Общее понятие об обмене веществ и энергии

Одной из характерных особенностей живого организма является его неразрывная связь с окружающей средой. Организм постоянно

воспринимает питательные вещества извне, видоизменяет их, превращает  в себе подобные, извлекает из них энергию и выделяет отработанные  продукты. Совокупность химических реакций, обеспечивающих связь живого с окружающей средой, и составляет обмен веществ.

Обмен веществ (или метаболизм)  состоит из двух процессов: ассимиляции (или анаболизма) - синтеза характерных для организма соединений и диссимиляции (или катаболизма) - распада веществ и выведения продуктов этого распада из организма. Совокупность процессов ассимиляции (синтеза) и диссимиляции (распада) составляет основу жизни. Химические реакции, составляющие эти процессы, взаимосвязаны и протекают в определённой последовательности. Различают общий (внешний) обмен веществ, учитывающий поступления в организм веществ и их выделение, и промежуточный обмен веществ, который охватывает превращения этих веществ в организме.

Первым этапом обмена веществ является превращение поступивших веществ пищи в желудочно-кишечном тракте. Превращение начинается в ротовой полости, однако основные пищеварительные процессы протекают в тонком кишечнике. Далее процессы промежуточного обмена веществ совершается внутри клеток, и понятие внутриклеточного почти совпадает с понятием промежуточного обмена.

Изучение общего обмена веществ состоит в определении баланса поступивших и выделившихся веществ и проводится в основном в физиологических исследованиях, в то время как биохимические исследования главным образом направлено на изучение внутриклеточных превращений. Обмен веществ может быть изучен как в целостном организме, так и вне организма, т. е. в отдельных удаленных органах и тканях.

В тесной взаимной связи с обменом веществ в организме находятся реакции превращении энергии. Процессы катаболизма на некоторых своих этапах сопровождаются генерированием энергии, запасаемой в виде фосфатных связей, обычно в форме АТФ. Эти процессы получили названия экзергонических. Анаболические реакции, напротив, утилизируют энергию фосфатных связей и называются эндергоническими.

Энергия, заключённая в молекулах пищи, выделяется в процессе их превращения в организме в виде тепла. Значительная часть этой энергии запасается в виде макроэргических связей в молекуле АТФ, других нуклеотидтрифосфатов, ацилфосфатов, креатинфосфатов и др. Эти вещества могут как запасать, так отдавать энергию.

Высвобождение энергии пищи в организме можно условно разбить на три этапа. Первый этап включает в себя процессы переваривания и всасывания пищи. На этом этапе высвобождается очень незначительное количество энергии. Второй этап состоит из различных превращений моноструктурных единиц в клетках и тканях до веществ, представляющих основной энергетический материал, например, превращение моносахаридов, глецирина и жирных кислот до ацетил-КоА. На этом этапе образуется 1/3 от всего количества энергии. Основную часть энергии (почти 2/3 ) даёт третий этап – это цикл Кребса (цикл ди- и трикарбоновых кислот) , представляющий собой систему химических реакций, в ходе которых ацетил – КоА окисляется до СО2 и Н2О.