Примеры обмен веществ: Приведите примеры обмена веществ в организме растений.

Heindel, Jerrold J., Bruce Blumberg, Mathew Cave, Ronit Machtinger, Alberto Mantovani, Michelle A. Mendez, Angel Nadal и др. «Химические вещества, нарушающие метаболизм, и метаболические нарушения». Репродуктивная токсикология (Элмсфорд, Нью-Йорк). 68 (2017): 3–33. [Источник]

Лам, Ян Ю., и Эрик Равуссин. «Анализ энергетического метаболизма у людей: обзор методологий». Молекулярный метаболизм 5, вып. 11 (20 сентября 2016 г.): 1057–71. [Источник]

Метаболизм

— Энциклопедия Нового Света

Визуальный обзор метаболизма с акцентом на учет углерода.

Метаболизм (от μεταβολισμος, «метаболизм») — это биохимическая модификация химических соединений в живых организмах и клетках. Это включает в себя как анаболизм (биосинтез сложных органических молекул), так и катаболизм (распад сложных молекул с образованием как энергоносителей, так и основных строительных блоков), при этом продукты как анаболизма, так и катаболизма необходимы для поддержания, роста и движения. , и размножение.

Метаболизм включает сложные и часто интерактивные биохимические реакции, обычно поддерживаемые ферментами и часто координируемые анаболическими и катаболическими гормонами. Для целей анализа и концептуализации метаболизм обычно характеризуют в терминах метаболических путей, которые представляют собой определенную последовательность стадий, катализируемых ферментами. Общий обмен веществ включает в себя все биохимические процессы организма. Клеточный метаболизм включает в себя все химические процессы в клетке.

Метаболизм — это объединяющий аспект всех форм жизни, причем самые сложные формы жизни зависят от некоторых из тех же метаболических путей, что и у одноклеточных организмов.Знания о метаболизме накапливались за период более 400 лет, особенно в первой половине двадцатого века, благодаря экспериментам и исследованиям сотен ученых-исследователей. Основные метаболические процессы были синтезированы и стандартизированы в Таблицу промежуточного метаболизма . Ни один организм не использует все реакции на схеме, но все организмы используют некоторый набор реакций. Таблица промежуточного метаболизма вывешивается на стенах лабораторий биохимии и молекулярной биологии таким же образом, как и Периодическая таблица элементов на стенах химических лабораторий.

История

Санторио на своем безменом балансе

Термин «метаболизм» происходит от греческого слова «изменение» или «ниспровержение».

Первые контролируемые эксперименты по метаболизму человека были опубликованы Санторио Санторио (1561–1636) в 1614 году в его книге « Ars de Statica Medecina, », которая прославила его по всей Европе. Он описал свою длинную серию экспериментов, в которых он взвешивался на стуле, подвешенном на безальных весах, до и после еды, сна, работы, секса, голодания, лишения питья и выделения.Он обнаружил, что большая часть пищи, которую он принимал, выводилась из организма в результате perspiratio Insensibilis (нечувствительное потоотделение).

Клеточный метаболизм

Клеточный метаболизм — это сумма множества текущих индивидуальных процессов, посредством которых живые клетки обрабатывают молекулы питательных веществ и поддерживают жизненное состояние.

Метаболизм имеет два отдельных подразделения.

• Анаболизм — это набор процессов, в которых клетка использует энергию и восстанавливающую мощность (способность химически восстанавливать, то есть добавлять электроны к молекуле) для создания сложных молекул и выполнения других жизненных функций, таких как создание клеточной структуры.
• Катаболизм — это набор процессов, при которых клетка расщепляет сложные молекулы, чтобы получить молекулы, несущие энергию и уменьшающие ее.

Несколько метаболических путей в клетке.

Клеточный метаболизм включает чрезвычайно сложные последовательности контролируемых химических реакций, называемых метаболическими путями.

Метаболические пути

Большое разнообразие метаболических путей организовано по двум темам, анаболизм и катаболизм, которые описаны ниже.

Анаболизм

Анаболизм — это часть метаболизма, в результате которой образуются более крупные молекулы.

Анаболизм — это набор метаболических процессов, которые создают органические соединения из более мелких компонентных молекул и в дальнейшем имеют тенденцию собирать их таким образом, чтобы «наращивать» органы и ткани. Эти процессы поддерживают рост и дифференциацию клеток, увеличение размеров тела и размножение. Примеры анаболических процессов включают рост и минерализацию костей и увеличение мышечной массы.

Анаболические пути, которые создают строительные блоки и соединения из простых предшественников, включают следующее:

• Гликогенез (превращение глюкозы в гликоген, запасную молекулу для глюкозы)
• Глюконеогенез (образование глюкозы из несахарных углеродных субстратов)
• Путь синтеза порфирина (порфирин образует комплекс с атомом металла, например гем комплекса железо-порфирин, который находится в крови человека).
• Путь HMG-CoA редуктазы, ведущий к холестерину и изопреноидам.
• Вторичные метаболические пути производят молекулы, которые не являются необходимыми для роста, развития или воспроизводства, но могут повысить выживаемость во время стресса окружающей среды.
• Фотосинтез
  • Светозависимая реакция зеленых растений (световая реакция или реакция фотосинтеза, требующая света)
  • Светонезависимая реакция растений (темновая реакция или реакция фотосинтеза, не требующая света)
• Цикл Кальвина (реакция фотосинтеза, происходящая в строме хлоропластов)
• Фиксация углерода (превращение диоксида углерода в более крупные молекулы углерода)
• Глиоксилатный цикл (реакция, включающая превращение двух молекул ацетил-КоА в оксалоацетат)

Катаболизм

Катаболизм включает метаболические процессы, которые часто расщепляют молекулы на более мелкие единицы, а также дают молекулы, несущие энергию.Катаболические химические реакции в живой клетке разрушают большие полимерные молекулы клетки (полисахариды, нуклеиновые кислоты и белки) на составляющие их мономерные единицы (то есть моносахариды, нуклеотиды и аминокислоты соответственно).

Клетки используют мономеры для создания новых полимерных молекул или разборки их до простых клеточных метаболитов (молочная кислота, уксусная кислота, диоксид углерода, аммиак, мочевина и т. Д.).

Создание клеточных метаболитов — это процесс окисления, включающий высвобождение химической свободной энергии, часть которой теряется в виде тепла, а часть сохраняется, поскольку высвобождаемая энергия стимулирует синтез аденозинтрифосфата (АТФ).Гидролиз АТФ (то есть расщепление АТФ в реакции с водой) впоследствии используется для запуска почти каждой энергозатратной реакции в клетке. Таким образом, катаболизм обеспечивает химическую энергию, необходимую для поддержания жизнедеятельности клетки.

Примеры катаболических процессов включают расщепление мышечного белка с целью использования аминокислот в качестве субстратов для глюконеогенеза и расщепление жира в жировых клетках (жировых клетках) до жирных кислот.

Анаболические и катаболические сигналы

Поскольку одновременное протекание анаболических и катаболических процессов в клетках контрпродуктивно, существует множество сигналов, которые включают анаболические процессы и выключают катаболические процессы, и наоборот.Большинство известных сигналов — это гормоны и молекулы, участвующие в самом метаболизме. Эндокринологи (те, кто изучает эндокринную систему, систему желез без протоков, которые выделяют определенные гормоны в кровоток) традиционно классифицируют многие гормоны как анаболические или катаболические.

• Классические анаболические гормоны включают:

• Классические катаболические гормоны включают:
  • Кортизол
  • Глюкагон
  • Адреналин и другие катехоламины
  • Цитокины

• Гормоны, недавно идентифицированные как связанные с балансом катаболического и анаболического состояний, включают:
  • Орексин и гипокретин (пара гормонов)
  • Мелатонин

Общие пути

Четыре основных метаболических пути:

Общие катаболические пути

В следующем разделе обсуждается катаболизм углеводов, катаболизм жиров, катаболизм белков и катаболизм нуклеиновых кислот.

Катаболизм углеводов

Катаболизм углеводов — это расщепление углеводов на более мелкие единицы. Эмпирическая формула углеводов, как и их мономерных аналогов, — C _X (H _2Y O _Y ). Углеводы буквально сгорают, поскольку клетка высвобождает и улавливает большое количество энергии в своих связях. Митохондрии клетки необходимы для катаболизма, поскольку они являются участками окислительного фосфорилирования, процесса переноса электронов, который преобразует высокоэнергетические молекулы НАДН, образующиеся в результате катаболизма углеводов, в наиболее легко транспортируемую и используемую в клетке молекулу энергии, аденозинтрифосфат (АТФ).

Гладкая эндоплазматическая сеть отвечает за некоторый углеводный обмен. Например, в печени клетка расщепляет полисахаридный гликоген. В конце концов, гликоген превратится в глюкозу и попадет в кровь, но сначала он расщепляется на фосфат глюкозы, ион, который, если высвободится, повредит клетки крови. Фермент, обнаруженный в мембране гладкой эндоплазматической сети, катализирует удаление фосфата с выделением чистой глюкозы.

Катаболизм жиров

Катаболизм жиров , также известный как катаболизм липидов, — это процесс расщепления липидов или фосфолипидов липазами. Противоположностью катаболизма жиров является анаболизм жиров, связанный с накоплением энергии и построением мембран.

Катаболизм белков

Катаболизм белков — это расщепление белков на аминокислоты и простые производные соединения для транспорта в клетку через плазматическую мембрану и, в конечном итоге, для полимеризации в новые белки через совместное функционирование рибонуклеиновых кислот (РНК) и рибосом.

Катаболизм жирных кислот

Жирные кислоты — важный источник энергии для многих организмов. Триглицериды, или молекулы, которые хранят жирные кислоты, дают более чем в два раза больше энергии при той же массе, чем углеводы или белки. Все клеточные мембраны состоят из фосфолипидов, каждый из которых содержит две жирные кислоты. Жирные кислоты также обычно используются для модификации белков, и все стероидные гормоны в конечном итоге происходят из жирных кислот.

Таким образом, метаболизм жирных кислот включает в себя как катаболические процессы, которые генерируют энергию и первичные метаболиты из жирных кислот, так и анаболические процессы, которые создают биологически важные молекулы из жирных кислот и других пищевых источников углерода.

Жирные кислоты являются важным источником энергии, потому что они как восстановленные, так и безводные. Выход энергии из грамма жирных кислот составляет примерно 9 ккал (39 кДж) по сравнению с 4 ккал / г (17 кДж / г) для белков и углеводов. Поскольку жирные кислоты являются неполярными молекулами, они могут храниться в относительно безводной (безводной) среде. Углеводы, с другой стороны, более гидратированы и, следовательно, более поляризованы. Например, один грамм гликогена (из углеводов) может связать примерно два грамма воды, что соответствует 1.33 ккал / г (5,6 кДж / г). Это означает, что жирные кислоты могут удерживать в шесть раз больше энергии.

Другими словами, если бы человеческое тело полагалось на углеводы для хранения энергии, то человеку нужно было бы нести 67,5 фунта (31 кг) гликогена, чтобы иметь энергию, эквивалентную десяти фунтам (пяти килограммам) жира.

Другой обмен веществ

Метаболизм лекарственных средств

В путях метаболизма лекарств используются специализированные ферментные системы для модификации или разложения лекарств и других ксенобиотических соединений (химические вещества, обнаруженные в организме, которые обычно не производятся или не ожидаются, либо присутствуют в необычно высоких концентрациях).Примеры включают следующее:

• Оксидазная система цитохрома P450
• Флавинсодержащая монооксигеназная система
• Метаболизм алкоголя

Метаболизм азота

Метаболизм азота включает пути обмена и выделения азота в организмах, а также биологические процессы биогеохимического цикла азота:

• Цикл мочевины, важен для выведения азота в виде мочевины.
• Биологическая азотфиксация
• Ассимиляция азота
• Нитрификация
• Денитрификация

Ссылки

• Альбертс, Б.2002. Молекулярная биология клетки, , четвертое издание. Наука о гирляндах. ISBN 0-8153-3577-6
• Миттендорфер, Б. Половой диморфизм в метаболизме липидов человека. J. Nutr. 135: 681-686.
• Радзюк, Дж. 1991. Печень и метаболизм гликогена. Журнал парентерального и энтерального питания 15 (3): 77S-81S

Кредиты

Энциклопедия Нового Света писателей и редакторов переписали и завершили статью Википедия
в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, участников, так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедия Нового Света :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

Клеточный метаболизм — обзор

2 Вторичный метаболизм

Клеточный метаболизм объединяет сложный набор биохимических путей, предназначенных для поддержания функций клетки, включая производство энергии путем разложения химических соединений (катаболизм) и строительство клеточного конструкции с использованием прекурсоров (анаболизм). Некоторые метаболические процессы необязательны или не важны для кратковременного выживания клеток, составляя вторичный метаболизм.Функция вторичного метаболизма является предметом разногласий в научном сообществе (Leitao and Enguita, 2015). Принимая во внимание вторичные метаболические процессы, наблюдаемые у таких микроорганизмов, как нитчатые бактерии и грибы, существуют три различные модели его возможной функции (Roze et al., 2011). Некоторые ученые рассматривали вторичный метаболизм как способ контроля, хранения или устранения продуктов метаболизма, образующихся в результате первичного метаболизма (Pott et al., 2019). С генетической точки зрения вторичный метаболизм — это защищенная ниша для эволюции и естественного отбора генетической информации, которая может способствовать фиксации полезных признаков без ущерба для основных функций клетки (Wisecaver et al., 2014). Однако наиболее общий взгляд рассматривает вторичный метаболизм и его продукты как неотъемлемую часть биохимических клеточных процессов, поскольку он зависит от первичного метаболизма для обеспечения ферментов, энергии и субстратов (Seyedsayamdost, 2019).

Интеграции первичного и вторичного метаболизма способствует наличие у них общих черт. Вторичные метаболиты образуются с помощью определенных метаболических путей, в которых используются субстраты, образующиеся во время первичного метаболизма (например, ацетил-КоА, аминокислоты, нуклеотиды и сахара). Химический поток от первичного ко вторичному метаболизму подтверждается несколькими экспериментальными наблюдениями. В мицелиальных грибах Aspergillus parasiticus блокирование вторичного метаболизма путем выключения определенных регуляторных генов приводит к перенаправлению потока углерода от первичного метаболизма (Roze et al., 2010). В штаммах Penicillium chrysogenum первичные источники углерода связаны с выходом и эффективностью продукции вторичного метаболита пенициллина (Ferreira-Guedes and Leitao, 2018). Более того, экспериментальные данные также показали, что ферментативная активность, участвующая во вторичном метаболизме, произошла от первичных метаболических ферментов (Firn and Jones, 2000). Случайные мутации и естественный отбор генов, кодирующих первичные метаболические ферменты, привели к новой ферментативной активности, субстратной специфичности и образованию продуктов во вторичном метаболизме (Carrington et al., 2018).

Вторичные метаболиты представляют собой очень разнообразное семейство химических соединений, которые обычно синтезируются путем скоординированного действия двух различных семейств ферментов (рис. 2). Сначала ограниченное количество предшественников первичного метаболизма используется в качестве субстратов путем конденсации ферментов для производства основного каркаса метаболита (Hansen et al., 2015; Kwan and Leadlay, 2010). Другое семейство модифицирующих ферментов добавит различные химические группы к основному скелету, образуя конечный метаболит (Coque et al., 1995а, б). Вторичные метаболиты, полученные из микроорганизмов и растений, как правило, имеют значительно большую химическую сложность, чем синтетические лекарственные препараты, обладая важным разнообразием структур и биологической активности. Используя классификацию, основанную на химической структуре, мы можем выделить следующие семейства вторичных метаболитов: терпеноиды, алкалоиды, производные жирных кислот и поликетиды, нерибосомные пептиды и кофакторы ферментов (рис. 2).

Рис. 2. Отношения между первичным и вторичным метаболизмом, показывающие химические семейства вторичных метаболитов и соответствующую группу предшественников.Строительные блоки для вторичных метаболитов — это продукты первичного метаболизма, которые можно комбинировать и модифицировать для получения широкого спектра соединений. Ферментативные активности, участвующие во вторичном метаболизме, можно разделить на два разных семейства: конденсирующие ферменты, отвечающие за комбинацию различных предшественников для создания скелета вторичных метаболитов, и модифицирующие ферменты, которые вводят дополнительные химические группы в ядро ​​метаболизма. метаболиты, увеличивающие их химическое и биологическое разнообразие.Одним из наиболее важных первичных предшественников является ацетил-коА, который может быть источником вторичных метаболитов, таких как терпеноиды, жирные кислоты и поликетиды. Алкалоиды, разнообразное семейство азотсодержащих соединений, в основном синтезируются с использованием аминокислот или их метаболитов в качестве предшественников. Протеогенетические или непротеогенетические аминокислоты также могут быть предшественниками для биосинтеза нерибосомных пептидов.

Терпеноиды относятся к самому большому классу вторичных метаболитов и представляют собой модифицированные полимеры, образованные сборкой пятиуглеродного изопренового звена, которое синтезируется из катаболита ацетил-КоА через мевалонат (Quin et al., 2014). Некоторые вторичные метаболиты терпеноидов могут иметь нетерпеноидные химические придатки, такие как фенольные соединения, образующие так называемые гибридные терпеноиды (Gallagher et al., 2010). Строительные блоки терпеноидов собираются высокомолекулярными ферментами, которые называются терпен-синтазами и широко распространены среди бактерий, грибов и растений (Yamada et al., 2015). Биологическая активность терпеноидов разнообразна и включает антибиотики (Komaki et al., 1999; Soria-Mercado et al., 2005), противоопухолевые препараты (Li et al., 2016) и поглотители свободных радикалов (Fiorentino et al., 2007). Химически связанные с терпеноидами из-за их общего происхождения, поликетиды и производные жирных кислот синтезируются с использованием ацетил-КоА в качестве предшественника. Поликетидсинтазы являются основными ферментами, ответственными за синтез углеродного каркаса этих метаболитов, который в дальнейшем будет модифицироваться с помощью специальных ферментов. Согласованное действие синтаз и модифицирующих ферментов, в основном оксидаз, отвечает за структурную сложность и биологическую активность различных поликетидов (Hang et al., 2016; Мэлони и др., 2016). Другая группа вторичных метаболитов, которую следует рассматривать с точки зрения синтетической биологии, — это нерибосомные пептиды (Butz et al., 2008). Эти соединения представляют собой пептиды, состоящие из протеогенетических или непротеогенетических аминокислот, которые ковалентно связаны с помощью пептидилсинтетаз и могут быть дополнительно модифицированы путем химического разветвления или ковалентно закрыты (Phonghanpot et al., 2012; Challis and Ravel, 2000). Пептидилсинтетазы — это многодоменные ферменты, состоящие из модулей, которые активируют и связывают отдельные аминокислоты пептидными связями (Platter et al., 2011; Stachelhaus and Marahiel, 1995), являясь очень интересной целью для применения принципов синтетической биологии (Jaremko et al., 2020; Yonus et al., 2008). Наконец, алкалоиды представляют собой природные органические соединения, содержащие гетероциклы с основными атомами азота в ароматической или неароматической структуре. Они представляют собой вторичные метаболиты, происходящие либо из аминокислот, либо из их метаболитов, и представляют собой очень разнородную группу химических соединений с точки зрения структуры и свойств (Fraley and Sherman, 2020; Klapper et al., 2018). Их можно выделить из бактерий (Klapper et al., 2018), грибов (Schardl et al., 2013; Shweta et al., 2013) и растений (Nair, van Staden, 2019; Singh et al., 2019) и проявляют очень широкую биологическую и фармакологическую активность.

Общий обзор основных метаболических путей

Метаболизм — это набор химических реакций, которые происходят в клетке, которые позволяют ей продолжать жить, расти и делиться.
Метаболические процессы обычно классифицируются как:

глюконеогенез — синтез глюкозы из более мелких перкурсоров, который будет использоваться мозгом.

Щелкните изображение, чтобы получить информацию о каждом пути

Метаболические пути взаимодействуют сложным образом, чтобы обеспечить адекватную регуляцию. Это взаимодействие включает ферментативный контроль каждого пути, метаболического профиля каждого органа и гормонального контроля.

Ферментативный контроль метаболических путей

Регулирование гликолиза

Метаболический поток при гликолизе можно регулировать по трем ключевым точкам:

• гексокиназа: ингибируется глюкозой-6-P (ингибирование продукта)
• фосфофруктокиназа : ингибируется АТФ и цитратом (что сигнализирует об изобилии промежуточных продуктов цикла лимонной кислоты).Он также ингибируется H ⁺ , что становится важным при анаэробиозе (молочная ферментация производит молочную кислоту, что приводит к снижению pH). Вероятно, этот механизм не позволяет клетке использовать весь свой запас АТФ в реакции фосфофрутокиназы, что предотвратит активацию глюкозы гексокиназой. Он стимулируется его субстратом (фруктозо-6-фосфат), АМФ и АДФ (которые сигнализируют об отсутствии доступной энергии) и т. Д.
• пируваткиназа : ингибируется АТФ, аланином, свободными жирными кислотами и ацетил-КоА.Активируется фруктозо-1,6-бисфосфатом и AMP

Регуляция глюконеогенеза

Поток регулируется специфическими реакциями глюконеогенеза. Пируваткарбоксилаза активируется ацетил-КоА, что сигнализирует об изобилии промежуточных продуктов цикла лимонной кислоты, , то есть , о снижении потребности в глюкозе.

Регулирование цикла лимонной кислоты

Цикл лимонной кислоты регулируется в основном доступностью субстрата, ингибированием продукта и некоторыми промежуточными продуктами цикла.

• пируватдегидрогеназа: ингибируется ее продуктами, ацетил-КоА и НАДН
• цитрат-синтаза : ингибируется ее продуктом, цитратом. Он также ингибируется НАДН и сукцинил-КоА (которые сигнализируют об изобилии промежуточных продуктов цикла лимонной кислоты).
• изоцитратдегидрогеназа и α-кетоглутарат
  дегидрогеназа : как и цитрат-синтаза, они ингибируются НАДН и сукцинил-КоА.Изоцитратдегидрогеназа также ингибируется АТФ и стимулируется АДФ. Все вышеупомянутые дегидрогеназы стимулируются Ca ²⁺ . Это имеет смысл в мышцах, поскольку высвобождение Ca ²⁺ из саркоплазматической сети вызывает сокращение мышц, что требует большого количества энергии. Таким образом, тот же «второй посланник» активирует энергозатратную задачу и — средства для производства этой энергии.

Регулирование цикла карбамида

Карбамоилфосфатсинтетаза стимулируется N-ацетилглутамином, который сигнализирует о наличии большого количества азота в организме.

Регуляция обмена гликогена

Печень содержит гексокиназу ( гексокиназа D или глюкокиназа ) с низким сродством к глюкозе, которая (в отличие от «обычной» гексокиназы) не подлежит ингибированию продуктом. Следовательно, глюкоза фосфрилируется в печени только тогда, когда она присутствует в очень высоких концентрациях (, то есть после еды). Таким образом, печень не будет конкурировать с другими тканями за глюкозу, когда этого сахара недостаточно, а будет накапливать высокие уровни глюкозы для синтеза гликогена сразу после еды.

Регуляция обмена жирных кислот

Движение ацил-КоА в митохондрии является решающим фактором регуляции. Малонил-КоА (который присутствует в цитоплазме в больших количествах, когда метаболическое топливо в изобилии) ингибирует карнитин-ацилтрансферазу, тем самым предотвращая проникновение ацил-КоА в митохондрии. Кроме того, 3-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназа ингибируется НАДН, а тиолаза ингибируется ацетил-КоА, так что жирные кислоты не будут окисляться, когда в клетке много энергосберегающих субстратов.

Регуляция пентозофосфатного пути

Метаболический поток через пентозофосфатный путь контролируется активностью глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, которая контролируется доступностью NADP ⁺ .

Мозг

Обычно нейроны используют только глюкозу в качестве источника энергии. Поскольку мозг хранит лишь очень небольшое количество гликогена, ему необходимо постоянное поступление глюкозы. Во время длительного голодания он становится способен окислять кетоновые тела.

Печень

Поддержание достаточно постоянной концентрации глюкозы в крови — одна из основных функций печени. Это достигается за счет глюконеогенеза, синтеза и распада гликогена. Когда ацетил-КоА в избытке, он синтезирует кетоновые тела. Это также место синтеза мочевины.

Он синтезирует жирные кислоты и хранит их в виде триацилглицеринов. Глюкагон активирует гормоночувствительную липазу, которая гидролизует триацилглицерины с образованием глицерина и жирных кислот.Затем они попадают в кровоток в виде липопротеинов.

Мышцы используют глюкозу, жирные кислоты, кетоновые тела и аминокислоты в качестве источника энергии. Он также содержит запас креатинфосфата, соединения с высоким потенциалом переноса фосфата, которое способно фосфорилировать АДФ до АТФ, тем самым производя энергию без использования глюкозы. Количество креатина в мышцах достаточно, чтобы выдержать 3-4 с нагрузки. По истечении этого периода мышца использует гликолиз, сначала анаэробно (поскольку он намного быстрее, чем цикл лимонной кислоты), а позже (когда повышенная кислотность замедляет фосфофрутокиназу настолько, чтобы цикл лимонной кислоты стал неограничивающим) в аэробных условиях. .

Почки

Он может осуществлять глюконеогенез и выделять глюкозу в кровоток. Он также отвечает за выведение мочевины, электролитов и т. Д. Метаболический ацидоз может быть усилен действием цикла мочевины, поскольку синтез мочевины (который происходит в печени) использует HCO ₃ ^— , таким образом дальнейшее снижение pH крови. В этих условиях азот может быть устранен совместным действием почек и печени: избыток азота сначала включается в глутамин с помощью глутаминсинтетазы.Затем глутаминаза почек расщепляет глутамин с образованием глутамата e NH ₃ , который немедленно выводится почками. Этот процесс позволяет вывести азот, не влияя на уровень бикарбоната в крови.

МЕТАБОЛИЗМ

МЕТАБОЛИЗМ

Метаболизм

Метаболизм — это слово, которое мы используем для управления материальными и энергетическими ресурсами. Энергия может быть получена путем разрушения сложных молекул (катаболизм) или энергия может быть использована для создания сложных молекул (анаболизм). Анаболические и катаболические процессы часто сочетаются таким образом, что энергия, полученная в результате анаболизма, может быть использована для катаболизма.

Несколько слов об энергии:

Энергия может передаваться.Это не может быть создано. Передача энергии всегда неэффективна — некоторая часть энергии всегда теряется в виде тепла. Бесплатная энергия — это энергия, доступная для выполнения работы. Есть два типа химических реакций. Экзергонические реакции протекают с чистым высвобождением свободной энергии. Эндергонические реакции поглощают свободную энергию.

Я знаю, что говорил вам, что вы не будете нести ответственности за термины экзэргонический и эндергонический, но вам все равно полезно знать их, чтобы вы могли прочитать остальную часть этих примечаний.

Другой способ представить себе эти реакции — рассмотреть относительную потенциальную энергию продуктов и реагентов (5.3 стр.74). Эндергонические реакции требуют затрат энергии для получения простых реагентов с низким энергопотреблением и создания сложных высокоэнергетических продуктов. Экзергонические реакции высвобождают энергию, связанную с реагентами, и дают более простые низкоэнергетические продукты. Ключевой стратегией в управлении эндергоническими реакциями является их соединение с экзэргоническими реакциями через энергетический челнок, называемый АТФ.

Зачем нам эта энергия? Ячейка выполняет три вида работы:

1. Механические работы. Примеры: биение ресничек, мышечные сокращения, внутриклеточные движения.

2. Транспортные работы. Примеры: перекачка веществ через градиенты.

3. Химические работы. Примеры: синтез полимеров из мономеров.

Непосредственным источником энергии для этой работы, так называемого энергетического челнока, является АТФ, аденозинтрифосфат.

ATP

АТФ представляет собой нуклеозидтрифосфат, состоящий из аденина, связанного с рибозой, который связан с тремя фосфатными группами (5.4a, стр. 75).

Когда фосфатная группа отрывается от хвоста молекулы АТФ (путем гидролиза), молекула становится АДФ (аденозиндифосфат).Этот гидролиз является экзергонической реакцией и дает энергию. Связи, удерживающие фосфат на АТФ, слабые. Они известны как высокоэнергетические связи, но не потому, что они прочные (если бы они были прочными, для их разрыва потребовалось бы много энергии. Думайте об АТФ как о подпружиненной молекуле с этим последним фосфатом, только что застрявшим на конце).

Когда фосфат удаляется из АТФ, он добавляется к молекуле, которая является частью эндергонической реакции, в которой мы заинтересованы.Теперь эта молекула нестабильна (то есть более реактивна), поэтому некоторая энергия стала доступной для эндергонической реакции. Молекула, к которой добавлена ​​фосфатная группа, называется фосфорилированным промежуточным продуктом.

АТФ регенерируется посредством клеточного дыхания, при котором энергия глюкозы используется для фосфорилирования АДФ с образованием АТФ. Растения также могут использовать энергию света для производства АТФ.

Клеточное дыхание

Жизнь — это работа. Клетки всегда работают: строят молекулы, накачивают ионы, движутся и т. Д.Для этой работы клеткам нужна энергия из внешних источников. Энергия поступает в (большинство) экосистем в виде солнечной энергии, а затем растения превращают ее в химическую энергию. Все остальные организмы получают энергию из пищи, которая восходит к этим растениям.

Клетки высвобождают энергию, связанную с пищей, в результате систематического разложения молекул пищи на простые низкоэнергетические отходы. Часть химической энергии используется для работы, часть теряется в виде тепла. Пути распада называются катаболическими путями.Одним из таких катаболических путей является ферментация (без кислорода). Более распространенный и более эффективный путь называется клеточным дыханием. Кислород соединяется с органическими молекулами, выделяя энергию.

Органические соединения + кислород

CO2 + вода + энергия

Все типы макромолекул могут быть разрушены и использованы в качестве топлива. Обычно мы изучаем разложение глюкозы:

C ₆ H ₁₂ O ₆ +6 O ₂

6 CO ₂ + 6 H ₂ O + энергия (ATP + тепло)

Мы склонны потреблять белки, углеводы и жиры с пищей.Если мы используем разные типы молекул для определения их энергетического содержания (в отличие от использования их для их

Aspare частей @ для построения некоторых новых молекул), молекулы распадаются на промежуточные молекулы, которые входят в дыхательный путь глюкозы где-то вдоль линии.

Клеточное дыхание не перемещает непосредственно жгутики, не перекачивает растворенные вещества и не выполняет какую-либо клеточную работу. Клеточное дыхание генерирует АТФ, который, в свою очередь, расходуется клеткой для выполнения работы. Помните, что ATP подобен нагруженной пружине.Фосфаты застревают на конце АДФ с образованием АТФ. Этот процесс называется фосфорилированием.

Дыхание делится на три стадии: гликолиз, цикл Кребса и система переноса электронов. Вы должны прочитать модули 6.1 и 6.2 в своем учебнике. Они в значительной степени охватывают то, что я сказал в классе о клеточном дыхании. Обратите внимание: хотя мы считаем клеточное дыхание эффективным способом преобразования энергии глюкозы в АТФ (пригодную для использования форму), мы все равно не получаем

= t получаем ее полностью.(Куда уходит остальная энергия?)

6.3 говорит о том, сколько энергии мы используем для различных видов деятельности. Это может вас заинтересовать. Обратите внимание, что они используют термин

AK-cal @ или Akilocalorie @. Это эквивалент того, что мы называем калорией в повседневной жизни.

Ферменты

Ферменты — катализаторы. Катализаторы — это химические агенты, которые изменяют скорость реакции, но не расходуются в ней. Это то, что регулирует различные реакции обмена веществ.

Несмотря на то, что многие реакции являются экзергоническими, они все же требуют некоторой энергии для их запуска.Этот дополнительный импульс называется энергией активации. Ферменты действуют, чтобы снизить энергию активации, необходимую для запуска реакций. Они не влияют на изменение чистой энергии уравнения. (5.5a и b, стр. 76)

Реагент, над которым работает фермент, называется его субстратом. Ферменты очень специфичны для субстрата. Обычно это белки. Напомним, что белки имеют определенную форму. Есть область фермента, называемая активным центром, куда подходят молекулы субстрата. Катализатор (фермент) может выполнять ряд функций, облегчающих реакцию.Он может скручивать молекулы, способствуя разрыву связи, он может служить шаблоном для размещения молекул субстрата в правильном положении, он может обеспечивать «микросреду», способствующую ускорению реакции (например, pH). (5,6, стр 77)

На действие ферментов влияют многие вещи. Большинство ферментов функционируют в определенном оптимальном диапазоне температуры и pH. Многие ферменты требуют помощи кофакторов. Ингибиторы ферментов могут мешать действию фермента, связываясь (постоянно или временно) с участком на ферменте.Ингибитор может прикрепляться к активному сайту, блокируя субстраты (так называемый конкурентный ингибитор), или он может прикрепляться в другом месте, вызывая изменение формы (следовательно, функции) фермента (неконкурентный ингибитор) (5.8, стр. 78). Производство ферментов, кофакторов, ингибиторов и т. Д. — это средства, с помощью которых организм контролирует метаболизм.

Наследственные нарушения обмена веществ — симптомы и причины

Обзор

Унаследованные метаболические расстройства относятся к различным типам заболеваний, вызванных генетическими дефектами — чаще всего наследуемыми от обоих родителей — которые мешают обмену веществ в организме.Эти состояния также можно назвать врожденными нарушениями обмена веществ.

Метаболизм — это сложный набор химических реакций, которые ваше тело использует для поддержания жизни, включая производство энергии. Специальные ферменты расщепляют пищу или определенные химические вещества, поэтому ваше тело может сразу же использовать их в качестве топлива или хранить их. Кроме того, определенные химические процессы расщепляют вещества, которые больше не нужны вашему организму, или вырабатывают те, в которых ему не хватает.

Когда эти химические процессы не работают должным образом из-за дефицита гормонов или ферментов, возникает нарушение обмена веществ.Унаследованные метаболические нарушения делятся на разные категории, в зависимости от конкретного вещества и от того, накапливается ли оно в вредных количествах (потому что оно не может быть расщеплено), слишком мало или отсутствует.

Существуют сотни наследственных нарушений обмена веществ, вызванных различными генетическими дефектами. Примеры включают:

Некоторые нарушения обмена веществ можно диагностировать с помощью обычных скрининговых тестов, проводимых при рождении. Другие выявляются только после того, как у ребенка или взрослого проявляются симптомы заболевания.

Лечение наследственного метаболического нарушения зависит от типа и тяжести заболевания. Поскольку существует так много типов наследственных нарушений обмена веществ, рекомендации по лечению могут значительно различаться — от диетических ограничений до трансплантации печени.

Получайте самую свежую информацию о здоровье из клиники Мэйо на свой почтовый ящик.

Подпишитесь бесплатно и получите подробное руководство по
здоровье пищеварительной системы, а также последние новости и новости о здоровье. Вы можете отказаться от подписки в любой
время.

Подписывайся

Узнайте больше об использовании данных Mayo Clinic.

Чтобы предоставить вам наиболее актуальную и полезную информацию и понять, какие
информация полезна, мы можем объединить вашу электронную почту и информацию об использовании веб-сайта с
другая имеющаяся у нас информация о вас. Если вы пациент клиники Мэйо, это может
включать защищенную медицинскую информацию. Если мы объединим эту информацию с вашими защищенными
информация о здоровье, мы будем рассматривать всю эту информацию как защищенную
информацию и будет использовать или раскрывать эту информацию только в соответствии с нашим уведомлением о
политика конфиденциальности.Вы можете отказаться от рассылки по электронной почте в любое время, нажав на
ссылку для отказа от подписки в электронном письме.

Спасибо за подписку

Ваш подробный справочник по здоровью пищеварительной системы скоро будет в вашем почтовом ящике. Вы также получите
электронные письма от Mayo Clinic о последних новостях в области здравоохранения, исследованиях и уходе.

Если вы не получите наше письмо в течение 5 минут, проверьте папку со спамом и свяжитесь с нами.
на [email protected].

Извините, что-то пошло не так с вашей подпиской

Повторите попытку через пару минут

Повторить

Продукты и услуги

Показать больше товаров от Mayo Clinic

Лечение наследственных нарушений обмена веществ в клинике Мэйо

12 июля 2017 г.

Показать ссылки

1. Goldman L, et al., ред. Подход к врожденным ошибкам обмена веществ. В: Медицина Гольдмана-Сесила. 25-е ​​изд. Филадельфия, Пенсильвания: Сондерс Эльзевир; 2016 г. https://www.clinicalkey.com. По состоянию на 11 апреля 2017 г.
2. Клигман Р.М. и др. Подход к врожденным ошибкам обмена веществ. В: Учебник педиатрии Нельсона. 20-е изд. Филадельфия, Пенсильвания: Эльзевир; 2016 г. https://www.clinicalkey.com. По состоянию на 11 апреля 2017 г.
3. Sutton VR. Врожденные нарушения обмена веществ: Классификация. https://www.uptodate.com/home. По состоянию на 11 апреля 2017 г.
4. Sutton VR. Врожденные нарушения обмена веществ: определение конкретного заболевания. https://www.uptodate.com/home. По состоянию на 11 апреля 2017 г.
5. Sutton VR. Врожденные нарушения обмена веществ: эпидемиология, патогенез и клинические особенности. https://www.uptodate.com/home. По состоянию на 11 апреля 2017 г.
6. Коричневый AY. Allscripts EPSi. Клиника Мэйо, Рочестер, Миннесота, 11 апреля 2017 г.
7. Lanpher BC (заключение экспертов). Клиника Мэйо, Рочестер, Миннесота, 16 мая 2017 г.

Связанные

Продукты и услуги

Показать больше продуктов и услуг Mayo Clinic

Наследственные нарушения обмена веществ

Метаболизм человека: факты и общая информация: Disabled World

Дата обновления / пересмотра: 21.03.2019
Автор: Disabled World | Свяжитесь с нами

Синопсис: Метаболизм — это термин, используемый для обозначения расщепления пищи и ее последующего преобразования в энергию, в которой нуждается организм человека.

Основной документ

Определение метаболизма

Метаболизм определяется как набор поддерживающих жизнь химических преобразований в клетках живых организмов. Эти катализируемые ферментами реакции позволяют организмам расти и воспроизводиться, поддерживать свои структуры и реагировать на окружающую среду. Слово метаболизм может также относиться ко всем химическим реакциям, которые происходят в живых организмах, включая пищеварение и перенос веществ в разные клетки и между ними, и в этом случае набор реакций внутри клеток называется промежуточным метаболизмом или промежуточным метаболизмом.

Метаболизм состоит из « катаболизма » и « анаболизма »; которые представляют собой накопление и разложение веществ. В области биологии метаболизм относится ко всем химическим процессам организма, перевариванию пищи и удалению отходов.

Метаболизм клеток

Каждая живая клетка в организме человека проходит метаболизм, называемый клеточным метаболизмом. Многоклеточные организмы, такие как животные и растения, тоже.У людей общий метаболизм отличается от метаболизма отдельных клеток. Есть метаболические пути, которые образуют процесс, состоящий из двух частей; первая часть называется «катаболизм», во время которой организм перерабатывает пищу, чтобы использовать ее для получения энергии. Другая часть называется «анаболизм», когда организм человека использует пищу для восстановления или создания клеток. Обмен веществ прекращается только тогда, когда человек умирает.

Катаболизм

Термин «катаболизм» происходит от греческого слова «ката», что означает «пух».Катаболизм — это процесс, состоящий из всех реакций, во время которых более крупные молекулы распадаются на более мелкие с высвобождением энергии. Примером этого процесса является переваривание белка, который затем расщепляется на аминокислоты, которые организм человека может поглощать и использовать в процессе метаболизма, сохраняя гликоген в печени для получения энергии. Химически этот процесс известен как «реакция окисления».

Анаболизм

Термин «анаболизм» происходит от греческого слова «Ана», что означает «вверх».«Анаболизм — это процесс, состоящий из всех реакций, во время которых сборка маленьких молекул превращается в более крупные, а затем сохраняется в виде энергии во вновь образованных химических связях. Примером этого является сборка аминокислот в более крупные белки и последующий синтез жира и гликогена для использования человеком в качестве энергии. Химически этот процесс синтеза известен как «реакция восстановления».

Определение скорости метаболизма

Термин «скорость метаболизма» относится к количеству химической энергии, которую человек высвобождает из своего тела в единицу времени.Химическая энергия — это то, что измеряется в калориях или количестве энергии, которое нагревает один грамм воды на один градус Цельсия. Калории легче измерять с помощью килокалорий, или «ккал». Один ккал — это 1000 калорий; то, что и на этикетках продуктов питания, и диетологи называют калорийностью с большой буквы. Скорость метаболизма человека обычно выражается в ккал в час или день. Один из способов измерить скорость метаболизма человека — это использование спирометра, который представляет собой устройство, измеряющее скорость потребления кислорода.На каждый литр кислорода, которым дышит человек, он расходует около 4,82 ккал энергии из гликогена или жира.

Скорость метаболизма человека зависит от определенных переменных, таких как голодание, уровень гормонов, физическая активность, психическое состояние и, в частности, гормон щитовидной железы. Общий уровень метаболизма человека (TMR) включает в себя его базовый уровень метаболизма (обсуждается ниже) в дополнение к затратам энергии на другие виды деятельности. Уровень метаболизма человека повышается из-за физической активности, беспокойства, приема пищи, беременности, лихорадки или других факторов.Есть факторы, которые также могут снизить общий уровень метаболизма человека, такие как апатия, депрессия или длительное голодание.

У детей TMR выше, чем у взрослых. Будучи людьми среднего возраста, они многократно набирают вес, даже если они не меняют своих привычек в еде. Люди, соблюдающие диету, могут разочароваться отчасти из-за того, что первоначальная потеря веса происходит из-за воды, которая быстро восстанавливается, а также из-за того, что их TMR со временем снижается. По мере того, как их диета прогрессирует, они сжигают меньше калорий и начинают синтезировать больше жира, даже при стабильном потреблении калорий.

Определение метаболических состояний

Существует два метаболических состояния, определяемых как «абсорбция» и «пост-абсорбция», которые определяются временем, прошедшим с момента приема пищи, и изменениями в обработке энергии его тела. Состояние «абсорбции» длится около четырех часов как во время, так и после еды. Во время состояния абсорбции организм человека поглощает питательные вещества, которые он потребил, использует некоторые из них для удовлетворения своих непосредственных потребностей и превращает излишки питательных веществ в энергию, которая сохраняется.Состояние всасывания регулируется в основном гормоном, называемым «инсулин», который способствует поглощению клетками глюкозы или сахара в крови, а также аминокислот, окислению глюкозы, синтезу жира и гликогена. Из-за быстрого поглощения глюкозы клетками уровень сахара в крови человека падает из-за инсулина.

Состояние «послеабсорбции» обычно возникает поздно утром, днем ​​и ночью, когда человек не ел в течение четырех или более часов. Во время постабсорбционного состояния желудок и тонкий кишечник человека пусты, и их метаболические потребности должны удовлетворяться за счет накопленной энергии.

Определение скорости основного обмена

Базальная скорость метаболизма (BMR) человека (калькулятор базальной скорости метаболизма) — это минимальная потребность в калориях, необходимая человеку для поддержания жизни во время отдыха. BMR человека может быть ответственным за сжигание до семидесяти процентов от общего количества потребляемых калорий, хотя эта цифра варьируется в зависимости от различных факторов. Такие процессы, как перекачивание крови, дыхание и поддержание температуры тела, сжигают калории. BMR человека является важнейшим фактором в определении его общей скорости метаболизма, а также количества калорий, необходимых для поддержания, потери или набора веса.BMR человека определяется сочетанием факторов окружающей среды и генетических факторов. Эти факторы включают:

• Возраст: BMR человека уменьшается с возрастом; по прошествии двадцати лет их BMR падает примерно на два процента каждое десятилетие.
• Процент телесного жира: люди с более низким процентом телесного жира имеют более высокий BMR. (Калькулятор процентного содержания жира в организме)
• Площадь поверхности тела: Чем больше площадь поверхности тела человека, тем выше его BMR. У высоких и худых людей BMR выше.
• Температура тела: с каждым повышением внутренней температуры тела человека на 0,5 ° C его BMR увеличивается примерно на семь процентов. Химические реакции в организме человека происходят быстрее при более высоких температурах. У человека с лихорадкой увеличивается BMR.
• Диета: Резкое снижение калорийности или голодание может радикально снизить BMR человека до тридцати процентов. Ограничительная низкокалорийная диета может привести к снижению BMR человека на целых двадцать процентов.
• Упражнение: упражнения помогают поднять BMR человека за счет наращивания дополнительной мышечной ткани и влияют на массу тела за счет сжигания калорий.
• Внешняя температура: Температура вне тела человека также может влиять на его BMR. Низкие температуры могут вызвать увеличение BMR человека, хотя кратковременное воздействие повышенной температуры мало влияет на обмен веществ в организме. Продолжительное воздействие тепла может повысить BMR человека.
• Пол: Мужчины, как правило, имеют большую мышечную массу и более низкий процент жира в организме, чем женщины, и, следовательно, имеют более высокий BMR.
• Генетика: Некоторые люди рождаются с более медленным или более быстрым метаболизмом.
• Железы: «Тироксин» — это регулятор BMR, вырабатываемый щитовидной железой, который ускоряет метаболическую активность человека. Чем больше тироксина вырабатывает щитовидная железа человека, тем выше будет его BMR. Если щитовидная железа человека производит слишком много тироксина, состояние, называемое «тритоксикоз», его BMR может удвоиться. Слишком низкая выработка тироксина называется «микседемой» и может привести к снижению BMR человека до 30-40 процентов ниже нормы.Адреналин также может увеличить BMR человека, но в меньшей степени.
• Вес: Чем больше человек весит, тем выше его BMR.

Атомная структура аденозинтрифосфата (АТФ), центрального промежуточного звена в энергетическом обмене.

Интересные факты о метаболизме

• Вопреки распространенному мнению, медленный метаболизм редко является причиной лишнего веса.
• Анаболизм — это набор конструктивных метаболических процессов, при которых энергия, выделяемая при катаболизме, используется для синтеза сложных молекул.
• Метаболизм включает в себя широкий спектр химических реакций, но большинство из них подпадают под несколько основных типов реакций, которые включают перенос функциональных групп атомов и их связей внутри молекул.
• У худых людей почти всегда наблюдается более медленный метаболизм в состоянии покоя; их буквально меньше, чтобы сжечь в состоянии покоя.
• Катаболизм углеводов — это расщепление углеводов на более мелкие единицы.
• Метаболизм относится ко всем физическим и химическим процессам в организме, которые преобразуют или используют энергию.
• Один из простых способов ускорить метаболизм — нарастить мышечную массу, подняв тяжести.
• Метаболизм может сильно различаться. У женщины ростом 5 футов 2 дюйма и весом 130 фунтов может быть совершенно другой метаболизм, чем у другой женщины того же роста и веса.
• Большинство структур, из которых состоят животные, растения и микробы, состоят из трех основных классов молекул: аминокислот, углеводов и липидов (часто называемых жирами).
• Мужчины, у которых от природы более высокое соотношение мышечной массы и жира, склонны сжигать то, что они едят, быстрее, хотя у толстых мужчин может быть более медленный метаболизм, чем у стройных женщин с большим количеством мышечной ткани.
• Ваш метаболизм регулируется небольшой железой в форме бабочки, известной как щитовидная железа.

Подтемы и связанные темы

Disabled World — это независимое сообщество инвалидов, основанное в 2004 году для предоставления новостей и информации об инвалидах людям с ограниченными возможностями, пожилым людям, их семьям и / или опекунам. Посетите нашу домашнюю страницу для получения информативных обзоров, эксклюзивных историй и практических рекомендаций. Вы можете связаться с нами в социальных сетях, таких как Twitter и Facebook, или узнать больше о Disabled World на нашей странице о нас.

Заявление об ограничении ответственности: Disabled World предоставляет только общую информацию. Представленные материалы никоим образом не предназначены для замены профессиональной медицинской помощи квалифицированным практикующим врачом и не должны рассматриваться как таковые. Любое стороннее предложение или реклама на disabled-world.com не означает одобрения Disabled World.

Цитируйте эту страницу (APA): Disabled World. (2019, 21 марта). Метаболизм человека: факты и общая информация.