0 6743 2 года назад

Определяющим фактором в росте мышечной массы, потере жировой прослойки, приобретении мышцами тонуса и многих других приятных процессов является обменный процесс – анаболизм. Что это такое и как понимание механизмов поможет продолжать прогрессировать в спорте, рассмотрим далее.

Что это такое?

Анаболизм – что это такое? Это метаболический процесс, один из двух основных направленный на компенсацию стрессового воздействия. Важно понимать, что все процессы в организме регулируются двумя основными постулатами. Оптимизацией ресурсов или наращиванием. Соответственно, наращивание структур возможно только при переизбытке строительных материалов. А это значит, что для анаболизма нужно три основных фактора:

• Стрессовая ситуация;
• Достаточное восстановление ;
• Энергетические материалы.

Важно: анаболизм – это динамический, а не статический процесс. А это значит, что, даже если вы накачались и стали очень сильным, при отсутствии одного из факторов, процессы замедляться и, скорее всего, регрессируют.

Кроме того важно понимать, что анаболизм – это не только наращивание мышечных структур с последующим увеличением силы и выносливости, но и мощный энергетический процесс, который связывает все основные обменные процессы, и даже влияет на иммунную систему человека.

Простыми словами

Все это сложно и для большинства не атлетов, такие подробности биохимических процессов в организме окажутся излишними. Поэтому постараемся объяснить простыми словами всю суть анаболизма. Под воздействием стресса, не важно какого (будь то тренировка, нервный срыв, болезнь и пр.), организм стремится подготовиться к аналогичной ситуации. Т.е. если он не смог что-либо сделать, он не думает что это всего лишь тренировка, а считает, что такие же нагрузки могут возникнуть в дальнейшем. Поэтому, наш организм стремиться восполнить ресурсы. Сделать это он может двумя путями:

• Путем создания новых волокон из внешних энергетических источников;
• Оптимизируя собственные ресурсы.

Обычно при тренировках этот процесс происходит комплексно. Восстанавливая мышцы после микротравм, организм не знает меры, поэтому всегда все делает с запасом. Все это и приводит к улучшению силовых показателей.

Что же касается динамизма анаболизма, то здесь все еще проще. Если долгое время, у организма нет прежних стрессовых ситуаций (тренировок/болезней и пр.), то он избавляется от излишков мышц и ненужных клеток. Это называется оптимизация ресурсов. Дело в том, что иммунные клетки и мышечные клетки являются очень мощными энергопотребителями.

В частности они требуют дополнительного кислорода, гликогена, и кровоснабжения. Все это увеличивает нагрузку на все основные системы. Поэтому, организм, считая, что это нерентабельно для него, постепенно уменьшает размер энергопотребителей, таким образом, пытаясь продлить жизнь.

Примечание: Единственная мышца, которой этот факт не касается – сердечная. Потому что в отличие от других мышц, нагрузка на неё хоть и падает, все же остается неизменной. Поэтому время, которое могло бы потребоваться на разрушение излишнего объема невозможно, так как сердце ни на секунду не прекращает свою работу.

Стадии анаболизма

Если рассматривать анаболизм как комплексный физиологический метаболический процесс, то можно выделить три основные стадии, которые являются определяющими в определении уровней.

1. Гормональная стадия.
2. Генетическая стадия.
3. Стадия строительства.

Рассмотрим подробнее, как происходят процессы. Сначала под воздействием стресса, организм начинает фазу супервосстановления. На этой стадии, активизируются стабилизирующие гормоны. Это происходит для того чтобы, в следующий раз, за счет лучшей подготовленности организм смог сделать нагрузку не стрессовой для себя. Так, в гипофизе начинает выделяться гормон роста (не всегда), который далее приводит к выработке мужских половых гормонов.

Примечание: Мужские половые гормоны (далее тестостерон), выделяются не только у мужчин, но и у женщин. Но это не значит, что стоит переживать по поводу возможностей маскулинизации или вирилизации. Выделяется не андрогенная составляющая, а только та часть, которая влияет на восстановление после стресса.

Далее, под воздействием изменения в гормональном фоне начинается генетическая составляющая. В этот момент, анаболический процесс сменяется катаболическим. Организм разрушает старые клетки, перестраивая структуру дезоксирибонуклеиновой кислоты. Идет укрепление связей, и построение дополнительных цепочек, на основе которых, клетка, чье ДНК подверглось воздействию, создает предпосылки к третьей стадии.

Третья стадия (стадия строительства), может идти двумя основными способами. Классическое воздействие дезоксирибонуклеиновой кислоты приводит к гипертрофии мышечной клетки, благодаря чему увеличивается её:

• Энергетическая емкость. За счет увеличения запасов гликогена, в соответствующем депо.
• Силовая составляющая. Перестройка мышц, делает их более плотными, рычаг становится более упругим, что позволяет лучше двигаться, таскать большие тяжести и пр.
• Увеличение в объеме. Обычно это является следствием, как гликогена, так и кровяной емкости. Мышечные клетки, нуждаются в большем количестве кислорода, благодаря чему они увеличивают свободный объем.

Баланс – анаболизм Vs катаболизм

Как известно, метаболизм – это динамическая постоянно изменяющаяся система, которая очень тонко подстраивается под окружающую среду. Так, исходя из исследований, за 5 лет, организм обновляет полностью все клетки в организме. А теперь представьте, что происходит в том случае, когда вы ускоряете свой анаболизм, и стремитесь сместить сторону весов в анаболическую сторону.

Организм, стремится восстановить баланс. Поэтому любой анаболический фон сопровождается активным катаболическим сопротивлением.

Что это значит простыми словами? Все очень просто – организм стремится настроиться на определенную нагрузку, и её постоянное повышение для него является хроническим стрессом, которого он стремится избежать. Так что же такое анаболизм на этих весах? Кроме того, поддержание анаболического фона является дополнительным энергетическим стрессом. Поэтому при малейшей возможности (например, во время сна), организм вступает в противоборство. Каждый раз, когда он должен перестраивать клетки, он стремится их разрушить.

Фактически происходит два одновременных процесса, строительство и разрушение клеток. И стимулирование анаболизма, всего лишь увеличивает скорость строительства, перед скоростью разрушения. Катаболизм же стремится ускориться для того, чтобы вернуть тело в равновесие.

Интересный факт: Именно с этим фактором, связано то, что атлеты без использования анаболиков и других вспомогательных веществ, рано или поздно упираются в генетический предел своих возможностей. Так, например, мы до сих пор не можем поднимать 1000 килограммовые тяжести и пр. Так как скорость анаболизма ограничена, а катаболизм постоянно ускоряется.

В случае, когда анаболизм замедляется, взявший длительный разгон как противовес, не может сразу остановится, это ведет к быстрой потере силовых результатов и мышечной массы. Так, например время, которое требуется атлету для достижения пиковой формы примерно равно 3-ем, 4-ем годам. В тоже время, при полном отказе от спорта, его тело откатывается уже за полгода, до почти изначального состояния.

Важно понимать, что в процессе самой тренировки, под воздействием стресса, катаболические процессы протекают значительно быстрее анаболических. Ведь организм стремится в быстром порядке оптимизировать свои ресурсы для противостояния стрессу, и сделать он это может только благодаря наличию внутренних резервов.

Определяющие анаболизм факторы

Если вы всерьез решили заняться профессиональным спортом, хотите подтянуть свою фигуру к летку, или просто интересуетесь основными определяющими факторами, влияющими на анаболизм, вам нужно учитывать три основных фактора:

• Стресс. В нашем случае это тренировочные нагрузки.
• Сон. Как естественный перезагрузочный и перестроечный процесс, во время которого происходит основное строительство.
• Питание. Как основной элемент, благодаря которому организм может получать все необходимое для улучшения собственных энергопотребителей.
• Вспомогательные вещества. О них стоит поговорить отдельно.

Питание

На первом месте в стимуляции анаболизма лежит питание. Ведь после катаболического стресса, вызванного тренировкой, запасы и внутренние резервы организма находятся в большом дефиците. Их восполнение является обязательным атрибутом к прогрессу. Кроме того питание, это:

• Возможность стимулировать тестостерон, продуктами, смещающими метаболические весы;
• Возможность увеличить энергетические запасы, за счет противовеса катаболическим процессам;
• Единственный источник аминокислот и гликогена, без которого невозможно дальнейшее строительство.

Для достижения постоянного анаболического фона, нужно постоянно смещать весы в свою сторону. Для этого атлеты постоянно увеличивают калорийность, содержание белка в питании, и используют витаминные комплексы (из натуральных продуктов), для того чтобы не только возместить резервы, но и благодаря супервосстановлению.

Сон

Сон является необходимым перезагрузочным фактором. Он не только определяет восстановление, но и является определяющим процессом, который стремится уравновесить. В частности, строительные процессы под гормональным давлением могут проходить только в самой глубокой фазой сна. Это означает, что для полного восстановления энергетических запасов и увеличения мышечных объемов нужно спать не менее 2-х четырехчасовых циклов в сутки. Желательно в один заход. Обратной стороной является тот фактор, что во время сна, разогнанный метаболизм замедляется, и далеко не сразу успевает ускориться после подъема. Поэтому спать больше 12 часов не рекомендуется.

Нагрузки

Вот мы и подошли к главному определяющему фактору, влияющему на анаболизм. Без него, анаболические процессы просто невозможны. А именно стрессовые нагрузки. Под воздействием стресса организм:

• Истощает запасы гликогена;
• Разрушает мышечные волокна;
• Накапливает метаболиты молочной кислоты;
• Выводит мозг из кислородного равновесия;
• Ускоряет под воздействием кровяной помпы.

Как следствие – сама стрессовая я нагрузка (подъем тяжестей, бег и пр.), является тем фактором, который в краткосрочном периоде очень сильно смещает весы в сторону катаболизма, взамен, организм, простимулированный таким ускорением разрушительных процессов, стремится выровнять весы ускорением анаболизма, который без противовеса и ведет к супервосстановлению.

Вспомогательные вещества

Так как мы рассматривали анаболизм как комплексный процесс, на него можно воздействовать на каждой стадии. Если на клеточном уровне мы стимулируем его при помощи питания (белки, расщепляемые на аминокислоты), на генетическом уровне мы не можем на него повлиять.

Остается гормональный уровень. Так, как он является механизмом запуска усиления анаболизма, на него можно повлиять при помощи внешнего воздействия.

Определяющими в анаболизме являются два гормона:

• Гормон роста;
• Мужской половой гормон.

Интересный факт: Благодаря большой стимуляции организма во время пубертата гормона роста, именно в этом время спортсмены достигают своих лучших показателей, и строят наибольшую мышечную массу. В частности, за счет дополнительного стимулирования организма нагрузками в период пубертата, можно увеличить толщину костей, общую мышечную массу, и вызвать существенную гиперплазию, которая приведет к увеличению спортивного потенциала в дальнейшем.

Существует три основных способа, как можно стимулировать выработку этих двух гормонов:

1. Обеспечить строительными материалами организм, из которых он сможет синтезировать необходимый гормон. В частности для тестостерона , это различные холестеринсодержащие продукты, и белки.
2. Принудительная выработка. Здесь идет речь о разных тестостероновых стимуляторах, например о трибулусе и цинке. Организм стремится переработать эти вещества, которые в процессе метаболизма заставляют его выделять дополнительный гормональный фон.
3. Внешнее использование гормона.

О последнем поговорим подробнее. Внешнее воздействие на гормональную систему является мощнейшим искусственным допингом, но есть некоторые вещи, которые нужно учитывать. Во-первых, если на организм воздействовать анаболическими гормонами, то он начинает лениться и воспринимает его как пищу. Т.е. если потреблять много определенных аминокислот, организм перестает их вырабатывать, так как знает что может всегда их получить из внешних источников. С гормонами та же ситуация.

Второе что следует запомнить, внешний гормон это чужеродные клетки для организма. И он может просто не воспринять их как родные, метаболизируя их с большим трудом. Так, например, изменено из-за этого многие ААС имеют отравляющее воздействие на организм. Организм не может полностью метаболизировать их в большом количестве, поэтому конвертирует их в дигидотестостерон, который приводит к облысению, акне и является мощнейшим ядом для печени.

Ну, и третье – как мы раньше уже говорили, анаболизм и катаболизм стремятся находиться в определенном балансе. Гормональный фон усиленный анаболическими стероидами, выводит его из равновесия, что в свою очередь приводит к оптимизации всех ресурсов организма для того чтобы уравновесить его. Начинает вырабатывать эстроген, тестостерон становится не таким эффективным.

А вот после окончания курса анаболиков, организм выведенный из строя, еще долго не может восстановиться, так как катаболические процессы превалируют над анаболическими, которые не получают внешней гормональной подпитки. Это не значит, что стероиды наносят исключительно вред организму. Однако нужно понимать, что их использование это смещение анаболического фона без стресса, который нужно учитывать, если вдруг вы решите начать использовать эти препараты.

Рекомендация редакции: если вы не являетесь профессиональным атлетом, который зарабатывает на своей физической форме, лучше избежать стимулирования собственного организма на гормональном уровне. Для улучшения спортивных показателей будет достаточно стимулировать анаболизм на клеточном уровне, в крайнем случае, можно будет использовать добавки, которые принуждают организм вырабатывать свой метаболит тестостерона.

Как тот или иной вид спортивного питания влияет на анаболизм

Спортивное питание , играет немаловажную роль в стимулировании анаболических процессов, а главное позволяет замедлять катаболизм. Рассмотрим как тот или иной вид вспомогательных веществ влияет на спортивные результаты.

Итог

Теперь вы знаете, что происходит в процессе анаболизма в организме человека. Как этот обменный процесс уравновешивается катаболизмом, и как выявить и использовать в свою пользу основные факторы ускорения анаболических процессов. Важно понимать, что анаболизм имеет прямую связь с вашими спортивными результатами. Понимая процессы на генетическом, клеточном и гормональном уровне, легче контролировать анаболизм, замедлять катаболизм, и понимать причины застоя в спортивных достижениях.

А метаболизм – это основа всех процессов жизнедеятельности организма:

• превращение энергии и веществ в живом организме, что позволяет клеткам, расти, развиваться и сохранять свою структуру;
• обмен энергией и веществами между самим организмом и окружающей средой.

На скорость метаболических реакций оказывают влияние следующие факторы:

• пол: основные метаболические процессы у мужчин протекают на 10 – 20 % выше, чем у женщин;
• возраст: с 25 – 30 – ти лет скорость метаболических процессов снижается в среднем на 3%, это происходит каждые десять лет;
• вес: чем выше общая масса внутренних органов, мышц и костей, тем выше будет катаболизм;
регулярные занятия спортом ускоряют метаболизм – в первые два – три часа в среднем на 30%, далее в течение суток – на 5%.

Процессы анаболизма и катаболизма

Анаболизм (пластический обмен) – это процесс создания новых клеток и их структур, органических веществ и тканей организма, сопровождающийся поглощением энергии.

Этот процесс способствует:

• развитию и росту новых тканей, в том числе и мышц;
• обновлению и восстановлению биологических структур (клеток, тканей);
• минерализации костей.

Процессы анаболизма происходят в покое и под действием анаболических гормонов (инсулин, гормон роста, стероиды), а также веществ с анаболической активностью (аминокислоты, протеины и др.).

Клинические примеры анаболизма – рост ногтей, мышечной массы, заживление трещин костей.

Катаболизм (энергетический обмен) – противоположный анаболизму процесс расщепления сложных веществ, структур клеток, органов и тканей до простых веществ.

Этапы катаболизма происходят с образованием энергии в виде АТФ. Таким образом, важнейшая функция катаболизма — обеспечить организм необходимой энергией из продуктов питания и дальнейшее использование этой энергии в нуждах организма.

Катаболизм провоцируют:

• голодание и др. ситуации, сопровождающиеся повышением концентрации адреналина;

Стадии катаболизма

1. Крупные молекулы (белки, жиры и углеводы) расщепляются до простых молекул. Этот процесс происходит в желудочно-кишечном тракте, вне клетки.
2. Во второй стадии простые молекулы поступают внутрь клетки, начинается образование энергии.
3. Третья стадия – дыхания (с участием кислорода), заканчивается она образованием углекислого газа, воды и большого количества энергии.

Клинический пример катаболизма – сжигание жира — похудение.

Процессы анаболизма и катаболизма в организме могут находиться в двух состояниях: равновесия или временного преобладания друг над другом.

Преобладание анаболического процесса способствует накоплению массы и росту тканей, а катаболического – к разрушению тканевых структур и образованию энергии.

Соотношение равновесия или неравновесия анаболизма и катаболизма находится в зависимости от возраста:

• У детей преобладают анаболические процессы;
• У взрослых оба процесса находятся в равновесии, но их соотношение может меняться от состояния здоровья, физической и психо-эмоциональной нагрузки;
• У пожилых преобладает процесс катаболизма.

Взаимосвязь анаболизма и катаболизма

Анаболизм и катаболизм – два абсолютно противоположных процесса, но несмотря на это, они тесно взаимосвязаны.

В результате катаболических реакций образуются вещества и энергия, которые используются при анаболическом процессе. А анаболизм осуществляет поставку ферментов и веществ, необходимых для катаболизма.

Так, например, организм человека может покрыть свою потребность в 14-ти аминокислотах . Дисбаланс этих процессов может привести к гибели организма.

Давайте разберемся, и чем он отличается от остальных добавок.

Научитесь . Это не так сложно, как кажется.

Что предпринять, чтобы убрать пивной живот? Для начала прочитать это: . Все о питании и нужных упражнениях.

Анаболизм и катаболизм в спорте

Физическая нагрузка – тренировка – это сильный стресс для организма. А как мы писали выше, это то, что нужно для запуска катаболической реакции. Тренировки вынуждают организм искать энергию не только в жирах, которые мы усиленно пытаемся сжечь, но и в белках.

Результатом такой катаболической реакции становится не только похудение, но и потеря мышечной массы в результате катаболизма мышц, что ужасно для спортсмена.

Поэтому, в спорте большое значение имеет катаболизм белков, при котором разрушаются протеин мышц до аминокислот. Главная задача спортсмена – ослабить катаболизм белков и запустить анаболизм. На таком принципе строится питание бодибилдеров, атлетов, комплексы спортивных добавок, режим отдыха.

Способы изменения метаболизма в сторону преобладания анаболических процессов:

Диета – увеличить потребление белковой пищи. Чем больше протеина, тем больше строительного материала для клеток и мышц. Стоит отметить, что протеин не будет так полезен, если еда будет низкокалорийной, т.к. будет не хватать энергии организму. Все должно быть сбалансировано.

Можно использовать в своем рационе аминокислотные добавки , они усваиваются быстрее белковых продуктов, т.к. не тратится время на их переваривание. Как результат, мышечные клетки получают быстрее строительный материал и соответственно быстрее восстанавливаются и увеличиваются в объеме.

Подавить катаболизм – непростая задача, но выполнимая: знать меру в тренировках (можно даже их сократить до 30 мин), много спать, не пропускать прием пищи, избегать стрессов и переутомлений.

Ускорить анаболизм с помощью допинга – специального набора гормонов, что не рекомендуется делать, т.к. он запрещен и вреден для организма (приводит к гормональному дисбалансу).

Динамическое равновесие анаболизма с катаболизмом обеспечивает правильный обмен веществ и хорошее самочувствие. Будьте здоровы!

Здравствуйте дорогие читатели, сегодня я хотел бы рассказать о таких важный понятиях как анаболизм, катаболизм и метаболизм (обмен веществ). Так как все о них уже слышали, но не все знают, что они означают. Поэтому давайте разберемся, что же это такое.

Это набор химических реакций, которые поддерживают жизнь живого организма (размножение и рост). Метаболизм делится на 2 вида: анаболизм и катаболизм, поэтому одно без другого не может существовать. Что бы было понятнее – рассмотрим метаболизм на примере живого существа (человека, животного итак далее):

В процессе эволюции живые организмы научились выживать за счет того, что у них развился механизм накопления и сжигания внутреннего вещества (анаболизм и катаболизм). Это можно представить в виде агрегата работающего на солнечных батареях. Есть солнце, все крутится и вертится, а лишняя энергия запасается в аккумуляторы (анаболизм). Нет солнца, начинают работать батареи (катаболизм). И если долго не будет солнца, то наш механический прообраз человеческого организма - остановится.

Поэтому жизнь устроена почтитак, если рассматривать ее в первом приближении. Наш организм основан на том же принципе, что даже если после длительного не поступления в организм энергии (пищи), он не выйдет из строя. Живые существа научились частично разрушать себя, используя высвободившуюся энергию для продолжения движения, чтобы найти пищу. Пока ученые не сумели сделать такой механизм в лаборатории и, наверное, они не скоро научатся. Природе для этого понадобилось огромный период времени…

Анаболизм и катаболизм

Теперь, когда все примерно стало понятно с метаболизмом, давайте разберемся с терминами анаболизма и катаболизма.

Анаболизм – это процесс создания (синтез) новых веществ, клеток и тканей. Например, создание мышечных волокон, новых клеток, накопление жиров, синтез гормонов и белков.

Катаболизм – это процесс обратный анаболизму, то есть расщепление сложных веществ на более простые, и распад тканей и клеток. Например расщепление (разрушение) жиров, продуктов питания итак далее.

Не надо быть провидцем, чтобы понять, что эти два процесса должны уравновешивать друг друга. Поэтому только тогда живое существо сможет сохранять свое здоровье и жизнь. На этом месте можно было бы сделать паузу и спросить себя, а зачем мне все это нужно знать? Все ведь так хорошо устроено.

Так-то оно так, но есть беспокойные люди, которым очень хочется нарушить это равновесие, чтобы получить, например, увеличение мышечной массы. Они готовы часами доводить себя на тренировках в тренажерных залах, чтобы увеличить свой бицепс или косую мышцу. Даже придуман был для этого особый вид спорта – бодибилдинг. Так вот, если человек занимаясь, немного представляет, что внутри его организма происходит это одно, а когда делает это по незнанию, это другое.

В жизни тоже много ситуаций, которые хочется как-то объяснить, чтобы понять и принять правильное решение. Возьмем простой пример: молодая и стройная девушка, кушает все подряд и при этом не набирает в весе. Прошло пару десятков лет и вдруг все изменилось - она пополнела.

А связано это с тем, что с годами обменные процессы (метаболизм) замедляются, а это и приводит к накоплению лишнего веса, если как следует не следить за собой (правильное питание и подвижный образ жизни). Однако не у всех так происходит, есть счастливчики, которые всю жизнь кушают все подряд, не занимаются спортом и остаются стройными…

Анаболические стероиды

Это гормональные препараты, которые используются спортсменами для увеличения мышечной массы, но данные препараты очень опасны для здоровья. Так как они вмешиваются в анаболический процесс, то есть создание новых клеток и тканей, что ведет к нарушению гормонального фона (гормональной системы). В результате такого вмешательства могут возникнуть проблемы со здоровьем, таких органов как: сердце, печень и почки.

Но так же есть и «катаболические» стероиды, которые применяют в медицине для лечения различных тяжелых заболеваний, однако ими пользуются и спортсмены для ускоренного сжигания жиров (сушка). Онитак же вредны и вмешиваются в гормональную систему, действие таких препаратов-обратно действию (обратно пропорционально) анаболических. Поэтому занимайтесь «чистым» спортом без каких либо препаратов и будите здоровы.

Подведем итог. Метаболизм – это процесс химических реакция который поддерживает жизнь (размножение и рост), а состоит метаболизм из двух составляющих: анаболизм (создание новых веществ и клеток) и катаболизм (расщепления сложных веществ на более простые). И одно без другого не может существовать (анаболизм и катаболизм), так как баланс (равновесие) – это есть жизнь (гармония). Занимайтесь «чистым» спортом без каких либо анаболических и катаболических препаратов, которые гробят ваше здоровье.

Занимайтесь спортом, питайтесь правильно – успехов Вам!

Связь между катаболизмом и анаболизмом проявляется на трех уровнях - источников углерода, энергетическом и восстановительных реакций анаболизма.

На уровне источников углерода. Промежуточные продукты центральных путей катаболизма становятся субстратами для анаболических реакций, в процессе которых образуются структурные блоки, необходимые для синтеза макромолекул.

На энергетическом уровне. В процессе катаболизма вырабатывается метаболическая энергия в форме АТФ; анаболические же процессы, как правило, являются эндергоническими и потребляют АТФ.

На уровне восстановительной способности. Катаболические процессы являются в основном окислительными и служат донорами высокоэнергетических электронов, для анаболизма же характерно обратное. Основным донором электронов в восстановительных реакциях биосинтеза является НАДФН, восстановление которого происходит в реакциях катаболизма, большей частью в пентозофосфатном пути окисления глюкозы. Напомним существенное различие в функциях НАДФН и НАДН. При катаболизме образуются восстановленные формы как НАДФ + , так и НАД + , а при анаболизме потребляется почти исключительно НАДФН, в то время как НАДН служит донором высокоэнергетических электронов в процессах митохондриального окисления, сопряженного с синтезом АТФ. Основное различие в реакциях путей катаболизма и анаболизма заключается в том, что они редко повторяют друг друга.

Это совершенно очевидно, когда продукт катаболизма не идентичен тому источнику углерода, который используется в процессе анаболизма. Так, при синтезе многих аминокислот, например при распаде ароматических аминокислот, образуются ацетил-КоА и фумаровая или янтарная кислоты, тогда как для синтеза тех же аминокислот исходными продуктами служат фосфоенолпи- ровиноградная кислота и альдотетрозофосфат.

Иной представляется картина для обмена жирных кислот. Здесь катаболизм завершается образованием ацетил-КоА, а биосинтез начинается с того же самого промежуточного продукта и идет по пути, который на первый взгляд представляется простым повторением катаболической последовательности реакций в обратном порядке. В главе 23 было обращено внимание на то, что это далеко не так. Во-первых, ацетил-КоА должен сначала превратиться в более реакционноспособный малонил-КоА, который не является промежуточным продуктом при катаболизме; во-вторых, весь набор ферментов, ответственных за превращение малонил-КоА в ацил производные с более длинной цепью, отличается от набора ферментов, участвующих в катаболизме, и, наконец, в-третьих, эти ферменты локализованы совсем в другом компартмснтс клетки.

Даже при биосинтезе глюкозы, который протекает в основном по пути обращения целого ряда легко обратимых ферментативных реакций гликолиза, синтез отличается от распада в двух наиболее критических точках всей последовательной цепи реакций, а именно в начале и конце. Так, например, в процессе катаболизма глюкоза превращается в глюкозо-6-фосфат посредством реакции трансфосфорилирования с участием АТФ; однако при анаболизме она образуется из фосфорного эфира путем простого гидролиза. Пируват образуется катаболически из фосфоенолпирувата путем трансфосфорилирования - переноса фосфатной группы на АДФ; в анаболических же процессах он используется у большинства организмов благодаря двум связанным реакциям: сначала пируват карбоксилируется до оксалоацетата и только потом превращается в фосфоснолпируват.

Следует отметить, что разделение путей биосинтеза и распада имеет важное значение для эффективной регуляции метаболизма.

Анаболизм и катаболизм – это основные метаболические процессы.

Катаболизм – это ферментативное расщепление сложных органических соединений, осуществляющееся внутри клетки за счет реакций окисления. Катаболизм сопровождается выделением энергии и запасанием ее в макроэргических фосфатных связях АТФ.

Анаболизм – это синтез сложных органических соединений – белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов – из простых предшественников, поступающих в клетку из окружающей среды или образующихся в процессе катаболизма. Процессы синтеза связаны с потреблением свободной энергии, которая поставляется АТФ (рис. 31).

Рис. 31 Схема путей метаболизма в бактериальной клетке

В зависимости от биохимии процесса диссимиляции (катаболизма) различают дыхание и брожение.

Дыхание – это сложный процесс биологического окисления различных соединений), сопряженный с образованием большого количества энергии, аккумулируемой в виде макроэргических связей в структуре АТФ (аденозинтрифосфат), УТФ (уридинтрифосфат) и т.д., и образованием углекислого газа и воды. Различают аэробное и анаэробное дыхание.

Брожение – неполный распад органических соединений с образованием незначительного количества энергии и продуктов, богатых энергией.

Анаболизм включает процессы синтеза, при которых используется энергия, вырабатываемая в процессе катаболизма. В живой клетке одновременно и непрерывно протекают процессы катаболизма и анаболизма. Многие реакции и промежуточные продукты являются для них общими.

Живые организмы классифицируют в соответствии с тем, какой источник энергии или углерода они используют. Углерод – основной элемент живой материи. В конструктивном метаболизме ему принадлежит ведущая роль.

В зависимости от источника клеточного углерода все организмы, включая прокариотные, делят на автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы используют CO 2 в качестве единственного источника углерода, восстанавливая его водородом, который отщепляется от воды или другого вещества. Органические вещества они синтезируют из простых неорганических соединений в процессе фото- или хемосинтеза.

Гетеротрофы получают углерод из органических соединений.

Живые организмы могут использовать световую или химическую энергию. Организмы, живущие за счет энергии света, называют фототрофными. Органические вещества они синтезируют, поглощая электромагнитное излучение Солнца (свет). К ним относятся растения, сине-зеленые водоросли, зеленые и пурпурные серобактерии.

Организмы, получающие энергию из субстратов, источников питания (энергия окисления неорганических веществ), называют хемотрофами. Кхемогетеротрофам относятся большинство бактерий, а так же грибы и животные.

Существует немногочисленная группа хемоавтотрофов . К таким хемосинтезирующим микроорганизмам относятся нитрифицирующие бактерии, которые, окисляя аммиак до азотистой кислоты, высвобождают необходимую для синтеза энергию. К хемосинтетикам относятся также водородные бактерии, получающие энергию в процессе окисления молекулярного водорода.

Углеводы как источник энергии

У большинства организмов расщепление органических веществ происходит в присутствии кислорода – аэробный обмен. В результате такого обмена остаются бедные энергией конечные продукты (СО 2 и Н 2 О), но высвобождается много энергии. Процесс аэробного обмена называется дыханием, анаэробного – брожением.

Углеводы – основной энергетический материал, который клетки используют в первую очередь для получения химической энергии. Кроме того, при дыхании могут использоваться также белки и жиры, а при брожении – спирты и органические кислоты.

Расщепление углеводов организмы осуществляют разными путями, в которых важнейшим промежуточным продуктом является пировиноградная кислота (пируват). Пируват занимает центральное место в метаболизме при дыхании и брожении. Выделяют три основных механизма образования ПВК.

1. Фруктозодифосфатный (гликолиз) или путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса – универсальный путь.

Процесс начинается с фосфорилирования (рис. 32). При участии фермента гексокиназы и АТФ глюкоза фосфорилируется по шестому углеродному атому с образованием глюкозо-6-фосфата. Это активная форма глюкозы. Она служит исходным продуктом при расщеплении углеводов любым из трех путей.

При гликолизе глюкозо-6-фосфат изомеризуется во фруктозо-6-фосфат, а затем под действием 6-фосфофруктокиназы фосфорилируется по первому углеродному атому. Образовавшийся фруктозо-1,6-дифосфат под действием фермента альдолазы легко распадается на две триозы: фосфоглицериновый альдегид и дигидроксиацетонфосфат. Дальнейшее превращение С 3 -углеводов осуществляется за счет переноса водорода и фосфорных остатков через ряд органических кислот с участием специфических дегидрогеназ. Все реакции этого пути, за исключением трех, протекающих с участием гексокиназы, 6-фосфофруктокиназы и пируваткиназы, полностью обратимы. На стадии образования пировиноградной кислоты заканчивается анаэробная фаза превращения углеводов.

Максимальное количество энергии, получаемое клеткой при окислении одной молекулы углеводов гликолитическим путем, равно 2·10 5 Дж.

Рис.32. Фруктозодифосфатный путь расщепления глюкозы

2. Пентозофосфатный (Варбурга-Дикенса-Хорекера) путь характерен также для большинства организмов (в большей степени для растений, а для микроорганизмов играет вспомогательную роль). В отличие от гликолиза ПФ путь не образует пируват.

Глюкозо-6-фосфат превращается в 6-фосфоглюколактон, который декарбоксилируется (рис. 33). При этом образуется рибулозо-5-фосфат, на котором завершается процесс окисления. Последующие реакции рассматриваются как процессы превращения пентозофосфатов в гексозофосфаты и обратно, т.е. образуется цикл. Считают, что пентозофосфатный путь на одном из этапов переходит в гликолиз.

При прохождении через ПФ путь каждых шести молекул глюкозы происходит полное окисление одной молекулы глюкозо-6-фосфата до CO 2 и восстановление 6 молекул НАДФ + до НАДФ·Н 2 . Как механизм получения энергии этот путь в два раза менее эффективен, чем гликолитический: на каждую молекулу глюкозы образуется 1 молекула АТФ.

Рис. 33. Пентозофосфатный путь расщепления глюкозо-6-фосфата

Основное назначение этого пути – поставлять пентозы, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот, и обеспечивать образование большей части НАДФ·Н 2 , необходимого для синтеза жирных кислот, стероидов.

3. Путь Энтнера-Дудорова (кетодезоксифосфоглюконатный или КДФГ-путь) встречается только у бактерий. Глюкоза фосфорилируется молекулой АТФ при участии фермента гексокиназы (рис. 34).

Рис.34. Путь Энтнера-Дудорова расщепления глюкозы

Продукт фосфорилирования – глюкозо-6-фосфат – дегидрируется до 6-фосфоглюконата. Под действием фермента фосфоглюконатдегидрогеназы от него отщепляется вода и образуется 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконат (КДФГ). Последний расщепляется специфичной альдолазой на пируват и глицеральдегид-3-фосфат. Глицеральдегид далее подвергается действию ферментов гликолитического пути и трансформируется во вторую молекулу пирувата. Кроме того, этот путь поставляет клетке 1 молекулу АТФ и 2 молекулы НАД·Н 2 .

Таким образом, основным промежуточным продуктом окислительного расщепления углеводов является пировиноградная кислота, которая при участии ферментов превращается в различные вещества. Образовавшаяся одним из путей ПВК в клетке подвергается дальнейшему окислению. Освобождающиеся углерод и водород удаляются из клетки. Углерод выделяется в форме CO 2 , водород передается на различные акцепторы. Причем может передаваться либо ион водорода, либо электрон, поэтому перенос водорода равноценен переносу электрона. В зависимости от конечного акцептора водорода (электрона) различают аэробное дыхание, анаэробное дыхание и брожение.

Дыхание

Дыхание – окислительно-восстановительный процесс, идущий с образованием АТФ; роль доноров водорода (электронов) в нем играют органические или неорганические соединения, акцепторами водорода (электронов) в большинстве случаев служат неорганические соединения.

Если конечный акцептор электронов – молекулярный кислород, дыхательный процесс называют аэробным дыханием . У некоторых микроорганизмов конечным акцептором электронов служат такие соединения, как нитраты, сульфаты и карбонаты. Этот процесс называется анаэробным дыханием .

Аэробное дыхание – процесс полного окисления субстратов до CO 2 и Н 2 О с образованием большого количества энергии в форме АТФ.

Полное окисление пировиноградной кислоты происходит в аэробных условиях в цикле трикарбоновых кислот (ЦТК или цикл Кребса) и дыхательной цепи.

Аэробное дыхание состоит из двух фаз:

1). Образующийся в процессе гликолиза пируват окисляется до ацетил-КоА, а затем до CO 2 , а освобождающиеся атомы водорода перемещаются к акцепторам. Так осуществляется ЦТК.

2). Атомы водорода, отщепленные дегидрогеназами, акцептируются коферментами анаэробных и аэробных дегидрогеназ. Затем они переносятся по дыхательной цепи, на отдельных участках которой образуется значительное количество свободной энергии в виде высокоэнергетических фосфатов.

Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса, ЦТК)

Пируват, образующийся в процессе гликолиза, при участии мультиферментного комплекса пируватдегидрогеназы декарбоксилируется до ацетальдегида. Ацетальдегид, соединяясь с коферментом одного из окислительных ферментов – коферментом А (КоА-SH), образует «активированную уксусную кислоту» - ацетил-КоА – высокоэнергетическое соединение.

Ацетил-КоА под действием цитрат-синтетазы вступает в реакцию со щавелевоуксусной кислотой (оксалоацетат), образуя лимонную кислоту (цитрат С 6), которая является основным звеном ЦТК (рис. 35). Цитрат после изомеризации превращается в изоцитрат. Затем следует окислительное (отщепление Н) декарбоксилирование (отщепление СО 2) изоцитрата, продуктом которого является 2-оксоглутарат (С 5). Под влиянием ферментного комплекса ɑ-кетоглутаратдегидрогеназы с активной группой НАД он превращается в сукцинат, теряя СО 2 и два атома водорода. Сукцинат затем окисляется в фумарат (С 4), а последний гидратируется (присоединение Н 2 О) в малат. В завершающей цикл Кребса реакции происходит окисление малата, что приводит к регенерации оксалоацетата (С 4). Оксалоацетат взаимодействует с ацетил-КоА, и цикл повторяется снова. Каждая из 10 реакций ЦТК, за исключением одной, легко обратима. В цикл вступают два атома углерода в виде ацетил-КоА и такое же количество атомов углерода покидают этот цикл в виде СО 2 .

Рис. 35. Цикл Кребса (по В.Л. Кретовичу):

1, 6 – система окислительного декарбоксилирования; 2 – цитратсинтетаза, кофермент А; 3, 4 – аконитатгидратаза; 5 – изоцитратдегидрогеназа; 7 – сукцинатдегидрогеназа; 8 – фумаратгидратаза; 9 – малатдегидрогеназа; 10 – спонтанное превращение; 11 - пируваткарбоксилаза

В результате четырех окислительно-восстановительных реакций цикла Кребса осуществляется перенос трех пар электронов на НАД и одной пары электронов на ФАД. Восстановленные таким путем переносчики электронов НАД и ФАД подвергаются затем окислению уже в цепи переноса электронов. В цикле образуется одна молекула АТФ, 2 молекулы СО 2 и 8 атомов водорода.

Биологическое значение цикла Кребса заключается в том, что он является мощным поставщиком энергии и «строительных блоков» для биосинтетических процессов. Цикл Кребса действует только в аэробных условиях, в анаэробных он разомкнут на уровне α-кетоглутаратдегидрогеназы.

Дыхательная цепь

Последней стадией катаболизма является окислительное фосфорилирование. В ходе этого процесса высвобождается большая часть метаболической энергии.

Восстановленные в цикле Кребса переносчики электронов НАД и ФАД подвергаются окислению в дыхательной цепи или цепи транспорта электронов. Молекулы-переносчики – это дегидрогеназы, хиноны и цитохромы.

Обе ферментные системы у прокариот находятся в плазматической мембране, а у эукариот – во внутренней мембране митохондрий. Электроны от атомов водорода (НАД, ФАД) по сложной цепи переносчиков переходят к молекулярному кислороду, восстанавливая его, при этом образуется вода.

Баланс. Расчеты энергетического баланса показали, что при расщеплении глюкозы гликолитическим путем и через цикл Кребса с последующим окислением в дыхательной цепи до СО 2 и Н 2 О на каждую молекулу глюкозы образуется 38 молекул АТФ. Причем максимальное количество АТФ образуется в дыхательной цепи – 34 молекулы, 2 молекулы - в ЭМП-пути и 2 молекулы – в ЦТК (рис. 36).

Неполное окисление органических соединений

Дыхание обычно связано с полным окислением органического субстрата, т.е. конечными продуктами распада являются СО 2 и Н 2 О.

Однако некоторые бактерии и ряд грибов не до конца окисляют углеводы. Конечными продуктами неполного окисления являются органические кислоты: уксусная, лимонная, фумаровая, глюконовая и др., которые аккумулируются в среде. Этот окислительный процесс используется микроорганизмами для получения энергии. Однако общий выход энергии при этом значительно меньший, чем при полном окислении. Часть энергии окисляемого исходного субстрата сохраняется в образующихся органических кислотах.

Микроорганизмы, развивающиеся за счет энергии неполного окисления, используются в микробиологической промышленности для получения органических кислот и аминокислот.