Ainevahetus ja energia muundamine on elusorganismide omadused. Energia- ja plastivahetus, nende seos. Energia metabolismi etapid. Käärimine ja hingamine

Ainevahetus on rakus oleva energia metabolism ja muundamine, kehas toimuv ainete muutuste keerukas ahel, mis algab hetkest, kui nad sisenevad väliskeskkonnast ja lõpevad lagunemissaaduste eemaldamisega. Ainevahetuse protsessis saab keha aineid rakkude ehitamiseks ja energiat eluprotsesside jaoks. Seetõttu on vahetus kahte tüüpi: plastik ja energia.

Plastiline ainevahetus (anabolism või assimilatsioon) on reaktsioonide kogum, mis aitab raku üles ehitada ja selle koostist uuendada.

Energia metabolism (katabolism, dissimilatsioon) - reaktsioonide komplekt, mis varustab rakku rakuga.

Ainevahetus, selle protsessid, katabolismi ja anaboolsuse tabel

Katabolism on elusorganismi ensümaatiliste reaktsioonide kogum, mille eesmärk on lagundada toiduga tarnitavaid või kehas säilitatavaid kompleksseid orgaanilisi aineid (valgud, lipiidid, süsivesikud, nukleiinhapped). Ainevahetusprotsessid, mis lagundavad lihtsad ained keerukateks molekulideks. CO lagunemise lõppsaadused2 ja H2O.

Anaboolia on elusorganismi keemiliste protsesside kogum, mille eesmärk on rakkude ja kudede struktuuriosade moodustamine ja uuendamine. Samal ajal sünteesitakse keerukamad molekulid (valgud, rasvad, süsivesikud) lihtsamatest, kogunedes energiale.

- Vabastab energia ATP

- kineetiliseks energiaks muundatud potentsiaalne energia

- Vajab energiat ATP lagunemise, anorgaaniliste ainete oksüdeerimise, päikesevalguse eest

- Kineetiline energia muundatakse potentsiaalseks energiaks

Ainevahetus elusolendite organismides.

Ainevahetus või ainevahetus on terve hulk keemilisi reaktsioone ja protsesse, mis toimuvad elusas rakus, tagades selle elulise aktiivsuse, kasvu, jagunemise ja koostoime väliskeskkonnaga.

Just õige metabolism tagab rakkude moodustavate või rakkude ja rakkudevahelise aine toimimiseks, hävitamiseks, uuendamiseks vajalike ainete molekulide lagunemise ja assimilatsiooni. Tänu õigele ainevahetusele uuendatakse keha kudede katet 80 päevaga, lihaskiudude valke 180 päevaga, maksarakke ja vereseerumit 10 päevaga ning mõnda maksaensüümi vaid 2–4 tunniga..

Ainevahetus on lahutamatult seotud energia muundamisega. Keemiliste reaktsioonide tulemusel muundatakse keerukatest orgaanilistest molekulidest pärinev potentsiaalne energia teist tüüpi energiaks, mida kasutatakse rakkude kõigi elutähtsate protsesside jaoks. Kõik need protsessid toimuvad katalüsaatorite - ensüümide - osalusel. Igal elusorganismi tüübil on ainulaadne metabolism, omane ainult sellele liigile. Iga liigi metabolism toimub peamiselt selle elupaiga tingimuste ja olemasolu tõttu üldiselt..

Ainevahetus koosneb kaks peamist protsessi, mis on omavahel lahutamatult seotud ja toimuvad samaaegselt:

  • Anaboolia (assimilatsioon);
  • Katabolism (dissimilatsioon).

Anaboolia (plastiline metabolism) on katabolismi tulemusel saadud keerukamate orgaaniliste molekulide süntees (konstrueerimine) lihtsamatest..

Kataboolsed protsessid on keemiliste reaktsioonide kompleks suurte molekulide tükeldamiseks väiksemateks, mis võivad rakku liikuda. Samal ajal vabaneb energia, mida organismid tavaliselt ATP (adenosiintrifosforhappe) molekulides talletavad. Katabolism toimub tavaliselt oksüdatiivsete või hüdrolüütiliste reaktsioonide ajal. Lisaks toimuvad sellised protsessid nii hapniku osalusel (hingamine, aeroobne rada) kui ka ilma selle osaluseta (kääritamine, glükolüüs - anaeroobne rada).

Sõltuvalt ainevahetuse tüübist on olemas kahte tüüpi elusorganisme:

1) Heterotroofid on organismid, mis sünteesivad orgaanilisi ühendeid toodetest, mis moodustuvad protsessi käigus eralduva katabolismi ja energia tagajärjel. Selliste organismide kudede moodustumise algmaterjal on lihtsad orgaanilised ained. Nendest ühenditest sünteesib iga rakk eraldi vajalikke ühendeid. Seega võib valkude süntees toimuda in situ (glükogeeni sünteesitakse otse lihastes, mitte aga maksa verega).

2) Autotroofid on organismid, mis suudavad sünteesida orgaanilisi ühendeid süsinikdioksiidist, kasutades oksüdatsioonireaktsioone (kemosüntees) ja päikesevalgust (fotosüntees). Need organismid on teatud tüüpi bakterid ja rohelised taimed..

Elusorganismide arenguga evolutsiooni käigus on regulatsioonisüsteemid muutunud keerukamaks ja korrastatumaks. Tänapäeval on kõrgelt arenenud organismidel täiendavad regulatiivsed hormonaalsed ja närvimehhanismid, mis toimivad otseselt ensüümide sünteesil või ensüümide endil ning võivad mõjutada ka rakkude tundlikkust ühe või teise ensüümi suhtes..

Ainevahetus ja energia

Ainete ja energia vahetus

Elusorganismides toimuvate ainete ja energia muundamise protsesside kogum ning ainete ja energia vahetus organismi ja keskkonna vahel. Ainevahetus ja energia on organismide elutähtsa tegevuse alus ning see on üks olulisemaid elusolendite spetsiifilisi märke, mis eristavad elamist mitteelust. Ainevahetuses ehk ainevahetuses, mida pakub kõige keerulisem regulatsioon erinevatel tasanditel, osalevad paljud ensüümsüsteemid. Ainevahetuse protsessis muundatakse kehasse sisenevad ained nende enda kudede aineteks ja kehast väljutatavateks lõpptoodeteks. Nende muundamiste käigus energia vabaneb ja imendub.

Rakkude metabolism täidab nelja peamist spetsiifilist funktsiooni: energia eraldamine keskkonnast ja selle muundamine ülienergiliste (suure energiaga) ühendite energiaks koguses, mis on piisav raku kõigi energiavajaduste rahuldamiseks; vaheühendite eksogeensete ainete moodustumine (või tootmine valmis kujul), mis on raku suure molekulmassiga komponentide eellased; nende lähteainete valkude (valgud), nukleiinhapete (nukleiinhapped), süsivesikute (süsivesikud), lipiidide (lipiidid) ja muude rakuliste komponentide süntees; spetsiaalsete biomolekulide süntees ja hävitamine, mille moodustumine ja lagunemine on seotud antud raku spetsiifiliste funktsioonide täitmisega.

Aktiivse raku ainevahetuse ja energia olemuse mõistmiseks tuleb arvestada selle energeetilise originaalsusega. Kõikides osades on temperatuur umbes sama, s.t. rakk on isotermiline. Kambri erinevad osad erinevad ka rõhu poolest vähe. See tähendab, et rakud ei saa soojust energiaallikana kasutada, kuna püsiva rõhu korral saab tööd teha ainult siis, kui kuumus liigub kuumutatud tsoonist vähem kuumutatud tsooni. Seega võib elavat rakku vaadelda kui isotermilist keemilist masinat.

Termodünaamika seisukohast on elusorganismid avatud süsteemid, kuna nad vahetavad keskkonnaga nii energiat kui ka ainet ja muudavad samal ajal mõlemad. Elusorganismid pole aga keskkonnaga tasakaalus ja seetõttu võib neid nimetada mittetasakaalulisteks avatud süsteemideks. Kuid kui seda täheldatakse teatud aja jooksul, ei toimu organismi keemilises koostises nähtavaid muutusi. Kuid see ei tähenda, et keha moodustavad keemilised ained ei muutuks. Vastupidi, neid uuendatakse pidevalt ja üsna intensiivselt, mida saab hinnata stabiilsete isotoopide ja radionukliidide inkorporeerimise kiiruse kaudu organismi keerukatesse ainetesse, mis viiakse rakku rakku lihtsamate lähteainete osana. Organismide keemilise koostise näiv püsivus on seletatav nn statsionaarse olekuga, s.o. selline seisund, kus aine ja energia keskkonnast süsteemi ülekandumise kiirus on täpselt tasakaalus nende süsteemist keskkonda ülekandumise kiirusega. Seega on elav rakk mitte tasakaalus avatud statsionaarne süsteem.

Sõltuvalt vormist, milles rakud keskkonnast süsinikku ja energiat saavad, võib need jagada suurteks rühmadeks. Saadud süsiniku vormi järgi jagatakse rakud autotroofseteks - "toidavad ennast", kasutades ainsa süsinikuallikana süsinikdioksiidi (süsinikdioksiidi, süsinikdioksiidi) CO2, millest nad on võimelised ehitama kõiki vajalikke süsinikku sisaldavaid ühendeid ja heterotroofseteks - "toitudes teistele", ei suuda assimileerida CO2 ja süsiniku tootmist suhteliselt keerukate orgaaniliste ühendite kujul, näiteks glükoos. Sõltuvalt tarbitud energia vormist võivad rakud olla fototroofid - kasutades otse päikesevalguse energiat, ja kemotroofid - elavad redoksreaktsioonide ajal eralduva keemilise energia arvel (vt koe hingamine). Valdav enamus autotroofsetest organismidest on fototroofid. Need on kõrgemate taimede rohelised rakud, sinakasrohelised vetikad, fotosünteesivad bakterid. Heterotroofsed organismid käituvad enamasti nagu kemotroofid. Kõik loomad, enamik mikroorganisme ja mittefotosünteetilised taimerakud kuuluvad heterotroofidesse. Erandiks on väike rühm baktereid (vesinik, väävel, raud ja denitrifitseerivad bakterid), mis on kasutatud energia vormi osas kemotroofsed, kuid samal ajal on CO nende jaoks süsinikuallikas.2, neid. selle põhjal tuleks neid omistada autotroofidele.

Heterotroofsed rakud saab omakorda jagada kahte suurde klassi: aeroobid, mis kasutavad elektronide transportahelas elektronide lõpliku aktsepteerijana hapnikku, ja anaeroobsed rakud, kus teised ained on sellised aktsepteerijad. Paljud rakud - fakultatiivsed anaeroobid - võivad eksisteerida nii aeroobsetes kui ka anaeroobsetes tingimustes. Muud rakud - kohustuslikud anaeroobid - ei saa absoluutselt hapnikku kasutada ja atmosfääris isegi surra.

Arvestades organismide suhet biosfääris tervikuna, võib märkida, et toitumise osas on nad kõik omavahel kuidagi seotud. Seda nähtust nimetatakse sünkroofiaks (ühine söötmine). Fototroofid ja heterotroofid toidavad üksteist. Kuna tegemist on fotosünteetiliste organismidega, moodustub atmosfääris sisalduvast CO-st2 orgaanilised ained (näiteks glükoos) JA eraldavad atmosfääri hapnikku; viimased kasutavad oma loomuliku metabolismi käigus glükoosi ja hapnikku ning viivad CO atmosfääri tagasi metabolismi lõppsaadusena2. See looduses esinev süsiniku tsükkel on tihedalt seotud energiatsükliga. Päikeseenergia muundatakse fotosünteesi käigus redutseeritud orgaaniliste molekulide keemiliseks energiaks, mida heterotroofid kasutavad oma energiavajaduse rahuldamiseks. Heterotroofide, eriti kõrgemate organismide poolt keskkonnast saadav keemiline energia muundatakse osaliselt otse soojuseks (hoides püsivat kehatemperatuuri) ja osaliselt muudeks energiavormideks, mis on seotud mitmesuguste tööde tegemisega: mehaaniline (lihaste kokkutõmbumine), elektriline (teostades närviimpulss), keemilised (energia imendumisega toimuvad biosünteetilised protsessid), töö, mis on seotud ainete ülekandumisega bioloogiliste membraanide (näärmete, soolte, neerude jne) kaudu. Kõiki neid töö tüüpe võib soojuse tootmisel arvestada.

Ainevahetuse ja energiavahetuse vahel on üks põhimõtteline erinevus. Maa ei kaota ega võta vastu märkimisväärset kogust ainet. Ained biosfääris vahetatakse suletud tsüklis jne. kasutatud mitu korda. Energiavahetus toimub erinevalt. See ei ringle suletud tsüklis, vaid hajub osaliselt kosmosesse. Seetõttu on Maa (elu) säilitamiseks vajalik Päikesest pidev energiavoog. Maakera fotosünteesi käigus imendub ühe aasta jooksul umbes 10 21 kalorit päikeseenergiat. Ehkki see moodustab vaid 0,02% kogu Päikese energiast, on see mõõtmatult rohkem kui energia, mida kasutavad kõik inimkätega loodud masinad. Sama suur on ringluses oleva aine kogus. Seega on aastane süsiniku käive 33․10 9 t.

Veel üks element, mis pole elusorganismide jaoks vähem oluline kui süsinik, on lämmastik. See on oluline valkude ja nukleiinhapete sünteesiks. Maakera peamine lämmastikuvaru on atmosfäär, peaaegu 4 /viis mis koosneb molekulaarsest lämmastikust. Kuid atmosfääri lämmastiku keemilise inertsuse tõttu ei assimileeri enamik elusorganisme seda. Ainult lämmastikku kinnistavatel bakteritel on võime redutseerida molekulaarset lämmastikku ja viia see seondunud olekusse. Seotud lämmastik on oma olemuselt pidevas tsüklis. Redutseeritud lämmastik, mis siseneb pinnasesse ammoniaagi kujul kui loomse metabolismi saadus või moodustub lämmastikku fikseerivate bakterite poolt, oksüdeeritakse mulla mikroorganismide poolt nitrititeks ja nitraatideks, mis sisenevad mullast kõrgematesse taimedesse, kus nad redutseeritakse aminohapeteks (aminohapeteks), ammoniaagiks ja mitmeks muudeks lämmastikku sisaldavateks toodeteks... Need ühendid sisenevad taimse toitu söövate loomade kehasse, seejärel taimtoidulisi söövate röövloomade keha ja jõuavad taastatud kujul öösse, pärast mida kogu tsükkel kordub uuesti..

Kogu (kogu) metabolism ja energia. Aine ja energia säilitamise seadused olid teoreetiliseks aluseks ainevahetuse ja energia uurimise kõige olulisema meetodi - tasakaalude kehtestamise, s.t. kehasse siseneva energia ja ainete hulga määramine soojusenergia ja ainevahetuse lõppsaaduste kujul. Ainete tasakaalu määramiseks on vaja piisavalt täpseid keemilisi meetodeid ja teadmisi mitmesuguste ainete kehast eritumise viiside kohta. On teada, et peamised toitained on valgud, lipiidid ja süsivesikud. Toidu ja lagunemisproduktide valgusisalduse hindamiseks piisab lämmastiku koguse määramiseks, sest peaaegu kogu toidus sisalduv lämmastik on valkudes, sh. nukleoproteiinides; lämmastiku tasakaalu määramise katsetes võib tähelepanuta jätta tähtsusetu koguse lämmastikku, mis on osa mõnedest lipiididest ja süsivesikutest. Toidus sisalduvate lipiidide ja süsivesikute määramine nõuab erimeetodeid, kuna lipiidide ja süsivesikute metabolismi lõpptoodete puhul on see peaaegu eranditult CO2 ja vesi.

Lõplike ainevahetusproduktide analüüsimisel on vaja arvestada nende eritumise viisidega organismist. Lämmastik eritub peamiselt uriiniga, aga ka väljaheitega ning vähestes kogustes naha, juuste, küünte kaudu (vt Lämmastiku metabolism). Süsinik eraldub peaaegu eranditult süsinikdioksiidi kujul2 kopsude kaudu, kuid osa sellest eritub uriiniga ja roojaga. Vesinik eritub H kujul2O peamiselt uriinis ja kopsudes (veeaur), aga ka naha ja väljaheidete kaudu.

Energiabilanss määratakse sisendtoitainete kalorisisalduse ja tekkiva soojushulga põhjal, mida saab mõõta või arvutada. Tuleb meeles pidada, et kalorimeetrilises pommis ainete põletamisel saadud kütteväärtuse väärtus võib erineda füsioloogilise kütteväärtuse väärtusest, kuna mõned kehas olevad ained ei põle täielikult, vaid moodustavad ainevahetuse lõppsaadused, mis on võimelised edasiseks oksüdeerumiseks. Esiteks kehtib see valkude kohta, mille lämmastik eritub kehast peamiselt uurea vormis, mis säilitab teatud potentsiaalse kalorivarustuse. Üksikute ainete metabolismi iseärasusi iseloomustav oluline kogus on hingamisteede koefitsient (DC), mis on arvuliselt võrdne väljahingatava CO mahu suhtega2 imendunud O mahuni2. Kütteväärtus, DC ja soojuse hulk, arvutatud ühe liitri tarbitud O kohta2 erinevate ainete jaoks on erinevad. Süsivesikute füsioloogiline kalorsus (kcal / g) on ​​4,1; lipiidid - 9,3; valgud - 4,1; soojusenergia kogus (kcal ühe tarbitud O liitri kohta)2) süsivesikute jaoks - 5,05; lipiidid - 4,69; valgud - 4,49.

Ainevahetuse ja energia intensiivsust saab määrata otseste ja kaudsete meetoditega. Otseste meetodite korral, kasutades suure kalorimeetri abil temperatuuri parimal võimalikul mõõtmisel, toimub soojusülekanne, määrates samal ajal täielikult üksikute toitainete tasakaalu. Kaudsetes meetodites mõõdetakse palju lihtsamaid, ainult individuaalseid vahetusparameetreid, enamasti tarbitud O kogust2 ja eraldatud CO2 teatud aja jooksul ja lisaks valkude metabolismi intensiivsuse hindamiseks määratakse selle aja jooksul uriiniga eritunud lämmastiku kogus. Kuna lämmastikusisaldus valkudes on ligikaudu konstantne ja keskmiselt 16 g 100 g valgu kohta, vastab 1 g eritunud lämmastikku 6,25 1 metabolismis osalevale valgule. Teades katse ajal metaboliseeritud valgu kogust, arvutage välja, kui palju O2 läks valkude oksüdatsiooni ja kui palju CO2 eritub valgu arvelt. Need kogused lahutatakse kogu O-st2 ja CO2, katse jooksul mõõdetud. Tulemuseks on niinimetatud valguvaba O2 ja CO2. Valguvaba DC leitakse nende suhte põhjal. Kasutades tabelis 1 esitatud andmeid, kasutatakse valguvaba DC väärtust soojusenergia tootmiseks, mis on tingitud valguvabadest ainetest ning süsivesikute ja lipiidide osakaalust selles soojuse tootmises. Seega põhinevad imendunud O koguse andmed2, väljahingatud CO2 teatud aja jooksul uriiniga erituvat lämmastikku ja lämmastikku, saab välja arvutada soojuse tootmise ja määrata selle perioodi jooksul kataboliseerunud valkude, süsivesikute ja lipiidide kogused.

Hingamiskoefitsient, soojuse tootmine ja kaloriekvivalent, hapnik erineva koostisega lipiidide ja süsivesikute segude tarbimisel

| Väärtus | Soojuse tootmise osakaal (% | Soojuse tootmine, |

| hingamisteede | protsenti) | ümberarvestatuna 1 liitriseks |

| (DK) | läbi | lipiidide tõttu | kaloriekvivalent (kcal |

| 0,71 | 0 | 100 | 4666 |

| 0,75 | 15,6 | 84,4 | 4,739 |

| 0,80 | 33,4 | 66,6 | 4,801 |

| 0,82 | 40,3 | 59,7 | 4,825 |

| 0,85 | 50,7 | 49,3 | 4,862 |

| 0,90 | 67,5 | 32,5 | 4,924 |

| 0,95 | 84,0 | 16,0 | 4,985 |

| 1,00 | 100 | 0 | 5,047 |

Erinevate seisundite mõju ainevahetusele ja energiale. Ainevahetuse intensiivsus, mida hinnatakse kogu energiakulu järgi, võib varieeruda sõltuvalt paljudest tingimustest ja peamiselt füüsilisest tööst. Täieliku puhkeseisundis ei peatu aga ainevahetus ja energia ning teatud hulk energiat kulub siseorganite pideva töö tagamiseks, lihastoonuse säilitamiseks jne..

Vahetuse individuaalsete omaduste hindamiseks toimub vahetuse intensiivsuse määramine standardtingimustes: täieliku füüsilise ja vaimse puhkega, lamavas asendis, mitte vähem kui 14 tundi pärast viimast sööki, ümbritseva õhu temperatuuril, mis pakub mugavustunnet. Saadud väärtust nimetatakse metaboolseks kiiruseks. Noortel meestel on ainevahetuse kiirus 1300-1600 kcal päevas. (1 kcal 1 kg kehakaalu kohta tunnis). Naistel on metaboolne sisaldus 6–10% madalam kui meestel. Vanusega (alates 5-aastasest) väheneb põhiline ainevahetuse kiirus pidevalt (52,7 kcal / m2 / h 6-aastastel poistel kuni 34,2 kcal / m2 / h 75-79-aastastel meestel). Kehatemperatuuri tõusuga 1 ° võrra suureneb metabolismi kiirus inimestel umbes 13%. Baasvahetuse kiiruse suurenemist täheldatakse ka siis, kui ümbritseva õhu temperatuur langeb alla mugava. See kohanemisprotsess (keemiline termoregulatsioon) on seotud vajadusega säilitada konstantset kehatemperatuuri.

Kui võrrelda erineva kehakaaluga inimeste basaalainevahetust, leiti, et basaalmetabolism intensiivistub keha suuruse suurenemisega (kuid mitte otseses proportsioonis kehakaaluga). BumbesPõhiainevahetuse ja kehapinna suuruse vahel on suurem vastavus, kuna keha pind määrab suuresti keha soojuskadu juhtivuse ja kiirguse toimel.

Füüsiline aktiivsus mõjutab otsustavalt ainevahetuse ja energia hulka. Basaalne ainevahetus intensiivse füüsilise koormuse ajal võib energiakulu osas olla 10 korda suurem kui algne ainevahetuse kiirus ja väga lühikese aja jooksul (näiteks lühikestel vahemaadel ujudes) isegi 100 korda. Keha kogu kalorivajadus päevas määratakse kõigepealt tehtud töö laadiga (tabel 2).

Linnaelanike päevase energiavajaduse normaalväärtused sõltuvalt tegevuse tüübist (NSVL Meditsiiniteaduste Akadeemia Toitumisinstituudi andmed)

| Sugu | Tööjõu intensiivsuse rühmad ja päevane energiavajadus |

| Mehed | 2600–2800 kcal | 2800-3000 kcal | 2900—3200 kcal | 3400–3700 kcal |

| Naised | 2200–2400 kcal | 2350-2550 kcal | 2500–2700 kcal | 2900–3150 kcal |

Märkus: 1. rühm: teadmistöötajad; operaatoreid, kes pakuvad kaasaegseid seadmeid; töötajad, kelle tööd ei seostata füüsilise töö kuluga. 2. rühm: kommunikatsioonitöötajad, müüjad, meditsiiniõed, meditsiiniõed, giidid, rõivatöötajad jne. 3. rühm: masinaoperaatorid, tekstiilitöötajad, kingamehed, veokijuhid, pesumajapidajad, postiljonid jne. 4. rühm: mehhaniseerimata töötajad, samuti kaevurid, demineerijad, ehitustöölised, metallurgid jne..

Ainevahetust ja energiat mõjutab oluliselt toitainete eriline omadus, mida nimetatakse nende spetsiifiliseks dünaamiliseks toimeks (SDA). On täheldatud, et pärast söömist suureneb keha soojusülekanne koguse võrra, mis ületab võetud toidus sisalduvate kalorite arvu. Seda omadust, mis on erinevate toitainete osas erinev, nimetatakse nende spetsiifiliseks dünaamiliseks toiminguks. Valkudel on kõrgeim SDI. On üldtunnustatud seisukoht, et 100 kcal potentsiaalse kalorsusega valgu tarbimine suurendab basaalmetabolismi 130 kcal-ni, see tähendab, et valgu SDA on 30%. Süsivesikute ja rasvade SDD on vahemikus 4–6%. SDD mehhanism seisneb mitte ainult selles, et toidu tarbimine stimuleerib seedetrakti aktiivsust, kuna SDD, näiteks aminohapped, avaldub ka siis, kui neid manustatakse intravenoosselt. SDD mehhanismis tuleks põhiliseks pidada toiduainete mõju vahepealsele metabolismile. Seega on arvutused näidanud, et valkude metabolismi ajal 1 mooli ATP moodustamiseks kulutatud kalorite hulk on umbes 30% suurem kui rasvade ja süsivesikute metabolismi ajal..

Vahepealne metabolism. Ainete keemiliste muutuste kogumit, mis toimub kehas alates vereringesse jõudmisest kuni hetkeni, mil ainevahetuse lõppproduktid organismist väljutatakse, nimetatakse vahepealseks ehk vahevahetuseks (vahepealne metabolism). Vahepealse vahetuse võib jagada kahte protsessi: katabolismi (dissimilatsioon) ja anabolismi (assimilatsiooni). Katabolism on suhteliselt suurte orgaaniliste molekulide ensümaatiline lagundamine, mis viiakse kõrgemates organismides läbi tavaliselt oksüdatiivsete vahenditega. Katabolismiga kaasneb orgaaniliste molekulide keerukates struktuurides sisalduva energia vabanemine ja selle hoiustamine ATP fosfaatsidemete energia kujul. Anaboolia on suurte molekulaarsete rakuliste komponentide, näiteks polüsahhariidide, nukleiinhapete, valkude, lipiidide, aga ka nende biosünteetiliste lähteainete ensümaatiline süntees lihtsamatest ühenditest. Anaboolsed protsessid toimuvad energiatarbimisega. Katabolism ja anabolism esinevad rakkudes üheaegselt ja on üksteisega lahutamatult seotud. Sisuliselt tuleks neid käsitleda mitte kahe eraldi protsessina, vaid ühe üldise protsessi - ainevahetuse - kahe osapoolena, milles ainete muundumised on tihedalt seotud energia muundamisega.

Ainevahetusradade üksikasjalik analüüs näitab, et põhitoitainete lagunemine rakus on järjestikuste ensümaatiliste reaktsioonide jada, mis moodustavad katabolismi kolm peamist etappi. Esimeses etapis lagunevad suured orgaanilised molekulid nende spetsiifilisteks struktuuriplokkideks. Niisiis jagunevad polüsahhariidid heksoosideks või pentoosideks, valgud - aminohapeteks, nukleiinhapped - nukleotiidideks ja nukleosiidideks, lipiidid - rasvhapeteks, glütserooliks ja muudeks aineteks. Kõik need reaktsioonid kulgevad peamiselt hüdrolüütiliselt (vt hüdrolüüs) ja selles etapis vabaneb energia väga vähe - vähem kui 1%. Katabolismi teises etapis moodustuvad veelgi lihtsamad molekulid ja nende tüüpide arv väheneb märkimisväärselt. On väga oluline, et teises etapis moodustuksid tooted, mis on tavalised erinevate ainete metabolismil. Need tooted on peamised ühendid, mis toimivad sõlmedena, mis ühendavad erinevaid metaboolseid teid. Selliste ühendite hulka kuuluvad näiteks püruvaat (püruviinhape), mis moodustub süsivesikute, lipiidide ja paljude aminohapete lagunemisel; atsetüül-CoA; ühendav rasvhapete, süsivesikute ja aminohapete katabolism; α-ketoglutaarhape, oksaaloatsetaat (oksaäädikhape), fumaraat (fumaarhape) ja suktsinaat (merevaikhape), mis on moodustatud erinevatest aminohapetest jm Katabolismi teises etapis saadud tooted sisenevad katabolismi kolmandasse etappi, mida tuntakse trikarboksüültsükli nime all. happed (terminaalne oksüdatsioon, sidrunhappe tsükkel, Krebsi tsükkel). Selles etapis oksüdeeruvad kõik tooted lõppkokkuvõttes CO-ks2 ja vesi. Katabolismi teises ja kolmandas etapis vabaneb peaaegu kogu energia..

Anaboolia protsess läbib ka kolme etappi. Selle lähteained on need tooted, mis muutuvad katabolismi kolmandas etapis. Seega on katabolismi kolmas etapp samal ajal ka anabolismi esimene, algfaas. Selles etapis toimuvad reaktsioonid täidavad justkui topeltfunktsiooni. Ühelt poolt osalevad nad katabolismi lõppstaadiumis ja teiselt poolt toimivad ka anaboolsete protsesside jaoks, tarnides lähteaineid anabolismi järgmisteks etappideks. Selliseid reaktsioone nimetatakse sageli kahepaikseteks. Selles etapis algab näiteks valkude süntees. Selle protsessi algreaktsioonideks võib pidada mõne a-ketohappe moodustumist. Järgmises, teises etapis, amiinimis- või transaminatsioonireaktsioonide käigus, muundatakse need ketohapped aminohapeteks, mis anabolismi kolmandas etapis ühendatakse polüpeptiidahelateks. Järjestikuste reaktsioonide tulemusena toimub ka nukleiinhapete, lipiidide ja polüsahhariidide süntees. Ainult 60–70 aasta pärast. 20. sajand selgus, et anabolismi teed ei ole lihtsalt kataboolsete protsesside tagasikäigud. Selle põhjuseks on keemiliste reaktsioonide energeetilised omadused. Mõned kataboolsed reaktsioonid on praktiliselt pöördumatud, kuna nende voogu vastassuunas takistavad ületamatud energiabarjäärid. Evolutsiooni käigus töötati välja muid möödavoolureaktsioone, mis olid seotud suure energiatarbimisega ühendite energiakuluga.

Kataboolsed ja anaboolsed rajad erinevad reeglina nende paiknemises rakus (rakus). Näiteks rasvhapete oksüdeerimine atsetaadis toimub mitokondriaalsete ensüümide komplekti abil, samal ajal kui rasvhapete sünteesi katalüüsib mõni teine ​​tsütosoolis leiduv ensüümide süsteem. Erineva lokaliseerimise tõttu võivad raku kataboolsed ja anaboolsed protsessid toimuda samaaegselt.

Seega on metaboolsed rajad äärmiselt mitmekesised. Seda mitmekesisust võib aga pidada hämmastava ühtsuse ilminguks, mis on ainevahetuse kõige tüüpilisem ja spetsiifilisem omadus. See ühtsus seisneb selles, et bakteritest kõrgema organismi kõige diferentseeritumaks koeks pole biokeemilised reaktsioonid mitte ainult väliselt sarnased, näiteks tasakaaluvõrrandites ja välismõjudes, vaid on absoluutselt ühesugused. Selle ühtsuse teiseks manifestatsiooniks tuleks pidada kõige olulisemate ainevahetusprotsesside, näiteks trikarboksüülhappe tsükli, karbamiiditsükli, pentoosi raja tsüklilist käiku, mida jälgitakse ka kogu evolutsiooniteekonna jooksul. Ilmselt osutusid evolutsiooni käigus valitud ja fikseeritud biokeemilised reaktsioonid ise ning nende kulgemise tsüklilisus optimaalne keha füsioloogiliste funktsioonide jaoks.

Ainevahetuse ja energia reguleerimine. Rakkude metabolismi iseloomustab kõrge stabiilsus ja samal ajal märkimisväärne varieeruvus. Mõlemad dialektilist ühtsust omavad omadused tagavad rakkude ja organismide pideva kohanemise keskkonna ja sisekeskkonna muutuvate tingimustega. Seega määrab katabolismi kiiruse energiavajadus igal konkreetsel hetkel. Samamoodi määratakse rakukomponentide biosünteesi kiirus kindlaks antud hetke vajaduste järgi. Näiteks rakk sünteesib aminohappeid täpselt sellise kiirusega, mis on piisav vajaliku valgu minimaalse koguse moodustamiseks. Selline ainevahetuse tõhusus ja paindlikkus on võimalik ainult siis, kui selle reguleerimiseks on piisavalt peened ja tundlikud mehhanismid. Ainevahetusprotsesside reguleerimine toimub kasvava keerukuse erinevatel tasanditel. Lihtsaim regulatsioonitüüp mõjutab kõiki põhiparameetreid, mis mõjutavad ensümaatiliste reaktsioonide kiirust (vt Ensüümid). Need parameetrid hõlmavad söötme pH-d (vt vesinikuindeksit), koensüümi, substraadi, reaktsioonisaaduse kontsentratsiooni, aktivaatorite või inhibiitorite olemasolu jne. Mõlema muutmine võib reaktsioonikiirust suurendada või vähendada. Näiteks võib happeliste saaduste akumuleerumine nihutada söötme pH väärtuste vahemikku, mis on antud ensüümi jaoks optimaalne, ja seega pärssida ensümaatilist protsessi. Sageli on substraat ise ensüümi inhibiitor ja selle olemasolu kõrge kontsentratsiooni korral võib reaktsiooni peatada..

Keerukate metaboolsete protsesside järgmine reguleerimise tase puudutab mitmete ensüümide reaktsioone, mis on range transformatsioonide jada ja mida katalüüsib terve ensüümsüsteem. Sellises süsteemis on regulatiivsed ensüümid, mida tavaliselt leidub reaktsiooniahela algstes lülides. Reguleerivaid ensüüme pärsib tavaliselt antud metaboolse järjestuse lõpptoode. Nii niipea kui reaktsioonisaaduse kogus jõuab teatud kontsentratsioonini, peatub selle edasine moodustumine.

Kolmas metaboolsete protsesside reguleerimise tase on geneetiline kontroll, mis määrab ensüümide sünteesi kiiruse, mis võib oluliselt erineda. Reguleerimine geenitasandil võib põhjustada teatud ensüümivalkude kontsentratsiooni suurenemist või vähenemist, ensüümide (ensüümide) tüübi muutumist, ensüümi mitmete vormide suhtelise sisalduse muutumist rakus, mis sama reaktsiooni katalüüsides erinevad nende füüsikalis-keemiliste omaduste poolest.... Lõpuks võib mõnel juhul samaaegselt toimuda terve ensüümide rühma induktsioon või regressioon. Geneetiline reguleerimine on väga spetsiifiline, ökonoomne ja pakub hulgaliselt võimalusi ainevahetuse kontrollimiseks. Suuremas enamuses rakkudes on geeni aktiveerimine siiski aeglane protsess. Tavaliselt mõõdetakse tundides indutseerija või repressori poolt ensüümide kontsentratsiooni märgatavaks mõjutamiseks kuluvat aega. Seetõttu ei sobi see regulatsiooni vorm neil juhtudel, kui on vaja viivitamatut muutust ainevahetuses..

Inimestel ja kõrgematel loomadel on veel kaks taset, kaks ainevahetuse ja energia reguleerimise mehhanismi, mis erinevad selle poolest, et need seovad omavahel erinevates kudedes ja elundites toimuvat ainevahetust ning suunavad ja kohandavad seda toimimiseks, mis pole üksikutele rakkudele omane, kuid kogu keha tervikuna. Ühte neist mehhanismidest kontrollib endokriinsüsteem. Endokriinnäärmete toodetud hormoonid toimivad keemiliste vahendajatena, mis stimuleerivad või pärsivad teatud ainevahetusprotsesse teistes kudedes või elundites. Näiteks kui kõhunääre hakkab tootma vähem insuliini, siseneb rakkudesse vähem glükoosi, mis toob kaasa mitmeid sekundaarseid metaboolseid toimeid, eriti rasvhapete biosünteesi langust glükoosist ja ketokehade (ketoonkehade) moodustumise suurenemist maksas. Kasvuhormoonil (kasvuhormoonil) on insuliini vastupidine toime.

Regulatsiooni teine ​​tase, mis on omane inimestele ja kõrgematele loomadele, on närviregulatsioon, mis on kõrgeim regulatsioonitase, selle kõige täiuslikum vorm. Närvisüsteem, eriti selle keskosad, täidab kehas kõrgemaid integratiivseid funktsioone. Keskkonnast ja siseorganitest signaalide vastuvõtmine, c.s. muundab need närviimpulssideks ja suunab nendesse elunditesse, mille metaboolse kiiruse muutus on hetkel vajalik teatud funktsiooni täitmiseks. Kõige sagedamini täidab närvisüsteem regulatiivset rolli endokriinsete näärmete kaudu, tugevdades või pärssides hormoonide verevoolu. Emotsioonide mõju ainevahetusele on hästi teada, näiteks on stardieelne ainevahetuse ja energia tõus sportlastel, suurenenud adrenaliini tootmine ja sellega kaasnev õpilaste veresuhkru kontsentratsiooni tõus eksamite ajal jne. Kõigil juhtudel on närvisüsteemi regulatiivne mõju ainevahetusele ja energiale väga otstarbekas ja alati suunatud keha kõige efektiivsemale kohanemisele muutunud tingimustega.

Ainevahetus- ja energiahäired on elundite ja kudede kahjustuse juured, mis põhjustab haigust (vt haigus). Keemiliste reaktsioonide käigus toimuvate muutustega kaasnevad suuremad või väiksemad muutused energiat genereerivates ja energiat neelavates protsessides. Ainevahetus- ja energiahäireid võib esineda 4 tasemel: molekulaarne; rakuline; organ ja kude; kogu organism. Ainevahetus- ja energiahäired ükskõik millisel neist tasemetest võivad olla primaarsed või sekundaarsed. Kõigil juhtudel rakendatakse neid molekulaarsel tasemel, mille käigus ainevahetuse ja energia muutused põhjustavad keha funktsioonide patoloogilisi häireid..

Metaboolsete reaktsioonide normaalne kulg molekulaarsel tasemel on tingitud kataboolsete ja anaboolsete protsesside harmoonilisest kombinatsioonist. Kataboolsete protsesside häirimisel tekivad esiteks energiaraskused, ATP regenereerimine, samuti biosünteesiprotsessideks vajalike anaboolsuse algsete substraatide varustamine. Anaboolsete protsesside kahjustamisega kaasnev esmane või muutustega kataboolsetes protsessides toimuv põhjustab funktsionaalselt oluliste ühendite - ensüümide, hormoonide jne - reprodutseerimise rikkumist. Ainevahetusahelate mitmesuguste lüli katkemine on selle tagajärgedes ebavõrdne. Katabolismi kõige olulisemad, sügavamad patoloogilised muutused tekivad siis, kui bioloogiline oksüdatsioonisüsteem on kahjustatud kudede hingamise ensüümide, hüpoksia jne blokeerimise ajal või kui kahjustatakse kudede hingamise ja oksüdatiivse fosforüülimise vahelise sidumise mehhanisme (näiteks koe hingamise lahtihaakimine ja oksüdatiivne fosforüülimine türotoksikoosi korral). Sellistel juhtudel jäetakse rakud ilma peamisest energiaallikast, peaaegu kõik katabolismi oksüdatiivsed reaktsioonid blokeeruvad või kaotavad võime vabanenud energiat ATP molekulides akumuleerida. Trikarboksüülhappe tsükli reaktsioonide pärssimisega väheneb katabolismi ajal energia tootmine umbes kahe kolmandiku võrra. Kui glükolüütiliste protsesside (glükolüüs, glükogenolüüs) normaalne käik on häiritud, kaotab keha võime kohaneda hüpoksiaga, mis kajastub eriti lihaskoe töös. Süsivesikute, ainulaadsete metaboolsete energiaallikate kasutamise rikkumine hapnikuvaeguse tingimustes on suhkruhaigusega patsientide lihaste tugevuse olulise vähenemise üks põhjusi. Glükolüütiliste protsesside nõrgenemine raskendab süsivesikute metaboolset kasutamist (vt. Süsivesikute metabolism), viib hüperglükeemia tekkeni, bioenergeetikumide lülitumiseni lipiidide ja valkude substraatidesse, trikarboksüülhappe tsükli pärssimisele oksaaläädikhappe puuduse tagajärjel. Tingimused tekivad alaoksüdeerunud metaboliitide - ketokehade - kuhjumiseks, suureneb valkude lagunemine ja intensiivistub glükoneogenees. Areneb atsetoneemia, asoteemia, atsidoos.

Lipiidide kasutamist (vt rasvade metabolism) takistab lipolüüsi pärssimine (mitmesuguste lipiidide molekulide hüdrolüütiline lõhustamine), rasvhapete aktiveerimise pärssimine, glütserooli fosforüülimine. Kahte viimast protsessi mõjutab eriti suure energiatarbega ühendite ebapiisav regenereerimine..

Valkude ja aminohapete katabolismi saab häirida, kui esinevad kõrvalekalded proteolüüsi, transaminatsiooni, deaminatsiooni, aminohapete süsinikuahela lõhestamise protsessides ja lämmastikoksiinide neutraliseerimise süsteemide rikke korral..

Valkude ja nukleiinhapete biosünteesi süsteemi defektid on anabolismi rikkudes ülitähtsad. Nukleiinhapete ja valkude sünteesi rikkumise põhjuseks võib olla nukleotiidide ja ebaoluliste aminohapete sünteesi teatud etappide blokeerimine. Glükoneogeneesi rikkumine - süsivesikute anabolismi protsess - mõjutab märkimisväärselt keha energia homeostaasi säilimist. Erilist tähtsust omavad mitmed glükolüüsi ja glükoneogeneesi põhireaktsioone katalüüsivad ensüümid. Nende ensüümide puudus nende sünteesi nõrgenemise tõttu on võimalik vähese AKTH ja kortikosteroidide sekretsiooni korral.

Lipiidide biosünteesi võib häirida biotiini (vt Vitamiinid) defitsiidiga, samuti pentoosi raja reaktsioonide intensiivsuse vähenemisega, mis tagab biosünteesi taastumisreaktsioonid. Koliini, metioniini, küllastumata rasvhapete, tsütidüültrifosfaatide puudus mõjutab fosfolipiidide sünteesi. Pentoosipuudus, mis tekib pentoosi raja blokeerimisel, pärsib märkimisväärselt nukleotiidide, nukleotiidset tüüpi koensüümide (vt koensüümid) ja nukleiinhapete sünteesi.

Bioloogiliselt aktiivsete ainete, eriti aminohapete derivaatide (vahendajad, hormoonid jne) sünteesimisel ilmnevad olulised ainevahetus- ja energiahäired, mis on seotud ainevahetuse tasakaalustamatusega..

Metaboolsete ja energiahäirete korral rakutasandil kahjustatakse peamiselt bioloogilisi membraane (vt Bioloogilised membraanid), mis põhjustab raku normaalse keskkonna ja keskkonna häireid, samuti raku ainevahetuse häireid. Rakusiseste ensüümide optimaalne lokaliseerimine, transmembraanne transport, metaboliitide vahetusmehhanismid erinevate rakuorganellide vahel on häiritud. Kui lüsosomaalsed membraanid on kahjustatud, võib alata tsütosoolikomponentide autolüüs lüsosomaalsete ensüümide poolt ja kui sisemine mitokondriaalne membraan on häiritud, peatub ATP moodustumine jne. Rakumembraanide kahjustuste oluline tagajärg on regulatiivsete metaboolsete mehhanismide lagunemine raku tasandil. Tuumaümbrise muutused ja kromatiini struktuuride kahjustused põhjustavad geneetilise teabe tsütosooli ülekandmise häireid, takistavad kromatiini aktiivsuse kontrolli steroidhormoonide ja valkude sünteesi rakusiseste regulaatorite kaudu. Rakkude jagunemise ajal (embrüogeneesi varases staadiumis) kromosomaalse materjali normaalse jaotumise protsesside rikkumise tagajärjeks võivad olla kromosomaalsed haigused (vt Pärilikud haigused), millel on rasked ainevahetus- ja energiahäired. Ainevahetushäired rakustruktuuride tasemel võivad ilmneda ka autoimmuunsete protsesside tagajärjel.

Sõltuvalt teatud elundite ja süsteemide spetsiifilisest rollist, kui nende funktsioon on häiritud, kannatab rakusisese ainevahetuse suhe keskkonnaga, halveneb rakkude kohanemine keskkonnatingimuste muutustega või on häiritud keha sisekeskkonna metaboolne püsivus ja regulatiivsed protsessid. Eriti ohtlik on aju bioenergeetika häirimine. Energiavarude reserveerimine võimaldab aju taluda energiasubstraatide (peamiselt glükoosi) ja hapniku kohaletoimetamise katkestamist mitte rohkem kui 3–5 minutiks, mis määrab nn kliinilise surma lühiajalise pöörduvuse.

Terve organismi tasemel koos ainevahetus- ja energiahäiretega mängib juhtivat rolli regulatsiooniprotsesside häire (regulatiivsete signaalide kaotus, nende võimendamine või diskoordinatsioon kesknärvisüsteemi ja endokriinsete näärmete hüpo-, hüper- ja talitlushäirete tõttu). Nii elundite ja kudede innervatsiooni kaotamine kui ka liigsed või väärastunud impulsid põhjustavad troofilisi häireid (trofism). Nende häirete mehhanismid on seotud mediaatorite normaalse interaktsiooni muutumisega rakkudega, närvisüsteemi erinevates osades esinevate diskoordinatsioonide või funktsionaalsete suhete kaotamisega. Hormooni sünteesi nõrgenemine või tugevnemine, nende ladestumisprotsesside häirimine, vabanemine, transport, koostoime sihtrakkude retseptoritega, inaktiveerimine on keha kui terviku iseloomulike ainevahetus- ja energiahäirete põhjustaja, nagu ka suhkurtõve puhul (vt. Diabeet mellitus), hajus toksiline struuma (vt difuusne toksiline struuma), hüpofüüsi rasvumine (vt rasvumine) jne. Nende häirete avaldumise äärmuslikeks vormideks on rasvumine ja kahheksia, millega kaasnevad katabolismi ja anabolismi koordineerimise sügavad häired..

Ainevahetus- ja energiahäireid võivad põhjustada nii välised kui ka sisemised tegurid. Välised tegurid hõlmavad toidu koostise kvalitatiivseid ja kvantitatiivseid muutusi, eksogeenseid mürgiseid aineid (sealhulgas bakteriaalseid toksiine), patogeensete mikroorganismide ja viiruste tungimist kehasse. Asendamatute aminohapete (aminohapete) ja rasvhapete (rasvhapped), mikroelementide (mikroelemendid), vitamiinide (vitamiinid) puudumine, toitumise tasakaalustamatus valkude, rasvade ja süsivesikute suhte osas, toidu kvantitatiivse (kalorite sisalduse osas) ja kvalitatiivse koostise erinevus keha konkreetsele energiatarbimisele, olulised nihked osarõhu väärtuses О2 ja CO2 sissehingatavas õhus põhjustab süsinikmonooksiidi CO, lämmastikoksiidide ja muude mürgiste gaaside ilmnemine atmosfääris, raskmetallide ioonide, arseeniühendite, tsüaniidide, kantserogeenide jne allaneelamine metaboolseid ja energiahäireid. Kõigi nende tegurite mõjutusobjektid on enamasti ensüümid.

Sisemised tegurid, mis põhjustavad metaboolseid ja energiahäireid, hõlmavad geneetiliselt määratud häireid ensüümide (vt Fermentopathy) sünteesis, transpordivalgud (hemoglobiin, transferriin, tseruloplasmiin jne), immunoglobuliinid, valgu- ja peptiidhormoonid, bioloogiliste membraanide struktuurvalgud jne. Mis tahes ensüümi või ensüümsüsteemi geneetiliselt määratud blokeerimise tagajärjel akumuleeruvad nende muundamata substraadid - metabolismi häiritud etapi biosünteetilised eelkäijad. Hüdrolüütiliste ensüümide blokeerimine viib säilitushaiguste (säilitushaigused) (glükogenoos, glükosidoos, lipidoosid, mukopolüsahharoos jne) tekkeni. Muudel juhtudel akumuleeruvad metaboliidid, millel on teatud ensüümide (nt galaktoos või galaktiit galaktoseemia korral, fenüülpüruviidhape fenüülketonuuria korral) sekundaarse pärssimisega kehale toksiline toime jne). Mõne eriti olulise funktsionaalse valgu, näiteks hemoglobiini (hemoglobinopaatia) normaalse sünteesi häirimine põhjustab kudede tugevat hüpoksiat või muid sama ohtlikke seisundeid. On teada suur arv teisi niinimetatud molekulaarseid haigusi, mille metaboolsete ja energiahäirete olemuse määrab defektse valgu funktsionaalne roll..

Erilise koha hõivavad aine pahaloomuliste kasvajate tekkega seotud ainevahetus- ja energiahäired. Pahaloomuline kasv näib põhinevat valkude sünteesi protsesside düsregulatsioonil. Kõik muud ainevahetus- ja energiahäired on sekundaarsed..

Vananemist iseloomustavad ebaühtlased, mitmesuunalised muutused ainevahetuses ja energias, mis viib keha kohanemisvõime languseni ja aitab kaasa haiguste tekkele. Vananemise peamised mehhanismid on seotud muutustega valkude sünteesi protsessis. Vananedes väheneb metaboolselt aktiivsete valkude hulk, vastupidiselt aga suureneb metaboolselt inertsete valkude mass. Eakatel inimestel väheneb valkude uuendamise intensiivsus, muutuvad erinevate valgufraktsioonide suhted. Nii et vanas eas suureneb globuliinide sisaldus veres, albumiini kontsentratsioon väheneb ja vastavalt väheneb albumiini-globuliini koefitsiendi (albumiini-globuliini koefitsient) väärtus. Vananedes muutuvad üksikute ensüümide sisaldus ja aktiivsus, isoensüümide suhe ja nende sünteesi intensiivsus ebaühtlaselt, mis loob aluse paljude ainevahetustsüklite häirimiseks.

Vananedes tekivad ka konkreetsed süsivesikute ainevahetuse häired, mis on seotud muutustega glükolüütiliste ensüümide aktiivsuses. Süsivesikute taluvuse vähenemine sõltub suuresti insuliini vähenemisest veres, heksokinaasi isoensüümi spektri muutustest ja kudede võime vähenemisest hormoonide toimele reageerimisel. Oluline on maksa glükogeeni vajava funktsiooni langus vanemas eas..

Vananemise ajal ilmnevad lipiidide ainevahetuse häired aitavad kaasa ateroskleroosi arengule. Vanusega suureneb lipiidide üldsisaldus veres ja kudedes, suureneb kolesterooli, eriti valgu, triglütseriidide ja esterdamata rasvhapete sisaldus. Eakatel ja seniilsetel inimestel suureneb madala ja väga madala tihedusega lipoproteiinide kolesterooli ja triglütseriidide sisaldus, kõrge tihedusega lipoproteiinide korral see aga ei muutu. 60–74-aastastel inimestel suureneb veres ja kudedes aterogeensete lipoproteiinide - madala ja väga madala tihedusega lipoproteiinide - sisaldus. Vananemise ajal lipiidide ainevahetushäirete tekkes on suur tähtsus lipoproteiinide lipaasi aktiivsuse vähenemises, triglütseriidide, kolesterooli sünteesi ja lagunemise suhte muutuses, lipiidide metabolismi oksüdatiivsete protsesside rikkumises, lipiidperoksiidide kuhjumises kudedes, lipogeneesi ja lipolüüsi hormonaalse reguleerimise rikkumises..

Eakate ja eakate inimeste metaboolne kiirus väheneb pidevalt. Seniilne organism muutub hapniku puuduse suhtes tundlikumaks. Vananedes väheneb paljude kudede (müokard, aju, neerud jne) hingamise intensiivsus, väheneb mitte ainult oksüdatsiooni, vaid ka fosforüülimise intensiivsus, väheneb rakkudes mitokondrite arv ja see piirab raku võimet moodustada suure energiatarbega ühendeid. Koos paljude hingamisteede kudede hingamise allasurumisega suureneb glükolüüsi intensiivsus, aktiveeritakse pentoosfosfaadi raja oksüdatiivne staadium ja väheneb selle mitteoksüdatiivse staadiumi intensiivsus. Kogu ainevahetuse ja energia muutuste kompleks vananemise ajal piirab rakkude ja elundite funktsionaalsust ning aitab kaasa nende puudulikkuse tekkele suurenenud koormuste korral.

Ainevahetus- ja energiahäired luuakse vere, uriini, muude bioloogiliste vedelike, biopsia käigus saadud materjali uuringute tulemuste põhjal. Ainevahetus- ja energiahäirete täielik hindamine võib toimuda põhiainevahetuse, lämmastiku tasakaalu (vt lämmastiku metabolism) põhjal, hingamisteede koefitsiendi väärtused, muutused happe-aluse tasakaalus (happe-aluse tasakaal) ja muud parameetrid. Üksikasjalikumat teavet saadakse nii üksikute normaalsete kui patoloogiliste metaboliitide kontsentratsiooni uuringutest, mida tavaliselt ei moodustata või ei esine normaalsetes tingimustes bioloogilistes vedelikes. Häirete elundi lokaliseerimist, rakustruktuuri kahjustuse sügavust ja fermentopaatia olemust saab hinnata ensüümspektri ja vereseerumi ensüümide aktiivsuse uuringute põhjal. Ainevahetuse ja energia regulatiivsete protsesside diskoordinatsiooni astet saab hinnata hormoonide, vahendajate, prostaglandiinide, tsükliliste nukleotiidide jne aktiivsuse ja kontsentratsiooni uurimisel..

Seega tuvastatakse metaboolse püsivuse rikkumised, mis viitavad muutustele neuroendokriinses regulatsioonis, mis on kindlaks tehtud biokeemilise vereanalüüsi abil, seega otsesel viisil. Biokeemilise vereanalüüsi andmetel põhinev teave rakusiseste ainevahetusprotsesside kohta võib olla siiski ainult kaudne. Mõnel juhul on selgitamine võimalik elundi või koe biopsia põhjal uuritud materjali uurimisel. Vererakkude (leukotsüüdid, erütrotsüüdid) kui raku mudelsüsteemide uurimine võib saada täiendavate kaudsete andmete allikaks. Hinnates metaboolseid nihkeid c.ns. tserebrospinaalvedeliku biokeemiline ja tsütoloogiline analüüs on eriti oluline.

Ainevahetus- ja energiahaiguste ravi põhineb sobiva dieedi valimisel, hormoonravil, selliste ainete kasutamisel, millel on selgelt afiinsus üksikute endokriinsete näärmete suhtes, parenteraalne toitumine ja spetsiifiline teraapia haiguse jaoks, mis on ainevahetushäirete algpõhjus. Ainevahetus- ja energiahäirete ravi molekulaarhaiguste korral on lisaks dieediteraapiale sümptomaatiline. Nende haiguste ravimise kardinaalne lahendus on seotud eeskätt geenitehnoloogia (geenitehnoloogia) edu ja ensüümide aktiivsuse suunatud reguleerimisega.

Laste häiritud ainevahetuse ja energia korrigeerimise üldpõhimõtted on järgmised: kõige tõhusam meetod häiritud ainevahetuse ja energia taastamiseks lastel on dieediteraapia; ensüümravi ja mitmete ensüümide esilekutsumine neerupealise koore hormoonide, kilpnäärme, aga ka mõnede ravimite ja vitamiinide manustamisega; kõiki häireid haige lapse metaboolsetes protsessides tuleb jälgida sobivate biokeemiliste testide abil.

Ainevahetus- ja energiahäirete ennetamise peamine viis on teaduslikult põhjendatud kvalitatiivse ja kvantitatiivse koostisega, kangendatud, mis sisaldab kõiki mikroelemente, nn tasakaalustatud toitumisega, keskkonna kaitsmisega mürgiste ainete tungimise eest sinna, nakkushaiguste ennetamise, stressi tekitavate olukordade, optimaalse töö- ja puhkeaja vältimiseks.... Endogeensete häirete (molekulaarsed haigused) korral on suur tähtsus varajasel diagnoosimisel ja toitumise ennetamisel..

Ainevahetus ja energia lastel. Anaboolsed protsessid aktiveeruvad lootel järsult raseduse viimastel nädalatel. Vahetult pärast sündi toimub ainevahetuse aktiivne kohanemine atmosfääri hapniku abil hingamisele üleminekuga. Imikul ja esimestel eluaastatel täheldatakse metabolismi ja energia maksimaalset intensiivsust ning seejärel on ainevahetuse kiiruse langus pisut langenud.

Varases lapsepõlves, mitmesuguste infektsioonide ja söömishäirete korral, eriti sageli esinevad homöostaasi häired, toksiline sündroom, dehüdratsioon (vt keha dehüdratsioon), atsidoos ja valgu-energiavaegus. Anaboolsete protsesside rikkumised avalduvad kasvupeetuses, mida võib seostada kasvuhormooni ebapiisava sekretsiooniga, nanismi, hüpotüreoidismi, samuti hüpovitaminoosiga (vt vitamiinide puudus), rahhiididega, krooniliste põletikuliste protsessidega. Nakkushaigused, mis tekivad koos närvisüsteemi kahjustustega, põhjustavad lipiidide ainevahetuse häireid, eriti aju müeliniseerumisprotsessi, põhjustades sellega lapse neuropsühhoosse arengu viivituse. Enamik pärilikke metaboolseid haigusi avaldub imikueas ja varases lapseeas (vt pärilikud haigused, fermentopaatiad). Lipiidide metabolismi kõige levinumad patoloogiad hõlmavad selliseid haigusi nagu rasvumine, samuti hüperlipoproteineemia, mis on südame isheemiatõve ja hüpertensiooni tekke riskifaktorid. Immunoglobuliinide sünteesi geneetilise kontrolli rikkumised võivad põhjustada immuunpuudulikkusega haiguste teket (vt immunopatoloogia). Süsivesikute metabolismi reguleerimise ebastabiilsus varases lapsepõlves loob eeldused hüpoglükeemiliste reaktsioonide, atsetoneemilise oksendamise esinemiseks. Suhkruhaiguse juveniilsed vormid ilmnevad varakult (vt diabeet mellitus). Sageli on laste metaboolsete häirete põhjustajaks mikrotoitainete puudus.

Puberteedieas (puberteet) toimub uus ainevahetuse ümberkorraldamine, mis toimub suguhormoonide (suguhormoonide) mõjul.

Suguhormoonide toimest tuleneb nn puberteedikasvu spurt. Kasvuhormoon ei mängi olulist rolli puberteedi kasvu kiirendamise protsessis, igal juhul selle kontsentratsioon veres sel perioodil ei suurene. Vaieldamatult stimuleeriv toime ainevahetusele puberteedieas avaldub kilpnäärme funktsioonide aktiveerimisel. Samuti eeldatakse, et puberteedieas (Puberteet) väheneb lipolüütiliste protsesside intensiivsus.

Homöostaasi regulatsioon muutub kõige stabiilsemaks noorukieas, seetõttu pole selles vanuses peaaegu ühtegi tõsist kliinilist sündroomi, mis oleksid seotud ainevahetuse düsregulatsiooni, kehavedelike ioonse koostise ja happe-aluse tasakaaluga..

Bibliograafia: Berkovich E.M. Energia metabolism ainevahetuses ja patoloogias, M., 1964; Buznik I.M. Energia metabolism ja toit, M., 1978, bibliogr.; Vanyushin B.F. ja Berdõšev G.D. Vananemise molekulaarsed geneetilised mehhanismid, M., 1977; Veltischev Yu.E., Ermolaev M.V., Ananenko A.A. ja Knyazev Y.A. Ainevahetus lastel, M., 1983; Davydovsky I.M. Inimese üldine patoloogia. M., 1969; Labori A. Ainevahetusprotsesside reguleerimine, trans. prantsuse keelest., M., 1970; McMurray W. Inimese ainevahetus, trans. inglise keelest, M., 1980; Metzler D.E. Biokeemia, trans. inglise keelest, T. 1-3, M., 1980; Nyosholm E. ja Start K. Ainevahetuse regulatsioon, trans. inglise keelest, M., 1977.