Mis on ainevahetus? Mis on ainevahetushäired

Igaüks meist soovib ennast maiustada maiustustega iga päev, mõtlemata süsivesikute arvestusele. Kuid selge arusaam sellest, millised lisakalorid toovad kaasa, peatab meid kontrollimatult kulinaarsete meistriteoste söömisest. Enamik tänapäeva inimesi hoolib oma figuurist. Rängad dieedid ja näljastreigid said normiks. Ja lisakilod ei kao. Kui õnnestub kaalust alla võtta, on saavutatud tulemust ülimalt keeruline hoida. Selle põhjuseks võib olla häiritud ainevahetus..

Mis see on

Ainevahetus on mitmesugused keemilised protsessid, mis toimuvad rakkudevahelises vedelikus ja inimkeha rakkudes ise. Sellised protsessid on seotud:

• koos toiduga kaasnevate toitainete töötlemisega;
• nende muundumisel kõige lihtsamateks väikesteks osakesteks;
• rakkude vabanemisega jäätmeelementidest;
• rakkude varustamine ehitusmaterjaliga.

Lihtsaimad väikesed toitainetest moodustuvad osakesed on võimelised tungima inimkeha rakkudesse. Samal ajal vabastavad nad tema tavapäraseks eluks vajaliku energia..

Teisisõnu on ainevahetus ainevahetus, mis on iga inimese jaoks individuaalne. Selle ainulaadsus põhineb erinevate tegurite kombinatsioonil. See võib hõlmata inimese geneetilist eelsoodumust, sugu ja vanust, kaalu ja pikkust, lihasmassi, elustiili, stressi, keskkonnamõjusid, kilpnäärmehaiguste esinemist.

Kiire ja aeglane ainevahetus

Aeglase ainevahetuse all mõistetakse ainevahetust inimese kehas, mis toimub väikese kiirusega. See tähendab, et teatud aja jooksul põletatakse vähem kaloreid ja toitainete energiaks muundamise protsess aeglustub. Just sel põhjusel põhjustavad ülekaalulises olukorras aeglustunud ainevahetusprotsessid asjaolu, et kõik põletamata kalorid salvestatakse. Inimesel on kehal märgatavad rasvavoltid ja näo alaosa omandab täiendavad lõuad.

Kui arvestada kiiret ainevahetust, siis seda tüüpi ainevahetuse korral on võimatu enda jaoks optimaalset kaalu juurde saada. Inimene võib süüa mis tahes toitu, kuid see ei võimalda tal kaalus juurde võtta. Toiduga kaasas olevad vitamiinid ja toitained ei imendu. Selle tulemusena on puudus elutähtsatest ensüümidest, mille puudumine aeglustab peamiste keha protsesside toimimist. Inimene, kelle ainevahetusprotsessid kulgevad suurel kiirusel, tunneb end alati halvasti, tema immuunsus on nõrgenenud, mis vähendab vastupanu hooajalistele haigustele.

Ainevahetushäired: põhjused

Ainevahetus on põhiline mehhanism, mis määrab inimese keha töö. Kui selle toimimine rakutasandil on häiritud, täheldatakse bioloogiliste membraanide kahjustusi. Pärast seda hakkab inimene ründama igasuguseid tõsiseid haigusi. Kui siseorganites täheldatakse ainevahetusprotsesside rikkumist, põhjustab see nende töö funktsioonide muutumist, mis aitab kaasa keskkonnaga suhete tüsistumisele. Selle tagajärjel halveneb organismile vajalike hormoonide ja ensüümide tootmine, mis kutsub esile reproduktiiv- ja endokriinsüsteemi tõsiseid haigusi..

Ainevahetushäireid täheldatakse sageli paastu ja toitumise muutuste tagajärjel. Esiteks saavad selle ohvriteks inimesed, kes söövad irratsionaalselt. Alatoitumine on sama ohtlik kui ülesöömine.

Ainevahetus võib stressiolukordade tõttu olla häiritud. Fakt on see, et närvisüsteem vastutab kõigi keha ainevahetusprotsesside reguleerimise eest. Riskirühma kuuluvad inimesed, kes suitsetavad ja kuritarvitavad alkoholi..

Probleemi sümptomid

Ainevahetus on inimese keha kõige olulisem komponent. Ainevahetushäirete peamised sümptomid on järgmised häirekellad:

• kehakaal suureneb või väheneb järsult;
• inimest häirib perioodiliselt kurguvalu;
• pidev näljatunne ja janu;
• suurenenud ärrituvus, depressioon, apaatia, ükskõiksus;
• kalduvus tantrums;
• näo ja käte karvade suurenemine;
• värisevad käed ja lõug;
• vinnid.

Kui leitakse vähemalt mõni sümptom, peate külastama endokrinoloogi. Tema pakub teie analüüside põhjal pädevat ja õiget ravi. Kõiki arsti soovitusi tuleb rangelt järgida. See viib ainevahetusprotsessid normaalseks. Kui ignoreerite võimaliku haiguse sümptomeid, suureneb tulevikus tõsiste haiguste oht. Eneseravimine ainevahetushäirete korral kehas on keelatud!

Miks on see probleem ohtlik?

Inimkeha on koht, kus toimub pidev süsivesikute, rasvade ja valkude vahetus. Ainevahetushäired võivad esineda ühe nimetatud komponendi puhul ja mitme korraga. Kui pöörate tähelepanu ainult põhilistele ainevahetusprotsessidele, saate eristada ainevahetushäireid valkude, rasvade ja süsivesikute sünteesis ja lagunemises.

Häiritud ainevahetus on inimesele omamoodi sõnum kehas tekkinud probleemidest. Kui ainevahetusprotsess halveneb, luuakse eeldused erinevate haiguste tekkeks. Seetõttu on äärmiselt oluline märgata õigeaegselt kehas toimuvaid muutusi ja ennetada haiguse arengut. Lisaks lõpetab keha ainevahetushäiretega lagunemisproduktidest vabanemise. Alustatakse selle mürgitamist suure hulga toksiinide ja muude ohtlike ainetega.

Rasvade ainevahetusprotsessid

Kui rasvade ainevahetus on häiritud, hakkab inimest vaevama ülekaal. Võib täheldada ka vastupidist nähtust - aktiivne kaalulangus..

Rasvade ainevahetuse protsessi peamised komponendid on:

• anabolism;
• katabolism.

Anabolism vastutab rasva säilitamise eest. Inimese maks on esimene peatus, kus toidurasvad hakkavad imenduma ja töötlema. Seejärel lastakse nad vereringesse. Toidurasvad muundatakse lisaks kolesteroolile triglütseriidideks.

Iga triglütseriidmolekul põhineb keemiliselt glütseriinil koos kolme rasvhappega. Triglütseriidid võtavad rasvarakud ja neid hoitakse seni, kuni keha vajab puuduvat energiat.

Katabolism on vastutav rasvarakkude lagundamise ja neis sisalduvate triglütseriidide vabanemise eest. Kui inimkeha vajab energiat, siis kasutatakse just suhkrut prioriteedina teatud tüüpi kütusena. Keha saab selle puudumise vabanenud triglütseriididest ja rasvhapetest, mida energia saamiseks omastavad mitokondrid (mikroskoopilised "elektrijaamad")..

Rasva metabolismil kui keemilisel protsessil on selle toimimise kõrvalsaadused. Rasva põletamisel ilmnevad kehas ketoonid. Nende kõrge tase on inimelule väga ohtlik..

Ärahoidmine

Täna on juba välja töötatud ravimid ja esitatud soovitused, mis suudavad ainevahetust reguleerida. Meie kehasse satub väga palju aineid. Mõned neist on võimelised aeglustama toksiinide moodustumist ja parandama ainevahetusprotsesside kvaliteeti. Ainevahetuse ennetamine põhineb keha varustamisel just nende ainetega, mis aitavad kaasa laitmatule ainevahetusele.

Erilist tähelepanu pööratakse ennetusmeetmetes hapnikule. Kui see satub inimkeha kudedesse optimaalses koguses, toimub metaboolsete protsesside oluline aktiveerimine.

Vitamiinide ja mineraalideta ei saa meie keha eksisteerida. Vanusega aeglustuvad kõik protsessid. Mõni anum on ummistunud. Keha kannatab hapnikupuuduse, süsivesikute ja mineraalide puuduse all. Seetõttu on vaja seda kunstlikult toita.

Ainevahetushäiretega inimestel soovitatakse pöörata tähelepanu füüsilisele aktiivsusele. Hästi tõestatud kehakaalu langetamise treening keelab rasvade võimendamise ainevahetuse Gillian Michaelsilt.

Ainevahetuse kiiruse arvutamine

Soovitatav on pidevalt kontrollida ainevahetuse kiirust. Seda teeb arst, kelle poole te abi otsite. Või saate ise kõik välja arvutada.

Niisiis, tehkem vaid reservatsioon, et ainevahetuse tase puhkeajal (lühendatult RMR) on sageli segamini aetud põhiainevahetuse tasemega (lühendatult BMR). Peame regulaarselt kontrollima täpselt RMR-i. See näitaja arvutatakse väga lihtsalt. Selleks kasutatakse seni kõige täpsemat valemit, mis võtab arvesse inimese vanust, pikkust ja kaalu:

• naistel RMR = 9,99 x B + 6,25 x P - 4,92 x Bt - 161;
• meestel RMR = 9,99 x B + 6,25 x P - 4,92 x B + 5.

Nimetused valemist:

• B - kaal kilogrammides;
• P - kõrgus sentimeetrites;
• Vz - vanus aastates.

Saadud andmete põhjal saate oma dieeti veelgi kohandada..

Ainevahetusprotsesside taset on võimalik normaliseerida, jättes dieedist välja toidud, mis sisaldavad kehale kahjulikke aineid ja kolesterooli.

Dieedi korrigeerimine

Ainevahetuse kiirus (RMR) on arvutatud ja nüüd on selge, kui palju kaloreid meie keha puhkeperioodil vajab. Samuti saate teada, kui palju kaloreid vajate oma praeguse kaalu säilitamiseks päevas. Selleks tuleb RMR korrutada vastava kehalise aktiivsuse taseme näitajaga, mis on näidatud tabeli vasakus veerus:

Kui soovite vabaneda tüütutest lisakilodest ja kehas pole patoloogiaid ega haigusi, peate:

• jälgida igapäevaseid tarbitud kaloreid;
• ärge ületage kaloraaži päevas, mis arvutati ülaltoodud valemi järgi ja korrutati kehalise aktiivsuse näitajaga;
• mitmel viisil ja meetodil ainevahetusprotsesside aktiveerimiseks kehas.

Vähendage söögiisu, kiirendage ainevahetust

Kui otsustatakse ainevahetust parandada, peab ülitähtsaks reegliks saama dieet ja selle range järgimine. Dieedi koostamisel abi saamiseks peate võtma ühendust kogenud arstiga, kuna see arvutatakse läbitud testide põhjal igaühe jaoks eraldi.

Ainevahetushäirega toitumise kohta kehtivad üldreeglid. Need ei kahjusta tervist, kuid vähendavad söögiisu märgatavalt. Fakt on see, et nii ainevahetust kui ka söögiisu reguleerib leptiin - hormoon, mille suhtes inimene võib muutuda tundetuks. Selle tulemusena suureneb lisakilo.

Leptiinitundlikkus kaob erinevate tegurite, sealhulgas toiduallergiate ja vale toitumise tõttu. Tänu eridieetidele ja üldistele toitumisreeglitele on ainevahetushäirete korral võimalik taastada tundlikkus leptiini suhtes. Samal ajal väheneb insuliini tase veres ja kaal stabiliseerub..

Suurendage ainevahetust veega

Inimene peab päevas jooma vähemalt 2 liitrit külma vett. Erinevad mahlad, kohv, tee ja muud joogid ei lähe arvesse.

Vesi on aktiivne osaleja kõigis kehas toimuvates keemilistes protsessides. Just sel põhjusel aeglustab selle puudus ainevahetust..

Kui kehasse satub külm vesi, seisab see ülesande soojendada saadud vedelik kehatemperatuurini. See nõuab energiat, mis tekib suure hulga kalorite põletamisel..

Ainevahetushäirete üldised toitumisreeglid

Kala tuleks süüa nii tihti kui võimalik. Kui see pole võimalik, peaksite toitumist rikastama mereandidega vähemalt 3 korda nädalas..

Söö kiudaineid sisaldavaid toite iga päev.

Iga päev peaks menüüs olema küüslauk ja sibul, rooskapsas ja lillkapsas, brokoli, porgand, paprika, spinat.

Söögikordade vahel on soovitatav süüa vahepala, süües tervislikke toite.

Dieedis peaks igapäevaselt olema tailiha, mis on valguallikas. Näiteks tailiha, kalkun, nahata kana, vasikaliha.

Janu kustutamiseks on kõige parem eelistada rohelist teed, mustikamahlu, kirsse, granaatõuna, looduslikke köögivilju.

Igapäevane dieet peab sisaldama pähkleid ja seemneid. Viimane peaks olema soolamata ja mitte praetud.

Toidus peaksid olema vürtsid ja maitsetaimed. Näiteks petersell, kurkum, kaneel, ingver, kardemon, basiilik, nelk.

Gillian Michaelsi kaalulangetamise treening

Hiljuti on Gillian Michaelsi treening nimega Banish Fat Boost Metabolism ("Rasva põletamine, ainevahetuse kiirendamine") eriti populaarne inimeste seas, kes üritavad kaalust alla võtta..

Videoõpetuses kirjeldatakse harjutusi, mis võimaldavad teil kaalust alla võtta. Selle programmi autor annab tundidele üksikasjalikud juhised, mis hõlbustab soovitud tulemuse saavutamist.

Jillian Michaelsi treening põhineb asjaolul, et hapnik aitab rasvarakke põletada. Kui hoiate südame löögisagedust teatud tasemel, siis ainevahetusprotsessid on märgatavalt kiirenenud. Sel põhjusel pühendatakse suurem osa treeningust kardiovaskulaarsele treeningule, mis annab rasvkoele hapnikku. Programm sisaldab harjutusi nii venitamiseks kui ka jõuks. Kõik need tugevdavad lihaskorsetti ja joonis sõna otseses mõttes pärast mõnda seanssi saab selged piirjooned..

Kui otsustate hakata treenima vastavalt programmile Jillian Michaels "Kaalust alla, kiirendage ainevahetust", peate meeles pidama mõnda põhireeglit:

• klassid peaksid toimuma kingades, mis kaitsevad pahkluud ja jalgu võimalike vigastuste eest;
• peate regulaarselt treenima (see on ainus viis soovitud asja saavutamiseks);
• mingil juhul ei tohiks treeningu autori seatud rütmi pidurdada.

Kas olete pikka aega otsinud tõhusat programmi, mis aitaks kaalust alla võtta? Gillian Michaelsi treening on see, mida vajate! Programmi tõhusust tõendavad arvukad positiivsed ülevaated.

Ainevahetuse kiirenemise ja aeglustumise tunnused - ainevahetust kiirendavate toitude loetelu

Inimkeha vajab kõigi kehasüsteemide toimimise tagamiseks palju toitaineid ja energiat. Kõik need protsessid on vastus küsimusele, mis on ainevahetus - need kõik on keha ainevahetusprotsessid, mis toimuvad ööpäevaringselt. Mida parem on inimese ainevahetus, seda paremini töötavad kõik süsteemid. See protsess vastutab tervise, välimuse, jõudude hulga eest, mida keha suudab tekitada..

Mis on ainevahetus

Ainevahetus on keemiline protsess toitainete muundamiseks, mis sisenevad kehasse mis tahes kujul. Pärast toidu sisenemist maos algab lõhenemisprotsess, see laguneb väikesteks komponentideks, mis muutuvad väikesteks molekulideks, millest meie keha on üles ehitatud. See on koondmõiste, mis hõlmab paljusid kehas toimuvaid protsesse, mis mõjutavad keha füüsist, hormonaalseid omadusi, imendumise kiirust ja toidu töötlemise astet..

Mis mõjutab ainevahetust

Ainevahetuse kiirus võib olla normaalne, kõrge või aeglane. Seda indikaatorit mõjutavate tegurite loend on olemas. Teadmine, mis võib teie ainevahetust mõjutada, aitab teil seda protsessi kontrollida, vältida lisakilosid või vastupidi, suurendada. Kõik need tegurid on seotud toitumise ja harjumustega, näiteks:

1. Lihasmassi. Lihaste olemasolu on määrav tegur, mis mõjutab ainevahetuse kiirust. Üks kilogramm lihaseid põleb kuni 200 kcal päevas, rasvkude samal ajal säästab teid mitte rohkem kui 50 kcal. Sel põhjusel pole sportlastel probleeme ülekaaluga, intensiivne treenimine kiirendab kogunemiste põletamise protsessi. Lihasmass mõjutab ainevahetusprotsesse 24 tundi ööpäevas. Ja mitte ainult spordi ajal.
2. Sagedus, söögikordade arv. Pikkade vaheaegadega söögikordade vahel on ainevahetusele kahjulik mõju. Keha hakkab reserve tegema, paneb selle pikkade vaheaegade ajal nälja korral edasi. Kõik toitumisspetsialistid soovitavad nälja summutamiseks, kuid mitte üle süüa, teha osade kaupa söögikordi 5-6 korda päevas, väikeste portsjonitena. Söögikordade optimaalne intervall on 3 tundi.
3. Toit. See, mida sööte, mõjutab otseselt ka ainevahetust. Sageli jätavad dieedid toidust täielikult loomsed ja taimsed rasvad, kuid nende puudumine viib hormoonide tootmise aeglustumiseni, mis aeglustab ainevahetust.
4. Joogid. Joomine aitab kiirendada lagunemisprotsessi, kui üldises veebilansis ei võeta arvesse tavalise vee, tee, kohvi või mahla õiget kogust. Päevas on soovitatav juua vähemalt 1,5-2,5 liitrit vett..
5. Geneetika. Rakus toimub ainevahetus, nii et geneetilised andmed programmeerivad neid teatud režiimi jaoks. Paljude inimeste kiirendatud ainevahetus on vanemate "kingitus".
6. Keha ainevahetus võib psühho-emotsionaalseid tugevaid šokke tõsiselt aeglustada.
7. Dieedid. Need dieedid, mis kehtestavad mõnele toidule ranged piirangud, põhjustavad sageli ainevahetuse kiirust, mis avaldab kahjulikku mõju kogu kehale.
8. Haigused. Igasugused patoloogiad, hormonaalsed kõrvalekalded mõjutavad ainevahetust ja energiat.
9. Sugu. Meeste ja naiste metaboolsetes protsessides on erinevusi..

Millised protsessid on ainevahetusele omased

See kontseptsioon hõlmab kogu sissetulevate ainete kehasse töötlemise tsüklit. Kuid ainevahetuseks on spetsiifilisemad osad. Ainevahetus jaguneb kaheks põhitüübiks:

1. Anabolism. See on nukleiinhapete, valkude, hormoonide, lipiidide sünteesimise protsess uute ainete, rakkude ja kudede loomiseks. Sel ajal kogunevad rasvad, moodustuvad lihaskiud, energia imendub (koguneb), selle kogunemine.
2. Katabolism. Vastupidiselt ülalkirjeldatud protsessile lagunevad kõik keerukad komponendid lihtsamateks. Energia tekib ja vabaneb. Sel ajal toimub lihaskiudude hävimine, mida sportlased üritavad pidevalt vältida, toidust saadavad rasvad ja süsivesikud lagundatakse täiendava energia saamiseks.

Lõpptooted

Iga protsess kehas ei kao jälgi jätmata, alati on jääke, mis kehast veelgi eemalduvad. Neid nimetatakse lõppproduktideks ja ainevahetusel on ka neid, eritamisel erineb järgmised võimalused:

• keha sisemuse kaudu (süsinikdioksiid);
• imendumine tagumises sooles (vesi);
• eritumine (ammoniaak, kusihape, uurea).

Ainevahetuse tüübid

Mõiste hõlmab kahte peamist ainevahetuse tüüpi - süsivesikud ja valk. Viimane hõlmab selle loomse ja taimse päritoluga komponendi töötlemist. Inimkeha täielikuks toimimiseks on vaja nende ainete mõlemat rühma. Kehas ei toimu valguühendite rasva kujul ladestumist. Kogu inimese poolt saadud valk läbib lagunemisprotsessi, seejärel sünteesitakse uus valk suhtega 1: 1. Lastel on katabolismi protsess ülekaalus anabolismist keha kiire kasvu tõttu. Valke on kahte tüüpi:

• täielik - sisaldab 20 aminohapet, leidub ainult loomsetes saadustes;
• defektne - mis tahes valk, kus puudub vähemalt 1 vajalikest aminohapetest.

• Aprikoosimoos seemnetega
• Toitumine 2. tüüpi diabeedi korral: dieedimenüü
• Kuidas juua õunasiidri äädikat kehakaalu langetamiseks õigesti

Süsivesikute ainevahetus vastutab suurema osa energia tootmise eest. Eraldage komplekssed ja lihtsad süsivesikud. Esimesse tüüpi kuuluvad köögiviljad, leib, puuviljad, teraviljad ja teraviljad. Seda tüüpi nimetatakse ka "kasulikuks", kuna lõhenemine toimub pika aja jooksul ja annab kehale pika laadimise. Lihtsad või kiired süsivesikud - valge jahu tooted, suhkur, küpsetised, gaseeritud joogid, maiustused. Inimkeha saab ilma nendeta üldse hakkama, neid töödeldakse väga kiiresti. Nendel kahel tüübil on järgmised omadused:

• komplekssed süsivesikud moodustavad glükoosi, mille tase on alati ligikaudu sama;
• kiired muudavad selle näitaja kõikuma, mis mõjutab inimese meeleolu, heaolu.

Hea ainevahetuse tunnused

Selle kontseptsiooni alla kuulub metaboolne kiirus, mille juures inimesel pole probleeme ülekaalulisuse või kontrollimatu kaalulangusega. Hea ainevahetus on see, kui ainevahetusprotsess ei lähe liiga kiiresti ega liiga aeglaselt. Iga inimene üritab seda küsimust parandada, kontrolli alla saada ja saavutada optimaalne ainevahetus, mis ei kahjustaks keha.

Ainevahetus peab vastama normile, see on iga inimese jaoks erinev, kuid kui on ülekaal või vastupidi valulik kõhnus, siis on kehas midagi valesti. Hea ainevahetusprotsessi peamised märgid on elundisüsteemi, naha ja inimese närvisüsteemi tervis:

• nahalöövete puudumine;
• lihaste ja keha rasvade optimaalne suhe;
• hea juuste seisund;
• seedetrakti normaalne toimimine;
• kroonilise väsimuse puudumine.

Ainevahetushäired

Ainevahetusprotsesside kõrvalekallete põhjus võib olla mitmesugused patoloogilised seisundid, mis mõjutavad endokriinsete näärmete tööd või pärilikke tegureid. Meditsiin võitleb edukalt haigustega, kuid seni pole suudetud geneetilise eelsoodumusega toime tulla. Valdavas enamuses juhtudest põhjustab kehva ainevahetust vale toitumine või liiga ranged toidupiirangud. Rasvase toidu, madala kalorsusega toidu, näljutamise dieedi kuritarvitamine põhjustab ainevahetusprotsesside talitlushäireid. Halvad harjumused halvendavad seisundit oluliselt:

• alkoholi joomine;
• suitsetamine;
• mitteaktiivne elustiil.

Ainevahetushäirete sümptomid

Kõik ülaltoodud põhjused põhjustavad halva ainevahetuse ilminguid. Seisund avaldub reeglina liigse kehakaalu tõusuna, naha ja juuste seisundi halvenemisena. Kõigist negatiivsetest sümptomitest on võimalik vabaneda ainult ainevahetushäirete (haigused, vale toitumine, passiivne eluviis) algpõhjuse kõrvaldamisega. Kui ilmnevad järgmised kõrvalekalded, peaksite hoolitsema oma tervise eest ja normaliseerima ainevahetust organismis.

• tugev turse;
• düspnoe;
• ülekaaluline;
• küünte habras;
• naha värvimuutus, selle seisundi halvenemine;
• juuste väljalangemine, habras.

• Neeruteed - kasutusjuhised. Taimse kollektsiooni koostis neerude jaoks, omadused ja näidustused sissepääsuks
• Kuidas ise varastatud telefoni leida. Kas varguse korral leitakse telefone
• Anapriliin - mis aitab

Kuidas hoogu maha võtta

Võib tekkida ka vastupidine olukord, kus liiga kiire ainevahetus töötleb sissetulevaid komponente nii aktiivselt, et inimene muutub liiga õhukeseks, ei saa lihasmassi, rasvakihti. Seda seisundit ei peeta normaalseks ja ainevahetusprotsesse tuleb aeglustada. Selleks saate teha järgmist.

• juua natuke rohkem kohvi;
• piirata magamise aega;
• juua rohkem piima;
• sööge üks tund pärast ärkamist hommikusööki;
• kui tegelete aktiivselt spordiga, siis vähendage koormust;
• söö rangelt 3 korda päevas, portsjonid peaksid tooma täieliku küllastustunde;
• jätke vahele roheline tee, tsitrusviljad, kõrge valgusisaldusega toidud.

Kuidas ainevahetust ja ainevahetust kiirendada

Seda küsimust esitatakse sagedamini, eriti inimestele, kes soovivad kaalust alla võtta. Kui olete pärast uuringuid veendunud, et rasvumise põhjus pole pärilik eelsoodumus (geneetilised häired) ega endokriinsüsteemi haigus, võite hakata jälgima oma dieeti ja kehalist aktiivsust. Allpool on toodud võimalused, mis koos kasutamisel aitavad teil aeglase ainevahetusega toime tulla..

Tooted

Esimene asi, mida madala ainevahetusega muuta, on toitumine. 90% -l juhtudest on see kaalulangetamise prioriteet. Soovitatav on järgida järgmisi reegleid:

1. Tselluloos. Toidus peaks olema palju seda toodet, see komponent imendub seedetraktis pikka aega, küllastades keha pikka aega. Uuringute kohaselt kiirendab see dieedis sisalduv aine ainevahetust 10%. Toidupoodidest saab kiudaineid osta, seda leidub ka kõva pastas, teraviljades, jämedas leivas.
2. Valgutoit. Valgul on märkimisväärsed termilised omadused ja keha peab selle töötlemiseks kulutama palju kaloreid. Ta osaleb ka lihasmassi kasvatamises, millel on positiivne mõju ka ainevahetuse kiirusele. Kana munades, kanalihas, piima- ja kääritatud piimatoodetes leidub palju valku.
3. Tsitruselised. Need aitavad stimuleerida seedetrakti, kiirendavad tarbetu vee eemaldamist kehast. Greipi peetakse kaalulangetamiseks parimaks tsitruseks, võite süüa ka mandariini, apelsine, sidruneid.
4. Ingver osaleb toitainete transportimisel ja nende imendumisel. Toode aitab kehal hapnikku kiiresti kogu kehas kanda ja stimuleerib seega rasvade põletamise protsessi. Toote saate lisada mis tahes kujul. See ei kaota oma omadusi isegi kuumtöötluse käigus.
5. Veresuhkru alandamiseks kasutage kaneeli. Ta toimib mitte ainult diabeedi ennetamise vahendina, vaid aitab ka ainevahetust kiirendada. See komponent aitab ainult pikaajalisel kasutamisel.

Joogid

Rakkude piisava veevarustuse korral toimub regenereerimine kiiremini, mis tagab naha nooruslikkuse, organismile toksilist toimet omavate lagunemissaaduste kiire kõrvaldamise. Vesi normaliseerib ja kiirendab lõhenemist, seedimist. Vedeliku maht arvutatakse suppe arvesse võttes, kuid kohv ega tee ei kuulu sellesse rühma. Need joogid võtavad vee ära, nii et pärast nende joomist peaksite jooma paar tassi tavalist vett.

Kõigi jookide peamine tingimus on suhkru puudumine; soovi korral võite lisada asendaja. Soovitatavad on järgmised vedelikud:

• puuviljajook;
• kompotid;
• hibisk;
• värskelt pressitud mahlad väikestes kogustes;
• valge, roheline tee;
• ravimtaimede keetmine.

Narkootikumid

Narkootikumid ei saa ainevahetuse kiirust radikaalselt mõjutada, neil on vajalik mõju ainult integreeritud lähenemise osana: sport, toitumine, halbade harjumuste tagasilükkamine. Metabolismi parandamiseks peetakse populaarseteks ravimiteks järgmisi võimalusi:

1. Steroidid. Need on kulturisti seas eriti nõutud, kuid neil ravimitel on organismi hormonaalsele taustale väga käegakatsutav mõju. Tüdrukutel võivad need ained provotseerida menstruaaltsükli lõppemist, karvade vägivaldset kasvu kehal ja hääle tämbi muutumist. Meestel vähendab see ravim libiido, vähendab potentsi. Steroidide võtmise lõpetamisel toimub väga kiire kehakaalu tõus, immuunsuse tugev langus.
2. Amfetamiin, kofeiin, fenamiin ja muud stimulandid. Pikaajaline ja kontrollimatu kasutamine põhjustab unetust, depressiooni, kiiret sõltuvust.
3. Kasvuhormoon ehk kasvuhormoon. Õrn ravim, mis aitab lihasmassi suurendada ja millel pole palju kõrvaltoimeid, stimuleerib ainevahetust pikka aega.
4. L-türoksiin. Mõjub kilpnäärme talitlust stimuleerivalt, mis aitab kehakaalu kiiresti kaotada, ilma et see tagasi tuleks. Miinuste hulgas on: ärrituvus, närvilisus, higistamine, mõne kehasüsteemi häired.
5. Klenbuterool. See suurendab järsult ainevahetusprotsesside kiirust, vähendab kiiresti kehakaalu. Kõrvaltoimed näitavad tahhükardia esinemist, kehatemperatuuri hüppeid.
6. Vitamiinide kompleksid. Need parandavad üldist heaolu, küllastavad keha kõigi kehasüsteemide täielikuks toimimiseks vajalike ainetega. See on oluline allikas inimese täielikuks toimimiseks; vitamiinid toetavad kõigi kehaorganite tööd. Parem on kasutada valmis vitamiinide kompleksi, mis on rikas igat tüüpi mikroelementide poolest.

Harjutused

Kui aeglane ainevahetus ei ole keha geneetiliste omaduste tõttu diagnoos, siis sport on kõige olulisem samm ainevahetuse parandamise suunas. Iga arst soovitab suurendada kehalist aktiivsust, kui soovite kaalust alla võtta. Ebapiisavad igapäevased tugevuskoormused toovad kaasa organismi stagneeruvad protsessid, aeglustavad vereringet, mis avaldab kahjulikku mõju rakkude ja elundite toitumisele. Igapäevaste treeningute tegemine kiirendab oluliselt ainevahetust.

Nendel eesmärkidel pole spetsiaalseid ja spetsiaalseid harjutusi, kehale on vaja regulaarselt koormust anda. Võite seda võtta osana ravist, mis parandab dramaatiliselt kogu raviskeemi kvaliteeti. Dieedi tõhusus, ravimid ainevahetuse kiirendamiseks sõltuvad sporditegevusest. Nendel eesmärkidel on soovitatav läbi viia igapäevane hooldajaõpe:

• jooksurajal või õues sörkimine;
• Jalgpall;
• korvpall;
• jooga;
• sobivus;
• Pilates;
• kujundamine;
• aeroobika;
• jalgrattasõit või velotrenažöör.

Inimese ainevahetusprotsesside põhiseadused. 1. osa.

Ainevahetus - ainete ja energia ainevahetus - on klassikaliste määratluste kohaselt ühelt poolt ainete ja energia vahetus organismi ja keskkonna vahel ning teiselt poolt kogum ainete muundamise ja energia muundamise protsesse, mis toimuvad otse elusorganismides endis. Nagu teate, on ainevahetus ja energia organismide elu alus ning see on elusmaterjali üks olulisemaid eripära. Ainevahetuses, mida kontrollivad mitmetasandilised reguleerimissüsteemid, osalevad paljud ensüümide kaskaadid, pakkudes ajas ja ruumis järjestatud keemiliste reaktsioonide komplekti. Need geneetiliselt määratud biokeemilised reaktsioonid toimuvad järjestikku rangelt määratletud rakupiirkondades, mille omakorda tagab rakkude jaotamise põhimõte. Lõppkokkuvõttes muundatakse kehasse sattunud ained ainevahetuse käigus oma kudede spetsiifilisteks aineteks ja kehast eemaldatavateks lõppproduktideks. Mis tahes biokeemiliste muundumiste käigus energia vabaneb ja neeldub.

Rakkude metabolism täidab nelja peamist spetsiifilist funktsiooni, nimelt: energia eraldamine keskkonnast ja selle muundamine suure energiaga (suure energiaga) keemiliste ühendite energiaks koguses, mis on piisav raku kõigi energiavajaduste rahuldamiseks; vaheühendite moodustamine eksogeensetest ainetest, mis on raku suure molekulmassiga komponentide eelkäijad; valkude, nukleiinhapete, süsivesikute, lipiidide ja muude rakukomponentide süntees nendest lähteainetest; spetsiaalsete biomolekulide süntees ja hävitamine, mille moodustumine ja lagunemine on seotud antud raku spetsiifiliste funktsioonide täitmisega.

Kuna esialgsed ideed ainevahetuse kohta tekkisid seoses keha ja väliskeskkonna ainevahetusprotsesside uurimisega ning alles hiljem laienesid need ideed keha sees olevate ainete ja energia muundamise viiside mõistmisele, on siiani tavaks eristada vastavalt välist ehk üldist, ainevahetust ja sisemist või vahepealne, ainevahetus. Omakorda eristatakse nii sisemises kui ka välises ainevahetuses struktuurset (plastilist) ja energiavahetust. Struktuurivahetuse all mõistetakse erinevate kõrg- ja madalmolekulaarsete ühendite vastastikuseid muundumisi kehas, samuti nende ülekannet (transporti) kehas ning keha ja väliskeskkonna vahel. Energia ainevahetuse all mõistetakse reaktsioonide käigus moodustunud molekulide keemiliste sidemete energia vabanemist ja selle muundumist soojuseks (enamus sellest), samuti energia kasutamist uute molekulide sünteesiks, aktiivseks transpordiks ja lihastööks (väiksem osa). Ainevahetuse käigus eritub osa keemiliste reaktsioonide lõppproduktidest väliskeskkonda, teist osa kasutab keha. Sellisel juhul akumuleeritakse või tarbitakse orgaanilise ainevahetuse lõppsaadusi sõltuvalt organismi olemasolu tingimustest, mida nimetatakse reserv- või reservaineteks..

Nagu eespool mainitud, nimetatakse vahetult kehas toimuvate ainete keemiliste muundumiste kogumit alates nende vereringesse jõudmise hetkest ja kuni ainevahetuse lõppsaaduste kehast väljutamiseni, vahevahetuseks (vahevahetus). Vahevahetuse võib jagada kaheks protsessiks: katabolism (dissimilatsioon) ja anabolism (assimilatsioon). Katabolism on suurte orgaaniliste molekulide ensümaatiline lagundamine, mis viiakse läbi kõigis kõrgemates organismides, tavaliselt oksüdatiivselt. Katabolismiga kaasneb orgaaniliste molekulide keemilistes sidemetes sisalduva energia vabanemine ja selle reserveerimine adenosiintrifosforhappe (ATP) molekuli fosfaatsidemete energia kujul. Anabolism on seevastu suurmolekulaarsete rakukomponentide, näiteks polüsahhariidide, nukleiinhapete, valkude, lipiidide, aga ka mõnede nende biosünteetiliste lähteainete ensümaatiline süntees lihtsamatest ühenditest. Anaboolsed protsessid toimuvad energiatarbimisega. Katabolismi ja anaboolia protsessid toimuvad rakkudes üheaegselt, on omavahel lahutamatult seotud ja on ühe üldise protsessi - ainevahetuse, kus ainete muundumised on energia transformatsioonidega tihedalt põimunud, asendamatud komponendid. Kataboolsed ja anaboolsed reaktsioonid erinevad reeglina rakus paiknemise poolest. Näiteks rasvhapete oksüdeerimine süsinikdioksiidiks ja veeks viiakse läbi mitokondrite ensüümide komplekti abil, rasvhapete sünteesi katalüüsib aga teine ​​tsütosoolis leiduv ensüümide süsteem. Just tänu erinevale lokaliseerimisele võivad rakus toimuvad kataboolsed ja anaboolsed protsessid toimuda samaaegselt. Samal ajal on kõik orgaaniliste ainete muundamised, sünteesi ja lagunemise protsessid omavahel ühendatud, koordineeritud ja reguleeritud neurohormonaalsete mehhanismidega, mis annavad keemilistele protsessidele vajaliku suuna. Inimese kehas puudub iseseisev valkude, rasvade, süsivesikute ja nukleiinhapete vahetus. Kõik muundamised on ühendatud terviklikuks ainevahetusprotsessiks, mis võimaldab ka orgaaniliste ainete üksikute klasside vahelist vastastikust konversiooni. Selliseid vastastikuseid muutusi dikteerivad keha füsioloogilised vajadused, samuti soovitus asendada mõned orgaaniliste ainete klassid teistega patoloogias toimuva protsessi blokeerimise tingimustes.

Tänapäevaste kontseptsioonide kohaselt on põhitoitainete lagunemine rakus järjestikuste ensümaatiliste reaktsioonide rida, mis moodustavad katabolismi kolm peamist etappi. Esimeses etapis lagunevad polümeersed orgaanilised molekulid oma koostisosadeks spetsiifilisteks struktuuriplokkideks - monomeerideks. Seega lagundatakse polüsahhariidid heksoosideks või pentoosideks, valgud - aminohapeteks, nukleiinhapped - nukleotiidideks ja nukleosiidideks, lipiidid - rasvhapeteks ja glütserooliks. Need reaktsioonid kulgevad peamiselt hüdrolüütiliselt ja selles etapis vabanev energia ei ületa 1% katabolismi käigus eralduvast koguenergiast ja keha kasutab seda peaaegu täielikult soojuse kujul.

Katabolismi teises etapis muutuvad keemiliste reaktsioonide produktid veelgi lihtsamateks molekulideks, ühendatud süsivesikute, valkude ja lipiidide ainevahetuseks. selle tüübi järgi (glükolüüs, aminohapete katabolism, vastavalt rasvhapete β-oksüdeerumine). On oluline, et katabolismi teises etapis moodustuksid tooted, mis on algselt erinevate ainerühmade vahetamiseks tavalised. Need toidud on peamised keemilised ühendid, mis seovad erinevaid ainevahetusradasid. Selliste ühendite hulka kuuluvad näiteks püruvaat (püroviinhape), mis tekib süsivesikute, lipiidide ja paljude aminohapete lagundamisel, atsetüül-CoA, mis ühendab rasvhapete, süsivesikute ja aminohapete katabolismi, a-ketoglutaarhape, oksaloatsetaat (oksaloäädikhape), fumaraat (fumaarhape) aminohapete muundamisel tekkinud suktsinaat (merevaikhape). Katabolismi teises etapis saadud tooted sisenevad kolmandasse etappi, mida tuntakse trikarboksüülhappetsüklina (terminaalne oksüdatsioon, sidrunhappetsükkel, Krebsi tsükkel). Kolmandas etapis oksüdeeruvad atsetüül-CoA ja mõned muud metaboliidid, näiteks a-ketoglutaraat, oksaloatsetaat, Krebsi di- ja trikarboksüülhapete tsüklis. Oksüdeerumisega kaasneb NADH + H + ja FADH2 redutseeritud vormide moodustumine. Katabolismi teises ja kolmandas etapis vabaneb ja koguneb praktiliselt kogu dissimilatsioonile allutatud ainete keemiliste sidemete energia ATP kujul. Sellisel juhul viiakse elektronide ülekandmine redutseeritud nukleotiididest hapnikku läbi hingamisahela, millega kaasneb lõppsaaduse - veemolekuli moodustumine. Elektroonide transport hingamisahelas on seotud ATP sünteesiga oksüdatiivse fosforüülimise protsessis.

Ainevahetuse peamiseks kataboolseks protsessiks peetakse bioloogilist oksüdeerumist - oksüdatsioonireaktsioonide kogumit, mis toimub kõigis elusrakkudes, nimelt hingamine ja oksüdatiivne fosforüülimine. Bioloogilise oksüdatsiooni lahutamatu omadus on nn hingamisteede jagatis (RQ), mis on keha eraldatava süsinikdioksiidi mahu ja samaaegselt imendunud hapniku mahu suhe. Süsivesikute oksüdeerimisel vastab tarbitud hapniku maht moodustunud süsinikdioksiidi mahule ja seetõttu on hingamiskoefitsient neil juhtudel võrdne ühtsusega. Rasvade ja valkude oksüdeerimisel selline vastavus puudub, kuna lisaks süsiniku oksüdeerimisele süsinikdioksiidiks kulub osa hapnikust vesiniku oksüdeerimiseks vee moodustamiseks. Selle tulemusel on rasvade ja valkude oksüdeerumise korral hingamiskoefitsiendi väärtused vastavalt umbes 0, 7 ja 0, 8. Valgu lämmastiku valdav osa kehas valgu oksüdeerumisel läheb karbamiidi. Seetõttu saab bioloogilises oksüdeerumises osalevate süsivesikute, rasvade ja valkude suhte määramiseks kasutada hingamissagedust ja andmeid eritunud karbamiidi kohta..

Ainevahetuse käigus toimub energia pidev muundumine: toiduga saadud komplekssete orgaaniliste ühendite potentsiaalne energia muundatakse termiliseks, mehaaniliseks ja elektriliseks. Energiat ei kulutata mitte ainult kehatemperatuuri hoidmiseks ja töö tegemiseks, vaid ka rakkude struktuurielementide ülesehitamiseks, nende elutegevuse, keha kasvu ja arengu tagamiseks. Sellest hoolimata kasutatakse ATP sünteesiks ainult osa valkude, rasvade ja süsivesikute oksüdeerimisel saadud energiast, teine, palju suurem, muundatakse soojuseks. Niisiis kasutatakse süsivesikute oksüdeerimisel ATP sünteesiks 22,7% oksüdeerimisprotsessis sisalduvate glükoosi keemiliste sidemete energiast ja kudedes hajub 77,3% soojuse kujul. ATP-sse kogunenud energia, mida kasutatakse hiljem mehaanilisteks töödeks, keemiatööstuseks, transpordiks ja elektrilisteks protsessideks, muutub lõpuks ka soojuseks. Järelikult saab kehas tekkiv soojushulk bioloogilise oksüdeerumise läbinud keemiliste sidemete koguenergia näitaja. Seetõttu saab kogu kehas tekkivat energiat väljendada soojuse ühikutes - kalorite või džaulidena.

Keha üldine energiabilanss määratakse sisestatud toitainete kalorsuse ja tekkiva soojushulga põhjal, mida saab mõõta või arvutada. Tuleb meeles pidada, et laboratoorses kalorimeetrias saadud kaloriväärtus võib erineda füsioloogilise kaloriväärtuse väärtusest, kuna mõned kehas olevad ained ei põle täielikult, vaid moodustavad ainevahetuse lõppsaadusi, mis on võimelised edasiseks oksüdeerumiseks. Esiteks puudutab see valke, mille lämmastik eritub kehast peamiselt karbamiidi kujul, mis säilitab teatud potentsiaalse kalorite varu. On ilmne, et kalorite väärtus, hingamiskoefitsient ja soojustoodangu hulk on erinevate ainete puhul erinevad. Füsioloogiline kaloriväärtus (kcal / g) süsivesikute puhul on 4, 1; lipiidid - 9, 3; valgud - 4, 1; soojuse tekkimise kogus (kcal 1 liitri tarbitud hapniku kohta) süsivesikute puhul on 5,05; lipiidid - 4, 69; valgud - 4, 49.

Anabolismi protsess, analoogiliselt kataboolsete protsessidega, läbib ka kolm etappi. Sel juhul toimivad katabolismi teise etapi ja kolmanda etapi vaheühendite saadused anaboolsete protsesside lähteainetena. Seega on katabolismi teine ​​ja kolmas etapp samal ajal anaboolia esimene, esialgne etapp ning keemilised reaktsioonid, mis toimuvad antud kohas ja teatud ajahetkel, täidavad sisuliselt topeltfunktsiooni. Ühelt poolt on need katabolismi viimase etapi aluseks ja teiselt poolt toimivad nad anaboolsete protsesside initsiatsioonina, pakkudes eelkäijaid järgnevateks assimilatsioonietappideks. Sarnaselt algab näiteks valgusüntees. Selle protsessi algreaktsioone võib pidada mõne a-keto-happe moodustumiseks. Järgmises, teises etapis muundatakse amiinimis- või transaminatsioonireaktsioonide käigus need ketohapped aminohapeteks, mis anabolismi kolmandas etapis ühendatakse polüpeptiidahelateks. Järjestikuste järjestikuste reaktsioonide tulemusena toimub ka nukleiinhapete, lipiidide ja polüsahhariidide süntees. Siiski tuleb rõhutada, et anaboolsed rajad ei ole lihtsalt kataboolsete protsesside pöördumised. See on peamiselt tingitud keemiliste reaktsioonide energiaomadustest. Mõned kataboolsed reaktsioonid on praktiliselt pöördumatud, kuna ületamatud energiabarjäärid takistavad neid vastassuunas edasi liikumast. Seetõttu töötati evolutsiooni käigus välja muud anabolismile omased reaktsioonid, kus oligo- ja polümeersete ühendite süntees on seotud kõrge energiaga ühendite, peamiselt ATP, energia kulutamisega..

Ainevahetusprotsess on

Orgaanilisi aineid, mis moodustavad kõik elusolendid (loomad, taimed, seened ja mikroorganismid), esindavad peamiselt aminohapped, süsivesikud, lipiidid (sageli nimetatakse rasvadeks) ja nukleiinhapped. Kuna need molekulid on eluks hädavajalikud, keskenduvad metaboolsed reaktsioonid nende molekulide loomisele rakkude ja kudede ehitamisel või energiaallikana kasutamiseks lagundamisel. Paljud olulised biokeemilised reaktsioonid saavad kokku DNA ja valkude sünteesimiseks.

Molekuli tüüp	Monomeerivormi nimi	Polümeervormi nimi	Polümeervormide näited
Aminohapped	Aminohapped	Valgud (polüpeptiidid)	Fibrillaarsed ja kerajad valgud
Süsivesikud	Monosahhariidid	Polüsahhariidid	Tärklis, glükogeen, tselluloos
Nukleiinhapped	Nukleotiidid	Polünukleotiidid	DNA ja RNA

Aminohapped ja valgud

Valgud on lineaarsed biopolümeerid ja koosnevad peptiidsidemetega seotud aminohappejääkidest. Mõned valgud on ensüümid ja katalüüsivad keemilisi reaktsioone. Teistel valkudel on struktuurne või mehaaniline funktsioon (näiteks moodustavad nad tsütoskeleti). [6] Valgud mängivad olulist rolli ka rakusignaalides, immuunvastustes, rakkude agregatsioonis, aktiivses transpordis üle membraanide ja rakutsükli reguleerimises. [7]

Lipiidid

Lipiidid on osa bioloogilistest membraanidest, näiteks plasmamembraanid, on koensüümide ja energiaallikate komponendid. [7] Lipiidid on hüdrofoobsed või amfifiilsed bioloogilised molekulid, mis lahustuvad orgaanilistes lahustites nagu benseen või kloroform. [8] Rasvad on suur rühm rasvhappeid ja glütseriini sisaldavaid ühendeid. Kolmhüdroksüülset alkoholi molekuli glütserooli, mis moodustab kolme rasvhapete kolme molekuliga estersideme, nimetatakse triglütseriidiks. [9] Koos rasvhapete jääkidega võivad komplekssed lipiidid hõlmata näiteks sfingosiini (sfingolipiidid), fosfaatide hüdrofiilseid rühmi (fosfolipiidides). Steroidid nagu kolesterool on veel üks suur lipiidide klass. [kümme]

Süsivesikud

Suhkrud võivad eksisteerida ringis või lineaarses vormis aldehüüdide või ketoonidena ning neil võib olla mitu hüdroksüülrühma. Süsivesikud on kõige rohkem bioloogilisi molekule. Süsivesikud täidavad järgmisi funktsioone: energia salvestamine ja transport (tärklis, glükogeen), struktuurne (taimne tselluloos, kitiin loomadel). [7] Kõige tavalisemad suhkrumonomeerid on heksoosid - glükoos, fruktoos ja galaktoos. Monosahhariidid on osa keerukamatest hargnemata või hargnenud polüsahhariididest. [üksteist]

Nukleotiidid

Polümeersed DNA ja RNA molekulid on pikad hargnemata ahelaga nukleotiidid. Nukleiinhapped täidavad geneetilise teabe salvestamise ja realiseerimise funktsiooni, mis viiakse läbi replikatsiooni, transkriptsiooni, translatsiooni ja valgu biosünteesi käigus. [7] Nukleiinhapetes kodeeritud teave on parandussüsteemide poolt kaitstud muutuste eest ja korrutatakse DNA replikatsiooniga..

Mõnel viirusel on RNA genoom. Näiteks kasutab inimese immuunpuudulikkuse viirus pöördtranskripti, et luua oma RNA-d sisaldavast genoomist DNA-matriits. [12] Mõnedel RNA molekulidel on katalüütilised omadused (ribosüümid) ja nad on osa splaissosoomidest ja ribosoomidest.

Nukleosiidid on riboossuhkrule lämmastikaluste lisamise saadused. Lämmastikualuste näideteks on heterotsüklilised lämmastikku sisaldavad ühendid, mis on saadud puriinidest ja pürimidiinidest. Mõned nukleotiidid toimivad funktsionaalsete rühmade ülekandumisreaktsioonides ka koensüümidena. [13]

Koensüümid

Ainevahetus hõlmab laias valikus keemilisi reaktsioone, millest enamik on seotud funktsionaalrühma ülekandereaktsioonide mitme peamise tüübiga. [14] Koensüüme kasutatakse funktsionaalsete rühmade ülekandmiseks keemilisi reaktsioone katalüüsivate ensüümide vahel. [13] Iga funktsionaalsete rühmade ülekandega seotud keemiliste reaktsioonide klassi katalüüsivad eraldi ensüümid ja nende kofaktorid. [15]

Adenosiinitrifosfaat (ATP) on üks kesksetest koensüümidest, universaalne rakkude energiaallikas. Seda nukleotiidi kasutatakse suure energiaga sidemetesse salvestatud keemilise energia ülekandmiseks erinevate keemiliste reaktsioonide vahel. Rakkudes on väike kogus ATP-d, mis ADP-st ja AMP-st pidevalt taastatakse. Inimese keha tarbib päevas ATP massi, mis võrdub tema enda keha massiga. [15] ATP toimib katabolismi ja anabolismi vahelise seosena: kataboolsete reaktsioonide käigus moodustub ATP, anaboolsete reaktsioonide ajal kulub energiat. ATP toimib fosforüülimisreaktsioonides ka fosfaadoonorina.

Vitamiinid on madalmolekulaarsed orgaanilised ained, mida on vaja väikestes kogustes ja näiteks inimestel ei sünteesita enamikku vitamiine, vaid saadakse toiduga või CT mikrofloora kaudu. Inimese kehas on enamik vitamiine ensüümi kofaktorid. Enamik vitamiine omandab bioloogilise aktiivsuse muutunud kujul, näiteks fosforüülitakse või ühendatakse kõik rakkudes olevad vees lahustuvad vitamiinid nukleotiididega. [16] Nikotiinamiidadeniindinukleotiid (NADH) on B-vitamiini derivaat₃ (niatsiin) ja on oluline vesiniku aktseptori koensüüm. Sajad erinevad dehüdrogenaasi ensüümid võtavad substraatmolekulidest elektronid ja viivad need NAD + molekulidesse, redutseerides selle NADH-iks. Koensüümi oksüdeeritud vorm on rakus erinevate reduktaaside substraat. [17] NAD rakus eksisteerib kahes ühendatud vormis, NADH ja NADPH. NAD + / NADH on olulisem kataboolsete reaktsioonide jaoks ja NADP + / NADPH-d kasutatakse sagedamini anaboolsete reaktsioonide korral.

Mineraalid ja kofaktorid

Anorgaanilistel elementidel on ainevahetuses oluline roll. Umbes 99% imetaja massist koosneb süsinikust, lämmastikust, kaltsiumist, naatriumist, magneesiumist, kloorist, kaaliumist, vesinikust, fosforist, hapnikust ja väävlist. [18] Bioloogiliselt olulised orgaanilised ühendid (valgud, rasvad, süsivesikud ja nukleiinhapped) sisaldavad suures koguses süsinikku, vesinikku, hapnikku, lämmastikku ja fosforit. [18]

Paljud anorgaanilised ühendid on ioonsed elektrolüüdid. Keha jaoks on kõige olulisemad naatriumi, kaaliumi, kaltsiumi, magneesiumi, kloriidide, fosfaatide ja süsivesinike ioonid. Nende ioonide tasakaal raku sees rakuvälises keskkonnas määrab osmootse rõhu ja pH. [19] Iooni kontsentratsioon mängib olulist rolli ka närvi- ja lihasrakkude töös. Toimepotentsiaal ergastatavates kudedes tuleneb rakuvälise vedeliku ja tsütoplasma ioonide vahetamisest. [20] Elektrolüüdid sisenevad rakku ja lahkuvad sealt plasmamembraani ioonikanalite kaudu. Näiteks lihaste kokkutõmbumise ajal liiguvad kaltsiumi-, naatrium- ja kaaliumioonid plasmamembraanis, tsütoplasmas ja T-tuubides. [21]

Siirdemetallid kehas on mikroelemendid, kõige rohkem on tsinki ja rauda. [22] [23] Neid metalle kasutavad mõned valgud (näiteks ensüümid kofaktoritena) ja need on olulised ensüümide ja transpordivalkude aktiivsuse reguleerimiseks. [24] Ensüümi kofaktorid on tavaliselt tihedalt seotud konkreetse valguga, kuid neid saab katalüüsi käigus modifitseerida ja pärast katalüüsi lõppu naasevad nad alati oma algsesse olekusse (pole tarbitud). Organism omistab jäljendmetalle spetsiaalsete transpordivalkude abil ja vabas olekus neid kehas ei leidu, kuna neid seostatakse spetsiifiliste kandevalkudega (näiteks ferritiini või metallotioneiinidega). [25] [26]

Katabolism

Katabolism viitab ainevahetusprotsessidele, mille käigus lagundatakse suhkrute, rasvade ja aminohapete suhteliselt suured orgaanilised molekulid. Katabolismi käigus moodustuvad lihtsamad orgaanilised molekulid, mis on vajalikud anaboolsete reaktsioonide jaoks (biosüntees). Sageli mobiliseerib keha energiat kataboolsete reaktsioonide käigus, muutes toidu seedimisel saadud orgaaniliste molekulide keemiliste sidemete energia kättesaadavaks: ATP, vähendatud koensüümide ja transmembraani elektrokeemilise potentsiaali kujul. Katabolismi mõiste ei ole energia metabolismi sünonüüm: paljudes organismides (näiteks fototroofid) ei ole energia salvestamise peamised protsessid otseselt seotud orgaaniliste molekulide lagunemisega. Organismide klassifikatsioon ainevahetuse tüübi järgi võib põhineda energiaallikal ja süsinikuallikal, nagu on näidatud allolevas tabelis. Orgaanilisi molekule kasutavad energiaallikad organotroofid, litotroofid kasutavad anorgaanilisi substraate ja fototroofid tarbivad energiat päikesevalgusest. Kuid kõik need erinevad ainevahetuse vormid sõltuvad redoksreaktsioonidest, mis hõlmavad elektronide ülekandmist redutseeritud doonormolekulidest nagu orgaanilised molekulid, vesi, ammoniaak, vesiniksulfiid aktseptorimolekulideks nagu hapnik, nitraadid või sulfaat. [27] Loomadel hõlmavad need reaktsioonid keerukate orgaaniliste molekulide lagunemist lihtsamateks, nagu süsinikdioksiid ja vesi. Fotosünteetilistes organismides - taimedes ja tsüanobakterites - ei eralda elektroni ülekandumisreaktsioonid energiat, kuid neid kasutatakse päikesevalgusest neeldunud energia salvestamise viisina. [28]

Organismide klassifikatsioon ainevahetuse alusel

Energiaallikas	päikesevalgus	fototroofid
	Primaarsed molekulid	kemotroofid
Elektronidoonor	Orgaaniline ühend	organotroofid
	Anorgaaniline ühend	litotroofid
Süsinikuallikas	Orgaaniline ühend	heterotroofid
	Anorgaaniline ühend	autotroofid

Loomade katabolismi võib jagada kolmeks põhietapiks. Esiteks, suured orgaanilised molekulid, nagu valgud, polüsahhariidid ja lipiidid, jaotatakse väljaspool rakke väiksemateks komponentideks. Seejärel sisenevad need väikesed molekulid rakkudesse ja muutuvad veelgi väiksemateks molekulideks, näiteks atsetüül-CoA-ks. Omakorda oksüdeeritakse koensüümi A atsetüülrühm Krebsi tsüklis ja hingamisahelas veeks ja süsinikdioksiidiks, vabastades samal ajal energiat, mis on salvestatud ATP kujul.

Seedimine

Makromolekulid, nagu tärklis, tselluloos või valgud, tuleb enne rakkudes kasutamist jagada väiksemateks ühikuteks. Lagundamises osalevad mitmed ensüümide klassid: proteaasid, mis lagundavad valgud peptiidideks ja aminohapeteks, glükosidaasid, mis lagundavad polüsahhariidid oligo- ja monosahhariidideks.

Mikroorganismid eritavad neid ümbritsevas ruumis hüdrolüütilisi ensüüme, [29] [30] mis erineb loomadest, kes sekreteerivad selliseid ensüüme ainult spetsialiseerunud näärmerakkudest. [31] Rakuväliste ensüümide aktiivsuse tagajärjel tekkinud aminohapped ja monosahhariidid sisenevad seejärel rakkudesse aktiivset transporti kasutades. [32] [33]

Energia saamine

Süsivesikute katabolismi käigus lagundatakse komplekssed suhkrud monosahhariidideks, mida rakud neelavad. [34] Allaneelamisel muudetakse suhkrud (nagu glükoos ja fruktoos) glükolüüsi käigus püruvaadiks ja tekib osa ATP-st. [35] Püroviinhape (püruvaat) on vaheühend mitmetes ainevahetusradades. Püruvaadi peamine metaboolne rada on muundumine atsetüül-CoA-ks ja seejärel trikarboksüülhapete sisenemine tsüklisse. Samal ajal salvestatakse osa energiast Krebsi tsüklis ATP kujul, samuti vähenevad NADH ja FAD molekulid. Glükolüüsi ja trikarboksüülhappe tsükli käigus moodustub süsinikdioksiid, mis on elu kõrvalsaadus. Anaeroobsetes tingimustes püruvaadist pärineva ensüümi laktaatdehüdrogenaasi osalusel glükolüüsi tulemusena moodustub laktaat ja NADH oksüdeeritakse NAD + -ks, mida kasutatakse uuesti glükolüüsi reaktsioonides. Samuti on olemas monosahhariidide ainevahetuse alternatiivne viis - pentoosfosfaadi rada, mille reaktsioonide käigus salvestatakse energiat redutseeritud koensüümi NADPH kujul ja pentoosid moodustavad näiteks riboosi, mis on vajalik nukleiinhapete sünteesiks..

Katabolismi esimesel etapil hüdrolüüsitakse rasvad vabaks rasvhappeks ja glütseriiniks. Rasvhapped lagundatakse beetaoksüdatsiooni käigus, moodustades atsetüül-CoA, mis omakorda kataboliseerub Krebsi tsüklis või läheb uute rasvhapete sünteesiks. Rasvhapped eraldavad rohkem energiat kui süsivesikud, kuna rasvade struktuur sisaldab rohkem vesiniku aatomeid.

Aminohappeid kasutatakse kas valkude ja muude biomolekulide sünteesimiseks või oksüdeeritakse karbamiidiks, süsinikdioksiidiks ja need on energiaallikad. [36] Aminohapete katabolismi oksüdatsioonitee algab aminorühma eemaldamisest transaminaaside ensüümide toimel. Karbamiiditsüklis kasutatakse aminorühmi; aminohappeid, milles aminorühmad puuduvad, nimetatakse ketohapeteks. Mõned ketohapped on Krebsi tsükli vaheühendid. Näiteks glutamaadi deaminimisel moodustub alfa-ketoglutaarhape. [37] Glükogeenseid aminohappeid saab glükoosiks muuta ka glükoneogeneesi reaktsioonides. [38]

Energia muundumine

Oksüdatiivne fosforüülimine

Oksüdatiivse fosforüülimise käigus viiakse metaboolsetes radades (näiteks Krebsi tsüklis) toidumolekulidest eemaldatud elektronid hapnikku ja vabanenud energiat kasutatakse ATP sünteesimiseks. Eukarüootides viiakse see protsess läbi mitokondrite membraanides fikseeritud valkude osalusel, mida nimetatakse hingamisteede elektronide transpordiahelaks. Prokarüootides esinevad need valgud rakuseina sisemembraanis. [39] Elektroonitranspordiahelas olevad valgud kasutavad prootonite membraanile pumpamiseks energiat, mis on saadud vähendatud molekulide (nt NADH) elektronide ülekandmisel hapnikule. [40]

Prootonite pumpamisel tekib vesinikioonide kontsentratsiooni erinevus ja tekib elektrokeemiline gradient. [41] See jõud surub ATP süntaasi aluse kaudu prootonid tagasi mitokondritesse. Prootonite voog paneb ensüümi c-subühikute ringi pöörlema, mille tulemusena süntaasi aktiivne keskus muudab oma kuju ja fosforüülib adenosiindifosfaati, muundades selle ATP-ks. [15]

Anorgaanilistest ühenditest saadav energia

Kemolitotrofe nimetatakse prokarüootideks, millel on spetsiaalne ainevahetus, milles anorgaaniliste ühendite oksüdeerumise tagajärjel tekib energia. Kemolitotroofid võivad oksüdeerida molekulaarset vesinikku, [42] väävliühendeid (nt sulfiidid, vesiniksulfiid ja tiosulfaat), [1] raud (II) oksiidi [43] või ammoniaaki. [44] Sel juhul tekib nende ühendite oksüdeerimisel tekkiv energia elektronide aktseptorite, näiteks hapniku või nitritite abil. [45] Anorgaanilistest ainetest energia saamise protsessidel on oluline roll biogeokeemilistes tsüklites nagu atsetogenees, nitrifikatsioon ja denitrifikatsioon. [46] [47]

Energia päikesevalgusest

Päikesevalguse energiat neelavad taimed, tsüanobakterid, lillad bakterid, rohelised väävlibakterid ja mõned algloomad. See protsess on fotosünteesiprotsessi osana sageli ühendatud süsinikdioksiidi muundamisega orgaanilisteks ühenditeks (vt allpool). Energia püüdmise ja süsiniku fikseerimise süsteemid võivad mõnes prokarüootis toimida eraldi (näiteks lillades ja rohelistes väävlibakterites). [48] ​​[49]

Paljudes organismides sarnaneb päikeseenergia neeldumine põhimõtteliselt oksüdatiivse fosforüülimisega, kuna sel juhul ladustatakse energiat prootonikontsentratsiooni gradiendi kujul ja prootonite liikumapanev jõud viib ATP sünteesini. [15] Selle transpordiahela jaoks vajalikud elektronid pärinevad valguskoristavatest valkudest, mida nimetatakse fotosünteetilisteks reaktsioonikeskusteks (näiteks on rodopsiinid). Sõltuvalt fotosünteesivate pigmentide tüübist klassifitseeritakse kahte tüüpi reaktsioonikeskusi; praegu on enamus fotosünteetilisi baktereid ainult ühte tüüpi, taimed ja tsüanobakterid aga kahte. [50]

Taimedes, vetikates ja tsüanobakterites kasutab fotosüsteem II valguse energiat elektronide eemaldamiseks veest, samas kui molekulaarne hapnik eraldub reaktsiooni kõrvalproduktina. Seejärel sisenevad elektronid tsütokroom b6f kompleksi, mis kasutab energiat prootonite pumpamiseks kloroplastides üle tüakoidmembraani. [7] Elektrokeemilise gradiendi toimel liiguvad prootonid läbi membraani tagasi ja käivitavad ATP süntaasi. Seejärel läbivad elektronid I fotosüsteemi ja neid saab kasutada koensüümi NADP + oksüdeerimiseks, kasutamiseks Calvini tsüklis, või ringlusse, et moodustada täiendavaid ATP molekule. [51]

Anabolism

Anabolism on komplekssete molekulide biosünteesi ainevahetusprotsesside komplekt koos energiakuluga. Rakustruktuurid moodustavad komplekssed molekulid sünteesitakse järjestikku lihtsamatest eelkäijatest. Anabolismil on kolm peamist etappi, millest kumbagi katalüüsib spetsiaalne ensüüm. Esimeses etapis sünteesitakse lähtemolekule, näiteks aminohapped, monosahhariidid, terpenoidid ja nukleotiidid. Teises etapis muudetakse ATP energiatarbimisega eelkäijad aktiveeritud vormideks. Kolmandas etapis ühendatakse aktiveeritud monomeerid keerukamateks molekulideks, näiteks valkudeks, polüsahhariidideks, lipiidideks ja nukleiinhapeteks.

Kõik elusorganismid ei suuda sünteesida kõiki bioloogiliselt aktiivseid molekule. Autotroofid (näiteks taimed) suudavad sünteesida keerukaid orgaanilisi molekule sellistest lihtsatest anorgaanilistest madala molekulmassiga ainetest nagu süsinikdioksiid ja vesi. Heterotroofid vajavad keerukamate molekulide loomiseks keerukamate ainete, näiteks monosahhariidide ja aminohapete allikat. Organisme klassifitseeritakse nende peamiste energiaallikate järgi: fotoautotroofid ja fotoheterotroofid saavad energiat päikesevalgusest, kemoautotroofid ja kemoheterotroofid aga energia anorgaanilistest oksüdatsioonireaktsioonidest.

Süsiniku sidumine

Fotosüntees on suhkrute biosünteesi protsess süsinikdioksiidist, milles vajalik energia neeldub päikesevalgusest. Taimedes, tsüanobakterites ja vetikates toimub hapniku fotosünteesi ajal vee fotolüüs, kõrvalsaadusena eraldub hapnik. CO teisendamiseks₂ 3-fosfoglütseraat kasutab fotosüsteemidesse salvestatud ATP ja NADPH energiat. Süsiniku sidumisreaktsiooni viib läbi ensüüm ribuloosbisfosfaatkarboksülaas ja see on osa Calvini tsüklist. [52] Taimedes klassifitseeritakse kolme tüüpi fotosünteesi - kolme süsiniku rada, nelja süsiniku rada (C4) ja CAM fotosüntees. Kolm fotosünteesi tüüpi erinevad süsinikdioksiidi sidumise ja Calvini tsüklisse sisenemise viisi poolest; C3 taimedes, CO seondumine₂ toimub otse Calvini tsüklis ning C4 ja CAM CO korral₂ eelnevalt teiste ühendite hulka lisatud. Fotosünteesi erinevad vormid on kohanemine intensiivse päikesevalguse ja kuivade tingimustega. [53]

Fotosünteetilistes prokarüootides on süsiniku sidumise mehhanismid mitmekesisemad. Süsinikdioksiidi saab fikseerida Calvini tsüklis, Krebsi vastupidises tsüklis [54] või atsetüül-CoA karboksüülimisreaktsioonides. [55] [56] Prokarüoodid - kemoautotroofid seovad ka CO-d₂ Calvini tsükli kaudu, kuid reaktsioon kasutab anorgaaniliste ühendite energiat. [57]

Süsivesikud ja glükaanid

Suhkru anabolismi käigus saab lihtsaid orgaanilisi happeid muuta monosahhariidideks, näiteks glükoosiks, ja seejärel kasutada polüsahhariidide, näiteks tärklise, sünteesimiseks. Glükoosi moodustumist sellistest ühenditest nagu püruvaat, laktaat, glütserool, 3-fosfoglütseraat ja aminohapped nimetatakse glükoneogeneesiks. Glükoneogeneesi protsessis muundatakse püruvaat glükoos-6-fosfaadiks rea vaheühendite kaudu, millest paljud moodustuvad ka glükolüüsi käigus. [35] Glükoneogenees ei ole aga ainult glükolüüs vastupidises suunas, kuna mitmed keemilised reaktsioonid katalüüsivad spetsiaalseid ensüüme, mis võimaldab glükoosi moodustumise ja lagunemise protsesse iseseisvalt reguleerida. [58] [59]

Paljud organismid hoiavad toitaineid lipiidide ja rasvade kujul, kuid selgroogsetel pole ensüüme, mis katalüüsiks atsetüül-CoA (rasvhapete ainevahetuse produkt) muundumist püruvaadiks (glükoneogeneesi substraat). [60] Pärast pikaajalist paastumist hakkavad selgroogsed sünteesima ketoonkehi rasvhapetest, mis võivad asendada glükoosi kudedes, näiteks ajus. [61] Taimedes ja bakterites lahendatakse see metaboolne probleem glükoksülaatide tsükli abil, mis möödub sidrunhappetsüklis dekarboksüleerimise etapist ja võimaldab atsetüül-CoA muundada oksaloatsetaadiks ja kasutada seda edasi glükoosi sünteesil. [60] [62]

Polüsahhariidid täidavad struktuurseid ja metaboolseid funktsioone ning neid saab oligosahhariidtransferaasi ensüüme kasutades kombineerida ka lipiidide (glükolipiidid) ja valkudega (glükoproteiinid). [63] [64]

Rasvhapped, isoprenoidid ja steroidid

Rasvhapped moodustuvad atsetüül-CoA rasvhapete süntaaside toimel. Rasvhapete süsiniku skelett pikeneb reaktsioonitsüklis, milles kõigepealt lisatakse atsetüülrühm, seejärel redutseeritakse karbonüülrühm hüdroksüüliks, seejärel toimub dehüdratsioon ja järgnev reduktsioon. Rasvhapete biosünteesi ensüümid liigitatakse kahte rühma: loomadel ja seentel viiakse kõik rasvhapete sünteesi reaktsioonid läbi ühe multifunktsionaalse I tüüpi valgu, [65] taimsete plastiidide ja bakterite puhul, iga etappi katalüüsivad eraldi II tüüpi ensüümid. [66] [67]

Terpeenid ja terpenoidid on taimsetest looduslikest toodetest kõige arvukam klass. [68] Selle ainerühma esindajad on isopreeni derivaadid ja need moodustuvad isopentüülpürofosfaadi ja dimetüülallüülpürofosfaadi aktiveeritud eelkäijatest, mis omakorda tekivad mitmesuguste metaboolsete reaktsioonide käigus. [69] Loomadel ja arheedes sünteesitakse atsopüül-CoA-st isopentüülpürofosfaat ja dimetüülallüülpürofosfaat mevalonaadi rajal, [70] samas kui taimedes ja bakterites on püruvaat ja glütseraldehüüd-3-fosfaat mevalonaadita raja substraadid. [69] [71] Steroidide biosünteesi reaktsioonides isopreeni molekulid ühinevad ja moodustavad skvaleeni, mis seejärel moodustavad tsüklilised struktuurid koos lanosterooli moodustumisega. [72] Lanosterooli saab muundada teisteks steroidideks, näiteks kolesterooliks ja ergosterooliks. [72] [73]

Valk

Organismid erinevad 20 tavalise aminohappe sünteesivõime poolest. Enamik baktereid ja taimi suudavad sünteesida kõiki 20, kuid imetajad suudavad sünteesida ainult 11 mitteolulist aminohapet. [7] Seega peavad imetajate puhul 9 asendamatut aminohapet saama toidust. Kõik aminohapped sünteesitakse glükolüüsi, sidrunhappetsükli või pentoosmonofosfaadi raja vahesaadustest. Aminorühmade ülekandmist aminohapetest alfa-keto-hapeteks nimetatakse transaminatsiooniks. Aminorühmade doonorid on glutamaat ja glutamiin. [74]

Peptiidsidemetega seotud aminohapped moodustavad valgud. Igal valgul on ainulaadne aminohappejääkide järjestus (esmane valgu struktuur). Nii nagu tähestiku tähed võivad ühineda sõnade peaaegu lõputute variatsioonide moodustamiseks, võivad aminohapped seonduda ühes või teises järjestuses, moodustades mitmesuguseid valke. Ensüüm Aminoatsüül-tRNA-süntetaas katalüüsib aminohapete ATP-sõltuvat seondumist tRNA-ga estrisidemetega, moodustades seeläbi aminoatsüül-tRNA. [75] Aminoatsüül-tRNA on ribosoomide substraadid, mis ühendavad aminohapped mRNA matriitsi abil pikkadeks polüpeptiidahelateks. [76]

Nukleotiidid

Nukleotiidid moodustuvad aminohapetest, süsinikdioksiidist ja sipelghappest reaktsioonide ahelas, mille kulgemiseks on vaja palju energiat. [77] [78] Seetõttu on enamikul organismidel tõhusad süsteemid varem sünteesitud nukleotiidide ja lämmastikaluste säilitamiseks. [77] [79] Puriinid sünteesitakse nukleosiididena (peamiselt seotud riboosiga). Adeniin ja guaniin moodustuvad inosiinmonofosfaadist, mis sünteesitakse glütsiinist, glutamiinist ja aspartaadist metenüültetrahüdrofolaadi osalusel. Pürimidiinid sünteesitakse orotaadist, mis moodustub glutamiinist ja aspartaadist. [80]

Ksenobiootikumid ja oksüdatiivne metabolism

Kõik organismid puutuvad pidevalt kokku ühenditega, mille kuhjumine võib rakkudele kahjulik olla. Neid potentsiaalselt kahjulikke võõrühendeid nimetatakse ksenobiootikumideks. [81] Ksenobiootikumid, nagu sünteetilised uimastid ja looduslikult esinevad mürgid, võõrutatakse spetsiaalsete ensüümide abil. Inimestel esindavad selliseid ensüüme näiteks tsütokroomoksüdaasid, [82] glükuronüültransferaas [83] ja glutatioon-S-transferaas. [84] See ensüümide süsteem toimib kolmes etapis: esimeses etapis oksüdeeritakse ksenobiootikumid, seejärel toimub vees lahustuvate rühmade konjugeerumine molekulideks, seejärel saab modifitseeritud vees lahustuvad ksenobiootikumid rakkudest eemaldada ja enne nende eritumist metaboliseerida. Kirjeldatud reaktsioonid mängivad olulist rolli saasteainete lagundamisel mikroobide toimel ning saastunud maa ja naftareostuste bioloogilises likvideerimises. [85] Paljud neist reaktsioonidest leiavad aset mitmerakuliste organismide osalusel, kuid uskumatu mitmekesisuse tõttu tulevad mikroorganismid toime palju mitmekesisemate organismidega võrreldes palju laiema ksenobiootikumide valikuga ja võivad hävitada isegi püsivad orgaanilised saasteained, näiteks kloororgaanilised ühendid. [86]

Aeroobsete organismide seotud probleem on oksüdatiivne stress. [87] Oksüdatiivse fosforüülimise ja disulfiidsidemete moodustumise käigus valkude voltimisel moodustuvad reaktiivsed hapnikuliigid, näiteks vesinikperoksiid. [88] Need kahjulikud oksüdeerijad eemaldatakse antioksüdantide, näiteks glutatiooni, ensüümide katalaas ja peroksüdaasid abil. [89] [90]

Elusorganismide termodünaamika

Elusorganismid järgivad termodünaamika põhimõtteid, mis kirjeldavad soojuse ja töö muundumist. Termodünaamika teine ​​seadus ütleb, et entroopia ei vähene üheski isoleeritud süsteemis. Kuigi elusorganismide uskumatu keerukus on selle seadusega selgelt vastuolus, on elu võimalik, kuna kõik organismid on avatud süsteemid, mis vahetavad ainet ja energiat oma keskkonnaga. Seega ei ole elavad süsteemid termodünaamilises tasakaalus, vaid toimivad hajutatava süsteemina, mis säilitab nende keeruka korralduse seisundi, põhjustades keskkonna entroopia suuremat suurenemist. [91] Rakkude ainevahetuses saavutatakse see spontaansete kataboolsete protsesside kombineerimisega mittespontaansete anaboolsete protsessidega. Termodünaamilistes tingimustes hoiab ainevahetus korralagedust, tekitades häireid. [92]

Reguleerimine ja kontroll

Homöostaas on keha sisekeskkonna püsivus. Kuna enamikku organisme ümbritsev väliskeskkond on pidevas muutumises, peavad raku sees püsivate tingimuste säilitamiseks metaboolsed reaktsioonid olema täpselt reguleeritud. [93] [94] Ainevahetuse reguleerimine võimaldab organismidel reageerida signaalidele ja aktiivselt keskkonnaga suhelda. [95] Ensüümi puhul seisneb reguleerimine selle aktiivsuse suurendamises ja vähendamises vastuseks signaalidele. Teiselt poolt avaldab ensüüm metaboolse raja üle teatud kontrolli, mis on määratletud kui ensüümi aktiivsuse muutmise mõju antud metaboolsele rajale. [96]

Ainevahetuse reguleerimisel on mitu taset. Ainevahetusrajas toimub iseregulatsioon substraadi või toote tasandil; näiteks toote koguse vähendamine võib kompenseerida reaktsioonisubstraadi voolu sellel rajal. [97] Seda tüüpi reguleerimine hõlmab sageli metaboolsete radade teatud ensüümide aktiivsuse allosteerilist reguleerimist. [98] Väline kontroll hõlmab rakku mitmerakulises organismis, mis muudab oma ainevahetust vastusena teiste rakkude signaalidele. Need signaalid, tavaliselt lahustuvate sõnumite kujul, nagu hormoonid ja kasvufaktorid, määratakse rakupinnal paiknevate spetsiifiliste retseptorite poolt. [99] Need signaalid edastatakse seejärel rakku sekundaarsete sõnumitoojate süsteemi abil, mis on sageli seotud valgu fosforüülimisega. [sada]

Hästi uuritud näide välisest kontrollist on glükoosi metabolismi reguleerimine insuliini abil. [101] Insuliini toodetakse vastusena vere glükoosisisalduse tõusule. Hormoon seondub rakupinnal oleva insuliiniretseptoriga, seejärel aktiveerub proteiinkinaaside kaskaad, mis tagab glükoosi molekulide imendumise rakkude poolt ja muudab need rasvhapete ja glükogeeni molekulideks. [102] Glükogeeni ainevahetust kontrollib fosforülaasi (ensüüm, mis lagundab glükogeeni) ja glükogeeni süntaasi (selle moodustav ensüüm) aktiivsus. Need ensüümid on omavahel seotud; fosforüülimist pärsib glükogeeni süntaas, kuid aktiveerib fosforülaas. Insuliin indutseerib glükogeeni sünteesi, aktiveerides valgu fosfataase ja vähendades nende ensüümide fosforüülimist. [103]

Evolutsioon

Peamised ülalkirjeldatud ainevahetusrajad, näiteks glükolüüs ja Krebsi tsükkel, esinevad elusolendite kõigis kolmes valdkonnas ja neid leidub viimases universaalses ühises esivanemas. [3] [104] See universaalne esivanem oli prokarüoot ja tõenäoliselt metanogeen aminohapete, nukleotiidide, süsivesikute ja lipiidide ainevahetusega. [105] [106] Nende iidsete ainevahetusradade püsimine kogu evolutsiooni jooksul võib olla tingitud sellest, et need vastused on optimaalsed konkreetsete ainevahetusprobleemide korral. Seega moodustuvad glükolüüsi ja Krebsi tsükli lõppsaadused kõrge efektiivsusega ja minimaalse etappide arvuga. [4] [5] Esimesed ensüümipõhised metaboolsed teed võivad olla puriini nukleotiidide ainevahetuse osad, varasemad metaboolsed teed olid osa iidsest RNA maailmast. [107]

Uute ainevahetusradade väljakujunemise mehhanismide kirjeldamiseks on pakutud palju mudeleid. Nende hulka kuulub uute ensüümide järjestikune lisamine esivanemate lühikesele rajale, kõigi radade dubleerimine ja seejärel lahknemine, samuti olemasolevate ensüümide komplekt ja nende liitumine uueks reaktsiooniteeks. [108] Nende mehhanismide suhteline tähtsus on ebaselge, kuid genoomiuuringud on näidanud, et ainevahetusraja ensüümidel on tõenäoliselt ühine päritolu, mis viitab sellele, et paljud radad on arenenud sammhaaval koos uute funktsioonidega, mis on loodud juba olemasolevatest radadest. [109] Alternatiivne mudel põhineb uuringutel, mis jälgivad valkude struktuuri arengut metaboolsetes linkides; viitavad sellele, et ensüümid olid kokku pandud sarnaste funktsioonide täitmiseks erinevatel ainevahetusradadel [110] Need monteerimisprotsessid viisid ensümaatilise mosaiigi arenguni. [111] Mõni ainevahetuse osa võib olla eksisteerinud "moodulitena", mida saab sarnaste funktsioonide täitmiseks erineval viisil taaskasutada. [112]

Evolutsioon võib põhjustada ka metaboolsete funktsioonide kadu. Näiteks kaovad mõned parasiidid ainevahetusprotsessid, mis pole ellujäämiseks olulised, ja peremeesorganismilt saadakse valmis aminohapped, nukleotiidid ja süsivesikud. [113] Sarnaseid metaboolsete võimete lihtsustamisi täheldatakse ka endosümbiootilistes organismides. [114]

Uurimismeetodid

Klassikaliselt uuritakse ainevahetust lihtsustatud lähenemisviisiga, mis keskendub ühele ainevahetusrajale. Eriti väärtuslik on märgistatud aatomite kasutamine organismi, koe ja rakkude tasandil, mis määravad radioaktiivselt märgistatud vahesaaduste tuvastamise kaudu tee prekursoritest lõpptoodeteni. [115] Neid keemilisi reaktsioone katalüüsivaid ensüüme saab seejärel eraldada, et uurida nende kineetikat ja vastust inhibiitoritele. Paralleelne lähenemine on rakkudes või kudedes väikeste molekulide tuvastamine; nende molekulide kogu komplekti nimetatakse metaboloomiks. Üldiselt võimaldavad need uuringud hästi mõista lihtsate metaboolsete radade struktuuri ja funktsiooni, kuid on keerukamate süsteemide, näiteks rakkude täieliku metabolismiga rakendamisel ebapiisavad. [116]

Idee metaboolsete võrkude keerukusest rakkudes, mis sisaldavad tuhandeid erinevaid ensüüme, kajastub parempoolsel pildil, näidates koostoimeid ainult 43 valgu ja 40 metaboliidi vahel, mida reguleerib 45 000 geeni. [117] Kuid nüüd on selliseid genoomseid andmeid võimalik kasutada biokeemiliste reaktsioonide täieliku võrgustiku rekonstrueerimiseks ja terviklikumate matemaatiliste mudelite moodustamiseks, mis suudavad nende käitumist selgitada ja ennustada. [118] Need mudelid on eriti võimsad, kui neid kasutatakse klassikaliste meetodite abil saadud tee ja metaboliitide andmete integreerimiseks proteoomiliste ja DNA mikrokiudude uuringute geeniekspressiooni andmetega. [119] Nende meetodite abil luuakse praegu inimese ainevahetuse mudel, mis suunab tulevasi ravimite ja biokeemilisi uuringuid. [120] Neid mudeleid kasutatakse praegu võrguanalüüsides inimeste haiguste klassifitseerimiseks rühmadesse, mis erinevad tavaliste valkude või metaboliitide poolest. [121] [122]

Bakteriaalsete ainevahetusvõrkude silmatorkav näide on kikilips [123] [124] [125], mille struktuur võimaldab sisestada väga erinevaid toitaineid ning toota väga erinevaid toite ja keerukaid makromolekule, kasutades suhteliselt vähe levinud vaheühendeid.

Selle teabe peamine tehnoloogiline alus on ainevahetuse tehnika. Siin muundatakse geneetiliselt selliseid organisme nagu pärm, taimed või bakterid, et muuta need biotehnoloogias tõhusamaks ja aidata selliste ravimite tootmisel nagu antibiootikumid või tööstuslikud kemikaalid, nagu 1,3-propaandiool ja šikiimhape. [126] Need geneetilised modifikatsioonid on tavaliselt suunatud toodete tootmiseks kuluva energia hulga vähendamisele, saagikuse suurendamisele ja tootmisjäätmete vähendamisele. [127]

Ajalugu

Ainevahetuse uurimise ajalugu ulatub mitu sajandit. Uuringud algasid loomorganismide uurimisega, kaasaegses biokeemias uuritakse individuaalseid ainevahetusreaktsioone. Ainevahetuse mõistega kohtuti esmakordselt Ibn al-Nafise (1213-1288) töödes, kes kirjutasid, et "keha ja selle osad on pidevas lagunemis- ja toitumisseisundis, nii et paratamatult toimuvad pidevad muutused". [128] Esimesed kontrollitud katsed inimese ainevahetuse kohta avaldas Santorio Santorio 1614. aastal raamatus Ital. Ars de statica medicina. [129] Ta kirjeldas, kuidas ta kaalus ennast enne ja pärast söömist, magamist, töötamist, seksimist, tühja kõhuga, pärast joomist ja uriini. Ta leidis, et suurem osa toidust, mille ta võttis, kaotas protsess, mida nimetatakse "nähtamatuks aurustumiseks"..

Varasemate uuringute käigus ei avastatud metaboolsete reaktsioonide mehhanisme ja arvati, et elusat kude kontrollib elus jõud. [130] 19. sajandil järeldas Louis Pasteur 19. sajandil pärmi abil suhkrualkoholi käärimist uurides, et käärimist katalüüsivad pärmirakkudest pärinevad ained, mida ta nimetas ensüümideks. Pasteur kirjutas, et "alkohoolne kääritamine on eluga seotud tegevus ja seda korraldavad pärmirakud, mis ei ole seotud rakusurma ega lagunemisega". [131] See avastus koos Friedrich Wöhleri ​​1828. aastal avaldatud uurea keemilise sünteesi kohta [132] tõestas, et rakkudes leiduvad orgaanilised ühendid ja keemilised reaktsioonid ei erine põhimõtteliselt nagu kõik muud keemiaharud..

Ensüümide avastamine 20. sajandi alguses Eduard Buchneri poolt eraldas metaboolsete reaktsioonide uurimise rakkude uurimisest ja pani aluse biokeemia kui teaduse arengule. [133] Üks 20. sajandi alguse edukamaid biokeemikuid oli Hans Adolf Krebs, kes andis tohutu panuse ainevahetuse uurimisse. [134] Krebs kirjeldas uurea tsüklit ja hiljem koos Hans Kornbergiga sidrunhappetsüklit ja glükoksülaadi tsüklit. [135] [62] Tänapäevastes biokeemilistes uuringutes kasutatakse laialdaselt uusi meetodeid nagu kromatograafia, röntgendifraktsioonanalüüs, TMR spektroskoopia, elektronmikroskoopia ja klassikalise molekulaardünaamika meetodit. Need meetodid võimaldavad rakkudes avastada ja üksikasjalikult uurida paljusid molekule ja metaboolseid radu..