеотиды, коферменты, минералы и кофакторы.

Метаболический синдром

Метаболический синдром описывает группу черт и привычек, повышающих риск ишемической болезни сердца, диабета и инсульта. Факторы риска включают избыток жира в желудке, высокий уровень триглицеридов, низкий уровень холестерина ЛПВП, также известный как «хороший холестерин», высокое кровяное давление и высокий уровень сахара в крови натощак.

Эти факторы обычно встречаются вместе. Однако для постановки диагноза метаболического синдрома у пациентов должно быть не менее трех из них.

У человека с метаболическим синдромом риск развития сердечных заболеваний удваивается, и вероятность того, что у него будет диагностирован диабет, в пять раз выше, чем у человека без метаболического синдрома. Это становится все более распространенным в результате роста показателей ожирения среди взрослых. Можно предотвратить или отсрочить метаболический синдром с помощью здорового питания и физических упражнений.

Дополнительную информацию можно найти на следующих веб-сайтах:

http://bloodjournal.hematologylibrary.org/cgi/collection/gene_expression

http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/ency/article/003706.htm

http://www.mayoclinic.com/health/metabolism/WT00006/

http://www.nature.com/jcbfm/index.html

http://www.nutritionandmetabolism.com/

http ://www.hormone. org/Public/endocrinologist.cfm

http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/ency/article/002257.htm

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22/?depth=10

http://endo.endojournals.org/

http://www.mayoclinic.org/medicalprofs/ глюкокортикоид-индуцированный-диабет.html

http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/steroids.html

http://www.cancer.gov/cancertopics/understandingcancer/estrogenreceptors

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/2099

http://ghr.nlm.nih.gov/glossary=enzyme

http://www.nlm.nih.gov/ medlineplus/ency/article/002353.htm

http://www.nhlbi.nih.gov/health/health-topics/topics/ms

4.1: Обзор метаболизма — Medicine LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Навыки для развития

• Кратко опишите, как получается и используется энергия из дающих энергию нутриентов, а также как и где она сохраняется в организме для дальнейшего использования.
• Объясните роль энергии в процессе построения тканей и органов.

В различных главах этого текста мы исследовали метаболизм углеводов, липидов и белков. В следующем разделе мы соберем эту информацию, чтобы получить четкое представление о важности метаболизма в питании человека.

Метаболизм определяется как сумма всех химических реакций, необходимых для поддержания клеточной функции и, следовательно, жизни организма. Метаболизм классифицируется либо как катаболизм, относящийся ко всем метаболическим процессам, связанным с распадом молекул, либо к анаболизму, который включает все метаболические процессы, участвующие в построении более крупных молекул. Как правило, катаболические процессы высвобождают энергию, а анаболические процессы потребляют энергию. Общими целями метаболизма являются передача энергии и транспорт веществ. Энергия из пищевых макроэлементов преобразуется в клеточную энергию, которая используется для выполнения клеточной работы. Метаболизм превращает макроэлементы в вещества, которые клетка может использовать для роста и размножения, а также в отходы.

В главе 5 вы узнали, что ферменты — это белки и что их задача — катализировать химические реакции. (Напомним, что слово «катализирует» означает ускорение химической реакции и снижение энергии, необходимой для завершения химической реакции, при этом катализатор не расходуется в ходе реакции.) Без ферментов химические реакции не происходили бы с достаточно высокой скоростью и потребляют слишком много энергии для существования жизни. Метаболический путь представляет собой серию ферментативных реакций, которые превращают исходный материал (известный как субстрат) в промежуточные продукты, которые являются субстратами для следующих ферментативных реакций в пути, пока, наконец, не будет синтезирован конечный продукт в результате последней ферментативной реакции. в пути. Некоторые метаболические пути сложны и включают множество ферментативных реакций, а другие включают лишь несколько химических реакций.

Для обеспечения клеточной эффективности метаболические пути, участвующие в катаболизме и анаболизме, регулируются в соответствии с энергетическим статусом, гормонами и уровнями субстрата и конечного продукта. Согласованное регулирование метаболических путей предотвращает неэффективное построение клетками молекулы, когда она уже доступна. Точно так же, как было бы неэффективно строить стену одновременно с ее разрушением, для клетки метаболически неэффективно синтезировать жирные кислоты и одновременно разрушать их.

Катаболизм пищевых молекул начинается при попадании пищи в рот, так как фермент слюнной амилазы инициирует расщепление углеводов. Весь процесс пищеварения превращает большие полимеры в пище в мономеры, которые могут быть абсорбированы. Углеводы расщепляются до моносахаридов, липиды – до жирных кислот, а белки – до аминокислот. Эти мономеры всасываются в кровоток либо напрямую, как в случае с моносахаридами и аминокислотами, либо переупаковываются в клетках кишечника для транспорта непрямым путем через лимфатические сосуды, как в случае с жирными кислотами и другими жирорастворимыми молекулами. После всасывания кровь переносит питательные вещества к клеткам. Клетки, которым требуется энергия или строительные блоки, поглощают питательные вещества из крови и перерабатывают их катаболическим или анаболическим путем. Системам органов тела требуется топливо и строительные блоки для выполнения многих функций организма, таких как пищеварение, всасывание, дыхание, перекачка крови, транспортировка питательных веществ и отходов, поддержание температуры тела и создание новых клеток.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Метаболизм подразделяется на метаболические пути, которые расщепляют молекулы, высвобождающие энергию (катаболизм), и молекулы, которые потребляют энергию, создавая более крупные молекулы (анаболизм). Подпись здесь. (CC BY-SA-NC 3.0; анонимно)

Энергетический метаболизм относится более конкретно к метаболическим путям, которые высвобождают или сохраняют энергию. Некоторые из них являются катаболическими путями, такими как гликолиз (расщепление глюкозы), β-окисление (расщепление жирных кислот) и катаболизм аминокислот. Другие являются анаболическими путями и включают те, которые участвуют в хранении избыточной энергии (например, гликогеноз) и синтезе триглицеридов (липогенез). В таблице \(\PageIndex{1}\) приведены некоторые катаболические и анаболические пути и их функции в энергетическом обмене.

Катаболизм: Разрушение

Когда уровень энергии высокий, клетки строят молекулы, а когда уровень энергии низкий, инициируются катаболические пути для производства энергии. Глюкоза является предпочтительным источником энергии для большинства тканей, но жирные кислоты и аминокислоты также могут катаболизироваться в молекулу клеточной энергии АТФ. Катаболизм питательных веществ в энергию можно разделить на три стадии, каждая из которых включает отдельные метаболические пути. Три стадии распада питательных веществ позволяют клеткам переоценить свои потребности в энергии, поскольку конечные продукты каждого пути могут быть либо переработаны в энергию, либо направлены на анаболические пути. Кроме того, промежуточные продукты метаболических путей иногда могут быть перенаправлены на анаболические пути после удовлетворения клеточных энергетических потребностей. Три стадии распада питательных веществ следующие:

• Стадия 1: Гликолиз глюкозы, β-окисление жирных кислот или катаболизм аминокислот
• Стадия 2: Цикл лимонной кислоты (или цикл Кребса)
• Стадия 3: Цепь переноса электронов и синтез АТФ

Расщепление глюкозы начинается с гликолиза, который представляет собой десятистадийный метаболический путь, дающий две молекулы АТФ на молекулу глюкозы; гликолиз происходит в цитозоле и не требует кислорода. Помимо АТФ, конечными продуктами гликолиза являются две трехуглеродные молекулы, называемые пируватом. Пируват имеет несколько метаболических судеб. Во-первых, при недостатке кислорода он превращается в лактат, а затем направляется в печень. Во-вторых, если кислорода достаточно и клетка нуждается в энергии, она направляется в митохондрии и входит в цикл лимонной кислоты (или цикл Кори, или цикл Кребса), или, в-третьих, она может быть преобразована в другие молекулы (анаболизм).

Пируват, который транспортируется в митохондрии, отщепляет один из своих атомов углерода с образованием ацетил-КоА. Ацетил-КоА, двухуглеродная молекула, общая для метаболизма глюкозы, липидов и белков, вступает во вторую стадию энергетического обмена, цикл лимонной кислоты. Это необратимый процесс. Расщепление жирных кислот начинается с катаболического пути, известного как β-окисление, которое происходит в митохондриях. В этом катаболическом пути четыре ферментативных этапа последовательно удаляют двухуглеродные молекулы из длинных цепей жирных кислот, давая молекулы ацетил-КоА. В случае аминокислот после удаления азота (дезаминирования) из аминокислоты оставшийся углеродный скелет может быть ферментативно преобразован в ацетил-КоА или какой-либо другой промежуточный продукт цикла лимонной кислоты.

В лимонной кислоте циклический ацетил-КоА соединен с четырехуглеродной молекулой. В этом многоэтапном пути два атома углерода теряются при образовании двух молекул углекислого газа. Энергия, полученная от разрыва химических связей в цикле лимонной кислоты, трансформируется в еще две молекулы АТФ (или их эквиваленты) и высокоэнергетические электроны, переносимые молекулами никотинамидадениндинуклеотида (НАДН) и флавинадениндинуклеотида (ФАДН). ₂ ). НАДН и ФАДН ₂ переносят электроны (водород) на внутреннюю мембрану митохондрий, где происходит третий этап синтеза энергии, так называемая электрон-транспортная цепь. В этом метаболическом пути происходит последовательный перенос электронов между несколькими белками и синтез АТФ. Также образуется вода.

Весь процесс катаболизма питательных веществ химически подобен горению, так как молекулы углерода сгорают с образованием углекислого газа, воды и тепла. Однако многие химические реакции при катаболизме питательных веществ замедляют распад молекул углерода, так что большая часть энергии может быть захвачена, а не преобразована в тепло и свет. Эффективность полного катаболизма питательных веществ составляет от 30 до 40 процентов, поэтому часть энергии высвобождается в виде тепла. Тепло является жизненно важным продуктом катаболизма питательных веществ и участвует в поддержании температуры тела. Если бы клетки были слишком эффективны в преобразовании энергии питательных веществ в АТФ, люди не дотянули бы до следующего приема пищи, так как они умерли бы от переохлаждения.

Мы измеряем энергию в калориях, которые представляют собой количество энергии, выделяемой для нагревания одного грамма воды на один градус Цельсия. Пищевые калории измеряются в ккал или калориях или 1000 калорий. При сгорании углеводы дают 4 ккал/г; белок дает 4 ккал/г; жир дает 9 ккал/г; а алкоголь дает 7 ккал/г.

Некоторые аминокислоты удаляют азот и затем поступают в цикл лимонной кислоты для производства энергии. Азот включается в мочевину, а затем удаляется с мочой. Углеродный скелет превращается в пируват или напрямую поступает в цикл лимонной кислоты. Эти аминокислоты называются глюконеогенными, потому что они могут быть использованы для производства глюкозы. Аминокислоты, которые дезаминируются и превращаются в ацетил-КоА, называются кетогенными аминокислотами и никогда не могут стать глюкозой.

Жирные кислоты никогда не могут быть превращены в глюкозу, но являются источником энергии. Они расщепляются на двухуглеродные единицы в процессе, называемом бета-окислением, и входят в цикл лимонной кислоты в виде ацетил-КоА. В присутствии глюкозы эти две углеродные единицы входят в цикл лимонной кислоты и сжигаются для получения энергии (АТФ) и производства побочного продукта CO ₂ . Если глюкозы мало, образуются кетоны. Кетоновые тела можно сжигать для получения энергии. Мозг может использовать кетоны.

Анаболизм: Здание

Энергия, выделяемая катаболическими путями, питает анаболические пути при построении макромолекул, таких как белки РНК и ДНК, и даже целых новых клеток и тканей. Анаболические пути необходимы для создания новой ткани, такой как мышцы, после длительных упражнений или ремоделирования костной ткани, процесса, включающего как катаболические, так и анаболические пути. Анаболические пути также создают молекулы для хранения энергии, такие как гликоген и триглицериды. Промежуточные продукты катаболических путей энергетического метаболизма иногда отвлекаются от производства АТФ и вместо этого используются в качестве строительных блоков. Это происходит, когда клетка находится в положительном энергетическом балансе. Например, промежуточный продукт цикла лимонной кислоты, α-кетоглутарат, может быть анаболически преобразован в глутамат аминокислот или глутамин, если они необходимы. Напомним, что человеческий организм способен синтезировать одиннадцать из двадцати аминокислот, входящих в состав белков. Все метаболические пути синтеза аминокислот ингибируются конкретной аминокислотой, которая является конечным продуктом данного пути. Таким образом, если в клетке достаточно глютамина, она отключает его синтез.

Анаболические пути регулируются их конечными продуктами, но еще в большей степени энергетическим состоянием клетки. Когда энергии достаточно, более крупные молекулы, такие как белок, РНК и ДНК, будут строиться по мере необходимости. В качестве альтернативы, когда энергии недостаточно, белки и другие молекулы будут разрушаться и катаболизироваться для высвобождения энергии. Драматический пример этого наблюдается у детей с маразмом. Эти дети имеют серьезные нарушения функций организма, часто заканчивающиеся смертью от инфекции. Детям с маразмом не хватает калорий и белка, которые необходимы для выработки энергии и построения макромолекул. Отрицательно-энергетический баланс у детей с маразмом приводит к распаду мышечной ткани и тканей других органов в попытках организма выжить. Значительное уменьшение мышечной ткани делает детей с маразмом истощенными или «мышечно истощенными».

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Метаболический путь глюконеогенеза

В гораздо менее серьезном примере у человека также наблюдается отрицательный энергетический баланс между приемами пищи. В это время уровень глюкозы в крови начинает падать. Чтобы восстановить уровень глюкозы в крови до нормального уровня, стимулируется анаболический путь, называемый глюконеогенезом. Глюконеогенез — это процесс образования молекул глюкозы из определенных аминокислот, происходящий главным образом в печени (рис. \(\PageIndex{2}\)). Печень экспортирует синтезированную глюкозу в кровь для использования другими тканями.

Хранилище энергии

Напротив, в состоянии «сытости» (когда уровень энергии высок) дополнительная энергия из питательных веществ будет храниться. Глюкоза может запасаться только в мышечной и печеночной тканях. В этих тканях он хранится в виде гликогена, высокоразветвленной макромолекулы, состоящей из тысяч мономеров глюкозы, соединенных химическими связями. Мономеры глюкозы соединяются вместе анаболическим путем, называемым гликогенезом. На каждую запасенную молекулу глюкозы расходуется одна молекула АТФ. Следовательно, для хранения энергии требуется энергия. Уровень гликогена быстро достигает своего физиологического предела, и когда это происходит, избыток глюкозы превращается в жир. Клетка с положительным энергетическим балансом обнаруживает высокую концентрацию АТФ, а также ацетил-КоА, вырабатываемых катаболическими путями. В ответ отключается катаболизм и включается синтез триглицеридов, происходящий анаболическим путем, называемым липогенезом. Новообразованные триглицериды транспортируются в жировые клетки, называемые адипоцитами. Жир является лучшей альтернативой гликогену для хранения энергии, поскольку он более компактен (на единицу энергии) и, в отличие от гликогена, организм не запасает воду вместе с жиром. Вода имеет значительный вес, и повышенные запасы гликогена, которые сопровождаются водой, резко увеличивают массу тела. Когда тело находится в положительном энергетическом балансе, избыток углеводов, липидов и белков метаболизируется в жир.

Ключевые выводы

• Общими целями метаболизма являются передача энергии и транспорт веществ. Метаболизм определяется как сумма всех химических реакций, необходимых для поддержания клеточной функции, и подразделяется либо на катаболизм (относится ко всем метаболическим процессам, связанным с распадом молекул), либо к анаболизму (который включает все метаболические процессы, участвующие в построении более крупных молекул). Как правило, катаболические процессы высвобождают энергию, а анаболические процессы потребляют энергию.
• Метаболический путь представляет собой серию ферментативных стадий, которые превращают субстрат (исходный материал) в промежуточные продукты, которые являются субстратами для протекающих ферментативных реакций до тех пор, пока в результате последней ферментативной реакции в пути не будет синтезирован конечный продукт.
• Системам органов тела требуется топливо и строительные блоки для переваривания, поглощения, дыхания, перекачки крови, транспортировки питательных веществ и отходов, поддержания температуры тела и создания новых клеток среди множества других функций.
• Когда уровень энергии высокий, клетки строят молекулы, а когда уровень энергии низкий, катаболические пути стимулируются для высвобождения энергии.
• Энергия, высвобождаемая катаболическими путями, приводит в действие анаболические пути в построении более крупных макромолекул.
• В «сытом» состоянии (когда уровень энергии высок) дополнительное питательное топливо будет храниться в виде гликогена или триглицеридов.

Начало обсуждения

1. Обсудите практичность хранения энергии в ранних человеческих цивилизациях и последствия этих метаболических процессов в современном мире. Вернитесь к истории индейцев пима в главе 1 «Питание и вы» и к концепции «бережливого гена».
2. Может ли человек с избыточным весом винить в своем избыточном весе более медленный обмен веществ?

4.1: Обзор метаболизма распространяется под лицензией CC BY-NC-SA 3.0 и был создан, изменен и/или курирован LibreTexts.