Что такое метаболизм (обмен веществ) в организме человека

Причины и последствия сбоев метаболизма

Метаболизм – это сложный и хрупкий процесс. Если на одном из этапов анаболизма или катаболизма происходит сбой, сыпется вся биохимическая «конструкция». Проблемы с обменом веществ провоцируются:

  • наследственностью;
  • неправильным образом жизни;
  • различными заболеваниями;
  • проживанием в зоне с плохой экологией.

Главная причина сбоев – наплевательское отношение к своему организму. Обильное количество вредной пищи – бич современности. Неправильное питание и малоподвижность ведут к замедлению обмена веществ. В итоге масса людей страдают ожирением со всеми вытекающими.

Среди симптомов, намекающих на то, что следует заняться регуляцией метаболизма:

  • повышенная или пониженная масса тела;
  • ухудшение аппетита или же, наоборот, постоянное желание кушать;
  • хроническая усталость;
  • визуальные проблемы с кожей;
  • разрушение зубной эмали;
  • ломкость волос и ногтей;
  • повышенная раздражительность;
  • появление диареи, чередующейся с запорами;
  • пастозность верхних и нижних (чаще) конечностей.

Бороться с последствиями сбоев обмена веществ можно и нужно. Но на мгновенный эффект рассчитывать глупо. Поэтому лучше себя не запускать. А если всё же это случилось, нужно обратиться к специалистам и запастись терпением.

@ Evgeniya adobe.stock.com

История

Исследования того, как люди трансформируют вещества, которые они принимают, начались в середине девятнадцатого века, когда химики обнаружили, что органические химические вещества, такие как бензальдегид, могут окисляться и конъюгироваться с аминокислотами в организме человека. В течение оставшейся части девятнадцатого века было обнаружено несколько других основных реакций детоксикации, таких как метилирование , ацетилирование и сульфирование .

В начале двадцатого века работа перешла к изучению ферментов и путей, ответственных за производство этих метаболитов. Эта область стала отдельной областью исследований после публикации Ричардом Уильямсом книги « Механизмы детоксикации» в 1947 году. Это современное биохимическое исследование привело к идентификации глутатион- S- трансфераз в 1961 году, за которым последовало открытие цитохрома P450 в 1962 году. и осознание их центральной роли в метаболизме ксенобиотиков в 1963 году.

И немного о секретах…

История одной из наших читательниц Алины Р.:

Особенно удручал меня мой вес. Я сильно набрала, после беременности весила как 3 сумоиста вместе, а именно 92кг при росте в 165. Думала живот сойдет после родов, но нет, наоборот стала набирать вес. Как справиться с перестройкой гормонального фона и ожирением? А ведь ничто так не уродует или молодит человека, как его фигура. В свои 20 лет я впервые узнала, что полных девушек называют «ЖЕНЩИНА», и что «таких размеров не шьют». Дальше в 29 лет развод с мужем и депрессия…

Но что сделать, чтобы похудеть? Операция лазерная липосакция? Узнавала – не меньше 5 тысяч долларов. Аппаратные процедуры – LPG-массаж, кавитация, RF-лифтинг, миостимуляция? Чуть доступнее – курс стоит от 80 тысяч рублей с консультантом диетологом. Можно конечно пытаться бегать на беговой дорожке, до умопомрачения.

И когда на все это время найти? Да и все равно очень дорого. Особенно сейчас. Поэтому для себя я выбрала другой способ…

Читать далее >>

Барьеры проницаемости и детоксикация

Точные соединения, которым подвергается организм, будут в значительной степени непредсказуемыми и могут значительно отличаться со временем; это основные характеристики токсического стресса ксенобиотиков. Основная проблема, с которой сталкиваются системы детоксикации ксенобиотиков, заключается в том, что они должны быть способны удалить почти безграничное количество ксенобиотических соединений из сложной смеси химических веществ, участвующих в нормальном метаболизме . Решение, которое было разработано для решения этой проблемы, представляет собой элегантное сочетание физических барьеров и ферментативных систем с низкой специфичностью .

Все организмы используют клеточные мембраны в качестве гидрофобных барьеров проницаемости для контроля доступа к своей внутренней среде. Полярные соединения не могут диффундировать через эти клеточные мембраны , а поглощение полезных молекул опосредуется транспортными белками, которые специально отбирают субстраты из внеклеточной смеси. Это избирательное поглощение означает, что большинство гидрофильных молекул не могут проникнуть в клетки, поскольку они не распознаются какими-либо конкретными переносчиками. В противоположность этому , диффузия гидрофобных соединений через эти барьеры невозможно контролировать, а организмы, следовательно, не может исключить липидные -soluble ксенобиотиков с использованием мембранных барьеров.

Однако наличие барьера проницаемости означает, что организмы смогли развить системы детоксикации, которые используют гидрофобность, общую для проницаемых через мембраны ксенобиотиков. Таким образом, эти системы решают проблему специфичности, обладая такой широкой субстратной специфичностью, что они метаболизируют практически любое неполярное соединение. Полезные метаболиты исключены, поскольку они полярны и обычно содержат одну или несколько заряженных групп.

Детоксикация реактивных побочных продуктов нормального метаболизма не может быть достигнута с помощью описанных выше систем, потому что эти виды происходят из нормальных клеточных компонентов и обычно имеют свои полярные характеристики. Однако, поскольку этих соединений немного, определенные ферменты могут распознавать и удалять их. Примерами таких специфических систем детоксикации являются система глиоксалазы , которая удаляет химически активный альдегид- метилглиоксаль, и различные антиоксидантные системы, устраняющие активные формы кислорода .

Предшественники для биосинтеза аминокислот

Предшественник

Метаболический
путь, приводящий к образованию
предшественника

Аминокислоты
с

общими

биосинтетическими

путями

Пировиноградная
кислота

Гликолиз,
путь Энтнера–

Дудорова,
окислительный

пентозофосфатный
путь

Аланин

Валин

Лейцин

Щавелевоуксусная
кислота

Цикл
Кребса, реакции

карбоксилирования

Аспарагиновая
кислота

Аспарагин

Лизин

Метионин

Треонин

Изолейцин

α
-Кетоглутаровая кислота

Цикл
Кребса

Глутаминовая
кислота

Глутамин

Аргинин

Пролин

3-фосфоглицериновая

кислота

Гликолиз,
цикл Кальвина

Серин

Глицин

Цистеин

Фосфоенолпировино-градная
кислота+

эритрозо-4-фосфат

Гликолиз,

Окислительный
пентозо-

фосфатный
путь

Фенилаланин

Триптофан

Тирозин

5-фосфорибозил-1-пирофосфат+
АТФ

Окислительный
пентозо-

фосфатный
путь

Гистидин

Щавелевоуксусная
кислота

представляет собой отправную точку для
синтеза шести аминокислот, α-кетоглутаровая
кислота является предшественником
четырех, а пировиноградная и
3-фосфоглицериновая – трех аминокислот
(табл. 1).

Источником
азота для аминокислот у разных групп
бактерий являются нитраты, нитриты,
молекулярный азот, аммиак. Перевод
неорганического азота в органические
соединения происходит всегда через
образование аммиака,
и
поэтому нитраты, нитриты, молекулярный
азот предварительно восстанавливаются
до аммиака и только после этого включаются
в состав органических соединений.

Биосинтез
аминокислот происходит различными
путями.

Наиболее
простой способ – восстановительное
аминирование кетокислот аммиаком
.
Например, при взаимодействии
α-кетоглутаровой кислоты с аммиаком
при участии фермента глутаматдегидрогеназы
образуется глутаминовая кислота:

При
участии фермента аланиндегидрогеназы
пировиноградная кислота взаимодействует
с аммиаком с образованием аланина:

Некоторые
аминокислоты образуются путем
амидирования.
Например, из глутаминовой кислоты с
участием фермента глутаминсинтетазы
образуется глутамин:

Большинство
же аминокислот получает аминогруппу
от одной из первичных аминокислот в
результате трансаминирования,
или переаминирования.
Из свободных аминокислот в цитоплазме
бактерий количественно преобладает
глутаминовая кислота. Она служит донором
аминогрупп при биосинтезе многих
аминокислот. Так, глутаминовая кислота,
взаимодействуя со щавелевоуксусной
кислотой при участии фермента
аминотрансферазы, обеспечивает
образование аспарагиновой кислоты.

Отдав
аминогруппу, глутаминовая кислота
превращается в α-кетоглутаровую, которая
выступает в качестве стартового вещества
для синтеза глутаминовой кислоты:

Пути
биосинтеза некоторых аминокислот очень
сложны.

В качестве примера можно рассмотреть
путь биосинтеза ароматических аминокислот
(триптофана, фенилаланина, тирозина).
Как уже отмечалось, исходными веществами
для их синтеза являются эритрозо-4-фосфат
и фосфоенолпируват. Молекулы этих
веществ конденсируются с образованием
С7-соединения,
которое подвергается циклизации, образуя
5дегидрохинат.
Через ряд этапов 5дегидрохинат
превращается в хоризмовую кислоту,
которая является общим промежуточным
продуктом биосинтеза всех ароматических
аминокислот. На этом этапе биосинтетический
путь разветвляется, один путь ведет к
биосинтезу триптофана через антраниловую
кислоту, а другой – префеновой кислоты,
которая является предшественником как
тирозина, так и фенилаланина (рис. 2).

Рис.
2.
Путь
биосинтеза ароматических аминокислот
у микроорганизмов

Некоторые
гетеротрофные прокариоты, такие,
например, как молочнокислые бактерии,
не способны синтезировать все аминокислоты,
поэтому их рост возможен только на
сложных по составу питательных средах,
содержащих ряд продуктов природного
происхождения.

Производство аминокислот.

В
процессе ферментаций, осуществляемых
ауксотрофами (микроорганизмы, нуждающиеся
для воспроизведения в факторах роста),
производят многие аминокислоты и
нуклеотиды. Распространенными объектами
селекции продуцентов аминокислот
являются микроорганизмы, относящиеся
к родам Brevibacterium, Corynebacterium, Micrococcus,
Arthrobacter.

Из
20 аминокислот, составляющих белки,
восемь не могут синтезироваться в
организме человека (незаменимые). Эти
аминокислоты должны поступать в организм
человека с пищей. Среди них особенное
значение имеют метионин и лизин. Метионин
производится химическим синтезом, а
более 80% лизина – биосинтезом. Перспективным
является микробиологический синтез
аминокислот, так как в результате этого
процесса получаются биологически
активные изомеры (L-аминокислоты), а при
химическом синтезе оба изомера получаются
в равных количествах. Поскольку их
трудно разделить, половина продукции
оказывается биологически бесполезной.

Аминокислоты
используют в качестве пищевых добавок,
приправ, усилителей вкуса, а также как
сырье в химической, парфюмерной и
фармацевтической промышленности.

Разработка
технологической схемы получения
отдельной аминокислоты базируется на
знании путей и механизмов регуляции
биосинтеза конкретной аминокислоты.
Необходимого дисбаланса метаболизма,
обеспечивающего сверхсинтез целевого
продукта, добиваются путем строго
контролируемых изменений состава и
условий среды. Для культивирования
штаммов микроорганизмов при производстве
аминокислот как источники углерода
наиболее доступны углеводы – глюкоза,
сахароза, фруктоза, мальтоза. Для снижения
стоимости питательной среды используют
вторичное сырье: свекловичную мелассу,
молочную сыворотку, гидролизаты крахмала.
Технология этого процесса совершенствуется
в направлении разработки дешевых
синтетических питательных сред на
основе уксусной кислоты, метанола,
этанола, н-парафинов.

«Инозин»

Препарат выпускается в виде таблеток и в качестве активного вещества содержит в своём составе инозин. Средство оказывает антиаритмическое, метаболическое, антигипоксическое действие.

В каких случаях возможно назначение препарата «Инозин»? Инструкция по применению говорит, что медикамент применяется при:

  • миокардиодистрофии;
  • ишемической болезни сердца;
  • жировой дистрофии печени;
  • миокардите;
  • гепатите;
  • нарушениях сердечного ритма;
  • дистрофических изменениях миокарда;
  • циррозе печени.

Кроме этого, «Инозин» может использоваться для профилактики лейкопении во время проведения операции по удалению почки и при радиоактивном излучении.

Противопоказаниями к применению препарата являются наличие у больного подагры, гиперурикемии или гиперчувствительности к основному веществу либо вспомогательным компонентам медикамента.

Возможно появление побочных эффектов в результате приёма средства, которые проявляют себя в виде зуда, гиперемии кожных покровов или повышения содержания мочевой кислоты.

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовПриказыКонтрактыВыполнение работПротоколы рассмотрения заявокАукционыПроектыПротоколыБюджетные организацииМуниципалитетыРайоныОбразованияПрограммыОтчетыпо упоминаниямДокументная базаЦенные бумагиПоложенияФинансовые документыПостановленияРубрикатор по темамФинансыгорода Российской Федерациирегионыпо точным датамРегламентыТерминыНаучная терминологияФинансоваяЭкономическаяВремяДаты2015 год2016 годДокументы в финансовой сферев инвестиционной

Биотехнологические подходы

Культура ткани растений Oncidium leucochilum.

Селективное разведение использовалось как один из первых биотехнологических методов, используемых для уменьшения нежелательных вторичных метаболитов в пище, таких как нарингин, вызывающий горечь в грейпфруте. В некоторых случаях желаемым результатом является увеличение содержания вторичных метаболитов в растении. Традиционно это делалось с использованием методов культивирования тканей растений in vitro , которые позволяют: контролировать условия роста, смягчать сезонность растений или защищать их от паразитов и вредных микробов. Синтез вторичных метаболитов может быть дополнительно усилен путем введения элиситоров в культуру тканевых растений, таких как жасмоновая кислота , УФ-В или озон . Эти соединения вызывают стресс у растений, что приводит к увеличению выработки вторичных метаболитов.

Для дальнейшего увеличения доходности СМ были разработаны новые подходы. Новый подход, используемый Evolva, использует штаммы рекомбинантных дрожжей S.cervisiae для производства вторичных метаболитов, обычно обнаруживаемых в растениях. Первым успешным химическим соединением, синтезированным с помощью Evolva, был ванилин, широко используемый в пищевой промышленности в качестве ароматизатора. Процесс включает вставку гена желаемого вторичного метаболита в искусственную хромосому рекомбинантных дрожжей, что приводит к синтезу ванилина. В настоящее время Evolva производит широкий спектр химических веществ, таких как стевия , ресвератрол или нооткатон .

Нагойский протокол

С развитием рекомбинантных технологий в 2010 году был подписан Нагойский протокол регулирования доступа к генетическим ресурсам и совместного использования на справедливой и равной основе выгод от их использования к Конвенции о биологическом разнообразии . Протокол регулирует сохранение и защиту генетических ресурсов для предотвращения эксплуатация малых и бедных стран. Если генетические, белковые или низкомолекулярные ресурсы, полученные из стран с биоразнообразием, станут прибыльными, для стран происхождения будет введена схема компенсации.

Вторичные метаболиты растений в медицине

Многие лекарства, используемые в современной медицине, получают из вторичных метаболитов растений.

Извлечение таксола из коры Тихоокеанского Ю.

Двумя наиболее известными терпеноидами являются артемизинин и паклитаксел . Артемизинин широко использовался в традиционной китайской медицине, а позже был вновь открыт как мощное противомалярийное средство китайским ученым Ту Юю . Позже она была удостоена Нобелевской премии за открытие в 2015 году. В настоящее время малярийный паразит , Plasmodium falciparum , стал устойчивым только к артемизинину, и Всемирная организация здравоохранения рекомендует использовать его с другими противомалярийными препаратами для успешной терапии. Паклитаксел активное соединение найдено в таксола является химиотерапии препарат , используемый для лечения многих форм рака , включая рак яичников , рак молочной железы , рак легкого , саркома Капоши , рак шейки матки , и рак поджелудочной железы . Таксол был впервые выделен в 1973 году из коры хвойного дерева Тихоокеанский тис .

Морфин и кодеин относятся к классу алкалоидов и получают из опийного мака . Морфин был открыт в 1804 году немецким фармацевтом Фридрихом Сертюрнером т. Это был первый активный алкалоид, извлеченный из опийного мака . Он в основном известен своими сильными обезболивающими эффектами, однако морфин также используется для лечения одышки и лечения зависимости от более сильных опиатов, таких как героин . Несмотря на свое положительное воздействие на людей, морфин имеет очень сильные побочные эффекты, такие как зависимость, гормональный дисбаланс или запор. Из-за того, что морфин вызывает сильную зависимость, он является строго контролируемым веществом во всем мире и используется только в очень тяжелых случаях, а в некоторых странах он используется недостаточно, чем в среднем в мире, из-за социальной стигмы вокруг него.

Опиумное поле в Афганистане, крупнейший производитель опия.

Кодеин, также являющийся алкалоидом, полученным из опийного мака, по данным Всемирной организации здравоохранения , считается наиболее широко используемым наркотиком в мире . Впервые он был выделен в 1832 году французским химиком Пьером Жаном Робике , также известным за открытие кофеина и широко используемого красного красителя ализарина . В первую очередь кодеин используется для лечения легкой боли и облегчения кашля, хотя в некоторых случаях он используется для лечения диареи и некоторых форм синдрома раздраженного кишечника . Кодеин имеет силу 0,1-0,15 по сравнению с морфином, принимаемым перорально, поэтому его гораздо безопаснее использовать. Хотя кодеин можно извлечь из опийного мака, этот процесс экономически нецелесообразен из-за низкого содержания чистого кодеина в растении. Химический процесс метилирования гораздо более распространенного морфина является основным методом производства.

Атропин — это алкалоид, впервые обнаруженный в atropa belladonna , члене семейства пасленовых . Чистый атропин был впервые извлечен в 19 веке, однако его медицинское применение восходит к четвертому веку до нашей эры, когда он применялся при ранах, подагре и бессоннице. В настоящее время атропин вводят внутривенно для лечения брадикардии и в качестве антидота при отравлении фосфорорганическими соединениями . Передозировка атропина может привести к отравлению атропином, которое приводит к побочным эффектам, таким как помутнение зрения , тошнота , отсутствие потоотделения, сухость во рту и тахикардия .

Ресвератрол — это флавиноид, принадлежащий к семейству фенольных соединений. Он богат виноградом , черникой , малиной и арахисом . Он обычно используется в качестве пищевой добавки для продления жизни и снижения риска рака и сердечных заболеваний, однако убедительных доказательств этого нет. Несмотря на отсутствие убедительных доказательств того, что использование флавоноидов ресвератрола в целом оказывает благотворное влияние на человека. Например, некоторые исследования показали, что флавоноиды обладают прямой антибиотической активностью. Ряд исследований in vitro и ограниченных исследований in vivo показали, что флавоноиды, такие как кверцетин, обладают синергической активностью с антибиотиками и способны подавлять бактериальную нагрузку.

Дигоксин — это сердечный гликозид, впервые полученный Уильямом Уизерингом в 1785 году из наперстянки (наперстянки) . Обычно он используется для лечения сердечных заболеваний, таких как фибрилляция предсердий , трепетание предсердий или сердечная недостаточность . Однако дигоксин может иметь побочные эффекты, такие как тошнота , брадикардия , диарея или даже опасная для жизни аритмия .

Метаболический обмен углеводов

Углеводы являются основными источниками энергии для нашего тела. Все углеводы делятся на простые и сложные. К сложным углеводам относятся фрукты, овощи, хлеб, злаковые и различные каши. Их можно отнести к полезным углеводам, которые довольно медленно расщепляются в организме, обеспечивая его длительным зарядом энергии. Что касается простых или быстрых углеводов, то они содержатся в газированных напитках, выпечке, различных сладостях, белой муке и ее изделиях, а также в сахаре. Человеческое тело вовсе не нуждается в подобных продуктах: тело будет продолжать правильно функционировать и без их участия.

При попадании в организм сложные углеводы синтезируются в глюкозу. Ее концентрация в крови относительна одинакова в течение всего времени жизни. Быстрые углеводы вносят дисбаланс, принуждая этот показатель резко колебаться, что отражается не только на настроении человека, но и на его физическом состоянии.

Если организм испытывает переизбыток углеводов, то он начинает их активно откладывать в виде жировых отложений, а при его дефиците его синтезируют из внутреннего белка и жировых тканей.

Вторичные метаболиты растений

Растения способны производить и синтезировать различные группы органических соединений и делятся на две основные группы: первичные и вторичные метаболиты. Вторичные метаболиты — это промежуточные продукты или продукты метаболизма, которые не являются необходимыми для роста и жизни растений-продуцентов, а скорее необходимы для взаимодействия растений с окружающей их средой и образуются в ответ на стресс. Их антибиотические, противогрибковые и противовирусные свойства защищают растение от патогенов. Некоторые вторичные метаболиты, такие как фенилпропаноид, защищают растения от УФ-излучения . Биологическое действие вторичных метаболитов растений на человека известно с древних времен. Трава полынь однолетняя , который содержит Artemisinin , широко используются в традиционной китайской медицине более двух тысяч лет назад. Вторичные метаболиты растений классифицируются по их химической структуре и могут быть разделены на четыре основных класса: терпены , фенольные соединения , гликозиды и алкалоиды .

Скелетная формула терпеноидного таксола , противоракового препарата.

Терпеноиды

Терпены представляют собой большой класс натуральных продуктов, состоящих из звеньев изопрена. Терпены — это только углеводороды, а терпеноиды — это кислородсодержащие углеводороды. Общая молекулярная формула терпенов кратна (C 5 H 8 ) n, где n — количество связанных изопреновых единиц. Следовательно, терпены также называют изопреноидными соединениями. Классификация основана на количестве изопреновых звеньев, присутствующих в их структуре.

Количество изопреновых единиц название Атомы углерода
1 Гемитерпен С 5
2 Монотерпен С 10
3 Сесквитерпены С 15
4 Дитерпен С 20
5 Сестертерпен С 25
6 Тритерпен С 30
7 Sesquarterterpene С 35
8 Тетратерпен С 40
Более 8 Политерпен

Фенольные соединения

Фенольные смолы представляют собой химическое соединение, характеризующееся наличием ароматической кольцевой структуры, несущей одну или несколько гидроксильных групп. Фенолы — это наиболее распространенные вторичные метаболиты растений, от простых молекул, таких как фенольная кислота, до высокополимеризованных веществ, таких как дубильные вещества. Классы фенольных соединений были охарактеризованы на основе их основного скелета.

Кол-во атомов углерода Базовый скелет Класс
6 С 6 Простые фенолы
7 С 6 — С 1 Фенольные кислоты
8 С 6 — С 2 Ацетофенон, фенилуксусная кислота
9 С 6 — С 3 Фенилпропаноиды, гидроксикоричная кислота, кумарины
10 С 6 — С 4 Нафтохинон
13 С 6 — С 1 — С 6 Ксантон
14 С 6 — С 2 — С 6 Стилбене, антрахинон
15 С 6 — С 3 — С 6 Флавоноиды, изофлаваноиды
18 6 — С 3 ) 2 лигнаны, неолигнаны
30 6 — С 3 — С 6 ) 2 Бифлавоноиды

Скелетная формула соланина , токсичного алкалоида, который накапливается в картофеле.

Алкалоиды

Алкалоиды — это разнообразная группа азотсодержащих основных соединений. Обычно они получают из растительных источников и содержат один или несколько атомов азота. Химически они очень разнородны. По химическому строению их можно разделить на две большие категории:

  • Негетероциклические или атипичные алкалоиды, например, горденин или N- метилтирамин , колхицин и таксол.
  • Гетероциклические или типичные алкалоиды, например хинин , кофеин и никотин.
Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий