Aineenvaihdunta

(kreikan kielestä. metabooli - muutos, muutos), 1) sama kuin aineenvaihdunta. 2) Kapeammassa merkityksessä M. on välivaihto, joka kattaa reaktioiden kokonaisuuden, Ch. sov. entsymaattiset, virtaavat soluissa ja tarjoavat sekä monimutkaisten yhdisteiden pilkkomisen että niiden synteesin ja muunnoksen. Esimerkiksi hiilihydraattien (pyruvaatin) hajoamistuotetta hapetuksen jälkeen (asetyyli-CoA) käytetään rasvahappojen syntetisointiin, tietyt proteiinien hajoamisen aikana muodostuneet aminohapot toimivat aineena glukoneogeneesille jne. entsymaattisten muutosten sekvenssi aineet solussa kutsutaan. metabolisen reitin, ja tuloksena olevat välituotteet ovat metaboliitteja. M.: n reaktiot, jotka johtavat monimutkaisten yhdisteiden biosynteesiin yksinkertaisemmista, kutsutaan. anabolinen, ja niiden yhdistelmä - anabolismi. Nämä reaktiot pääsääntöisesti etenevät energian käytöllä, joka mahdollistaa niiden virtaamisen, ja sitä kutsutaan. endergonic; tasapainotilassa reaktiotuotteiden pitoisuus on aina pienempi kuin reaktioon joutuvien aineiden pitoisuus. Monimutkaisten yhdisteiden entsymaattinen pilkkominen yksinkertaisemmiksi muodostavat joukon katabolismisprosesseja (hydrolyysi, hapetus). Näillä reaktioilla (joita kutsutaan eksergonisiksi) järjestelmän vapaan energian tarjonta vähenee. Tasapainossa reaktiotuotteiden pitoisuus on suurempi kuin lähtöaineiden pitoisuus. M.: n molemmat puolet - anabolismi ja katabolismi - ovat tiiviisti yhteydessä toisiinsa ajassa ja tilassa. Selvennys M.-linkit eri kasvilajeissa, eläimissä ja mikro-organismeissa havaitsivat DOS: n perustavanlaatuisen yhtenevyyden. biokemialliset polut. muutokset villieläimissä.

Mikä on aineenvaihdunta ja miten sitä todella voidaan parantaa

Sana aineenvaihdunta tai aineenvaihdunta on tuttu kaikille, jotka ovat laihduttamassa tai yrittäneet painonnousua. On tapana ymmärtää se ihmiskehossa tapahtuvien kemiallisten prosessien ja energiareaktioiden kokonaisuutena. Aineenvaihdunta määrää suurelta osin ihmisen ulkonäön ja terveyden, elämän keston ja laadun.

Mikä on aineenvaihdunta?

Mikä tahansa elävä organismi, ihminen mukaan lukien, on monimutkainen kemiallinen laboratorio. Aineet, jotka pääsevät sisään syömisen, hengityksen ja muiden prosessien yhteydessä, käyvät jatkuvassa vuorovaikutuksessa kehossa olevien molekyylien ja atomien kanssa, minkä seurauksena sisäelinten työhön tarvittava energia vapautuu.

Metaboliset prosessit liittyvät seuraaviin:

  • Ruoan mukana tulevien komponenttien käsittely;
  • Muuntamalla ne yksinkertaisiksi komponenteiksi;
  • Jäte-elementtien vapautuminen kehon soluista;
  • Solujen kyllästys tarvittavalla materiaalilla.

Elävä organismi ei voi olla olemassa ilman aineenvaihduntaa. Sen avulla voit mukautua eri tekijöiden vaikutuksiin ulkopuolelta. Viisas luonto teki prosessista automaattisen. Vaihtoreaktioiden avulla solut, elimet ja kudokset voivat nopeasti toipua itsenäisesti häiriöiden ja negatiivisten tekijöiden jälkeen ulkopuolelta. Metabolian ansiosta regeneraatioprosessit varmistetaan. Se tekee ihmisen kehosta erittäin monimutkaisen, hyvin organisoidun järjestelmän, joka kykenee itsesääntelyyn ja itsensä säilymiseen, osallistuu hengitysprosesseihin, kudosten uudistamiseen, lisääntymiseen, kasvuun ja niin edelleen..

Jos tiedät, mikä aineenvaihdunta tai aineenvaihdunta on yksinkertaisin sanoin, niin sen ydin on kemiallisten komponenttien prosessoinnissa ja niiden muuttamisessa energiaksi. Nämä prosessit koostuvat kahdesta vaiheesta, jotka on kytketty toisiinsa:

Nämä kaksi prosessia tapahtuvat samanaikaisesti, mutta ne ovat pohjimmiltaan erilaisia. Katabolismi provosoi kehossa kulkevan ruoan hajoamisen ensin makroravinteiksi ja sitten yksinkertaisiksi komponenteiksi. Tämän prosessin tuloksena vapautuu energiaa, joka mitataan kilokaloreina. Tämän energian perusteella rakennetaan molekyylejä kehon soluille ja kudoksille. Anabolismi sisältää yksinkertaisten komponenttien synteesin monimutkaisiksi ja vaatii huomattavia energiakustannuksia.

Metabolisten prosessien seurauksena vapautuva energia menee fyysiseen aktiivisuuteen ja kehon sisäisten prosessien virtaukseen. Lisäksi noin 80 prosenttia siitä käytetään viimeksi mainittuihin, loput fyysiseen toimintaan.

Muovi- ja energia-aineenvaihdunnan eristäminen on myös hyväksytty. Plastiiseen aineenvaihduntaan sisältyy prosesseja, jotka johtavat uusien keholle ominaisten rakenteiden ja yhdisteiden muodostumiseen soluissa..

Energian metabolia on energian muutosta, jonka seurauksena biologisen hapettumisen vuoksi vapautuu energiaa, jota tarvitaan solujen, elinten, kudosten ja kehon elämään.

Tärkein aineenvaihdunta ja siihen vaikuttavat tekijät

Mikä on pääasiallinen aineenvaihdunta? Tämä termi viittaa kalorimäärään, jonka keho polttaa elämän tukemiseksi. Vaihdon osuus on jopa 75% kaikista kehon kuluttamista kaloreista. Seuraavat tekijät vaikuttavat perusmetabolian indikaattoreihin:

  • Lattia. Miehillä, samoissa olosuhteissa, perusmetabolian taso on korkeampi kuin naisilla, koska heillä on enemmän lihasta.
  • Kehon rakenne. Mitä enemmän lihaksia, sitä nopeampi aineenvaihdunta. Lisääntynyt rasvaprosentti päinvastoin hidastaa sitä.
  • Korkeus. Mitä korkeampi se on, sitä korkeampi on emäksisen aineenvaihdunnan taso.
  • Ikä. Lasten aineenvaihduntaprosessit ovat korkeimmat, ja ikä hidastuu.
  • Liikunta. Säännöllinen liikunta auttaa polttamaan rasvaa ja lisäämään lihasmassaa, mikä auttaa nopeuttamaan perusaineenvaihduntaa..
  • Ravitsemus. Sekä ylensyöminen että toistuva paasto vaikuttavat negatiivisesti aineenvaihduntaan, hidastaen sitä.

Aineenvaihdunta: mikä se on

Ihmisen aineenvaihdunta vaikuttaa kaikkien tarvittavien komponenttien nauttimiseen hänen kehoon. Aineenvaihduntahäiriöt provosoivat erilaisia ​​fysiologisia häiriöitä, kuten painonnousu ja liikalihavuus.

Metabolisten prosessien epäonnistumiset voivat laukaista useat tekijät: aliravitsemus, endokriiniset ja muut sairaudet, huonot tottumukset, jatkuva stressi, ympäristötekijät ja niin edelleen..

Aineenvaihdunnan häiriöt, sekä toiseen että toiseen suuntaan, aiheuttavat muutoksia kehon toiminnassa. He voivat tuntea itsensä seuraavista oireista:

  • hauraat hiukset ja kynnet, iho-ongelmat, hampaiden rappeutuminen;
  • jatkuva nälkä tai jano;
  • painon voimakas nousu tai lasku ilman syytä;
  • krooninen ummetus tai löysät uloste.

Nämä ominaisuudet voivat viitata aineenvaihduntahäiriöiden lisäksi myös terveysongelmiin, joten sinun on otettava yhteys endokrinologiin tutkimusta ja diagnoosia varten.

Aineenvaihduntaa normaalin lisäksi voidaan kiihdyttää tai hidastaa. Hidas aineenvaihdunta - mikä se on? Tässä kehon tilassa kehossa kulkevien ravintoaineiden muutosprosessien intensiteetti on liian alhainen. Aineenvaihduntaprosessien hidastumisen takia kaikkia kehossa joutuvia kaloreita ei poltetta, mikä provosoi ylimääräisen rasvan muodostumista.

Jos puhumme kiihtyneestä aineenvaihdunnasta, niin ihminen painaa tässä tapauksessa liian vähän eikä voi saada painoarvoa edes intensiivisen ravinnon yhteydessä, koska hänen ruumiiseensa tulevat komponentit eivät ime kokonaan. Vaikuttaa siltä, ​​että tämä on huono? Tästä huolimatta henkilö, jolla on tällainen ongelma, voi tuntea jatkuvaa heikkoutta, heikko immuniteetti ja olla liian herkkä monenlaisille infektioille. Usein tämän tilan syy on tyrotoksikoosi - kilpirauhasen sairaus.

Kuinka hidastaa kiihdytettyä aineenvaihduntaa

Tällaisia ​​ihmisiä on vähemmän, mutta silti on ihmisiä, joille nopea aineenvaihdunta on ongelma, kun he eivät voi painosta ja kärsivät huonosta terveydestään tästä syystä. Tätä tilaa ei myöskään pidetä normina, ja tietyissä tapauksissa aineenvaihduntaprosesseja on hidastaa. Tätä varten käytetään seuraavia toimenpiteitä:

  • Aineenvaihdunnan nopeuttamiseksi on suositeltavaa nukkua tarpeeksi. Mutta hidastaaksesi sitä, voit nukkua vähän vähemmän (mutta ei paljon, koska unettomuus on täynnä vakavia terveysongelmia). Unen puute lisää kortisolia kehossa, mikä hidastaa aineenvaihduntaa..
  • Aamiaista ei suositella heti heräämisen jälkeen, vaan vähän myöhemmin, koska varhainen aamiainen aktivoi vaihtoprosessit.
  • Kahvi virkistää ja nopeuttaa aineenvaihduntaa, siksi suositellaan, että toipua haluavat eivät pääse liian kärsimään
  • On parempi syödä harvemmin ja suurina määrinä - kaikki tietävät, että osittainen ravitsemus nopeuttaa aineenvaihduntaa.
  • Tuotteet, kuten mausteet, sitrushedelmät, vihreä tee, proteiinit nopeuttavat aineenvaihduntaa, joten sinun ei pidä nojata niihin.
  • Yritä syödä korkeakalorisia ruokia.
  • Juoma vettä, ei kylmää, koska tässä tapauksessa ruumiin kuluttaa paljon energiaa sen lämmittämiseen.

Hidas aineenvaihdunta: mitä tehdä?

Aineenvaihduntaprosessien hidastuminen on monien ongelmien syy, ja tämä ei ole vain ylipaino, vaan myös sellaisia ​​vakavia patologioita kuin esimerkiksi diabetes.

Siksi on tärkeää tietää, kuinka sitä nopeutetaan, ja mitkä menetelmät ovat turvallisia tähän. Aineenvaihdunnan kiihdyttämiseksi sinun tulee kiinnittää huomiota seuraaviin suosituksiin:

  • Unohda nälkä ja kovat ruokavaliot. Kaikki tämä vain hidastaa aineenvaihduntaa. On suositeltavaa syödä osittain - usein pieninä annoksina. Juuri tämä tila auttaa nopeuttamaan aineenvaihduntaa ja edistämään oikeaa laihtumista..
  • On tärkeää saada riittävästi unta, koska unepuutos hidastaa aineenvaihduntaa. Tämä selitetään sillä, että kehon ollessa suurentuneessa kuormituksessa alkaa säästää voimaa ja hidastaa aineenvaihduntaa. Lisäksi unettomuus provosoi stressihormonin tuotantoa, ja tällä on myös kielteinen vaikutus.
  • Fyysinen aktiivisuus on tärkeä edellytys normaalille aineenvaihdunnalle. Se auttaa lisäämään lihasmassaa, aineenvaihdunta kiihtyy.
  • Korkean intensiteetin väliharjoittelu on hyödyllistä. Tämä on ihanteellinen toiminta aineenvaihdunnan nopeuttamiseksi..
  • Tehokuormat ovat hyödyllisiä paitsi miehille myös naisille. Ne auttavat pitämään lihakset hyvässä kunnossa ja keho kuluttaa enemmän energiaa..
  • On suositeltavaa minimoida ruokavalion aineenvaihduntaa hidastavia ruokia. Nämä ovat pääasiassa yksinkertaisia ​​hiilihydraatteja, makeisia, pikaruokaa ja muita haitallisia asioita. Etsi heille hyödyllisempi vaihtoehto..
  • Metaboliaprosesseja kiihdyttävistä tuotteista on syytä tuoda esiin proteiineja, vihreää teetä, mustaa kahvia, mausteita, valkosipulia sekä pähkinöitä, siemeniä, hedelmiä, vihanneksia, vihreitä. Nämä tuotteet vaativat paljon energiaa, joten aineenvaihdunta kiihtyy.
  • Usein laihtuminen kieltäytyy rasvoista, mikä on virhe, koska niiden puute on täynnä aineenvaihduntahäiriöitä ja vakavia kehon toimintahäiriöitä. Sinun on valittava niiden hyödylliset lähteet - kasviöljyt, avokadot, kalat ja niin edelleen.

Nyt tiedät, mikä aineenvaihdunta on ja kuinka normalisoida se. Käyttämällä yksinkertaisia ​​sääntöjä voit tehdä sen vahingoittamatta terveyttä.

Aineenvaihdunta: anabolismi + katabolismi

Sisältö

Näiden linjojen lukijat ovat todennäköisesti perehtyneet laihtumisen ongelmaan. Mutta luettuaan tämän artikkelin monet pystyvät reagoimaan hyvin eri tavalla oman ruumiinsa järjestysongelmaan, joka on hieman ylipainoinen. Painonpudotuksen ongelmaa ei ehdottomasti ole syytä yhdistää tiukkaan ruokavalioon, jatkuvaan nälkään, vähärasvaisiin ja mauttomiin ruokiin ja muihin kauhuihin. Ei ruokavalioita, jotka voivat nälkää sinua, sinun täytyy käyttää laihtumiseen, vaan stimuloida aineenvaihdunnan kiihtymistä. Juuri aineenvaihdunta on, miten sitä voidaan käyttää ohutkuvion luomiseen, yritämme selvittää sen tässä artikkelissa. Aineenvaihdunnan kiihtyvyys, jota kutsutaan myös aineenvaihduntakysymykseksi, on erittäin tärkeä ja välttämätöntä..

Aineenvaihdunta - mikä se on

Metabolian käsitteellä tarkoitetaan biokemiallisia prosesseja, jotka tapahtuvat missä tahansa elävässä organismissa ja tukevat sen elämää, auttaen kasvaa, korjata vaurioita, lisääntyä ja olla vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa. Aineenvaihdunta määräytyy yleensä kvantitatiivisen ominaisuuden perusteella, joka osoittaa kuinka nopeasti elimistö muuntaa tulevien ruokien ja juomien kalorit energiaksi.

Metabolia esiintyy kahdessa muodossa:

  • jakautuminen, tuhoisa aineenvaihdunta tai katabolismi;
  • assimilaatio, rakentava aineenvaihdunta tai anabolismi.

Kaikki nämä muodot vaikuttavat ruumiinpainoon ja sen koostumukseen. Ihmisen tarvitsema kalorimäärä riippuu monista parametreistä:

  • ihmisen fyysinen aktiivisuus;
  • riittävä uni;
  • ruokavalio tai ruokavalio.

Aineenvaihdunta pohjimmiltaan on energian ja aineiden muutosta, joka perustuu sisäiseen ja ulkoiseen aineenvaihduntaan, katabolismiin ja anabolismiin. Luovan prosessin - anabolismin - aikana molekyylit syntetisoidaan pienistä komponenteista. Tämä prosessi vaatii energiasynteesiä. Katabolismin tuhoavat prosessit ovat tuhoavan suunnan kemiallisten reaktioiden sarja, jossa monimutkaiset molekyylit jaetaan paljon pienemmiksi. Näihin prosesseihin liittyy yleensä energian vapautumista..

Kuinka anabolismi tapahtuu?

Anabolismi johtaa uusien solujen luomiseen, kaikkien kudosten kasvuun, lihasmassan kasvuun ja luun mineralisaation lisääntymiseen. Monomeerejä käytetään rakentamaan monimutkaisia ​​polymeeriyhdisteitä anabolisten prosessien aikana. Tyypillisimmät esimerkit monomeereistä ovat aminohapot ja yleisimmät polymeerimolekyylit ovat proteiineja.

Anabolisia prosesseja määrittelevät hormonit ovat:

  • kasvuhormoni, jonka kautta maksa syntetisoi somatomediinin, joka on vastuussa kasvusta;
  • insuliinin kaltainen kasvutekijä IGF1, stimuloi proteiinien tuotantoa;
  • insuliini, joka määrittää sokerin (glukoosin) tason veressä;
  • testosteroni, joka on miespuolinen sukupuolihormoni;
  • estrogeeni - naispuolinen sukupuolihormoni.

Kuinka katabolismi tapahtuu?

Katabolismin tavoitteena on tarjota energiaa ihmiskeholle sekä solutasolla että erilaisten liikkeiden suorittamiseen. Kataboliset reaktiot tapahtuvat polymeerien tuhoutuessa yksittäisiksi monomeereiksi. Esimerkkejä sellaisista reaktioista:

  • polysakkaridimolekyylien pilkkominen monosakkariditasoon, lisäksi kompleksiset hiilihydraattimolekyylit, kuten glykogeeni, hajoavat polysakkarideiksi, ja yksinkertaisemmat, riboosi tai glukoosi, hajoavat monosakkariditasolle;
  • proteiinit hajoavat aminohapoiksi.

Kun elin kuluttaa ruokaa, orgaaniset ravintoaineet hajoavat, ja tällä tuhoisalla vaikutuksella kehossa vapautuva energia ATP (adenosiinitrifosfaatti) -molekyyleissä vapautuu.

Tärkeimmät hormonit, jotka tarjoavat katabolisia reaktioita, ovat:

- kortisoli, jota kutsutaan usein stressihormoniksi;

- glukagoni, mikä myötävaikuttaa siihen, että glykogeenin hajoaminen maksassa lisää ja nostaa verensokeritasoa;

- sytoksiinit, jotka tarjoavat jonkinlaisen vuorovaikutuksen solujen välillä.

ATP: hen varastoitu energia toimii polttoaineena anabolisiin reaktioihin. Osoittautuu, että katabolismin ja anabolismin välillä on läheinen yhteys: ensimmäinen antaa toiselle energiaa, joka kulutetaan solujen kasvuun, kudosten korjaamiseen, entsyymien ja hormonien synteesiin.

Jos katabolismin prosessissa syntyy ylimääräistä energiaa, ts. Se tuottaa enemmän kuin on tarpeen anabolismille, silloin ihmiskeho varmistaa sen varastoinnin glykogeenin tai rasvan muodossa. Lihaskudokseen verrattuna rasvakudos on suhteellisen passiivinen, sen solut ovat passiivisia eikä he tarvitse paljon energiaa itsensä ylläpitämiseen..

Tutki seuraavaa kuvaa ymmärtääksesi näitä prosesseja paremmin.

Taulukossa esitetään tärkeimmät erot anabolisten ja katabolisten prosessien välillä:

Aineenvaihdunnan suhde ruumiinpainoon

Tätä yhteyttä, jos et ole syventynyt teoreettisiin laskelmiin, voidaan kuvata seuraavasti: Kehomme paino on katabolismin seurauksia miinus anabolismi tai vapautuneen energian määrä miinus kehomme käyttämä energia. Liiallinen energia kehossa kerääntyy rasvakerrosten muodossa tai glykogeenin muodossa, joka kerääntyy maksaan ja lihaksiin.

Yksi gramma rasvaa, joka vapauttaa energiaa, voi antaa 9 kcal. Vertailun vuoksi vastaava määrä proteiinia ja hiilihydraatteja antaa 4 kcal. Ylipaino johtuu kehon lisääntyneestä kyvystä varastoida ylimääräistä energiaa rasvan muodossa, mutta hormonaaliset ongelmat ja sairaudet, myös perinnölliset, voivat myös toimia syynä tähän. Niiden kielteiset vaikutukset voivat jäädyttää aineenvaihduntaa.

Monet ihmiset ajattelevat, että ohuissa ihmisissä aineenvaihdunta kiihtyy ja lihavilla ihmisillä on hidas aineenvaihdunta, mikä johtaa heihin ylipainoon. Mutta hitaasta aineenvaihdunnasta tulee harvoin todellinen syy ylipainoon. Tietenkin, se vaikuttaa kehon energiantarpeisiin, mutta painon kasvun perusta on kehon energian epätasapaino, kun kaloreita kulutetaan huomattavasti enemmän kuin kulutetaan.

Ihmisen aineenvaihdunnan tasoa lepoprosessin aikana, jota usein kutsutaan pää- tai perusaineenvaihduntaan, voidaan muuttaa niin monin tavoin. Joten, yksi tehokkaista strategioista aineenvaihdunnan intensiteetin lisäämiseksi on lihaksen rakentaminen. Mutta strategia on tehokkaampi, kun kehon energiantarpeet määritetään, minkä jälkeen elämäntapa mukautetaan heihin. Paino poistuu nopeammin ja tehokkaammin..

Kuinka kuluneet kalorit jakautuvat?

Keho tarvitsee suurimman osan ihmisen kuluttamasta energiasta - 60–70% kaikista kaloreista - koko elämän prosessien tukemiseksi (aineenvaihdunnan perusnopeus), sydämen ja aivojen työhön, hengitykseen jne. Fyysisen aktiivisuuden ylläpitämiseen kuluu 25–30% kaloreista ja 10% ruoan sulamiseen.

Metabolianopeus ihmisen eri kudoksissa ja elimissä on hyvin erilainen. Joten ihmisen lihakset, jotka miehittävät 33 kg 84 kilogramman ihmisen kokonaispainosta, tarvitsevat vain 320 kcal ja 1,8 kg maksa vaatii 520 kcal.

Henkilön kaloritarpeet riippuvat kolmesta päätekijästä..

  1. Rungon koko, tyyppi.

Jos kehon paino on suuri, tarvitaan enemmän kaloreita. Henkilö, jolla on enemmän lihaksia kuin rasvaa, tarvitsee enemmän kaloreita kuin henkilö, joka painaa saman, mutta jolla on alhaisempi lihaksen ja rasvan suhde. Niillä, joilla on enemmän lihaksia, on korkeampi perusmetabolianopeus..

Iän myötä monet kaloreita vähentävät tekijät alkavat toimia välittömästi. Lihasmassan kuivuminen iän myötä lisää rasvan ja lihan välistä suhdetta, aineenvaihdunnan taso muuttuu, ja vastaavasti myös kaloritarve muuttuu. Tässä prosessissa on muita ikään liittyviä tekijöitä:

- ikäiset molemmat sukupuolet alkavat tuottaa vähemmän anabolisia hormoneja, jotka kuluttavat energiaa, vähenevät iän myötä ja kasvuhormonin eritystä;

- säädöt energiankäytön ja -kulutuksen prosesseissa tehdään vaihdevuodet;

- ihmisen fyysinen aktiivisuus vähenee iän myötä, hänen työstään tulee vähemmän aktiivinen ja vaatii vähemmän stressiä;

- aineenvaihduntaan vaikuttavat "solujätteet", ikääntyminen ja solujen kerääntyminen.

Perusmetabolianopeus miehillä on yleensä korkeampi kuin naisilla, ja heillä on korkeampi lihaksen ja rasvan suhde. Näin ollen miehet keskimäärin polttavat enemmän kaloreita samassa iässä ja kehon painossa.

Kuinka laskea aineenvaihduntasi

Niitä kaloreita, jotka keho kuluttaa elämän perustoimintojen tarjoamiseen, kutsutaan perus- tai perusmetaboliaan tai aineenvaihdunnan nopeuteen. Perustoiminnot vaativat melko vakaan energian määrän, eikä näitä tarpeita ole niin helppo muuttaa. Tärkein aineenvaihdunta vie 60–70 prosenttia kaloreista, joita ihminen polttaa päivittäin.

On syytä huomata, että iän myötä, noin 30-vuotiaasta, aineenvaihdunta alkaa hidastua 6 prosentilla joka vuosikymmen. Voit laskea kehon tarvitseman energian määrän levossa (BM, perusmetabolia) useissa vaiheissa:

  • mitata korkeutesi senttimetreinä;
  • punnitaan ja kirjataan oma paino kilogrammoina;
  • Laske BM kaavalla.

Miesten ja naisten kaavat eroavat toisistaan:

  • miehillä aineenvaihdunnan nopeus on: 66+ (13,7 x paino kilogrammoina) + (5 x korkeus cm.) - (6,8 x ikä vuosina);
  • naisilla aineenvaihdunnan nopeus on: 655 + (9,6 x paino kilogrammoina) + (1,8 x korkeus cm.) - (4,7 x ikä vuosina).

Joten 25-vuotiaan miehen, 177,8 cm pitkä ja painon ollessa 81,7 kg, BMR = 1904,564.

Kun otetaan saatu arvo perustana, voit säätää sitä fyysisen aktiivisuuden asteen mukaan kertomalla sen kertoimella:

  • niille, jotka elävät istuvaa elämäntapaa - 1,2;
  • 1-2 kertaa viikossa urheiluun osallistuvia - 1 375;
  • urheilun harrastajille 3–5 kertaa viikossa - 1,55;
  • päivittäin urheiluun osallistuville - 1,725;
  • niille, jotka viettävät koko ajan kuntosalilla - 1,9.

Esimerkissämme kohtalainen aktiviteetti on päivittäinen kokonaiskustannus 2952,0742 kcal. Juuri tämä kalorimäärä tarvitaan kehon ylläpitääkseen painoaan suunnilleen samalla tasolla. Painonpudotusta varten kaloreita tulisi vähentää 300–500 kcal.

Perusmetabolian lisäksi on otettava huomioon kaksi muuta tekijää, jotka määräävät päivittäisen kalorinkulutuksen:

  1. ruokatermogeneesin prosessit, jotka liittyvät ruoan sulamiseen ja sen kuljetukseen. Tämä on noin 10% päivässä käytetyistä. Tämä arvo on myös vakaa, ja sitä on melkein mahdotonta muuttaa;
  2. fyysinen aktiivisuus on helpoimmin muuttuva tekijä, joka vaikuttaa päivittäiseen kalorikulutukseen.

Mistä keho saa energiaa tarpeisiinsa

Aineenvaihdunta perustuu ravitsemukseen. Keho tarvitsee perusenergiakomponentteja - proteiineja, rasvoja ja hiilihydraatteja. Ihmisen energiatasapaino riippuu heistä. Kehoon pääsevät hiilihydraatit voivat olla kolmessa muodossa - nämä ovat selluloosakuituja, sokeria ja tärkkelystä. Tärkkelyksen kanssa sokeri luo tärkeimmät ihmisille välttämättömät energialähteet. Kaikki kehon kudokset ovat riippuvaisia ​​glukoosista, niitä käytetään kaikenlaisiin aktiviteetteihin jakautuen yksinkertaisempiin komponentteihin.

Glukoosipolttoreaktio näyttää tältä: C6N12NOIN6+ 6 Voi2 -> 6 CO2 + 6 H2O + -energia, kun yksi gramma jaettua hiilihydraattia tuottaa 4 kcal. Urheilijan ravitsemukseen tulisi sisältyä monimutkaisia ​​hiilihydraatteja - ohraa, tattari, riisiä, joiden tulisi olla 60-65% kokonaisruokavaliosta lihasmassaa saavuttaessa.

Toinen keskittyneen energian lähde on rasvat. Jaettuina ne tuottavat kaksi kertaa enemmän energiaa kuin proteiinit ja hiilihydraatit. Rasvoista saatavaa energiaa on vaikea saada, mutta menestyksekkäästi sen määrä on paljon suurempi - ei 4 kcal, mutta 9.

Sarjalla mineraaleja ja vitamiineja on myös tärkeä rooli ravinnossa. Ne eivät vaikuta suoraan kehon energiaan, mutta ne säätelevät kehoa ja normalisoivat aineenvaihduntaa. Aineenvaihdunnassa A- ja B-vitamiinit ovat erityisen tärkeitä.2 tai riboflaviini, pantoteenihappo ja nikotiinihappo.

Aineenvaihdunnan tosiasiat, joiden avulla voit hallita vartaloasi

Aineenvaihdunnassa tapahtuu yleensä manipulointeja tablettien tai vihreän teen lisäämiseksi. Mutta aineenvaihdunta on paljon monimutkaisempi prosessi. Olemme keränneet tieteellisiä tosiasioita, jotka auttavat sinua ymmärtämään paremmin aineenvaihduntaa ja käyttämään tätä tietoa laihtua tai lihoa..

1. Metabolia tapahtuu kehon jokaisessa solussa.

Monet ihmiset puhuvat aineenvaihdunnasta lihaksena tai elimenä, jota he voivat jotenkin hallita. Itse asiassa aineenvaihdunta on sarja kemiallisia prosesseja, jotka muuttavat kalorit ruoasta energiaksi elämän tukemiseksi, ja tämä tapahtuu kehon kaikissa soluissa..

Lepovaiheen aineenvaihduntasi tai perusaineenvaihdunta määräytyy sen mukaan kuinka monta kaloria kehosi polttaa, kun et tee mitään..

Ihmiskeho tarvitsee levossa energiaa oman elämänsä ylläpitämiseksi - ruuan hengittämistä, liikkumista ja sulatusta varten. Erityyppisillä kudostyypeillä on erilaiset tarpeet, ja ne tarvitsevat erilaisen määrän kaloreita toimiakseen. Elinvoimaiset elimet - aivot, maksa, munuaiset ja sydän - muodostavat noin puolet tuotetusta energiasta. Ja rasvakudoksessa, ruuansulatuksessa ja lihaksissa - kaikkea muuta.

2. Eniten kaloreita, joita poltat levossa

Kehosi polttaa kaloreita:

  • levossa (perusaineenvaihdunta) - vastaanotettua energiaa käytetään kehon toimintaan;
  • ruoan assimilaatioprosessissa (tunnettu lämpövaikutus);
  • fyysisen aktiivisuuden kanssa.

Tutkimuksen mukaan poltat suurimman osan päivässä olevista kaloreista levossa aineenvaihdunnan aikana. Fyysinen aktiivisuus, verrattuna perusmetaboliaan, vie pienen osan energiamenoista - 10–30% (jos et pelaa urheilua ammattimaisesti tai työsi ei vaadi raskasta fyysistä työtä). Noin 10% energiasta kuluu ruoan sulamiseen..

Perusmetabolian osuus on keskimäärin 60–80% kaikista energiamenoista. Tietysti tämä ei ole kaikki, mutta yhdessä elintarvikkeiden jalostuksen energiankulutuksen kanssa saadaan melkein 100%. Siksi ei ole yllättävää, että liikunta johtaa tilastollisesti merkittäviin, mutta pieniin muutoksiin painossa..

Aleksei Kravitz, neurotieteilijä, Kansallinen terveysinstituutti

3. Metabolia voi vaihdella suuresti eri ihmisillä, ja tutkijat eivät ymmärrä miksi

Tämä on totta: aineenvaihdunnan nopeus kahdella samanpituisella ja yhdellä ihonalaisella ihmisellä voi vaihdella suuresti. Vaikka joku voi syödä mitä tahansa valtavissa määrin ja hänen painonsa ei muutu, toisen on laskettava kalorit huolellisesti, jotta ylimääräistä kiloa ei saada. Mutta kukaan tutkija ei voi varmasti sanoa, miksi näin tapahtuu: Metaboliakontrollin mekanismia ei ole tutkittu täysin.

Tutkijat kuitenkin löysivät indikaattorit, jotka vaikuttavat aineenvaihduntaan: kehon lihas- ja rasvakudoksen määrä, ikä ja genetiikka (vaikka ei myöskään ole täysin selvää, miksi joillakin perheillä on korkeampi tai alhaisempi aineenvaihdunta).

Sukupuoleella on myös merkitystä: kaiken ikäiset ja eri muodossa olevat naiset polttavat vähemmän kaloreita kuin miehet, joilla on samat parametrit.

Aineenvaihdunnan nopeutta ei voida mitata helposti ja tarkasti. Saatavilla on erityisiä testejä, mutta ne eivät todennäköisesti takaa täydellistä tulosta. Tarkka mittaus vaatii kalliita laitteita, kuten aineenvaihduntakammioita.

Voit laskea aineenvaihdunnan nopeuden karkeasti käyttämällä yhtä online-laskurista (esimerkiksi tätä). Joten tiedät kuinka monta kaloria päivässä sinun täytyy kuluttaa, jotta paino pysyy samana.

4. Iän myötä aineenvaihdunta hidastuu.

Tämä tapahtuu vähitellen ja jokaisella, vaikka lihaksen ja rasvakudoksen suhde pysyisi samana. Kun olet 60-vuotias, poltat vähemmän kaloreita levossa kuin 20 vuodessa. Tutkijat huomauttavat, että aineenvaihdunnan asteittainen hidastuminen alkaa 18-vuotiaana. Mutta miksi energian kysyntä vähenee iän myötä, vaikka kaikki muut indikaattorit pysyisivätkin ennallaan? Tutkijat eivät voi vastata tähän kysymykseen..

5. Et voi merkittävästi nopeuttaa aineenvaihduntaa laihtuminen.

Kaikki puhuvat jatkuvasti siitä, kuinka voit nopeuttaa aineenvaihduntaa laihtuaksesi: liikuntaa ja rakentaa lihaksia, syödä tiettyjä ruokia, ottaa lisäravinteita. Mutta itse asiassa se on erittäin vaikea tehdä.

Jotkut elintarvikkeet, kuten kahvi, chili, kuumat mausteet, voivat tosiaankin nopeuttaa aineenvaihduntaa. Mutta muutos on niin merkityksetön ja lyhytaikainen, että sillä ei ole vaikutusta vyötäröihisi.

Lihasten rakentaminen on tehokkaampi vaihtoehto. Mitä enemmän lihaksia ja vähemmän rasvaa, sitä suurempi aineenvaihdunta. Tämä johtuu siitä, että lihakset tarvitsevat enemmän energiaa levossa kuin rasvakudos..

Jos voit saada lihasmassaa ja vähentää kehon rasvaa liikunnan avulla, aineenvaihdunta kiihtyy ja poltat kaloreita nopeammin..

Mutta tämä on vain puoli taistelua. Sinun on voitettava luonnollinen halu syödä enemmän, mikä ilmenee kiihtyneen aineenvaihdunnan mukana. Monet ihmiset antautuvat nälän tunteelle, joka ilmenee kovan harjoituksen jälkeen, ja sen seurauksena ne rakentavat lihaksen lisäksi rasvaa. Lisäksi monien on vaikeaa harjoitella tarpeeksi laihan lihasmassan ylläpitämiseksi..

On typerää uskoa, että pystyt hallitsemaan aineenvaihduntasi täysin. Jos pystyt vaikuttamaan siihen, niin vaatimattomassa mittakaavassa. Ja tämä vaatii tahdonvoimaa ja sinnikkyyttä.

6. Dieetit hidastavat aineenvaihduntaa

Aineenvaihdunnan kiihdyttäminen ei ole helppoa, mutta sen hidastaminen on paljon helpompaa - nopeaa laihtumista koskevien ohjelmien avulla. Ruokavalioilla on voimakkain vaikutus aineenvaihduntaan, mutta valitettavasti ei niin kuin haluaisimme.

Useiden vuosien ajan tutkijat ovat tutkineet ilmiötä, jota kutsutaan aineenvaihduntaa mukauttavaksi tai adaptiiviseksi termogeneesiksi. Kun ihmiset laihduttavat, niiden aineenvaihdunnan nopeus hidastuu ja melko huomattavasti. On selvää, että aineenvaihdunnan pitäisi hidastua hiukan, koska painonpudotus sisältää lihasmassan menetyksen, kehosta tulee pienempi, se ei tarvitse niin paljon energiaa kuin ennen. Mutta tutkijat havaitsivat, että aineenvaihdunta nopeus hidastuu huomattavasti enemmän, ja tämä vaikutus liittyy paitsi kehon ihonmuutos.

Äskettäisessä tätä aihetta koskevassa tutkimuksessa, jonka tulokset julkaistiin Lihavuus-lehdessä, Kansallisen terveysinstituutin tutkijat tarkastelivat The Biggest Loser -ongelma-näytöksen osallistujia. Ohjelman loppuun mennessä kaikki osallistujat käyttivät paljon kiloja, joten he sopivat ihanteellisesti tutkimaan mitä keholle tapahtuu merkittävän painonpudotuksen kanssa lyhyessä ajassa.

Tutkijat tutkivat useita indikaattoreita - painon, rasvan, aineenvaihdunnan, hormonit - 30 viikon kilpailun lopussa vuonna 2009 ja kuusi vuotta myöhemmin, vuonna 2015. Vaikka kaikki osallistujat menettivät paljon painoa näytöksen loppuun mennessä fyysisten harjoitusten ja ruokavalioiden avulla, kuusi vuotta myöhemmin heidän määränsä palautettiin suurelta osin. Näyttelyn 14 osallistujasta 13 ihmistä palasi painoon, kun taas neljä kilpailijaa alkoi painaa jopa enemmän kuin ennen näyttelyyn osallistumista.

Tutkimusjakson aikana osallistujien aineenvaihdunta hidastui merkittävästi. Heidän ruumiinsa poltti keskimäärin 500 kcal vähemmän päivittäin, kuin heidän painoaan voitaisiin odottaa. Tämä vaikutus havaittiin jopa kuuden vuoden kuluttua siitä huolimatta, että suurin osa osallistujista sai vähitellen laihtuneita kiloja..

Sandra Aamodt, neurotieteilijä ja kirjan "Miksi dieetit eivät yleensä toimi" kirjoittaja selittää tämän kehon erityisenä suojareaktiona, joka ylläpitää painoa tietyllä tutulla alueella.

Kun olet laihduttanut ja pitänyt sitä pitkään, vartalo tottuu uuteen kokoonsa. Kun paino laskee, pienet muutokset aivojen hormonitasossa hidastavat aineenvaihduntaa. Samanaikaisesti nälän tunne lisääntyy ja ruuan kylläisyysaste vähenee - näyttää siltä, ​​että keho yrittää kaikin tavoin palata takaisin tuttuun painoon.

Suurimman häviäjän näyttelyssä osallistujien tutkimuksessa tutkijat havaitsivat, että kukin heistä vähensi leptiinihormonin pitoisuutta. Leptin on yksi päähormoneista, jotka säätelevät kehon nälkää. Suurimman häviäjän loppuun mennessä osallistujat olivat melkein tyhjentäneet leptiinivarannonsa ja olleet jatkuvasti nälkäisiä. Kuuden vuoden ajan heidän leptiinivarannonsa ovat toipuneet, mutta vain 60% alkuperäisestä tasosta, joka oli ennen näyttelyyn osallistumista.

Suurimmalla osalla ihmisistä ei ole aavistustakaan siitä, kuinka voimakkaat aineenvaihdunnan muutokset voivat olla laihdutuksen jälkeen. Painon noustessa ja painon laskun myötä kehon käyttäytyminen ei ole sama. Hän taistelee painonpudotusta vaikeammin kuin pysäyttää painonnousun.

Mutta ei aina laihtuminen johtaa aineenvaihdunnan hidastumiseen. Esimerkiksi painoa muuttavan leikkauksen aikana leptiinitaso ei muutu eikä aineenvaihdunta nopeus.

Lisäksi The Biggest Loser -tapahtuman osallistujien kanssa tehty tutkimus on melko epästandardi, joten ei ole tosiasia, että useimmat muut ihmiset kohtaavat samanlaisen vaikutuksen. Loppujen lopuksi tutkimukseen osallistui vain 14 ihmistä, jotka menettivät painoaan yksinomaan nopeiden ruokavalioiden ja fyysisten harjoitusten avulla. Tätä aineenvaihdunnan hidastamisen vaikutusta ei havaita asteittaisessa painonpudotuksessa..

7. Tutkijat eivät pysty selittämään täysin, miksi aineenvaihdunta hidastuu

Aiheesta on useita teorioita. Yksi luotettavimmista selitetään evoluution kululla. Ihmiset ovat vuosituhansien ajan kehittyneet ympäristössä, jossa heidän on pitänyt selviytyä usein aliravitsemuksesta. Siksi voidaan olettaa, että DNA: ssa on säilynyt monia geenejä, jotka osaltaan muuttavat ylimääräiset kalorit rasvaksi. Tämä kyky auttoi ihmisiä selviytymään ruokavajejaksoina ja lisääntymään..

Jatkamalla ajatusta voimme sanoa, että kyvyttömyys laihtua johtuu kehon suojaavasta reaktiosta, vaikka ruuan puute yhteiskunnassamme onkin tullut harvinaiseksi.

Mutta kaikki tutkijat eivät ole yhtä mieltä tämän taloudellisen geeniteorian kanssa..

Jos taloudellisilla geeneillä olisi vahva selektiivinen etu, jonka avulla voit selviytyä nälästä (nälkäjaksoja tapahtui usein historian aikana), taloudelliset geenit leviäisivät ja juurtuisivat väestöön. Tämä tarkoittaa, että nykyään kaikilla meillä on oltava taloudellisia geenejä, ja silloin moderni yhteiskunta koostuisi kokonaan kokonaisista ihmisistä. Mutta jopa sellaisissa yhteiskunnissa, jotka ovat alttiimpia liikalihavuudelle, kuten Yhdysvalloissa, tietty määrä ihmisiä pysyy aina, keskimäärin noin 20% väestöstä, joka on aina poikkeuksellisen ohut. Ja jos nälkä on edellytys säästävien geenien leviämiselle, on loogista kysyä, kuinka kävi ilmi, että niin monet ihmiset onnistuivat välttämään perintönsä.

John Speakman, epigeneettinen

Tutkijat yrittävät myös ymmärtää paremmin aineenvaihdunnan oireyhtymää - ns. Monimutkaisia ​​aineenvaihduntahäiriöitä, mukaan lukien korkea verenpaine ja verensokeri, korkea vyötärö ja epänormaali kolesteroli ja triglyseridit. Kun ihmisillä on tällaisia ​​terveysongelmia, he ovat alttiimpia kroonisille sairauksille, mukaan lukien sydän- ja verisuonitaudit ja diabetes. Mutta jälleen kerran, ei ole selvää, kuinka metabolinen oireyhtymä toimii ja miksi jotkut ihmiset ovat alttiimpia sille kuin toiset.

8. Hidas aineenvaihdunta ei tarkoita, että et voi laihtua

Painonpudotus on mahdollista hitaalla aineenvaihdunnalla. Keskimäärin 15% ihmisistä, joiden aineenvaihdunta on hidasta Mayon klinikalla, menettää jopa 10% omasta painostaan ​​ja pitää uuden..

Jokainen, joka haluaa laihtua, voi saavuttaa tämän tavoitteen muuttamalla elämäntapaansa. On myös tärkeää tehdä siihen muutoksia, jotka pitävät taudin - liikalihavuuden - hallinnassa.

Yhdysvaltain kansallinen painonhallintarekisteri tutkii aikuisten tapoja ja käyttäytymistä, jotka ovat menettäneet vähintään 15 kiloa ja pystyneet ylläpitämään painon vuoden ajan. Rekisteriin kuuluu tällä hetkellä yli 10 000 osallistujaa, joille tehdään säännöllisesti vuosittaisia ​​tutkimuksia siitä, kuinka he pystyvät ylläpitämään normaalia painoaan..

Nämä ihmiset jakavat useita yleisiä tapoja:

  • ne punnitaan vähintään kerran viikossa;
  • suorita säännöllisesti fyysisiä harjoituksia ja kävele paljon;
  • rajoita kalorien kulutusta, vältä runsaasti rasvaa sisältäviä ruokia;
  • seurata annoskokoja;
  • syödä aamiaista joka päivä.

Mutta kaikki syövät täysin erilaista ruokaa, he suunnittelevat ruokavalionsa eri tavalla. Siksi on mahdotonta sanoa varmasti, mikä ruokavalio on tehokkain. Tärkeintä on seurata kaloreita.

Lisäksi kaikki ihmiset, jotka onnistuivat laihduttamaan, muuttivat elämäntapaansa, olivat kiinnostuneempia ravitsemukseen ja tekivät fyysisiä harjoituksia. Tietysti monet mieluummin ajattelevat, että heillä on paino-ongelmia hitaan aineenvaihdunnan tai muun biologisen häiriön takia, eikä siksi, että he ovat laiskoja ja haluavat syödä. Tiede vahvistaa: Jos todella haluat laihtua ja olet valmis ponnistelemaan, onnistut.

Kaikki biologisesta aineenvaihdunnasta

Orgaanisia aineita, jotka muodostavat kaikki elävät elimet (eläimet, kasvit, sienet ja mikro-organismit), edustavat pääasiassa aminohapot, hiilihydraatit, lipidit (joita usein kutsutaan rasvoiksi) ja nukleiinihapot. Koska nämä molekyylit ovat välttämättömiä elämälle, aineenvaihduntareaktiot keskittyvät näiden molekyylien luomiseen soluja ja kudoksia rakennettaessa tai tuhoamalla niitä käytettäväksi energialähteenä. Monet tärkeät biokemialliset reaktiot yhdistävät DNA: n ja proteiinien syntetisoimiseen..

Molekyylin tyyppiMonomeerimuodon nimiPolymeerimuodon nimiEsimerkkejä polymeerimuodoista
AminohappojaAminohappojaProteiinit (polypeptidit)Fibrillaariset ja globululaariset proteiinit
hiilihydraatitmonosakkariditpolysakkariditTärkkelys, glykogeeni, selluloosa
NukleiinihapotnukleotiditpolynukleotiditDNA ja RNA

Aminohapot ja proteiinit

Proteiinit ovat lineaarisia biopolymeerejä ja koostuvat aminohappotähteistä, jotka on liitetty peptidisidoksilla. Jotkut proteiinit ovat entsyymejä ja katalysoivat kemiallisia reaktioita. Muut proteiinit suorittavat rakenteellisen tai mekaanisen funktion (muodostavat esimerkiksi sytoskeleton). [6] Proteiineilla on myös tärkeä rooli signaalin siirtämisessä soluissa, immuunivasteissa, solujen aggregaatiossa, aktiivisessa kuljetuksessa kalvojen läpi ja solusyklin säätelyssä. [7]

lipidejä

Lipidit ovat osa biologisia kalvoja, esimerkiksi plasmamembraanit, ovat koentsyymit ja energialähteet. [7] Lipidit ovat hydrofobisia tai amfifiilisiä biologisia molekyylejä, jotka liukenevat orgaanisiin liuottimiin, kuten bentseeniin tai kloroformiin. [8] Rasvat ovat suuri ryhmä yhdisteitä, jotka sisältävät rasvahappoja ja glyseriiniä. Kolmiarvoista glyserolialkoholimolekyyliä, joka muodostaa kolme kompleksista esterisidosta kolmen rasvahappomolekyylin kanssa, kutsutaan triglyseridiksi. [9] Rasvahappotähteiden lisäksi komplekseihin lipideihin voi sisältyä esimerkiksi sfingosiini (sfingolipidit), hydrofiiliset fosfaattiryhmät (fosfolipideissä). Steroidit, kuten kolesteroli, ovat toinen suuri lipidiryhmä. [10]

hiilihydraatit

Sokerit voivat esiintyä pyöreässä tai lineaarisessa muodossa aldehydien tai ketonien muodossa, niissä on useita hydroksyyliryhmiä. Hiilihydraatit ovat yleisimmät biologiset molekyylit. Hiilihydraatit suorittavat seuraavat toiminnot: energian varastointi ja kuljetus (tärkkelys, glykogeeni), rakenteellinen (kasviselluloosa, eläin kitiini). [7] Yleisimmät sokerimonomeerit ovat heksoosit - glukoosi, fruktoosi ja galaktoosi. Monosakkaridit ovat osa monimutkaisempia lineaarisia tai haaroittuneita polysakkarideja. [yksitoista]

nukleotidit

Polymeeriset DNA- ja RNA-molekyylit ovat pitkiä, haarautumattomia nukleotidiketjuja. Nukleiinihapot hoitavat geneettisen tiedon varastoinnin ja toteuttamisen, joka suoritetaan replikaation, transkription, translaation ja proteiinien biosynteesin aikana. [7] Nukleiinihappoihin koodattu tieto on suojattu muutoksilta korjausjärjestelmillä ja kerrotaan DNA-replikaatiolla.

Joillakin viruksilla on RNA: ta sisältävä genomi. Esimerkiksi ihmisen immuunikatovirus käyttää käänteistranskriptiota DNA-templaatin luomiseksi omasta RNA: ta sisältävästä genomistaan. [12] Joillakin RNA-molekyyleillä on katalyyttisiä ominaisuuksia (ribotsyymejä) ja ne ovat osa splisosomeja ja ribosomeja.

Nukleosidit ovat tuotteita, joissa typpiemäksiä on lisätty riboosisokeriin. Esimerkkejä typpipitoisista emäksistä ovat heterosykliset typpeä sisältävät yhdisteet - puriinien ja pyrimidiinien johdannaiset. Jotkut nukleotidit toimivat myös koentsyymeinä funktionaalisten ryhmien siirtoreaktioissa. [kolmetoista]

coenzymes

Metabolismi sisältää laajan valikoiman kemiallisia reaktioita, joista suurin osa liittyy useisiin pääryhmiin funktionaalisten ryhmien siirtoreaktioissa. [14] Koentsyymejä käytetään siirtämään funktionaalisia ryhmiä entsyymien välillä, jotka katalysoivat kemiallisia reaktioita. [13] Jokainen funktionaalisten ryhmien siirron kemiallisten reaktioiden luokka katalysoidaan yksittäisillä entsyymeillä ja niiden kofaktoreilla. [viisitoista]

Adenosiinitrifosfaatti (ATP) on yksi keskeisistä koentsyymeistä, universaali solienergian lähde. Tätä nukleotidia käytetään siirtämään kemiallista energiaa, joka on varastoitunut makroergisiin sidoksiin erilaisten kemiallisten reaktioiden välillä. Soluissa on pieni määrä ATP: tä, joka regeneroituu jatkuvasti ADP: stä ja AMP: stä. Ihmiskeho kuluttaa ATP-massaa päivässä yhtä suurena kuin oman ruumiinsa massa. [15] ATP toimii linkkinä katabolismin ja anabolismin välillä: ATP muodostuu katabolisten reaktioiden aikana, ja energia kuluu anabolisten reaktioiden aikana. ATP toimii myös fosfaattiryhmän luovuttajana fosforylointireaktioissa.

Vitamiinit ovat pienimolekyylipainoisia orgaanisia aineita, joita tarvitaan pieninä määrinä, ja esimerkiksi suurinta osaa vitamiineista ei syntetisoida ihmisissä, vaan ne saadaan ruoan kanssa tai CT: n mikrofloorassa. Ihmiskehossa suurin osa vitamiineista on entsyymien kofaktoreita. Useimmat vitamiinit saavat muuttuneen biologisen aktiivisuuden, esimerkiksi kaikki solujen vesiliukoiset vitamiinit fosforyloidaan tai yhdistetään nukleotideihin. [16] Nikotiinamidiadeniinidinukleotidi (NADH) on B-vitamiinin johdannainen3 (niasiini), ja on tärkeä koentsyymi - vety-vastaanottaja. Sadat erilaiset dehydrogenaasientsyymit poistavat elektroneja substraattien molekyyleistä ja siirtävät ne NAD + -molekyyleihin vähentäen sen NADH: ksi. Koentsyymin hapettunut muoto on substraatti solun erilaisille reduktaaseille. [17] NAD solussa esiintyy kahdessa toisiinsa liittyvässä muodossa: NADH ja NADPH. NAD + / NADH on tärkeämpi katabolisiin reaktioihin ja NADP + / NADPH käytetään useammin anabolisiin reaktioihin.

Mineraalit ja kofaktorit

Epäorgaanisilla elementeillä on ratkaiseva rooli aineenvaihdunnassa. Noin 99% nisäkkään massasta on hiiltä, ​​typpeä, kalsiumia, natriumia, magnesiumia, klooria, kaliumia, vetyä, fosforia, happea ja rikkiä. [18] Biologisesti merkittävät orgaaniset yhdisteet (proteiinit, rasvat, hiilihydraatit ja nukleiinihapot) sisältävät suuria määriä hiiltä, ​​vetyä, happea, typpeä ja fosforia. [kahdeksantoista]

Monet epäorgaaniset yhdisteet ovat ionisia elektrolyyttejä. Kehon tärkeimmät ionit ovat natrium, kalium, kalsium, magnesium, kloridit, fosfaatit ja bikarbonaatit. Näiden ionien tasapaino solun sisällä solunulkoisessa väliaineessa määrittää osmoottisen paineen ja pH: n. [19] Ionipitoisuuksilla on myös tärkeä rooli hermo- ja lihassolujen toiminnassa. Ärsyttävissä kudoksissa esiintyvä toimintapotentiaali johtuu ionien vaihdosta solunulkoisen nesteen ja sytoplasman välillä. [20] Elektrolyytit saapuvat ja poistuvat soluun plasmakalvon ionikanavien kautta. Esimerkiksi lihaksen supistumisen aikana kalsium-, natrium- ja kaliumionit liikkuvat plasmamembraanissa, sytoplasmassa ja T-putkissa. [21]

Kehon siirtymämetallit ovat hivenaineita, sinkki ja rauta ovat yleisimmät. [22] [23] Jotkut proteiinit (esimerkiksi entsyymit kofaktoreina) käyttävät näitä metalleja, ja ne ovat tärkeitä entsyymien ja kuljetusproteiinien aktiivisuuden säätelemisessä. [24] Entsyymien kofaktorit sitoutuvat yleensä vahvasti tiettyyn proteiiniin, mutta niitä voidaan modifioida katalyytin aikana, ja katalyytin päättymisen jälkeen ne palautuvat aina alkuperäiseen tilaansa (ei kuluteta). Hivemetallit imeytyvät kehoon käyttämällä erityisiä kuljetusproteiineja, eikä niitä löydy kehosta vapaassa tilassa, koska ne liittyvät tiettyihin kantajaproteiineihin (esimerkiksi ferritiini tai metallotioneiinit). [25] [26]

kataboliaa

Metabolismiksi kutsutaan aineenvaihduntaprosesseja, joissa suhteellisen suuret sokerien, rasvojen ja aminohappojen orgaaniset molekyylit hajoavat. Katabolismin aikana muodostuu yksinkertaisempia orgaanisia molekyylejä, jotka ovat välttämättömiä anabolismireaktioille (biosynteesi). Usein elimistö liikuttaa katabolismireaktioiden aikana energiaa, kääntäen ruoan sulamisen aikana saatujen orgaanisten molekyylien kemiallisten sidosten energian helposti saatavissa oleviin muotoihin: ATP: n, vähentyneiden koentsyymien ja kalvon läpäisevän sähkökemiallisen potentiaalin muodossa. Termi katabolismi ei ole synonyymi "energian aineenvaihdunnalle": monissa organismeissa (esimerkiksi fototrofeissa) energian varastoinnin pääprosessit eivät liity suoraan orgaanisten molekyylien hajoamiseen. Organismien luokittelu metabolian tyypin mukaan voi perustua energian ja hiilen lähteeseen, mikä heijastuu alla olevassa taulukossa. Orgaaniset troofit käyttävät orgaanisia molekyylejä energialähteenä, litotrofit käyttävät epäorgaanisia substraatteja ja fototrofit kuluttavat auringonvalon energiaa. Kuitenkin kaikki nämä aineenvaihdunnan eri muodot riippuvat redox-reaktioista, jotka liittyvät elektronien siirtoon pienentyneiltä molekyylien luovuttajilta, kuten orgaanisilta molekyyleiltä, ​​vedeltä, ammoniakilta, rikkivetyltä, vastaanottajamolekyyleille, kuten happea, nitraatteja tai sulfaattia. [27] Eläimissä näihin reaktioihin sisältyy monimutkaisten orgaanisten molekyylien hajoaminen yksinkertaisemmiksi, kuten hiilidioksidi ja vesi. Fotosynteettisissä organismeissa - kasveissa ja syanobakteereissa - elektroninsiirtoreaktiot eivät vapauta energiaa, mutta niitä käytetään tapana varastoida auringonvalosta imeytynyt energia. [28]

Organismien luokittelu niiden aineenvaihdunnan perusteella
Energialähdeauringonvalofototrofien
Primäärimolekyylitchemotrophs
Elektronien luovuttajaOrgaaninen yhdisteorganotrophs
Epäorgaaninen yhdistelithotrophs
HiililähdeOrgaaninen yhdisteheterotrofeja
Epäorgaaninen yhdisteautotrofisia

Katabolismi eläimissä voidaan jakaa kolmeen päävaiheeseen. Ensinnäkin suuret orgaaniset molekyylit, kuten proteiinit, polysakkaridit ja lipidit hajoavat pienemmiksi komponenteiksi solujen ulkopuolella. Lisäksi nämä pienet molekyylit pääsevät soluihin ja muuttuvat vielä pienemmiksi molekyyleiksi, esimerkiksi asetyyli-CoA. Koentsyymi A: n asetyyliryhmä puolestaan ​​hapettuu vedeksi ja hiilidioksidiksi Krebs-syklissä ja hengitysketjussa vapauttaen samalla energiaa, joka varastoituu ATP: n muodossa..

Ruoansulatus

Makromolekyylit, kuten tärkkelys, selluloosa tai proteiinit, on jaettava pienemmiksi yksiköiksi, ennen kuin solut voivat käyttää niitä. Hajoamiseen osallistuvat useat entsyymiluokat: proteaasit, jotka hajottavat proteiinit peptideiksi ja aminohapoiksi, glykosidaasit, jotka hajottavat polysakkaridit oligo- ja monosakkarideiksi.

Mikro-organismit erittävät hydrolyyttisiä entsyymejä ympäröivään tilaan, [29] [30] miten ne eroavat eläimistä, jotka erittävät tällaisia ​​entsyymejä vain erikoistuneista rauhasoluista. [31] Solunulkoisten entsyymien aktiivisuudesta johtuvat aminohapot ja monosakkaridit pääsevät soluihin aktiivisen kuljetuksen kautta. [32] [33]

Energian hankkiminen

Hiilihydraattikatabolismin aikana kompleksiset sokerit hajoavat monosakkarideiksi, jotka solut absorboivat. [34] Kun sokerit ovat sisällä (esimerkiksi glukoosi ja fruktoosi), ne muuttuvat pyruvaatiksi glykolyysin aikana ja muodostuu tietty määrä ATP: tä. [35] Pyruviinihappo (pyruvaatti) on välituote monissa metaboliareiteissä. Pyrvavaatin metabolian pääreitti on muuttuminen asetyyli-CoA: ksi ja sitten trikarboksyylihapposykliin. Samaan aikaan osa energiasta varastoituu Krebs-kiertoon ATP: n muodossa, ja myös NADH- ja FAD-molekyylit palautetaan. Glykolyysi- ja trikarboksyylihapposyklin aikana muodostuu hiilidioksidia, joka on elämän sivutuote. Anaerobisissa olosuhteissa pyruvaatista tehdyn glykolyysin seurauksena laktaattidehydrogenaasi-entsyymin osallistumisella muodostuu laktaatti ja NADH hapetetaan NAD +: ksi, jota käytetään uudelleen glykolyysireaktioissa. Monosakkaridien aineenvaihdunnalle on myös vaihtoehtoinen reitti - pentoosifosfaattireitti, jonka aikana energia varastoituu pelkistetyn koentsyymin NADPH muodossa ja muodostuu pentooseja, esimerkiksi riboosia, joka on välttämätöntä nukleiinihappojen synteesille..

Katabolismin ensimmäisen vaiheen rasvat hydrolysoidaan vapaiksi rasvahapoiksi ja glyseroliksi. Rasvahapot hajoavat beetahapetuksen aikana asetyyli-CoA: ksi, joka puolestaan ​​kataboloidaan edelleen Krebs-syklissä tai menee uusien rasvahappojen synteesiin. Rasvahapot vapauttavat enemmän energiaa kuin hiilihydraatit, koska rasvat sisältävät rakenteessaan erityisesti enemmän vetyatomeja..

Aminohappoja käytetään joko proteiinien ja muiden biomolekyylien syntetisointiin tai ne hapetetaan ureana, hiilidioksidiksi ja toimivat energianlähteenä. [36] Aminohappokatabolismin hapettumisreitti alkaa aminoryhmän poistamisella transaminaasientsyymeillä. Aminoryhmiä käytetään ureasyklissä; aminohappoja, joista puuttuvat aminoryhmät, kutsutaan ketohapoiksi. Jotkut ketohapot ovat välituotteita Krebs-syklissä. Esimerkiksi glutamaatin deaminointi tuottaa alfa-ketoglutaarihappoa. [37] Glykogeeniset aminohapot voidaan muuttaa myös glukoosiksi glukoneogeneesireaktioissa. [38]

Energian muutokset

Oksidatiivinen fosforylaatio

Oksidatiivisessa fosforylaatiossa metaboliareiteistä (esimerkiksi Krebs-syklissä) ruokamolekyyleistä poistetut elektronit siirtyvät happeen ja vapautunutta energiaa käytetään ATP: n syntetisointiin. Eukaryooteissa tämä prosessi suoritetaan osallistumalla useisiin proteiineihin, jotka ovat kiinnittyneet mitokondriaalisiin kalvoihin, joita kutsutaan elektroninsiirron hengitysketjuksi. Prokaryooteissa näitä proteiineja on läsnä soluseinämän sisäkalvossa. [39] Elektroninsiirtoketjun proteiinit käyttävät energiaa, joka on saatu siirtämällä elektroneja pelkistetyistä molekyyleistä (esim. NADH) happeeseen protonien pumppaamiseksi kalvon läpi. [40]

Kun protoneja pumpataan, syntyy ero vetyionien pitoisuuksissa ja syntyy sähkökemiallinen gradientti. [41] Tämä voima palauttaa protonit takaisin mitokondrioihin ATP-syntaasin pohjan kautta. Protonien virtaus aiheuttaa entsyymin c-alayksiköiden renkaan pyörimisen, minkä seurauksena syntaasin aktiivinen keskus muuttaa muotoaan ja fosforyloi adenosiinidifosfaattia muuttaen sen ATP: ksi. [viisitoista]

Energia epäorgaanisista yhdisteistä

Hemolitotrofeja kutsutaan prokaryooteiksi, joilla on erityyppinen metabolia, jossa energiaa muodostuu epäorgaanisten yhdisteiden hapettumisen seurauksena. Kemolitotrofit voivat hapettaa molekyylivetyä, [42] rikkiyhdisteitä (esimerkiksi sulfideja, rikkivetyä ja tiosulfaattia), [1] rauta (II) oksidia [43] tai ammoniakkia. [44] Tässä tapauksessa näiden yhdisteiden hapettumisesta syntyvä energia syntyy elektroniakseptorien, kuten hapen tai nitriittien, avulla. [45] Prosesseilla energian saamiseksi epäorgaanisista aineista on tärkeä rooli sellaisissa biogeokemiallisissa sykleissä kuin asetogeneesi, nitrifikaatio ja denitrifikaatio. [46] [47]

Energiaa auringonvalosta

Auringonvalon energiaa imevät kasvit, sinilevät, violetit bakteerit, vihreät rikkibakteerit ja jotkut alkueläimet. Tämä prosessi yhdistetään usein hiilidioksidin muuntamiseen orgaanisiksi yhdisteiksi osana fotosynteesiprosessia (katso alla). Joissakin prokaryooteissa energian talteenotto- ja hiilidioksidijärjestelmät voivat toimia erikseen (esimerkiksi violetti- ja vihreät rikkibakteerit). [48] ​​[49]

Monille organismeille aurinkoenergian imeytyminen on periaatteessa samanlainen kuin oksidatiivinen fosforylaatio, koska tässä tapauksessa energia varastoidaan protonipitoisuusgradientin muodossa ja protonien käyttövoima johtaa ATP: n synteesiin. [15] Tähän siirtoketjuun tarvittavat elektronit ovat peräisin valonkeräysproteiineista, joita kutsutaan fotosynteesireaktiokeskuksiksi (esimerkiksi rodopsiineiksi). Kaksi tyyppisiä reaktiokeskuksia luokitellaan fotosynteettisten pigmenttityyppien mukaan; tällä hetkellä useimmissa fotosynteettisissä bakteereissa on vain yksi tyyppi, kun taas kasvit ja sinilevät ovat kahta. [viisikymmentä]

Kasveissa, levässä ja syanobakteereissa valosysteemi II käyttää valon energiaa elektronien poistamiseen vedestä, jolloin molekyylin happi vapautuu reaktion sivutuotteena. Sitten elektronit tulevat b6f-sytokromikompleksiin, joka käyttää energiaa protonien pumppaamiseen tylakoidikalvon läpi kloroplasteissa. [7] Sähkökemiallisen gradientin vaikutuksesta protonit liikkuvat takaisin kalvon läpi ja laukaisevat ATP-syntaasin. Sitten elektronit kulkevat valosysteemin I läpi ja niitä voidaan käyttää NADP + -entsyymin hapettamiseen, Calvin-syklissä käytettäväksi tai kierrätykseen lisä ATP-molekyylien muodostamiseksi. [51]

anaboliaa

Anabolismi on joukko kompleksisten molekyylien biosynteesin metabolisia prosesseja energiankulutuksen kanssa. Solukkorakenteiden muodostavat monimutkaiset molekyylit syntetisoidaan peräkkäin yksinkertaisemmista esiasteista. Anabolismi sisältää kolme päävaihetta, joista kutakin katalysoi erikoistunut entsyymi. Ensimmäisessä vaiheessa syntetisoidaan prekursorimolekyylejä, esimerkiksi aminohapot, monosakkaridit, terpenoidit ja nukleotidit. Toisessa vaiheessa esiasteet, joissa kulutetaan ATP-energiaa, muunnetaan aktivoituihin muotoihin. Kolmannessa vaiheessa aktivoidut monomeerit yhdistetään monimutkaisemmiksi molekyyleiksi, esimerkiksi proteiineiksi, polysakkarideiksi, lipideiksi ja nukleiinihapoiksi.

Kaikki elävät organismit eivät pysty syntetisoimaan kaikkia biologisesti aktiivisia molekyylejä. Autotrofit (esimerkiksi kasvit) voivat syntetisoida monimutkaisia ​​orgaanisia molekyylejä yksinkertaisista epäorgaanisista pienimolekyylisistä aineista, kuten hiilidioksidista ja vedestä. Heterotrofit tarvitsevat monimutkaisempien aineiden lähteen, kuten monosakkaridit ja aminohapot, monimutkaisempien molekyylien luomiseksi. Organismit luokitellaan tärkeimpien energialähteidensä perusteella: fotoautotrofit ja fotoheterotrofit saavat energiaa auringonvalosta, kun taas kemoautotrofit ja kemoheterotrofit saavat energiaa epäorgaanisista hapettumisreaktioista.

Hiilen sitominen

Fotosynteesi on sokerien biosynteesin prosessi hiilidioksidista, jossa tarvittava energia imeytyy auringonvalosta. Kasveissa, syanobakteereissa ja levissä veden fotolyysi tapahtuu hapen fotosynteesin aikana, kun taas happi vapautuu sivutuotteena. Muuntaa CO2 3-fosfoglyseraatti käyttää valokuvajärjestelmiin tallennettua ATP- ja NADPH-energiaa. Hiiltä sitova reaktio suoritetaan käyttämällä ribuloosibisfosfaattikarboksylaasi-entsyymiä ja se on osa Calvin-sykliä. [52] Kasveissa luokitellaan kolme fotosynteesityyppiä - kolmen hiilen molekyylien tiellä, neljän hiilen molekyylien (C4) tiellä ja CAM-fotosynteesi. Kolme tyyppistä fotosynteesiä eroavat hiilidioksidin sitoutumisesta ja kulkeutumisesta Calvin-kiertoon; C3-kasveissa, CO: n sitoutuminen2 tapahtuu suoraan Calvin-syklissä ja C4: ssä ja CAM CO: ssa2 aiemmin sisällytetty muihin yhdisteisiin. Erilaiset fotosynteesin muodot ovat mukautumisia voimakkaaseen auringonvalon virtaukseen ja kuiviin olosuhteisiin. [53]

Fotosynteettisissä prokaryooteissa hiilen sitoutumismekanismit ovat monimuotoisempia. Hiilidioksidi voidaan kiinnittää Calvin-syklissä, käänteisessä Krebs-syklissä [54] tai asetyyli-CoA-karboksylointireaktioissa. [55] [56] Prokaryootit - kemoautotrofit sitovat myös CO: ta2 Kalvin-syklin läpi, mutta epäorgaanisista yhdisteistä saatua energiaa käytetään reaktion suorittamiseen. [57]

Hiilihydraatit ja glykaanit

Sokerin anabolismin prosessissa yksinkertaiset orgaaniset hapot voidaan muuntaa monosakkarideiksi, esimerkiksi glukoosiksi, ja sitten käyttää syntetisoimaan polysakkarideja, kuten tärkkelystä. Glukoosin muodostumista sellaisista yhdisteistä kuin pyruvaatti, laktaatti, glyseriini, 3-fosfoglyseraatti ja aminohapot kutsutaan glukoneogeneesiksi. Glukoneogeneesin prosessissa pyruvaatti muuttuu glukoosi-6-fosfaatiksi joukon välituoteyhdisteitä, joista monet muodostuvat myös glykolyysiin. [35] Glukoneogeneesi ei kuitenkaan ole pelkästään glykolyysiä vastakkaiseen suuntaan, koska useat kemialliset reaktiot katalysoivat erityisiä entsyymejä, mikä mahdollistaa glukoosin muodostumis- ja hajoamisprosessien itsenäisen säätelyn. [58] [59]

Monissa organismeissa varastoidaan ravinteita lipidien ja rasvojen muodossa, mutta selkärankaisilla ei ole entsyymejä, jotka katalysoivat asetyyli-CoA: n (rasvahappojen metabolian tuote) muuttumista pyruvaatiksi (glukoneogeneesin substraatti). [60] Pitkäaikaisen nälkähäiriön jälkeen selkärankaiset alkavat syntetisoida ketonirunkoja rasvahapoista, jotka voivat korvata glukoosin kudoksissa, kuten aivoissa. [61] Kasveissa ja bakteereissa tämä aineenvaihduntaongelma ratkaistaan ​​käyttämällä glyoksylaattisykliä, joka ohittaa dekarboksylointivaiheen sitruunahapposyklissä ja sallii asetyyli-CoA: n muuntautumisen oksaaloasetaatiksi, ja sitten sitä käytetään glukoosisynteesiin. [60] [62]

Polysakkaridit suorittavat rakenteelliset ja metaboliset toiminnot, ja niitä voidaan myös yhdistää lipidien (glykolipidien) ja proteiinien (glykoproteiinien) kanssa oligosakkariditransferaasientsyymeillä. [63] [64]

Rasvahapot, isoprenoidit ja steroidit

Rasvahapot muodostuvat rasvahapposyntaasien avulla asetyyli-CoA: sta. Rasvahappojen hiilirunko pidentyy reaktiosyklissä, jossa asetyyli ryhmä ensin liittyy, sitten karbonyyliryhmä pelkistetään hydroksyyliryhmäksi, sitten tapahtuu kuivuminen ja seuraava talteenotto. Rasvahappojen biosynteesi-entsyymit luokitellaan kahteen ryhmään: eläimissä ja sienissä kaikki rasvahappojen synteesireaktiot suoritetaan yhden tyypin I monitoimisella proteiinilla [65] kasvien plastideissa ja bakteereissa, ja kutakin tyyppiä katalysoivat yksittäiset tyypin II entsyymit. [66] [67]

Terpeenit ja terpenoidit ovat suurimman kasviperäisten luonnontuotteiden luokan edustajia. [68] Tämän aineryhmän edustajat ovat isopreenin johdannaisia ​​ja muodostuvat isopentyylipyrofosfaatin ja dimetyyliallyyliprofosfaatin aktivoiduista esiasteista, jotka puolestaan ​​muodostuvat erilaisissa metabolisissa reaktioissa. [69] Eläimissä ja arhaassa isopentyylipyrofosfaatti ja dimetyyliallyylipyrofosfaatti syntetisoidaan asetyyli-CoA: sta mevalonaattireitillä, [70] kun taas kasveissa ja bakteereissa pyruvaatti ja glyserraldehydi-3-fosfaatti ovat ei-mevalonaattireitin substraatteja. [69] [71] Steroidien biosynteesireaktioissa isopreenimolekyylit yhdistävät ja muodostavat skvaleenin, joka muodostaa sitten sykliset rakenteet lanosterolin muodostuessa. [72] Lanosteroli voidaan muuttaa muiksi steroideiksi, kuten kolesteroliksi ja ergosteroliksi. [72] [73]

Oravat

Organismit eroavat kyvystään syntetisoida 20 yleistä aminohappoa. Useimmat bakteerit ja kasvit voivat syntetisoida kaikki 20, mutta nisäkkäät voivat syntetisoida vain 11 välttämätöntä aminohappoa. [7] Nisäkkäiden on siis saatava 9 välttämätöntä aminohappoa ruoasta. Kaikki aminohapot syntetisoidaan glykolyysivälituotteista, sitruunahapposyklistä tai pentoosimonofosfaattireitistä. Aminoryhmien siirtymistä aminohapoista alfa-ketohapoihin kutsutaan transaminaatioksi. Aminoryhmän luovuttajat ovat glutamaatti ja glutamiini. [74]

Peptidisidoksilla kytketyt aminohapot muodostavat proteiineja. Jokaisella proteiinilla on ainutlaatuinen aminohappotähteiden sekvenssi (primaarinen proteiinirakenne). Aivan kuten aakkosten kirjaimet voidaan yhdistää sanojen melkein loputtomien variaatioiden muodostumiseen, aminohapot voivat sitoutua toiseen sekvenssiin ja muodostaa erilaisia ​​proteiineja. Aminoasyyli-tRNA-syntetaasientsyymi katalysoi aminohappojen ATP-riippuvaista lisäystä tRNA: han esterisidoksilla, ja muodostuu aminoasyyli-tRNA: ita. [75] Aminoasyyli-tRNA: t ovat ribosomien substraatteja, jotka yhdistävät aminohapot pitkiksi polypeptidiketjuiksi käyttämällä mRNA-matriisia. [76]

nukleotidit

Nukleotidit muodostuvat aminohapoista, hiilidioksidista ja muurahaishaposta reaktioketjussa, jonka kulkemiseen tarvitaan suuri määrä energiaa. [77] [78] Siksi useimmissa organismeissa on tehokkaat säilyttämisjärjestelmät aiemmin syntetisoituille nukleotideille ja typpiemäksille. [77] [79] Puriinit syntetisoidaan nukleosideina (jotka liittyvät pääasiassa riboosiin). Adeniini ja guaniini muodostetaan inosiinimonofosfaatista, joka syntetisoidaan glysiinistä, glutamiinista ja aspartaatista osallistumalla metyylitetrahydrofolaattiin. Pyrimidiinit syntetisoidaan orotaatista, joka muodostuu glutamiinista ja aspartaatista. [80]

Ksenobiotiikit ja hapettava aineenvaihdunta

Kaikki organismit altistuvat jatkuvasti yhdisteille, joiden kertyminen voi olla haitallista soluille. Tällaisia ​​mahdollisesti vaarallisia vieraita yhdisteitä kutsutaan ksenobiotiikoiksi. [81] Ksenobiotit, kuten synteettiset huumeet ja luonnossa esiintyvät myrkyt, detoksifioidaan erikoistuneilla entsyymeillä. Ihmisissä tällaisia ​​entsyymejä edustavat esimerkiksi sytokromioksidaasit, [82] glukuronyylitransferaasi, [83] ja glutationi-S-transferaasi. [84] Tämä entsyymijärjestelmä toimii kolmessa vaiheessa: ensimmäisessä vaiheessa ksenobiotikot hapetetaan, sitten vesiliukoiset ryhmät konjugoidaan molekyyleiksi, sitten modifioidut vesiliukoiset ksenobiotiikit voidaan poistaa soluista ja metaboloida ennen niiden erittymistä. Kuvattuilla reaktioilla on tärkeä rooli pilaavien aineiden hajoamisessa mikrobien avulla sekä saastuneiden maiden ja öljyvuotojen bioremedikaatiossa. [85] Monia sellaisia ​​reaktioita tapahtuu monisoluisten organismien osallistumisella, mutta uskomattoman monimuotoisuutensa vuoksi mikro-organismit selviävät paljon laajemmasta ksenobiotiikasta kuin monisoluiset organismit ja voivat jopa tuhota pysyviä orgaanisia yhdisteitä, kuten kloorivetyjä. [86]

Aiheeseen liittyvä ongelma aerobisille organismeille on oksidatiivinen stressi. [87] Hapettavan fosforyloinnin ja disulfidisidosten muodostumisen prosessissa proteiinien laskostamisen aikana muodostuu reaktiivisia happilajeja, kuten vetyperoksidia. [88] Nämä haitalliset hapettimet poistavat antioksidantit, kuten glutationi, katalaasi- ja peroksidaasientsyymit. [89] [90]

Elävien organismien termodynamiikka

Elävät organismit noudattavat termodynamiikan periaatteita, jotka kuvaavat lämmön ja työn muutosta. Termodynamiikan toisen lain mukaan entropia ei vähene missään eristetyssä järjestelmässä. Vaikka elävien organismien uskomattoman monimutkaisuus on selvästi ristiriidassa tämän lain kanssa, elämä on mahdollista, koska kaikki organismit ovat avoimia järjestelmiä, jotka vaihtavat ainetta ja energiaa ympäristön kanssa. Siksi elävät järjestelmät eivät ole termodynaamisessa tasapainossa, vaan toimivat sen sijaan hajoavana järjestelmänä, joka ylläpitää tilansa monimutkaista organisaatiota aiheuttaen suuremman kasvun ympäristön entropialle. [91] Solunvaihdunnassa tämä saavutetaan yhdistämällä spontaanit katabolismin prosessit muihin kuin spontaaniin anabolismiprosesseihin. Termodynaamisissa olosuhteissa aineenvaihdunta ylläpitää järjestystä luomalla häiriöitä. [92]

Sääntely ja valvonta

Homeostaasiksi kutsutaan kehon sisäisen ympäristön vakiona. Koska useimpien organismien ympäröivä ulkoinen ympäristö muuttuu jatkuvasti, jatkuvien olosuhteiden ylläpitämiseksi solujen sisällä aineenvaihdunnan reaktiot on säänneltävä tarkasti. [93] [94] Metabolian sääntely antaa organismien reagoida signaaleihin ja olla aktiivisessa vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa. [95] Entsyymin tapauksessa säätelyyn sisältyy sen aktiivisuuden lisääminen ja vähentäminen vasteena signaaleihin. Toisaalta entsyymi säätelee jonkin verran metabolista reittiä, mikä määritellään entsyymiaktiivisuuden muutoksen vaikutukseksi tietylle metaboliselle reitille. [96]

Metabolisen sääntelyn tasoja on useita. Metabolisen kulun aikana itsesääntely tapahtuu substraatin tai tuotteen tasolla; esimerkiksi tuotemäärän pieneneminen voi kompensoida reaktiosubstraatin virtauksen lisääntymisen tällä polulla. [97] Tämäntyyppiseen säätelyyn sisältyy usein tiettyjen entsyymien aktiivisuuden allosterinen säätely aineenvaihduntareiteillä. [98] Ulkoiseen hallintaan sisältyy monisoluisen organismin solu, joka muuttaa aineenvaihduntaa vasteena muiden solujen signaaleille. Nämä signaalit, yleensä liukoisten lähettiviestien, kuten hormonien ja kasvutekijöiden muodossa, määritetään spesifisillä reseptoreilla solun pinnalla. [99] Sitten nämä signaalit siirretään soluun sekundaaristen lähettijärjestelmien avulla, jotka usein liittyvät proteiinien fosforylaatioon. [100]

Hyvin tutkittu esimerkki ulkoisesta kontrollista on glukoosimetabolian sääteleminen insuliinilla. [101] Insuliini tuotetaan vastauksena verensokerin nousuun. Hormoni sitoutuu solun pinnalla olevaan insuliinireseptoriin, sitten aktivoituu proteiinikinaasien kaskaadi, joka varmistaa solujen glukoosimolekyylien imeytymisen ja muuntaa ne rasvahappo- ja glykogeenimolekyyleiksi. [102] Glykogeenimetaboliaa säätelee fosforylaasin (glykogeeniä hajottavan entsyymin) ja glykogeenisyntaasin (sitä muodostavan entsyymin) aktiivisuus. Nämä entsyymit ovat kytketty toisiinsa; fosforylaatiota estää glykogeenisyntaasi, mutta aktivoi fosforylaasi. Insuliini aiheuttaa glykogeenisynteesiä aktivoimalla proteiinifosfataaseja ja vähentäen näiden entsyymien fosforylaatiota. [103]

evoluutio

Edellä kuvattuja pääasiallisia metaboliareittejä, esimerkiksi glykolyysi ja Krebs-sykli, on läsnä kaikissa kolmessa elävien olentojen domeeneissa ja ne ovat viimeisessä universaalisessa yhteisessä esi-isässä. [3] [104] Tämä universaali esi-isä oli prokaryootti ja todennäköisesti metanogeeni aminohappo-, nukleotidi-, hiilihydraatti- ja lipidimetabolian kanssa. [105] [106] Näiden muinaisten metabolisten reittien säilyminen evoluutiossa voi johtua tosiasiasta, että nämä reaktiot ovat optimaalisia erityisten metabolisten ongelmien ratkaisemiseksi. Siksi glykolyysi- ja Krebs-syklin lopputuotteet muodostetaan suurella hyötysuhteella ja minimimäärällä vaiheita. [4] [5] Ensimmäiset entsyymipohjaiset aineenvaihduntareitit voisivat olla osa nukleotidien puriinimetabolia, kun aikaisemmat metaboliset reitit olivat osa RNA: n muinaista maailmaa. [107]

Monia malleja on ehdotettu kuvaamaan mekanismeja, joilla uudet metaboliset reitit kehittyivät. Niihin sisältyy uusien entsyymien peräkkäinen lisääminen lyhyelle esi-isien reitille, päällekkäisyys ja sitten kaikkien polkujen divergenssi, samoin kuin olemassa olevien entsyymien valinta ja niiden kokoaminen uuteen reaktioreittiin. [108] Näiden mekanismien suhteellinen merkitys on epäselvä, mutta genomiset tutkimukset ovat osoittaneet, että metabolisen reitin entsyymeillä on todennäköisesti yhteinen alkuperä, mikä viittaa siihen, että monet reitit ovat kehittyneet askel askeleelta uusien toimintojen avulla, jotka on luotu olemassa olevista reitin vaiheista. [109] Vaihtoehtoinen malli perustuu tutkimuksiin, jotka seuraavat proteiinien rakenteen kehitystä metabolisissa sidoksissa; ehdotetaan, että entsyymit koottiin suorittamaan samanlaisia ​​toimintoja erilaisilla metaboliareiteillä [110]. Nämä kokoonpanoprosessit johtivat entsymaattisen mosaiikin kehitykseen. [111] Jotkut aineenvaihdunnan osat voivat olla olemassa “moduuleina”, joita voitaisiin käyttää uudelleen eri tavoin suorittaakseen samanlaisia ​​toimintoja. [112]

Evolution voi myös johtaa metaboolisten toimintojen menetykseen. Esimerkiksi joissakin loisissa menetetään aineenvaihduntaprosessit, jotka eivät ole tärkeitä selviytymiselle, ja isännästä saadaan valmiita aminohappoja, nukleotideja ja hiilihydraatteja. [113] Samanlaisia ​​metabolisen potentiaalin yksinkertaistuksia havaitaan endosymbioottisissa organismeissa. [114]

Tutkimusmenetelmät

Klassisesti aineenvaihduntaa tutkitaan yksinkertaistetulla lähestymistavalla, joka keskittyy yhteen aineenvaihduntareittiin. Erityisen arvokasta on leimattujen atomien käyttö kehon, kudoksen ja solutasolla, jotka määrittävät reitin prekursoreista lopputuotteisiin tunnistamalla radioaktiivisesti leimatut välituotteet. [115] Entsyymit, jotka katalysoivat näitä kemiallisia reaktioita, voidaan sitten eristää niiden kinetiikan ja vasteen estäjille tutkimiseksi. Rinnakkaislähestymistapa on tunnistaa pienet molekyylit soluissa tai kudoksissa; Koko joukko näitä molekyylejä kutsutaan metaboliksi. Nämä tutkimukset antavat yleensä hyvän käsityksen yksinkertaisten metabolisten reittien rakenteesta ja toiminnoista, mutta ne eivät ole riittäviä sovellettaessa monimutkaisempiin järjestelmiin, esimerkiksi solujen täydelliseen aineenvaihduntaan. [116]

Ajatus metaboolisten verkkojen monimutkaisuudesta soluissa, jotka sisältävät tuhansia erilaisia ​​entsyymejä, heijastuu oikealla olevassa kuvassa, joka osoittaa vuorovaikutuksia vain 43 proteiinin ja 40 metaboliitin välillä, joita säätelee 45 000 geeniä. [117] Nyt on kuitenkin mahdollista käyttää tällaista genomitietoa kokonaisen biokemiallisten reaktioiden verkoston luomiseen ja muodostaa kokonaisvaltaisempia matemaattisia malleja, jotka voivat selittää ja ennustaa heidän käyttäytymistään. [118] Nämä mallit ovat erityisen vahvoja, kun niitä käytetään yhdistämään klassisista menetelmistä johdetut reitti- ja metaboliittitiedot proteiinitutkimuksista ja DNA: sta tehdyissä mikrotutkimuksissa saatuihin geeniekspression tietoihin. [119] Näitä menetelmiä käyttämällä luodaan ihmisten aineenvaihdunnan malli, joka toimii suuntaviivana tulevalle lääketutkimukselle ja biokemialliselle tutkimukselle. [120] Näitä malleja käytetään tällä hetkellä verkkoanalyyseissä luokittelemaan ihmisen sairaudet ryhmiin, jotka eroavat toisistaan ​​yleisillä proteiineilla tai metaboliiteilla. [121] [122]

Vaikuttava esimerkki bakteerien aineenvaihduntaverkostoista on rusetin [123] [124] [125] suunnittelu, jonka rakenne mahdollistaa monenlaisten ravintoaineiden lisäämisen ja monenlaisten tuotteiden ja monimutkaisten makromolekyylien tuotannon suhteellisen vähän yleisiä välituotteita käyttämällä.

Tämän tiedon tärkein tekninen perusta on aineenvaihdunta. Täällä organismeja, kuten hiivaa, kasveja tai bakteereja, muunnetaan geneettisesti tehostamaan niitä bioteknologiassa ja auttamaan lääkkeiden, kuten antibioottien tai teollisuuskemikaalien, kuten 1,3-propaanidiolin ja shikimihapon, valmistuksessa. [126] Nämä geneettiset muunnokset on yleensä tarkoitettu vähentämään tuotteiden valmistukseen käytetyn energian määrää, lisäämään saantoja ja vähentämään tuotantojätettä. [127]

Tarina

Aineenvaihdunnan tutkimuksen historia kattaa useita vuosisatoja. Tutkimukset aloitettiin eläinorganismien tutkimuksella, nykyisessä biokemiassa tutkitaan yksittäisiä metabolisia reaktioita. Aineenvaihdunnan käsite kohdataan ensin Ibn al-Nafisin (1213 - 1288) teoksissa, jotka kirjoittivat, että "ruumiin ja sen osien tila on jatkuvassa rappeutumis- ja ravitsemustilassa, niin että se väistämättä käy jatkuvasti muutosten läpi". [128] Santorio Santorio julkaisi ensimmäiset kontrolloidut kokeet ihmisen aineenvaihdunnasta vuonna 1614 italialaisessa kirjassa. Ars de statica medicina. [129] Hän kuvasi, kuinka hän punnitsi itsensä ennen ja jälkeen syömisen, nukkumisen, työskentelyn, seksiä, tyhjään vatsaan, juoman ja virtsan erittymisen jälkeen. Hän huomasi, että suurin osa hänen ottamista ruuista hävisi prosessin, jota kutsuttiin ”näkymättömäksi haihtumiseksi”.

Varhaisissa tutkimuksissa aineenvaihduntavastemekanismeja ei havaittu, ja uskottiin, että elävä voima kontrolloi elävää kudosta. [130] 1800-luvun tutkimuksessa, jossa käytettiin alkoholin käymistä alkoholilla hiivalla, Louis Pasteur päätteli, että käymistä katalysoivat hiivasolujen aineet, joita hän kutsui entsyymeiksi. Pasteur kirjoitti, että "alkoholikäyminen - elämään liittyvä toiminta, jonka järjestävät hiivasolut, ei liity solujen kuolemaan tai hajoamiseen". [131] Tämä löytö yhdessä Friedrich Wöhlerin julkaisun kanssa vuonna 1828 urean kemiallisesta synteesistä [132] osoitti, että soluissa havaitut orgaaniset yhdisteet ja kemialliset reaktiot eivät eroa periaatteessa, kuten mikään muu kemian osa..

Entsyymien löytäminen 1900-luvun alussa, jonka teki Eduard Buchner, erotti aineenvaihduntareaktioiden tutkimuksen solujen tutkimuksesta ja johti biokemian kehitykseen tieteenä. [133] Yksi kahdenkymmenennen vuosisadan alun menestyneistä biokemisteistä oli Hans Adolf Krebs, joka antoi suuren panoksen aineenvaihdunnan tutkimukseen. [134] Krebs kuvasi ureasyklin ja myöhemmin yhdessä Hans Kornbergin kanssa sitruunahapposyklin ja glyoksylaattisyklin. [135] [62] Nykyaikaisissa biokemiallisissa tutkimuksissa käytetään laajasti uusia menetelmiä, kuten kromatografia, röntgendiffraktioanalyysi, NMR-spektroskopia, elektronimikroskopia ja klassinen molekyylidynamiikkamenetelmä. Näiden menetelmien avulla voit löytää ja tutkia yksityiskohtaisesti monia soluissa olevia molekyylejä ja aineenvaihduntareittejä..