Обмен веществ метаболизм: Обмен веществ. Пластический и энергетический обмен — урок. Биология, 8 класс.

Основные закономерности метаболических процессов в организме человека. Часть 1.

Метаболизм – обмен веществ и энергии — представляет собой по классическим определениям, с одной стороны, обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой, а, с другой стороны, совокупность процессов превращения веществ и трансформации энергии, происходящих непосредственно в самих живых организмах. Как известно, обмен веществ и энергии является основой жизнедеятельности организмов и принадлежит к числу важнейших специфических признаков живой материи. В обмене веществ, контролируемом многоуровневыми регуляторными системами, участвует множество ферментных каскадов, обеспечивающих совокупность химических реакций, упорядоченных во времени и пространстве. Данные биохимические реакции, детерминированные генетически, протекают последовательно в строго определенных участках клеток, что, в свою очередь обеспечивается принципом компартментации клетки. В конечном итоге в процессе обмена поступившие в организм вещества превращаются в собственные специфические вещества тканей и в конечные продукты, выводящиеся из организма. В процессе любых биохимических трансформаций освобождается и поглощается энергия.

Клеточный метаболизм выполняет четыре основные специфические функции, а именно: извлечение энергии из окружающей среды и преобразование ее в энергию макроэргических (высокоэнергетических) химических соединений в количестве, достаточном для обеспечения всех энергетических потребностей клетки; образование из экзогенных веществ промежуточных соединений, являющихся предшественниками высокомолекулярных компонентов клетки; синтез из этих предшественников белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и других клеточных компонентов; синтез и разрушение специальных биомолекул, образование и распад которых связаны с выполнением специфических функций данной клетки.

Поскольку первоначальные представления об обмене веществ возникли в связи с изучением процессов обмена между организмом и внешней средой и лишь впоследствии эти представления расширились до понимания путей трансформации веществ и энергии внутри организма, до настоящего времени принято выделять соответственно внешний, или общий, обмен веществ и внутренний или промежуточный, обмен веществ. В свою очередь как во внутреннем, так и во внешнем обмене веществ различают структурный (пластический) и энергетический обмен. Под структурным обменом понимают взаимные превращения различных высоко- и низкомолекулярных соединений в организме, а также их перенос (транспорт) внутри организма и между организмом и внешней средой. Под энергетическим обменом понимают высвобождение энергии химических связей молекул, образующейся в ходе реакций и ее превращение в тепло (большая часть), а также использование энергии на синтез новых молекул, активный транспорт, мышечную работу (меньшая часть). В процессе обмена веществ часть конечных продуктов химических реакций выводится во внешнюю среду, другая часть используется организмом. В этом случае конечные продукты органического обмена накапливаются или расходуются в зависимости от условий существования организма, называясь запасными или резервными веществами.

Как указывалось выше совокупность химических превращений веществ, которые происходят непосредственно в организме, начиная с момента их поступления в кровь и до момента выделения конечных продуктов обмена из организма, называют промежуточным обменом (промежуточным метаболизмом). Промежуточный обмен может быть разделен на два процесса: катаболизм (диссимиляция) и анаболизм (ассимиляция). Катаболизмом называют ферментативное расщепление крупных органических молекул, осуществляемое у всех высших организмов, как правило, окислительным путем. Катаболизм сопровождается освобождением энергии, заключенной в химических связях органических молекул, и резервированием ее в форме энергии фосфатных связей молекулы аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Анаболизм, напротив, представляет собой ферментативный синтез крупномолекулярных клеточных компонентов, таких, как полисахариды, нуклеиновые кислоты, белки, липиды, а также некоторых их биосинтетических предшественников из более простых соединений. Анаболические процессы происходят с потреблением энергии. Процессы катаболизма и анаболизма происходят в клетках одновременно, неразрывно связаны друг с другом и являются обязательными компонентами одного общего процесса — метаболизма, в котором превращения веществ теснейшим образом переплетены с превращениями энергии. Катаболические и анаболические реакции различаются, как правило, локализацией в клетке. Например, окисление жирных кислот до углекислого газа и воды осуществляется с помощью набора митохондриальных ферментов, тогда как синтез жирных кислот катализирует другая система ферментов, находящихся в цитозоле. Именно благодаря разной локализации катаболические и анаболические процессы в клетке могут протекать одновременно. При этом все превращения органических веществ, процессы синтеза и распада взаимосвязаны, координированы и регулируются нейрогормональными механизмами, придающими химическим процессам нужное направление. В организме человека не существует самостоятельного обмена белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Все превращения объединены в целостный процесс метаболизма, допускающий также взаимопревращения между отдельными классами органических веществ. Подобные взаимопревращения диктуются физиологическими потребностями организма, а также целесообразностью замены одних классов органических веществ другими в условиях блокирования какого-либо процесса при патологии.

Согласно современным представлениям расщепление основных пищевых веществ в клетке представляет собой ряд последовательных ферментативных реакций, составляющих три главные стадии катаболизма. На первой стадии полимерные органические молекулы распадаются на составляющие их специфические структурные блоки — мономеры. Так, полисахариды расщепляются до гексоз или пентоз, белки — до аминокислот, нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов и нуклеозидов, липиды — до жирных кислот и глицерина. Эти реакции протекают в основном гидролитическим путем и количество энергии, освобождающейся на этой стадии, не превышает 1% от всей выделяемой в ходе катаболизма энергии, и почти целиком используется организмом в качестве тепла.

На второй стадии катаболизма продуктами химических реакций становятся еще более простые молекулы, унифицированные для углеводного, белкового и липидного обмена. по своему типу (гликолиз, катаболизм аминокислот, β-окисление жирных кислот соответственно). Принципиальным является то, что на второй стадии катаболизма образуются продукты, которые являются общими для обмена исходно разных групп веществ. Эти продукты представляют собой ключевые химические соединения, соединяющие разные пути метаболизма. К таким соединениям относятся, например, пируват (пировиноградная кислота), образующийся при распаде углеводов, липидов и многих аминокислот, ацетил-КоА, объединяющий катаболизм жирных кислот, углеводов и аминокислот, a-кетоглутаровая кислота, оксалоацетат (щавелевоуксусная кислота), фумарат (фумаровая кислота) и сукцинат (янтарная кислота), образующиеся при трансформации аминокислот. Продукты, полученные на второй стадии катаболизма, вступают в третью стадию, которая известна как цикл трикарбоновых кислот (терминальное окисление, цикл лимонной кислоты, цикл Кребса). На третьем этапе ацетил-КоА и некоторые другие метаболиты, например α-кетоглутарат, оксалоацетат, подвергаются окислению в цикле ди- и трикарбоновых кислот Кребса. Окисление сопровождается образованием восстановленных форм НАДН + Н+ и ФАДН2. Именно в ходе второй и третьей стадий катаболизма освобождается и аккумулируется в виде АТФ практически вся энергия химических связей подвергнутых диссимиляции веществ. При этом осуществляется перенос электронов от восстановленных нуклеотидов на кислород через дыхательную цепь, сопровождающийся образованием конечного продукта – молекулы воды. Транспорт электронов в дыхательной цепи сопряжен с синтезом АТФ в процессе окислительного фосфорилирования.

Главным катаболическим процессом в обмене веществ принято считать биологическое окисление — совокупность реакций окисления, протекающих во всех живых клетках, — а именно дыхание и окислительное фосфорилирование. Интегральной характеристикой биологического окисления служит так называемый дыхательный коэффициент (RQ), который представляет собой отношение объема выделенного организмом углекислого газа к объему одновременно поглощенного кислорода. При окислении углеводов объем расходуемого кислорода соответствует объему образующегося углекислого газа и поэтому дыхательный коэффициент в этих случаях равен единице. При окислении жиров и белков такое соответствие отсутствует, поскольку кроме окисления углерода до углекислого газа часть кислорода расходуется на окисление водорода с образованием воды. Вследствие этого величины дыхательного коэффициента в случае окисления жиров и белков составляют соответственно около 0, 7 и 0, 8. Подавляющая часть белкового азота при окислении белка в организме переходит в мочевину. Поэтому по дыхательному коэффициенту и данным о количестве выделяемой мочевины можно определять соотношение участвующих в биологическом окислении углеводов, жиров и белков.

В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: потенциальная энергия сложных органических соединений, поступивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и электрическую. Энергия расходуется не только на поддержание температуры тела и выполнение работы, но и на воссоздание структурных элементов клеток, обеспечение их жизнедеятельности, роста и развития организма. Тем не менее, только часть получаемой при окислении белков, жиров и углеводов энергии используется для синтеза АТФ, другая, значительно большая, превращается в теплоту. Так, при окислении углеводов 22, 7% энергии химических связей глюкозы в процессе окисления используется на синтез АТФ, а 77, 3% в виде тепла рассеивается в тканях. Аккумулированная в АТФ энергия используемая в дальнейшем для механической работы, химических, транспортных, электрических процессов в конечном счете тоже превращается в теплоту. Следовательно, количество тепла, образовавшегося в организме, становится мерой суммарной энергии химических связей, подвергшихся биологическому окислению. Поэтому вся энергия, образовавшаяся в организме, может быть выражена в единицах тепла — калориях или джоулях.

Общий баланс энергии организма определяют на основании калорийности вводимых пищевых веществ и количества выделенного тепла, которое может быть измерено или рассчитано. При этом надо учитывать, что величина калорийности, получаемая при лабораторной калориметрии, может отличаться от величины физиологической калорической ценности, поскольку некоторые вещества в организме не сгорают полностью, а образуют конечные продукты обмена, способные к дальнейшему окислению. В первую очередь это относится к белкам, азот которых выделяется из организма главным образом в виде мочевины, сохраняющей некоторый потенциальный запас калорий. Очевидно, что калорическая ценность, дыхательный коэффициент и величина теплообразования для разных веществ различны. Физиологическая калорическая ценность (в ккал/г) составляет для углеводов — 4, 1; липидов — 9, 3; белков — 4, 1; величина теплообразования (в ккал на 1 литр потребленного кислорода) для углеводов составляет 5, 05; липидов — 4, 69; белков — 4, 49.

Процесс анаболизма по аналогии с катаболическими процессами также проходит три стадии. При этом исходными веществами для анаболических процессов служат продукты второй стадии и промежуточные соединения третьей стадии катаболизма. Таким образом вторая и третья стадии катаболизма являются в то же время первой, исходной стадией анаболизма и химические реакции, протекающие в данном месте и в данное время, выполняют по сути двойную функцию. С одной стороны, они являются основой завершающего этапа катаболизма, а с другой — служат инициацией для анаболических процессов, поставляя вещества-предшественники для последующих стадий ассимиляции. Подобным образом, например, начинается синтез белка. Исходными реакциями этого процесса можно считать образование некоторых a-кетокислот. На следующей, второй стадии в ходе реакций аминирования или трансаминирования эти кетокислоты превращаются в аминокислоты, которые на третьей стадии анаболизма объединяются в полипептидные цепи. В результате ряда последовательных реакций происходит также синтез нуклеиновых кислот, липидов и полисахаридов. Тем не менее следует подчеркнуть, что пути анаболизма не являются простым обращением процессов катаболизма. Это связано прежде всего с энергетическими особенностями химических реакций. Некоторые реакции катаболизма практически необратимы, поскольку их протеканию в обратном направлении препятствуют непреодолимые энергетические барьеры. Поэтому в ходе эволюции были выработаны другие, специфические для анаболизма реакции, где синтез олиго- и полимерных соединений сопряжен с затратой энергии макроэргических соединений, прежде всего – АТФ.

15 вещей, которые следует знать об обмене веществ, чтобы держать себя в форме

13 апреляЗдоровье

Вы можете ускорить метаболизм с помощью воды, специй и пятиминутной тренировки.

Ия Зорина

Автор Лайфхакера, атлет, КМС

Поделиться

0

1. Больше всего калорий вы тратите просто на поддержание жизни

Есть такое понятие, как базовая скорость обмена веществ, или метаболизм в покое (resting metabolic rate, RMR). Это количество калорий, которые организм расходует на все химические процессы, необходимые для жизни.

Другими словами, базовый метаболизм — это энергия^{Examining Variations of Resting Metabolic Rate of Adults: A Public Health Perspective, которую мы тратим, когда не делаем вообще ничего — не двигаемся и даже не перевариваем пищу.}

И у большинства людей, ведущих сидячий образ жизни, базовый метаболизм^{Effects of dieting and exercise on resting metabolic rate and implications for weight management составляет 65–70% всех дневных энергозатрат. Только оставшиеся 30–35% приходятся на физическую активность и переваривание пищи.}

2. Ваш уровень метаболизма во многом зависит от генетики

Исследования сиблингов и близнецов показали^{Genetic effect in resting and exercise metabolic rates, что обмен веществ на 40–45% определяетсяFrom the past to future: from energy expenditure to energy intake to energy expenditure генетикой. То же самое касается термического эффекта от углеводов: то, сколько энергии вы израсходуете на переваривание еды, на 40–50% зависит от ДНК‑профиля.}

Даже то, сколько калорий вы будете тратить во время упражнений, частично зависит от ваших генов. Правда, только при работе с невысокой мощностью.

Это объясняет, почему не все люди одинаково хорошо худеют и набирают мышечную массу на определённых диетах. Всё индивидуально, и вам придётся постараться, чтобы найти свой идеальный режим.

3. Метаболизм замедляется с возрастом, но это можно предотвратить

Скорость обмена веществ у взрослых людей постепенно снижается. Начиная с 18–19 лет с каждым годом вы тратите^{Examining Variations of Resting Metabolic Rate of Adults: A Public Health Perspective всё меньше энергии. Резкое снижение метаболизма происходит после 30, затем бывает небольшой подъём в 50–59 лет, за которым следует постепенный спад до самого конца.}

Это одна из причин, по которой с годами становится сложнее удержать нормальный вес и избавиться от лишних килограммов.

Но есть и хорошие новости: такого спада можно избежать.

В одном исследовании^{Regular exercise and the age‑related decline in resting metabolic rate in women проверили уровень метаболизма у женщин разных возрастных групп: 21–35 лет и 50–72 года. У неактивных молодых и пожилых людей разница между скоростью метаболизма отличалась примерно на 10%. А вот у спортсменок, бегающих на длинные дистанции, и пловчих такой разницы не обнаружили.}

Хотя исследование проводилось только на женщинах, учёные считают, что регулярные занятия спортом на выносливость помогут избежать возрастных изменений людям обоих полов. Отличный повод наконец надеть свои беговые кроссовки или записаться в бассейн.

4. Чем больше мышц, тем быстрее обмен веществ

Скелетные мышцы составляют 45–55% от веса тела и вносят^{Skeletal Muscle Thermogenesis and Its Role in Whole Body Energy Metabolism самый большой вклад в трату энергии, особенно во время физической активности.}

Поэтому, несмотря на большую массу тела, у людей с ожирением метаболизм в покое ниже^{Examining Variations of Resting Metabolic Rate of Adults: A Public Health Perspective, чем у тех, кто имеет нормальный вес.}

Чем больше мышц вам удастся накачать, тем больше энергии тело будет тратить на их обслуживание. А значит, повысится и метаболизм в покое.

5. Калькуляторы могут ошибаться

Для расчёта базового метаболизма используются разные формулы, но ни одна из них не даёт точного представления о том, сколько энергии вы на самом деле сжигаете и сколько калорий нужно потреблять, чтобы поддерживать или сбрасывать вес.

Самыми надёжными считаются^{Comparison of predictive equations for resting metabolic rate in healthy nonobese and obese adults: a systematic review уравнения Миффлина — Сан Жеора и Харриса — БенедиктаCross‑Validation of Resting Metabolic Rate Prediction Equations, но и они дают погрешности.}

Среднее отклонение по распространённым формулам составляет^{Cross‑Validation of Resting Metabolic Rate Prediction Equations от 314 до 445 ккал в сутки. Фактически это полноценный приём пищи.}

Кроме того, чем больше у человека мышечной массы, тем сильнее ошибаются формулы, недооценивая потребности в энергии.

Когда проверили^{Accuracy of Resting Metabolic Rate Prediction Equations in Athletes точность расчётов на молодых атлетах, оказалось, что самые достоверные уравнения занижают суточную потребность в калориях на 284 ккал у женщин (23% жира) и на 110 ккал у мужчин (15% жира).}

6. Недостаток сна увеличивает метаболизм, но это не помогает худеть

Во время ночного отдыха трата энергии снижается, так что чем меньше вы спите, тем больше калорий потратите за сутки.

В одном исследовании^{Impact of insufficient sleep on total daily energy expenditure, food intake, and weight gain обнаружили, что люди, уделяющие сну по 5 часов, тратят на 5% больше калорий в сутки, че те, кто спит 9 часов. В другом эксперименте выяснили, что 24 часа без сна увеличиваютEnergy expenditure during sleep, sleep deprivation and sleep following sleep deprivation in adult humans трату энергии в среднем на 7% в сутки.}

Однако вместе с активизацией расхода калорий растёт и аппетит, а также тяга к жирной и сладкой пище. Так что если вы не контролируете рацион, то после плохой ночи быстро перекроете^{Effect of shortened sleep on energy expenditure, core body temperature, and appetite: a human randomised crossover trial дополнительную трату энергии перекусами.}

7. Стресс не снижает метаболизм, но может приводить к набору веса

Недавнее исследование показало^{Life stress and background anxiety are not associated with resting metabolic rate in healthy adults, что психологический стресс и уровень тревоги никак не влияют на метаболизм в покое.}

Однако хронический стресс всё же может^{Impact of stress on metabolism and energy balance привести к набору лишних килограммов. Постоянная тревога меняет концентрацию гормонов голода и сытости, заставляя съедать больше, чем нужно, и налегать на калорийную пищу.}

Кроме того, стресс снижает^{Daily Stressors, Past Depression, and Metabolic Responses to High‑Fat Meals: A Novel Path to Obesity способность организма окислять жиры и тратить энергию после потребления жирной пищи.}

Если вы нервничали, в следующие шесть часов сожжёте где‑то на 104 ккал меньше, чем если бы всё было хорошо. Учёные подсчитали, что ежедневный стресс может вылиться в прибавку 5 кг в год.

8. Строгие диеты замедляют метаболизм

Когда вы резко снижаете калорийность рациона и теряете вес, организм переходит в режим экономии энергии: базовый метаболизм замедляется и может оставаться таким даже после того, как вы восстановите нормальную калорийность питания. И ряд исследований это подтверждает^{Effect of a very‑low‑calorie diet on body composition and resting metabolic rate in obese men and women, Effect of calorie restriction on resting metabolic rate and spontaneous physical activity, Long‑term persistence of adaptive thermogenesis in subjects who have maintained a reduced body weight.}

Замедление метаболизма частично объясняется потерей мышечной массы, которая уходит вместе с жиром, если ничего не предпринять для её сохранения. Когда вы возвращаетесь к привычному рациону, вес быстро набирается. К счастью, этого можно избежать, если выбрать правильный режим питания.

9. Высокое количество белка ускоряет метаболизм даже на диете

На усвоение пищевого белка организму нужно^{Clinical Evidence and Mechanisms of High‑Protein Diet‑Induced Weight Loss потратить гораздо больше энергии, чем на переработку углеводов и жиров.}

Около 20–30% калорий, которые вы получили из белка, уйдут на его усвоение.

За счёт этого эффекта протеин увеличивает^{Effects of energy‑restricted high‑protein, low‑fat compared with standard‑protein, low‑fat diets: a meta‑analysis of randomized controlled trials трату энергии в покое, помогая поддерживать нормальный вес. Более того, высокое потребление белка помогает сохранить и даже нарастить мышечную массу на диете и таким образом избежать замедления обмена веществ.}

10. Тренировки увеличивают метаболизм в покое даже на диете

Физическая активность не только усиливает трату энергии в течение дня, но и влияет^{Impact of energy intake and exercise on resting metabolic rate на уровень метаболизма в покое, повышая его даже в условиях дефицита калорий.}

И лучше всего с этим справляются силовые нагрузки. Они не только увеличивают^{Effect of strength training on resting metabolic rate and physical activity: age and gender comparisons метаболизм в покое и во время снаMinimal resistance training improves daily energy expenditure and fat oxidation на 7–9%, но и помогаютResistance Training Prevents Muscle Loss Induced by Caloric Restriction in Obese Elderly Individuals: A Systematic Review and Meta‑Analysis поддерживать и наращивать мышечную массу.}

11. Слишком интенсивные тренировки могут замедлить метаболизм

И аэробные, и силовые нагрузки одинаково хорошо^{The effects of either high‑intensity resistance or endurance training on resting metabolic rate поддерживают уровень базового метаболизма, но если активность становится изматывающей, происходит обратное.}

Наблюдение за опытными спортсменами‑велосипедистами показало, что в период тяжёлых нагрузок — до 150% от обычной интенсивности тренировок — трата энергии в покое значительно^{The effects of intensified training on resting metabolic rate (RMR), body composition and performance in trained cyclists снижается.}

То же самое было отмечено в эксперименте^{New approaches to determine fatigue in elite athletes during intensified training: Resting metabolic rate and pacing profile на элитных гребцах — высокие нагрузки на протяжении четырёх недель снизили их энергозатраты в среднем на 111 ккал в сутки.}

12. Специи могут увеличить метаболизм

Некоторые специи активизируют термогенез во время переваривания пищи, заставляя тело тратить больше калорий. К таким относятся имбирь^{Ginger consumption enhances the thermic effect of food and promotes feelings of satiety without affecting metabolic and hormonal parameters in overweight men: A pilot study, перецGrains of paradise (Aframomum melegueta) extract activates brown adipose tissue and increases whole‑body energy expenditure in men «райские зёрна» и чилиCapsaicinoids and capsinoids. A potential role for weight management? A systematic review of the evidence.}

Добавляйте эти специи в еду и напитки и сможете потратить дополнительные 40–50 ккал в сутки. Более того, имбирь и чили‑перец имеют^{Anti‑Oxidative and Anti‑Inflammatory Effects of Ginger in Health and Physical Activity: Review of Current Evidence, Comparative anti‑inflammatory properties of Capsaicin and ethyl‑aAcetate extract of Capsicum frutescens linn [Solanaceae] in rats противовоспалительные и противоопухолевыеInflammation, Cancer and Immunity—Implication of TRPV1 Channel свойства, что может положительно сказаться на здоровье в целом.}

13. Пять минут упражнений могут ускорить метаболизм на сутки

Это касается высокоинтенсивных интервальных тренировок (ВИИТ) — чередования коротких периодов работы изо всех сил с интервалами отдыха или восстановительной активности. Например, 20 секунд спринта и 10 секунд бега трусцой.

Из‑за высокой интенсивности ВИИТ тратят больше калорий, чем то же время спокойной работы, отлично прокачивают выносливость и разгоняют^{Impact of 4 weeks of interval training on resting metabolic rate, fitness, and health‑related outcome метаболизм в покое.}

В одном исследовании^{Post exercise basil metabolic rate following a 6 minute high intensity interval workout с участием 10 человек выяснили, что короткая ВИИТ способна увеличить базовый обмен веществ на целые сутки.}

После небольшой разминки участники сделали интервальную тренировку на четыре минуты. Комплекс упражнений включал приседания, прыжки на месте, выпады и разножку по протоколу Табата: 20 секунд работы без остановки, 10 секунд отдыха, и так восемь раз. Закончили тренировку растяжкой.

За шесть минут занятия участники сожгли около 63 ккал — не так уж много. Но когда учёные посчитали повышенную трату энергии в следующие 24 часа, оказалось, что по факту тренировка сожгла 360 ккал.

Это всего лишь одно небольшое исследование, но данные звучат очень обнадёживающе. Теперь вы точно знаете, что позаниматься пять минут гораздо лучше, чем не заниматься вообще.

14. Кофе и чай усиливают метаболизм

Два самых распространённых напитка помогают тратить больше калорий за счёт содержания кофеина — вещества, которое стимулирует центральную нервную систему.

Одна кружка сваренного кофе (около 250^{Caffeine content for coffee, tea, soda and more мл, 100 мг кофеина) увеличиваетCaffeine: a double‑blind, placebo‑controlled study of its thermogenic, metabolic, and cardiovascular effects in healthy volunteers трату энергии на 9,2 ккал в час на протяжении следующих трёх часов после приёма.}

В зелёном чае также присутствует кофеин, а ещё катехины — вещества, обладающие антиоксидантными свойствами. Вместе они увеличивают^{Catechin- and caffeine‑rich teas for control of body weight in humans, Body weight loss and weight maintenance in relation to habitual caffeine intake and green tea supplementation термогенез и помогаютHerbal and Dietary Supplements for Weight Loss, Effect of green tea on resting energy expenditure and substrate oxidation during weight loss in overweight females избежать замедления метаболизма даже на низкокалорийных диетах.}

15. Холодная вода может увеличить метаболизм в покое

Некоторые исследования подтверждают, что обычная вода может активизировать трату энергии в покое.

Например, в научной работе^{Water‑induced thermogenesis Майкла Бошманна (Michael Boschmann) с участием 14 здоровых мужчин и женщин без лишнего веса обнаружили, что 500 мл прохладной воды (22 °С) повышают метаболизм участников на 30%.}

Люди ускоренно сжигали калории уже через 10 минут после питья, а через 30–40 минут эффект достиг пика. Учёные подсчитали, что, выпив 2 л воды в день, человек может сжечь дополнительные 95 ккал.

Через три года Клайв Браун (Clive M. Brown) провёл^{Water‑induced thermogenesis reconsidered: the effects of osmolality and water temperature on energy expenditure after drinking похожий эксперимент с участием восьми молодых здоровых представителей обоих полов и получил далеко не такие оптимистичные результаты.}

В его исследовании около 500 мл холодной воды (3 °С) увеличили метаболизм испытуемых только на 4,5% в течение часа после питья. Браун сделал вывод, что этого слишком мало, чтобы помочь похудению.

Кроме того, учёный отметил, что в работе Бошманна использовали прямую калориметрию в специальной камере, а не аппарат для непрямой респираторной калориметрии, который надевается на голову участника в виде купола или маски.

Возможно, Бошманн действительно измерил неправильно, причём два раза (в 2007 году он снова провёл эксперимент в респираторной камере и получил^{Water drinking induces thermogenesis through osmosensitive mechanisms прибавку в 24% после 500 мл холодной воды). Но в 2011 году вышла ещё одна работаInfluence of water drinking on resting energy expenditure in overweight children, в которой проверили трату калорий у детей с ожирением.}

Здесь, как и в эксперименте Брауна, использовали непрямой калориметр, но при этом результаты были сходны с теми, что получил Бошманн. В течение 40 минут после приёма 10 мл холодной воды (4 °С) на килограмм веса тела уровень метаболизма в покое увеличился у детей на 25%.

Сложно сделать однозначные выводы, поскольку результаты разнятся и тема требует дальнейших исследований. Но если вы стремитесь к похудению, пара литров прохладной воды в день, распределённых на несколько приёмов, могут внести свою лепту.

Читайте также 🧐

• Что такое иммунный возраст и чем он отличается от биологического
• Почему люди набирают вес после 40 лет и как это исправить
• Как тренироваться, чтобы не превратиться в развалину в 40 лет

Физиология, метаболизм — StatPearls — NCBI Bookshelf

Введение

Метаболизм относится ко всей сумме реакций, происходящих в организме в каждой клетке и обеспечивающих тело энергией. Эта энергия используется для процессов жизнедеятельности и синтеза нового органического материала. Каждый живой организм использует окружающую среду, чтобы выжить, забирая питательные вещества и вещества, которые служат строительными блоками для движения, роста, развития и размножения. Все они опосредованы ферментами, которые представляют собой белки со специализированными функциями в анаболизме и катаболизме. Скорость производства энергии называется скоростью основного обмена и зависит от таких факторов, как пол, раса, физические упражнения, диета, возраст и такие заболевания, как сепсис или рак.

Вопросы, вызывающие озабоченность

Химические реакции, посредством которых происходит обмен веществ, почти одинаковы во всех живых организмах, включая животных, растения, бактерии и грибы. Все эти химические реакции опосредованы белками, которые действуют как катализаторы в определенных условиях окружающей среды, таких как рН и температура. Синтез многих катализаторов, обеспечивающих химические реакции в нашем организме, берет свое начало в ДНК. Дезоксирибонуклеиновая кислота представляет собой молекулу, находящуюся внутри ядра, состоящую из четырех оснований, называемых аденином, гуанином, цитозином и тимином. РНК — это молекула, используемая некоторыми живыми организмами вместо ДНК, и компоненты этой молекулы включают рибозу и урацил вместо тимина. Окружающая среда, в основном растения, использует солнечный свет для преобразования воды и углекислого газа для синтеза углеводов. Живые организмы поступают наоборот, потребляя углеводы и другие органические материалы для производства энергии.

Термодинамика

Невозможно говорить об обмене веществ, не взглянув на законы термодинамики. Особого внимания заслуживают первые два закона. Первые два закона термодинамики гласят, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена и что результатом физических и химических изменений является увеличение энтропии во Вселенной. Энергия, которая действительно полезна, или свободная энергия, — это такая энергия, которая способна совершать работу при любой разнице температур. Менее полезные формы энергии высвобождаются в виде тепла.[1]

Клеточный

Химический носитель энергии называется АТФ. Синтез АТФ происходит внутри внутриклеточной органеллы, ограниченной внешней и внутренней мембранами. Диссоциация воды на молекулу водорода и гидроксильную группу, происходящая во внутренней среде организма, необходима для синтеза АТФ. Катаболические реакции, о которых пойдет речь в этой статье, высвобождают значительное количество протонов, большая часть которых транспортируется в митохондрии для производства АТФ. Эти протоны транспортируются через ряд комплексов во внутренней мембране митохондрий, чтобы активировать АТФазу, используя энергию, высвобождаемую механизмом транспорта электронов.

Организмы перерабатывают пищу, которую они едят, в три этапа. Первый этап включает в себя преобразование сложных молекул в простые молекулы; это включает расщепление сложных белков на олигопептиды и свободные аминокислоты для облегчения всасывания, расщепление сложных сахаров на дисахариды или моносахариды и расщепление липидов на глицерин и свободные жирные кислоты. Эти процессы называются пищеварением и составляют лишь около 0,1% производства энергии, которая не может быть использована клеткой. Во второй фазе все эти небольшие молекулы подвергаются неполному окислению. Окисление означает удаление электронов или атомов водорода. Конечным продуктом этих процессов являются вода и углекислый газ, а также три основных вещества, а именно: ацетилкофермент А, оксалоацетат и альфа-оксоглутарат. Из них наиболее распространенным соединением является ацетилкофермент А, который образует 2/3 углерода в углеводах и глицерине, весь углерод в жирных кислотах и ​​половину углерода в аминокислотах. Третья и последняя фаза этого процесса происходит в цикле, называемом циклом Кребса, открытом сэром Гансом Кребсом. В этом цикле ацетилкоэнзим А и оксалоацетат объединяются и образуют цитрат. В этой ступенчатой ​​реакции происходит высвобождение протонов, которые передаются в дыхательную цепь для синтеза АТФ.

Дисбаланс между анаболизмом и катаболизмом может привести к ожирению и кахексии соответственно. Метаболическая энергия переносится высокоэнергетическими фосфатными группами, такими как АТФ, ГТФ и креатинфосфат; или переносчиками электронов, такими как НАДН, ФАДН и НАДФН.[2][3]

Вовлеченные системы органов

Поджелудочная железа является ключевым метаболическим органом, который регулирует количество углеводов в крови либо путем высвобождения значительного количества инсулина для снижения уровня глюкозы в крови, либо путем высвобождения глюкагона для его повышения. Утилизация углеводов и липидов организмом называется циклом Рэндла, регулируется инсулином.

Печень является органом, отвечающим за переработку абсорбированных аминокислот и липидов из тонкого кишечника. Он также регулирует цикл мочевины и основные метаболические процессы, такие как глюконеогенез и отложение гликогена.[4]

Функция

Характеристики углеводов включают растворимость, относительно легкость транспортировки, нетоксичность молекул, которые служат источником энергии при снижении уровня кислорода.

Наиболее энергоемкими молекулами являются липиды, и они являются основной энергетической молекулой для млекопитающих и тканей. Поскольку они нерастворимы, они плохо переносятся кровью, не используются анаэробно и требуют большего количества кислорода для извлечения из них энергии (2,8 АТФ/молекула кислорода). Они не могут проникнуть через гематоэнцефалический барьер, и эритроциты или почечные клетки не могут их использовать. Аминокислоты действуют как субстраты для производства глюкозы только в условиях длительного голодания, демонстрируя истощение запасов гликогена.

Метаболизм этих трех основных субстратов сводится к одной молекуле, ацетил-КоА, в митохондриях. Метаболизм этой промежуточной молекулы генерирует 3 NADH, 1 FADH, 1 GTP и 2 CO2, все из которых участвуют в дыхательной цепи в митохондриях для синтеза АТФ.[5]

Механизм

Метаболизм углеводов

Основное внимание уделяется одному конкретному виду сахара — глюкозе. После поглощения клеткой молекулы глюкозы она немедленно метаболизируется в глюкозо-6-фосфат, который не может покинуть клетку.

Фермент, катализирующий эту реакцию, называется гексокиназой (в печени и поджелудочной железе) или глюкокиназой во всех других тканях. Этот метаболит используется почти во всех метаболических процессах, включая гликолиз и гликогенез. Углеводы хранятся в виде гранул гликогена для быстрой мобилизации глюкозы при необходимости.

Гликоген представляет собой полимер глюкозы, собранный гликогенсинтазой, с точками ветвления через каждые десять молекул глюкозы, что придает гликогену древовидную структуру, что способствует мобилизации глюкозы. Некоторые ткани используют гликоген для собственного поддержания, например скелетные мышцы; некоторые другие ткани используют гликоген для поддержания стабильного уровня глюкозы в сыворотке, например, печень. Печень может хранить почти 100 г гликогена, который поставляет глюкозу в течение 24 часов; скелетные мышцы запасают 350 г, которых достаточно для 60-минутного сокращения мышц. Глюкоза метаболизируется путем гликолиза во всех клетках с образованием пирувата.

В этом процессе не используется кислород, и образуются две молекулы пирувата, 2 НАДН и 2 АТФ.

Пируват может иметь три судьбы внутри клетки: он может транспортироваться в митохондрии и генерировать ацетил-КоА, он может оставаться в цитозоле и генерировать лактат или может использоваться в гликонеогенезе ферментом аланинаминотрансферазой (АЛТ). Судьба пирувата в тканях будет зависеть от гормональной регуляции, доступности кислорода и конкретной ткани. Например, в печени избыток пирувата метаболизируется до ацетил-КоА, который затем используется для синтеза липидов, тогда как в мышцах он подвергается полному окислению до СО2.

Глюкозо-6-фосфат также можно использовать в пентозофосфатном пути. Этот путь синтезирует нуклеотиды, синтез специфических липидов и поддерживает глутатион в его активной форме. Этот процесс регулируется глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой.

Углеводный обмен регулируется в основном инсулином, так как он стимулирует гликолиз и гликогенез. Катехоламины, глюкагон, кортизол и гормон роста стимулируют глюконеогенез и гликогенолиз. [6]

Метаболизм липидов

Жирные кислоты служат для производства энергии в окислительных тканях. Некоторые из них являются амфипатическими, потенциально токсичными и транспортируются в связанном виде с альбумином. Кишечник всасывает жирные кислоты в виде мицелл; они поглощаются энтероцитами в стенке кишечника. Оказавшись внутри, эти молекулы жира расщепляются на более мелкие молекулы, свободные жирные кислоты и глицерин, которые в задней части конъюгируются с образованием триглицеридов. Они связаны с белками, образуя хиломикроны вне энтероцита.

Эти хиломикроны очень богаты холестерином и триглицеридами, которые по системе воротной вены транспортируются в печень. Печень будет обрабатывать эти сложные молекулы, чтобы извлечь фракцию холестерина и триглицеридов. Печень секретирует новую форму сложной молекулы, называемой ЛПОНП, которая транспортирует эндогенные липиды и жир к периферическим тканям, экспрессирующим гормоночувствительную липазу и липопротеинлипазу.

Этот фермент превращает ЛПОНП в ЛПНП, который содержит больше холестерина, чем другие молекулы, и в конечном итоге поглощается тканями-мишенями. Весь этот процесс называется «прямой метаболизм холестерина». Когда в периферических тканях слишком много жира или холестерина, они перемещаются в липопротеине, называемом ЛПВП, который попадает в желчевыводящую систему для экскреции. Этот процесс называется «обратным метаболизмом холестерина». Оба регулируются инсулином, который стимулирует липазы в организме, но подавляет липолиз.][10]

Метаболизм аминокислот

Мы потребляем почти 100 г белка в день. В организме содержится почти 10 кг белка, который метаболизируется по 300 г в сутки. Структурными единицами, составляющими белки, являются аминокислоты. Некоторые из них являются незаменимыми (это означает, что организм не может их синтезировать и должен получать с пищей), а некоторые являются заменимыми аминокислотами (которые организм может синтезировать). Белки поглощаются энтероцитами в виде аминокислот. Аминокислоты содержат группу азота и двухуглеродный скелет, называемый 2-оксокислотой.

Метаболизм аминокислот приводит к образованию аммония, который является токсичной молекулой, особенно для ЦНС. Аммоний может метаболизироваться в печени для экскреции в цикле орнитина (мочевины). Метаболизм аминокислот происходит в результате двух видов химических реакций. Первый называется трансаминированием, в котором участвуют аланинаминотрансфераза (АЛТ) и аспартатаминотрансфераза (АСТ). Эти две реакции требуют трехуглеродного скелета для замены аминогруппы; скелетом этих двух ферментов является альфа-кетоглутарат. В реакции, регулируемой АЛТ, аланин переносит аминогруппу на альфа-кетоглутарат с образованием пирувата и глутамата. При регулируемой АСТ реакции происходит обратная ситуация. Он использует пожертвованную аминогруппу из глутамата для создания аспартата, чтобы пожертвовать второй атом амино в цикл мочевины. Второй реакцией является дезаминирование, при котором глутаматдегидрогеназа метаболизирует глутамат с образованием альфа-кетоглутарата и аммиака, который должен быть детоксицирован циклом мочевины.

После дезаминирования скелет подвергается промежуточному метаболизму. Метаболизм аминокислот может давать семь типов скелетов, а именно: альфа-кетоглутарат, оксалоацетат, сукцинил-КоА, фумарат, пируват, ацетил-КоА и ацетоацетил-КоА. Первые пять имеют три или более атомов углерода и полезны для гликонеогенеза, последние два имеют только два атома углерода и непригодны для гликонеогенеза. Вместо этого они используются для синтеза липидов.

Как и все другие метаболические пути, инсулин является основным регулятором. Напротив, регулятором метаболизма аминокислот является кортизол и гормон щитовидной железы, который опосредует разрушение мышц.

Клиническая значимость

Сахарный диабет

Поджелудочная железа определяет концентрацию глюкозы в крови и некоторых аминокислот, таких как аргинин и лейцин. Высокий уровень этих веществ указывает на питательное насыщение, и это сообщение посылается организму поджелудочной железой в виде инсулина. Инсулин является уникальным метаболическим гормоном, отвечающим за распределение питательных веществ в организме, а это означает, что дефицит инсулина вызывает плейотропные изменения в метаболизме человека.

При дефиците инсулина торможение катаболических реакций меньше; это приводит к чистой мобилизации субстратов из тканей. Поджелудочная железа определяет статус метаболитов, периферические ткани определяют статус концентрации инсулина. Когда периферические ткани ощущают снижение уровня инсулина, они начинают катаболизироваться, и начинают мобилизоваться субстраты. Печень реагирует на низкий уровень инсулина увеличением синтеза глюкозы с помощью глюконеогенеза и гликогенолиза. Как видно из метаболизма аминокислот, основным субстратом глюконеогенеза является аланин, образующийся в результате мышечного распада и протеолиза. Жировая ткань также реагирует, усиливая липолиз, что приводит к накоплению жирных кислот и глицерина. Повышенная доставка неэтерифицированных жирных кислот (НЭЖК) в печень увеличивает кетогенез.[14]

Сепсис, травма и ожоги

Катаболизм также может инициироваться чрезмерной воспалительной реакцией, характеризующейся активацией и экспрессией провоспалительных цитокинов, таких как TNF-альфа, IL-6 и IL-1. Этот процесс называется синдромом системной воспалительной реакции (SIRS). Он имеет три фазы метаболизма; фаза прилива или шока, катаболическая фаза и анаболическая фаза. В этих сценариях происходит значительная мобилизация субстрата по всему телу.[15]

Дефицит G6PDH

Дефицит широко распространен в экваториальных регионах. Он связан с Х-хромосомой и снижает уровень НАДФН, следовательно, снижает уровень активной формы глутатиона и увеличивает окислительный стресс для эритроцитов; это приводит к гемолизу, представленному как кризис, в зависимости от инсульта. Он проявляется в виде телец Хайнца и пузырчатых клеток в мазке периферической крови.[16]

Контрольные вопросы

• Доступ к бесплатным вопросам с несколькими вариантами ответов по этой теме.

• Прокомментируйте эту статью.

Ссылки

1.

Liu X, Chen T, Jain PK, Xu W. Выявление термодинамических свойств элементарных химических реакций на уровне одной молекулы. J Phys Chem B. 25 июля 2019 г.; 123 (29): 6253-6259. [PubMed: 31246466]

2.

Ramnanan CJ, Edgerton DS, Kraft G, Cherrington AD. Физиологическое действие глюкагона на метаболизм глюкозы в печени. Сахарный диабет Ожирение Metab. 2011 Октябрь; 13 Приложение 1: 118-25. [Бесплатная статья PMC: PMC5371022] [PubMed: 21824265]

3.

Сабо И., Зоратти М. Митохондриальные каналы: потоки ионов и многое другое. Physiol Rev. 2014 Apr;94(2):519-608. [PubMed: 24692355]

4.

Hue L, Taegtmeyer H. Новый взгляд на цикл Рэндла: новая голова для старой шляпы. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2009 г., сен; 297 (3): E578-91. [Бесплатная статья PMC: PMC2739696] [PubMed: 19531645]

5.

KREBS HA. Цикл трикарбоновых кислот. 1948–1949 Харви Лект. Серия 44: 165-99. [PubMed: 14849928]

6.

Дашти М. Краткий обзор биохимии: углеводный обмен. Клин Биохим. 2013 Октябрь;46(15):1339-52. [PubMed: 23680095]

7.

Абумрад Н.А., Дэвидсон НЕТ. Роль кишечника в липидном гомеостазе. Physiol Rev. 2012 г., июль; 92 (3): 1061-85. [Бесплатная статья PMC: PMC3589762] [PubMed: 22811425]

8.

Goldstein JL, Brown MS. Рецептор ЛПНП. Артериосклеры Тромб Васк Биол. 2009 г.29 апреля (4): 431-8. [Бесплатная статья PMC: PMC2740366] [PubMed: 19299327]

9.

Яворски К., Саркади-Надь Э., Дункан Р.Э., Ахмадян М., Сул Х.С. Регуляция метаболизма триглицеридов. IV. Гормональная регуляция липолиза в жировой ткани. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2007 июль; 293(1):G1-4. [Бесплатная статья PMC: PMC2887286] [PubMed: 17218471]

10.

Пирс В., Кароббио С., Видаль-Пуиг А. Различные оттенки жира. Природа. 2014 05 июня; 510 (7503): 76-83. [В паблике: 24899307]

11.

Deutz NE, Wolfe RR. Существует ли максимальный анаболический ответ на прием белка во время еды? Клин Нутр. 2013 апр; 32 (2): 309-13. [Бесплатная статья PMC: PMC3595342] [PubMed: 23260197]

12.

Finn PF, Dice JF. Протеолитические и липолитические реакции на голодание. Питание. 2006 июль-август; 22 (7-8): 830-44. [PubMed: 16815497]

13.

Ванденберг Р.Дж., Райан Р.М. Механизмы транспорта глутамата. Physiol Rev. 9 октября 2013 г.3(4):1621-57. [PubMed: 24137018]

14.

Заккарди Ф., Уэбб Д.Р., Йейтс Т., Дэвис М.Дж. Патофизиология сахарного диабета 1 и 2 типа: взгляд на 90 лет. Postgrad Med J. 2016 Feb; 92 (1084): 63-9. [PubMed: 26621825]

15.

Чеккони М., Эванс Л., Леви М., Родс А. Сепсис и септический шок. Ланцет. 2018 07 июля; 392 (10141): 75-87. [PubMed: 29937192]

16.

Штайнер М., Людеманн Дж., Краммер-Штайнер Б. Фавизм и дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. N Engl J Med. 2018 15 марта; 378 (11): 1068. [В паблике: 29542311]

Какой у меня метаболизм и как он работает?

Ваш метаболизм немного похож на внутреннюю батарею

Когда дело доходит до метаболизма, вы, вероятно, имеете приблизительное представление о том, что это такое, но насколько хорошо вы знаете, какую роль он играет в общем состоянии вашего здоровья и благополучие?

Метаболизм может быть быстрым или медленным? Изменяется ли ваш метаболизм с возрастом? Действительно ли метаболизм людей работает с разной скоростью? Есть ли способы улучшить метаболизм?

Если вы когда-нибудь задумывались об этих вещах или просто хотите узнать немного больше о том, как работает метаболизм, вы пришли в нужное место. Присоединяйтесь к нам, поскольку мы изучаем некоторые из вопросов, которые могут у вас возникнуть о вашем метаболизме.

Для начала, что такое метаболизм?

Метаболизм — это сложные химические процессы, которые ваш организм использует для нормального функционирования и поддержания жизни, включая расщепление пищи и напитков до энергии и построение или восстановление вашего тела.

В любой момент времени внутри вашего тела происходят тысячи химических реакций, поддерживающих здоровье, процветание и функционирование клеток. Чтобы ваше тело функционировало нормально, ему требуются необходимые питательные вещества, в том числе энергия (килоджоули), которые поступают с пищей и напитками, которые вы потребляете. Количество энергии, которую ваше тело сжигает в любой момент времени, напрямую зависит от вашего метаболизма.

Итак, как работает метаболизм?

Мы всегда сжигаем энергию, даже когда спим. Есть два химических процесса, которые происходят для метаболизма, катаболизм и анаболизм, которые регулируются, чтобы оставаться в равновесии. Проще говоря:

• Катаболизм — это процесс расщепления пищи и напитков на более простые формы, что приводит к высвобождению энергии.

• Анаболизм — это процесс, при котором энергия используется для функций организма, в том числе для роста и восстановления клеток в организме.

Если в день потребляется больше килоджоулей, чем необходимо, избыточные килоджоули откладываются в основном в виде жира.

Существуют ли факторы, влияющие на мой метаболизм? Может быть быстро или медленно?

Уровень метаболизма означает скорость, с которой ваше тело использует энергию для функционирования. Когда дело доходит до метаболизма, существует ряд факторов, которые могут влиять на эту скорость, в том числе:

• Размер тела — Люди с большим размером тела, включая мышечную массу, скорее всего, сжигают больше килоджоулей .
• Пол – Обычно мужчины сжигают больше килоджоулей, потому что в большинстве случаев у них больше мышц по отношению к их общей массе тела.
• Возраст – Когда вы стареете и начинаете терять мышечную массу, ваш метаболизм замедляется.

Могу ли я что-нибудь сделать, чтобы увеличить скорость метаболизма?

Существует мало научных доказательств того, что продукты питания, напитки, таблетки или добавки могут повысить ваш метаболизм. Но с помощью здорового питания и физической активности вы можете влиять на то, сколько энергии поступает и используется вашим телом.

Энергия, используемая во время физической активности, является единственным расходом энергии, который вы можете контролировать, поэтому включение 30 минут физической активности в ваш распорядок дня является ключевым моментом. Чем больше физической активности вы выполняете, тем больше энергии вы можете сжечь.

Что касается мышц, то чем их больше, тем больше килоджоулей вы сожжете. С возрастом люди обычно начинают терять мышечную массу, и метаболизм начинает замедляться. Исследования показывают, что силовые тренировки и тренировки с отягощениями могут помочь увеличить мышечную массу или уменьшить потерю мышечной массы, поэтому занятия с отягощениями, такие как йога или подъем по лестнице, — отличное начало.