Mis on ainevahetus lihtsas keeles: määratlus ja kirjeldus

Paljud inimesed arvavad, et ainevahetus ja toidu seedimise kiirus on sünonüümid, kuid see on vale. Anname ainevahetuse õige määratluse ja mõistame, mis määrab selle kiiruse ja mis võib põhjustada probleeme ja ebaõnnestumisi.

Metabolism (nimetatakse ka ainevahetuseks) on keha eluliste protsesside aluseks. Metabolismi all mõistetakse kõiki rakkude sees esinevaid biokeemilisi protsesse. Keha hoolitseb pidevalt enda eest, kasutades (või deponeerides reservvarasse) saadud toitained, vitamiinid, mineraalid ja mikroelemendid, et tagada kõik keha funktsioonid.

Kontrollitud metabolismi puhul, sealhulgas endokrinoloogilised ja närvisüsteemid, on ülimalt tähtsad hormoonid ja ensüümid (ensüümid). Traditsiooniliselt on maksa metabolismi kõige olulisem organ.

Kõikide funktsioonide täitmiseks vajab keha energiat, mida ta toob toiduga saadud valkudest, rasvadest ja süsivesikutest. Seetõttu võib toidu assimileerimise protsessi pidada üheks vajalikuks ainevahetuse tingimuseks.

Metabolism toimub automaatselt. See võimaldab rakkudel, elunditel ja kudedel taastuda sõltumatult pärast teatud väliste tegurite või sisemiste rikete mõju.

Mis on ainevahetuse olemus?

Metabolism on kemikaalide muutus, transformatsioon, töötlemine ning energia. See protsess koosneb kahest peamisest omavahel ühendatud etapist:

  • Katabolism (kreeka sõnast "hävitamine"). Katabolism hõlmab kehasse sisenevate keeruliste orgaaniliste ainete lagunemist lihtsamatesse. See on eriline energia ainevahetus, mis tekib teatud keemilise või orgaanilise aine oksüdeerumise või lagunemise ajal. Selle tulemusena vabaneb keha energia (enamus sellest eraldub soojusena, ülejäänud kasutatakse hiljem anaboolsetes reaktsioonides ja ATP moodustumisel);
  • Anabolism (kreeka sõnast "tõuseb"). Selle etapi jooksul tekivad kehale olulised ained - aminohapped, suhkur ja valk. See plastvahetus nõuab suuri energiakulusid.

Lihtsamalt öeldes on katabolism ja anabolism ainevahetuses kaks võrdset protsessi, mis üksteist järjestikku ja tsükliliselt asendavad.

Mis mõjutab metaboolsete protsesside kiirust

Üks võimalikke aeglase metabolismi põhjuseid on geneetiline defekt. Eeldatakse, et energia põlemisprotsessi kiirus sõltub mitte ainult vanusest (arutame seda allpool) ja keha struktuurist, vaid ka konkreetse individuaalse geeni olemasolust.

2013. aastal viidi läbi uuring, mille käigus selgus, et aeglase ainevahetuse põhjuseks võib olla KSR2 mutatsioon, ainevahetuse eest vastutav geen. Kui sellel on defekt, siis ei ole selle kandjal või kandjal mitte ainult suurenenud söögiisu, vaid ka aeglasem (võrreldes tervete inimestega), basaal metabolism (Ed.: Basal metabolism tähendab minimaalset energiat, mida keha vajab hommikul normaalsele elule alatises asendis ja ärkamisolekus enne esimest sööki). Arvestades asjaolu, et see geneetiline defekt esineb vähem kui 1% täiskasvanutest ja vähem kui 2% ülekaalulistest lastest, võib seda hüpoteesi vaevalt nimetada ainsaks tõeliseks.

Palju suurema kindlustundega ütlevad teadlased, et ainevahetuse kiirus sõltub inimese soost.

Nii leidsid Hollandi teadlased, et meestel on tõepoolest aktiivsem ainevahetus kui naistel. Nad selgitavad seda nähtust asjaoluga, et meestel on tavaliselt suurem lihasmass, nende luud on raskemad ja keharasva protsent on väiksem, nii et puhkusel (räägime basaalsest ainevahetusest) tarbivad nad rohkem energiat.

Samuti aeglustub ainevahetus vanusega ja süüdi on hormoonid. Niisiis, mida vanem on naine, seda vähem on östrogeen tema kehas: see põhjustab rasvkoe väljanägemise (või suurenemise) kõhu piirkonnas. Meestel väheneb testosterooni tase, mis viib lihasmassi vähenemiseni. Lisaks - ja seekord räägime mõlema soo inimestest - aja jooksul keha hakkab tootma vähem ja vähem kasvuhormooni, somatotropiini, mis on mõeldud rasvade lagunemise stimuleerimiseks.

Vastake 5 küsimusele, et teada saada, kui kiiresti teie ainevahetus on!

Kas tunnete end sageli kuumana? Hea ainevahetusega inimesed kipuvad sagedamini soojema kui halva (aeglase) ainevahetusega inimesed, nad on palju vähem külmad. Kui teil ei ole olnud menopausieelset perioodi, võib sellele küsimusele positiivset vastust pidada üheks märgiks, et teie ainevahetus on korras.

Kui kiiresti sa paremad? Kui teil on kalduvus kiire kehakaalu tõusule, siis võime eeldada, et teie ainevahetus ei toimi päris õigesti. Õige ainevahetusega kulutatakse saadud energia peaaegu kohe ja seda ei ladustata depoopangasse rasva.

Kas tunnete end sageli rõõmsalt rõõmsaks ja pingevabaks? Aeglasema ainevahetusega inimesed tunnevad end sageli väsinuna ja ülekoormatud.

Kas sa seedid toidu kiiresti? Hea ainevahetusega inimesed saavad tavaliselt hea seedimise. Sageli on kõhukinnisus sageli signaal, et ainevahetuses on midagi valesti.

Kui tihti ja kui palju sa sööd? Kas tunnete end sageli näljane ja süüa palju? Hea söögiisu näitab tavaliselt, et toit imendub kiiresti organismis ja see on märk kiirest ainevahetusest. Kuid muidugi ei ole see põhjus, miks loobuda õige toitumisest ja aktiivsest elustiilist.

Pange tähele, et liiga kiire ainevahetus, mida paljud unistavad, on samuti probleemidega: see võib põhjustada unetust, närvilisust, kaalu puudumist ja isegi probleeme südame ja veresoonega.

Kuidas vahetada toiduga?

On palju toitu, mis võivad metabolismi soodsalt mõjutada, näiteks:

  • köögiviljad, mis sisaldavad rohkesti kiudaineid (peet, seller, kapsas, porgand);
  • tailiha (nahata kanafilee, vasikaliha);
  • roheline tee, tsitrusviljad, ingver;
  • fosforirikas kala (eriti soolane vesi);
  • eksootilised puuviljad (avokaadod, kookospähklid, banaanid);
  • rohelised (tillid, petersell, basiilik).

Kontrollige, kas teete söömiskäitumisega vigu, mis viivad ainevahetuse tarbetule aeglustumisele!

Vea number 1. Teie dieedil on liiga vähe tervislikku rasva.

Kas olete huvitatud valgusega märgistatud toodetest? Veenduge, et tarbite küllaldaselt samas lõhe või avokaado leitud küllastumata rasvhappeid. Samuti aitavad nad hoida insuliini taset normaalses vahemikus ja vältida metabolismi aeglustumist.

Vea number 2. Teie toitumises on palju mugavusi ja valmistoidu.

Lugege märgiseid hoolikalt, tõenäoliselt leiad, et suhkur on osa isegi nendest toodetest, kus see ei tohiks üldse olla. Tema vastutab veresuhkru hüppamise eest. Ärge organiseerige keha toidu rulluisutajat. Lõppude lõpuks peab keha selliseid tilka signaaliks, et on aeg koguda rohkem rasva.

Vea number 3. Sageli ignoreerite nälja ja söögi vahelejäämist

Oluline on mitte ainult see, mida süüa, vaid siis, kui te seda teete (peate sööma regulaarselt ja samal ajal). Igaüks, kes ootab, kuni kõht hakkab näljased spasmid keerduma (või ignoreerib kogu keha signaale), võib kahjustada metaboolset kiirust. Sel juhul ei ole oodata midagi head. Vähemalt on brutaalsed näljahädad õhtuti, mida ei saa vältida, "hea" kategooriasse lihtsalt ei kuulu.

Metaboolsete häirete põhjused ja tagajärjed

Metaboolsete protsesside ebaõnnestumise põhjuste hulgas võib nimetada neerupealiste, hüpofüüsi ja kilpnäärme patoloogilisi muutusi.

Lisaks on ebaõnnestumise eeltingimuseks toitumise mittetäitmine (kuivtoit, sage toitumine, valulik toitumine) ning halb pärilikkus.

On mitmeid väliseid märke, mille abil saate iseseisvalt õppida ära tundma katabolismi ja anabolismi probleeme:

  1. ebapiisav või liigne kehakaal;
  2. ülemise ja alumise jäseme somaatiline väsimus ja turse;
  3. nõrgestatud küüneplaadid ja rabed juuksed;
  4. nahalööve, akne, koorimine, nahapunetus või punetus.

Kui ainevahetus on suurepärane, on keha õhuke, juuksed ja küüned - tugevad, naha - ilma kosmeetiliste defektideta ja heaolu - hea.

Metabolism

Metabolism on ainete ja energia biokeemiliste muutuste protsesside kogum elusorganismides (sünonüüm - ainevahetus), mille eesmärk on säilitada elutähtsa tegevuse protsessid ja säilitada nende sisekeskkonna püsivus. [1]

Metaboolsete protsesside skeem

Metaboolsed protsessid

Metabolism hõlmab kahte oluliste protsesside rühma: katabolism (energia metabolism) ja anabolism (biosüntees või plastiline metabolism). [3]

  • Katabolism on toitainete jagamise protsesside kogum, mis esineb peamiselt oksüdatsioonireaktsioonide tõttu. Selle tulemusena vabaneb energia. Katabolismi peamised vormid mikroorganismides on fermentatsioon ja hingamine. Kääritamise ajal tekib komplekssete orgaaniliste ainete mittetäielik lagunemine väikese koguse energia vabanemisega ja energiasäästlike lõpptoodete kogunemisega. Hingamisel (aeroobne), oksüdeeritakse ühendid tavaliselt suure koguse energiaga. [3]
  • Anabolism ühendab molekulide sünteesi protsessid keskkonnas leiduvatest lihtsamatest ainetest. Anaboolsed reaktsioonid on seotud vaba energia tarbimisega, mis on toodetud hingamise, kääritamise protsessides. Plastiku ainevahetuse vool nõuab toitainete sisenemist kehasse, mille alusel uuendatakse rakkude struktuurseid komponente katabolismi, kasvu ja arengu käigus vabaneva energia osavõtul. [3]

Katabolism ja anaboolsus toimuvad paralleelselt, paljud nende reaktsioonid ja vaheproduktid on tavalised. Erinevate eksistentsi perioodide ajal ei ole plast- ja energia metabolismi intensiivsus siiski sama. Seega on paljunemishooajal putukate puhul varane arengufaas (muna, vasts), mis on sünteetilised protsessid lagunemise protsesside ees. Samal ajal võivad teatud keha degenereeruvad muutused (vananemine, haigused) põhjustada anaboolse katabolismi intensiivsuse ülekaalu, mis mõnikord ohustab elava eseme surma. [3] (foto)

Sulfoksiidi muundamine sulfooniks

Pestitsiidide metabolism

Pestitsiidide ainevahetus - pestitsiidide transformatsioon erinevate elusorganismide jäätmetest - bakterid, seened, kõrgemad taimed ja loomad. [4]

Mürgiste ainete biotransformatsiooni tulemusena tekivad enamasti vähem toksilised tooted (metaboliidid), mis on rohkem lahustuvad ja kehast kergesti eemaldatavad. Mõningatel juhtudel on metaboliitide toksilisus kõrgem kehas leiduvate ainete toksilisusest. Tööstuslike mürkide vahetamine on võimalik oksüdatsiooni, redutseerimise, hüdrolüütilise lõhustamise, metüülimise, atsüülimise jms reaktsioonide tõttu [1]

Pestitsiidide ainevahetuses on väävli aatomi oksüdatsioonireaktsioonid teatud ainete molekulides väga olulised, mis on tüüpiline näiteks karbamiid- ja fosforhappe derivaatide insektitsiidide suhtes. Väävli oksüdeerumine nendes ühendites toimub sõltumata ülejäänud molekuli struktuurist koos vastava sulfoksiidi esimese moodustumisega ja seejärel sulfooniga: (foto) Oksüdatsiooniproduktid ei erine mürgisusest algsest ainest, kuid nad on hüdrolüüsi suhtes palju vastupidavamad.

Tionofosfaatide oksüdatsioon

A - tionofosfaat, B - fosfaat, 1 - ja 2 - vabad radikaalid, 3 - happejääk

Taimedes esinevad metaboolsed reaktsioonid põhjustavad pikaajalist insektitsiidset toimet mitmetele fosforhappe estritele, millel on tioeeterradikaal. Tionofosfaatide oksüdeerumist erinevates organismides peetakse nende ainete metabolismi aktiveerivaks sammuks. [2] (foto)

Reaktsioonisaaduse toksilisus imetajatele ja putukatele suureneb kümneid ja sadu kordi võrreldes algse ainega. Kuid need toksilised metaboliidid hüdrolüüsuvad kergesti ja jäävad seetõttu bioloogilises keskkonnas lühikest aega. [2]

Metabolism. Ainevahetus või ainevahetus - kehas keemiliste reaktsioonide kogum, mis annab selle ainetele ja energiale

Ainevahetus või ainevahetus - organismis esinevad keemilised reaktsioonid, mis annavad talle elu jooksul vajalikke aineid ja energiat. Ainevahetuses on võimalik eristada kahte põhietappi: ettevalmistav - kui seedetrakti meetodil saadud aine läbib keemilised muundumised, mille tulemusena võib see siseneda veresse ja seejärel tungida rakkudesse ning ainevahetus ise, st. rakkudesse tunginud ühendite keemilised transformatsioonid.

Metaboolne rada on konkreetse aine keemilise transformatsiooni olemus ja järjestus organismis. Ainevahetuse käigus tekkinud vaheprodukte nimetatakse metaboliitideks ja viimane metaboolse rada on lõpptoode.

Keeruliste ainete lagunemise protsessi lihtsamateks nimetatakse katabolismiks. Seega lagunevad seedetrakti ensüümide toimel toidu kaudu tarnitavad valgud, rasvad, süsivesikud lihtsamateks koostisosadeks (aminohapped, rasvhapped ja monosahhariidid). See vabastab energiat. Pöördprotsessi, st komplekssete ühendite sünteesi lihtsamatest, nimetatakse anabolismiks. Tegemist on energia raiskamisega. Uued rakulised valgud, membraanide fosfolipiidid ja polüsahhariidid sünteesitakse rakkudest, mis on moodustunud rakkudes aminohapete, rasvhapete ja monosahhariidide lagundamise tulemusena.

Amphibolism on mõiste, kui üks ühend hävitatakse, kuid see sünteesib teise.

Metaboolne tsükkel on metaboolne rada, mille üks lõpptoodetest on identne ühe selles protsessis osaleva ühendiga.

Privaatne metaboolne rada on ühe konkreetse ühendi (süsivesikud või valgud) transformatsioonide kombinatsioon. Üldine metabolismi rada on kahe või enama ühendi liigi (süsivesikud, lipiidid ja osaliselt valkude osalemine energia metabolismis).

Ainevahetuse substraadid - toiduained. Nende hulgas on peamised toitained (valgud, süsivesikud, lipiidid) ja väikesed (vitamiinid, mineraalid).

Ainevahetuse intensiivsus sõltub rakkude vajadusest teatud ainete või energia puhul, reguleerimine toimub neljal viisil:

• Konkreetse metaboolse raja reaktsiooni üldkiirus määratakse iga selle tee ensüümi kontsentratsiooni, söötme pH väärtuse, iga vaheprodukti rakusisese kontsentratsiooni, kofaktorite ja koensüümide kontsentratsiooni alusel.

· Regulatiivsete (allosteeriliste) ensüümide aktiivsus, mis katalüüsivad tavaliselt metaboolsete radade algfaase. Enamikku neist pärsib selle tee lõpptoode ja seda tüüpi pärssimist nimetatakse tagasiside alusel.

· Geneetiline kontroll, mis määrab ensüümi sünteesi kiiruse. Silmatorkav näide on indutseeritavate ensüümide ilmumine rakus vastuseks vastava substraadi sisenemisele.

· Hormonaalne regulatsioon. Mitmed hormoonid on võimelised aktiveerima või inhibeerima mitmeid metaboolsete radade ensüüme.

Elusorganismid on termodünaamiliselt ebastabiilsed süsteemid. Nende moodustamiseks ja kasutamiseks on vajalik pidev energiavarustus mitmemõõtmeliseks kasutamiseks sobival kujul. Energia saamiseks on peaaegu kõik planeedi elusolendid kohanenud hüdrolüüsima ühe ATP pürofosfaadi sideme. Seoses sellega on elusorganismide bioenergeetika üks peamisi ülesandeid ADP ja AMP kasutatud ATP täiendamine.

Peamine energiaallikas rakus on substraatide oksüdeerimine atmosfääri hapnikuga. See protsess viiakse läbi kolmel viisil: hapniku lisamisega süsinikuaatomile, vesiniku eemaldamisega või elektroni kadumisega. Rakkudes toimub oksüdatsioon vesiniku ja elektronide järjestikusel ülekandmisel substraadist hapnikku. Hapnik mängib antud juhul redutseeriva ühendi (oksüdeerija) rolli. Oksüdatiivsed reaktsioonid jätkuvad energia eraldumisega. Bioloogiliste reaktsioonide puhul, mida iseloomustavad suhteliselt väikesed energia muutused. See saavutatakse oksüdatsiooniprotsessi purustamisega mitmetesse vaheetappidesse, mis võimaldab seda säilitada väikestes portsjonites makromaatiliste ühendite (ATP) kujul. Hapniku aatomi redutseerimine, kui see toimib koos paari prootonite ja elektronidega, viib veemolekuli moodustumiseni.

Lisamise kuupäev: 2015-05-30; vaatamisi: 911; KIRJUTAMISE TÖÖ

Metabolism: ainevahetuse ja energia arvutamine inimkehas

Metabolism - biokeemiliste protsesside kogum, mis annavad kehale eluks vajalikke toitaineid ja energiat. Keerulised ained lagundamisprotsessis jaotatakse elementideks, mis moodustavad keemilisi ühendeid elundite rakkude toitmiseks hapniku aktiivse toimega. Lagunemisproduktide eemaldamine kehast toimub eritussüsteemi abil.

Metabolism (ainevahetus) koosneb kahest tihedalt seotud metaboolsest protsessist inimkehas: katabolism ja anaboolsus, homeostaasi säilitamine - sisekeskkonna püsivus.

Katabolism - energia metabolism, mille kestel toimub kolm etappi:

  1. 1. Ettevalmistav - komplekssete orgaaniliste ühendite transformeerimine toiduainete koostisse lihtsamateks: valgud muutuvad aminohapeteks, rasvadeks - rasvhapeteks ja glütseriiniks, polüsahhariidid - monosahhariidideks, nukleiinhapped - nukleotiidideks. Need reaktsioonid tekivad seedetraktis ensüümide katalüütilise toime all. Vabanenud energia muundub soojuseks ja hajub. Veelgi enam, moodustunud orgaanilised ühendid oksüdeeruvad või osalevad organismile vajalike ainete sünteesil.
  2. 2. Hapnikuvaba (mittetäielik oksüdatsioon) - iseloomustab orgaaniliste ainete hapnikuta edasine jagamine. Peamine energiaallikas rakus on glükoos. Glükoosi anoksilise oksüdatsiooni protsessi nimetatakse glükolüüsiks.
  3. 3. Hingamine (täielik oksüdatsioon) - hapnikuga seotud oksüdatiivsed reaktsioonid, mis põhjustavad süsinikdioksiidi ja vee moodustumist.

Anabolism (assimilatsioon) on protsess, mis hõlmab katabolismist tulenevate lihtsate ühendite muundamist kompleksseteks orgaanilisteks aineteks.

Katabolismi ajal vabanev energia on vajalik assimilatsiooniks, tagades ensüümide moodustumise. Viimane on katalüsaatoriks katabolismi ajal tekkivate keemiliste reaktsioonide jaoks. Orgaaniliste ainete lagunemise käigus vabanenud energiat ei kasuta rakk kohe, vaid säilitatakse ATP ühendina (adenosiintrifosfaat). ATP rakuvaru täiendatakse hingamisprotsessis.

Ainevahetuse bioloogiat kontrollivad regulatiivsed mehhanismid: närvid ja hormonaalsed, mõjutavad ensüümide sünteesi otse või muutes rakumembraanide läbilaskvust ülespoole.

METABOLISM: Mis see on ja kuidas seda parandada

Metabolism on meie kehasse sisenevate toitainete keemiliste transformatsioonide protsess. Ainevahetust lihtsate sõnadega on see, kui keha lagundab toidu, mida oleme tarbinud väikesteks komponentideks, ja ehitab nendest välja meie keha uusi molekule.

Mõiste Metabolism ise moodustati kreeka sõnast "Metabole", mis tähendab "muutust" või "transformatsiooni". Liiga palju on see sõna iseenesest - ja hormonaalsed omadused ning keha omadused ja keha otsene sõltuvus tarbitavate kalorite arvust. Seega, et selgitada, käsitleme kõike korras.

Mis on ainevahetus ja kuidas seda parandada

Kõigepealt peaksid need, kes tegelevad „pädeva” kaalulangusega, mõtlema ainevahetusele. Rääkides, kuid mõistetavalt, on ainevahetus selline ahi, mille võimsus määrab meie kalorite põlemise kiiruse. Kõrge ainevahetustase teeb imet üldiselt - see vähendab vihkatud kalorite arvu sellisele olukorrale, et keha hakkab sööma oma varudest. Nii läheb rasv.

Mis on ainevahetus?

RMR (Resting Metabolic Rate) - kalorite arv, mis on piisav organismi elutähtsate funktsioonide toetamiseks. Iga indiviidi puhul on see näitaja individuaalne - see on puhtalt geneetiline reaalsus.

Järgmine oluline osa ainevahetusest on kehamassi ja lihaste mass. Siin on otsene sõltuvus ühest teisest - kõrgem lihasmass - kõrgem ainevahetus ja vastupidi. Miks see peaks? Jah, vaid pool kilogrammi lihast "hävitab" 35-50 kalorit päevas. Sama kogus rasva säästab ainult 5-10 kalorit.

Komponendi number 3 - teie kilpnääre. Seetõttu on väärtuslik nõustamine neile, kes on üle 30 aasta, mõistlik minna arsti juurde ja läbida kõik hormoonide testid + kilpnäärme ultraheli. Et see on ainevahetuse ja rasvapõletamise otsene sulandumine.

Anabolism ja katabolism

Kaks võrdselt tähtsat mõistet, mis on otseselt seotud tervisliku ainevahetusega.

Anabolism - keemiliste protsesside kogum, mis vastutavad teie keha kudede, rakkude, nende arengu ja aminohapete sünteesi eest.

Katabolism - toidu molekulide jagamine nende edasiseks muundumiseks keha energiaks.

See on energia, mis on saadud katabolismist, mis on organismi kogu elu jooksul vajalik.

Niisiis, kuidas sa tõesti kasutad oma sisseehitatud rasva põletit õiges suunas? Jah, kõik pole üldiselt raske.

Esialgne etapp - seista peegli ees, hindab ennast objektiivselt ja määrake oma keha ehitamise tüüp - just see on ainevahetus otseselt seotud ja tegelikult on esimene samm oma rasvapõletusseadme kontrollimise alustamiseks.

Me kõik oleme erinevad, kuid enamik teadlasi on kokku leppinud kolme liiki inimkehade struktuurides:

Ectomorph

Tal on väike keha;

Rindkere kuju on tasane;

Lihasmassi on üsna raske saada;

Väga kiire metabolism.

Kui olete “kõhn” ektomorf, siis on vaja tarbida palju kaloreid. Ja siin on väike vaieldamatu rõõm - see on vajalik, et ektomorf sööks enne magamaminekut, et katabolismi protsessid välja lülitada. Peaaegu kõik füüsilised pinged ektomorfides peaksid olema suunatud konkreetsetele lihasrühmadele. Oleks tore kasutada toidulisandeid.

Mesomorph

Ehitamine on sportlik, sportlik;

Kere kuju on ristkülikukujuline;

Mesomorfid on tavaliselt väga tugevad;

Ärge kogege lihaste ehitamise probleeme;

Võib esineda ülekaalulisi probleeme.

Ärge probleeme lihaste ehitamisega ega liigse rasva tekkimist. See ei ole hea - peate alati veenduma, et sa sööd ja millises koguses. See tähendab, et mesomorfide jaoks on hädavajalik korralikult valitud toitumine. Samuti ei saa ilma regulaarse südameta.

Endomorph

Joonise ümmargune kuju;

Ja lihaste ja rasva mass kasvab, nagu nad ütlevad, "paugu";

Kas teil on probleeme kehakaalu kaotamisega;

Endomorfide jaoks on kõige tähtsam valkude toitumine, mis on arvutatud kaloritest + regulaarne kardioõpe - jooksmine, jalgrattasõit ja kõndimine.

Järgmine etapp on käsitleda eespool nimetatud kiirest ja aeglasest ainevahetusest tulenevaid kontseptsioone.

Aeglane ainevahetus - väljendub kõrge söögiisu ja soovi tõttu liikuda ja aktiivse spordiga tegeleda. Esiteks on oluline muuta dieeti ja toitumisharjumusi üldiselt. Pärast seda on tulemuseks füüsilise aktiivsuse säilitamine lihtsam.

Kiire ainevahetus - vastupidi - väljendub soovis süüa vähem ja liikuda rohkem. Selliseid inimesi kurvastab sageli asjaolu, et lihasmassi on kõikidest jõupingutustest hoolimata raske saada. Kiire ainevahetusega inimesed vajavad nõuetekohast, kõrge kalorsusega toitumist ja välja töötatud väljaõppesüsteemi, mis muudab saadud energia õiges suunas.

Viimane etapp. Kehakaalu muutmine ja metaboolsete protsesside kasutamine kehas.

Mida metabolism sõltub?

1. Vanus, kaal, kõrgus, sugu, keha (loe keha tüüpidest, vt eespool);

2. Toitumine, liikumine (ja nende sobiv kombinatsioon keha struktuuri tüübist);

3. tervislik seisund (stabiilne hormonaalne taust, mida kontrollib arst-endokrinoloog);

4. Vaimne tervis (stressi ja muude psühhootiliste tegurite puudumine).

Rasvkoe ainevahetusprotsessid on lihaskoes ainevahetusega võrreldes uskumatult aeglased. Need, kellel on tõesti ülekaaluga probleeme, vajavad vähem energiat, kuid söövad siiski rohkem kui vaja. Seda ekstra “söödud” energiat ei tarbita, kuid see läheb kiiresti meie keha rasvavarudesse - ja kus muidu me seda võime panna? Loomulikult ei ole sellise ainevahetusega kehakaalu langetamine võimalik.

Ülemäärased rasvad, mis tungivad järk-järgult siseorganitesse, mõjutavad endokriinsüsteemi stabiilsust ja raputab meie hormone. Naistel põhjustab liigne keharasv viivitusi või püsivaid tsüklihäireid. On olemas metaboolse sündroomi tekkimise tõenäosus.

Mis on metaboolne sündroom?

See on seisund, kus nahaalune rasv põhjustab tõsiseid sisemiste ainevahetusprotsesside - lipiidide ja süsivesikute - rikkumisi. See on juhtum, kus inimene hakkab sõna otseses mõttes kõigest "paisuma". On südameprobleeme ja arteriaalseid hüpertensioone. Rõhk ja suhkru kogus veres tõuseb järsult.

Siiski tuleb märkida, et kõik need sümptomid ei ole seotud metaboolse sündroomiga, kui teie keha näitajad (talje suurus ja kaal) on normaalsed. Kuigi isegi sel juhul on vajalik arsti külastamine.

Kuidas kiirendada ainevahetust kehakaalu langetamiseks?

Lõpetage ennast petta!

Eemaldage rasvast ja lihtsatest süsivesikutest (šokolaad, leib, koogid, või jne) toitumisest

Piirata madala rasvasisaldusega valke (kanarind, piim, munavalge) ja kiudaineid (puuviljad, köögiviljad). Nii saate lõpuks parandada oma ainevahetust ja kiirendada ainevahetust.

Vähendada süsivesikuid - vastupidi, nad aeglustavad ainevahetust.

Mis on “ainevahetus” (ainevahetus) ja miks on oluline seda määratleda?

Mõiste "ainevahetus" (ainevahetus) kreeka keeles tähendab "muutust" või "transformatsiooni". Mis siis on ümber?

Metabolism on kõik organismis esinevad biokeemilised ja energiaprotsessid, mille käigus muundatakse sissetulev toit, vesi, õhk energiaks ja paljud eluks vajalikud ained. See funktsioon võimaldab meie kehal kasutada toitu ja muid ressursse oma struktuuri säilitamiseks, vigastuste parandamiseks, toksiinide vabanemiseks, paljunemiseks. Teisisõnu, ainevahetus on vajalik protsess, ilma milleta elavad organismid surevad.

Ainevahetusfunktsioonid:

  1. keha sisekeskkonna püsivuse säilitamine pidevalt muutuvas oleku tingimustes ja kohandumine väliste tingimuste muutustega.
  2. elu toetamine, arendamine ja iseseisvus.

Metabolism algab elu säilitamiseks vajalike toitainete imendumisest. Aga me imame kellegi valke, rasvu ja süsivesikuid! Ja sa pead ehitama oma. Mida peate tegema? Õige Jagage sissetulevad keerulised ained lihtsamateks komponentideks ning seejärel ehitatakse üksikud valgud, rasvad ja süsivesikud. See tähendab, et peate esmalt lahti võtma ja seejärel ehitama.

Seetõttu võib kogu ainevahetuse protsessi jagada kaheks tihedalt seotud komponendiks, ühe protsessi kaheks osaks - ainevahetuseks.

1. Katabolism on sellised protsessid kehas, mille eesmärk on nii toidu kui ka oma molekulide jagamine lihtsamateks aineteks, vabastades samal ajal energiat ja säilitades seda adenosiintrifosfaadi (ATP) kujul.
Katabolismi esimene etapp on lõhustamisprotsess, mille käigus jaotatakse valgud aminohapeteks, süsivesikuteks glükoosiks, lipiidid glütserooliks ja rasvhapped. Seejärel transformeeritakse rakkudes need molekulid veelgi väiksemateks, näiteks rasvhapeteks - atsetüül-CoA-sse, glükoosiks - püruvaadiks, aminohapeteks - oksaloatsetaati, fumaraati ja suktsinaati jne. Katabolismi peamised lõpptooted on vesi, süsinikdioksiid, ammoniaak, uurea.

Komplekssete ainete hävitamine on vajalik energia saamiseks ja uute kangaste ehitamiseks. Ilma katabolismita jääks keha ilma energiata, mis tähendab, et seda ei saa. Lõppude lõpuks on see energia tulevikus keskendunud vajalike ainete sünteesile, kudede loomisele ja keha uuendamisele, st anabolismile. Energia on vajalik ka lihaste kokkutõmbumiseks, närviimpulsside ülekandmiseks, kehatemperatuuri säilitamiseks jne.

2. Anabolism - need on organismis ainevahetusprotsessid, mis on suunatud selle organismi rakkude ja kudede moodustumisele. Paljud katabolismi tagajärjel saadud ained kasutavad keha hiljem teiste ainete sünteesimiseks (anabolism).
Anaboolsed protsessid esinevad alati ATP energia imendumisel. Anaboolse metabolismi käigus on suuremad molekulid struktureeritud väiksematest molekulidest, keerukamad struktuurid on moodustatud lihtsamatest struktuuridest.
Seega on katabolismi ja sellele järgneva anabolismi tagajärjel organismile sisenevate toitainete suhtes organismi iseloomulikud valgud, rasvad ja süsivesikud.

Tabel 1. Anabolismi ja katabolismi võrdlus.

Vaatamata anabolismi ja katabolismi vastandile, on nad lahutamatult seotud ja ei saa üksteisest ilma minna.
Anabolismi ja katabolismi protsesside kombinatsioon on ainevahetus või ainevahetus.
Nende kahe komponendi tasakaalu reguleerivad hormoonid ja muudab keha harmooniliseks. Ensüümid mängivad metaboolsetes protsessides katalüsaatorite rolli.

Kuidas mõõdetakse metabolismi taset? Mis on ainevahetuse kiirus?

Ainevahetuse taseme mõõtmisel ei loe keegi loomulikult vastloodud või hävitatud rakkude või kudede arvu.
Ainevahetuse taset mõõdetakse neeldunud ja vabanenud energia koguse järgi. Me räägime energiast, mis siseneb kehasse toiduga, ja sellest, mida inimene kulutab elu protsessis. Seda mõõdetakse kalorites.
Kalorid kehale - see on nagu auto bensiin. See on energiaallikas, mille kaudu südamelöögid, lihaslepingud, aju funktsioonid ja inimene hingab.

Kui nad ütlevad "suurenenud või vähenenud ainevahetus", siis tähendab see suurenenud või vähenenud vahetuskiirust (või intensiivsust).

Metaboolne kiirus on keha energiatarbimine kalorites teatud aja jooksul.

Kui palju kaloreid päevas terve inimene veedab?
Energia, mida inimene elutsüklis kulutab, sisaldab 3 komponenti:
1) Peamiseks ainevahetuseks tarbitud energia (see on ainevahetuse peamine näitaja) +
2) toidu assimileerimiseks kulutatud energia - toidu dünaamiline toime (SDDP) +
3) energia, mis kulub füüsilisele tegevusele.

Aga kui tegemist on individuaalse suurenenud või vähenenud ainevahetusega, siis on just põhiline ainevahetuse kiirus.

Baasvahetus - mis see on?

Põhiline ainevahetus on minimaalne energiakogus, mida organism vajab normaalse elutegevuse säilitamiseks täieliku puhkuse tingimustes 12 tundi pärast söömist ärkveloleku olekus ja välistades kõigi väliste ja sisemiste tegurite mõju.
Seda energiat kulutatakse kehatemperatuuri, vereringe, hingamise, eritumise, endokriinsüsteemi, närvisüsteemi toimimise ja raku ainevahetuse protsesside säilitamiseks.
Põhivahetus näitab, kui intensiivselt voolab keha ainevahetus ja energia.
Põhiline ainevahetus sõltub soost, kehakaalust, vanusest, siseorganite seisundist, väliste tegurite mõjust kehale (toitumise puudumine või liigne liikumine, liikumise intensiivsus, kliima jne).
Põhi-ainevahetus võib suureneda või väheneda väliste või sisemiste tegurite mõjul. Seega suurendab välistemperatuuri alandamine põhivahetust. Ümbritseva keskkonna temperatuuri tõus vähendab ainevahetuse kiirust.

Miks on oluline teada põhivahetust?

Alates sellest ajast peamine metabolism on keha ainevahetuse ja energia intensiivsuse näitaja, siis võib selle muutus osutada teatud haiguste esinemisele.
Selleks võrreldakse „põhivahetust” „tegeliku põhivahetusega”.

Õige basaal metabolism on keskmine, mis määrati kindlaks paljude tervete inimeste uuringu tulemuste põhjal. Seda peetakse normiks.
Nende tulemuste põhjal koostati spetsiaalsed tabelid, mis viitavad nõuetekohasele basaal metabolismile, võttes arvesse sugu, vanust ja kaalu.
Põhivahetust võetakse 100%. Seda mõõdetakse kcal 24 tunni jooksul.
Tervisliku täiskasvanu õige ainevahetus on 1 tunni jooksul umbes 1 kcal 1 kg kehakaalu kohta.

Tegelik põhivahetus on indiviidi individuaalne põhivahetus. Seda väljendatakse protsendina kõrvalekaldena maksmisest. Kui tegelikku põhivahetust suurendatakse - plussmärgiga, kui see langetatakse - miinusmärgiga.

Lubatud on kõrvalekalle õigest väärtusest +15 või -15%.
Kõrvalekaldeid + 15% -lt + 30% -ni peetakse kaheldavateks, mille puhul on vaja jälgida ja kontrollida.
Kõrvalekaldeid + 30% -lt + 50% -le peetakse mõõdukateks kõrvalekalleteks, + 50% -lt + 70% -le on rasked ja üle + 70% peetakse väga raskeks.
Põhi-metaboolse kiiruse vähenemist 30–40% võrra peetakse samuti seotuks haigusega, mis nõuab selle haiguse ravi.

Tegelik basaalse ainevahetuse kiirus määratakse kalorimeetria abil spetsiaalsetes laborites.

Metabolism

Metabolism (kreeka keelest Μεταβολή - "transformatsioon, muutus") või ainevahetus - elusorganismis elus püsimiseks tekkivate keemiliste reaktsioonide kogum. Need protsessid võimaldavad organismidel kasvada ja paljuneda, säilitada oma struktuure ja reageerida keskkonnamõjudele. Metabolism on tavaliselt jagatud kaheks etapiks: katabolismi ajal lagunevad komplekssed orgaanilised ained lihtsamateks; Anaboolsuse protsessis energia kuluga sünteesitakse sellised ained nagu valgud, suhkrud, lipiidid ja nukleiinhapped.

Ainevahetus toimub keha rakkude ja ekstratsellulaarse vedeliku vahel, mille koostise püsivust säilitab vereringe: kapillaaride läbimisel kapillaaride läbilaskvate seinte kaudu vereplasma on 40 korda täielikult uuendatud interstitsiaalse vedelikuga. Mitmeid keemilisi metaboolseid reaktsioone nimetatakse metaboolseteks teedeks, kus mõned bioloogiliselt olulised molekulid transformeeritakse järjestikku ensüümide osalusel. Ensüümid mängivad metaboolsetes protsessides olulist rolli, sest:

  • toimida bioloogiliste katalüsaatoritena ja vähendada keemilise reaktsiooni aktivatsiooni energiat;
  • võimaldab reguleerida metaboolseid teid vastavalt muutustele rakukeskkonnas või teiste rakkude signaalides.

Ainevahetuse tunnused mõjutavad seda, kas konkreetne molekul sobib kasutamiseks keha energiaallikana. Näiteks kasutavad mõned prokarüootid vesiniksulfiidi energiaallikana, kuid see gaas on loomadele mürgine. [1] Metaboolne kiirus mõjutab ka kehale vajaliku toidu kogust.

Peamised metaboolsed teed ja nende komponendid on paljude liikide puhul samad, mis näitab kõigi elusolendite päritolu ühtsust. [2] Näiteks mõnedes karboksüülhapetes, mis on trikarboksüülhappe tsükli vaheühendid, esinevad kõik organismid, alates bakteritest kuni mitmerakuliste eukarüootsete organismideni. [3] Ainevahetuse sarnasus on tõenäoliselt seotud metaboolsete radade suure efektiivsusega ning nende varajase ilmumisega evolutsiooni ajaloos. [4] [5]

Sisu

Bioloogilised molekulid

Orgaanilisi aineid, mis moodustavad kõik elusolendid (loomad, taimed, seened ja mikroorganismid), esindavad peamiselt aminohapped, süsivesikud, lipiidid (sageli nimetatakse rasvadeks) ja nukleiinhapped. Kuna need molekulid on eluks hädavajalikud, keskenduvad metaboolsed reaktsioonid nende molekulide loomisele rakkude ja kudede ehitamisel või nende hävitamisel, et neid kasutada energiaallikana. Paljud olulised biokeemilised reaktsioonid kombineeruvad DNA ja valkude sünteesimiseks.

Aminohapped ja proteiinid

Valgud on lineaarsed biopolümeerid ja need koosnevad peptiidsidemetega ühendatud aminohappejääkidest. Mõned valgud on ensüümid ja katalüüsivad keemilisi reaktsioone. Teised valgud täidavad struktuurset või mehaanilist funktsiooni (näiteks moodustavad nad tsütoskeleti). [6] Valkudel on oluline osa ka rakkude signaaliülekandes, immuunvastustes, rakkude agregatsioonis, aktiivse membraanide transpordis ja rakutsükli regulatsioonis. [7]

Lipiidid

Lipiidid on osa bioloogilistest membraanidest, näiteks plasmamembraanid, on koensüümide ja energiaallikate komponendid. [7] Lipiidid on hüdrofoobsed või amfifiilsed bioloogilised molekulid, mis lahustuvad orgaanilistes lahustites nagu benseen või kloroform. [8] Rasvad on suur hulk ühendeid, mis sisaldavad rasvhappeid ja glütseriini. Trihüdriilset glütseroolalkoholi molekuli, mis moodustab kolm estri sidet kolme rasvhappe molekuliga, nimetatakse triglütseriidiks. [9] Koos rasvhapete jääkidega võivad komplekssed lipiidid sisaldada näiteks sfingosiini (sfingolipiidid), hüdrofiilseid fosfaatrühmi (fosfolipiidides). Steroidid, nagu kolesterool, on veel üks suur lipiidide klass. [10]

Süsivesikud

Suhkrud võivad esineda tsüklis või lineaarses vormis aldehüüdide või ketoonide kujul, millel on mitu hüdroksüülrühma. Süsivesikud on kõige levinumad bioloogilised molekulid. Süsivesikud täidavad järgmisi funktsioone: energiasalvestus ja transport (tärklis, glükogeen), struktuurne (taimne tselluloos, kitiin loomadel). [7] Kõige tavalisemad suhkrute monomeerid on heksoosid - glükoos, fruktoos ja galaktoos. Monosahhariidid on osa keerulisematest lineaarsetest või hargnenud ahelaga polüsahhariididest. [11]

Nukleotiidid

Polümeersed DNA ja RNA molekulid on nukleotiidide pikkad hargnemata ahelad. Nukleiinhapped täidavad geneetilise informatsiooni säilitamise ja rakendamise funktsiooni, mis viiakse läbi replikatsiooni, transkriptsiooni, translatsiooni ja valgu biosünteesi käigus. [7] Nukleiinhapetes kodeeritud teave on kaitstud muutuste eest remondisüsteemidega ja seda kasutatakse DNA replikatsiooni abil.

Mõnedel viirustel on RNA-d sisaldav genoom. Näiteks kasutab inimese immuunpuudulikkuse viirus pöördtranskriptsiooni, et luua DNA-malli oma RNA-d sisaldavast genoomist. [12] Mõnedel RNA molekulidel on katalüütilised omadused (ribosüümid) ja need on osa spliceosoomidest ja ribosoomidest.

Nukleosiidid on tooted, mis sisaldavad suhkru riboosimiseks lämmastikku. Lämmastiku aluste näideteks on heterotsüklilised lämmastikku sisaldavad ühendid, puriinide ja pürimidiinide derivaadid. Mõned nukleotiidid toimivad ka funktsionaalrühma ülekande reaktsioonides koensüümidena. [13]

Coenzymes

Metabolism hõlmab paljusid keemilisi reaktsioone, millest enamik on seotud funktsionaalsete rühmade ülekandefunktsioonide mitme põhiliigiga. [14] Funktsionaalrühmade ülekandmiseks ensüümide vahel, mis katalüüsivad keemilisi reaktsioone, kasutatakse koensüüme. [13] Iga funktsionaalrühmade keemiliste ülekande reaktsioonide klassi katalüüsivad üksikud ensüümid ja nende kofaktorid. [15]

Adenosiintrifosfaat (ATP) on üks keskseid koensüüme, mis on universaalne rakuenergia allikas. Seda nukleotiidi kasutatakse makroergilistes sidemetes salvestatud keemilise energia ülekandmiseks erinevate keemiliste reaktsioonide vahel. Rakkudes on väike kogus ATP-d, mida regenereeritakse pidevalt ADP-st ja AMP-st. Inimkeha veedab päevale ATP mass, mis on võrdne oma keha massiga. [15] ATP toimib katabolismi ja anabolismi vahel: ATP vormid kataboolsetes reaktsioonides ja energia tarbitakse anaboolsetes reaktsioonides. ATP toimib fosforüülrühma doonorina fosforüülimisreaktsioonides.

Vitamiinid on madala molekulmassiga orgaanilised ained, mida vajatakse väikestes kogustes, ja näiteks inimestel ei sünteesita enamikku vitamiine, vaid saadakse toiduga või mikrofloora CT-ga. Inimestel on enamik vitamiine ensüümide kofaktorid. Enamik vitamiine omandavad bioloogilist aktiivsust modifitseeritud kujul, näiteks fosforüülitakse või kombineeritakse nukleotiididega kõik vees lahustuvad vitamiinid rakkudes. [16] Nikotiinamiidadeniini dinukleotiid (NADH) on B-vitamiini derivaat3 (niatsiin) ja on oluline koensüüm - vesiniku aktseptor. Sajad mitmesugused dehüdrogenaasi ensüümid võtavad substraadimolekulidest ära elektronid ja kannavad need NAD + molekulidesse, vähendades seda NADH-ks. Koensüümi oksüdeeritud vorm on rakus erinevate reduktaaside substraat. [17] NAD rakus eksisteerib kahes omavahel seotud vormis, NADH ja NADPH. NAD + / NADH on kataboolsete reaktsioonide puhul olulisem ja anaboolsetes reaktsioonides kasutatakse sagedamini NADP + / NADPH.

Mineraalid ja kofaktorid

Anorgaanilised elemendid mängivad ainevahetuses olulist rolli. Umbes 99% imetaja massist on süsinik, lämmastik, kaltsium, naatrium, magneesium, kloor, kaalium, vesinik, fosfor, hapnik ja väävel. [18] Bioloogiliselt olulised orgaanilised ühendid (valgud, rasvad, süsivesikud ja nukleiinhapped) sisaldavad suurtes kogustes süsinikku, vesinikku, hapnikku, lämmastikku ja fosforit. [18]

Paljud anorgaanilised ühendid on ioonsed elektrolüüdid. Keha jaoks on kõige olulisemad naatriumi, kaaliumi, kaltsiumi, magneesiumi, kloriidide, fosfaatide ja bikarbonaatide ioonid. Nende ioonide tasakaal rakuvälises keskkonnas määrab osmootse rõhu ja pH. [19] Ioonide kontsentratsioonil on oluline osa ka närvi- ja lihasrakkude toimimises. Aktiivsus potentsiaalsetes kudedes toimub ioonide vahetamisel ekstratsellulaarse vedeliku ja tsütoplasma vahel. [20] Elektrolüütid sisenevad ja väljuvad rakku plasmamembraani ioonikanalite kaudu. Näiteks lihaskontraktsiooni ajal transporditakse plasmamembraani tsütoplasma ja T-torusid, kaltsiumi-, naatriumi- ja kaaliumiioone. [21]

Siirdemetallid kehas on mikroelemendid, kõige levinumad on tsink ja raud. [22] [23] Neid metalle kasutavad mõned valgud (näiteks ensüümid kofaktoritena) ja on olulised ensüümide ja transpordivalkude aktiivsuse reguleerimiseks. [24] Ensüümide kofaktorid on tavaliselt kindlalt seotud konkreetse valguga, kuid neid saab katalüüsi käigus muuta, kuid pärast katalüüsi lõppemist pöörduvad nad alati tagasi oma algse olekusse (neid ei tarbita). Metallid ja mikroelemendid imenduvad organismi spetsiaalsete transpordiproteiinide abil ja neid ei leidu kehas vabas olekus, kuna need on seotud spetsiifiliste kandjavalkudega (näiteks ferritiin või metallotioneiinid). [25] [26]

Katabolism

Katabolism viitab ainevahetusprotsessidele, milles lagunevad suhteliselt suured suhkrute, rasvade ja aminohapete orgaanilised molekulid. Katabolismi käigus moodustuvad lihtsamad orgaanilised molekulid, mis on vajalikud anabolismi (biosünteesi) reaktsioonide jaoks. Sageli mobiliseerib keha reaktsiooni käigus katabolismi käigus energia, transleerides toidu kääritamise käigus saadud orgaaniliste molekulide keemiliste sidemete energiat olemasolevateks vormideks: ATP vormis, vähendatud koensüümide ja transmembraanse elektrokeemilise potentsiaali kujul. Termin "katabolism" ei ole "energia metabolismi" sünonüüm: paljudes organismides (näiteks fototroofides) ei ole energia salvestamise põhiprotsessid otseselt seotud orgaaniliste molekulide jagamisega. Organismide klassifitseerimine ainevahetuse teel võib põhineda energia ja süsiniku allikal, mis kajastub alljärgnevas tabelis. Orgaanilisi molekule kasutatakse energiaallikana organotroofide abil, litotroofid kasutavad anorgaanilisi substraate ja fototroofid tarbivad päikesevalguse energiat. Kuid kõik need erinevad metabolismi vormid sõltuvad redoksreaktsioonidest, mis on seotud elektronide ülekandmisega redutseeritud doonorimolekulidest, nagu orgaanilised molekulid, vesi, ammoniaak, vesiniksulfiid, aktseptormolekulidesse, nagu hapnik, nitraadid või sulfaat. [27] Loomadel on need reaktsioonid seotud keeruliste orgaaniliste molekulide jagamisega lihtsamateks, näiteks süsinikdioksiidiks ja veeks. Fotosünteesivates organismides ei vabasta taimed ja tsüanobakterid - elektronide ülekandumisreaktsioonid energiat, kuid neid kasutatakse päikesevalgusest neeldunud energia salvestamiseks. [28]

Katabolismi loomadel võib jagada kolme põhietapiks. Esiteks, suured orgaanilised molekulid, nagu valgud, polüsahhariidid ja lipiidid, jaotatakse väiksemateks komponentideks väljaspool rakke. Lisaks sisenevad need väikesed molekulid rakkudesse ja muutuvad veelgi väiksemateks molekulideks, näiteks atsetüül-CoA-ks. Koensüüm A atsetüülrühm omakorda oksüdeerub Krebsi tsükli ja hingamisteede ahelas veeks ja süsinikdioksiidiks, vabastades samal ajal ATP kujul salvestatud energia.

Seedimine

Makromolekulid, nagu tärklis, tselluloos või valgud, tuleb enne rakkude kasutamist väiksemateks ühikuteks jaotada. Lagunemisse on kaasatud mitmed ensüümide klassid: proteaasid, mis lõhustavad valke peptiidide ja aminohapetega, glükosidaasid, mis lõikavad polüsahhariide oligo- ja monosahhariidideks.

Mikroorganismid eritavad hüdrolüütilisi ensüüme ümbritsevasse ruumi [29] [30] kui erinevad loomadest, kes selliseid ensüüme eritavad ainult spetsiifilistest näärmelistest rakkudest. [31] Aminohapped ja monosahhariidid, mis tulenevad rakuväliste ensüümide aktiivsusest, sisenevad rakkudesse aktiivse transpordi kaudu. [32] [33]

Energia saamine

Süsivesikute katabolismi käigus lagunevad komplekssed suhkrud monosahhariidideks, mida rakud absorbeerivad. [34] Kui suhkrud (näiteks glükoos ja fruktoos) on sees, muudetakse need glükolüüsi ajal püruvaadiks, saades teatud koguse ATP. [35] Püruviinhape (püruvaat) on vaheprodukt mitmes ainevahetusrajas. Püruvaadi metabolismi peamine tee on muundamine atsetüül-CoA-ks ja seejärel trikarboksüülhapete sisenemine tsüklisse. Sel juhul säilitatakse Krebsi tsüklis ATP vormis osa energiast ning taastatakse ka NADH ja FAD molekulid. Glükolüüsi ja trikarboksüülhappe tsükli ajal moodustub süsinikdioksiid, mis on elutähtsa tegevuse kõrvalsaadus. Anaeroobsetes tingimustes tekitab püruvaadi glükolüüs ensüümi laktaadi dehüdrogenaasi osavõtul laktaati ja NADH oksüdeerub NAD + -ks, mida kasutatakse uuesti glükolüüsi reaktsioonides. Samuti on olemas alternatiivne viis monosahhariidide metaboliseerimiseks - pentoosfosfaadi rada, mille käigus hoitakse reaktsioone energiasisalduse vähendatud koensüümi NADPH vormis ja moodustuvad pentoosid, näiteks riboos, mis on vajalik nukleiinhapete sünteesiks.

Katabolismi esimeses etapis rasvad hüdrolüüsitakse vabadeks rasvhapeteks ja glütseriiniks. Beetoksüdatsiooni protsessis jagunevad rasvhapped atsetüül-CoA moodustumisega, mis omakorda katkestatakse Krebsi tsüklis või läheb uute rasvhapete sünteesiks. Rasvhapped vabastavad rohkem energiat kui süsivesikud, kuna rasvad sisaldavad struktuuris rohkem vesinikuaatomeid.

Aminohappeid kasutatakse kas valkude ja muude biomolekulide sünteesiks või oksüdeeritakse uureaks, süsinikdioksiidiks ja kasutatakse energiaallikana. [36] Aminohappe katabolismi oksüdatiivne rada algab aminorühma eemaldamisega transaminaasensüümidega. Amiini rühmi kasutatakse uurea tsüklis; aminohappeid, millel puuduvad aminorühmad, nimetatakse ketohapeteks. Mõned ketohapped on Krebsi tsükli vaheproduktid. Näiteks moodustub glutamaadi deaminatsiooni ajal alfa-ketoglutaarhape. [37] Glükogeenseid aminohappeid võib glükoneogeneesi reaktsioonides muuta ka glükoosiks. [38]

Energia muundamine

Oksüdatiivne fosforüülimine

Oksüdatiivses fosforüülimises kantakse metaboolsetes radades toidu molekulidest eemaldatud elektronid (näiteks Krebsi tsüklis) hapnikku ja vabanenud energiat kasutatakse ATP sünteesimiseks. Eukarüootides teostatakse seda protsessi mitmete mitokondrite membraanides fikseeritud valkude osalemise teel, mida nimetatakse elektronide ülekande respiratoorseks ahelaks. Prokarüootides on need valgud rakuseina sisemembraanis. [39] Elektronide ülekandeahela valgud kasutavad energiat, mis saadakse elektronide redutseerimisel redutseeritud molekulidest (näiteks NADH) hapnikku, et transportida prootoneid läbi membraani. [40]

Kui prootoneid pumbatakse, tekib vesiniku ioonide kontsentratsioonide erinevus ja tekib elektrokeemiline gradient. [41] See jõud tagastab prootonid tagasi mitokondritesse ATP süntaasi aluse kaudu. Prootoni voog põhjustab tsükli pööramise ensüümi c-subühikutest, mille tulemusena muudab süntaasi aktiivne keskus kuju ja fosforüülib adenosiindifosfaadi, muutes selle ATP-ks. [15]

Energia anorgaanilistest ühenditest

Kemolitotroofe nimetatakse prokarüootideks, millel on eriline ainevahetustüüp, milles anorgaaniliste ühendite oksüdeerumise tulemusena moodustub energia. Chemolithotrophs võivad oksüdeerida molekulaarseid vesinikke, [42] väävliühendeid (näiteks sulfide, vesiniksulfiidi ja tiosulfaati), [1] raud (II) oksiidi [43] või ammoniaaki. [44] Sellisel juhul moodustub nende ühendite oksüdatsioonist saadud energia elektron-aktseptorite, näiteks hapniku või nitritite abil. [45] Anorgaanilistest ainetest energia saamise protsessidel on oluline roll biogeokeemilistes tsüklites, nagu atsetogenees, nitrifikatsioon ja denitrifikatsioon. [46] [47]

Energia päikesevalgusest

Päikesevalguse energiat absorbeerivad taimed, tsüanobakterid, lilla bakterid, rohelise väävli bakterid ja mõned algloomad. Seda protsessi kombineeritakse sageli süsinikdioksiidi muundamisega orgaanilisteks ühenditeks fotosünteesiprotsessi osana (vt allpool). Mõnede prokarüootide energia kogumise ja süsiniku sidumise süsteemid võivad töötada eraldi (näiteks lilla ja rohelise väävli bakterites). [48] ​​[49]

Paljudes organismides on päikeseenergia imendumine põhimõtteliselt sarnane oksüdatiivse fosforüülimisega, kuna energia salvestatakse prootonikontsentratsiooni gradiendi kujul ja prootonite liikumapanev jõud viib ATP sünteesi. [15] Selle transpordiahela jaoks vajalikud elektronid pärinevad valgust koristavatest valkudest, mida nimetatakse fotosünteetiliste reaktsioonide keskusteks (näiteks rodopsiinide näide). Sõltuvalt fotosünteetiliste pigmentide liigist liigitatakse kahte tüüpi reaktsioonikeskusi; praegu on enamikul fotosünteetilistel bakteritel ainult üks tüüp, samas kui taimed ja tsüanobakterid on kaks. [50]

Taimedes, vetikates ja tsüanobakterites kasutab fotosüsteem II valgusenergiat elektronide eemaldamiseks veest, samal ajal kui reaktsiooni kõrvalsaadusena vabaneb molekulaarne hapnik. Seejärel sisenevad elektronid tsütokroomi b6f kompleksi, mis kasutab energiat prootonite ülekandmiseks kloroplastide tülakoidmembraani kaudu. [7] Elektrokeemilise gradiendi toimel liiguvad protoonid läbi membraani ja käivitavad ATP süntaasi. Seejärel läbivad elektronid fotosüsteemi I ja neid saab kasutada koensüümi NADP + oksüdeerimiseks, kasutamiseks Calvini tsüklis või ringlussevõtuks, et moodustada täiendavaid ATP molekule. [51]

Anabolism

Anabolism on komplekssete molekulide biosünteesi metaboolsete protsesside kogum koos energiakulutustega. Rakulisi struktuure moodustavad komplekssed molekulid sünteesitakse järjestikku lihtsamatest lähteainetest. Anabolism hõlmab kolme peamist etappi, millest igaühte katalüüsib spetsialiseeritud ensüüm. Esimeses etapis sünteesitakse prekursormolekulid, näiteks aminohapped, monosahhariidid, terpenoidid ja nukleotiidid. Teises etapis konverteeritakse eelkäijad ATP energia kulutustega aktiveeritud vormideks. Kolmandas etapis ühendatakse aktiveeritud monomeerid keerulisemateks molekulideks, näiteks valkudeks, polüsahhariidideks, lipiidideks ja nukleiinhapeteks.

Kõik elusorganismid ei saa sünteesida kõiki bioloogiliselt aktiivseid molekule. Autotroofid (näiteks taimed) võivad sünteesida keerulisi orgaanilisi molekule sellistest lihtsatest anorgaanilistest madalmolekulaarsetest ainetest nagu süsinikdioksiid ja vesi. Heterotroofid vajavad keerulisemate molekulide loomiseks keerukamate ainete, nagu monosahhariidide ja aminohapete allikat. Organismid klassifitseeritakse vastavalt nende peamistele energiaallikatele: fotoautotroofid ja fotoheterotroofid tuletavad päikesevalgusest energiat, samas kui kemoautotroofid ja hemoheterotroofid saadavad energiat anorgaanilistest oksüdatsioonireaktsioonidest.

Süsiniku sidumine

Fotosünteesiks on süsinikdioksiidist pärit suhkrute biosünteesi protsess, milles päikesevalgusest imendub vajalik energia. Taimedes, tsüanobakterites ja vetikates toimub hapniku fotosünteesi ajal vee fotolüüs, samas kui kõrvalsaadusena eraldub hapnik. CO teisendamiseks2 Fotosüsteemides salvestatud ATP-d ja NADPH-d kasutatakse 3-fosfoglütseraadis. Süsinikku siduv reaktsioon viiakse läbi kasutades ensüümi ribuloos-bisfosfaadi karboksülaasi ja see on osa Calvini tsüklist. [52] Taimedes klassifitseeritakse kolme tüüpi fotosünteesi - kolme süsiniku molekulide teekonda mööda nelja süsiniku molekulide (C4) teed ja CAM-i fotosünteesi. Süsihappegaasi sidumise ja Calvini tsüklisse sisenemise viiside vahel on kolm tüüpi fotosünteesi; C3 taimedes CO sidumine2 toimub otse Calvini tsüklis ning C4 ja CAM CO2 eelnevalt teiste ühendite hulka. Fotosünteesi erinevad vormid on kohanemine intensiivse päikesevalguse ja kuivade tingimustega. [53]

Fotosünteesivates prokarüootides on süsinikku siduvad mehhanismid mitmekesisemad. Süsinikdioksiidi saab kinnitada Calvini tsüklis vastupidises Krebsi tsüklis [54] või atsetüül-CoA karboksüülimisreaktsioonides. [55] [56] Prokarüootid - kemoautotroofid seovad ka CO-i2 läbi Calvini tsükli, kuid reaktsiooniks anorgaaniliste ühendite energia saamiseks. [57]

Süsivesikud ja glükaanid

Suhkru anabolismi käigus saab lihtsaid orgaanilisi happeid muundada monosahhariidideks, näiteks glükoosiks, ja seejärel kasutada polüsahhariidide, näiteks tärklise, sünteesimiseks. Glükoosi moodustumist sellistest ühenditest nagu püruvaat, laktaat, glütseriin, 3-fosfoglütseraat ja aminohapped nimetatakse glükoneogeneesiks. Glükoneogeneesi protsessis muundatakse püruvaat glükoos-6-fosfaadiks läbi mitmeid vaheühendeid, millest paljud moodustuvad ka glükolüüsi käigus. [35] Kuid glükoneogenees ei ole ainult glükolüüs vastupidises suunas, kuna mitmed keemilised reaktsioonid katalüüsivad erilisi ensüüme, mis võimaldab glükoosi moodustumise ja lagunemise protsesse iseseisvalt reguleerida. [58] [59]

Paljud organismid hoiavad toitaineid lipiidide ja rasvade kujul, kuid selgroogsetel ei ole ensüüme, mis katalüüsivad atsetüül-CoA (rasvhappe ainevahetuse produkt) muundumist püruvaadiks (glükoogeneesi substraat). [60] Pärast pikka kiiret alustamist hakkavad selgroogsed ketoonkehasid sünteesima rasvhapetest, mis võivad asendada glükoosi sellistes kudedes nagu aju. [61] Taimedes ja bakterites lahendatakse see metaboolne probleem glütsülaattsükli abil, mis möödub sidrunhappe tsükli dekarboksüülimisetapist ja võimaldab atsetüül-CoA-d muundada oksaloatsetaadiks ja seejärel kasutada glükoosi sünteesiks. [60] [62]

Polüsahhariidid täidavad struktuurseid ja metaboolseid funktsioone ning võivad olla seotud ka lipiididega (glükolipiididega) ja valkudega (glükoproteiinidega) oligosahhariidi transferaasi ensüümide abil. [63] [64]

Rasvhapped, isoprenoidid ja steroidid

Rasvhapped moodustuvad atsetüül-CoA-st saadud rasvhapete süntaasidest. Rasvhapete süsinikukarkass laiendatakse reaktsioonide tsüklis, milles atsetüülrühm liitub esmalt, seejärel redutseeritakse karbonüülrühm hüdroksüülrühmaks, seejärel toimub dehüdratsioon ja järgnev redutseerimine. Rasvhapete biosünteesi ensüümid liigitatakse kahte rühma: loomadel ja seentel teostavad kõik rasvhapete sünteesireaktsioonid ühe I tüüpi [65] multifunktsionaalse valgu taimede plastiidides ja bakterites, iga etappi katalüüsivad eraldi II tüüpi ensüümid. [66] [67]

Terpeenid ja terpenoidid esindavad kõige rohkem taimsete looduslike toodete klassi. [68] Selle ainerühma esindajad pärinevad isopreenist ja moodustuvad isopentüülpürofosfaadi ja dimetüülmetüülpürofosfaadi aktiveeritud prekursoritest, mis omakorda moodustuvad erinevates metaboolsetes reaktsioonides. [69] Loomadel ja araapides sünteesitakse isopentüülpürofosfaat ja dimetüülallüülpürofosfaat atsetüül-CoA-st mevalonaadi rajal [70] taimedes ja bakterites, mitte-memalonaadi raja substraadid on püruvaat ja glütseraldehüüd-3-fosfaat. [69] [71] Steroidide biosünteesi reaktsioonides moodustavad isopreeni molekulid skvaleeni, mis moodustavad seejärel tsüklilised struktuurid lanosterooli moodustamiseks. [72] Lanosterooli võib muuta teisteks steroidideks, nagu kolesterool ja ergosterool. [72] [73]

Oravad

Organismid erinevad oma võime poolest sünteesida 20 tavalist aminohapet. Enamik baktereid ja taimi võivad sünteesida kõik 20, kuid imetajad saavad sünteesida ainult 11 ebaolulist aminohapet. [7] Niisiis tuleb imetajate puhul toidust saada 9 essentsiaalset aminohapet. Kõik aminohapped sünteesitakse glükolüüsi vaheühenditest, sidrunhappe tsüklist või pentoosmonofosfaadi rajast. Aminorühmade ülekandmist aminohapetest alfa-ketohapetesse nimetatakse transamiiniks. Doonori aminorühmad on glutamaat ja glutamiin. [74]

Peptiidsidemetega seotud aminohapped moodustavad valke. Igal valgul on unikaalne aminohappejääkide järjestus (valgu primaarne struktuur). Nii nagu tähestiku tähed võivad olla kombineeritud sõnade peaaegu lõpututeks variatsioonideks, võivad aminohapped siduda ühes või teises järjestuses ja moodustada erinevaid valke. Ensüüm aminoatsüül-tRNA süntetaas katalüüsib aminohapete ATP-sõltuvat seondumist tRNA-ga estersidemetega, moodustades aminoatsüül-tRNA. [75] Aminoatsüül-tRNA on ribosoomide substraadid, mis ühendavad aminohapped pika polüpeptiidahelaga, kasutades mRNA matriitsi. [76]

Nukleotiidid

Nukleotiidid moodustuvad aminohapetest, süsinikdioksiidist ja sipelghappest reaktsioonide ahelas, mis vajab voolamiseks suurt energiat. [77] [78] Seetõttu on enamikul organismidel tõhusad süsteemid eelnevalt sünteesitud nukleotiidide ja lämmastiku aluste säilitamiseks. [77] [79] Puriinid sünteesitakse nukleosiididena (peamiselt seotud riboosiga). Adeniin ja guaniin moodustuvad inosiinmonofosfaadist, mis sünteesitakse glütsiinist, glutamiinist ja aspartaadist metüleen-tetrahüdrofolaadi osalusel. Pürimidiinid sünteesitakse orotaadist, mis on moodustatud glutamiinist ja aspartaadist. [80]

Ksenobiootikumid ja oksüdatiivne metabolism

Kõik organismid puutuvad pidevalt kokku ühenditega, mille akumulatsioon võib olla rakkudele kahjulik. Selliseid potentsiaalselt ohtlikke võõrühendeid nimetatakse ksenobiootikuteks. [81] Ksenobiootikumid, nagu sünteetilised ravimid ja loodusliku päritoluga mürgid, detoksifitseeritakse spetsialiseeritud ensüümide poolt. Inimestel on selliseid ensüüme esindatud näiteks tsütokroom-oksüdaaside, [82] glükuronüültransferaasi, [83] ja glutatioon-S-transferaasi poolt. [84] See ensüümsüsteem toimib kolmes etapis: esimeses etapis oksüdeeritakse ksenobiootikumid, seejärel toimub vees lahustuvate rühmade konjugeerimine molekulideks, seejärel saab modifitseeritud vees lahustuvaid ksenobiootikume rakkudest eemaldada ja metaboliseerida enne eritumist. Kirjeldatud reaktsioonid mängivad olulist rolli saasteainete mikrobioloogilises lagunemisel ja saastunud maade ja naftareostuse bioremediatsioonil. [85] Paljud sellised reaktsioonid esinevad mitmerakuliste organismide osalusel, kuid uskumatu mitmekesisuse tõttu on mikroorganismid palju ksenobiootikumidega palju mitmekülgsemad kui multitsellulaarsed organismid ning võivad isegi hävitada püsivad orgaanilised saasteained, nagu kloororgaanilised ühendid. [86]

Aerobiliste organismide puhul on probleemiks oksüdatiivne stress. [87] Oksüdatiivse fosforüülimise ja disulfiidsidemete moodustumise protsessi käigus moodustub valgu moodustamisel aktiivsed hapniku vormid, näiteks vesinikperoksiid. [88] Need kahjulikud oksüdeerijad eemaldatakse antioksüdantidega, nagu glutatiooni ja katalaasi ja peroksidaasi ensüümidega. [89] [90]

Elusorganismide termodünaamika

Elusorganismid järgivad termodünaamika põhimõtteid, mis kirjeldavad soojuse ja töö ümberkujundamist. Termodünaamika teine ​​seadus ütleb, et entropia ei vähene üheski isoleeritud süsteemis. Kuigi elusorganismide uskumatu keerukus on ilmselgelt selle seadusega vastuolus, on elu võimalik, sest kõik organismid on avatud süsteemid, mis vahetavad ainet ja energiat keskkonnaga. Seega ei ole elusüsteemid termodünaamilises tasakaalus, vaid toimivad pigem hajutussüsteemina, mis säilitab oma keerulise organisatsiooni seisundi, põhjustades entroopia suuremat suurenemist keskkonna poolt. [91] Rakkude ainevahetuses saavutatakse see spontaanse katabolismi kombineerimisel mitte-spontaanse anabolismiga. Termodünaamilistes tingimustes säilitab ainevahetus järjekorra häire loomisel. [92]

Reguleerimine ja kontroll

Homeostaas on keha sisekeskkonna püsivus. Kuna enamik organisme ümbritsev keskkond muutub pidevalt, et säilitada rakkude sees püsivad tingimused, tuleb metaboolseid reaktsioone täpselt reguleerida. [93] [94] Ainevahetuse reguleerimine võimaldab organismidel reageerida signaalidele ja aktiivselt keskkonnaga suhelda. [95] Ensüümi puhul seisneb regulatsioon selle aktiivsuse suurendamises ja vähendamises vastusena signaalidele. Teisest küljest on ensüümil metaboolse tee üle mõningane kontroll, mis on määratletud kui ensüümi aktiivsuse muutumise mõju antud ainevahetusrajale. [96]

Ainevahetuse reguleerimine on mitmeid. Metaboolsel teel toimub isereguleerimine substraadi või toote tasemel; näiteks võib toote koguse vähenemine kompenseerida reaktsiooni substraadi suurenenud voolu sellel teel. [97] Seda tüüpi regulatsioon hõlmab sageli teatud ensüümide aktiivsuse allosteerilist reguleerimist metaboolsetes radades. [98] Väliskontroll hõlmab rakku mitmerakulise organismi poolt, mis muudab selle ainevahetust vastuseks teiste rakkude signaalidele. Need signaalid, tavaliselt lahustuvate sõnumitoojate, näiteks hormoonide ja kasvufaktorite kujul, määravad rakupinna spetsiifilised retseptorid. [99] Need signaalid edastatakse seejärel rakkudesse teise saatja süsteemi abil, mis on sageli seotud valgu fosforüülimisega. [100]

Hästi uuritud näide väliskontrollist on glükoosi metabolismi reguleerimine insuliiniga. [101] Insuliin tekib vastusena glükoositaseme tõusule veres. Hormoon seondub rakupinna insuliiniretseptoriga, seejärel aktiveeritakse valgu kinaaside kaskaad, mis tagab glükoosimolekulide imendumise rakkude poolt ja muundab need rasvhapete molekulideks ja glükogeeniks. [102] Glükogeeni metabolismi kontrollib fosforülaasi (glükogeeni lagundava ensüümi) ja glükogeeni süntaasi (seda moodustav ensüüm) aktiivsus. Need ensüümid on omavahel ühendatud; fosforüülimist inhibeerib glükogeeni süntaas, kuid see aktiveerub fosforülaasi poolt. Insuliin põhjustab glükogeeni sünteesi valgu fosfataaside aktiveerimise teel ja vähendab nende ensüümide fosforüülimist. [103]

Evolutsioon

Peamised ülalkirjeldatud metaboolsed teed, näiteks glükolüüs ja Krebsi tsükkel, esinevad kõigis kolmes elusolendite domäänis ja neid leidub viimases universaalses ühises esivanemas. [3] [104] See universaalne esivanem oli prokarüoot ja tõenäoliselt metanogeen koos aminohappe, nukleotiidi, süsivesikute ja lipiidide ainevahetusega. [105] [106] Nende iidsete metaboolsete radade säilitamine evolutsioonis võib olla tingitud asjaolust, et need reaktsioonid on optimaalsed ainevahetusega seotud konkreetsete probleemide lahendamiseks. Seega moodustuvad glükolüüsi ja Krebsi tsükli lõpptooted kõrge efektiivsusega ja minimaalse arvu etappidega. [4] [5] Esimesed ensüümidel põhinevad metaboolsed teed võivad olla osa puriinnukleotiidi ainevahetusest varasematest metaboolsetest radadest, mis olid osa iidse RNA maailmast. [107]

Paljud mudelid on välja pakutud, et kirjeldada mehhanisme, mille abil uued metaboolsed radad arenevad. Nende hulka kuuluvad uute ensüümide järjestikune lisamine lühikesele esivanemate rajale, dubleerimine ja seejärel kõigi radade lahknevus, samuti juba olemasolevate ensüümide komplekt ja nende kokkupanemine uude reaktsioonirada. [108] Nende mehhanismide suhteline tähtsus on ebaselge, kuid genoomilised uuringud on näidanud, et metaboolse rada ensüümidel on tõenäoliselt ühine päritolu, mis viitab sellele, et paljud teed on arenenud samm-sammult uute funktsioonidega, mis on loodud juba olemasolevatest teekonna etapidest. [109] Alternatiivne mudel, mis põhineb uuringutel, mis jälgivad metaboolsete sidemete valkude struktuuri arengut; viitavad sellele, et ensüümid koguti sarnaste funktsioonide teostamiseks erinevates ainevahetusradades [110] Need koostamisprotsessid viisid ensümaatilise mosaiigi kujunemisele. [111] Mõned ainevahetuse osad eksisteerisid võimaluse korral "moodulitena", mida võib sarnaste funktsioonide teostamiseks korduvalt kasutada. [112]

Evolutsioon võib viia ka metaboolsete funktsioonide kadumiseni. Näiteks mõnedes parasiitides on metaboolsed protsessid, mis ei ole ellujäämise seisukohalt olulised, kadunud ja saadud peremeesorganismist saadakse valmis aminohapped, nukleotiidid ja süsivesikud. [113] Endosümbiotilistes organismides on täheldatud ainevahetusvõime sarnaseid lihtsustusi. [114]

Uurimismeetodid

Klassikaliselt uuritakse ainevahetust lihtsustatud lähenemisviisi abil, mis keskendub ühele ainevahetusreisile. Eriti väärtuslik on märgistatud aatomite kasutamine organismi, koe ja raku tasemel, mis määravad radioaktiivselt märgistatud vaheproduktide identifitseerimise teel lähteainetest lõpptoodeteni. [115] Neid keemilisi reaktsioone katalüüsivaid ensüüme saab seejärel eraldada, et uurida nende kineetikat ja reaktsiooni inhibiitoritele. Paralleelne lähenemisviis on väikeste molekulide identifitseerimine rakkudes või kudedes; nende molekulide komplekti nimetatakse aineks. Üldiselt annavad need uuringud hea ülevaate lihtsate metaboolsete radade struktuurist ja funktsioonidest, kuid ei sobi nende rakendamiseks keerukamate süsteemide, näiteks raku täieliku metabolismi korral. [116]

Idee metaboolsete võrkude keerukusest rakkudes, mis sisaldavad tuhandeid erinevaid ensüüme, peegeldub parempoolses pildis, näidates koostoimeid ainult 43 valgu ja 40 metaboliidi vahel, mida reguleerib 45 000 geeni. [117] Siiski on nüüd võimalik kasutada selliseid genoomiandmeid, et luua täielik biokeemiliste reaktsioonide võrgustik ja moodustada terviklikumad matemaatilised mudelid, mis suudavad selgitada ja ennustada nende käitumist. [118] Need mudelid on eriti tugevad, kui neid kasutatakse klassikalistest meetoditest saadud radade ja metaboliitide andmete integreerimiseks geeniekspressiooni andmetega proteoomilistest ja DNA mikroarmi uuringutest. [119] Nende meetoditega luuakse inimese ainevahetuse mudel, mis juhindub tulevastest uimastiuuringutest ja biokeemilistest uuringutest. [120] Neid mudeleid kasutatakse praegu võrguanalüüsis, et liigitada inimeste haigused rühmadesse, mis erinevad kogu valgu või metaboliidi poolest. [121] [122]

Bakteriaalsete ainevahetusvõrkude silmatorkav näide on ristliigeseadis [123] [124] [125], mille struktuur võimaldab kasutada mitmesuguseid toitaineid ja toota mitmesuguseid tooteid ja keerulisi makromolekule, kasutades suhteliselt vähe tavalisi vaheühendeid.

Selle teabe peamine tehnoloogiline alus on metaboolne insener. Siin on organismid, nagu pärm, taimed või bakterid, geneetiliselt muundatud, et muuta need biotehnoloogias tõhusamaks ja abiks ravimite, näiteks antibiootikumide või tööstuskemikaalide, nagu 1,3-propaandiool ja shikimiidhape. [126] Need geneetilised modifikatsioonid on tavaliselt suunatud toodete tootmiseks kasutatava energia koguse vähendamisele, saagikuse suurendamisele ja tootmisjäätmete vähendamisele. [127]

Ajalugu

Ainevahetuse uuringu ajalugu hõlmab mitmeid sajandeid. Uuringud algasid loomorganismide uuringuga, kaasaegses biokeemias, uurides individuaalseid ainevahetusreaktsioone. Ainevahetuse mõiste esineb esmakordselt Ibn al-Nafise (1213–1288) töödes, kes kirjutas, et „keha ja selle osad on pidevas lagunemis- ja toitumisolekus, nii et see muutub paratamatult püsivaks”. [128] Esimese kontrollitud eksperimente inimese metabolismi kohta avaldas Santorio Santorio 1614. aastal itaalia keeles. Ars de statica medicina. [129] Ta rääkis, kuidas ta ise pärast söömist, magamist, töötamist, sugu, tühja kõhuga kaalus pärast joomist ja uriini. Ta leidis, et enamik toidust, mida ta võttis, oli kadunud protsessi tõttu, mida nimetatakse „nähtamatuks aurustumiseks”.

Varajastes uuringutes ei leitud metaboolsete reaktsioonide mehhanisme ja arvati, et eluskuded kontrollivad eluskoe. [130] 19. sajandil leidis Louis Pasteur, et uurides suhkrualkoholi kääritamist pärmi abil, katalüüsib fermentatsiooni pärmirakkudest pärinevad ained, mida ta nimetas ensüümiks. Pasteur kirjutas, et "alkohoolne käärimine on eluga seotud tegevus, mida korraldavad pärmirakud ja mis ei ole seotud rakkude surmaga või lagunemisega." [131] See avastus koos Friedrich Wöhleri ​​avaldamisega 1828. aastal uurea keemilise sünteesi kohta [132] tõestas, et rakkudes leiduvad orgaanilised ühendid ja keemilised reaktsioonid ei erine põhimõtteliselt, nagu kõik teised keemiaosad.

20-nda sajandi alguses leidis Edward Buchner ensüümide avastamist ainevahetusreaktsioonide uuringust rakkude uuringust ja tõi kaasa biokeemia kui teaduse arengu. [133] Üks kahekümnenda sajandi alguse edukatest biokeemikutest oli Hans Adolph Krebs, kes andis ainevahetuse uuringusse tohutu panuse. [134] Krebs kirjeldas uureatsüklit ja hiljem, töötades Hans Kornbergi, sidrunhappe tsükli ja glütsülaadi tsükliga. [135] [62] Kaasaegsetes biokeemilistes uuringutes kasutatakse laialdaselt uusi meetodeid, nagu kromatograafia, röntgendifraktsioon, NMR-spektroskoopia, elektronmikroskoopia ja klassikalise molekulaarse dünaamika meetod. Need meetodid võimaldavad avastada ja uurida üksikasjalikult paljusid rakke sisaldavaid molekule ja metaboolseid teid.

Combat Prodong

Hüperinsulinism