10.1. Общая характеристика обмена веществ и энергии

Обмен веществ и энергии – это совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в живых организмах, a так же обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой
Энергетический обмен и обмен веществ присущ каждой живой клетке. Богатые энергией питательные вещества усваиваются и хи­мически преобразуются, а конечные продукты обмена с более низким содержанием энергии удаляются из клетки. Освобождающаяся при этом энергия используется для различных целей, например, для поддержания клеточной структуры и сохранения ее функций, для обеспечения специфических клеточных активностей (сокращение скелетных и гладких мышц, работа K- Na насоса и др.).
Все происходящие в организме преобразования веществ и и энергии объединены под общим названием метаболизм. Метаболизм разделяют на два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса: анаболизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция).
Анаболизм - это совокупность процессов синтеза веществ (компо­нентов клетки, структур тканей и органов). Он обеспечивает рост и развитие, обновление биологических структур и накопление энергии.
Катаболизм - это совокупность процессов расщепления сложных молекул до более простых веществ, до конечных продуктов метабо­лизма с образованием энергии. К конечным продуктам метаболизма относятся: вода (до 350 мл/день), двуокись углерода (0.007 мл/мин или 0.01 мл/сут.), мочевина (до 30 г/день), вещества, содержащие азот. Катаболизм обеспечивает энергией все необходимые функции орга­низма.
Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динамического равновесия. Преобладание анаболических процессов происходит в период роста и способствует накоплению массы тела. Преобладание катаболических процессов ведет к разрушению тканевых структур. Соотношение анаболизма и катаболизма, их преобладание зависит от возраста. В детском возрасте преобладают процессы анаболизма, у взрослых обычно наблюдается равновесие, в пожилом возрасте преобладают процессы катаболизма. Равновесное или неравновесное соотношение анаболизма и катаболизма зависит от состояния здоровья, выполняемой организмом физической и психоэмоциональной нагрузки.
В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: энергия сложных органических веществ, поступающих с пищей, превращается в тепловую, механическую и электрическую. Человек и животные получают энергию из окружающей среды в виде потенциальной энергии, заключенной в химических связях молекул жира, белка и углеводов. Все процессы жизнедеятельности обеспечиваются энергией за счет анаэробного и аэробного метаболизма. Энергии, образующейся в ходе анаэробных процессов (без участи кислорода), недостаточно для осуществления активной жизни. Энергия, образующаяся с участием кислорода более эффективна.
Биологическое окисление, в сущности, представляет собой «сгорание» вещества при низкой температуре. Часто энергия, высвобождающаяся при окислении, запасается в высокоэнергетических фосфатных связях АТФ. АТФ является аккумулятором химической энергии и средством ее переноса. При полном окислении молекул жира образуется большее количество АТФ, чем при окислении молекулы углеводов.
Задачей физиологии является определение общих затрат веществ и энергии организмом и того, как они должны восполняться с помощью полноценного питания. Энергетический обмен служит показателем общего состояния и физиологической активности организма.
Единица измерения энергии калория (кал.). 1 ккал = 4,19 кДж.