Катаболические процессы это: Катаболизм — все самое интересное на ПостНауке

Физиология человека и животных » Обмен веществ и энергии как основное условие гомеостазиса. Анаболические и катаболические процессы. Обмен веществ как источник образования тепла

Обязательным условием существования организма человека, как и всех живых организмов, является постоянный обмен веществ и энергии с внешней средой. В ходе обмена веществ питательные вещества, богатые энергией, подвергаются химическим превращениям с выделением энергии, используемой организмом для обеспечения жизнедеятельности, а конечные продукты обмена веществ с низким содержанием энергии удаляются из клетки.

Обмен веществ, или метаболизм, делится на две основные группы процессов: ассимиляцию и диссимиляцию. Ассимиляция, или анаболизм, – это процессы усвоения веществ, поступающих в организм из внешней среды, образование более сложных органических соединений из простых с запасанием энергии в макроэргических связях молекул АТФ. Диссимиляция, или катаболизм, – это распад сложных органических веществ, входящих в состав клеточных структур, до более простых веществ, сопровождающееся выделением энергии. Метаболизм жиров и углеводов служит главным образом для обеспечения физиологических функций (функциональный метаболизм), а метаболизм белков – для поддержания и изменения структуры организма (структурный метаболизм) (см. схему).

Этапы высвобождения и запасания энергии в организме. Общая продукция энергии в организме включает в себя выделенную энергию, израсходованную на внешнюю работу (мышечные сокращения, активный транспорт веществ, работа сердца и т.д.), теплопродукцию и запасенную энергию (в химических связях молекул, в первую очередь в связях молекул АТФ). Свободная энергия для организма поступает лишь с пищей. Она аккумулирована в сложных химических связях белков, жиров и углеводов. Чтобы освободить эту энергию (в ходе реакций катаболизма), питательные вещества вначале подвергаются гидролизу, а потом окислению в аэробных и анаэробных процессах.

I этап – гидролиз в желудочно-кишечном тракте: выделяется не более 0,5 % свободной энергии, в результате чего образуется небольшое количество тепла, использующееся организмом для поддержания температуры тела.

II этап – процесс анаэробного окисления глюкозы до пировиноградной кислоты, в котором до 5 % свободной энергии аккумулируется в виде АТФ.

III этап – основной –  процесс аэробного окисления глюкозы до СО₂  и воды в цикле трикарбоновых кислот, или цикле Кребса. В нем происходит утилизация  94,5 % всей энергии. При этом 52 – 54 % энергии накапливается в АТФ, остальная часть выделяется в виде первичной теплоты. Образовавшаяся АТФ используется для совершения полезной работы, и ее энергия выделяется в виде вторичной теплоты.

Цикл Кребса связывает между собой катаболические и анаболические стадии метаболизма, т.к. промежуточные продукты цикла Кребса используются для синтеза мономеров в ходе реакций анаболизма. Из этих мономеров синтезируются клеточные полимеры – белки, жиры, углеводы и используется энергия, запасенная в связях молекул АТФ.

Таким образом, часть аккумулированной в химических связях молекул жиров, белков и углеводов энергии в процессе биологического окисления используется для синтеза АТФ, а другая часть этой энергии сразу превращается в теплоту – так называемая первичная теплота. В результате же функционального и структурного метаболизма происходит расходование запасенной энергии и выделение ее в виде вторичной теплоты, то есть вся свободная энергия в конечном итоге превращается в тепловую энергию. Поэтому, измеряя количество тепловой энергии, выделяемой организмом, можно определить его энергозатраты.

Если измерить все количество тепла, образовавшегося в организме за час или сутки, то это будет мерой суммарной энергии химических связей питательных веществ, подвергшихся за это время биологическому окислению. Так как в процессе биологического окисления используется кислород, то по его потребленному количеству можно судить о величине энергозатрат организма. Количество выделенного тепла определяют с помощью прямой или непрямой калориметрии.

Прямая калориметрия заключается в прямом измерении количества тепла, непосредственно выделенного организмом в теплоизолированной камере. Однако из-за громоздкости и сложности используемого при этом оборудования данный метод применяется редко. Непрямая калориметрия  основана на измерении количества потребленного кислорода и выделенного СО₂. Зная эти величины, вычисляют дыхательный коэффициент.Дыхательный коэффициент  – это отношение объема выделенного СО₂ к объему поглощенного О₂. Величина дыхательного коэффициента зависит от того, какие органические вещества подвергаются окислению. При окислении углеводов дыхательный коэффициент равен 1, так как при полном окисления одной молекулы глюкозы   используется  одна молекула кислорода и выделяется одна молекула СО

2. При окислении одной молекулы белков или одной молекулы жиров образуется меньше молекул СО₂ в расчете на одну потребленную молекулу кислорода, поэтому дыхательный коэффициент белков составляет 0,8, а жиров – 0,7.  Когда в организме одновременно окисляются белки, жиры и углеводы, то дыхательный коэффициент колеблется от 0,7 (окисление только жиров) до 1 (окисление одних углеводов), и составляет в среднем 0,85.

Потребление кислорода сопровождается выделением тепла. Калорический эквивалент кислорода – это количество тепла, образующегося в организме при потреблении им 1 л кислорода. Подсчитав дыхательный коэффициент на основе измерения количества потребленного кислорода и выделенного СО

2, можно определить калорический эквивалент кислорода (табл. 1).

                                                                                      Таблица1

Зависимость калорического эквивалента кислорода (ккал/л) от дыхательного коэффициента (Зинчук, 2007)

Дыхательный коэффициент	0,70	0,80	0,90	1,00
Калорический эквивалент кислорода	4,69	4,80	4,92	5,05

  Затем величину калорического эквивалента кислорода умножают на количество потребленного кислорода и находят общее количество выделенного тепла, или энергетические затраты организма в единицу времени. Так как при этом измеряют количество потребленного кислорода и выделенного СО₂, то метод непрямой калориметрии носит также название метода полного газового анализа.

Анаболизм и катаболизм — единство противоположностей

Обмен веществ и энергии состоит из двух противоположных процессов — анаболизма и катаболизма, которые протекают параллельно (одновременно) друг с другом.

Анаболизм или ассимиляция объединяет все реакции, связанные с синтезом необходимых организму веществ, усвоением их и использованием для роста, развития и жизнедеятельности организма. Анаболизм — это созидание, строительство. Анаболизм — обеспечивает обновление, развитие и рост биологических структур, а также накопление энергии. Через реакции анаболизма протекает процесс усвоения питательных веществ организмом.

Катаболизм или диссимиляция объединяет все реакции, связанные с распадом веществ, их окислением и выведением из организма продуктов распада. Реакции катаболизма обеспечивают извлечение химической энергии из молекул пищи.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! При распаде веществ (катаболизм) высвобождается энергия, которая используется для синтеза (анаболизм) аденозинтрифосфата (АТФ), универсального накопителя и источника энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. Метаболизм представляет собой единый непрерывный процесс, в ходе которого одновременно (одновременно!) происходят противоположные по своему характеру реакции анаболизма и катаболизма

Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динамического равновесия, нарушение которого вызывает неблагоприятные последствия. Вы уже понимаете, что нарушение любого равновесия в сбалансированной системе (в частности — в сбалансированной экологической системе) вызывает только неблагоприятные последствия.

Преобладание анаболических процессов над катаболическими, то есть синтеза над распадом приводит к накоплению массы тканей (главным образом за счет жировых отложений), что вызывает ожирение. Преобладание анаболических процессов над катаболическими может встречаться и в норме у молодых растущих организмов или же при беременности, но в этих случаях преобладание заложено в баланс, то есть система (организм) сбалансирована таким образом, чтобы синтез доминировал над распадом, поскольку у организма есть в этом потребность (рост и развитие самого организма или его плода).

Преобладание катаболических процессов над анаболическими ведет к частичному разрушению тканевых структур, проявляющемуся в норме в старческом возрасте. Чрезмерное преобладание катаболических процессов может привести к истощению и гибели организма.

А теперь давайте немного углубимся в детали и начнем с АТФ.

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) — универсальный источник и аккумулятор энергии в живых клетках. АТФ содержится во всех клетках растений и животных. Количество АТФ в среднем составляет 0,04% от массы клетки. Наибольшее количество АТФ (0,2–0,5%) содержится в скелетных мышцах, т.к. они активно используют энергию.

АТФ состоит из остатков азотистого основания аденина, моносахарида рибозы и трех остатков фосфорных кислот. С химической точки зрения она представляет собой рибонуклеозидтрифосфат.

Структурная формула молекулы АТФ

Энергия высвобождается при гидролизе АТФ — отщеплении остатков фосфорной кислоты. При отщеплении концевого остатка фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту), при отщеплении второго остатка фосфорной кислоты — в АМФ (аденозинмонофосфорную кислоту).

Выход свободной энергии при отщеплении концевого и второго остатков фосфорной кислоты составляет по 30,6 кДж. А вот отщепление третьей фосфатной группы сопровождается выделением только 13,8 кДж. Связи между концевым и вторым, вторым и первым остатками фосфорной кислоты называются макроэргическими или высокоэнергетическими.

Формула АДФ

Формула АМФ

Запасы АТФ постоянно пополняются. В клетках всех организмов синтез АТФ происходит в процессе фосфорилирования, т.е. присоединения фосфорной кислоты к АДФ. Фосфорилирование происходит с разной интенсивностью при дыхании (в митохондриях), гликолизе (в цитоплазме), фотосинтезе (в хлоропластах). Фосфорилирование сопровождается поглощением энергии.

АТФ является основным связующим звеном между процессами, сопровождающимися выделением и накоплением энергии, и процессами, протекающими с затратами энергии. Кроме этого, наряду с другими рибонуклеозидтрифосфатами (ГТФ, ЦТФ, УТФ) АТФ является материалом для синтеза РНК.

АТФ является одним из самых часто обновляемых веществ в организме. Например, у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ составляет несколько десятков секунд (меньше минуты). В течение суток одна молекула АТФ проходит в среднем 2000 — 3000 циклов синтеза и распада. Наш организм синтезирует около 40 кг (килограмм!) АТФ в сутки, но в каждый конкретный момент в нем содержится около 250 грамм АТФ. Запаса АТФ в организме практически не создается, поэтому для нормальной жизнедеятельности необходимо постоянно синтезировать новые молекулы АТФ. Как по-вашему, что из этого следует? То, что нам приходится принимать пищу 3-4 раза в сутки.

Большинству живых организмов для жизнедеятельности необходим кислород и потому они называются аэробными или аэробами (от греческих слов «аэро» — «воздух» и «би-ос» — «жизнь»). Обмен веществ и энергии у аэробов происходит в три этапа: подготовительный, бескислородный и кислородный.

Подготовительный этап осуществляется в желудочно-кишечном тракте и в клеточных лизосомах (пищеварительных органоидах) где высокомолекулярные соединения под действием пищеварительных ферментов распадаются до низкомолекулярных (белки на аминокислоты, полисахариды на моносахариды, жиры на глицерин и жирные кислоты).

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Энергия, которая выделяется при переваривании в желудочно-кишечном тракте и в клеточных лизосомах не запасается, а рассеивается в виде тепла, поскольку здесь, на этом этапе, не происходит параллельного синтеза (восстановления) АТФ!

Низкомолекулярные вещества, образовавшиеся на подготовительном этапе, используются организмом для синтеза своих собственных органических соединений или же расщепляются дальше с целью получения (и создания запасов) энергии.

Бескислородный этап протекает в цитоплазме клеток, где происходит дальнейшее расщепление низкомолекулярных органических веществ. Образованные на первом этапе аминокислоты (продукты расщепления белков) в этом и следующем этапе не используются. Они необходимы организму в качестве материала для синтеза собственных белковых молекул. Для получения энергии аминокислоты (и белки) расходуются крайне редко, лишь в том случае, когда остальные резервы (углеводы и жиры) бывают исчерпаны. В обычных условиях основным источником энергии в клетке является глюкоза. Многоступенчатый процесс бескислородного расщепления глюкозы называют гликолизом, что переводится с греческого как «расщепление глюкозы (сладкого)». Примерно 60 % энергии, выделившейся при гликолизе, рассеивается (теряется) в виде тепла, а примерно 40 % используется для синтеза АТФ.

Главное отличие второго этапа обмена веществ и энергии от первого состоит в том, что на втором этапе организм начинает запасать энергию.

Кислородный этап характеризуется окислением продуктов, образовавшихся в процессе гликолиза, до углекислого газа и воды. При этом освобождается большое количество энергии, большая часть которой используется для синтеза АТФ. Этот процесс протекает в митохондриях и называется клеточным дыханием.

Организмы, для жизнедеятельности которых не нужен кислород, называются анаэробными или анаэробами. Энергетический обмен у анаэробных организмов происходит только в два этапа: подготовительный и бескислородный, поэтому полного окисления органических веществ не происходит и, следовательно, энергии организм получает значительно меньше. Исторически анаэробы являются более древними организмами, которые могли существовать на Земле еще в то время, когда в ее атмосфере отсутствовал свободный кислород.

Поделиться ссылкой

5: Метаболизм I – катаболические реакции

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

ID Page

16120

• E. V. Wong
• Axolotl Academica Publishing

Жизнь требует энергии. Как указывалось в нашем обсуждении биомолекул, основными функциональными компонентами клетки являются в основном полимеры — длинные цепи более мелких отдельных молекулярных единиц. Каждое добавление небольшого звена в цепочку требует энергии. Химические реакции, которые создают сложные молекулы из простых, известны как анаболические реакции. И наоборот, гетеротрофные организмы, такие как животные, потребляют пищу, состоящую из этих крупных полимеров, которые при расщеплении в процессе пищеварения высвобождают энергию для поддержания и построения этого организма. Такие химические реакции, в которых сложные молекулы расщепляются до более простых компонентов, классифицируются как катаболические реакции. Взятые как группа реакций внутри клетки или даже организма, их можно назвать клеточным или организменным анаболизмом или катаболизмом. Сумма обоих типов реакций составляет метаболизм клетки .

• 5.1: Гликолиз

• 5.2: Ферментация

  Гликолиз дал нам некоторую полезную энергию в виде АТФ, а затем есть другие продукты, НАД Н и пируват. Если клетка эукариотическая и кислород доступен, то эти молекулы могут способствовать производству большего количества АТФ. Если кислород недоступен или клетка представляет собой всего лишь низший прокариот, она подвергается ферментации с образованием либо лактата, либо этилового спирта. Зачем клетке лактат или этанол? Это не так, хотя лактат может способствовать общему метаболизму.

• 5.3: 5.3 Цикл ТСА

  Эукариоты вырабатывают огромное количество АТФ, причем, по-видимому, без особых усилий, используя только то, что осталось после того, как гликолиз завершился в молекуле глюкозы: НАДН и пируват. Гликолиз у эукариот, как и следует из его прокариотического происхождения, происходит в цитоплазме. Цикл ТСА (также называемый циклом лимонной кислоты) происходит внутри матрикса митохондрий, двухмембранных органелл.

• 5.4: Окислительное фосфорилирование

  Окислительное фосфорилирование означает фосфорилирование АДФ в АТФ с использованием энергии последовательного переноса электронов (отсюда «окислительное»). Основная концепция заключается в том, что окисление НАДН, будучи сильно экзергоническим, может генерировать энергию, необходимую для фосфорилирования АДФ. Поскольку окисление НАДН кислородом потенциально может высвободить 52 ккал/моль, а энергия, необходимая для фосфорилирования АТФ, составляет приблизительно 7,5 ккал/моль, можно ожидать образования нескольких АТФ на окисленный НАДН.

• 5.5: Разобщение транспорта электронов от синтеза АТФ

• 5.6: Структура переносчиков электронов

  90 009

• 5. 7: 5.7 Деполимеризация крахмала и гликогена

• 5.8: 5.8 Расщепление жирных кислот

  Гормоночувствительная липаза в жировой ткани гидролизует запасы жира в этих клетках на глицерин и жирные кислоты. Глицерин может вступать в гликолитический цикл путем превращения в дигидроксиацетонфосфат. Жирные кислоты выделяются из жировых клеток в кровоток, где они связываются с белком-носителем, альбумином. Затем этот комплекс может быть перенесен внутрь других клеток путем эндоцитоза, где они могут расщепляться как источник энергии.

• 5.9: Разложение аминокислот

  Белки расщепляются различными протеазами, которые гидролизуют пептидные связи с образованием более мелких пептидов и аминокислот. Те аминокислоты, которые не используются для построения новых белков, могут подвергаться дальнейшему расщеплению, чтобы участвовать в метаболических процессах, обсуждаемых в этой главе.

Миниатюра: Биохимические процессы, которые разлагают объекты от большего к меньшему, называются катаболическими процессами. Катаболические процессы часто носят окислительный характер и высвобождают энергию. Часть, но не вся эта энергия захватывается в виде АТФ. (CC BY-SA-NC; Кевин Ахерн и Индира Раджагопал).

---

Эта страница под названием 5: Метаболизм I – Катаболические реакции распространяется под лицензией CC BY-NC-SA 3.0 и была создана, изменена и/или курирована Э. В. Вонгом посредством исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами Платформа LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Глава

   Автор

   Э. В. Вонг

   Лицензия

   CC BY-NC-SA

   Версия лицензии

   3,0

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. источник@https://www.axopub.com/wp01/2012/02/26/download-cells-molecules-and-mechanisms/

Катаболическое определение и значение — Merriam-Webster

кошка ·​a·​bol·​ic ˌka-tə-ˈbä-lik

: характеризующиеся или стимулирующие метаболическую активность, связанную с расщеплением сложных молекул (таких как белки или липиды) и высвобождением энергии в организме : относящиеся к катаболизму, характеризующиеся им или стимулирующие его

и катаболические процессы находятся в равновесии, ткани остаются неповрежденными, и поддерживается хорошее здоровье. — Пол Клейтон

Дефицит энергии, от которого участники страдали с первого дня, теперь настигает их, и их тела стали катаболическими (предпочтительно питаясь использовать собственные мышечные и жировые запасы для подпитки важнейших метаболических и клеточных процессов) — Элис Парк

катаболически

ˌka-tə-ˈbä-li-k(ə-)lē

наречие

… мозг нуждается в глюкозе как источнике энергии, и он не может катаболически использовать жирные кислоты или аминокислоты. —Миланд Ватве

Примеры предложений

Недавние примеры в Интернете Кортизол высвобождается из надпочечников и является противовоспалительным и катаболическим гормоном, разрушающим клетки. — Келли О’Мара, , вне сети , 15 мая 2014 г. Astroflav Ecdysterone — натуральный стероид, обладающий анаболическими и анти-9-действующими свойствами.0032 катаболические свойства . — Эмбер Смит, Discover Magazine , 12 октября 2022 г. По словам доктора Вертмана, когда уровень тестостерона падает, ваше тело превращается в катаболический вместо , разрушая мышечную ткань, а не наращивая ее. — Эрика Суини, Men’s Health , 1 февраля 2023 г. BCAA могут даже помешать вашим мышцам войти в состояние 9.0032 катаболическое состояние, которое может произойти во время интенсивных тренировок. — Эмбер Смит, Discover Magazine , 12 октября 2022 г. Кортизол, однако, может оказывать ингибирующее или катаболическое действие на наращивание мышечной массы. — Д-р. Майкл Дайно, USA TODAY , 23 июня 2022 г. Любая тренировка переводит нас в катаболическое состояние — расщепление жира и мышц для получения энергии — поэтому перекус в первую очередь еще больше предотвращает разрушение организма, а вместо этого запускает анаболический процесс наращивания мышц. — Сара Шлихтер, 9 лет.0032 Вне сети , 16 августа 2021 г. Узнать больше

Эти примеры программно скомпилированы из различных онлайн-источников, чтобы проиллюстрировать текущее использование слова «катаболический». Любые мнения, выраженные в примерах, не отражают точку зрения Merriam-Webster или ее редакторов. Отправьте нам отзыв об этих примерах.

История слов

Этимология

ранее катаболический, из ката- ката- + (мета)болический

Первое известное использование

1887, в значении, определенном выше

Путешественник во времени

Первое известное использование катаболического было в 1887 г.

Другие слова того же года

Словарные статьи рядом с

катаболическим

катабазис

катаболический

катаболизм

Посмотреть другие записи поблизости

Процитировать эту запись «Катаболический».

Словарь Merriam-Webster.com , Merriam-Webster, https://www.merriam-webster.com/dictionary/catabolic. Доступ 13 мая. 2023.

Копия цитирования

Медицинское определение

катаболический

прилагательное

cat·​a·​bol·ic

: катаболизм или относящийся к катаболизму

катаболически

-i-k(ə-)lē

наречие

Последнее обновление: 8 мая 2023 г.