Что такое метаболизм? Как анаболизм и катаболизм влияет на массу тела? Полное руководство по мышечному анаболизму и катаболизму Понятие анаболизма и катаболизма.

Катаболизм — страшный сон культуриста. Катаболизм — распад мышечной ткани. Катаболизм — это то, что активно пытаются подавить спортсмены-представители силовых видов спорта. Но так ли страшен катаболизм, как его себе представляет обыватель? Попробуем разобраться.

Катаболизм, с точки зрения физиологии — распад тканей тела. Распад происходит с высвобождением в кровь мономеров, таких как глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, глицерин. Все эти продукты используются самим же телом, в случае недостаточного потребления пищевых веществ. Причем, совсем не обязательно элементарно есть мало — при привычном рационе питания , стрессовая ситуация ускоряет специфические и общие пути катаболизма. Причем, катаболизм, как процесс, вовсе не избирателен — «сгорают» все доступные источники энегргии — мышцы, жир, гликоген печени и мышц.

Никаких «фаз» или «стадий» у катаболических процессов нет. Есть этапы течения катаболизма:

Сразу же оговоримся, что привести надпочечники к состоянию истощения — задача нетривиальная, для этого нужно либо длительное время жестоко голодать , ограничивая себя в белках и жирах, либо получить травму, плохо совместимую с жизнью.

Какие ситуации провоцируют активный катаболизм?

Триггерными, то есть пусковыми, для запуска катаболических процессов ситуациями являются стрессовые ситуации. Любые стрессовые ситуации. Для того, чтобы внести ясность, сразу же оговоримся — любое сильное эмоциональное переживание, любая серьёзная нагрузка является для нашего тела стрессом. Не важно какова эмоциональная окраска происшествия — процессы катаболизма будут происходить одинаково.

Чтобы сразу четко определиться, какие гормоны являются катаболическими, перечислим их ниже:

адреналин;
норадреналин;
кортизол;
гормоны щитовидной железы- тироксин (Т4), трийодтиронин (Т3).

Казалось бы, катаболизм — однозначное зло — ведь в ходе катаболических процессов мы теряем мышечную ткань. И это действительно так. Однако, вместе с мышечной тканью мы теряем и жировую массу. Задача любого спортсмена, не важно любителя или профессионала , сделать так, чтобы катаболизм мышц был выражен минимально, а катаболизм жировой ткани- по-максимуму. Как это сделать? Читаем ниже.

Как можно замедлить катаболизм мышечной ткани?

Давайте подробнее разбираться, что происходит в процессе катаболизма, чтобы понять, как его замедлить . Для того, чтобы мышечная ткань подвергалась меньшему процессу катаболизма, ее нужно рекрутировать. Проще говоря, использовать. Что мы и делаем, в процессе тренировок в зале. Однако, есть щепетильный момент- как именно нужно тренироваться ? Есть традиционное представление, что в процессе похудения нам нужно много, так называемых, кардионагрузок- бег , скакалка , велотренажер- наше все. Силовые же нагрузки, вроде как, нужно выполнять с малым весом и с большим количеством повторений.

В процессе избавления от жировых излишков, нам необходим дефицит энергии. Но он не должен быть избыточным- 10-15%, больше не нужно. Единственное за чем нужно следить, так это за тем, что 10-15% недостатка калорийности рациона на первой неделе «сушки», превращаются в 5-7% уже к третьей неделе- вместе с весом меняется и потребность в питательных веществах.

На фоне недостатка питательных веществ, запускаются катаболические процессы. Если мы ничего не будем делать, то в первую очередь, мы лишимся мышц — как метаболически-активная ткань, они являются главными потребителями калорий. Именно поэтому наше тело от них избавится в первую очередь. Но только в том случае, если будет знать, что мышцы нам не нужны.

Понять, что мышцы телу нужны помогают тренировки. Но мы помним, что каждая тренировка — это стресс. Соответственно, наша задача сделать тренировки частыми, в недельном цикле, и относительно короткими по продолжительности- не более 40-45 минут каждая. И в этот промежуток времени мы должны тренироваться интенсивно- а это значит с приличными рабочими весами- такими, с которыми вы можете сделать не более 12 повторений в первом подходе упражнения.

Помимо этого, не следует выполнять линейно большой объем нагрузки на мышцу- выберите 2, а лучше 3 мышечные группы и выполняйте «в круге» по одному подходу на каждую. Грудь- спина- дельты- отдых- грудь спина- дельты- отдых- и так далее. Чего мы добиваемся таким образом?

Снижаем катаболический эффект тренировки.
Максимально рекрутируем мышцы, за счет сохранения рабочих весов, мы не даем уйти объёмам.
Работаем над локальным жиросжиганием- кровь, насыщенная катаболическими гормонами, активно перемещается по телу, сжигая жир там, где нам это необходимо. И да, локальное жиросжигание возможно, но, что называется, ощутить на себе его эффект, возможно только в том случае, когда ваш подкожно-жировой слой не более 17%и процентов.

От низкоинтенисвного кардио после силовой тренировки тоже лучше отказаться- через чур велик катаболический отклик на такую манипуляцию Кардио должно выполняться отдельно, желательно- в отдельный день.

Как питаться, чтобы замедлить катаболизм?

Подходя к этому разделу, определимся, что нам нужно замедлить катаболизм мышечной ткани. Для того, чтобы этого добиться. необходимо достаточно часто употреблять белок, с небольшим количеством жиров и клетчатки. Количество углеводов в рационе лучше урезать до 1-2 грамм на килограмм веса. Время, когда можно и нужно принять углеводы, что называется, не стесняясь- это время тренировки, прямо между подходами, и сразу же после тренировки- опять таки, для минимизации катаболизм мышечной ткани.

Проще говоря, для того, чтобы наше тело не тянуло аминокислоты из наших мышц, необходимо постоянно поддерживать пул последних в крови. А сделать это можно только путем постоянного поглощения небольших порций белковой пищи. Или аминокислотных добавок спортивного питания- большой разницы для конечного результата не будет. Подходите разумно к своим тренировкам, слушайте свой организм! Будьте здоровы!

Приветствую всех любителей здорового образа жизни и спорта!

Сегодня вновь поговорим о сложной, но очень интересной теме-процессы метаболизма. В предыдущей статье мы познакомились с самим . А что же включает в себя процесс обмена веществ или метаболизм. Метаболический процесс включает в себя катаболизм и анаболизм.

Один процесс называется разрушительным –это катаболизм, от греч. καταβολή, «сбрасывание, разрушение». В организме при поступлении пищи происходит процесс расщепления сложных веществ на более простые. В ходе этого процесса происходит распад(диссимиляция) в том числе и устарелых тканевых и клеточных элементов, после чего они с водой удаляется из организма. Существуют 3 этапа катаболизма:

I этап подготовительный (белки расщепляются на аминокислоты; жиры на глицерин и жирные кислоты; крахмал на глюкозу).
II этап называется гликолиз или бескислородный. В нём участвуют ферменты; расщеплению подвергается глюкоза. 60% энергии рассеивается в виде тепла, а 40% — используется для синтеза. Кислород при этом не участвует.
III этап клеточное дыхание кислородный. В нём участвуют ферменты, кислород. Расщеплению подвергается молочная кислота. СО2 выделяется из митохондрий в окружающую среду.

Например — употребили котлету и молоко, белки, содержащие в них по структуре разные и заменить друг друга не могут, поэтому с помощью специальных ферментов разбирают белок из молока и котлеты на аминокислоты, которые затем уже идут в дело. Кроме этого в процессе катаболизма происходит сжигание жира, который так ненавистен толстым людям. Параллельно высвобождается энергия, измеряемая в калориях. Катаболический процесс в силовом спорте рассматривается отрицательно. Катаболизм необходим для экстренного восполнения организмом необходимых ему веществ. Применительно к бодибилдингу, катаболические процессы приводят к разрушению мышц, то есть происходит расщепление белковой (мышечной) ткани до уровня усваиваемых аминокислот. Получается организм поедает самого себя.

Другой процесс созидательный – это анаболизм от греч. ἀναβολή, «подъём» или пластический обмен - совокупность химических процессов, составляющих одну из сторон метаболизма в организме, направленных на образование клеток и тканей. К примеру, синтез белка в организме, т.е. формирование белка из простейших аминокислот. В результате пластического обмена из питательных веществ, поступающих в клетку, строятся свойственные организму белки, жиры, углеводы, которые, в свою очередь, идут уже на создание новых клеток, их органов, межклеточного вещества. В отличи от катаболизма этот процесс является лучшим соратникам для бодибилдеров, так как происходит построение новых мышечных тканей, в том числе из жировых отложений отсюда рост мышц. Для активного набора мышечной ткани необходимо повысить уровень анаболизма, с помощью тестостерона и инсулина, и при этом снизить уровень катаболизма, снизить уровень кортизола, адреналина и гликогена.

На скорость метаболических реакций в организме влияют ряд факторов :

Пол — у мужчин скорость метаболических процессов на 20% выше, чем у женщины
Возраст- процесс обмена веществ каждые 10 лет снижается на 3% от уровня 25-30 лет
Масса тела- если жир по своей массе превышает суммарную массу внутренних органов, костей и конечно мышц, то скорость катаболического процесса ниже.
Физические нагрузки- регулярные занятия спортом повышают скорость метаболизма, первые 2-3 часа после тренировки на 20-30%, далее не более чем на 2-7%.
Наследственность-вы можете наследовать скорость метаболизма от предыдущих поколений.
Дисфункции щитовидной железы- это гипотиреоз (низкий уровень гормонов щитовидной железы) и гипертиреоз (повышенная гормональная активность щитовидной железы). Эти состояния могут замедлить или ускорить обмен веществ, но только у 3 % населения есть гипотиреоз и у 0,3 % – гипертиреоз.

Какие могут быть причины замедляющий метаболизм и не способствующий похудению или набору массы.

Сокращение количества калорий . Если вы решили похудеть и сокращаете калории, то имейте в виду, что недостаточное питание способно навредить обмену веществ. Организм пытается сохранить запасы и сдерживает метаболизм. Поэтому если в организме будет недостаточно калорий, то организм будет брать их из мышечной ткани в качестве энергии. Поэтому питайтесь чаще, но небольшими порциями.
Отсутствие клетчатки . Отсутствие или небольшое количество в рационе питания таких замечательных продуктов, как цельно-зерновой хлеб, спагетти из твердых сортов пшеницы и овощей, негативно влияет на качество метаболизма. Ежедневное потребление клетчатки (около 100 г) способно уменьшить вес на 5-7% за определенное время в зависимости от массы человека.
Отсутствие белков . Белок как нам известно являются строительным материалом для мышц. При активном потреблении белков можно сжечь жир и это знают не многие. Действительно, если ваш рацион будет достаточно укомплектован белками (мясо, рыба, птица, орехи, грибы, молочные продукты), то вполне реально избавиться от 20-25% калорий, т.к. белки активизируют метаболизм.
Отсутствие кофеина . Для поддержания метаболизма на определенном уровне необходимо время от времени потреблять продукты, содержащие кофеин (если нет противопоказаний). Это не обязательно кофе. Зеленый чай также является отличным источником кофеина. Например, зеленый чай способен улучшить метаболизм на 15%. Чай за счет своих свойств как бы дает толчок организму на сжигание калорий.
Отсутствие кальция . Систематически потребляйте продукты, содержащие кальций (сыр, творог, молоко). Кстати, кальций очень важен для женщин.
Температура воды . Очень интересный факт - холодная вода ускоряет метаболизм. Это происходит из-за того, что организм тратит энергию для нагрева воды. Воду, в принципе, нужно пить в достатке (2 - 2,5 литров в сутки), а вода в прохладном виде улучшает обменные процессы.
Отсутствие витамина D . Витамин D принимает непосредственное участие в метаболизме. Как много вы знаете людей (особенно пожилого возраста), которые поддерживают на должном уровне потребление жирной рыбы (форель, лосось, скумбрия), отрубей, яиц? Ведь именно эти продукты - наилучшие природные источники витамина D.
Отсутствие железа. Железо имеет первостепенное значение для сжигания жира. Прежде всего, это железо связано с доставкой кислорода в мышцы, в которых и сжигается часть жира. Либо специальные добавки с железом, либо природные источники (морепродукты, мясо, овсянка, зелень) помогут вам восполнить затраты железа, а значит и улучшить обмен веществ.
Отсутствие в рационе омега-3 и омега-6 жирных кислот , употребляя в пищу не менее 2–3 порций рыбы в неделю. Если вы не любите рыбу, получите вышеназванные кислоты из биологически активных добавок. Самое простое решение – это принимать рыбий жир.
Наличие алкоголя . А вы знали, что при наличии алкоголя в крови организм будет в первую очередь сжигать именно его, а уж потом остальные калории. Снизив потребление алкоголя, вы поможете организму сжигать именно те калории, которые вам не нужны. В любом случае, снижение доз алкоголя вам пойдет только на пользу.
Недостаточно времени уделяете на сон . У недосыпания много побочных эффектов, и клевать носом в транспорте по дороге на работу лишь один из них. Исследователи обнаружили прямую связь между метаболизмом и сном; доказано, что недосыпание серьезно замедляет метаболизм.
Не завтракайте по утрам . Если с утра ваш организм не получил заряда энергии, то на обед и ужин вы захотите чего-то высококалорийного. Если утром вы не хотите есть, перекусите чем-нибудь легким вроде йогурта.
В процессе приготовления пищи не используйте специи . В следующий раз, когда будете готовить курицу или мясо, добавьте щепотку кайенского перца. Своей жгучестью он обязан капсаицину, который не только добавляет в блюдо остроты, но и помогает ускорить обмен веществ. К такому выводу пришли Х. С. Райнбах, А. Смитс, Т. Мартинуссен из университета Копенгагена в своем исследовании «Воздействие капсаицина, зеленого чая и сладкого перца на аппетит и энергозатраты у людей с отрицательным и положительным энергетическим балансом».
Ведете малоактивный образ жизни . Повысьте активность. Чем меньше вы двигаетесь, тем медленнее ваш метаболизм. Выполняйте короткие интенсивные упражнения, которые могут ускорить обмен веществ и заставить организм сжигать калории даже после того, как упражнение закончено. Например, сядьте на велосипед, как показывают исследования 45 минут езды на двухколесном друге ускоряет метаболизм последующие 12 часов и более.
Мало улыбаетесь, да, да!!! Пусть вам это не кажется псевдонаучным: ученые подтвердили, что хотя бы 10 минут смеха в день помогут сжечь калории.

Придерживаясь этих простых правил можно добиться отличных результатов любому человеку, была бы только цель и желание. В последующим поговорим о мужском и

Любой начинающий спортсмен, поставивший перед собой цель похудеть или набрать мышечную массу, вне зависимости от пола, сталкивается с процессом под названием катаболизм. Что это такое, какое влияние он оказывает на организм, как его запустить или остановить, поможет разобраться данная статья. Важно всегда помнить, что все процессы в организме изначально заложены природой, и вмешательство в них без начальных этапов подготовки может лишь навредить. Поэтому, прежде чем бросаться в крайности, нужно прочесть не один материал. Лишь сопоставив факты из нескольких источников, можно делать первый шаг.

Из курса физиологии

Все не раз слышали про который в научной среде называется метаболизмом. В свою очередь, он подразделяется на анаболизм и катаболизм. Что это такое, понять будет проще, если дословно перевести названия с латинского - рост и разрушение, соответственно. Если перед спортсменом стоит задача набора мышечной массы - его прерогативой будет анаболизм. Для человека, желающего сбросить лишний жир - катаболизм. Всё достаточно просто на уровне и сжигаемых калорий. Однако углубившись в физиологию, а без понимания биохимических процессов невозможно добиться результатов, можно столкнуться с понятием «сложные органические вещества», к которым относятся белки, углеводы и жиры, принимающие непосредственное участие в обмене веществ и отвечающие за построение фигуры любого человека.

Запуск процесса сброса лишнего веса

Доподлинно известно, благодаря не только многочисленным отзывам профессионалов, а и многим научно-исследовательским институтам мира, что для запуска процесса катаболизма достаточно потреблять калорий меньше, а тратить больше. Причем разница между потребляемыми и расходуемыми калориями не должна превышать 15% от дневной нормы, иначе катаболизм перерастет в полное разрушение организма. Пути катаболизма, на понятном языке, для любого спортсмена включают в себя окисление сложного органического вещества, транспортировку продуктов окисления в митохондрии клеток для сжигания и выделение энергии. Вот на этом этапе для человека, главным является то, чтобы в окислении участвовали жиры, а не белок, иначе в процессе похудения уйдет и мышечная масса, которую восстановить значительно сложнее, чем жировую прослойку.

Правильное питание

Катаболизм мышц при похудении неизбежен, что бы ни говорили спортсмены и тренеры. Но его можно свести к минимуму, поставляя в организм необходимое количество белков, углеводов и жиров. Полностью урезать жиры и углеводы из рациона нельзя, и диеты, где такое рекламируется, нужно обходить стороной. Организм человека способен добыть из мышц необходимое ему количество энергии, а при малейшей возможности, сэкономив энергию, сделает себе такой запас жира, который достать будет очень сложно.

Расчет питания прост. В среднем, потребность организма в калориях составляет 33 ккал на один килограмм веса. Потребность в белке и углеводах - 3 и 4 грамма на 1 кг массы человека, соответственно. Остальное жиры. В одном грамме белка и углеводов - 4 ккал, а в грамме жира - 9 ккал. То есть для спортсмена весом 80 кг нужно потреблять 2640 ккал. После математических расчетов, чтобы не запустить мышечный катаболизм, нужно 240 гр. белков, 320 гр. углеводов и 44 грамма жиров. Урезать нужно жиры и углеводы по 3-5% в день, при ухудшении самочувствия остановиться.

Химический запуск катаболизма

Большинство спортсменов в поисках быстрого решения прибегают к препаратам, запускающим сугубо жировой катаболизм. Что это, понять будет проще, если представить себе программу, которую можно загрузить в человеческое тело, задав параметры - брать энергию только из жировых клеток, весь поступающий белок отправлять на постройку мышц, а лишние углеводы ни в коем случае не откладывать про запас, а выводить из организма естественным путем. Такое вполне возможно при приеме гормональных препаратов либо с использованием специальных растительных компонентов. Для многих людей такое «вмешательство в систему» пройдет безболезненно. Полностью остановив катаболизм белков, спортсмен быстро распрощается с А некоторые могут навредить сердечно-сосудистой системе, нарушить обмен веществ, развить аллергию, стать бесплодным и т.п. В любом случае сначала нужно сделать общий анализ крови, и только выяснив свою предрасположенность к болезням, потреблять химические препараты.

Биологически активные добавки

Катаболизм мышц можно побороть приемом специальных добавок к питанию под названием протеин, заменимые и О них написано немало статей и отзывов, и сделать правильный выбор начинающему атлету помогут специализированные (а также тренер). Остается лишь пояснить, что в процессе сжигания мышц для получения энергии, при попадании подготовленного белка извне мышца может восстановиться. Как известно, белок в организме синтезируется на аминокислоты, а те, в свою очередь, участвуют в синтезе строительного белка для мышц. Поэтому многие спортсмены и прибегают к совершенно безвредным, синтезированным из растительных или животных белков протеинам и аминокислотам.

Активный образ жизни

Узнав про катаболизм, что это и как его правильно использовать, остается выяснить, какие ещё внешние факторы влияют на обмен веществ и могут запускать разрушение белка в организме.

Недосыпание. Во сне организм не отдыхает, как считает половина а перераспределяет ресурсы. После тяжелой тренировки он восстанавливает и укрепляет мышцы. Или продолжает добывать энергию из жиров по ранее запущенной программе. Соответственно, недосыпание нарушает важные процессы и приводит к стрессу.
Стресс. Так уж устроен организм, что в случае стресса вырабатывается гормон кортизол, который, разрушая белок, участвует в синтезе глюкозы. А неиспользованная глюкоза синтезируется в жировые клетки.
Поддержка скорости Не зря многие тренеры настоятельно рекомендуют выпивать по 3-4 литра воды в день и употреблять пищу в небольших количествах, разбив её на несколько приемов. Все это заставляет организм без остановки проводить синтез сложных веществ. Необходимые элементы быстро доставляются в места назначения, а все шлаки выводятся из организма естественным путем.

Анаболизм и катаболизм – это основные метаболические процессы.

Катаболизм – это ферментативное расщепление сложных органических соединений, осуществляющееся внутри клетки за счет реакций окисления. Катаболизм сопровождается выделением энергии и запасанием ее в макроэргических фосфатных связях АТФ.

Анаболизм – это синтез сложных органических соединений – белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов – из простых предшественников, поступающих в клетку из окружающей среды или образующихся в процессе катаболизма. Процессы синтеза связаны с потреблением свободной энергии, которая поставляется АТФ (рис. 31).

Рис. 31 Схема путей метаболизма в бактериальной клетке

В зависимости от биохимии процесса диссимиляции (катаболизма) различают дыхание и брожение.

Дыхание – это сложный процесс биологического окисления различных соединений), сопряженный с образованием большого количества энергии, аккумулируемой в виде макроэргических связей в структуре АТФ (аденозинтрифосфат), УТФ (уридинтрифосфат) и т.д., и образованием углекислого газа и воды. Различают аэробное и анаэробное дыхание.

Брожение – неполный распад органических соединений с образованием незначительного количества энергии и продуктов, богатых энергией.

Анаболизм включает процессы синтеза, при которых используется энергия, вырабатываемая в процессе катаболизма. В живой клетке одновременно и непрерывно протекают процессы катаболизма и анаболизма. Многие реакции и промежуточные продукты являются для них общими.

Живые организмы классифицируют в соответствии с тем, какой источник энергии или углерода они используют. Углерод – основной элемент живой материи. В конструктивном метаболизме ему принадлежит ведущая роль.

В зависимости от источника клеточного углерода все организмы, включая прокариотные, делят на автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы используют CO 2 в качестве единственного источника углерода, восстанавливая его водородом, который отщепляется от воды или другого вещества. Органические вещества они синтезируют из простых неорганических соединений в процессе фото- или хемосинтеза.

Гетеротрофы получают углерод из органических соединений.

Живые организмы могут использовать световую или химическую энергию. Организмы, живущие за счет энергии света, называют фототрофными. Органические вещества они синтезируют, поглощая электромагнитное излучение Солнца (свет). К ним относятся растения, сине-зеленые водоросли, зеленые и пурпурные серобактерии.

Организмы, получающие энергию из субстратов, источников питания (энергия окисления неорганических веществ), называют хемотрофами. Кхемогетеротрофам относятся большинство бактерий, а так же грибы и животные.

Существует немногочисленная группа хемоавтотрофов . К таким хемосинтезирующим микроорганизмам относятся нитрифицирующие бактерии, которые, окисляя аммиак до азотистой кислоты, высвобождают необходимую для синтеза энергию. К хемосинтетикам относятся также водородные бактерии, получающие энергию в процессе окисления молекулярного водорода.

Углеводы как источник энергии

У большинства организмов расщепление органических веществ происходит в присутствии кислорода – аэробный обмен. В результате такого обмена остаются бедные энергией конечные продукты (СО 2 и Н 2 О), но высвобождается много энергии. Процесс аэробного обмена называется дыханием, анаэробного – брожением.

Углеводы – основной энергетический материал, который клетки используют в первую очередь для получения химической энергии. Кроме того, при дыхании могут использоваться также белки и жиры, а при брожении – спирты и органические кислоты.

Расщепление углеводов организмы осуществляют разными путями, в которых важнейшим промежуточным продуктом является пировиноградная кислота (пируват). Пируват занимает центральное место в метаболизме при дыхании и брожении. Выделяют три основных механизма образования ПВК.

1. Фруктозодифосфатный (гликолиз) или путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса – универсальный путь.

Процесс начинается с фосфорилирования (рис. 32). При участии фермента гексокиназы и АТФ глюкоза фосфорилируется по шестому углеродному атому с образованием глюкозо-6-фосфата. Это активная форма глюкозы. Она служит исходным продуктом при расщеплении углеводов любым из трех путей.

При гликолизе глюкозо-6-фосфат изомеризуется во фруктозо-6-фосфат, а затем под действием 6-фосфофруктокиназы фосфорилируется по первому углеродному атому. Образовавшийся фруктозо-1,6-дифосфат под действием фермента альдолазы легко распадается на две триозы: фосфоглицериновый альдегид и дигидроксиацетонфосфат. Дальнейшее превращение С 3 -углеводов осуществляется за счет переноса водорода и фосфорных остатков через ряд органических кислот с участием специфических дегидрогеназ. Все реакции этого пути, за исключением трех, протекающих с участием гексокиназы, 6-фосфофруктокиназы и пируваткиназы, полностью обратимы. На стадии образования пировиноградной кислоты заканчивается анаэробная фаза превращения углеводов.

Максимальное количество энергии, получаемое клеткой при окислении одной молекулы углеводов гликолитическим путем, равно 2·10 5 Дж.

Рис.32. Фруктозодифосфатный путь расщепления глюкозы

2. Пентозофосфатный (Варбурга-Дикенса-Хорекера) путь характерен также для большинства организмов (в большей степени для растений, а для микроорганизмов играет вспомогательную роль). В отличие от гликолиза ПФ путь не образует пируват.

Глюкозо-6-фосфат превращается в 6-фосфоглюколактон, который декарбоксилируется (рис. 33). При этом образуется рибулозо-5-фосфат, на котором завершается процесс окисления. Последующие реакции рассматриваются как процессы превращения пентозофосфатов в гексозофосфаты и обратно, т.е. образуется цикл. Считают, что пентозофосфатный путь на одном из этапов переходит в гликолиз.

При прохождении через ПФ путь каждых шести молекул глюкозы происходит полное окисление одной молекулы глюкозо-6-фосфата до CO 2 и восстановление 6 молекул НАДФ + до НАДФ·Н 2 . Как механизм получения энергии этот путь в два раза менее эффективен, чем гликолитический: на каждую молекулу глюкозы образуется 1 молекула АТФ.

Рис. 33. Пентозофосфатный путь расщепления глюкозо-6-фосфата

Основное назначение этого пути – поставлять пентозы, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот, и обеспечивать образование большей части НАДФ·Н 2 , необходимого для синтеза жирных кислот, стероидов.

3. Путь Энтнера-Дудорова (кетодезоксифосфоглюконатный или КДФГ-путь) встречается только у бактерий. Глюкоза фосфорилируется молекулой АТФ при участии фермента гексокиназы (рис. 34).

Рис.34. Путь Энтнера-Дудорова расщепления глюкозы

Продукт фосфорилирования – глюкозо-6-фосфат – дегидрируется до 6-фосфоглюконата. Под действием фермента фосфоглюконатдегидрогеназы от него отщепляется вода и образуется 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконат (КДФГ). Последний расщепляется специфичной альдолазой на пируват и глицеральдегид-3-фосфат. Глицеральдегид далее подвергается действию ферментов гликолитического пути и трансформируется во вторую молекулу пирувата. Кроме того, этот путь поставляет клетке 1 молекулу АТФ и 2 молекулы НАД·Н 2 .

Таким образом, основным промежуточным продуктом окислительного расщепления углеводов является пировиноградная кислота, которая при участии ферментов превращается в различные вещества. Образовавшаяся одним из путей ПВК в клетке подвергается дальнейшему окислению. Освобождающиеся углерод и водород удаляются из клетки. Углерод выделяется в форме CO 2 , водород передается на различные акцепторы. Причем может передаваться либо ион водорода, либо электрон, поэтому перенос водорода равноценен переносу электрона. В зависимости от конечного акцептора водорода (электрона) различают аэробное дыхание, анаэробное дыхание и брожение.

Дыхание

Дыхание – окислительно-восстановительный процесс, идущий с образованием АТФ; роль доноров водорода (электронов) в нем играют органические или неорганические соединения, акцепторами водорода (электронов) в большинстве случаев служат неорганические соединения.

Если конечный акцептор электронов – молекулярный кислород, дыхательный процесс называют аэробным дыханием . У некоторых микроорганизмов конечным акцептором электронов служат такие соединения, как нитраты, сульфаты и карбонаты. Этот процесс называется анаэробным дыханием .

Аэробное дыхание – процесс полного окисления субстратов до CO 2 и Н 2 О с образованием большого количества энергии в форме АТФ.

Полное окисление пировиноградной кислоты происходит в аэробных условиях в цикле трикарбоновых кислот (ЦТК или цикл Кребса) и дыхательной цепи.

Аэробное дыхание состоит из двух фаз:

1). Образующийся в процессе гликолиза пируват окисляется до ацетил-КоА, а затем до CO 2 , а освобождающиеся атомы водорода перемещаются к акцепторам. Так осуществляется ЦТК.

2). Атомы водорода, отщепленные дегидрогеназами, акцептируются коферментами анаэробных и аэробных дегидрогеназ. Затем они переносятся по дыхательной цепи, на отдельных участках которой образуется значительное количество свободной энергии в виде высокоэнергетических фосфатов.

Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса, ЦТК)

Пируват, образующийся в процессе гликолиза, при участии мультиферментного комплекса пируватдегидрогеназы декарбоксилируется до ацетальдегида. Ацетальдегид, соединяясь с коферментом одного из окислительных ферментов – коферментом А (КоА-SH), образует «активированную уксусную кислоту» - ацетил-КоА – высокоэнергетическое соединение.

Ацетил-КоА под действием цитрат-синтетазы вступает в реакцию со щавелевоуксусной кислотой (оксалоацетат), образуя лимонную кислоту (цитрат С 6), которая является основным звеном ЦТК (рис. 35). Цитрат после изомеризации превращается в изоцитрат. Затем следует окислительное (отщепление Н) декарбоксилирование (отщепление СО 2) изоцитрата, продуктом которого является 2-оксоглутарат (С 5). Под влиянием ферментного комплекса ɑ-кетоглутаратдегидрогеназы с активной группой НАД он превращается в сукцинат, теряя СО 2 и два атома водорода. Сукцинат затем окисляется в фумарат (С 4), а последний гидратируется (присоединение Н 2 О) в малат. В завершающей цикл Кребса реакции происходит окисление малата, что приводит к регенерации оксалоацетата (С 4). Оксалоацетат взаимодействует с ацетил-КоА, и цикл повторяется снова. Каждая из 10 реакций ЦТК, за исключением одной, легко обратима. В цикл вступают два атома углерода в виде ацетил-КоА и такое же количество атомов углерода покидают этот цикл в виде СО 2 .

Рис. 35. Цикл Кребса (по В.Л. Кретовичу):

1, 6 – система окислительного декарбоксилирования; 2 – цитратсинтетаза, кофермент А; 3, 4 – аконитатгидратаза; 5 – изоцитратдегидрогеназа; 7 – сукцинатдегидрогеназа; 8 – фумаратгидратаза; 9 – малатдегидрогеназа; 10 – спонтанное превращение; 11 - пируваткарбоксилаза

В результате четырех окислительно-восстановительных реакций цикла Кребса осуществляется перенос трех пар электронов на НАД и одной пары электронов на ФАД. Восстановленные таким путем переносчики электронов НАД и ФАД подвергаются затем окислению уже в цепи переноса электронов. В цикле образуется одна молекула АТФ, 2 молекулы СО 2 и 8 атомов водорода.

Биологическое значение цикла Кребса заключается в том, что он является мощным поставщиком энергии и «строительных блоков» для биосинтетических процессов. Цикл Кребса действует только в аэробных условиях, в анаэробных он разомкнут на уровне α-кетоглутаратдегидрогеназы.

Дыхательная цепь

Последней стадией катаболизма является окислительное фосфорилирование. В ходе этого процесса высвобождается большая часть метаболической энергии.

Восстановленные в цикле Кребса переносчики электронов НАД и ФАД подвергаются окислению в дыхательной цепи или цепи транспорта электронов. Молекулы-переносчики – это дегидрогеназы, хиноны и цитохромы.

Обе ферментные системы у прокариот находятся в плазматической мембране, а у эукариот – во внутренней мембране митохондрий. Электроны от атомов водорода (НАД, ФАД) по сложной цепи переносчиков переходят к молекулярному кислороду, восстанавливая его, при этом образуется вода.

Баланс. Расчеты энергетического баланса показали, что при расщеплении глюкозы гликолитическим путем и через цикл Кребса с последующим окислением в дыхательной цепи до СО 2 и Н 2 О на каждую молекулу глюкозы образуется 38 молекул АТФ. Причем максимальное количество АТФ образуется в дыхательной цепи – 34 молекулы, 2 молекулы - в ЭМП-пути и 2 молекулы – в ЦТК (рис. 36).

Неполное окисление органических соединений

Дыхание обычно связано с полным окислением органического субстрата, т.е. конечными продуктами распада являются СО 2 и Н 2 О.

Однако некоторые бактерии и ряд грибов не до конца окисляют углеводы. Конечными продуктами неполного окисления являются органические кислоты: уксусная, лимонная, фумаровая, глюконовая и др., которые аккумулируются в среде. Этот окислительный процесс используется микроорганизмами для получения энергии. Однако общий выход энергии при этом значительно меньший, чем при полном окислении. Часть энергии окисляемого исходного субстрата сохраняется в образующихся органических кислотах.

Микроорганизмы, развивающиеся за счет энергии неполного окисления, используются в микробиологической промышленности для получения органических кислот и аминокислот.

Оглавление темы "Обмен веществ и энергии. Питание. Основной обмен.":

2. Белки и их роль в организме. Коэффициент изнашивания по Рубнеру. Положительный азотистый баланс. Отрицательный азотистый баланс.
3. Липиды и их роль в организме. Жиры. Клеточные липиды. Фосфолипиды. Холестерин.
4. Бурый жир. Бурая жировая ткань. Липиды плазмы крови. Липопротеины. ЛПНП. ЛПВП. ЛПОНП.
5. Углеводы и их роль в организме. Глюкоза. Гликоген.

8. Роль обмена веществ в обеспечении энергетических потребностей организма. Коэффициент фосфорилирования. Калорический эквивалент кислорода.
9. Способы оценки энергетических затрат организма. Прямая калориметрия. Непрямая калориметрия.
10. Основной обмен. Уравнения для расчета величины основного обмена. Закон поверхности тела.

Обмен веществ и энергии лежит в основе всех проявлений жизнедеятельности и представляет собой совокупность процессов превращения веществ и энергии в живом организме и обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой.

Для поддержания жизнедеятельности в процессе обмена веществ и энергии обеспечиваются пластические и энергетические потребности организма. Пластические потребности удовлетворяются за счет веществ, используемых для построения биологических структур, а энергетические - путем преобразования химической энергии поступающих в организм питательных веществ в энергию макроэргических (АТФ и другие молекулы) и восстановленных (НАДФ Н - никотин-амид-адениндинуклеотидфосфат) соединений. Их энергия используется организмом для синтеза белков, нуклеиновых кислот, липидов, а также компонентов клеточных мембран и органелл клетки, для выполнения деятельности клеток, связанной с использованием химической, электрической и механической энергии.

Обмен веществ и энергии (метаболизм) в организме человека - совокупность взаимосвязанных, но разнонаправленных процессов: анаболизма (ассимиляции) и катаболизма (диссимиляции).

Анаболизм - это совокупность процессов биосинтеза органических веществ, компонентов клетки и других структур органов и тканей. Анаболизм обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также непрерывный ресинтез макроэргических соединений и их накопление.

Катаболизм - это совокупность процессов расщепления сложных молекул, компонентов клеток, органов и тканей до простых веществ (с использованием части из них в качестве предшественников биосинтеза) и до конечных продуктов метаболизма (с образованием макроэргических и восстановленных соединений).

Взаимосвязь процессов катаболизма и анаболизма основывается на единстве биохимических превращений, обеспечивающих энергией все процессы жизнедеятельности и постоянное обновление тканей организма. Сопряжение анаболических и катаболических процессов в организме могут осуществлять различные вещества, но главную роль в этом сопряжении играют АТФ, НАДФ Н. В отличие от других посредников метаболических превращений АТФ циклически рефосфорилируется, а НАДФ Н - восстанавливается, что обеспечивает непрерывность процессов катаболизма и анаболизма.

Обеспечение энергией процессов жизнедеятельности осуществляется за счет анаэробного (бескислородного) и аэробного (с использованием кислорода) катаболизма поступающих в организм с пищей белков, жиров и углеводов. В ходе анаэробного расщепления глюкозы (гликолиза) или ее резервного субстрата гликогена (гликогенолиза) превращение 1 моля глюкозы в 2 моля лактата приводит к образованию 2 молей АТФ. Лактат - промежуточный продукт обмена. В химических связях его молекулы аккумулировано значительное количество энергии. Энергии, образующейся в ходе анаэробного обмена, недостаточно для осуществления процессов жизнедеятельности животных организмов. За счет анаэробного гликолиза могут удовлетворяться лишь относительно кратковременные энергетические потребности клетки.

В организме животных и человека в процессе аэробного обмена органические вещества, в том числе продукты анаэробного обмена, окисляются до конечных продуктов - С02 и Н20. Общее количество молекул АТФ, образующихся при окислении 1 моля глюкозы до С02 и Н20, составляет 25,5 моля. При окислении молекулы жиров образуется большее количество молей АТФ, чем при окислении молекулы углеводов. Так, при окислении 1 моля пальмитиновой кислоты образуется 91,8 моля АТФ. Количество молей АТФ, образующихся при полном окислении аминокислот и углеводов, примерно одинаково. АТФ играет в организме роль внутренней «энергетической валюты» и аккумулятора химической энергии клеток.

Основным источником энергии восстановления для реакции биосинтеза жирных кислот, холестерина, аминокислот, стероидных гормонов, предшественников синтеза нуклеотидов и нуклеиновых кислот является НАДФ Н. Образование этого вещества осуществляется в цитоплазме клетки в процессе фосфоглюконатного пути катаболизма глюкозы. При таком расщеплении из 1 моля глюкозы образуется 12 молей НАДФ Н.

Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динамического равновесия или временного превалирования одного из них. Преобладание анаболических процессов над катаболическими приводит к росту, накоплению массы тканей, а катаболических - к частичному разрушению тканевых структур, выделению энергии. Состояние равновесного или неравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от возраста. В детском возрасте преобладают процессы анаболизма, а в старческом - катаболизма. У взрослых людей эти процессы находятся в равновесии. Их соотношение зависит также от состояния здоровья, выполняемой человеком физической или психоэмоциональной деятельности.