Сущность обмена веществ в организме

Около столетия тому назад французский физиолог Клод Бернар установил, что живой организм и среда образует единую систему, внутри которой происходит непрерывный обмен веществ и энергии.

Водородная связь

Металлическая связь

Ионная связь

При образовании соединений из элементов, сильно отличающихся по ЭО (типичных металлов и типичных неметаллов), общие электронные пары полностью смещаются к более ЭО атому. При этом образуются ионы, т.е. заряженные частицы (например, NaCl).

Химическая связь между ионами, осуществляемая электростатическим притяжением, называется ионной связью. Ионную связь можно рассматривать как предельный случай ковалентной полярной связи. В механизме образования ковалентной и ионной связей нет существенного различия. Они различаются лишь степенью поляризации (смещения) электронных пар.

В отличие от ковалентной ионная связь характеризуется ненаправленностью и ненасыщенностью. Вследствие этого соединения с ионной связью, представляют собой твердые тела с ионной кристаллической решеткой.

У металлов самая низкая энергия ионизации, поэтому в них валентные электроны легко отрываются от отдельных атомов и становятся общими для всего кристалла (обооществленными). Так образуются положительные ионы металла и электронный газ – совокупность подвижных электронов.

Связь, образованная в результате перекрывания вакантных орбиталей атомов металлов и делокализации электронов между этими атомами вследствие образования кристаллической решетки называется металлической.

Металлическая связь сходна с ковалентной, т.к. в основе образования этих связей лежат процессы обобществления валентных электронов. Металлическая связь направлена, т.к. электроны распределены по кристаллу почти равномерно. Данная связь характерна только для металлов в жидком и твердом агрегатном состоянии. В парообразном состоянии атомы металлов связаны между собой ковалентной связью.

Связь между атомами водорода и атомами другого сильно ЭО элемента (F, O, N) называется водородной. Она бываетмежмолекулярной и внутримолекулярной.

Межмолекулярная водородная связь возникает между молекулами, в состав одной из которых входит водород, а другой – сильно электроотрицательный элемент (фтор, кислород, азот). При сближении таких молекул происходит обобществление электронной пары электроотрицательного атома между ним и ионом водорода (молекулы фтороводорода иводы).

Внутримолекулярная водородная связь возникает между атомами находящимися в одной молекуле (чаще всего это молекулы органических соединений).

Обмен веществ и энергии – основа процессов жизнедеятельности организма. Он принадлежит к числу важнейших специфических признаков живой материи.

Обмен веществ – это совокупность изменений, которые претерпевают вещества от момента их поступления в пищеварительный тракт, до образования конечных продуктов распада (которые способствует росту, выживанию и воспроизведению человека).

Обмен веществ включает три этапа: 1) поступление веществ в организм (дыхание и питание), 2) метаболизм (катаболизм и анаболизм), 3) выделение конечных продуктов из организма.

Обмен веществ и энергии обеспечивается различными физиологическими и биохимическими процессами. Под физиологическими процессами понимают мотивации питания, передвижение пищи по пищеварительному тракту, ее переваривание, всасывание, транспорт и утилизация мономеров питательных веществ и выделение во внешнюю среду продуктов обмена. Под биохимическими процессами понимают физико-химические превращения поступающих с пищей веществ (с участием ферментов, витаминов, электролитов, кислорода).

Процесс обмена веществ подчиняется всеобщему закону сохранения материи: при всех явлениях природы видоизменяется только форма вещества, количество же его остается постоянным.

Питательные вещества являются единственным источником энергии для человека. Пластическая роль питательных веществ состоит в том, что из них после сложных химических превращений образуются собственные структурные компоненты клеток и тканей.

В организме человека, в его органах, тканях и клетках идет непрерывный процесс образования сложных веществ из более простых. Одновременно с этим происходит распад, окисление сложных органических веществ до СО₂ и Н₂О с выделением энергии. Работа органов сопровождается непрерывным их обновлением: одни клетки погибают, другие их заменяют. У взрослого человека в течение суток гибнет и заменяется 1/20 клеток кожного эпителия. Через каждые 80 дней половина белков в организме обновляются.

Рост и обновление клеток организма возможны только в том случае, если в организме непрерывно поступают О₂ и питательны вещества (строительный материал).

Потребность в питательных веществах варьирует в зависимости от генетической конституции, размеров тела, возраста, пола, состояния эндокринной системы, физической активности, репродуктивной функции и др.

Метаболизм – совокупность физических, химических и физиологических процессов, обеспечивающих получение и доставку к клеткам, органам и тканям энергии из экзо - и эндогенных источников, обеспечение пластических потребностей с целью обновления структур и выведения из организма продуктов метаболизма.

На интенсивность метаболизма влияют: мышечная работа, недавнее употребление пищи, температура окружающей среды, рост, масса и площадь поверхности тела, пол (у мужчин), эмоциональное состояние, возраст (после 30 лет жизни), температура тела (прямо пропорционально), йодсодержащие гормоны щитовидной железы и адреналин.

Промежуточный обмен веществ – совокупность химических превращений питательных веществ с момента поступления их в кровь до начала выделения конечных продуктов жизнедеятельности из организма.

Промежуточный обмен состоит из 2 взаимосвязанных процессов: анаболизма (ассимиляция ) и катаболизма (диссимиляция).

Анаболизм (пластический обмен) – это ферментативный синтез из простых органических молекул крупномолекулярных клеточных компонентов – полисахаридов, нуклеиновых кислот, белков, липидов – т.е. это совокупность процессов направленных на построение структур организма – через синтез сложных органических веществ. Протекает с потреблением энергии.

Основным аккумулятором и переносчиком энергии является АТФ. При освобождении фосфатной группы освобождается энергия. В энергообмене клетки до 15% энергии, заключенной в АТФ, расходуется на поддержание целостности и 50% на ее функциональную готовность и 35% на поддержание трансмембранных градиентов (Na/K - насоса др.), проведения нервного импульса. Энергия расходуется для синтеза белков, секреции мышечных сокращений и др. форм жизнедеятельности. Основным показателем активности анаболических процессов является положительный азотистый баланс.

Катаболизм (энергетический обмен) – это ферментативное расщепление в процессе окислительных реакций крупных органических молекул питательных веществ на более простые до СО₂ и Н₂О. Химические превращения пищевых веществ начинаются в пищеварительном тракте. Сложные вещества белки, жиры и углеводы под действием ферментов пищеварительного тракта расщепляются до более простых: белки – до аминокислот; жиры – до триглицеридов и жирных кислот; углеводы – до моносахаридов, затем они всасываются в кровь и лимфу и переносятся в клетки. Расщепление сложных органических веществ сопровождается высвобождением энергии.

В организме взрослого здорового человека реакции анаболизма и катаболизма находятся в состоянии динамического равновесия.

Рост, развитие организма, состояние беременности, восстановительные реакции, переедание обычно характеризуются относительным преобладанием анаболических реакций.

Физические нагрузки, психоэмоциональные стрессорные реакции, а также старческий возраст, определённые заболевания приводят к преобладанию катаболических реакций.

Дата добавления: 2014-01-04