1.5.2.5. Обмен веществ

Что отличает живой организм от неживого. Почему с прекращением обмена веществ прекращается жизнь.

Каждый знает, что без бензина автомобиль никуда не поедет. Именно за счет сгорания бензина образуется энергия, которая необходима для движения.

Примерно так же работают все живые организмы. “Бензин”, то есть пища, которую едят люди, включается в цепь химических превращений. В результате образуются энергия и необходимые для жизни соединения, а побочные продукты выводятся наружу. Белки, жиры, углеводы, витамины, вода, минеральные соли – все они попадают в организм с пищей и вступают в обмен веществ или метаболизм.

Основой жизнедеятельности всех систем, как на молекулярном и клеточном уровне, так и на уровне тканей, органов и всего организма является обмен веществ и энергии. Именно данный процесс – один из специфических признаков живой материи. В нем задействовано множество ферментных систем и механизмов регуляции.

В процессе обмена вещества, поступившие в организм, путем химических превращений преобразуются в собственные вещества тканей и в конечные продукты, которые выводятся из организма. При этих превращениях высвобождается и накапливается химическая энергия главным образом в виде фосфатных связей аденозинтрифосфорной кислоты. Эта энергия используется для поддержания постоянной температуры тела и выполнения различного вида работ: механической (мышечные сокращения), электрической (проведение нервных импульсов), химической (процессы биосинтеза) и работы, связанной с переносом веществ (железы, кишечник, почки и так далее). Организм постоянно расходует различные вещества и большое количество энергии, необходимых для роста, развития и деления каждой клетки.

Знаете ли вы, что...
– в течение жизни почти все клетки нашего организма сменяются несколько раз. За год кровь полностью обновляется 3 раза, за сутки заменяется 450 миллиардов эритроцитов и до 30 миллиардов лейкоцитов, до 50% эпителиальных клеток желудка и кишечника, 1/75 всех костных клеток скелета.

В ходе метаболизма вещества, поступившие из переваренной пищи в кровь, ферментативно расщепляются на менее крупные молекулы (катаболизм), и этот процесс сопровождается высвобождением энергии.

	Метаболизм представляет собой совокупность процессов превращения и обмена веществ и энергии, происходящих в живом организме или между организмом и окружающей средой.

Образовавшиеся в результате катаболизма более простые соединения служат исходными веществами для синтеза белков, нуклеиновых кислот, липидов и полисахаридов (анаболизм), необходимых организму в качестве клеточных компонентов и для выполнения различных функций. Анаболические процессы протекают с потреблением энергии. Скорость находящихся в неразрывной связи процессов катаболизма и анаболизма зависит от условий окружающей и внутренней среды.

Высшими звеньями регуляции обмена веществ и энергии у человека являются эндокринная и нервная системы, которые связывают метаболические процессы, происходящие в различных органах и тканях, и приспосабливают их для выполнения функций, присущих всему организму в целом. Нервная система выступает объединяющим началом. Получая сигналы из окружающей среды и внутренних органов, она анализирует их и направляет импульсы тем органам, изменение скорости метаболизма в которых необходимо в данный момент для выполнения определенной функции. Чаще всего эта регуляция происходит через железы внутренней секреции, которые увеличивают или снижают выработку гормонов и поступление их в кровь.

Высокая многоуровневая степень контроля и регуляции метаболизма позволяет организму справляться с различными неблагоприятными воздействиями (загрязнение окружающей среды, стресс, заболевания и другие) без повреждения механизмов обмена веществ и энергии. С другой стороны, нарушение обмена веществ на каком-либо уровне (в том числе и в результате заболевания) может в определенной ситуации стать началом многоступенчатого процесса повреждений всех звеньев метаболизма и привести в итоге к нарушению функций тканей и органов, что проявляется в виде различных заболеваний. Нарушение равновесия между процессами катаболизма и анаболизма может приводить к энергетическим проблемам в клетке, недостаточному воспроизведению функционально важных соединений (ферментов, гормонов), снижению способности клеток адаптироваться к дефициту кислорода или уменьшению их способности усваивать кислород. Это, в свою очередь, ведет к нарушению взаимодействия клетки с окружающей средой и изменению условий функционирования тканей и органов. Наиболее глубокие и существенные изменения в организме происходят при сокращении выработки энергии, нарушении использования углеводов, дефектах в системе биосинтеза биологически активных веществ, особенно производных аминокислот (медиаторов, гормонов). Повреждения механизмов метаболизма на молекулярном и клеточном уровне, в том числе и в результате аутоиммунных процессов, нарушают функции тканей и органов, при этом страдает метаболическое постоянство внутренней среды организма и регуляторные процессы. В свою очередь, расстройство процессов регуляции метаболизма на уровне нервной и эндокринной систем может привести к тяжелым нарушениям обмена веществ и энергии организма в целом, как это имеет место при сахарном диабете, диффузном токсическом зобе, гипотиреозе и других заболеваниях.

Нарушения метаболизма могут вызываться как внешними, так и внутренними факторами. Внешними факторами являются качественный и количественный состав пищи, состав вдыхаемого воздуха, попадание в организм токсических газов, ионов тяжелых металлов, соединений мышьяка, цианидов, канцерогенов, токсинов, проникновение патогенных (болезнетворных) микробов. К внутренним факторам относятся генетические дефекты, ведущие к нарушению синтеза или действия биологически активных веществ в организме или компонентов клеток. Это приводит к избыточному накоплению продуктов метаболизма, в том числе оказывающих токсическое действие на организм, или к недостаточному питанию тканей кислородом (гипоксия).