Метаболизм

1.

Метаболизм: Основы жизни
Основное понятие

2.

Что такое метаболизм?
Метаболизм (обмен веществ) — это совокупность химических реакций, происходящих в организме,
которые обеспечивают поддержание жизни. Эти реакции включают преобразование энергии, синтез
необходимых веществ и удаление продуктов распада.
Основные процессы метаболизма
Анаболизм (пластический обмен):
1. Процессы синтеза сложных органических веществ из
простых молекул.
2. Требует энергии, обычно в виде АТФ
(аденозинтрифосфата).
3. Функции:
1) Синтез белков из аминокислот.
2) Построение липидов из жирных кислот.
3) Образование полисахаридов (например, гликогена)
из моносахаридов.
4. Пример: рост тканей, регенерация клеток.
Катаболизм (энергетический обмен):
1. Разрушение сложных молекул до более простых с
высвобождением энергии.
2. Освобожденная энергия используется для поддержания
жизнедеятельности (работа мышц, функционирование
органов, теплопроизводство).
3. Продукты катаболизма:
1) Углекислый газ (CO₂).
2) Вода (H₂O).
3) Энергия (в виде АТФ).
4. Пример: расщепление глюкозы в процессе гликолиза.
Эти два процесса взаимосвязаны: энергия, полученная при катаболизме, используется для анаболических
процессов. Вместе они формируют метаболический цикл, обеспечивающий поддержание гомеостаза в
организме.

3.

Этапы метаболизма
1. Подготовительный этап
Суть: расщепление сложных органических веществ
(белков, жиров, углеводов) на более простые
соединения.
Процесс:
Белки → аминокислоты
Углеводы → моносахариды (например, глюкоза)
Жиры → глицерин и жирные кислоты
Место: происходит в пищеварительном тракте.
Энергия: выделяется мало и рассеивается в виде
тепла.
2. Этап образования промежуточных продуктов
(анаэробный этап)
Суть: переработка простых соединений до еще более
простых молекул без участия кислорода.
Процесс:
Глюкоза → пируват (пировиноградная кислота) в
ходе гликолиза.
Жирные кислоты и аминокислоты вступают в свои
специфические пути преобразования.
Место: происходит в цитоплазме клеток.
Энергия: образуется небольшое количество АТФ.
3. Конечный этап (аэробный этап)
Суть: полное окисление продуктов промежуточного этапа до углекислого газа (CO₂) и воды (H₂O) с
высвобождением энергии.
Процесс:
Окисление пирувата и других соединений в цикле Кребса.
Электрон-транспортная цепь (дыхательная цепь) с синтезом АТФ.
Место: митохондрии клеток.
Энергия: образуется основное количество АТФ.

4.

Анаболизм
Анаболизм (пластический обмен) — это совокупность процессов биосинтеза, направленных на образование
сложных молекул из простых, что обеспечивает рост, восстановление и обновление клеток и тканей организма.
Основные характеристики анаболизма
Примеры процессов анаболизма
1. Энергозатратность:
Процессы анаболизма требуют энергии, которая
поступает в виде АТФ (аденозинтрифосфата),
получаемой в результате катаболизма.
2. Синтетические процессы:
Сложные молекулы (например, белки, липиды,
полисахариды, нуклеиновые кислоты) образуются из
более простых предшественников.
3. Роль ферментов:
Анаболизм регулируется специфическими ферментами,
которые ускоряют химические реакции.
1. Синтез белков:
Аминокислоты → белки (необходимы для построения мышц,
ферментов, гормонов).
2. Синтез углеводов:
Моносахариды (например, глюкоза) → полисахариды
(гликоген у животных, крахмал у растений).
3. Синтез липидов:
Жирные кислоты и глицерин → триглицериды (жиры) или
фосфолипиды (компоненты клеточных мембран).
4. Синтез нуклеиновых кислот:
Нуклеотиды → ДНК и РНК (для передачи генетической
информации и синтеза белков).
Регуляция анаболизма:
2. Факторы, влияющие на анаболизм:
1. Гормоны, стимулирующие анаболизм:
Питание (достаток аминокислот, углеводов, жиров).
Инсулин (усиливает синтез белков и гликогена).
Физическая активность (особенно силовые тренировки).
Соматотропин (гормон роста).
Состояние организма (болезни, стресс снижают
Половые гормоны (тестостерон, эстроген).
анаболические процессы).

5.

Катаболизм
Катаболизм (энергетический обмен) — это совокупность процессов расщепления сложных органических
веществ на более простые молекулы, сопровождающихся высвобождением энергии, которая используется
организмом для поддержания жизнедеятельности.
Основные характеристики катаболизма
1. Энергопроизводство:
При катаболизме энергия, заключённая в химических связях
сложных молекул, освобождается и запасается в виде АТФ
(аденозинтрифосфата).
2. Продукты распада:
Конечные продукты катаболизма — углекислый газ (CO₂),
вода (H₂O) и аммиак (NH₃) у белков.
3. Место процессов:
Основные этапы катаболизма происходят в митохондриях
(аэробные процессы) и цитоплазме (анаэробные процессы).
Этапы катаболизма
1. Расщепление макромолекул:
Белки → аминокислоты
Углеводы → моносахариды (глюкоза)
Липиды → глицерин и жирные кислоты
2. Образование промежуточных соединений:
Продукты первого этапа преобразуются в простые соединения, такие
как пируват и ацетил-КоА, в ходе реакций (например, гликолиза).
Этот процесс может протекать без кислорода (анаэробно).
3. Окисление и производство энергии:
Конечное окисление промежуточных соединений происходит в цикле
Кребса и через дыхательную цепь.
Этот этап требует кислорода (аэробные процессы) и сопровождается
синтезом большого количества АТФ.
Примеры катаболических процессов
1. Гликолиз:
3. Бета-окисление жирных кислот:
Расщепление глюкозы до пирувата с образованием АТФ и
1. Расщепление длинных цепей жирных кислот до ацетилNADH.
КоА.
Протекает в цитоплазме и может быть анаэробным.
4. Катаболизм белков:
2. Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот):
1. Расщепление белков до аминокислот, их дальнейшая
Окисление ацетил-КоА до CO₂ и H₂O с выделением энергии.
переработка и удаление аммиака через мочевину.

6.

Факторы, влияющие на метаболизм
Физиологические факторы:
1. Возраст:
У детей и подростков метаболизм ускорен из-за
активного роста и развития.
С возрастом метаболизм замедляется, особенно
после 30–40 лет, из-за снижения мышечной массы
и гормональных изменений.
2. Пол:
У мужчин метаболизм обычно быстрее, чем у
женщин, из-за большей мышечной массы.
3. Гормональный фон:
Гормоны щитовидной железы (тироксин,
трийодтиронин) ускоряют метаболизм.
Инсулин регулирует углеводный обмен.
Адреналин и кортизол стимулируют расщепление
жиров и углеводов.
Дефицит или избыток гормонов может замедлить
обмен веществ.
4. Мышечная масса:
Мышечная ткань потребляет больше энергии, чем
жировая, даже в состоянии покоя.
5. Состояние здоровья:
Болезни, особенно эндокринные (например,
гипотиреоз), могут замедлять метаболизм.
6. Беременность и лактация:
У беременных и кормящих женщин обмен веществ
ускоряется для обеспечения потребностей плода
и производства молока.

7.

Факторы, влияющие на метаболизм
2. Генетические факторы:
1. Наследственность:
Генетические особенности могут определять
базальный уровень метаболизма (BMR), скорость
расщепления питательных веществ и хранения
энергии.
2. Генетические мутации:
Некоторые нарушения обмена веществ
(например, фенилкетонурия, ожирение) связаны с
мутациями в определённых генах.
3. Поведенческие факторы
1. Питание:
1) Частота и состав пищи:
Белковая пища ускоряет метаболизм из-за
высокого термического эффекта.
Долгие перерывы в еде и диеты снижают
скорость обмена веществ.
2) Недостаток калорий:
Организм замедляет метаболизм в условиях
голодания или строгой диеты.
2.Физическая активность:
Регулярные тренировки (особенно силовые)
увеличивают мышечную массу, что повышает
метаболизм.
3.Режим сна:
Хронический недостаток сна замедляет
метаболизм, влияя на гормоны аппетита (грелин и
лептин).

8.

Факторы, влияющие на метаболизм
4. Экологические факторы
5. Лекарственные препараты
1. Температура окружающей среды:
1. Ускоряющие метаболизм:
На холоде организм расходует больше энергии на
Гормональные препараты (например, тироксин).
поддержание температуры тела
Кофеин и некоторые стимуляторы.
(теплообразование).
2. Замедляющие метаболизм:
В жару метаболизм может замедляться, чтобы
Седативные препараты, антидепрессанты и
снизить производство тепла.
некоторые виды гормонов.
2. Стресс:
Кратковременный стресс увеличивает метаболизм
(за счёт выброса адреналина), а хронический
может его замедлить из-за влияния кортизола.
3. Токсическое воздействие:
Курение, алкоголь и загрязнение окружающей
среды могут нарушать обмен веществ.

9.

Нарушения метаболизма
Классификация нарушений метаболизма
Основные виды нарушений метаболизма
1. По типу обмена веществ:
1. Нарушения углеводного обмена
1. Нарушения углеводного обмена.
Сахарный диабет:
2. Нарушения жирового обмена.
Хроническое нарушение метаболизма глюкозы из3. Нарушения белкового обмена.
за недостатка инсулина (тип 1) или
4. Нарушения минерального обмена.
нечувствительности клеток к нему (тип 2).
5. Нарушения водного обмена.
Симптомы: жажда, частое мочеиспускание,
2. По происхождению:
слабость, высокий уровень сахара в крови.
1. Врожденные (генетические): вызваны
Гипогликемия:
мутациями в генах, которые кодируют
Пониженный уровень глюкозы в крови.
ферменты или белки, участвующие в
Симптомы: головокружение, потливость, потеря
метаболизме. Пример: фенилкетонурия.
сознания.
2. Приобретенные: развиваются в течение жизни
Гликогенозы:
под воздействием внешних факторов
Генетические нарушения синтеза или распада
(неправильное питание, заболевания).
гликогена (например, болезнь Помпе).
3. По характеру изменений:
1. Гиперметаболизм (усиление обмена веществ).
2. Гипометаболизм (замедление обмена веществ).

10.

Нарушения метаболизма
2. Нарушения жирового обмена:
Ожирение:
Избыточное накопление жировой ткани из-за
дисбаланса между потреблением и расходом
энергии.
Симптомы: избыточный вес, гормональные сбои,
риск сердечно-сосудистых заболеваний.
Гиперлипидемия:
Повышение уровня жиров (липидов) в крови, что
увеличивает риск атеросклероза.
Липидозы:
Генетические заболевания, связанные с
накоплением жиров в органах (например, болезнь
Гоше).
3. Нарушения белкового обмена
Подагра:
Накопление мочевой кислоты в организме с
отложением кристаллов в суставах.
Симптомы: боли и воспаление в суставах (чаще в
больших пальцах ног).
Аминоацидопатии:
Генетические дефекты обмена аминокислот
(например, фенилкетонурия, алкаптонурия).
Симптомы: интеллектуальная недостаточность,
токсическое поражение тканей.

11.

Нарушения метаболизма
4. Нарушения минерального обмена
Остеопороз:
Нарушение метаболизма кальция, приводящее к
снижению плотности костей.
Симптомы: повышенная ломкость костей, боли в
позвоночнике.
Железодефицитная анемия:
Недостаток железа, приводящий к снижению
уровня гемоглобина.
Симптомы: слабость, бледность кожи,
головокружение.
5. Нарушения водного обмена
Обезвоживание:
Недостаток воды в организме из-за потери
жидкости или недостаточного поступления.
Симптомы: сухость кожи, жажда, снижение
артериального давления.
Отёки:
Избыточное накопление жидкости в тканях.
Причины: нарушение работы почек, сердечнососудистой системы, гормональные сбои.
Диагностика и лечение
1. Диагностика:
Анализы крови и мочи для оценки уровня глюкозы,
липидов, белков, электролитов.
Генетическое тестирование (при подозрении на
наследственные заболевания).
Инструментальные исследования (например,
денситометрия для оценки плотности костей).
2. Лечение:
Коррекция питания и режима (снижение сахара,
увеличение белка, витаминов).
Медикаментозная терапия (гормоны, ферменты,
гиполипидемические препараты).
Физическая активность.
В тяжелых случаях — оперативное вмешательство.