М етаболизм – это набор биохимических процессов, которые возникают в организме для преобразования пищи в энергию. Метаболические процессы включают в себя дыхание, питание и переваривание пищи, доставку питательных веществ в клетки через кровь, использование энергии мышцами, нервами и клетками и, наконец, ликвидацию отходов организма.
Определение метаболизма
Когда диетологи говорят о метаболизме, они обычно говорят не о длинном списке физических и химических процессов.
Мы часто используем слово «метаболизм», чтобы описать скорость, с которой наше тело сжигает калории. Это скорость, с которой организм преобразует пищу в энергию (калории), а затем использует эту энергию для выполнения основных и второстепенных ежедневных функций. Скорость, с которой мы сжигаем калории или энергию, называется уровнем метаболизма.
Ваш уровень метаболизма может меняться изо дня в день в зависимости от вашего уровня активности, но ваш уровень основного метаболизма (basal metabolic rate , BMR ) остается довольно устойчивым. Уровень основного метаболизма – это количество калорий, необходимых для стимулирования основных функций вашего организма, таких как дыхание и кровообращение. Уровень основного метаболизма – наиболее значительная составляющая вашего общего метаболизма.
Что такое уровень основного метаболизма?
Существует несколько различных способов определения уровня основного метаболизма. Самый точный способ – это проверить его в лаборатории. Некоторые клубы здоровья также проводят измерение BMR на платной основе.
Если вам нравится делать расчеты самостоятельно, вы также можете использовать формулу Харриса-Бенедикта , чтобы рассчитать свой уровень основного метаболизма:
Мужчины:
BMR = 88,362 + (13,397 x масса тела в кг) + (4,799 x рост в см) — (5,677 x возраст в годах)
Женщины:
BMR = 447,593 + (9,247 x масса тела в кг) + (3,098 x рост в см) — (4,330 x возраст в годах)
Ваш общий метаболизм или уровень метаболизма – это сочетание вашего BMR и других непостоянных метаболических процессов, таких как принятие пищи, физические упражнения и другая активность в течение дня.
Почему у меня медленный метаболизм?
У разных людей уровень метаболизма отличается. Вас может удивить, что у других людей быстрый метаболизм, а у вас медленный. Для этого может быть много причин. Существует множество различных факторов, влияющих на метаболизм:
- Возраст. С возрастом метаболизм замедляется.
- Пол. У мужчин, как правило, метаболизм выше, чем у женщин
- Размер тела. Чем больше тело, тем больше калорий оно сжигает.
- Температура тела. Метаболизм увеличивается, когда тело подвергается воздействию экстремальных температур.
- Потребление кофеина или других стимуляторов . Ваш метаболизм может увеличиться, если вы потребляете стимуляторы, например кофеин ( ).
- Гормоны. Если у вас нарушена выработка гормонов щитовидной железы, ваш метаболизм может увеличиться или уменьшиться, в зависимости от уровня гормонов.
- Беременность. У женщин метаболизм увеличивается во время беременности ( ).
- Принятие пищи. Если вы недоедаете, ваш метаболизм замедляется.
- Конституция. Сухая мышечная масса сжигает больше калорий, чем жир, даже когда ваше тело находится в состоянии покоя.
- Уровень физической активности. Когда вы больше двигаетесь в течение дня, например, делаете физические упражнения или просто выполняете обычные действия (гуляете, стоите), ваш организм сжигает больше калорий.
Как ускорить свой метаболизм, чтобы сбросить вес?
Некоторые вещи вы можете сделать, чтобы изменить свой метаболизме, а некоторые не можете. Например, вы не можете изменить свой возраст или пол. Но есть некоторые вещи, которые вы можете изменить, чтобы повысить свой метаболизм и сбросить вес. К ним относятся:
- Физические упражнения. Когда вы тренируетесь, вы сжигаете больше калорий. Даже легкая тренировка повышает метаболизм. В то же время, более сложные тренировки сжигают больше калорий.
- Обычные действия . У вас нет времени на тренировки? Тогда двигайтесь больше в течение дня. Это лучший способ повысить ваш метаболизм. Простые повседневные задачи, такие как ходьба, подъем по лестнице, садоводство ( ) и домашняя работа, требуют от вашего тела более усердной работы и сжигания большего количества калорий.
- Качайте мышцы. Вы можете улучшить свою конституцию, чтобы сжигать больше калорий. Добавьте в свои тренировки упражнения для наращивания мышц и сжигайте больше калорий, даже когда ваше тело отдыхает.
- Употребляйте правильное количество калорий. Употребление слишком большого количества калорий может привести к увеличению веса. Но употребление слишком малого количества калорий может привести к замедлению метаболизма. Убедитесь, что вы употребляете достаточно калорий для поддержания здорового метаболизма.
Ваш метаболизм незначительно меняется ото дня ко дню. Но если вы сможете научиться управлять им и систематически поддерживать здоровый метаболизм, вам будет легче сбросить и поддерживать вес.
Иллюстрации: Юлия Прососова
Что такое метаболизм, понять несложно, так как к здоровому обмену веществ нас приобщают с детства родители, воспитатели, доктора. То есть практически все, кроме бабушки, которая желает закормить тебя насмерть пирогами и . В данном примере добрая бабушка стимулирует нарушение обмена веществ, но вряд ли бабушка станет главным источником проблем. Об этом, а также о том, как ускорить метаболизм для похудения, рассказываем в подробностях.
Интернет и пресса полны дискуссий на тему, работают ли добавки для ускорения обмена веществ, а если работают, то как отличить ценную добавку от бесполезного дорогостоящего мусора. Здесь самое место честно заявить, что обильный рацион и большие физические нагрузки являются не только простейшим, но и единственно надежным методом заставить организм быстрее тратить энергию. Физические упражнения - лучший ответ на вопрос, как ускорить обмен веществ.
Как ускорить метаболизм для похудения?
Пищевые добавки и уловки, строго говоря, метаболизм ускорить не в состоянии, но ряд продуктов (обычный кофе, к примеру) могут стимулировать нервную систему и вынуждать организм растрачивать больше энергии. Такой же принцип действия у жиросжигателей.
Представь себе три вида метаболизма: основной, пищеварительный и активный. Базовый и пищеварительный отвечают за жизнедеятельность организма: усвоение пищи, мышление, зрение, кровообращение, теплообмен, рост, регенерацию и так далее - на них тратится около 80% всей поступающей в организм энергии! Активный метаболизм (то есть энергия физических нагрузок) отнимает лишь 20%.
Все это время в твоем теле протекают два процесса обмена веществ: катаболизм и анаболизм.
Катаболизм - это разрушение и разборка элементов, попадающих в организм. Например, расщепление белка на аминокислоты, поступающие вместе с едой. Данная реакция сопровождается выделением энергии, теми самыми калориями и килокалориями, которые дотошно подсчитывают сторонники здорового образа жизни.
Анаболизм - обратный катаболизму процесс синтеза. Он необходим, когда требуется взять уже расщепленные аминокислоты и сделать из них материал для постройки мышц. Рост человека, заживление ран - это все результат анаболизма.
Поэтому с математической точки зрения прирост тела (мышц, жира и всего остального) - это разница между катаболизмом и анаболизмом. Вся энергия, которые ты не успеешь растратить, уйдет в первую очередь в жир и кое-что по мелочи в другие закоулки тела, будь то мышцы или печень.
Ускорение метаболизма - серьезный шаг в деле похудения, но многие такой шаг делают неправильно. Например, резко увеличивают физические нагрузки, параллельно столь же резко ограничив рацион. Ведь организм будет получать мало калорий, метаболизм замедлится и жир никуда не денется, даже может активно отложиться на животе и в области пояса.
Подобная стратегия также нарушит гормональный баланс: человек начнет испытывать голод, стресс, сонливость, упадок настроения и сексуального влечения. Такой ускоренный метаболизм нам не нужен!
Как разогнать метаболизм с умом и без скверных последствий?
Силовые тренировки и спорт вкупе с усилением питания не только сделают тебя крепышом, но и разгонят некогда замедленный метаболизм. Что любопытно, получаемые спортивным организмом калории будут активнее тратиться не только на сам спорт, но и на все остальные функции твоего тела, включая пищевой и базовый метаболизмы! То есть чем более активной и прожорливой машиной ты станешь, тем сильнее будет разогнан твой обмен веществ.
Тело также изменит рутинную процедуру усвоения простых углеводов, теперь простые углеводы будут направляться в первую очередь к мышцам. А вот жировые прослойки начнут голодать и постепенно рассасываться.
Из сказанного несложно сделать вывод: ускоренный обмен веществ сам по себе не является ценностью - это инструмент, который прекрасен лишь в сочетании с регулярными физическими и спортивными нагрузками.
Если в твоей жизни физическому спорту уделяется не много времени, если теплая компьютерная мышь и мягкое кресло автомобиля затмевают остальные ценности, забудь о том, как улучшить метаболизм. Человек малоподвижный вынужден по старинке - диетами и только диетами.
Врожденный хороший и плохой метаболизм
Разбираясь с вопросом, как улучшить обмен веществ, люди постоянно сталкиваются с феноменом врожденного хорошего и врожденного плохого метаболизма. В любой компании найдется человек, который в один присест съедает тортик и свиную рульку, но при этом остается тощим как жердь. Вот про него все и шепчутся с завистью - дескать, хороший метаболизм от родителей получил. А вот у его коллеги, лыжника и поклонника диет, мгновенно растет пузо от одной сырой морковки. Он несчастный и жертва плохого метаболизма.
Научные исследования показали, что замедленный обмен веществ случается при ряде редких заболеваний, сопровождаемых гормональным расстройством. В первую очередь врачи вспоминают гипотиреоз - состояние нехватки гормонов щитовидной железы.
Что касается тощих людей, то к ним надо внимательнее присмотреться: многие из них хоть и не спортсмены, но крайне подвижные, «разогнанные» люди, к тому же разборчивые в рационе и графике питания, пусть даже подсознательно. Худые люди зачастую худы просто потому, что привыкли быть тощими с раннего детства и инстинктивно держат себя в привычной форме. Возможно, у них еще крепкие нервы, спокойная работа и хороший сон, потому у них не бывает избыточного аппетита на нервной почве.
И психологи, и физиологи уверяют, что в основной массе случаев то, что мы считаем врожденным ускоренным метаболизмом и худобой, - следствие воспитания, а не генетики. Ну и психологически мы таких людей не всегда воспринимаем верно: нам кажется, что они все время что-то жрут, хотя на самом деле практикуют здоровое дробное питание, а это порождает у окружающих иллюзию обжоры.
От главного же закона, сформулированного в начале статьи (прирост массы - это катаболизм минус анаболизм), даже им не спрятаться.
Нарушение обмена веществ
Гормональные сбои, неправильное питание и обойма болезней приводят к нарушениям обмена веществ. Чаще всего это выражается в появлении излишка подкожного жира из-за сбоев в цикле переработки жиров. Но это чисто внешний эффект, внутри же происходят процессы еще менее приятные, как-то: повышение уровня холестерина, сердечно сосудистые аномалии и т.п. Отеки, нездоровый цвет кожи, больные волосы - все перечисленное является следствием нарушения метаболизма.
Хорошая новость: в большинстве случаев от всего этого можно избавиться диетой. Но, чтобы убедиться, что тебе не потребуется врачебная помощь, что надо сделать? Правильно, к этой врачебной помощи обратиться!
Многие люди говорят о метаболизме как о мышце или органе, который они могут каким-то образом контролировать. В действительности метаболизм - это ряд химических процессов, которые превращают калории из еды в энергию для поддержания жизни, и происходит это в каждой клетке вашего тела.
Ваша скорость обмена веществ в покое, или базальный метаболизм, определяется тем, как много калорий сжигает организм, пока вы ничего не делаете.
Человеческому организму для поддержания собственной жизни требуется энергия в покое - для дыхания, кровообращения и переваривания пищи. У разных видов ткани разные потребности, и для функционирования им требуется разное количество калорий. На жизненно важные органы - мозг, печень, почки и сердце - приходится около половины выработанной энергии. А на жировую ткань, пищеварительную систему и мускулатуру - всё остальное.
2. Больше всего калорий вы сжигаете в состоянии покоя
Ваш организм сжигает калории:
- в состоянии покоя (базальный метаболизм) - полученная энергия используется для функционирования организма;
- в процессе усвоения пищи (известный термический эффект);
- при физической активности.
Согласно исследованиям , большую часть калорий за день вы сжигаете в состоянии покоя при метаболических процессах. На физическую активность, по сравнению с базальным метаболизмом, приходится небольшая часть расхода энергии - от 10 до 30% (если вы не занимаетесь спортом профессионально или ваша работа не требует тяжёлого физического труда). На переваривание пищи тратится порядка 10% энергии.
В среднем на базальный обмен веществ приходится от 60 до 80% от общего расхода энергии. Конечно, это ещё не всё, но в сочетании с затратами энергии на переработку пищи получается практически 100%. Поэтому нет ничего удивительного в том, что физические упражнения приводят к статистически значимым, но небольшим изменениям веса.
Алексей Кравиц, нейробиолог в Национальном институте здоровья
3. Скорость обмена веществ может сильно отличаться у разных людей, и исследователи не понимают почему
Это правда: скорость метаболизма у двух людей одного роста и одной комплекции может очень сильно различаться. Пока один может есть что угодно в огромных количествах и его вес никак не изменится, другому приходится тщательно подсчитывать калории, чтобы не набрать лишних килограммов. Но почему так происходит, сказать наверняка не может ни один учёный: механизм управления метаболизмом не изучен до конца.
Thomas Kelley / Unsplash.comОднако исследователи обнаружили показатели, которые влияют на скорость обмена веществ: количество мышечной и жировой ткани в организме, возраст и генетика (хотя тоже не совсем понятно, почему в некоторых семьях более высокая или более низкая скорость метаболизма).
Пол также имеет значение: женщины любого возраста и комплекции сжигают меньше калорий, чем мужчины с теми же параметрами.
Легко и точно измерить скорость обмена веществ не получится. Существуют специальные доступные тесты, но вряд ли они гарантируют безукоризненный результат. Для точного измерения необходимо дорогостоящее оборудование, например метаболические камеры.
Чтобы примерно рассчитать скорость метаболизма, можете воспользоваться одним из онлайн-калькуляторов (например, этим). Так вы узнаете, сколько калорий в день вам необходимо потреблять, чтобы вес оставался неизменным.
4. С возрастом обмен веществ замедляется
Это происходит постепенно и с каждым, даже если соотношение мышечной и жировой ткани остаётся прежним. Когда вам будет 60, вы будете сжигать меньше калорий в состоянии покоя, чем в 20 лет. Исследователи отмечают, что постепенное замедление метаболизма начинается в возрасте 18 лет. Но почему потребность в энергии с возрастом снижается, даже если все остальные показатели остаются прежними? Учёные не могут ответить на этот вопрос.
5. Вы не можете значительно ускорить метаболизм для потери веса
Все постоянно говорят о том, как можно ускорить метаболизм, чтобы похудеть: заниматься спортом и наращивать мышечную массу, есть определённые продукты, принимать добавки. Но на самом деле это очень сложно сделать.
Некоторые продукты действительно могут , например кофе, перец чили, острые специи. Но изменение будет настолько незначительным и кратковременным, что не окажет никакого влияния на вашу талию.
Наращивание мышечной массы - более действенный вариант. Чем больше мышц и меньше жира, тем выше скорость обмена веществ. Всё потому, что мышцам требуется больше энергии в состоянии покоя, чем жировой ткани.
Если вы сможете набрать мышечную массу и уменьшить жировые отложения с помощью упражнений, то метаболизм ускорится и вы будете быстрее сжигать калории.
Но это только половина дела. Вам придётся преодолеть естественное желание съесть больше, которое появляется вместе с ускорившимся обменом веществ. Многие люди поддаются чувству голода, которое появляется после тяжёлых тренировок, и в результате наращивают не только мышцы, но и жир. Кроме того, многим сложно даются тренировки, необходимые для поддержания набранной мышечной массы.
Scott Webb / Unsplash.com
Глупо полагать, что вы можете всецело управлять своим метаболизмом. Если вы и способны влиять на него, то в скромных масштабах. И для этого потребуется и упорство.
Ускорить метаболизм непросто, а вот замедлить его намного легче - программами для быстрой потери веса. Диеты оказывают самое сильное влияние на метаболизм, но, к сожалению, не такое, как нам хотелось бы.
В течение многих лет учёные исследовали феномен под названием метаболическая адаптация, или адаптивный термогенез. Когда люди теряют вес, их базальная скорость обмена веществ замедляется, причём довольно значительно. Понятно, что метаболизм должен немного замедлиться, так как похудение включает в себя потерю мышечной массы, тело становится меньше, ему не требуется так много энергии, как раньше. Но исследователи обнаружили, что скорость обмена веществ замедляется в значительно большей степени и этот эффект связан не только с изменением комплекции тела.
В последнем исследовании на эту тему, результаты которого были опубликованы в журнале Obesity , учёные из Национального института здоровья обследовали участников реалити-шоу The Biggest Loser. К финалу шоу все участники скинули много килограммов, поэтому идеально подходили для исследования того, что происходит с организмом при значительной потере веса за короткий промежуток времени.
Учёные изучили ряд показателей - массу тела, жир, метаболизм, гормоны - в конце 30-недельного конкурса в 2009 году и через шесть лет, в 2015-м. Хотя все участники сильно похудели к финалу шоу с помощью физических упражнений и диет, спустя шесть лет их объёмы в значительной степени восстановились. Из 14 участников шоу у 13 человек вес вернулся обратно, при этом четверо конкурсантов стали весить даже больше, чем до участия в шоу.
В течение исследуемого периода метаболизм у участников сильно замедлился. Их организм в среднем сжигал на 500 ккал меньше каждый день, чем можно было бы ожидать, учитывая их вес. Этот эффект наблюдался даже спустя шесть лет, несмотря на тот факт, что большинство участников постепенно набрали потерянные килограммы.
Сандра Амодт (Sandra Aamodt), нейробиолог и автор книги «Почему диеты обычно не работают», объясняет это особой защитной реакцией организма, поддерживающего вес в определённом привычном диапазоне.
После того как вы набираете вес и удерживаете его в течение продолжительного периода времени, организм привыкает к своему новому размеру. Когда вес падает, небольшие изменения на уровне гормонов в мозге замедляют метаболизм. В это же время увеличивается чувство голода и уменьшается ощущение сытости от пищи - складывается впечатление, что организм всеми силами пытается вернуться обратно к ставшему привычным весу.
При исследовании участников шоу The Biggest Loser учёные обнаружили, что у каждого из них понизилась концентрация гормона лептина. Лептин - один из основных гормонов, регулирующих чувство голода в организме. К финалу конкурса The Biggest Loser участники почти полностью опустошили свои запасы лептина и постоянно испытывали чувство голода. За шесть лет их запасы лептина восстановились, но только до 60% от первоначального уровня, который был до участия в шоу.
Большинство людей не представляют, насколько сильными могут оказаться метаболические изменения после потери веса. При увеличении массы и при похудении организм не ведёт себя одинаково. Он гораздо сильнее борется, чтобы удержать снижение веса, нежели остановить увеличение.
Но не всегда похудение приводит к замедлению метаболизма. Например, при хирургических операциях для изменения веса уровень лептина не меняется, как и скорость метаболизма.
Более того, исследование с участниками шоу The Biggest Loser достаточно нестандартное, поэтому не факт, что с подобным эффектом столкнётся большинство других людей. Ведь в исследовании принимали участие только 14 человек, которые теряли вес исключительно с помощью быстрых диет и физических упражнений. Такого эффекта замедления метаболизма не наблюдается при постепенном похудении.
7. Учёные не могут в полной мере объяснить, почему метаболизм замедляется
На этот счёт есть несколько теорий. Одна из наиболее достоверных объясняется ходом эволюции. На протяжении тысячелетий люди эволюционировали в среде, где должны были справляться с частыми периодами недоедания. Поэтому можно предположить, что в ДНК сохранилось много генов, которые способствуют преобразованию лишних калорий в жир. Эта способность помогала человеку выживать в периоды нехватки пищи и размножаться.
Продолжая мысль, можно сказать, что неспособность избавиться от веса сегодня обусловлена защитной реакцией организма, даже несмотря на то, что нехватка еды в нашем обществе стала редкостью.
Но не все учёные согласны с этой теорией экономного гена.
Если бы экономные гены обеспечивали сильное селективное преимущество, позволяя выживать в голод (голодные периоды на протяжении истории случались часто), то экономные гены распространились бы и закрепились во всей популяции. Это значит, что сегодня у всех нас должны быть экономные гены, и тогда современное общество состояло бы исключительно из полных людей. Но даже в обществах, которые больше всего подвержены ожирению, как, например, в США, всегда сохраняется определённое количество людей, в среднем около 20% населения, которые остаются неизменно худыми. И если голод - это обязательное условие для распространения экономных генов, логично спросить, как получилось так, что такому большому количеству людей удалось избежать их наследования.
Джон Спикман (John Speakman), эпигенетик
Учёные также пытаются лучше понять метаболический синдром - так называется комплекс нарушений обмена веществ, включающий повышенные кровяное давление и уровень сахара в крови, большой объём талии и отклоняющийся от нормы уровень холестерина и триглицеридов. Когда у людей наблюдаются такие проблемы со здоровьем, они больше подвержены риску хронических заболеваний, в том числе сердечно-сосудистых и диабета. Но опять же неясно, как действует метаболический синдром и почему одни люди подвержены ему больше, чем другие.
8. Замедленный метаболизм не означает, что вы не сможете сбросить вес
Потеря веса возможна при замедленном метаболизме. В среднем 15% людей с замедленным обменом веществ в клинике Майо сбрасывают до 10% собственного веса и удерживают новый.
Любой человек, желающий похудеть, сможет добиться этой цели, изменив образ жизни. Также важно вносить в него коррективы, которые позволят держать болезнь - ожирение - под контролем.
Carissa Gan / Unsplash.com
В Национальном реестре контроля веса в США исследуются привычки и поведение взрослых людей, которые сбросили по меньшей мере 15 килограммов и смогли удержать этот вес в течение года. В реестр в настоящее время включено более 10 000 участников, которые регулярно проходят ежегодные опросы о том, как им удаётся поддерживать нормальный вес.
Этих людей объединяет несколько общих привычек:
- они взвешиваются минимум один раз в неделю;
- регулярно выполняют физические упражнения и много ходят пешком;
- ограничивают потребление калорий, избегают еды с высоким содержанием жиров;
- следят за ;
- завтракают каждый день.
Но все едят совершенно разную пищу, по-разному планируют свой рацион. Поэтому нельзя наверняка сказать, какая диета самая действенная. Главное - следить за калориями.
Кроме того, все люди, которым удалось похудеть, серьёзно изменили свой образ жизни, внимательнее относились к питанию и делали физические упражнения. Конечно, многие бы предпочли думать, что проблемы с весом возникают у них из-за медленного метаболизма или любого другого биологического расстройства, а не потому, что они ленивые и любят поесть. Наука подтверждает: если вы действительно хотите похудеть и готовы прикладывать усилия, у вас всё получится.
Всем привет! На связи Иван Устинов и я рад вас снова видеть на страницах своего блога. Сегодня нас ждет разбор очень интересной темы, так что не расходитесь быстро... Повышенная масса тела у людей в современном мире – не редкость.
Многие тучные люди понимают, что все дело в замедленном обмене веществ и зачастую завидуют худышкам. Сегодня мы разберемся в вопросе: быстрый метаболизм хорошо или плохо это на самом деле?
Чаще всего люди, не склонные к полноте, не испытывают в связи с этим никаких проблем. Однако порой бывает так, что, сколько бы человек ни ел, а масса его тела не только не увеличивается, но, наоборот, продолжает быстрыми темпами уменьшаться.
Так что вскоре худое тело становится скорее недостатком, чем признаком стройности, и отталкивает противоположный пол выпирающими костями. В какой же момент стоит задуматься, не слишком ли быстрый у вас обмен веществ и не грозит ли это анорексией?
Стоит сразу расставить все точки над «и». Быстрый метаболизм, как и замедленный, это в любом случае плохо, потому что замедленный грозит ожирением, а ускоренный – болезненной худобой. Но в зависимости от ситуаций кто-то чтобы похудеть, а кто-то его наоборот
Хорошо – это когда метаболизм соответствует норме. Нормальный уровень обмена веществ у каждого человека свой. Как определить свой базовый уровень, мы поговорим чуть ниже, а сейчас перечислим симптомы, по которым вы сможете определить, не слишком ли высока скорость обмена веществ в вашем организме.
Основные признаки быстрого метаболизма – это слишком сильная худоба при нормальном или даже повышенном питании, ощущение голода вскоре после обильного приема пищи, невозможность увеличить мышечную массу, несмотря на занятия спортом.
Факторы быстрой потери массы тела
Почему так важно вовремя отреагировать на болезненную худобу своего тела и не запустить процесс? Внешне заметная чрезмерная потеря веса – это еще полбеды. Процессы, происходящие при этом в организме, намного опаснее. Они становятся источником заболеваний, ведь неправильный обмен веществ не позволяет организму усваивать витамины и микроэлементы, получаемые с пищей. От этого вы обязательно почувствуете недостаток жизненных сил и вас частенько будет клонить в сон.
Кроме того одновременно с недостатком жизненно важных веществ организм начинает усиленно вырабатывать адреналин. Так что мнение, что полные люди жизнерадостны и добры, — отнюдь не миф. Переизбыток адреналина делает худощавых людей не в меру раздражительными, что становится проблемой не только для них, но и для окружающих.
Причины быстрого метаболизма:
- генетическая предрасположенность;
- заболевания щитовидной железы;
- злоупотребление курением;
- частые депрессии, недосыпание.
Последствия чрезмерной худобы
Еще совсем недавно худощавость была в моде, и многие женщины стремились похудеть, используя различные диеты и не задумываясь о том, какими последствиями резкое похудание может грозить их организму.
Слишком быстрый метаболизм становится угрозой для жизни в целом, ведь из-за него в организме человека развиваются многие заболевания. Резко худеющий человек испытывает постоянную слабость, не способен выполнять элементарные физические упражнения, а в запущенных случаях даже прием пищи становится для него тяжелым трудом.
Изможденное тело отвращает от себя взгляды окружающих. Кожа у резко худеющего человека становится неестественного серого цвета, потому что недостаток витаминов и других веществ сказывается и на ее состоянии. Аппетит постепенно совершенно пропадает, вследствие чего развиваются заболевания органов пищеварения.
Постепенно худоба начинает сопровождаться отеками, особенно они заметны на лице и нижних конечностях. Одновременно с истощением в организме, лишенном необходимых для него микроэлементов, развиваются серьезнейшие болезни, вплоть до злокачественных опухолей.
Как вычислить уровень обмена веществ в вашем организме?
РАССЧИТЫВАЕМ ПО ФОРМУЛЕ. Для начала нам нужно понять, что мы собираемся рассчитывать. Скорость метаболизма определяется в килокалориях, которые необходимы организму для обеспечения его жизнедеятельности В СОСТОЯНИИ ПОКОЯ. Да, именно в состоянии покоя. Это ещё называют базовым метаболизмом.
То есть по сути, мы будет рассчитывать число калорий, которое обязательно нужно будет потреблять в день для нормальной работы нашего организма. Так сказать — наш необходимый минимум. И это число будет зависеть от скорости нашего метаболизма.
Формула расчета скорости метаболизма называется BMR (от англ. Basal Metabolic Rate) . Данная формула учитывает и ваш рост, и ваш вес и даже ваш возраст. Обмен веществ ускоряется при повышении массы тела и вашего роста, но с возрастом замедляется. Выглядит она следующим образом:
BMR (для женщин) = 655 + (9,6 х вес) + (1,8 х рост) — (4,7 х возраст)
BMR (для мужчин) = 66 + (13.8 x вес в кг.) + (5 x рост в см.) — (6.8 x возраст)
Возможно вы спросите — «а почему для мужчин и женщин разные формулы?» . Различия состоят в том, что как правило мужчины обладают большим количеством мышц и из-за этого метаболизм у них выше. Да и вообще у мужчин быстрый метаболизм – это скорее норма, чем отклонение, потому что в организме представителей мужского пола обмен веществ происходит быстрее на 10-15%.
В то же время метаболизм у женщин замедляется не так сильно с возрастом, как у мужчин. Все эти нюансы различий учтены в формулах.
Но это ещё не все. Полученное количество калорий необходимо умножить на коэффициент уровня вашей физической активности. Коэффициенты следующие:
- Если вы ведете сидячий образ жизни, тогда вы можете умножить количество калорий на 1,2
- Если вы занимаетесь спортом, но в легкой форме и не более 1-3 раз в неделю, умножьте на 1,375
- Если занятия спортом проходят 3-5 раз в неделю, но не превышают обычный уровень нагрузки, умножьте на 1,55
- Если ваши тренировки проходят с увеличенной физической нагрузкой, умножьте на 1,725
- Если вы вынуждены заниматься тяжелым физическим трудом или увлечены очень интенсивными тренировками, умножьте на 1,9
И что теперь делать с этой цифрой? Для чего она вам? Ещё раз напомню что эта цифра показывает минимальное количество калорий, которое вам нужно на день, чтобы организм чувствовал себя нормально. Соответственно, все что сверх этой цифры — теоретически уже будет накапливаться в виде жира в проблемных зонах (на попе, животе и т.д.)
Поэтому вам нужно эту цифру сравнить с тем количеством калорий, которое вы сейчас потребляете. Если у вас вышло 1700 ккал., а фактически вы потребляете 2000 ккал., то ваш избыток составляет 300 ккал.
Если вы хотите похудеть, то от полученной цифры отнимите 300-500 ккал. и подгоните ваш рацион уже под эту цифру. Думаю ясно.
Но не стоит зацикливаться на формуле и слишком трепетно к ней относиться, так как все эти расчеты всё равно примерны. Даже когда вы будете рассчитывать калорийность пищи по таблицам — помните, что это тоже очень «на глаз». Иногда калорийность пищи называют не боле чем «шутка». Это просто некий показатель того, сколько тепла выделяет та или иная еда при полном сжигании.
То есть взяли батончик сникерс, сожгли в каком-то специальном контейнере для экспериментов, зафиксировали количество тепла которое он выделил и записали на упаковке эту цифру. Вот так это делается. Но как этот батончик усвоится у вас в организме, усвоится ли полностью или же частично отложится на заднице, брюшке — это уже ни одно исследование точно сказать не сможет.
А потому количество калорий — лишь очень примерный показатель, на который желательно равняться, но не более. Эта цифра имеет право нарушаться как в меньшую, так и в большую сторону.
Интересно что 7000 ккал. сверх нормы вашего показателя по формуле — способны прибавить человеку примерно + 1 кг лишнего веса...
Упор всегда делайте на качество пиши, а не на расчеты калорий.
Кстати, по поводу калорий — недавно нашел классную штуку, которую можно надеть на руку и она будет подсчитывать сжигаемые калории и частоту сердечного ритма. Ознакомиться можно ЗДЕСЬ.
Другую спортивую электронику, которая поможет вам подсчитывать подобные вещи (пульс, калории, шаги) вы можете выбрать по ссылке ниже:
ПУЛЬСОМЕТРЫ, ШАГОМЕРЫ, КАРДИО-ЭЛЕКТРОНИКА (Aliexpress.com)
СПОРТИВНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА (banggood.com)
ПРОВОДИМ МАЛЕНЬКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ. А теперь предлагаю вам привести эксперимент по определению вашего уровня метаболизма — быстрый он или медленный. Никакие формулы нам здесь не нужны. Мы просто будем «хомячить» овсянку на обычной воде, а не на молоке. Да, это очень мерзко, знаю, но для чистоты эксперимента можно потерпеть один разочек. Молоко усложнит усвояемость и смысл эксперимента пропадет.
Итак. Нам нужно просто выбрать какое-нибудь утро, в которое мы сможем проделать этот эксперимент. Если это суббота — то овсянку нужно будет сварить вечером в пятницу. Не свежую сварить, чтобы была горячая а именно вчерашнюю, чтобы потом можно было подогреть её до комнатной температуры.
- В это утро нельзя никуда спешить, испытывать стресс — должен быть мир и покой.
- Не принимайте душ, только умойтесь, почистите зубки, ну и что вы там ещё делаете по утрам)
- Оденьтесь так чтобы вам не было жарко, нужно чтобы было чуть прохладно.
- Проветрите комнату.
А теперь возьмите 300 грамм овсянки и скушайте не запивая ничем и по-быстренькому. Ждем 2-3 минуты и получаем результат эксперимента:
- Вам стало жарко и вы даже слегка испарина выступила по телу — у вас быстрый метаболизм, поздравляю.
- Вы ощущаете незначительное тепло по телу — у вас нормальный обмен веществ, без крайностей.
- «Что кушал, что радио слушал», то есть никаких ощущений — у вас медленный метаболизм.
Правила безопасного замедления метаболизма
Существует несколько простых правил, как замедлить обмен веществ при быстром метаболизме.
- Ограничьте количество часов, оставленных на сон.
- Отложите завтрак на час после просыпания.
- Употребляйте значительно больше кофе, чем обычно.
Несмотря на то, что кофе разгоняет обмен веществ — употребление его в больших количествах приводит к обратному эффекту. Избыток этого напитка способен истощить нашу нервную систему до такого уровня, при котором будут ощутимы нарушения сна. А это напрямую связано с замедлением обмена веществ.
К тому же помните, что кофе активизирует обменные процессы лишь временно (примерно на 30 минут), а аппетит вызывает будь здоров (получаем лишние калории). И в итоге замедление метаболизма от избытка кофе более заметно, чем его разгон. Люди, которые испытывали этот эффект на себе — прямо говорят об этом.
Если и вы решитесь на этот шаг для того чтобы притормозить свой метаболизм — не злоупотребляйте кофе долгое время, иначе может развиться зависимость.
- Питайтесь не маленькими порциями и часто, а, наоборот, не реже трех раз в день, нормально насыщаясь.
- Пейте больше молока.
- Ограничьте себя в продуктах с большим содержанием белка, а также откажитесь от цитрусовых, специй, зеленого чая.
- Если вы не представляете свою жизнь без спорта, всего лишь уменьшите нагрузку.
На этом пожалуй закончим. Теперь вы сами сможете ответить на вопрос, если кто-нибудь вас спросит: «хорошо или плохо, когда у тебя быстрый метаболизм?». Так же вы научились рассчитывать уровень своего обмена веществ и понимать сам принцип всей этой «движухи».
Я надеюсь что данная статья принесла вам пользу. Поделитесь ею с вашими друзьями в социальных сетях и не забывайте подписываться на обновление моего блога, чтобы узнать еще больше интересного и полезного! Да, и опишите в комментариях как ощущения после овсянки с водой натощак... Пока-пока...
comments powered by HyperCommentsP .S. Подписывайтесь на обновление блога, чтобы ничего не упустить! Если вы хотите приобрести какие-либо спорттовары, спортивное питание или добавки - можете воспользоваться этой специальной страницей!
Общее представление о метаболизме органических веществ.
Что такое метаболизм? Понятие метаболизма. Методы исследования.
Метаболизм - значение слова.
Метаболизм углеводов и липоидов.
Метаболизм белков
МЕТАБОЛИЗМ - этообмен веществ, химические превращения, протекающие от момента поступления питательных веществ в живой организм до момента, когда конечные продукты этих превращений выделяются во внешнюю среду. К метаболизму относятся все реакции, в результате которых строятся структурные элементы клеток и тканей, и процессы, в которых из содержащихся в клетках веществ извлекается энергия. Иногда для удобства рассматривают по отдельности две стороны метаболизма – анаболизм и катаболизм, т.е. процессы созидания органических веществ и процессы их разрушения. Анаболические процессы обычно связаны с затратой энергии и приводят к образованию сложных молекул из более простых, катаболические же сопровождаются высвобождением энергии и заканчиваются образованием таких конечных продуктов (отходов) метаболизма, как мочевина, диоксид углерода, аммиак и вода.
Клеточный метаболизм.
Живая клетка – это высокоорганизованная система. В ней имеются различные структуры, а также ферменты, способные их разрушить. Содержатся в ней и крупные макромолекулы, которые могут распадаться на более мелкие компоненты в результате гидролиза (расщепления под действием воды). В клетке обычно много калия и очень мало натрия, хотя клетка существует в среде, где натрия много, а калия относительно мало, и клеточная мембрана легко проницаема для обоих ионов. Следовательно, клетка – это химическая система, весьма далекая от равновесия. Равновесие наступает только в процессе посмертного автолиза (само переваривания под действием собственных ферментов).
Потребность в энергии.
Чтобы удержать систему в состоянии, далеком от химического равновесия, требуется производить работу, а для этого необходима энергия. Получение этой энергии и выполнение этой работы – непременное условие для того, чтобы клетка оставалась в своем стационарном (нормальном) состоянии, далеком от равновесия. Одновременно в ней выполняется и иная работа, связанная со взаимодействием со средой, например: в мышечных клетках – сокращение; в нервных клетках – проведение нервного импульса; в клетках почек – образование мочи, значительно отличающейся по своему составу от плазмы крови; в специализированных клетках желудочно-кишечного тракта – синтез и выделение пищеварительных ферментов; в клетках эндокринных желез – секреция гормонов; в клетках светляков – свечение; в клетках некоторых рыб – генерирование электрических разрядов и т.д.
Источники энергии.
В любом из перечисленных выше примеров непосредственным источником энергии, которую клетка использует для производства работы, служит энергия, заключенная в структуре аденозинтрифосфата (АТФ). В силу особенностей своей структуры это соединение богато энергией, и разрыв связей между его фосфатными группами может происходить таким образом, что высвобождающаяся энергия используется для производства работы. Однако энергия не может стать доступной для клетки при простом гидролитическом разрыве фосфатных связей АТФ: в этом случае она расходуется впустую, выделяясь в виде тепла. Процесс должен состоять из двух последовательных этапов, в каждом из которых участвует промежуточный продукт, обозначенный здесь X–Ф (в приведенных уравнениях X и Y означают два разных органических вещества; Ф – фосфат; АДФ – аденозиндифосфат).
Термин «обмен веществ» вошел в повседневную жизнь с тех пор, как врачи стали связывать избыточный или недостаточный вес, чрезмерную нервозность или, наоборот, вялость больного с повышенным или пониженным обменом. Для суждения об интенсивности метаболизма ставят тест на «основной обмен». Основной обмен – это показатель способности организма вырабатывать энергию. Тест проводят натощак в состоянии покоя; измеряют поглощение кислорода (О2) и выделение диоксида углерода (СО2). Сопоставляя эти величины, определяют, насколько полно организм использует («сжигает») питательные вещества. На интенсивность метаболизма влияют гормоны щитовидной железы, поэтому врачи при диагностике заболеваний, связанных с нарушениями обмена, в последнее время все чаще измеряют уровень этих гормонов в крови.
Методы исследования метаболизма.
При изучении метаболизма какого-нибудь одного из питательных веществ прослеживают все его превращения от той формы, в какой оно поступает в организм, до конечных продуктов, выводимых из организма. В таких исследованиях применяется крайне разнообразный набор биохимических методов. Использование интактных животных или органов. Животному вводят изучаемое соединение, а затем в его моче и экскрементах определяют возможные продукты превращений (метаболиты) этого вещества. Более определенную информацию можно получить, исследуя метаболизм определенного органа, например печени или мозга. В этих случаях вещество вводят в соответствующий кровеносный сосуд, а метаболиты определяют в крови, оттекающей от данного органа. Поскольку такого рода процедуры сопряжены с большими трудностями, часто для исследования используют тонкие срезы органов. Их инкубируют при комнатной температуре или при температуре тела в растворах с добавкой того вещества, метаболизм которого изучают. Клетки в таких препаратах не повреждены, и так как срезы очень тонкие, вещество легко проникает в клетки и легко выходит из них. Иногда затруднения возникают из-за слишком медленного прохождения вещества сквозь клеточные мембраны. В этих случаях ткани измельчают, чтобы разрушить мембраны, и с изучаемым веществом инкубируют клеточную кашицу. Именно в таких опытах было показано, что все живые клетки окисляют глюкозу до СО2 и воды и что только ткань печени способна синтезировать мочевину.
Использование клеток.
Даже клетки представляют собой очень сложно организованные системы. В них имеется ядро, а в окружающей его цитоплазме находятся более мелкие тельца, т.н. органеллы, различных размеров и консистенции. С помощью соответствующей методики ткань можно «гомогенизировать», а затем подвергнуть дифференциальному центрифугированию (разделению) и получить препараты, содержащие только митохондрии, только микросомы или прозрачную жидкость – цитоплазму. Эти препараты можно по отдельности инкубировать с тем соединением, метаболизм которого изучается, и таким путем установить, какие именно субклеточные структуры участвуют в его последовательных превращениях. Известны случаи, когда начальная реакция протекает в цитоплазме, ее продукт подвергается превращению в микросомах, а продукт этого превращения вступает в новую реакцию уже в митохондриях. Инкубация изучаемого вещества с живыми клетками или с гомогенатом ткани обычно не выявляет отдельные этапы его метаболизма, и только последовательные эксперименты, в которых для инкубации используются те или иные субклеточные структуры, позволяют понять всю цепочку событий.
Использование радиоактивных изотопов.
Для изучения метаболизма какого-либо вещества необходимы: 1) соответствующие аналитические методы для определения этого вещества и его метаболитов; и 2) методы, позволяющие отличать добавленное вещество от того же вещества, уже присутствующего в данном биологическом препарате. Эти требования служили главным препятствием при изучении метаболизма до тех пор, пока не были открыты радиоактивные изотопы элементов и в первую очередь радиоактивный углерод 14C. С появлением соединений, «меченных» 14C, а также приборов для измерения слабой радиоактивности эти трудности были преодолены. Если к биологическому препарату, например к суспензии митохондрий, добавляют меченную 14C жирную кислоту, то никаких специальных анализов для определения продуктов ее превращений не требуется; чтобы оценить скорость ее использования, достаточно просто измерять радиоактивность последовательно получаемых митохондриальных фракций. Эта же методика позволяет легко отличать молекулы радиоактивной жирной кислоты, введенной экспериментатором, от молекул жирной кислоты, уже присутствовавших в митохондриях к началу эксперимента.
Хроматография и электрофорез.
В дополнение к вышеупомянутым требованиям необходимы и методы, позволяющие разделять смеси, состоящие из малых количеств органических веществ. Важнейший из них – хроматография, в основе которой лежит феномен адсорбции. Разделение компонентов смеси проводят при этом либо на бумаге, либо путем адсорбции на сорбенте, которым заполняют колонки (длинные стеклянные трубки), с последующей постепенной элюцией (вымыванием) каждого из компонентов.
Разделение методом электрофореза зависит от знака и числа зарядов ионизированных молекул. Электрофорез проводят на бумаге или на каком-нибудь инертном (неактивном) носителе, таком, как крахмал, целлюлоза или каучук. Высокочувствительный и эффективный метод разделения – газовая хроматография. Им пользуются в тех случаях, когда подлежащие разделению вещества находятся в газообразном состоянии или могут быть в него переведены.
Выделение ферментов.
Последнее место в описываемом ряду – животное, орган, тканевой срез, гомогенат и фракция клеточных органелл – занимает фермент, способный катализировать определенную химическую реакцию. Выделение ферментов в очищенном виде – важный раздел в изучении метаболизма.
Сочетание перечисленных методов позволило проследить главные метаболические пути у большей части организмов (в том числе у человека), установить, где именно эти различные процессы протекают, и выяснить последовательные этапы главных метаболических путей. К настоящему времени известны тысячи отдельных биохимических реакций, изучены участвующие в них ферменты.
Поскольку практически для любого проявления жизнедеятельности клеток необходим АТФ, неудивительно, что метаболическая активность живых клеток направлена в первую очередь на синтез АТФ. Этой цели служат различные сложные последовательности реакций, в которых используется потенциальная химическая энергия, заключенная в молекулах углеводов и жиров (липидов).
МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ И ЛИПОИДОВ
Синтез АТФ. Анаэробный метаболизм (без участия кислорода).
Главная роль углеводов и липидов в клеточном метаболизме состоит в том, что их расщепление на более простые соединения обеспечивает синтез АТФ. Несомненно, что те же процессы протекали и в первых, самых примитивных клетках. Однако в атмосфере, лишенной кислорода, полное окисление углеводов и жиров до CO2 было невозможно. У этих примитивных клеток имелись все же механизмы, с помощью которых перестройка структуры молекулы глюкозы обеспечивала синтез небольших количеств АТФ. Речь идет о процессах, которые у микроорганизмов называют брожением. Лучше всего изучено сбраживание глюкозы до этилового спирта и CO2 у дрожжей.
В ходе 11 последовательных реакций, необходимых для того, чтобы завершилось это превращение, образуется ряд промежуточных продуктов, представляющих собой эфиры фосфорной кислоты (фосфаты). Их фосфатная группа переносится на аденозиндифосфат (АДФ) с образованием АТФ. Чистый выход АТФ составляет 2 молекулы АТФ на каждую молекулу глюкозы, расщепленную в процессе брожения. Аналогичные процессы происходят во всех живых клетках; поскольку они поставляют необходимую для жизнедеятельности энергию, их иногда (не вполне корректно) называют анаэробным дыханием клеток.
У млекопитающих, в том числе у человека, такой процесс называется гликолизом и его конечным продуктом является молочная кислота, а не спирт и CO2. Вся последовательность реакций гликолиза, за исключением двух последних этапов, полностью идентична процессу, протекающему в дрожжевых клетках.
Аэробный метаболизм (с использованием кислорода).
С появлением в атмосфере кислорода, источником которого послужил, очевидно, фотосинтез растений, в ходе эволюции развился механизм, обеспечивающий полное окисление глюкозы до CO2 и воды, – аэробный процесс, в котором чистый выход АТФ составляет 38 молекул АТФ на каждую окисленную молекулу глюкозы. Этот процесс потребления клетками кислорода для образования богатых энергией соединений известен как клеточное дыхание (аэробное). В отличие от анаэробного процесса, осуществляемого ферментами цитоплазмы, окислительные процессы протекают в митохондриях. В митохондриях пировиноградная кислота – промежуточный продукт, образовавшийся в анаэробной фазе – окисляется до СО2 в шести последовательных реакциях, в каждой из которых пара электронов переносится на общий акцептор – кофермент никотинамидадениндинуклеотид (НАД). Эту последовательность реакций называют циклом трикарбоновых кислот, циклом лимонной кислоты или циклом Кребса. Из каждой молекулы глюкозы образуется 2 молекулы пировиноградной кислоты; 12 пар электронов отщепляется от молекулы глюкозы в ходе ее окисления.
Липиды как источник энергии.
Жирные кислоты могут использоваться в качестве источника энергии приблизительно так же, как и углеводы. Окисление жирных кислот протекает путем последовательного отщепления от молекулы жирной кислоты двууглеродного фрагмента с образованием ацетилкофермента A (ацетил-КоА) и одновременной передачей двух пар электронов в цепь переноса электронов. Образовавшийся ацетил-КоА – нормальный компонент цикла трикарбоновых кислот, и в дальнейшем его судьба не отличается от судьбы ацетил-КоА, поставляемого углеводным обменом. Таким образом, механизмы синтеза АТФ при окислении, как жирных кислот, так и метаболитов глюкозы практически одинаковы.
Если организм животного получает энергию почти целиком за счет одного только окисления жирных кислот, а это бывает, например, при голодании или при сахарном диабете, то скорость образования ацетил-КоА превышает скорость его окисления в цикле трикарбоновых кислот. В этом случае лишние молекулы ацетил-КоА реагируют друг с другом, в результате чего образуются в конечном счете ацетоуксусная и b-гидроксимасляная кислоты. Их накопление является причиной патологического состояния, т.н. кетоза (одного из видов ацидоза), который при тяжелом диабете может вызвать кому и смерть.
Запасание энергии.
Животные питаются нерегулярно, и их организму нужно как-то запасать заключенную в пище энергию, источником которой являются поглощенные животным углеводы и жиры. Жирные кислоты могут запасаться в виде нейтральных жиров либо в печени, либо в жировой ткани. Углеводы, поступая в большом количестве, в желудочно-кишечном тракте гидролизуются до глюкозы или иных сахаров, которые затем в печени превращаются в ту же глюкозу. Здесь из глюкозы синтезируется гигантский полимер гликоген путем присоединения друг к другу остатков глюкозы с отщеплением молекул воды (число остатков глюкозы в молекулах гликогена доходит до 30 000). Когда возникает потребность в энергии, гликоген вновь распадается до глюкозы в реакции, продуктом которой является глюкозофосфат. Этот глюкозофосфат направляется на путь гликолиза – процесса, составляющего часть пути окисления глюкозы. В печени глюкозофосфат может также подвергнуться гидролизу, и образующаяся глюкоза поступает в кровоток и доставляется кровью к клеткам в разных частях тела.
Синтез липидов из углеводов.
Если количество углеводов, поглощенных с пищей за один прием, больше того, какое может быть запасено в виде гликогена, то избыток углеводов превращается в жиры. Начальная последовательность реакций совпадает при этом с обычным окислительным путем, т.е. сначала из глюкозы образуется ацетил-КоА, но далее этот ацетил-КоА используется в цитоплазме клетки для синтеза длинноцепочечных жирных кислот. Процесс синтеза можно описать как обращение обычного процесса окисления жирных клеток. Затем жирные кислоты запасаются в виде нейтральных жиров (триглицеридов), отлагающихся в разных частях тела. Когда требуется энергия, нейтральные жиры подвергаются гидролизу и жирные кислоты поступают в кровь. Здесь они адсорбируются молекулами плазменных белков (альбуминов и глобулинов) и затем поглощаются клетками самых разных типов. Механизмов, способных осуществлять синтез глюкозы из жирных кислот, у животных нет, но у растений такие механизмы имеются.
Метаболизм липидов.
Липиды попадают в организм главным образом в форме триглицеридов жирных кислот. В кишечнике под действием ферментов поджелудочной железы они подвергаются гидролизу, продукты которого всасываются клетками стенки кишечника. Здесь из них вновь синтезируются нейтральные жиры, которые через лимфатическую систему поступают в кровь и либо транспортируются в печень, либо отлагаются в жировой ткани. Выше уже указывалось, что жирные кислоты могут также синтезироваться заново из углеводных предшественников. Следует отметить, что, хотя в клетках млекопитающих может происходить включение одной двойной связи в молекулы длинноцепочечных жирных кислот (между С–9 и С–10), включать вторую и третью двойную связь эти клетки неспособны. Поскольку жирные кислоты с двумя и тремя двойными связями играют важную роль в метаболизме млекопитающих, они в сущности являются витаминами. Поэтому линолевую (C18:2) и линоленовую (C18:3) кислоты называют незаменимыми жирными кислотами. В то же время в клетках млекопитающих в линоленовую кислоту может включаться четвертая двойная связь и путем удлинения углеродной цепи может образоваться арахидоновая кислота (C20:4), также необходимый участник метаболических процессов.
В процессе синтеза липидов остатки жирных кислот, связанные с коферментом А (ацил-КоА), переносятся на глицерофосфат – эфир фосфорной кислоты и глицерина. В результате образуется фосфатидная кислота – соединение, в котором одна гидроксильная группа глицерина этерифицирована фосфорной кислотой, а две группы – жирными кислотами. При образовании нейтральных жиров фосфорная кислота удаляется путем гидролиза, и ее место занимает третья жирная кислота в результате реакции с ацил-КоА. Кофермент А образуется из пантотеновой кислоты (одного из витаминов). В его молекуле имеется сульфгидрильная (– SH) группа, способная реагировать с кислотами с образованием тиоэфиров. При образовании фосфолипидов фосфатидная кислота реагирует непосредственно с активированным производным одного из азотистых оснований, таких, как холин, этаноламин или серин.
За исключением витамина D, все встречающиеся в организме животных стероиды (производные сложных спиртов) легко синтезируются самим организмом. Сюда относятся холестерин (холестерол), желчные кислоты, мужские и женские половые гормоны и гормоны надпочечников. В каждом случае исходным материалом для синтеза служит ацетил-КоА: из ацетильных групп путем многократно повторяющейся конденсации строится углеродный скелет синтезируемого соединения.
МЕТАБОЛИЗМ БЕЛКОВ
Синтез аминокислот. Растения и большинство микроорганизмов могут жить и расти в среде, в которой для их питания имеются только минеральные вещества, диоксид углерода и вода. Это значит, что все обнаруживаемые в них органические вещества эти организмы синтезируют сами. Встречающиеся во всех живых клетках белки построены из 21 вида аминокислот, соединенных в различной последовательности. Аминокислоты синтезируются живыми организмами. В каждом случае ряд химических реакций приводит к образованию a-кетокислоты. Одна такая a-кетокислота, а именно a-кетоглутаровая (обычный компонент цикла трикарбоновых кислот), участвует в связывании азота.
Азот глутаминовой кислоты может быть затем передан любой из других a-кетокислот с образованием соответствующей аминокислоты.
Организм человека и большинства других животных сохранил способность синтезировать все аминокислоты за исключением девяти т.н. незаменимых аминокислот. Поскольку кетокислоты, соответствующие этим девяти, не синтезируются, незаменимые аминокислоты должны поступать с пищей.
Синтез белков.
Аминокислоты нужны для биосинтеза белка. Процесс биосинтеза протекает обычно следующим образом. В цитоплазме клетки каждая аминокислота «активируется» в реакции с АТФ, а затем присоединяется к концевой группе молекулы рибонуклеиновой кислоты, специфичной именно для данной аминокислоты. Эта сложная молекула связывается с небольшим тельцем, т.н. рибосомой, в положении, определяемом более длинной молекулой рибонуклеиновой кислоты, прикрепленной к рибосоме. После того как все эти сложные молекулы соответствующим образом выстроились, связи между исходной аминокислотой и рибонуклеиновой кислотой разрываются и возникают связи между соседними аминокислотами – синтезируется специфичный белок. Процесс биосинтеза поставляет белки не только для роста организма или для секреции в среду. Все белки живых клеток со временем претерпевают распад до составляющих их аминокислот, и для поддержания жизни клетки должны синтезироваться вновь.
Синтез других азотсодержащих соединений.
В организме млекопитающих аминокислоты используются не только для биосинтеза белков, но и как исходный материал для синтеза многих азотсодержащих соединений. Аминокислота тирозин является предшественником гормонов адреналина и норадреналина. Простейшая аминокислота глицин служит исходным материалом для биосинтеза пуринов, входящих в состав нуклеиновых кислот, и порфиринов, входящих в состав цитохромов и гемоглобина. Аспарагиновая кислота – предшественник пиримидинов нуклеиновых кислот. Метильная группа метионина передается ряду других соединений в ходе биосинтеза креатина, холина и саркозина. При биосинтезе креатина от одного соединения к другому передается также и гуанидиновая группировка аргинина. Триптофан служит предшественником никотиновой кислоты, а из валина в растениях синтезируется такой витамин, как пантотеновая кислота. Все это лишь отдельные примеры использования аминокислот в процессах биосинтеза.
Азот, поглощаемый микроорганизмами и высшими растениями в виде иона аммония, расходуется почти целиком на образование аминокислот, из которых затем синтезируются многие азотсодержащие соединения живых клеток. Избыточных количеств азота ни растения, ни микроорганизмы не поглощают. В отличие от них, у животных количество поглощенного азота зависит от содержащихся в пище белков. Весь азот, поступивший в организм в виде аминокислот и не израсходованный в процессах биосинтеза, довольно быстро выводится из организма с мочой. Происходит это следующим образом. В печени неиспользованные аминокислоты передают свой азот a-кетоглутаровой кислоте с образованием глутаминовой кислоты, которая дезаминируется, высвобождая аммиак. Далее азот аммиака может либо на время запасаться путем синтеза глутамина, либо сразу же использоваться для синтеза мочевины, протекающего в печени.
У глутамина есть и другая роль. Он может подвергаться гидролизу в почках с высвобождением аммиака, который поступает в мочу в обмен на ионы натрия. Этот процесс крайне важен как средство поддержания кислотно-щелочного равновесия в организме животного. Почти весь аммиак, происходящий из аминокислот и, возможно, из других источников, превращается в печени в мочевину, так что свободного аммиака в крови обычно почти нет. Однако при некоторых условиях довольно значительные количества аммиака содержит моча. Этот аммиак образуется в почках из глутамина и переходит в мочу в обмен на ионы натрия, которые таким образом реадсорбируются и задерживаются в организме. Этот процесс усиливается при развитии ацидоза – состояния, при котором организм нуждается в дополнительных количествах катионов натрия для связывания избытка ионов бикарбоната в крови.
Избыточные количества пиримидинов тоже распадаются в печени через ряд реакций, в которых высвобождается аммиак. Что касается пуринов, то их избыток подвергается окислению с образованием мочевой кислоты, выделяющейся с мочой у человека и других приматов, но не у остальных млекопитающих. У птиц отсутствует механизм синтеза мочевины, и именно мочевая кислота, а не мочевина, является у них конечным продуктом обмена всех азотсодержащих соединений.
ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕТАБОЛИЗМЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Можно сформулировать некоторые общие понятия, или «правила», касающиеся метаболизма. Приведенные ниже несколько главных «правил» позволяют лучше понять, как протекает и регулируется метаболизм.
1. Метаболические пути необратимы. Распад никогда не идет по пути, который являлся бы простым обращением реакций синтеза. В нем участвуют другие ферменты и другие промежуточные продукты. Нередко противоположно направленные процессы протекают в разных отсеках клетки. Так, жирные кислоты синтезируются в цитоплазме при участии одного набора ферментов, а окисляются в митохондриях при участии совсем другого набора.
2. Ферментов в живых клетках достаточно для того, чтобы все известные метаболические реакции могли протекать гораздо быстрее, чем это обычно наблюдается в организме. Следовательно, в клетках существуют какие-то регуляторные механизмы. Открыты разные типы таких механизмов.
а) Фактором, ограничивающим скорость метаболических превращений данного вещества, может быть поступление этого вещества в клетку; именно на этот процесс в таком случае и направлена регуляция. Роль инсулина, например, связана с тем, что он, по-видимому, облегчает проникновение глюкозы во все клетки, глюкоза же подвергается превращениям с той скоростью, с какой она поступает. Сходным образом проникновение железа и кальция из кишечника в кровь зависит от процессов, скорость которых регулируется.
б) Вещества далеко не всегда могут свободно переходить из одного клеточного отсека в другой; есть данные, что внутриклеточный перенос регулируется некоторыми стероидными гормонами.
в) Выявлено два типа сервомеханизмов «отрицательной обратной связи».
У бактерий были обнаружены примеры того, что присутствие продукта какой-нибудь последовательности реакций, например аминокислоты, подавляет биосинтез одного из ферментов, необходимых для образования этой аминокислоты.
В каждом случае фермент, биосинтез которого оказывается затронутым, был ответствен за первый «определяющий» этап (на схеме реакция 4) метаболического пути, ведущего к синтезу данной аминокислоты.
Второй механизм хорошо изучен у млекопитающих. Это простое ингибирование конечным продуктом (в нашем случае – аминокислотой) фермента, ответственного за первый «определяющий» этап метаболического пути.
Еще один тип регулирования посредством обратной связи действует в тех случаях, когда окисление промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот сопряжено с образованием АТФ из АДФ и фосфата в процессе окислительного фосфорилирования. Если весь имеющийся в клетке запас фосфата и (или) АДФ уже исчерпан, то окисление приостанавливается и может возобновиться лишь после того, как этот запас вновь станет достаточным. Таким образом, окисление, смысл которого в том, чтобы поставлять полезную энергию в форме АТФ, происходит только тогда, когда возможен синтез АТФ.
3. В биосинтетических процессах участвует сравнительно небольшое число строительных блоков, каждый из которых используется для синтеза многих соединений. Среди них можно назвать ацетилкофермент А, глицерофосфат, глицин, карбамилфосфат, поставляющий карбамильную (H2N–CO–) группу, производные фолиевой кислоты, служащие источником гидроксиметильной и формильной групп, S-аденозилметионин – источник метильных групп, глутаминовую и аспарагиновую кислоты, поставляющие аминогруппы, и наконец, глутамин – источник амидных групп. Из этого относительно небольшого числа компонентов строятся все те разнообразные соединения, которые мы находим в живых организмах.
4. Простые органические соединения редко участвуют в метаболических реакциях непосредственно. Обычно они должны быть сначала «активированы» путем присоединения к одному из ряда соединений, универсально используемых в метаболизме. Глюкоза, например, может подвергнуться окислению лишь после того, как она будет этерифицирована фосфорной кислотой, для прочих же своих превращений она должна быть этерифицирована уридиндифосфатом. Жирные кислоты не могут быть вовлечены в метаболические превращения прежде, чем они образуют эфиры с коферментом А. Каждый из этих активаторов либо родствен одному из нуклеотидов, входящих в состав рибонуклеиновой кислоты, либо образуется из какого-нибудь витамина. Легко понять в связи с этим, почему витамины требуются в таких небольших количествах. Они расходуются на образование «коферментов», а каждая молекула кофермента на протяжении жизни организма используется многократно, в отличие от основных питательных веществ (например, глюкозы), каждая молекула которых используется только один раз.
В заключение следует сказать, что термин «метаболизм», означавший ранее нечто не более сложное, чем просто использование углеводов и жиров в организме, теперь применяется для обозначения тысяч ферментативных реакций, вся совокупность которых может быть представлена как огромная сеть метаболических путей, многократно пересекающихся (из-за наличия общих промежуточных продуктов) и управляемых очень тонкими регуляторными механизмами.