Определение метаболизма: процесс, роль, функция, метод, пример
Определение метаболизма
Метаболизм - это все химические реакции, происходящие в организмах, в том числе на клеточном уровне. В общем, метаболизм имеет двусторонний путь органических химических реакций, катаболизма, то есть реакций молекула который расщепляет органические соединения для анаболизма энергия, а именно реакция органических соединений, собирающих определенные молекулы, которые поглощаются клетками организма.
Оба направления метаболических путей необходимы каждому организму для выживания. Направление определяется метаболическими путями соединений, известных как гормоны, и ускоряется (катализаторами) ферментами. В органических соединениях определение направления химической реакции называется промотором, а ускорение химической реакции называется катализатором.
В каждом направлении метаболизма химические реакции с участием ферментных субстратов реагируют с катализатор реакции для получения промежуточного продукта, который является субстратом для реакции на следующий уровень. Общий химический реагент, участвующий в реакции, называется скоростью метаболома. Все это изучается в разделе биологии, называемом метаболомикой.
История обмена веществ
Контролируемые эксперименты по метаболизму человека были впервые опубликованы Санторио Санторио в 1614 году в его книге Ars de statica medecina, которая прославила его в Европе. Он описал серию проведенных экспериментов, в которых его весила на стуле, подвешенном на весах. большие (см. рисунок) до и после еды, сна, работы, полового акта, голодания или питья и дефекации большой.
Он обнаружил, что большая часть съедаемой им пищи выводится из организма из-за нечувствительности к поту (что можно перевести как «невидимое потоотделение»).
Метаболический процесс
По процессу обмена веществ делится на 2, а именно:
Анаболизм
Анаболизм - это метаболический путь, который объединяет несколько простых органических соединений в химические соединения или сложные молекулы. Этот процесс требует внешней энергии. Энергия, используемая в этой реакции, может быть в форме световой или химической энергии. Эта энергия затем используется для связывания этих простых соединений в более сложные соединения. Таким образом, в этом процессе необходимая энергия не теряется, а сохраняется в виде химических связей в образующихся сложных соединениях.
Анаболизм включает три основных этапа. Во-первых, производство предшественников, таких как аминокислоты, моносахариды и нуклеотиды. Во-вторых, это активация этих соединений в реактивные формы с использованием энергии АТФ. В-третьих, включение этих предшественников в сложные молекулы, такие как белки, полисахариды, жиры и нуклеиновые кислоты.
Продукты анаболизма полезны для выполнения основных функций. Эти продукты включают гликоген и белок в качестве топлива в организме, нуклеиновые кислоты для копирования генетической информации. Белки, липиды и углеводы составляют структуру тела живых существ, как внутриклеточную, так и внеклеточную. Если синтез этих материалов идет быстрее, чем их распад, организмы будут расти.
В анаболических реакциях участвуют фотосинтез и хемосинтез. Фотосинтез - это анаболическая реакция, в которой используется световая энергия. Хемосинтез - это анаболическая реакция, в которой используется химическая энергия. Ниже приводится более подробное объяснение одной из анаболических реакций, а именно фотосинтеза.
Фотосинтез - это процесс обработки энергии, получаемой от солнечного света, а также углекислого газа (CO).2 ) в органические химические соединения. Процесс фотосинтеза осуществляют высшие растения, папоротники, мхи, водоросли (зеленые, синие, красные и бурые водоросли).
Читайте также: Фотосинтез: реакции, примеры, функции и влияющие факторы
Солнечная энергия, захваченная фотосинтезом, составляет более 90% источников энергии, используемых людьми для обогрева, освещения и получения энергии. Уголь, природный газ и нефть - это источники энергии, полученные в результате переработки биологических природных материалов благодаря присутствию фотосинтезирующих тел миллионы лет назад. (Вирахади Кусумах, М. 1985 ).
До сих пор фотосинтез все еще изучается, потому что все еще существует ряд этапов, которые не были объяснены, хотя об этом жизненно важном процессе известно очень много. Процесс фотосинтеза очень сложен, потому что он включает в себя все основные разделы естествознания, такие как физика, химия и сама биология.
У растений основным органом фотосинтеза является лист. Но в целом все клетки, содержащие хлоропласты, обладают потенциалом для проведения этой реакции. В этой органелле происходит фотосинтез, именно в строме. Продукт фотосинтеза (так называемый фотосинтез) обычно сначала отправляется в соседние сети.
Читайте также: Разница между хлоропластом и хлорофиллом - определение, структура, мембрана, разница, роль
По сути, серию фотосинтетических реакций можно разделить на две основные части: легкая реакция (потому что для этого нужен свет) и темная реакция (не требует света, но требует углекислого газа).
Светлые реакции происходят в грана (единственное число: granum), тогда как темные реакции происходят в строме. В световой реакции световая энергия преобразуется в химическую энергию и производит кислород (O2). Между тем, при темновой реакции происходит серия циклических реакций, в которых из СО в качестве основного ингредиента образуются сахара.2 и энергия (АТФ и НАДФН). Энергия, используемая в этой темной реакции, получается из светлой реакции.
В темноте реакции солнечный свет не нужен. Темная реакция направлена на превращение соединений, содержащих атомы углерода, в молекулы сахара. Из всего испускаемого солнечного излучения используются только определенные длины волн. растения для процесса фотосинтеза, а именно с длинами волн, которые находятся в диапазоне видимого света (380-700 нм). Видимый свет делится на красный (610-700 нм), желто-зеленый (510-600 нм), синий (410-500 нм) и фиолетовый (<400 нм).
Каждый тип света по-разному влияет на фотосинтез. Это связано с природой светоотражающих пигментов, участвующих в фотосинтезе. Пигменты в мембране grana поглощают свет определенной длины волны. Разные пигменты поглощают свет с разной длиной волны. Хлоропласты содержат несколько пигментов. Например, хлорофилл а в основном поглощает сине-фиолетовый и красный свет.
Хлорофилл b поглощает синий и оранжевый свет и отражает желто-зеленый свет. Хлорофилл a играет непосредственную роль в световых реакциях, в то время как хлорофилл b не принимает непосредственного участия в световых реакциях. Процесс поглощения световой энергии вызывает высвобождение высокоэнергетических электронов из хлорофилла а, которые затем направляются и захватываются акцептором электронов. Этот процесс является началом длинной серии фотосинтетических реакций.
Ниже приводится общая формула или общее уравнение процесса фотосинтеза:
6H2O + 6CO2 + свет → C6ЧАС12O6 (глюкоза) + 6O2
Растения используют углекислый газ и воду для производства сахаров и кислорода, необходимых для питания. Энергия для запуска этого процесса поступает от фотосинтеза. Кроме того, солнечный свет также играет важную роль в процессе фотосинтеза.
Растения улавливают свет с помощью пигмента под названием хлорофилл. Это пигмент, придающий растениям зеленый цвет. Хлорофилл содержится в органеллах, называемых хлоропластами. хлорофилл поглощает свет, который используется в фотосинтезе. Хотя все зеленые части тела растения содержат хлоропласты, большая часть энергии вырабатывается листьями.
Читайте также: Движение растений и примеры
Внутри листа находится слой клеток, называемый мезофиллом, который содержит полмиллиона хлоропластов на квадратный миллиметр. Свет будет проходить через бесцветный и прозрачный слой эпидермиса к мезофиллу, где происходит большая часть процесса фотосинтеза. Поверхность листа обычно покрыта водоотталкивающей кутикулой из воска, чтобы предотвратить поглощение солнечного света или чрезмерное испарение воды.
Процесс фотосинтеза происходит в органеллах растений, а именно в хлоропластах. Хлоропласты встречаются во всех зеленых частях растений, включая стебли и незрелые плоды. Хлоропласты содержат пигмент хлорофилл, который играет роль в фотосинтезе. Хлоропласты имеют дискообразную форму с пространством, называемым стромой. Строма покрыта двумя слоями мембраны. Стромальная мембрана называется тилакоидом, в котором между мембранами есть промежутки, называемые локулами.
Читайте также: Лист - Определение, Часть, Стебель, Нить, Структура, Упих, Функция, Пример
Внутри стромы также есть ламели, которые складываются в грану (группы гранум). Гранулы состоят из тилакоидной мембраны, которая является местом световых реакций, и тилакоидного пространства, которое представляет собой пространство между тилакоидными мембранами. При нарезке гранума можно обнаружить несколько компонентов, таких как белок, хлорофилл а, хлорофилл b, каротиноиды и липиды.
В целом строма содержит белки, ферменты, ДНК, РНК, фосфат сахара, рибосомы, витамины и ионы металлов, таких как марганец (Mn), железо (Fe) и серебро (Cu). Фотосинтетические пигменты находятся в тилакоидной мембране. Между тем, преобразование световой энергии в химическую энергию происходит в тилакоидах с конечным продуктом в виде глюкозы, образующейся в строме. Сам по себе хлорофилл на самом деле является лишь частью аппарата фотосинтеза, известного как фотосистема.
катаболизм
катаболизм представляет собой реакцию разложения / разложения сложных химических соединений, содержащих высокую энергию, на более простые соединения, содержащие более низкую энергию. Основная цель катаболизма - высвобождение энергии, содержащейся в исходном соединении. Процесс разборки делится на два типа, а именно:
- Если для разборки вещества в окружающей среде требуется достаточное количество кислорода (аэробный), это называется процессом дыхания.
- Если разборка вещества в окружающей среде без потребности в кислороде (анаэробная) называется процессом ферментации.
Читайте также: 4 Аэробное и анаэробное дыхание
Ниже приведен пример уравнения для двух приведенных выше реакций:
Пример дыхания: C6ЧАС12O6 + O2 ——————> 6СО2 + 6H2O + 688 ккал.
(глюкоза)Пример ферментации: C6ЧАС12O6 ——————> 2C2ЧАС5ОН + 2СО2 + Энергия.
(глюкоза) (этанол)
Как объяснялось выше, процесс катаболизма делится на два, один из которых - дыхание. Дыхание который представляет собой процесс высвобождения энергии, накопленной в веществах источника энергии, посредством химического процесса с использованием кислорода. В результате дыхания химическая энергия АТФ будет производиться для жизнедеятельности, такой как синтез (анаболизм), движение и рост.
Примеры дыхания в глюкозе, простая реакция:
C6H, 2O6 + 6 O2 ———————————> 6 ч2O + 6 CO2 + Энергия
(глюкоза)
Реакция разборки глюкозы в H2O + CO2 + Энергия, проходящая через три этапа:
- Гликолиз
Для сжигания глюкозы нужен кислород. Но некоторым клеткам приходится жить там, где нет кислорода или не всегда. Например, дрожжевые клетки в бутылке с вином плотно закрыты и нет кислорода. Итак, есть основания полагать, что первые клетки на нашей Земле жили в атмосфере, не содержащей кислорода. Теперь у всех клеток есть ферментативный аппарат, который катаболизирует глюкозу без помощи кислорода. Это анаэробное (без воздуха и, следовательно, без кислорода) расщепление глюкозы называется гликолизом. (Кимбалл, В., Джон. 1983 ).
Гликолиз происходит в органелле, называемой цитоплазмой. Процесс гликолиза производит 2 АТФ, чтобы произвести 2 молекулы пировиноградной кислоты, и производит молекулу НАДН, которая служит источником энергии электронов.
высокая.
- Цикл Кребса
Цикл Кребса (цикл трикарбоксилата) или цикл лимонной кислоты - это аэробное расщепление пировиноградной кислоты на CO2 и H2O, а также химическая энергия. В цикле Кребса образуется лимонная кислота (С).6 ) уксусной кислоты (C2 ) и щавелевоуксусной кислоты (C4 ). Цикл Кребса производит 2 АТФ, 6НАДН, 2ФАДН и 6СО.2. Цикл Кребса происходит в органелле, называемой митохондриальной матрицей.
Читайте также: Определение митохондрий
- транспорт электронов
Из цикла Кребса выйдут электроны и ионы H +, которые переносятся в виде НАДН.2 (НАДН + Н + + 1 электрон) и ФАДН2, так что в митохондриях (с циклом Кребса, сопровождаемым окислением через систему переноса электронов) вода будет образовываться как побочный продукт дыхания, отличный от CO2. Побочные продукты дыхания в конечном итоге выводятся из организма через устьица у растений и через легкие при респираторных процессах у высших животных.
Помимо процесса дыхания, в катаболизме есть еще процесс ферментация процесс разборки, не требующий кислорода. У большинства растений и животных дыхание является аэробным, однако аэробное дыхание может быть подавлено. по какой-то причине осуществление процесса ферментации, а именно процесса высвобождения энергии в отсутствие кислорода, другое название - дыхание анаэробный. Процесс ферментации происходит из-за отсутствия кислорода или недостаточного содержания кислорода для осуществления процесса катаболизма.
По окончательному результату ферментации оно делится на кисломолочное брожение / кислое молоко и спиртовое брожение. Молочно-кислотная ферментация - это ферментация, конечным продуктом которой является молочная кислота. Это событие ферментации молочной кислоты может происходить в мышцах и в анаэробных условиях.
Его реакция:
C6H12O6 ————> 2 C2H5OCOOH + Энергия фермента
Процесс:
1. Глюкоза ————> пировиноградная кислота (процесс гликолиза).
фермент
C6H12O6 ————> 2 C2H3OCOOH + Энергия
2. При дегидрировании пиравиноградной кислоты образуется молочная кислота.
2 C2H3OCOOH + 2 NADH2 ————> 2 C2H5OCOOH + 2 NAD
пируватдегидрогеназа
Энергия, которая выделяется при гликолизе с образованием молочной кислоты:
8 АТФ - 2 НАДН2 = 8-2 (3 АТФ) = 2 АТФ.
Помимо молочной кислоты, в процессе также встречается спирт. У некоторых микробов событие высвобождения энергии происходит из-за того, что пировиноградная кислота превращается в уксусную кислоту + CO2, а затем уксусная кислота превращается в спирт. При спиртовой ферментации одна молекула глюкозы может производить только 2 молекулы АТФ, сравните при аэробном дыхании одна молекула глюкозы при спиртовой ферментации способна производить 38 молекул АТФ.
Реакция:
1. Сахар (C6ЧАС12O6) ————> пировиноградная кислота (гликолиз)
Декарбоксилирование пировиноградной кислоты.
Аспируват ——————————————————> ацетальдегид + CO2.
пируватдекарбоксилаза (CH3CHO)
2. Ацетальдегид алкогольдигидрогеназой превращается в спирт
(спирт этиловый).
2 канала3СНО + 2 НАД2—————————————> 2 С2HSOH + 2 НАД.
алкогольдегидрогеназа
фермент
Сводка реакции:
C6ЧАС12O6—————> 2 С2ЧАС5ОН + 2 СО2 + 2 НАД2 + Энергия
Роль ферментов в метаболических процессах
Химические реакции будут протекать быстрее при поступлении энергии извне (обычно при нагревании). химические реакции, происходящие в человеческом теле, должны сопровождаться выделением тепла от за пределами. Метаболизм - это набор химических реакций, которые происходят в живых существах для поддержания жизни. Эти реакции включают синтез больших молекул в более мелкие (анаболизм) и сборку больших молекул из более мелких (катаболизм).
Ферменты играют роль в снижении энергии активации до более низкого уровня, чем это должно быть достигнуто путем применения тепла извне. Работа фермента за счет снижения энергии активации вообще не изменяет G реакции (разницу между свободной энергией продуктов и реагентов). Кроме того, ферменты оказывают большое влияние на скорость химических реакций, протекающих в организмах. Реакции, длящиеся недели или месяцы в нормальных лабораторных условиях, могут произойти всего за несколько секунд под влиянием ферментов в организме.
Ферменты, участвующие в метаболическом процессе, следующие:
- Фермент каталаза.
Фермент каталаза помогает преобразовывать перекись водорода в воду и кислород. Каталаза 2H2O2 → 2H2O + O2
- Ферменты оксидазы.
Фермент оксидаза действует, чтобы активировать включение O2 с субстратом, который в то же время также снижает O2, так что образуется H2O.
- Ферменты гидразы.
Ферменты гидразы функционируют, чтобы добавить или уменьшить количество воды из соединения, не вызывая разложения соответствующего соединения. Пример: фумараза, енолаза, аконитаза.
- ферменты дегидрогеназы.
Ферменты дегидрогеназы служат для передачи водорода от одного вещества к другому.
- Ферменты трансфосфорилазы.
Функция трансфосфорилазы заключается в перемещении H3PO4 от одной молекулы к другой с помощью ионов Mg2 +.
- Ферменты карбоксилазы.
Ферменты карбоксилазы участвуют в обратном и обратном преобразовании органических кислот. Например, превращению пировиноградной кислоты в ацетальдегид помогает пируваткарбоксилаза.
- Фермент десмолаза.
Фермент десмолаза способствует передаче или включению углеродных связей. Например, альдолаза в расщеплении фруктозы на глицеральдегид и дегидроксиацетон.
- Перекисные ферменты.
Перекисные ферменты помогают окислять фенольные соединения, в то время как кислород берется из H2O2.
Метаболическая функция
Ниже перечислены функции метаболизма, а именно:
Замена поврежденных ячеек
В процессе метаболизма белков произойдет эволюция двух соединений, а именно полимеров и мономеров аминокислот. Полимеры - это белки, которые выполняют различные функции, такие как сборка клеточных структур и изменение поврежденных клеток, в той степени, в которой процесс метаболизма белков, разрушение клеток или тканей в организме может быть преодолен путем быстрый.
Тканевое дыхание в теле
Вы можете получить эту функцию, когда метаболический процесс в организме находится в хорошем и максимальном состоянии, и необходимое организму количество питательных веществ обеспечивается должным образом.
Рост тканей тела
Нам нужно знать, что почти все питательные вещества, попадающие в организм живых существ, имеют одинаковую функцию, а именно для развития тканей тела. Таким образом, когда питательные вещества могут быть преобразованы в энергию, развитие тканей произойдет автоматически.
Блок построителя ячеек
Он не только полезен для изменения поврежденных клеток, но метаболизм также полезен для сборки строительных блоков клеток, особенно метаболизма белков.
Как увеличить метаболизм в организме
Вот несколько способов увеличить метаболизм в организме, а именно:
Упражнения
Пока что, возможно, вы знаете спорт как физическую активность, которая полезна для поддержания физической формы. Но помимо основных преимуществ, упражнения имеют и другие преимущества, такие как ускорение обмена веществ в организме.
Сжигание калорий, которое происходит во время упражнений, заставляет организм лучше работать над метаболизмом, чтобы удовлетворить потребности в калориях или энергии. Кроме того, сжигание калорий также очень важно для формирования мышечной массы.
Увеличьте потребление воды
Не секрет, что вода так полезна для организма. Фактически, 80% нашего тела состоит из воды. Это указывает на то, насколько важна вода для организма, поэтому, когда процентное содержание воды в организме полностью уменьшается, возникает проблема со здоровьем, такая как обезвоживание.
Регулярное употребление 8 литров воды в день эффективно для контроля и удовлетворения ваших ежедневных потребностей в жидкости. Кроме того, 8 литров воды, которые мы потребляем каждый день, могут увеличить метаболизм на 40%.
Избегайте безалкогольных напитков
Если вам рекомендуется удвоить потребление воды, но не с прохладительными напитками. Напитки, прошедшие процесс газирования, наиболее подвержены вздутию живота и замедлению метаболических процессов.
Еще один плохой эффект от безалкогольных напитков, особенно для соблюдающих диету, которые могут повышать аппетит. Правильно, безалкогольные напитки могут заставить вас продолжать есть сладкую пищу, содержащую высокую калорийность.
Ешьте питательно
Питательная пища, безусловно, наиболее тесно связана с метаболизмом, где процесс превращения пищи в энергию действительно требует пищи в качестве источника. Но на что нужно обращать внимание, так это на тип потребляемой пищи.
Убедитесь, что вы потребляете только самые питательные продукты. В самом метаболическом процессе необходим ряд типов питательных веществ, включая углеводы, полезные жиры и белок. Даже для тех из вас, кто сидит на диете, некоторые из этих питательных веществ очень эффективны, помогая естественным образом похудеть.
Конечно, когда вы едите больше продуктов с хорошим содержанием жира, склонность к потреблению калорийных закусок уменьшится. Мало того, питательная пища также необходима организму для поддержания здоровья органов и как средство предотвращения различных опасных заболеваний.
Теперь пища, которую вы должны потреблять каждый день, должна быть комплексной, а именно: 4 здоровых 5 идеальных или состоящих из основных продуктов, гарниров, овощей, фруктов и молока в качестве дополнения. Обработка пищевых продуктов также должна игнорироваться должным образом, чтобы не повредить питательные вещества в ней.
Даже ряд процессов приготовления приведет к потере питательных веществ до такой степени, что мы потребляем только пищу без содержания питательных веществ.
Потребление зеленого чая
Если вы поклонник японской кухни, конечно, вам знаком вкус зеленого чая. Этот органический напиток с ароматным ароматом теперь широко упакован в более уникальном и современном формате. Назовите это тайским чаем матча, в котором в качестве сока используется смесь порошка зеленого чая.
Помимо соблазнительного вкуса и аромата, зеленый чай также очень полезен для организма, особенно для его метаболической системы. Зеленый чай также может быть полезен для быстрого и эффективного похудения. Для достижения максимального результата вы можете пить 2 чашки зеленого чая каждый день.