Метаболизм или обмен веществ

Метаболизм

Презентация Ткаченко Филиппа

Группа

Метаболи́зм

(от греч. μεταβολή «превращение», «изменение») или обме́н веще́ств — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды.

Структура  аденозинтрифосфата   — главного посредника в энергетическом обмене веществ

Метаболизм обычно делят на две стадии:      анаболизм и катаболизм

  в процессах 

Анаболизма —

из более простых синтезируются более сложные вещества и это сопровождается затратами энергии.

В ходе

Катаболизма

  сложные органические вещества деградируют до более простых, обычно выделяя энергию. 

Метаболические пути

Серии химических реакций обмена веществ называют метаболическими путями.

В них, при участии  ферментов , одни биологически значимые молекулы, последовательно превращаются в другие.

Ферменты играют важную роль в метаболических процессах потому, что:

действуют как биологические  катализаторы   и снижают энергию активации химической реакции;

позволяют регулировать метаболические пути в ответ на изменения среды  клетки  или сигналы от других клеток.

Наука о ферментах называется  энзимологией , а не ферментологией (чтобы не смешивать корни слов латинского и греческого языков).

Модель фермента нуклеозидфосфорилазы

Особенности метаболизма

Особенности метаболизма влияют на то,

будет ли пригодна определенная молекула для использования организмом в качестве источника энергии.

Так, например, некоторые прокариоты  используют   сероводород  в качестве источника энергии, однако этот газ ядовит для животных.

Скорость обмена веществ также влияет на количество пищи, необходимой для организма.

Основные метаболические пути и их компоненты одинаковы для многих видов, что свидетельствует о единстве происхождения всех живых существ. Например, некоторые  карбоновые кислоты , являющиеся интермедиатами цикла трикарбоновых кислот присутствуют во всех организмах, начиная от  бактерий  и заканчивая многоклеточными организмами эукариот. Сходства в обмене веществ, вероятно, связаны с высокой эффективностью метаболических путей, а также с их ранним появлением в истории эволюции.

Биологические молекулы

Биологические молекулы имеют модульное строение. К числу важных классов биологических молекул относятся:

белки,

липиды

углеводы

нуклеиновые кислоты.

Множество других молекул в клетке играют роль «энергетической валюты».

Строение и функции белка

Особенности строения белков позволяют им проявлять различные свойства, чем обусловлены их разнообразные биологические функции.

Белки иначе называют протеинами, это одно и то же.

Чем занимаются белки в организме?

Классификация белков

Полноценный белок содержит в своем составе все необходимые аминокислоты, а неполноценный белок, соответственно, каких-то аминокислот не содержит.

Продукты питания считаются белковыми, если они содержат не меньше 15% белка.

При недостаточном поступлении белка с пищей в организме развиваются дегенеративные процессы, связанные с невозможностью выполнять необходимые функции. В первую очередь страдает иммунитет . Человек становится предрасположен к вирусным и бактериальным инфекциям, болезни приобретают затяжной, хронический характер. Начинают выпадать волосы, кожа становится дряблой, морщинистой. Страдает волевая сфера, человека охватывает апатия, полное нежелание чем-либо заниматься, присоединяется депрессия. Уменьшается мышечная масса, замедляется обмен веществ. Начинаются проблемы с пищеварением, появляется т.н. «синдром раздраженного кишечника», когда прием пищи сопровождается метеоризмом, поносы сменяются запорами и наоборот. Угнетается детородная функция, у женщин прекращаются месячные. В тяжелых случаях начинаются структурные изменения в органах и тканях, видимое истощение. Белковое голодание детей приводит к умственной отсталости.

Липиды

По своей структуре липиды представляют собой сложные эфиры глицерина

и жирных кислот.

Липиды являются одним из важнейших источников энергии для организма.

Так, из 1 г липидов организм способен

извлечь 9 ккал энергии.

Твердые пищевые липиды принято называть жирами, жидкие - маслами , однако сейчас слово жир преобладает в русском языке и его используют как синоним слову липиды. Жиры и масла являются обязательным компонентом пищи, и их потребность для организма человека определяется на уровне 70-154 г/в сутки и для мужчин и от 60-102 г/сутки для женщин.

Необходимость в них у человека резко возрастает при больших физических нагрузках, а также при нахождении в тяжелых (холодных) климатических условиях.

Жир входит в состав секрета сальных желез, который не только предохраняет кожу от сухости, но и придает волосам прочность и здоровый блеск. У детей жиры служат главным строительным материалом для развития мозга.

Углеводы

Углево́ды  — органические вещества, содержащие карбонильную группу

  и несколько гидроксильных групп.

Название класса соединений происходит

от слов «гидраты углерода».

Появление такого названия связано с тем,

что первые из известных науке углеводов описывались брутто-формулой Cx(H2O)y, формально являясь соединениями углерода и воды.

Структурная формула лактозы — содержащегося в молоке дисахарида

Классификация углеводов

Усвояемые полисахариды  – крахмал и гликоген – расщепляются ферментами организма.

Глюкоза   (виноградный сахар, декстроза)

Фруктоза  ( фруктовый сахар).

Галактоза

Неусвояемые полисахариды , которые также обобщенно называют клетчаткой (пищевые волокна), не перерабатываются организмом.

Сахароза

Мальтоза  ( солодовый сахар )

Лактоза  ( молочный сахар )

Множество исследований доказало, что высокий уровень клетчатки в рационе способствует длительному чувству сытости, снижению веса, понижению уровня холестерина в крови, снижению риска диабета и росту полезной микрофлоры кишечника.

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение наследственной информации в виде генетического кода, передачу ее при размножении дочерним организмам, ее реализацию при росте и развитии организма в течение жизни в виде участия в очень важном процессе – биосинтезе белков.

Пищеварение

Пищеваре́ние  — механическая и химическая обработка пищи в желудочно-кишечном (пищеварительном) тракте — сложный процесс, при котором происходит переваривание пищи и её усвоение клетками. В ходе пищеварения происходит превращение макромолекул пищи в более мелкие молекулы, в частности, расщепление биополимеров пищи на мономеры. Этот процесс осуществляется с помощью пищеварительных (гидролитических) ферментов. После вышеописанного процесса обработки пища всасывается через кишечную стенку и проникает в жидкостные среды организма (кровь и лимфу) Таким образом, процесс пищеварения заключается в переработке пищи и её усвоении организмом.

Перистальтика: движение пищевого комка по пищеводу.

История

Термин «метаболизм» впервые введен был в биологию  Теодором Шванном  в 1840-х гг., однако не получил широкого использования. Термин устоялся в физиологии и проник в большинство языков после издания и перевода руководства по физиологии  Фостера  в 1870-х годах.

История изучения метаболизма охватывает несколько столетий. Исследования начинались с изучения организмов животных, в современной биохимии изучают отдельные метаболические реакции.

Понятие обмена веществ впервые встречается в работах  Ибн аль-Нафиса  (1213—1288), который писал, что «тело и его части находятся в постоянном состоянии распада и питания, так что оно неизбежно претерпевает постоянные изменения». 

Первые контролируемые эксперименты по метаболизму у человека были опубликованы  Санторио Санторио  в 1614 году в книге итал. Ars de statica medicina Он рассказал, как он сам взвесил себя до и после приёма пищи, сна, работы, секса, натощак, после питья и выделения мочи. Он обнаружил, что большая часть пищи, которую он принял, была утрачена в результате процесса, названного «незаметным испарением».

Санторио  взвешивает сам себя до и после принятия пищи

Открытие ферментов в начале XX века Эдуардом Бухнером разделило изучение метаболических реакций от изучения клеток и дало начало развитию биохимии как науки

В современных биохимических исследованиях широко используют новые методы, такие как  хроматография ,  

Рентгеноструктурный анализ ,  ЯМР-спектроскопия ,  электронная микроскопия  и  метод классической молекулярной динамики . Эти методы позволяют открывать и подробно изучать множество молекул и метаболических путей в клетках.

Карбо́новые кисло́ты  — класс органических соединений, молекулы которых содержат одну или несколько функциональных  карбоксильных групп COOH.

Кислые  свойства объясняются тем, что данная группа может сравнительно легко отщеплять  протон . За редкими исключениями карбоновые кислоты являются слабыми. Например, у  уксусной кислоты  CH 3 COOH 

константа диссоциации  равна 1,75·10 −5 .  Ди-  и  трикарбоновые кислоты  более сильные, чем монокарбоновые .