Регуляция обмена вешеств

Благодаря обмену веществ клетки в организме функционируют с наимень­шей затратой энергии и веществ. Это осуществляется в результате сба­лансированной работы регуляторных систем внутриклеточного метабо­лизма, таких как внутриклеточная, гормональная и нервная регуляции.

Внутриклеточные регуляторные механизмы влияют на активность фер­ментов и их синтез (количество). Регуляторное воздействие могут ока­зывать конечные продукты реакции, отдельные метаболиты и энергети­ческие субстраты. Они либо активируют, либо подавляют активность фер­ментов, что изменяет скорость отдельных биохимических реакций или все­го метаболического пути.

Гормональная регуляция обмена веществ осуществляется специфи­ческими веществами — гормонами. Изме­нение их содержания в клетке также влияет на скорость метаболизма.

Нервная система координирует и объединяет все звенья обмена ве­ществ, воздействуя на указанные выше системы регуляции.

При адаптации организма к мышечной деятельности совершенствуют­ся регуляторные механизмы обмена веществ, что лежит в основе повыше­ния экономичности выполнения работы.

Источники энергии

Известно, что организм человека в состоянии относи­тельного покоя использует в сутки около 8000 кДж энергии. Большая часть энергии расходуется на био­синтез веществ: 1700 кДж — на синтез белков, жиров, углеводов и 3700 кДж — на синтез АТФ. Меньшая часть энергии используется для поддержания работы сердца и дыхательных мышц (1130 кДж), транспорт веществ (900 кДж). Значительно увеличивается рас­ход энергии при выполнении напряженной физичес­кой работы. Энерготраты спортсмена составляют примерно 21 000 кДж • сут"¹. В организме человека энергия химических связей органических веществ извлекается только в процессе их катаболического распада и окисления. При этом высвобождается свободная энергия. Под сво­бодной энергией понимают ту часть потенциальной химической энергии питательных веществ, которая в организме может использоваться для выполнения полезной работы в условиях постоянной температуры и давления. Свободная энергия в клетках не может использоваться непос­редственно в процессах жизнедеятельности. Она в большей степени ак­кумулируется в химических связях высокоэнергетических (макроэргических) соединений, в основном в молекулах АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Только энергия макроэргических соединений может использоваться клетками для обеспечения их многих функций. Эта энергия способна превращаться в другие формы энергии. Изменение уровня свободной энергии в биохимии принято выражать в джоулях (Дж) или калориях (кал). Одна калория соот­ветствует 4,184 Дж. Калория — это количество тепла, необходимое для повышения температуры на 1 градус 1 г воды. Большинство макроэргических веществ являются фосфорорганическими соединениями. Высвобождаемая при их гид­ролизе свободная энергия используется для переноса фосфата на молекулу вещества, у которого потенциал свободной энергии ниже. Реак­ция присоединения фосфата называется фосфорилированием. Самый высокий потенциал свободной энергии имеют фосфоэнолпируват, 1,3-дифосфоглицерат и креатинфосфат. Они легко переносят свою фосфатную группу на другие вещества, в первую очередь на АДФ, которая в клетке выполняет роль универсаль­ного акцептора высокоэнергетического фосфата и используется для обра­зования АТФ. АТФ находится в середине шкалы между веществами с высоким и низким потенциалом переноса фосфатной группы. Поэтому АТФ может переносить свой фосфат на вещества с более низким энергетическим потенциалом, например на глюкозу. Макроэргические связи в молекуле АТФ довольно устойчивы в водной среде, тогда как более высокоэнергетические вещества в воде нестабиль­ны. В связи с этим в молекулах АТФ накапливается свободная энергия и используется в нужный момент для выполнения биологической работы. Поэтому АТФ принадлежит главная роль в обмене энергии в клетках орга­низма. Химическая энергия АТФ постоянно используется в клетках организма для поддержания всех энергопотребляемых биологических процессов. Так, в скелетных мышцах АТФ обеспечивает энергией процессы мышечного сокращения и расслабления. Сократительные белки превращают химическую форму энергии в ме­ханическую энергию мышечного сокращения. Энергия АТФ используется также в клетках нервной системы для об­разования электрического потенциала в процессе возбуждения и переда­чи нервного импульса. Значительное количество АТФ расходуется клеткой на биосинтез различных веществ, особенно на восстановление и накопление белков в скелетных мышцах. Часть энергии АТФ может превращаться в тепловую энергию.