Энергетический обмен

Обмен веществ – это неотъемлемый компонент жизнедеятельности организма. Он включает в себя несколько процессов. Энергетический обмен предусматривает расщепление органических веществ и высвобождение энергии химических соединений и связей. Отмечено, что ее дальнейшее распределение осуществляется частью в виде тепла. Другая часть резервируется в АТФ молекулах.

Этапы энергетического обмена у животных

Первая стадия – подготовительная. Энергетический обмен начинается с проникновения пищи в организм человека или животного в форме сложных высокомолекулярных элементов. Перед тем как проникнуть в ткани и клетки, происходит разрушение этих соединений до низкомолекулярных.

Гидролитическое расщепление органических веществ осуществляется с участием воды. Этот процесс проходит в пищеварительном тракте (у многоклеточных), на клеточном уровне (в лизосомах), в пищеварительных вакуолях (у одноклеточных) под воздействием определенных ферментов.

Белки у человека и животных расщепляются в двенадцатиперстной кишке и желудке до аминокислот. Этот процесс происходит под воздействием пептидгидролаз (хемотрипсина, трипсина, пепсина). Еще в ротовой полости начинается процесс расщепления полисахаридов. В этом принимает участие фермент птиалин. Дальнейшее расщепление полисахаридов происходит под воздействием амилазы в двенадцатиперстной кишке. Здесь же происходит расщепление жиров. На этот процесс воздействует липаза. Та энергия, которая выделяется после этого, распределяется в форме тепла.

Энергетический обмен включает в себя поступление питательных компонентов в кровь и транспортировку их ко всем клеткам и органам. В клетках они проникают непосредственно в цитоплазму либо лизосому. В случае, если вещества расщепляются в лизосомах на клеточном уровне, то они сразу доставляются в цитоплазму. Эта стадия предусматривает подготовку соединений к внутриклеточному расщеплению.

На второй стадии энергетический обмен представляет собой бескислородное окисление. Процессы при этом происходят без участия кислорода, на клеточном уровне. Окисление проходит в клеточной цитоплазме. Одним из ключевых элементов, обеспечивающих энергетический обмен, является глюкоза. Прочие органические соединения (аминокислоты, глицерин, жирные кислоты) включаются в процесс ее превращения на различных стадиях.

Расщепление глюкозы без участия кислорода называется гликолизом. Это соединение претерпевает несколько последовательных превращений. Сначала происходит ее преобразование во фруктозу. Глюкоза фосфолируется - активируется под воздействием двух молекул АТФ, превращаясь во фруктозо-дифосфат. Поле этого происходит распад молекулы шестиатомного углерода на две трехуглеродных молекулы глицерофосфата. В результате нескольких реакций происходит их окисление. При этом молекулы теряют по два водородных атома, превращаясь в итоге в молекулы пировиноградной кислоты. Результатом этих реакций является четыре синтезированные молекулы АТФ. Поскольку для начальной активации глюкозы было использовано две АТФ молекулы, то в общем итоге образуется 2АТФ. Выделяющаяся, таким образом, при расщеплении глюкозы энергия частично резервируется, а частично выделяется в форме тепла.

На третьем этапе происходит дыхание (биологическое окисление). Данная стадия возможна только под воздействием кислорода. В связи с этим она называется кислородной. Протекает этот процесс в митохондриях.

В условиях общего (основного) обмена энергетические затраты (в среднем) для взрослого человека составляют порядка 24 ккал/кг/сутки. При расчете на среднестатистического человека расход в сутки составляет 1500 ккал для женщин и порядка 1700 ккал для мужчин. У больных с разным профилем патологии потребность в энергии в сутки может повыситься в два-три раза.