Մարմնի նյութափոխանակության սահմանում. Ի՞նչ է նյութափոխանակությունը և որո՞նք են դրա խախտման պատճառները: Ինչն է ազդում նյութափոխանակության գործընթացների արագության վրա
Նյութափոխանակության և էներգիայի ընդհանուր հայեցակարգ Մարդու մարմինը, ինչպես բոլոր կենդանի օրգանիզմները, գոյություն ունի որպես բաց էներգետիկ համակարգ: Սա նշանակում է, որ մարմինը մշտապես կորցնում է նյութը բավականին պարզ քիմիական միացությունների տեսքով: Միևնույն ժամանակ էներգիան հեռացվում է մարմնից։ Բայց մարմինը կայուն էներգետիկ համակարգ է, ուստի նյութի և էներգիայի կորուստը համալրվում է շրջակա միջավայրից դրանց մշտական կլանմամբ: Այսպիսով, մարդու մարմնի միջոցով տեղի է ունենում նյութի և դրանում պարունակվող էներգիայի մշտական հոսք: Այս շարունակական հոսքը կենդանի օրգանիզմների ամենակարևոր հատկություններից է և կոչվում է նյութափոխանակություն և էներգիա կամ նյութափոխանակություն։
Օրգանիզմ մտնող նյութը պարունակում է քիմիական էներգիա (ներմոլեկուլային քիմիական կապերի էներգիա)։ Այս էներգիան մարմնում վերածվում է այլ միացությունների քիմիական էներգիայի, ինչպես նաև ջերմային, մեխանիկական և էլեկտրական էներգիայի: Օրգանիզմում քիչ էլեկտրական էներգիա է արտադրվում, սակայն այն կարևոր է նյարդային և մկանային համակարգերի աշխատանքի համար։
Նյութափոխանակությունը մեկ գործընթաց է, որը տեղի է ունենում ամբողջ օրգանիզմի մակարդակով, այն բաղկացած է յուրաքանչյուր առանձին բջիջում տեղի ունեցող նյութափոխանակության գործընթացներից: Նյութափոխանակության էությունը մարմնում նյութերի փոխակերպումների ամբողջ բազմազանությունն է, որոնք տեղի են ունենում էներգիայի ծախսման կամ արտազատման ժամանակ: Հետևաբար, նյութափոխանակության ընդհանուր գործընթացն ունի երկու կողմ՝ անքակտելիորեն կապված.
Անաբոլիզմը (յուրացում, պլաստիկ փոխանակում) բջիջներում տեղի ունեցող սինթեզի ռեակցիաների մի շարք է: Միաժամանակ ավելի բարդ նյութեր են սինթեզվում ավելի պարզ նյութերից։ Անաբոլիզմի ռեակցիաները գալիս են էներգիայի գնով: Անաբոլիզմի ռեակցիաների էներգիայի հիմնական աղբյուրը ATP-ն է: Նման ռեակցիաների օրինակ է սպիտակուցի կենսասինթեզը, որը տեղի է ունենում բոլոր բջիջներում։ Անաբոլիզմի մեկնարկային նյութերը սննդանյութերն են, որոնք օրգանիզմ են մտնում սննդի հետ և ձևավորվում մարսողության գործընթացի արդյունքում։ Անաբոլիկ ռեակցիաների արդյունքում տեղի է ունենում մարմնի անընդհատ ինքնավերականգնում, աճ և զարգացում։ Բացի այդ, անաբոլիզմի ռեակցիաները կատաբոլիզմի գործընթացների համար օրգանական միացությունների մատակարարներ են:
Կատաբոլիզմը (դիսիմիլացիա, էներգիայի նյութափոխանակություն) ավելի բարդ օրգանական նյութերի պառակտման և քայքայման ռեակցիաների ամբողջություն է ավելի պարզներին՝ մինչև ածխաթթու գազ և ջուր։ Այս ռեակցիաները տեղի են ունենում էներգիայի արտազատման հետ, որի մոտ կեսը վերածվում է ջերմության և ծախսվում մարմնի ջերմաստիճանի պահպանման վրա, իսկ էներգիայի երկրորդ կեսը պահպանվում է բարձր էներգիայի կապերի տեսքով ATP մոլեկուլներում, որն օգտագործվում է սինթեզում։ ռեակցիաներ.
Մարդու մարմինը կազմող հիմնական օրգանական նյութերը սպիտակուցներն են, ածխաջրերը, ճարպերը, նուկլեինաթթուները, մինչդեռ որոշ նյութեր կարող են վերածվել մյուսների, օրինակ՝ ածխաջրերը ճարպերի և հակառակը, սպիտակուցները կարող են վերածվել ճարպերի և ածխաջրերի: Մարմնի անօրգանական նյութերն են ջուրը և հանքային աղերը։ Ամբողջական, հավասարակշռված դիետան պետք է պարունակի օրգանական նյութեր՝ բավարար քանակով և որակով, ինչպես նաև պետք է պարունակի անհրաժեշտ հանքային աղեր և ջուր և վիտամիններ։ Կան մոտ 60 սննդանյութեր, որոնք պահանջում են հավասարակշռություն:
Միապաղաղ սնուցումը, որը հանգեցնում է առանձին բաղադրիչների բացառմանը, առաջացնում է նյութափոխանակության խանգարումներ։ Ընդունված է տարբերել սպիտակուցների, ածխաջրերի, ճարպերի և ջրային աղերի նյութափոխանակությունը։ Սննդի էներգետիկ արժեքը չափվում է կիլոկալորիաներով (կկալ): Մարդու էներգիայի օրական պահանջարկը միջինում կազմում է մոտ 3100 կիլոգրամ։Այս արժեքը կախված է սեռից, տարիքից, ֆիզիկական և հուզական ակտիվությունից։ Հատկապես բարձր էներգիայի ծախսերը մարմնի քաշի առումով 1-5 տարեկան երեխաների մոտ՝ նյութափոխանակության գործընթացների բարձր ակտիվության պատճառով։
Սպիտակուցների նյութափոխանակություն Մարդու մարմինը կազմող բոլոր օրգանական միացությունների մեջ ամենամեծ քանակությունը կազմում են սպիտակուցները: Օրգանիզմում սպիտակուցների գործառույթները շատ բազմազան են՝ կառուցվածքային (բջջային թաղանթների մաս են կազմում, կազմում են ցիտոկմախք); կատալիտիկ (ֆերմենտային սպիտակուցներ); կարգավորող (սպիտակուցներ - հորմոններ); տրանսպորտ (արյան պլազմայի ալբումիններ և գլոբուլիններ, էրիթրոցիտների հեմոգլոբին); պաշտպանիչ (սպիտակուցներ - հակամարմիններ, արյան մակարդման համակարգի սպիտակուցներ); ընկալիչ, ազդանշան (ընկալիչների վերջավորությունների թաղանթների սպիտակուցներ); կծկվող (մկանային բջիջների ակտին և միոզին, դրոշակների և թարթիչների տուբուլինի սպիտակուցներ); էներգիա (էներգիայի ազատում սպիտակուցների քայքայման ժամանակ);
Սպիտակուցները հատկապես կարևոր են հավասարակշռված սննդակարգում, քանի որ դրանք չեն սինթեզվում մարդու մարմնում այլ օրգանական միացություններից և պետք է ընդունվեն որպես սննդի մաս: Քիմիական տեսանկյունից սպիտակուցները ամինաթթուներից բաղկացած պոլիմերային միացություններ են։ Մարդու մարսողական տրակտում սննդի սպիտակուցները տրոհվում են ամինաթթուների, որոնցից հետո իրենց սեփական սպիտակուցները սինթեզվում են մարմնի բջիջներում: Մարդու սպիտակուցները պարունակում են 22 տարբեր ամինաթթուներ։ Բոլոր ամինաթթուները բաժանվում են էական և ոչ էական:
Փոխարինելի կարող է ձևավորվել մարդու մարմնում այլ ամինաթթուներից: Հիմնական ամինաթթուները չեն կարող սինթեզվել մարդու օրգանիզմի կողմից և, հետևաբար, դրանք պետք է ստացվեն սննդից: Հասուն մարդու մարմնում կարող է սինթեզվել 14 ամինաթթու։ Երեխաների մոտ կա 10 էական ամինաթթու, իսկ մեծահասակների մոտ՝ 8 (արգինին, վալին, լեյցին, իզոլեյցին և այլն)։ Մեկ էական ամինաթթվի բացակայությունը կամ բացակայությունը հանգեցնում է աճի և զարգացման դանդաղեցման և նույնիսկ դադարեցման: Այս առումով կա սպիտակուցների կենսաբանական արժեքի հայեցակարգ:
Սպիտակուցները, որոնք պարունակում են բոլոր էական ամինաթթուները և բավարար քանակությամբ, կոչվում են ամբողջական սպիտակուցներ: Սրանք կենդանական սպիտակուցներ են (մսի, ձկան, ձվի, կաթի սպիտակուցներ): Սպիտակուցները, որոնք չեն պարունակում բոլոր էական ամինաթթուները, կոչվում են թերի: Սրանք բուսական ծագման սպիտակուցներ են (բացի կարտոֆիլի սպիտակուցներից):
Սննդի սպիտակուցները պրոտեոլիտիկ ֆերմենտների ազդեցության տակ, որոնք մարսողական հյութերի մի մասն են, քայքայվում են ամինաթթուների և աղիների պատերի միջոցով ներծծվում արյան մեջ: Արյան հոսքով ամինաթթուները մտնում են մարմնի բջիջներ և մասնակցում հետագա փոխակերպումներին (սպիտակուցների կենսասինթեզ, փոխակերպում այլ ամինաթթուների և այլն)։
1 գրամ սպիտակուցի ամբողջական օքսիդացումը դեպի ածխաթթու գազ, ջուր և միզանյութ ուղեկցվում է 17,6 կՋ (4,1 կկալ) էներգիայի արտազատմամբ։ Սպիտակուցները գործնականում չեն պահվում արգելոցում։ Բջիջներում սպիտակուցային սովի դեպքում օգտագործվում են հենց բջիջների թաղանթների սպիտակուցները, ինչը հանգեցնում է նյութափոխանակության ծանր խանգարումների: Հասուն մարդու օրական պահանջը սպիտակուցների նկատմամբ կազմում է 90-150 գրամ (կախված ֆիզիկական ակտիվությունից):
Սննդի ավելցուկային սպիտակուցը կարող է վերածվել գլիկոգենի և ճարպի, բայց ընդհանուր առմամբ, ավելցուկային ամինաթթուները օքսիդացվում են ածխաթթու գազի, ջրի և ամոնիակի: Ամոնիակը թունավոր է, ուստի այն լյարդում վերածվում է ոչ թունավոր միզանյութի և արտազատվում մեզի մեջ: Մեծահասակների մարմնում սինթեզված սպիտակուցների քանակը սովորաբար հավասար է քայքայվող սպիտակուցի քանակին: Երեխաների մոտ սպիտակուցի սինթեզը գերակշռում է դրանց քայքայմանը, իսկ տարեցների մոտ՝ քայքայման պրոցեսը գերակշռում է սինթեզին։
Հասուն տարիքում առողջ մարդը ունի ազոտի հավասարակշռություն, այսինքն՝ սննդի սպիտակուցներից ստացված ազոտի քանակը հավասար է արտազատվող ազոտի քանակին։ Երիտասարդ, աճող մարմնում սպիտակուցային զանգված է կուտակվում, ուստի ազոտի բալանսը դրական կլինի, այսինքն՝ մուտքային ազոտի քանակը գերազանցում է օրգանիզմից արտազատվող քանակությունը։ Ծերության ժամանակ սպիտակուցների գերակշռող քայքայման պատճառով ազոտի հաշվեկշիռը բացասական է, այսինքն՝ օրգանիզմ մտնող ազոտի քանակությունը պակաս է օրգանիզմից արտազատվող ազոտի քանակից։
Սպիտակուցի պակասի հետ կապված հիվանդություններ. Արյան շիճուկում սպիտակուցի պարունակությունը նվազում է, զարգանում է հիպոպրոտեինեմիա։ Արյան սպիտակուցներից հետո քայքայվում են լյարդի, մկանների և մաշկի սպիտակուցները: Հետագայում քայքայվում են սրտի և ուղեղի մկանների սպիտակուցները։ Վաղ ցուցանիշը մեզի մեջ միզանյութի փոփոխությունն է:
Ածխաջրերի նյութափոխանակություն Ածխաջրերը մարդու օրգանիզմ են մտնում որպես սննդի մաս մոնոսաքարիդների (գլյուկոզա, ֆրուկտոզա, գալակտոզա), դիսաքարիդների (սախարոզա, մալտոզա, կաթնաշաքար) և պոլիսաքարիդների (օսլա, գլիկոգեն) տեսքով: Մարդու էներգիայի նյութափոխանակության մինչև 60%-ը կախված է ածխաջրերի փոխակերպումից։ Ածխաջրերի օքսիդացումը շատ ավելի արագ և հեշտ է, քան ճարպերի և սպիտակուցների օքսիդացումը: Մարդու մարմնում ածխաջրերը կատարում են մի շարք կարևոր գործառույթներ.
էներգիա (մեկ գրամ գլյուկոզայի ամբողջական օքսիդացումով արտազատվում է 17,6 կ.Ջ էներգիա); ընկալիչ (ձևավորում են գլիկոկալիքս բջիջների ածխաջրային ընկալիչները); պաշտպանիչ (լորձի մի մասը); պահեստավորում (մկաններում և լյարդում պահվում են պահուստում գլիկոգենի տեսքով);
Մարդու մարսողական համակարգում պոլիսախարիդները և դիսաքարիդները ամիլոլիտիկ ֆերմենտների միջոցով քայքայվում են գլյուկոզայի և այլ մոնոսաքարիդների: Մարդու արյան մեջ գլյուկոզայի պարունակությունը շատ հաստատուն է՝ 0,08-ից 0,12%: Օրգանիզմում արյան ավելցուկային ածխաջրերը ինսուլին հորմոնի ազդեցության տակ կուտակվում են գլիկոգենի պոլիսախարիդների տեսքով լյարդում և մկաններում: Ինսուլինի պակասի դեպքում զարգանում է լուրջ հիվանդություն՝ շաքարային դիաբետ:
Մեծահասակների օրգանիզմում գլիկոգենի պաշարները կազմում են մոտ 400 գրամ: Այս պաշարները հեշտությամբ մոբիլիզացվում են էներգիայի կարիքների համար. գլյուկագոնի հորմոնի և որոշ ֆերմենտների ազդեցության տակ գլիկոգենը տրոհվում է մինչև գլյուկոզա: Մարդու օրական ածխաջրերի կարիքը 400-600 գրամ է: Բուսական մթերքները հարուստ են ածխաջրերով։ Սննդի մեջ ածխաջրերի պակասի դեպքում դրանք կարող են սինթեզվել ճարպերից և սպիտակուցներից: Սննդի ավելցուկային ածխաջրերը նյութափոխանակության ընթացքում վերածվում են ճարպերի։
Ճարպերի նյութափոխանակություն Ճարպերը (լիպիդները) կազմում են մարմնի քաշի 10-20%-ը։ Մարդու ճարպի մոլեկուլների մեծ մասը եռահիդրիկ սպիրտ գլիցերինի և բարձր կարբոքսիլային (ճարպաթթուների) էսթերներ են: Լիպիդները կարող են լինել պինդ (ճարպեր) կամ հեղուկ (յուղեր): Ճարպերը կատարում են մի շարք կարևոր գործառույթներ.
կառուցվածքային (ճարպեր - ֆոսֆոլիպիդները բջջային թաղանթների կառուցվածքի հիմքն են); էներգիա (1 գ ճարպի ամբողջական օքսիդացումից մինչև ածխաթթու գազ և ջուր ազատում է 38,9 կ. Ջ (9,3 կկալ) էներգիա); պաշտպանիչ (ջերմամեկուսացում և ջրամեկուսացում ցածր ջերմաստիճանի և ագրեսիվ ջրային լուծույթների արտաքին ազդեցություններից, մարմնի որոշ մասերի վրա մեխանիկական ճնշման սեղմիչ ազդեցություններից); արժեզրկում (որոշ ներքին օրգանների ճարպային պարկուճներ (երիկամներ և այլն); էնդոգեն ջրի աղբյուր (1 գ ճարպը օքսիդացման ժամանակ ազատում է 1,1 գ ջուր, որը կարող է օգտագործվել մարմնի կողմից նյութափոխանակության կարիքների համար. տափաստանների և անապատների կենդանիները կարող են երկար ժամանակ չխմել՝ օքսիդացման պահուստային ճարպի պատճառով), կարգավորող (որոշ հորմոններ ճարպերի ածանցյալներ են, օրինակ՝ պրոգեստերոն, անդրոստերոն և այլն), ճարպային լուծվող վիտամինների լուծիչներ են։
Մարսողական տրակտում ճարպերը լիպոլիտիկ ֆերմենտների միջոցով տրոհվում են գլիցերինի և ճարպաթթուների: Այս նյութերը բարակ աղիքի լորձաթաղանթի բջիջներում վերածվում են մարդու սեփական ճարպերի և ներծծվում ավշի մեջ: Սննդի ավելցուկային ճարպը կուտակվում է ներքին օրգանների մակերեսին և ենթամաշկային ճարպային հյուսվածքում։ Մարդու ճարպերը պարունակում են հագեցած և չհագեցած ճարպաթթուներ: Չհագեցած ճարպաթթուները մարդու օրգանիզմում չեն սինթեզվում, ուստի դրանք պետք է ստացվեն սննդից։
Բուսական յուղերը չհագեցած ճարպաթթուների աղբյուր են։ Ճարպերի չափահաս մարդու օրական պահանջը 80-100 գ է, մինչդեռ դրանց քանակի մոտ 30%-ը պետք է կազմեն բուսական յուղերը՝ որպես չհագեցած ճարպաթթուների աղբյուր։ Սննդի մեջ ճարպի պակասի դեպքում դրանք կարող են սինթեզվել սպիտակուցներից և ածխաջրերից: Կենդանական ճարպերի չափից ավելի օգտագործումը նպաստում է խոլեստերինի առաջացմանը, որը նստում է զարկերակների ներքին պատերին և հանգեցնում նրանց պատերի խտացմանը և նպաստում հիպերտոնիայի զարգացմանը։
Ջրի և աղի նյութափոխանակությունը Մարդու մարմինը պարունակում է մոտ 65% ջուր: Հատկապես մեծ քանակությամբ ջուր պարունակում է նյարդային հյուսվածքի բջիջներ (նեյրոններ), փայծաղի և լյարդի բջիջներ՝ մինչև 85%։ Սաղմնային բջիջներում ջրի քանակը կարող է լինել մինչև 95%, իսկ հին բջիջներում դրա պարունակությունը կրճատվում է մինչև 60%: Հասուն մարդու մարմնի քաշի յուրաքանչյուր կիլոգրամին բաժին է ընկնում մոտ 700 գ ջուր՝ 500 գ ներբջջային և 200 գ արտաբջջային ջրով: Մեզում ջրի օրական կորուստը, շնչառության ժամանակ, մաշկով, կղանքով մեծահասակների մոտ կազմում է մոտ 2,5 լիտր, ուստի ջրի օրական կարիքը հավասար է այս քանակությանը։
Ջրի կորուստների համալրումն իրականացվում է հեղուկի սննդի ընդունման հաշվին։ Օրական մոտ 300 գ ջուր է գոյանում օրգանիզմում սպիտակուցների, ճարպերի և ածխաջրերի օքսիդացման պատճառով։ Ջուրը որպես քիմիական նյութ ունի մի շարք եզակի ֆիզիկական և քիմիական հատկություններ, որոնց վրա հիմնված են այն գործառույթները, որոնք նա կատարում է մարմնում.
ունիվերսալ լուծիչ է (բջիջներում բոլոր կենսաքիմիական ռեակցիաները տեղի են ունենում միայն լուծարված վիճակում); որոշում է բջիջների և հյուսվածքների առաձգականությունը (տուրգորը). հեղուկ տրանսպորտային համակարգերի (ցիտոպլազմայի, արյան, ավշի շարժում) և մարսողական հյութերի հիմքն է. ներքին միջավայրի հիմքն է (արյուն, ավիշ, հյուսվածք, պլեվրալ, ողնուղեղային, հոդային հեղուկ); ռեագենտ է կենսաքիմիական ռեակցիաներում. մասնակցում է մարմնի ջերմության պահպանմանը, բաշխմանը և վերաբաշխմանը և ջերմակարգավորմանը. Առանց ջրի մարդը կարող է ապրել ոչ ավելի, քան 5 օր։
Հանքային աղերը անհրաժեշտ են նյութափոխանակության գործընթացների բնականոն ընթացքի և բոլոր օրգան համակարգերի աշխատանքի, նորմալ աճի և զարգացման համար: Մակրոէլեմենտները, որոնց քանակն օրգանիզմում տասնյակ և հարյուրավոր գրամ է, կազմում են նատրիումը, կալիումը, կալցիումը, ֆոսֆորը և մագնեզիումը։ Մարդու օրգանիզմը պահանջում է հետքի տարրերի լայն տեսականի, որոնց քանակը հաշվարկվում է միլիգրամներով: Որպես կանոն, հանքային աղերի կարիքը ծածկում են սննդամթերքը, բացառությամբ կերակրի աղի և յոդի, որոնք աղքատ են որոշ շրջանների ջրերում և հողերում, այդ թվում՝ Ալթայի երկրամասի տարածքում: Յուրաքանչյուր հանքային տարր կատարում է իր կարևոր դերը և չի կարող փոխարինվել որևէ այլ տարրով։
Մարդու օրգանիզմում որոշ հանքային տարրերի գործառույթները և դրանց օրական պահանջը Տարրի անվանումը Գործառույթները օրգանիզմում Օրական պահանջը, գ Նատրիում (նատրիումի քլորիդ) Իոնները տեղակայված են բջջի թաղանթի արտաքին մակերեսի հյուսվածքային հեղուկում. ապահովում է բջիջների գրգռվածության գործընթացները 10 - 12 Կալիումի իոնները տեղակայված են բջջային մեմբրանի ներքին մակերեսին և ապահովում են բջիջների գրգռվածության գործընթացները 2 - 3
Ֆոսֆոր Ներառված է ոսկրային հյուսվածքի միջբջջային նյութում; ֆոսֆոր պարունակող օրգանական միացությունների (ATP, ԴՆԹ, ՌՆԹ) անհրաժեշտ բաղադրիչ է 1, 5 - 2, 0 Կալցիում Ներառված է ոսկրային հյուսվածքի միջբջջային նյութում. իոնները ներգրավված են մկանների կծկման և արյան մակարդման գործընթացներում 0,6 - 0,8 մագնեզիում Ներառված է ոսկրային հյուսվածքի միջբջջային նյութում; 0.3 Երկաթ Ներառված է հեմոգլոբինի և որոշ օքսիդատիվ ֆերմենտների մեջ 0.001 - 0.003 Քլոր (նատրիումի քլորիդ) Ներառված է ստամոքսահյութի մեջ (աղաթթու) 10 - 12
Ծծումբ Ներառված է որոշ ամինաթթուներում 0.8 - 1.0 Յոդ Ներառված է վահանաձև գեղձի հորմոններում 0.00003 Ցինկ Ներառված է ինսուլինի և սեռական հորմոնների ձևավորումը կատալիզացնող ֆերմենտներում Ֆտոր Ներառված է ատամների և ոսկորների կարծր հյուսվածքներում Բրոմ Ներառված է նյարդային հյուսվածքի և արտազատման գործընթացում: Պղինձ Ներառված է որոշ ֆերմենտներում 0,001 Կոբալտ Ներառված է վիտամին B 12 մոլեկուլում, ակտիվացնում է որոշ շնչառական ֆերմենտների ակտիվությունը
Բջիջները մշտապես իրականացվում են նյութափոխանակություն (նյութափոխանակություն) - բազմազան քիմիական փոխակերպումներ, որոնք ապահովում են դրանց աճը, կենսագործունեությունը, մշտական շփումը և փոխանակումը շրջակա միջավայրի հետ: Նյութափոխանակության շնորհիվ սպիտակուցները, ճարպերը, ածխաջրերը և բջիջը կազմող այլ նյութեր շարունակաբար քայքայվում և սինթեզվում են։ Այս պրոցեսները կազմող ռեակցիաները տեղի են ունենում բջջի որոշակի օրգանոիդում հատուկ ֆերմենտների օգնությամբ և բնութագրվում են բարձր կազմակերպվածությամբ և կարգուկանոնով։ Դրա շնորհիվ բջիջներում ձեռք է բերվում բաղադրության հարաբերական կայունություն, բջջային կառուցվածքների և միջբջջային նյութի ձևավորում, ոչնչացում և նորացում:
Նյութափոխանակությունը անքակտելիորեն կապված է էներգիայի փոխակերպման գործընթացների հետ։ Քիմիական փոխակերպումների արդյունքում քիմիական կապերի պոտենցիալ էներգիան վերածվում է էներգիայի այլ տեսակների, որոնք օգտագործվում են նոր միացությունների սինթեզի, բջիջների կառուցվածքի և ֆունկցիայի պահպանման համար և այլն։
Նյութափոխանակությունը բաղկացած է երկու փոխկապակցված, մարմնում միաժամանակ տեղի ունեցող գործընթացներից. պլաստիկ և էներգիայի փոխանակում .
Պլաստիկ նյութափոխանակություն (անաբոլիզմ, ձուլում) - կենսաբանական սինթեզի բոլոր ռեակցիաների ամբողջությունը. Այս նյութերը գնում են բջջի օրգանելների կառուցմանը և բաժանման ժամանակ նոր բջիջների ստեղծմանը։Պլաստիկ փոխանակումը միշտ ուղեկցվում է էներգիայի կլանմամբ։
Էներգետիկ նյութափոխանակություն (կատաբոլիզմ, դիսիմիլացիա) - բարդ բարձր մոլեկուլային օրգանական նյութերի` սպիտակուցների, նուկլեինաթթուների, ճարպերի, ածխաջրերի բաժանման ռեակցիաների մի շարք ավելի պարզ, ցածր մոլեկուլային նյութերի: Այս դեպքում անջատվում է մեծ օրգանական մոլեկուլների քիմիական կապերում պարունակվող էներգիան։ Ազատված էներգիան պահվում է էներգիայով հարուստ ATP ֆոսֆատային կապերի տեսքով։
Պլաստիկ և էներգիայի փոխանակման ռեակցիաները փոխկապակցված են և իրենց միասնությամբ կազմում են նյութափոխանակությունը և էներգիայի փոխակերպումը յուրաքանչյուր բջիջում և որպես ամբողջություն մարմնում:
պլաստիկ փոխանակում
Պլաստիկ փոխանակման էությունը կայանում է նրանում, որ դրսից բջիջ ներթափանցող պարզ նյութերից առաջանում են բջջային նյութեր։ Դիտարկենք այս գործընթացը բջջի ամենակարևոր օրգանական միացությունների՝ սպիտակուցների ձևավորման օրինակով։
Սպիտակուցների սինթեզը բարդ, բազմաստիճան գործընթաց է, որը ներառում է ԴՆԹ, mRNA, tRNA, ռիբոսոմներ, ATP և մի շարք ֆերմենտներ: Սպիտակուցի սինթեզի սկզբնական փուլը պոլիպեպտիդային շղթայի ձևավորումն է առանձին ամինաթթուներից, որոնք տեղակայված են
խստորեն սահմանված հաջորդականություն. Հիմնական դերը ամինաթթուների կարգի որոշման մեջ, այսինքն. Սպիտակուցի առաջնային կառուցվածքը պատկանում է ԴՆԹ մոլեկուլներին։ Սպիտակուցներում ամինաթթուների հաջորդականությունը որոշվում է ԴՆԹ-ի մոլեկուլում նուկլեոտիդների հաջորդականությամբ: ԴՆԹ-ի այն հատվածը, որը բնութագրվում է նուկլեոտիդների որոշակի հաջորդականությամբ, կոչվում է գեն: Գենը ԴՆԹ-ի մի հատված է, որը գենետիկ տեղեկատվության տարրական մասնիկ է։ Այսպիսով, յուրաքանչյուր կոնկրետ հատուկ սպիտակուցի սինթեզը որոշվում է գենով: Պոլիպեպտիդային շղթայում յուրաքանչյուր ամինաթթու համապատասխանում է երեք նուկլեոտիդների՝ եռյակի կամ կոդոնի համակցության: Դա երեք նուկլեոտիդ է, որը որոշում է մեկ ամինաթթվի կցումը պոլիպեպտիդային շղթային։ Օրինակ, AAC եռյակով ԴՆԹ-ի շրջանը համապատասխանում է ամինաթթվի լեյցինին, TTT եռյակին` լիզինին, իսկ TGA-ին` թրեոնինին: Նուկլեոտիդների և ամինաթթուների միջև այս հարաբերակցությունը կոչվում է գենետիկական ծածկագիր: Սպիտակուցները պարունակում են 20 ամինաթթու և ընդամենը 4 նուկլեոտիդ: Միայն երեք հաջորդական հիմքերից բաղկացած ծածկագիրը կարող է ապահովել բոլոր 20 ամինաթթուների ներգրավվածությունը սպիտակուցի մոլեկուլների կառուցվածքում: Ընդհանուր առմամբ, գենետիկ կոդի մեջ կան 64 տարբեր եռյակներ, որոնք ներկայացնում են չորս ազոտային հիմքերի հնարավոր համակցությունները երեքում, ինչը ավելի քան բավարար է 20 ամինաթթուների կոդավորման համար: Յուրաքանչյուր եռյակ կոդավորում է մեկ ամինաթթու, բայց ամինաթթուների մեծ մասը կոդավորված է մեկից ավելի կոդոններով: Ներկայումս ԴՆԹ կոդը ամբողջությամբ վերծանվել է։ Յուրաքանչյուր ամինաթթվի համար ճշգրիտ որոշվել է նրա կոդավորող եռյակների կազմը: Օրինակ, ամինաթթու արգինինը կարող է համապատասխանել ԴՆԹ նուկլեոտիդների այնպիսի եռյակների, ինչպիսիք են HCA, HCG, HCT, HCC, TCT, TCC:
Սպիտակուցների սինթեզն իրականացվում է ռիբոսոմների վրա, իսկ սպիտակուցի կառուցվածքի մասին տեղեկատվությունը գաղտնագրված է միջուկում տեղակայված ԴՆԹ-ում։ Որպեսզի սպիտակուցը սինթեզվի, դրա առաջնային կառուցվածքում ամինաթթուների հաջորդականության մասին տեղեկատվությունը պետք է փոխանցվի ռիբոսոմներին: Այս գործընթացը ներառում է երկու քայլ՝ արտագրում և թարգմանություն։
Տառադարձում (բառացիորեն՝ վերաշարադրում) ընթանում է որպես մատրիցային սինթեզի ռեակցիա։ ԴՆԹ-ի շղթայի վրա, ինչպես մատրիցայի վրա, կոմպլեմենտարության սկզբունքի համաձայն, սինթեզվում է mRNA շղթա, որն իր նուկլեոտիդային հաջորդականությամբ ճշգրիտ պատճենում է (լրացնում է) ԴՆԹ-ի պոլինուկլեոտիդային շղթան, իսկ թիմինը ԴՆԹ-ում համապատասխանում է ուրացիլին ՌՆԹ-ում։ Մեսսենջեր ՌՆԹ-ն ԴՆԹ-ի ամբողջ մոլեկուլի պատճենը չէ, այլ դրա միայն մի մասը՝ մեկ գեն, որը տեղեկատվություն է կրում հավաքվող սպիտակուցի կառուցվածքի մասին: Գոյություն ունեն սինթեզի մեկնարկային կետը «ճանաչելու» հատուկ մեխանիզմներ, ընտրելու ԴՆԹ շղթա, որից ընթերցվում է տեղեկատվությունը, ինչպես նաև գործընթացն ավարտելու մեխանիզմներ, որին մասնակցում են հատուկ կոդոններ։ Այսպես է ձևավորվում սուրհանդակային ՌՆԹ-ն։ mRNA մոլեկուլը, որը կրում է նույն տեղեկությունը, ինչ գեները, մտնում է ցիտոպլազմա: ՌՆԹ-ի շարժումը միջուկային թաղանթով դեպի ցիտոպլազմա տեղի է ունենում հատուկ սպիտակուցների շնորհիվ, որոնք բարդույթ են կազմում ՌՆԹ-ի մոլեկուլի հետ:
Ցիտոպլազմայում մՌՆԹ մոլեկուլի մի ծայրին ցցված է ռիբոսոմ; Ցիտոպլազմայում ամինաթթուները ակտիվանում են ֆերմենտների օգնությամբ և հատուկ ֆերմենտների օգնությամբ նորից միանում են tRNA-ին (այս ամինաթթվի հատուկ կապող վայր): Յուրաքանչյուր ամինաթթու ունի իր սեփական tRNA-ն, որի բաժիններից մեկը (հակակոդոնը) նուկլեոտիդների եռյակ է, որը համապատասխանում է կոնկրետ ամինաթթուն և լրացնում է խիստ սահմանված mRNA եռյակը:
Սկսվում է կենսասինթեզի հաջորդ փուլը. հեռարձակում պոլիպեպտիդային շղթաների հավաքում mRNA ձևանմուշի վրա: Երբ սպիտակուցի մոլեկուլը հավաքվում է, ռիբոսոմը շարժվում է mRNA մոլեկուլի երկայնքով, և այն չի շարժվում սահուն, այլ ընդհատումներով՝ եռակի առ եռյակ: Երբ ռիբոսոմը շարժվում է mRNA մոլեկուլով, tRNA-ի օգնությամբ այստեղ առաքվում են mRNA եռյակներին համապատասխանող ամինաթթուներ: Յուրաքանչյուր եռյակին, որի վրա ռիբոսոմը դադարում է իր շարժումը թելանման mRNA մոլեկուլի երկայնքով, tRNA-ն խիստ փոխլրացնող է: Այս դեպքում tRNA-ի հետ կապված ամինաթթուն գտնվում է ռիբոսոմի ակտիվ կենտրոնում: Այստեղ հատուկ ռիբոսոմային ֆերմենտները կտրում են ամինաթթուն tRNA-ից և միացնում այն նախորդ ամինաթթունին: Առաջին ամինաթթվի տեղադրումից հետո ռիբոսոմը շարժվում է մեկ եռյակով, իսկ tRNA-ն, թողնելով ամինաթթուն, տեղափոխվում է ցիտոպլազմա հաջորդ ամինաթթվի համար: Այս մեխանիզմի օգնությամբ սպիտակուցային շղթան կառուցվում է քայլ առ քայլ։ Ամինաթթուները համակցված են դրանում խիստ համապատասխան՝ mRNA մոլեկուլի շղթայում կոդավորող եռյակների դասավորությանը։ Որքան ավելի է ռիբոսոմը շարժվել mRNA-ի երկայնքով, այնքան մեծ է «հավաքվում» սպիտակուցի մոլեկուլի հատվածը։ Երբ ռիբոսոմը հասնում է mRNA-ի հակառակ ծայրին, սինթեզն ավարտվում է։ Ռիբոսոմից առանձնանում է թելանման սպիտակուցի մոլեկուլը։ mRNA մոլեկուլը կարող է շատ անգամ օգտագործվել պոլիպեպտիդների սինթեզի համար, ինչպես ռիբոսոմը։ Մեկ mRNA մոլեկուլը կարող է պարունակել մի քանի ռիբոսոմներ (պոլիռիբոսոմ): Նրանց թիվը որոշվում է mRNA-ի երկարությամբ:
Սպիտակուցների կենսասինթեզը բարդ բազմափուլ գործընթաց է, որի յուրաքանչյուր օղակ կատալիզացվում է որոշ ֆերմենտների կողմից և էներգիա է մատակարարվում ATP մոլեկուլների միջոցով:
էներգիայի փոխանակում
Սինթեզի հակառակ պրոցեսը դիսիմիլյացիան է՝ պառակտման ռեակցիաների մի շարք: Դիսիմիլացիայի արդյունքում արտազատվում է սննդային նյութերի քիմիական կապերում պարունակվող էներգիան։ Այս էներգիան բջիջն օգտագործում է տարբեր աշխատանքներ իրականացնելու համար, այդ թվում՝ ձուլման։ Սննդանյութերի քայքայման ժամանակ էներգիան անջատվում է փուլերով՝ մի շարք ֆերմենտների մասնակցությամբ։ Էներգետիկ նյութափոխանակության մեջ սովորաբար առանձնանում են երեք փուլ.
Առաջին փուլը նախապատրաստական է . Այս փուլում բարդ բարձր մոլեկուլային օրգանական միացությունները քայքայվում են ֆերմենտային եղանակով, հիդրոլիզով, ավելի պարզ միացությունների՝ մոնոմերներից, որոնցից կազմված են՝ սպիտակուցներ՝ ամինաթթուներ, ածխաջրեր՝ մոնոսաքարիդներ (գլյուկոզա), նուկլեինաթթուներ՝ նուկլեոտիդներ և այլն։ . Այս փուլում արտազատվում է փոքր քանակությամբ էներգիա, որը ցրվում է ջերմության տեսքով։
Երկրորդ փուլը թթվածնազուրկ է կամ անաէրոբ: Այն նաև կոչվում է անաէրոբ շնչառություն (գլիկոլիզ) կամ խմորում։ Գլիկոլիզը տեղի է ունենում կենդանիների բջիջներում: Այն բնութագրվում է աստիճանավորումով, ավելի քան մեկ տասնյակ տարբեր ֆերմենտների մասնակցությամբ և մեծ քանակությամբ միջանկյալ արտադրանքի ձևավորմամբ։ Օրինակ՝ մկաններում անաէրոբ շնչառության արդյունքում վեցածխածնային գլյուկոզայի մոլեկուլը տրոհվում է պիրուվիթթվի 2 մոլեկուլների (C3H403), որոնք այնուհետև վերածվում են կաթնաթթվի (C3H603): Այս գործընթացում ներգրավված են ֆոսֆորական թթու և ADP: Գործընթացի ընդհանուր արտահայտությունը հետևյալն է.
C6H1 206+ 2H3P04+ 2ADP -» 2C3H603+ 2ATP + 2H20.
Պառակտման ժամանակ արտազատվում է մոտ 200 կՋ էներգիա։ Այս էներգիայի մի մասը (մոտ 80 կՋ) ծախսվում է երկու ATP մոլեկուլների սինթեզի վրա, որի շնորհիվ էներգիայի 40%-ը կուտակվում է քիմիական կապի տեսքով ATP մոլեկուլում։ Մնացած 120 կՋ էներգիան (ավելի քան 60%) ցրվում է ջերմության տեսքով։ Այս գործընթացը անարդյունավետ է:
Ալկոհոլային խմորման ժամանակ գլյուկոզայի մեկ մոլեկուլից բազմաստիճան պրոցեսի արդյունքում երկու մոլեկուլ էթիլային սպիրտ, երկու մոլեկուլ CO2.
C6H1206+ 2H3P04+ 2ADP -> 2C2H5OH ++ 2C02+ 2ATP + 2H20:
Այս գործընթացում էներգիայի արտադրությունը (ATP) նույնն է, ինչ գլիկոլիզում: Ֆերմենտացման գործընթացը էներգիայի աղբյուր է անաէրոբ օրգանիզմների համար։
Երրորդ փուլը թթվածինն է, կամ աերոբիկ շնչառությունը կամ թթվածնի պառակտումը: . Էներգետիկ նյութափոխանակության այս փուլում նախորդ փուլում ձևավորված օրգանական նյութերի հետագա պառակտումը տեղի է ունենում դրանք մթնոլորտային թթվածնով օքսիդացնելով պարզ անօրգանական նյութերի, որոնք վերջնական արտադրանքներն են՝ CO2 և H20: Թթվածնային շնչառությունն ուղեկցվում է մեծ քանակությամբ էներգիայի (մոտ 2600 կՋ) արտազատմամբ և ATP մոլեկուլներում դրա կուտակմամբ։
Ամփոփ ձևով, աերոբիկ շնչառության հավասարումը հետևյալն է.
2C3H603+ 602+ 36ADP -» 6C02+ 6H20 + 36ATP + 36H20.
Այսպիսով, կաթնաթթվի երկու մոլեկուլների օքսիդացման ժամանակ արտազատվող էներգիայի շնորհիվ առաջանում են էներգատար 36 ATP մոլեկուլներ։ Հետևաբար, աերոբիկ շնչառությունը բջջի էներգիայով ապահովելու հիմնական դերն է խաղում։
Նյութափոխանակությունը վաղուց է սահմանվել գիտնականների կողմից: Ի՞նչ է նյութափոխանակությունը: Սա բարդ քիմիական ռեակցիաների համալիր է, որոնք տեղի են ունենում մարդու կամ այլ կենդանի էակի մարմնում և ազդում նրա կենսունակության, կենսունակության պահպանման, աճի, զարգացման և վերարտադրության, ինչպես նաև շրջակա միջավայրի բացասական ազդեցություններից պաշտպանվելու վրա: Նյութափոխանակությունը կենդանի օրգանիզմի բնականոն գոյության նախապայման է։
Բջիջներին սննդանյութերի կանոնավոր մատակարարումը, ինչպես նաև տարբեր քիմիական պրոցեսների հետևանքով առաջացած քայքայման վերջնական արտադրանքի մշտական արտազատումը կենսաքիմիական և էներգետիկ նյութափոխանակության հիմքն է: Կենսաբանությունն ուսումնասիրում է այս երևույթների էությունը և կենդանի օրգանիզմի վրա դրանց ազդեցության արդյունքը։ Ի՞նչ է նյութափոխանակությունը, ինչպիսի՞ն է կենսաքիմիական և էներգետիկ գործընթացների արագության ազդեցությունը մարմնի ձևի և կառուցվածքի, սնուցման և ապրելակերպի փոփոխության, ինչպես նաև մարդու գոյության տարբեր պայմաններին հարմարվելու վրա: Սրանք բոլորը կենսաբանական հետազոտությունների կատեգորիաներ են:
Նյութափոխանակության հիմնական տեսակները
Եկեք ավելի սերտ նայենք բուն գործընթացին և դրա սահմանմանը: Ի՞նչ է նյութափոխանակությունը: Սա մի գործընթաց է, որը նպաստում է դրսից եկող սննդանյութերի (սպիտակուցներ, ճարպեր, ածխաջրեր, վիտամիններ, ջուր և հանքային նյութեր) վերամշակմանը, որի արդյունքում մարդու մարմինը ստեղծում է իր սեփական սպիտակուցները, ածխաջրերը և ճարպերը: Միևնույն ժամանակ, քայքայվող արտադրանքը (բաժանվում է), այլ կերպ ասած՝ թափոնները արտազատվող համակարգի միջոցով արտազատվում են արտաքին միջավայր։ Կենսաբանները հայտնաբերել են նյութափոխանակության գործընթացների մի քանի հիմնական տեսակներ.
Սրանք սպիտակուցներ, լիպիդներ (ճարպեր), ածխաջրեր, աղ և ջրի նյութափոխանակություն: Մի շարք ֆերմենտներ, որոնք մասնակցում են տարբեր սննդանյութերի փոխակերպմանը, միաժամանակ հանդիսանում են մարսողության անհրաժեշտ բաղադրիչ: Նրանք կառուցվածքում են մեր սնունդը: Այս դեպքում ֆերմենտների նյութափոխանակությունը կարգավորվում է ճիշտ ուղղությամբ։
Նյութափոխանակության գործընթացի երկու ամենակարեւոր փոխկապակցված փուլերը
Ինչպե՞ս են կենսաքիմիական փոխակերպումները տեղի ունենում մարմնում: Ինչն է հանգեցնում նյութափոխանակության արագության տատանմանը: Առողջ մարդու մոտ օրգանիզմում նյութափոխանակության գործընթացներն ընթանում են ինտենսիվ և արագ։
Այս քիմիական ռեակցիաների տեխնոլոգիան ներառում է երկու զուգահեռ, փոխկապակցված, շարունակական փուլեր՝ դիսիմիլացիա և ձուլում։
Անաբոլիզմը (յուրացում) գործընթաց է, որը կապված է անհրաժեշտ միացությունների առաջացման հետ, որոնց սինթեզի ընթացքում էներգիա է կլանվում։
Կատաբոլիզմը (դիսիմիլյացիան) գործընթաց է, որը, ընդհակառակը, նպաստում է տարբեր նյութերի քայքայմանը և, որպես հետևանք, էներգիայի արտազատմանը։ Այս օքսիդացման գործընթացի հիմնական կատալիզատորը (արագացուցիչը) համարվում է թթվածինը։
Բազալային նյութափոխանակության վրա ազդող գործոններ
Սահմանելով, թե ինչ է նյութափոխանակությունը, գիտնականները հայտնաբերել են սննդանյութերի և էներգիայի անհրաժեշտ նվազագույն սպառումը, որպեսզի պահպանվի մարմնի կենսագործունեությունը իդեալական հարմարավետ պայմաններում, երբ մարդը հանգստի վիճակում է: Նյութափոխանակության գործընթացների ինտենսիվության վրա կարող են ազդել.
- գենետիկ հիշողություն կամ ժառանգականություն;
- մարդու տարիքը (քանի որ նյութափոխանակության մակարդակը տարիների ընթացքում աստիճանաբար նվազում է);
- կլիմայական պայմաններ;
- շարժիչային գործունեություն կամ դրա բացակայություն;
- մարդու մարմնի քաշը (գիրություն ունեցող մարդիկ ավելի շատ կալորիա են պահանջում կյանքի աջակցությունը պահպանելու համար):
Հարցին պատասխան փնտրելու համար, թե որն է հիմնական նյութափոխանակությունը կամ բազալ նյութափոխանակությունը, ֆիզիոլոգներն առաջարկում են հաշվի առնել 4 գործոն՝ սեռ, տարիք, հասակ և մարմնի քաշ: Միջին հաշվով, բազալ նյութափոխանակության ինտենսիվությունը կազմում է 1 կկալ ժամում 1 կգ մարմնի քաշի համար: Տղամարդկանց մոտ օրական հիմնական նյութափոխանակությունը մոտավորապես հավասար է 1500-1700 կկալի։ Կանանց մոտ այս ցուցանիշը կազմում է մոտավորապես 1300-1500 կկալ: Երեխաների մոտ նյութափոխանակությունը, որպես կանոն, ավելի բարձր է, քան մեծահասակների մոտ, բայց տարիների ընթացքում աստիճանաբար նվազում է։
Նյութափոխանակություն և էներգիայի հավասարակշռություն
Յուրաքանչյուր մարդ ունի նյութափոխանակության և էներգիայի մակարդակի անհատական ցուցանիշ։ Դրսից էներգիայի ընդունումը սննդի հետ և դրա ծախսերը մարմնի կենսաապահովման վրա (հիմնական նյութափոխանակություն գումարած ֆիզիկական և մտավոր գործունեության վրա էներգիայի ծախսերը) պետք է հավասարակշռված լինեն: Այս էներգիան չափվում է ջերմության միավորներով՝ կիլոկալորիաներով: Մուտքային էներգիայի քանակի և սպառված էներգիայի քանակի հավասարակշռությունը ապահովում է նորմալ էներգիայի հաշվեկշիռ:
Նյութափոխանակության գործընթացների կարգավորում
Հիմնական նյութափոխանակության վրա ազդող գործոնների և կալորիաների ընդունման և ծախսման տարբերության ներքո փոխվում է նյութափոխանակության գործընթացների ինտենսիվությունը: Բոլոր մակարդակներում կարգավորման գործում ամենակարեւոր դերը պատկանում է նյարդային համակարգին։ Փոփոխությունները կարող են տեղի ունենալ անմիջապես հյուսվածքներում կամ օրգաններում, ինչպես նաև լինել ֆերմենտների և հորմոնների քանակի և ակտիվության կարգավորման հետևանք։
Հետադարձ կապի սկզբունքի շնորհիվ մեր օրգանիզմը կարողանում է ինքնուրույն կարգավորել նյութափոխանակության մակարդակը։ Օրինակ, երբ արյան մեջ մեծ քանակությամբ գլյուկոզա է մտնում, էներգիա է արտազատվում, ինչը մեծացնում է ինսուլինի արտազատումը։ Այն արգելակում է լյարդում գլիկոգենից գլյուկոզայի արտադրությունը, ինչը, իր հերթին, հանգեցնում է արյան մեջ դրա կոնցենտրացիայի նվազմանը։
Ինչ է նյութափոխանակության խանգարումը և որոնք են դրա պատճառները
Տարբեր նյութափոխանակության խանգարումների դեպքում կարող են առաջանալ ծանր, երբեմն անդառնալի հետևանքներ։ Ածխաջրերի նյութափոխանակության անսարքությունները կարող են հրահրել շաքարային դիաբետի զարգացումը, ոչ պատշաճ լիպիդային նյութափոխանակությունը կարող է հանգեցնել վատ խոլեստերինի կուտակման, որն առաջացնում է անոթային և սրտի հիվանդություններ: Ազատ ռադիկալների ավելցուկը հանգեցնում է վաղաժամ ծերացման և քաղցկեղի: Նման ձախողումների պատճառները կարող են լինել ինչպես ներքին, այնպես էլ արտաքին:
Ի՞նչ է նյութափոխանակության խանգարումը ներսից: Սրանք բազմազան գենետիկական խնդիրներ են, որոնք կապված են ժառանգական գործոնի հետ (գեների մուտացիա, որը կոդավորում է ֆերմենտների սինթեզը, որոնք առաջացնում են նյութափոխանակության գործընթացների արատներ): Այլ պատճառներ կարող են լինել նյարդային համակարգի հիվանդությունները, էնդոկրին խանգարումները (վահանաձև գեղձի դիսֆունկցիան, հիպոֆիզը, մակերիկամները):
Արտաքին պատճառներով ֆիզիոլոգները ներառում են սննդակարգի խախտումներ (չափազանց ուտել, անհավասարակշիռ դիետա և այլն), անտեսելով առողջ ապրելակերպի կանոնները: Պարզելով, թե որն է ոչ պատշաճ նյութափոխանակությունը, պետք է հիշել. կան դրա առաջացման և՛ առանձին պատճառներ, և՛ բարդ, երբ հիվանդության հետ մեկտեղ մարդու մոտ կարող են լինել սննդային խանգարումներ, ֆիզիկական անգործություն:
Ճարպի նյութափոխանակություն
Առանձնահատուկ քննարկման է արժանի լիպիդային (ճարպային) նյութափոխանակությունը։ Մարդու մարմնի ճարպերը էներգիայի ամենահարուստ աղբյուրն են։ Ի՞նչ է լիպիդային նյութափոխանակությունը: Ավելի շատ էներգիա է ազատվում լիպիդների օքսիդացման գործընթացում, քան ածխաջրերի և սպիտակուցների համատեղ մշակման ժամանակ: Բացի մեծ քանակությամբ էներգիայից, ճարպերի քայքայումից առաջանում է շատ խոնավություն, որն աջակցում է ջրի նյութափոխանակությանը:
Մարմնի ճարպերը կարևոր սննդանյութեր են: Առանձին վիտամիններ լուծվում են լիպիդներում, ծառայում են որպես բջջային թաղանթների բաղադրիչ, որոշ հորմոնների և ֆերմենտների սինթեզի նյութ և մասնակցում նյարդամկանային փոխանցմանը։ Ճարպային հյուսվածքը կատարում է ջերմամեկուսիչ և պաշտպանիչ ֆունկցիա, փափկեցնում և խոնավեցնում է մաշկը։ Ճարպի բավարար և հավասարակշռված քանակությունը սննդակարգում երաշխավորում է լիպիդային նյութափոխանակության, առողջություն և հիանալի տեսք:
Ի՞նչ է արագ նյութափոխանակությունը կամ ինչպես գիրանալ
Որքան հաճախ են մարդիկ, դժգոհ իրենց նիհարությունից, բողոքում են, որ սնունդն իրենց չի սազում։ Նրանք չեն կարողանում օպտիմալ քաշ հավաքել արագ նյութափոխանակության պատճառով։ Նյութափոխանակության բարձր մակարդակը գենետիկորեն բնորոշ է էկտոմորֆ մարմնի տեսակ ունեցող մարդկանց: Դրանք բնութագրվում են ենթամաշկային ճարպի փոքր քանակով և մկանների կառուցման դանդաղ տեմպերով: Ի՞նչ է արագ նյութափոխանակությունը: Սա նյութափոխանակության ռեակցիաների բարձր արագություն է:
Նման «բնության պարգև» ունեցող մարդիկ պարգևատրվում են ակտիվությամբ, լավ ֆիզիկական կազմվածքով և չեն ենթարկվում ավելորդ քաշի ի հայտ գալուն։ 30 տարի անց, հատկապես կանանց մոտ, ֆիզիկական անգործության և թերսնման հետևանքով, ենթամաշկային ճարպային շերտի խտացում կարող է առաջանալ մարմնի առանձին հատվածներում։ Սա մասամբ այն բանի արդյունքն է, որ յուրաքանչյուր վեց ամիսը մեկ՝ սկսած այս տարիքից, նյութափոխանակության մակարդակը նվազում է 3-4%-ով։ Բայց այս դեպքերում ցուցանիշը շտկելը շատ պարզ է՝ պարզապես պետք է պահպանել հավասարակշռված դիետա և մեծացնել ֆիզիկական ակտիվությունը։
Ինչպե՞ս վերականգնել ճիշտ նյութափոխանակությունը:
Կոշտ անհավասարակշիռ դիետաների շատ սիրահարներ, որոնք երաշխավորում են արագ քաշի կորուստ, շուտով հայտնվում են երկընտրանքի մեջ: Շարունակելով նվազեցնել իրենց սննդակարգի կալորիականությունը՝ նրանք ստանում են նյութափոխանակության մակարդակի նվազում, ինչը հանգեցնում է կշեռքի սլաքի ֆիքսմանը։ Կալորիականության դեֆիցիտն այլևս չի հանգեցնում քաշի կորստի։ Դիետոլոգներին այս դեպքում խորհուրդ է տրվում բարձրացնել նյութափոխանակությունը։ Ի՞նչ է արագ նյութափոխանակությունը: Սա պարտադիր առավոտյան նախաճաշ է, օրվա ընթացքում կոտորակային հավասարակշռված դիետա, մեծ քանակությամբ խմելու ջուր, աերոբիկ և անաէրոբ մարզումներ, բացօթյա զբոսանքներ, այցելություններ սաունաներ և լոգարաններ և քնել առնվազն 8-9 ժամ: Բացի այդ, սննդակարգում անհրաժեշտ է ներառել նյութափոխանակությունն արագացնող մթերքներ՝ համեմունքներ (պղպեղ, դարչին, կոճապղպեղ, մանանեխ), ծովամթերք, ցիտրուսային մրգեր (գրեյպֆրուտ), ժենշեն, B խմբի վիտամիններ, կանաչ թեյ։
Իրականում ո՞րն է իդեալական նյութափոխանակությունը: Սա սպառված սննդի քանակի և դրա ծախսերի իրավասու հարաբերակցությունն է։ Վաղ նախաճաշը կօգնի օրգանիզմին «արթնանալ» և սկսել նյութափոխանակության գործընթացը, կոտորակային սնուցումը կապահովի կենսական նյութեր առանց սովի և մարմնին վնասելու, իսկ ֆիզիկական ակտիվությունը մարմինը կբերի ցանկալի ձևի։ Քաղցը, ընդհակառակը, դանդաղեցնում և դադարեցնում է նյութափոխանակությունը, ինչը հանգեցնում է քաշի կորստի գործընթացի դադարեցմանը։
Եզրակացություն
Նյութափոխանակության խանգարումների կանխարգելումը բաղկացած է ոչ միայն բժշկին կանոնավոր այցելություններից, այլև առողջ սննդակարգից, գրագետ աշխատանքային ռեժիմից և բավարար հանգստից, բնապահպանական և սանիտարական չափանիշներին (հնարավորության սահմաններում), ֆիզիկական ակտիվությունից: Իմանալով, թե ինչ է նյութափոխանակությունը, դուք կարող եք ապահովել ձեր մարմնի կատարյալ գործունեությունը և առողջ մնալ երկար տարիներ:
Նյութափոխանակությունկամ նյութափոխանակությունը- սա քիմիական ռեակցիաների և գործընթացների ամբողջական համալիր է, որոնք տեղի են ունենում կենդանի բջջում, ապահովելով նրա կենսագործունեությունը, աճը, բաժանումը և փոխազդեցությունը արտաքին միջավայրի հետ:
Ճիշտ է նյութափոխանակությունըապահովում է բջիջները կազմող կամ բջիջների և միջբջջային նյութի գործունեության, ոչնչացման, նորացման համար անհրաժեշտ նյութերի մոլեկուլների քայքայումն ու յուրացումը։ Ճիշտ նյութափոխանակության շնորհիվ մարմնի հյուսվածքային ծածկույթը թարմացվում է 80 օրում, մկանային մանրաթելերի սպիտակուցները թարմացվում են 180 օրում, լյարդի բջիջները և արյան շիճուկը թարմացվում են 10 օրում, իսկ որոշ լյարդի ֆերմենտներ թարմացվում են ընդամենը 2-4 ժամում։
Նյութափոխանակությունանքակտելիորեն կապված է գործընթացի հետ էներգիայի փոխակերպում. Քիմիական ռեակցիաների արդյունքում բարդ օրգանական մոլեկուլներից ստացվող պոտենցիալ էներգիան վերածվում է էներգիայի այլ տեսակների, որն օգտագործվում է բջիջների կյանքի բոլոր գործընթացների համար։ Այս բոլոր գործընթացներն ընթանում են կատալիզատորների մասնակցությամբ. ֆերմենտներ. Կենդանի օրգանիզմների յուրաքանչյուր տեսակի համար նյութափոխանակությունը յուրահատուկ է, հատուկ միայն այս տեսակին։ Յուրաքանչյուր տեսակի նյութափոխանակությունը որոշվում է հիմնականում նրա կենսամիջավայրի և ընդհանրապես գոյության պայմաններով:
Նյութափոխանակությունը բաղկացած է երկու հիմնական գործընթաց, որոնք անքակտելիորեն կապված են միմյանց հետ և ընթանում են միաժամանակ.
- Անաբոլիզմ (ձուլում);
- Կատաբոլիզմ (դիսիմիլացիա).
Անաբոլիզմ ( պլաստիկ փոխանակում) կատաբոլիզմի արդյունքում ստացված բարդ օրգանական մոլեկուլների սինթեզի (կառուցման) գործընթացներն են ավելի պարզներից։
Կատաբոլիկ պրոցեսները քիմիական ռեակցիաների համալիր են՝ խոշոր մոլեկուլների տարրալուծման համար ավելի փոքրերի, որոնք կարող են անցնել բջիջ: Միևնույն ժամանակ ազատվում է էներգիա, որը օրգանիզմները սովորաբար պահում են ATP մոլեկուլներում ( ադենոզին տրիֆոսֆատ): Կատաբոլիզմը սովորաբար տեղի է ունենում օքսիդատիվ կամ հիդրոլիտիկ ռեակցիաների ժամանակ։ Միևնույն ժամանակ, նման գործընթացներն ընթանում են ինչպես թթվածնի մասնակցությամբ ( շունչ, աերոբիկ ճանապարհ), և առանց դրա մասնակցության (ֆերմենտացում, գլիկոլիզ - անաէրոբ ճանապարհ).
Կախված նյութափոխանակության տեսակից՝ կա երկու տեսակի կենդանի օրգանիզմներ:
1) Հետերոտրոֆներ- սրանք օրգանիզմներ են, որոնք օրգանական միացություններ են սինթեզում կատաբոլիզմի արդյունքում առաջացած արտադրանքների և այդ գործընթացում թողարկված էներգիայի շնորհիվ: Նման օրգանիզմների հյուսվածքների առաջացման սկզբնական հումքը պարզ օրգանական նյութերն են։ Այս միացություններից յուրաքանչյուր բջիջ առանձին-առանձին սինթեզում է իրեն անհրաժեշտ միացությունները: Այսպիսով, սպիտակուցի սինթեզկարող է առաջանալ տեղում (գլիկոգենը սինթեզվում է անմիջապես մկաններում և չի մատակարարվում լյարդից արյունով):
2) Ավտոտրոֆներ- սրանք օրգանիզմներ են, որոնք կարող են օրգանական միացություններ սինթեզել ածխածնի երկօքսիդից՝ օգտագործելով օքսիդացման ռեակցիաներ ( քիմոսինթեզ) և արևի լույսը ( ֆոտոսինթեզ): Այդպիսի օրգանիզմներ են բակտերիաների որոշ տեսակներ և կանաչ բույսեր։
Էվոլյուցիայի ընթացքում կենդանի օրգանիզմների զարգացման հետ մեկտեղ կարգավորող համակարգերը դարձել են ավելի բարդ և կարգավորված: Այսօր բարձր զարգացած օրգանիզմներն ունեն լրացուցիչ կարգավորիչ հորմոնալ մեխանիզմներև նյարդային մեխանիզմներ, որոնք կամ ուղղակիորեն գործում են ֆերմենտների սինթեզի վրա կամ հենց ֆերմենտների վրա, ինչպես նաև կարող են ազդել բջիջների զգայունության վրա որոշակի ֆերմենտի նկատմամբ։
11 277
«Նյութափոխանակություն» (նյութափոխանակություն) տերմինը հունարեն նշանակում է «փոփոխություն» կամ «փոխակերպում»: Այսպիսով, ի՞նչն է փոխակերպվում:
Նյութափոխանակություն- սա օրգանիզմում տեղի ունեցող բոլոր կենսաքիմիական և էներգետիկ պրոցեսների համակցությունն է, որի ընթացքում մուտքային սնունդը, ջուրը, օդը վերածվում են էներգիայի և կյանքի պահպանման համար անհրաժեշտ մի շարք նյութերի: Այս ֆունկցիան թույլ է տալիս մեր մարմնին օգտագործել սնունդը և այլ ռեսուրսներ՝ իր կառուցվածքը պահպանելու, վնասը վերականգնելու, տոքսիններից ազատվելու և վերարտադրվելու համար։ Այլ կերպ ասած, նյութափոխանակությունը անհրաժեշտ գործընթաց է, առանց որի կենդանի օրգանիզմները կմահանան։
Նյութափոխանակության գործառույթներ.
- պահպանել մարմնի ներքին միջավայրի կայունությունը գոյության անընդհատ փոփոխվող պայմաններում և հարմարվել արտաքին պայմանների փոփոխություններին:
- կյանքի, զարգացման և ինքնավերարտադրման ապահովում.
Նյութափոխանակությունը սկսվում է կյանքի պահպանման համար անհրաժեշտ սննդանյութերի կլանմամբ: Բայց մենք կլանում ենք այլ մարդկանց սպիտակուցները, ճարպերը և ածխաջրերը: Եվ դուք պետք է կառուցեք ձեր սեփականը: Ի՞նչ պետք է անեմ: Ճիշտ! Ներգնա բարդ նյութերը բաժանեք ավելի պարզ բաղադրիչների, այնուհետև դրանցից կառուցեք առանձին սպիտակուցներ, ճարպեր և ածխաջրեր: Այսինքն՝ նախ պետք է ապամոնտաժել, հետո կառուցել։
Հետևաբար, նյութափոխանակության ամբողջ գործընթացը կարելի է բաժանել 2 սերտորեն կապված բաղադրիչների, մեկ գործընթացի երկու մասի՝ նյութափոխանակության:
1. Կատաբոլիզմ- Սրանք այնպիսի պրոցեսներ են օրգանիզմում, որոնք ուղղված են սննդամթերքը, ինչպես նաև սեփական մոլեկուլները ավելի պարզ նյութերի բաժանելուն՝ միաժամանակ էներգիան ազատելու և ադենոզին տրիֆոսֆատի (ATP) տեսքով պահպանելուն։
Կատաբոլիզմի առաջին փուլը մարսողության գործընթացն է, որի ընթացքում սպիտակուցները տրոհվում են ամինաթթուների, ածխաջրերը՝ գլյուկոզայի, լիպիդները՝ գլիցերինի և ճարպաթթուների։ Այնուհետև, արդեն բջիջներում, այդ մոլեկուլները վերածվում են նույնիսկ ավելի փոքրերի, օրինակ՝ ճարպաթթուները՝ ացետիլ-CoA-ի, գլյուկոզը՝ պիրուվատի, ամինաթթուները՝ օքսալացետատի, ֆումարատի և սուկցինատի և այլն։ Կատաբոլիզմի հիմնական վերջնական արտադրանքներն են ջուրը, ածխաթթու գազը, ամոնիակը և միզանյութը:
Բարդ նյութերի ոչնչացումն անհրաժեշտ է էներգիա ստանալու և նոր հյուսվածքներ կառուցելու հրատապ կարիքների համար։ Առանց կատաբոլիզմի պրոցեսների մարմինը կմնար առանց էներգիայի, ինչը նշանակում է, որ այն չէր կարող գոյություն ունենալ։ Ի վերջո, այս էներգիան հետագայում կուղղվի անհրաժեշտ նյութերի սինթեզին, հյուսվածքների ստեղծմանը և մարմնի նորացմանը, այսինքն՝ անաբոլիզմին։ Էներգիան անհրաժեշտ է նաև մկանների կծկման, նյարդային ազդակների փոխանցման, մարմնի ջերմաստիճանի պահպանման համար և այլն։
2. Անաբոլիզմ- դրանք մարմնում նյութափոխանակության գործընթացներ են, որոնք ուղղված են այս օրգանիզմի բջիջների և հյուսվածքների ձևավորմանը: Կատաբոլիզմի արդյունքում ստացված շատ նյութեր օրգանիզմը հետագայում օգտագործում է այլ նյութերի սինթեզի (անաբոլիզմի) համար։
Անաբոլիկ պրոցեսները միշտ ընթանում են ATP էներգիայի կլանմամբ: Անաբոլիկ նյութափոխանակության ընթացքում ավելի մեծ մոլեկուլները կառուցվում են ավելի փոքր մոլեկուլներից, իսկ ավելի բարդ մոլեկուլները՝ ավելի պարզ կառուցվածքներից։
Այսպիսով, կատաբոլիզմի և դրան հաջորդող անաբոլիզմի արդյունքում օրգանիզմ մտնող սննդանյութերից կառուցվում են այս օրգանիզմին բնորոշ սպիտակուցներ, ճարպեր և ածխաջրեր։
Աղյուսակ 1 Անաբոլիզմի և կատաբոլիզմի համեմատություն:
Չնայած անաբոլիզմի և կատաբոլիզմի հակադրությանը, դրանք անքակտելիորեն կապված են և չեն կարող շարունակվել առանց միմյանց:
Անաբոլիզմի և կատաբոլիզմի գործընթացների ամբողջությունը նյութափոխանակությունն է կամ նյութափոխանակությունը:
Այս երկու բաղադրիչների հավասարակշռությունը կարգավորվում է հորմոններով և ստիպում է մարմինը սահուն աշխատել։ Ֆերմենտներնյութափոխանակության գործընթացներում կատալիզատորների դեր խաղալիս:
Ինչպե՞ս է չափվում նյութափոխանակության մակարդակը: Ինչ նյութափոխանակության մակարդակը?
Չափելով նյութափոխանակության մակարդակը, իհարկե, ոչ ոք չի հաշվում նոր ձևավորված կամ ոչնչացված բջիջների կամ հյուսվածքների քանակը։
Նյութափոխանակության արագությունը չափվում է կլանված և թողարկված էներգիայի քանակով: Խոսքն այն էներգիայի մասին է, որը սննդով մտնում է օրգանիզմ, և այն էներգիայի մասին, որը մարդը ծախսում է կյանքի ընթացքում։ Այն չափվում է կալորիաներով։
Կալորիաները մարմնի համար են, ինչպես բենզինը մեքենայի համար: Այն էներգիայի աղբյուր է, որի շնորհիվ բաբախում է սիրտը, մկանները կծկվում են, ուղեղը գործում է, մարդ շնչում է։
Երբ ասում են «մետաբոլիզմի ավելացում կամ նվազում», նրանք նկատի ունեն նյութափոխանակության արագության (կամ ինտենսիվության) ավելացում կամ նվազում:
նյութափոխանակության մակարդակը էներգիայի քանակն է, որն օրգանիզմը սպառում է կալորիաներով որոշակի ժամանակահատվածում:
Քանի կալորիա է այրում առողջ մարդը օրական:
Այն էներգիան, որը մարդը ծախսում է կյանքի ընթացքում, ներառում է 3 բաղադրիչ.
1) էներգիան, որը ծախսվում է հիմնական նյութափոխանակության վրա (սա նյութափոխանակության հիմնական ցուցանիշն է) +
2) Սննդի յուրացման վրա ծախսվող էներգիան՝ սննդի հատուկ դինամիկ գործողություն (SDAP) +
3) էներգիան, որը ծախսվում է ֆիզիկական գործունեության վրա.
Բայց երբ խոսքը վերաբերում է անհատական ավելացված կամ նվազող նյութափոխանակությանը, դա հիմնական նյութափոխանակությունն է, որը նկատի ունի:
Հիմնական փոխանակում - ինչ է դա:
BX- սա էներգիայի նվազագույն քանակն է, որն անհրաժեշտ է մարմնին իր բնականոն գործունեությունը լիարժեք հանգստի պայմաններում արթուն վիճակում ուտելուց 12 ժամ հետո պահպանելու համար և բացառելով բոլոր արտաքին և ներքին գործոնների ազդեցությունը:
Այս էներգիան ծախսվում է մարմնի ջերմաստիճանի, արյան շրջանառության, շնչառության, արտազատման, էնդոկրին համակարգի, նյարդային համակարգի աշխատանքի և բջջային նյութափոխանակության գործընթացների պահպանման վրա։
Բազալային նյութափոխանակությունը ցույց է տալիս, թե որքան ինտենսիվ է ընթանում նյութափոխանակությունը և էներգիան մարմնում:
Հիմնական նյութափոխանակությունը կախված է սեռից, քաշից, տարիքից, ներքին օրգանների վիճակից, մարմնի վրա արտաքին գործոնների ազդեցությունից (սնուցման պակաս կամ ավելցուկ, ֆիզիկական ակտիվության ինտենսիվություն, կլիմա և այլն):
Բազալային նյութափոխանակությունը կարող է աճել կամ նվազել արտաքին կամ ներքին գործոնների ազդեցության տակ: Այսպիսով, արտաքին ջերմաստիճանի իջեցումը մեծացնում է բազալ նյութափոխանակությունը: Արտաքին ջերմաստիճանի բարձրացումը նվազեցնում է բազալ նյութափոխանակության արագությունը:
Ինչու՞ է կարևոր իմանալ բազալ նյութափոխանակությունը:
Որովհետեւ բազալ նյութափոխանակությունը մարմնում նյութափոխանակության և էներգիայի ինտենսիվության ցուցանիշ է, ապա դրա փոփոխությունները կարող են ցույց տալ որոշակի հիվանդությունների առկայություն:
Դրա համար «պատշաճ բազալ փոխանակումը» համեմատվում է «փաստացի բազալ փոխանակման» հետ։
Պայմանավորված հիմնական փոխանակում-Սա միջին ցուցանիշ է, որը սահմանվել է մեծ թվով առողջ մարդկանց հարցման արդյունքների հիման վրա։ Դա համարվում է նորմ։
Այս արդյունքների հիման վրա կազմվել են հատուկ աղյուսակներ, որոնք ցույց են տալիս ճիշտ բազալ նյութափոխանակությունը՝ հաշվի առնելով սեռը, տարիքը և քաշը։
Բազալային ճիշտ փոխանակումը վերցվում է 100%: Այն չափվում է 24 ժամվա ընթացքում կկալով:
Առողջ չափահաս մարդու ճիշտ բազալ նյութափոխանակությունը մոտավորապես 1 կկալ է 1 կգ մարմնի քաշի դիմաց:
Փաստացի բազալ փոխանակում անհատի անհատական բազալ փոխանակումն է: Այն արտահայտվում է պարտքից տոկոսային շեղումով: Եթե փաստացի բազալ փոխանակումավելացել է` գումարած նշանով, եթե իջեցվել է` մինուս նշանով:
Ընդունելի է համարվում սահմանված արժեքից +15 կամ -15% շեղումը:
+15%-ից մինչև +30% շեղումները համարվում են կասկածելի և պահանջում են մոնիտորինգ և վերահսկողություն:
+30%-ից +50% շեղումները համարվում են չափավոր, +50%-ից +70%՝ ծանր, իսկ +70%-ից ավելի՝ շատ ծանր։
Բազալային նյութափոխանակության մակարդակի 30-40% նվազումը նույնպես համարվում է կապված հիվանդության հետ, որը բուժում է պահանջում այդ հիվանդության համար:
Փաստացի բազալ փոխանակումորոշվում է հատուկ լաբորատորիաներում կալորիմետրիայի միջոցով: