Энергетический обмен — часть процесса обмена веществ в организме, называемого – метаболизмом.
Содержание
Метаболизм включает две составляющие – анаболизм и катаболизм. Определение анаболизма: это пластический обмен (ассимиляция), в его процессе сложные вещества, попадающие в организм с пищей, преобразуются в простые, а затем снова в сложные – белки, жиры, углеводы, необходимые организму в той или иной ситуации.
Расщепление и синтез веществ — очень энергозатратный процесс диссимиляции, поэтому он сопровождается выделением необходимой энергии и называется катаболическим процессом.
Сущность проблемы
Энергетический обмен — крайне чувствительная структура. Ведь организм должен выделять и поглощать примерно одинаковое количество энергии, без отклонений в большую или меньшую сторону. Так, например, при расщеплении белка, затрачивается энергии больше, чем выделяется, а при расщеплении углеводов, наоборот, энергии получается больше, чем необходимо. В связи с этим обмен веществ и превращение энергии в синтез необходимых элементов, до сих пор подробно изучается наукой.
Что такое АТФ
Этапы энергетического обмена включают в себя реструктурирование различных веществ. Выделение энергии и синтез плотно связаны между собой. Проходят данные процессы в несколько этапов, причём, расщепляемое вещество упрощается до воды, углекислого газа и аденозинтрифосфата, или если говорить простым языком – АТФ. Углекислый газ выделяется через лёгкие, вода через почки и мочевыводящую систему, а вот АТФ используется для синтеза белка, жиров и углеводов. Обмен веществ и превращение энергии невозможно без АТФ. Она является единственным и универсальным источником энергии для метаболизма.
Аденозинтрифосфат, настолько универсален, что генерируется не только в организме человека, но даже растений, только в них преобразуется не гликоген, а крахмал.
Этапы катаболизма
Этапы катаболизма следует рассмотреть подробнее, так как это многоуровневый процесс. Энергетический обмен – катаболизм, разделяется на 3 стадии. С начала идёт подготовительный этап, в ходе процесса полимеры расщепляются, на мономеры.
Затем бескислородный, в ходе этого этапа, глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты, ещё этот процесс называется — гликолиз. И последний этап – разложение пировиноградной кислоты, до СО2, Н2О — это углекислый газ и вода.
Подготовительный этап
Энергетический метаболизм начинается с расщепления полимеров на мономеры. Другими словами углеводы, разлагаются до сахара, из белка получается набор простых аминокислот. Жир упрощается до составляющих его, жирной кислоты и глицерина. На данном этапе энергетический метаболизм не накапливает АТФ, вся выделенная энергия выражается в виде тепла, которое поглощается окружающей средой.
Катаболизм белков начинается в желудке, где под действием ферментов поджелудочной железы и желчи поступающей их желчного пузыря, происходит расщепление белка на мономеры. После этого, простые аминокислоты всасываются ворсинками тонкого кишечника в кровоток и разносятся по всему организму, попадая в клетки всех органов, для дальнейшего синтеза. Далее общий путь катаболизма белка, может измениться. Аминокислоты могут стать участниками катаболизма, то есть, расщепляться до выделения энергии, а могут стать строительным материалом организма. Например, катаболизм мышц сопровождается выделением энергии и строительством новых клеток.
Второй этап
Энергетический метаболизм второго этапа — безкислородный. Он протекает внутри клеточного пространства, в ходе которого глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты или проще пирувата. Химическая реакция выглядит так – молекула глюкозы, со своими 6 атомами углерода, распадается на 2 молекулы пирувата с 3 атомами углерода каждая. При этом, от глюкозы отделяется несколько атомов водорода, они в дальнейшем примут участие в следующем этапе.
Катаболизм глюкозы сопровождается накоплением АТВ, соотношение составляет примерно такое – на 1 молекулу глюкозы, получается 2 молекулы АТФ.
Третий этап
Специфические и общие пути катаболизма не заканчиваются кислородным этапом, так как он сам разделяется на 2 подэтапа.
Первый подэтап называется циклом Кребса, на этой стадии образуется и выделяется углекислый газ. Протекает данный этап в митахондриальном матриксе и сопровождается выделением АТФ.
Второй подэтап — фосфорилирование связанное с окислительными реакциями. Катаболизм глюкозы, например, в данном случае, протекает на внутренней мембране митохондрии. АТФ в данном процессе возникает в ходе движения протонов водорода, в дальнейшем присоединяющихся к анионам кислорода и становящихся частью, сформированной воды. Кислородные процессы (катаболизма) дают от 32 до 34 молекул аденозинтрифосфата из одной молекулы глюкозы. Таблицы помогут более детально и наглядно увидеть все процессы.
Значение баланса между катаболизмом и анаболизмом
Общий путь катаболизма и анаболизма должен приводить к динамическому балансу в организме. Если специфические пути катаболизма привели к его превышению над уровнем анаболизма, то организм начнёт терять свои клетки, снижаясь в массе. Другими словами, катаболизм и анаболизм — это синонимы энергии и мышечной массы. То есть, при повышенном катаболизме организм будет стремительно худеть.
Существует и обратная ситуация, когда ассимиляция преобладает над диссимиляцией, в данной ситуации организм будет строить дополнительные клетки, увеличивая свой объем, например, клеток белка в процессе интенсивного занятия спортом.
Этапы катаболизма всегда одинаковые, но его скорость может быть разной в зависимости от возраста организма или его образа жизни. Рассматривая для примера организм человека, можно сказать, что катаболизм в организме ребёнка ниже, чем анаболизм, это позволяет ему расти, увеличивая количество белка и других веществ в организме. И обратно, стареющий человеческий организм выделяет энергию, но не наращивает белковый материал, тем самым, снижая свой вес.
Зная, что катаболизм — это процесс выделения энергии, а анаболизм это строительство дополнительных клеток, люди научились контролировать метаболизм в целом, подвергая свои организмы изменениям. Яркий пример тому, работа над своими телами спортсменов. Они сами и их тренеры прекрасно знают, что такое катаболизм и анаболизм. Манипулируя с продуктами питания и поставляя в организм анаболики, прямо с внутримышечными инъекциями, они, или увеличивают количество белка в мышцах, или повышают скорость их реакции, увеличивая выделение энергии.
Данная практика, имеет вполне точное определение в спортивном кодексе и наказывается дисквалификацией. И дело не в том, что это как минимум, делает спортивное состязание не честным, первую очередь эти действия приводят к нарушению здоровья спортсменов. Поэтому их контролируют специальные органы, заставляя сдавать на анализ утреннюю мочу. Определение наличия анаболиков в организме, делается так же и по крови и не обязательно утром.
Зная ответ на вопрос — катаболизм, что это такое, можно управлять процессами в человеческом теле, но делать это нужно, руководствуясь древним принципом всех врачей – не навреди.
