ОБМІН РЕЧОВИН І ЕНЕРГІЇ (метаболізм) - сукупність процесів хімічних перетворень речовин і енергії в живих організмах і обмін речовинами і енергією між організмом і навколишнім середовищем.
Обмін речовин і енергії є основою життєдіяльності і є найважливішим специфічною ознакою живої матерії, що відрізняє живе від неживого. Сутністю його є діалектичне єдність процесів безперервного надходження в організм ззовні різних органічних і неорганічних сполук, їх засвоєння, зміни і виведення в навколишнє середовище утворилися продуктів розпаду. Ф. Енгельс, визначаючи життя як спосіб існування білкових тіл, відзначав, що істотним моментом «є постійний обмін речовин з навколишнім їх зовнішньою природою».
Для кожного виду тварин характерний свій особливий тип обміну, який залежить від спадкових властивостей, статі, віку, умов існування і т. Д. Сукупність хімічних перетворень різних речовин з моменту їх надходження в кров і до утворення кінцевих продуктів розпаду називається проміжним обміном речовин і енергії , або проміжним метаболізмом.
Проміжний обмін відбувається в основному внутрішньоклітинно, тому терміни «проміжний», «проміжний» або «внутрішньоклітинний» обмін означають одне і те ж. В основі проміжного обміну речовин і енергії лежать протилежно спрямовані ферментативні процеси, тісно пов'язані один з одним і взаємозумовлені. Ці процеси називають асиміляцією (анаболизмом) і диссимиляцией (катаболизмом).
Асиміляція є синтез з простіших сполук, що утворюються при перетравленні речовин їжі, великомолекулярних клітинних компонентів, таких як нуклеїнові кислоти, білки, ліпіди (жири і жироподібні речовини) і ін.
Дисиміляція - це ферментативне розщеплення великих молекул (у вищих організмів здійснюється, як правило, окислювальним шляхом), що супроводжується звільненням енергії, укладеної в хімічних зв'язках великих молекул органічних речовин.
Вивільняється енергія використовується для всіх процесів життєдіяльності: скорочення м'язів, проведення нервових імпульсів, підтримки температури тіла, різних процесів синтезу, всмоктування і секреції, підтримки фізіологічних концентрацій органічних і неорганічних іонів по обидві сторони клітинної мембрани (всередині і поза клітиною) і ін.
Завдяки процесам обміну речовин і енергії відбувається перебудова надходять харчових речовин в сполуки, характерні для даного організму і використовуються як будівельний або енергетичний матеріал. Обмін речовин і енергії сприяє постійному, безперервному оновленню органів і тканин без зміни їх хімічного складу.
Основні класи речовин (білки, жири, вуглеводи та ін.) Відіграють різну роль в процесах обміну.
Білки використовуються організмом в основному як будівельний (пластичного) матеріалу, вуглеводи і жири - в якості матеріалів для покриття енергетичних витрат.
Вуглеводи є основним джерелом енергії в організмі, т. К. При їх перетворенні утворюється більше половини всієї енергії, необхідної організму.
Обмін речовин і енергії можна умовно розділити на наступні ступені:
- травлення - розщеплення в жел.-киш. тракті під дією травних ферментів (пепсину, трипсину, хімотрипсину і ін.) складних складових частин їжі до низькомолекулярних сполук загальних для обміну різних речовин, здатних засвоюватися організмом і представляють собою як би вузлові станції, що з'єднують різні шляхи метаболізму;
- всмоктування в кишечнику і надходження в кров продуктів травлення і доставка їх до різних органів і тканин;
- побудова з доставлених речовин з'єднань, характерних (або, як їх називають, специфічних) для даного організму;
- розщеплення таких з'єднань з утворенням проміжних і кінцевих продуктів обміну;
- виведення з організму кінцевих продуктів обміну.
Процеси біосинтезу і розщеплення відбуваються в клітинах одночасно. Основним шляхом утилізації енергії, що звільняється в процесах обміну речовин і енергії, є її накопичення в спеціальних речовинах, так званих макроергічних (високоергіческіх) з'єднаннях, таких як аденозинтрифосфат (АТФ) та інші.
Серед макроергічних з'єднань АТФ найбільш універсальний. Освіта АТФ з аденозіндіфосфорной кислоти (АДФ) і неорганічного фосфату відбувається різними шляхами, причому енергетична цінність шляхів утворення АТФ нерівнозначна. Розщеплення АТФ на АДФ і неорганічний фосфат супроводжується виділенням 8-10 ккал енергії. Енергія АТФ перетворюється (трансформується) в інші форми енергії - механічну, хімічну, теплову та ін. Переноситься на інші сполуки, використовується на потреби біосинтезу і т. Д.
У процесах обміну речовин і енергії важливе місце займають вітаміни, вода і різні мінеральні речовини. Надзвичайно важливі для обміну натрій, калій, кальцій, фосфор, а також ряд мікроелементів - магній, марганець, цинк, молібден, фтор, кобальт та інші неорганічні сполуки. Ці речовини беруть участь в біоелектричних (проведення нервового імпульсу) і осмотичних процесах в клітинах, входять до складу зубів, кісток, необхідні для дії багатьох ферментів і дихальних пігментів (наприклад, гемоглобіну).
У процесі життєдіяльності рівень обміну речовин і енергії не буває постійним, завдяки чому організм пристосовується до мінливих умов існування. Досягається це узгодженістю і злагодженістю процесів обміну, які є результатом пластичної і строго координованої роботи всіх механізмів, що беруть участь в ньому як на рівні клітини, так і в органах і тканинах. Цим визначається характерні і для даного організму рівень обміну речовин і енергії, що складається в процесі історичного розвитку (філогенезу> і що направляється механізмами спадковості при постійній взаємодії з навколишнім середовищем.
При зміні умов включаються регуляторні механізми, що змінюють процес обміну речовин і енергії в необхідному для організму напрямку. Так, в анаеробних умовах (т. Е. За відсутності кисню) процес окисного фосфорилювання змінюється гликолизом. Навпаки, при підвищенні вмісту кисню в тканинах гліколіз гальмується і посилюються процеси окисного фосфорилювання.
Регуляція обміну речовин і енергії в клітинах і тканинах здійснюється шляхом певного впливу на ферментативні реакції, на механізми регуляції синтезу і активності ферментів. Обмінні процеси в клітці можуть саморегулюватися по так званому типом зворотного зв'язку. Наприклад, кількість АТФ в клітці, утворене при окисного фосфорилювання, визначає інтенсивність цього процесу. Якщо синтез АТФ переважає над його споживанням, процес окисного фосфорилювання гальмується, і навпаки.
Важлива роль в регуляції обміну речовин і енергії в клітинах і тканинах належить біологічних мембран, які контролюють інтенсивність надходження в клітину і виходу з неї різних з'єднань.
Головною, яка координує формою регуляції обміну у людини і тварин є нервово-гормональна регуляція ферментативних реакцій, що лежать в основі метаболізму. Наприклад, при значному зниженні вмісту цукру в крові посилюється виділення адреналіну, впливає на ферментативні механізми, що каталізують розпад глікогену і утворення глюкози. При надлишку цукру в крові посилюється секреція інсуліну, який гальмує процес розщеплення глікогену в печінці. Інсулін посилює потребу периферичних тканин (м'язів, центральної нервової системи та ін.) В глюкозі, внаслідок чого зменшується надходження її в кров.
Центральна і вегетативна нервові системи забезпечують нервову регуляцію процесів обміну. Ця регуляція здійснюється безпосередньо (трофічні впливу) або через гормони, секретуються залозами внутрішньої секреції.
Будь-яке захворювання людини супроводжується порушеннями обміну речовин і енергії, які особливо виразно проявляються при розладах функцій нервової системи і залоз внутрішньої секреції.
Обмін речовин і енергії порушується при неправильному харчуванні - надмірному, недостатньому або якісно неповноцінному. Загальна порушення обміну речовин і енергії, обумовлене зміною інтенсивності окислювальних процесів, проявляється зрушеннями в основному обміні.
Основний обмін (обмін речовин в спокої) - це та кількість тепла, яке утворюється при мінімальній інтенсивності процесів обміну речовин у людини в умовах повного спокою.
Основний обмін підвищується при захворюваннях, пов'язаних з посиленням функції щитовидної залози, і знижується при захворюваннях, обумовлених недостатньою функцією цієї залози (див. Зоб дифузний токсичний), а також при зниженні функції гіпофіза, надниркових залоз, статевих залоз і при загальному голодуванні.
Виділяють порушення білкового, жирового, вуглеводного, мінерального і водно-сольового обміну. Однак всі види обміну речовин взаємопов'язані, і поділ є умовним.
Порушення обміну речовин і енергії проявляються в зміні взаємодії і перетворення різних сполук, надмірному накопиченні проміжних продуктів метаболізму, в неповному або надмірному їх виділення і перекрученні перебігу різних процесів з утворенням речовин, далеких нормальному організму.
Діагностика порушень обміну речовин і енергії грунтується на дослідженні газообміну, співвідношень між кількістю вступників речовин і їх виділенням з організму, визначенням хімічного складу крові, сечі та ін.
Лікування порушень обміну направлено головним чином на усунення їх причин або на лікування основного захворювання, яке супроводжується зміною обміну речовин і енергії.