ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

обме́н веще́ств и эне́ргии, метаболизм, совокупность превращений веществ и энергии в организме, обеспечивающих его жизнедеятельность. Ф. Энгельс, определяя жизнь, указывал, что её важнейшее свойство — постоянный обмен веществ с окружающей природой, с прекращением которого прекращается и жизнь. О. в. и э. — специфический и непременный признак жизни. Значение О. в. и э. заключается в восстановлении распадающихся в организме и теряемых им веществ, необходимых для построения всех его структурных элементов, и в обеспечении жизненных функций организма энергией. Образующаяся в процессе обмена веществ энергия используется для поддержания температуры тела, совершения работы, роста и развития организма и обеспечения структуры и функции всех клеточных элементов. Таким образом, обмен веществ и превращение энергии неразрывно связаны между собой и составляют единое целое. О. в. и э. включает два основных, непрерывно связанных между собой процесса — ассимиляцию (анаболизм) и диссимиляцию (катаболизм). Ассимиляция — совокупность химических реакций, приводящих к использованию и переработке веществ, поступающих в организм из внешней среды, и образованию из них сложных химических соединений, входящих в состав цитоплазмы клеток и тканей; связана с потреблением энергии. Диссимиляция заключается в распаде веществ, входящих в состав клеток и поступивших извне, на более простые соединения, которые затем выделяются в окружающую среду как продукты жизнедеятельности. Биохимические реакции О. в. и э. происходят в субклеточных структурах в определённой последовательности и осуществляются с помощью ферментов.

О. в. и э. включает 3 этапа:
1) превращение пищевых веществ в пищеварительных органах (см. Пищеварение) и всасывание;
2) промежуточный обмен, включающий процессы ассимиляции и диссимиляции веществ в тканях организма;
3) образование и выделение конечных продуктов обмена из организма с мочой, калом, выдыхаемым воздухом и т. д. Количество энергии, выделяемой на каждом этапе О. в. и э., различно. На 1-м этапе происходит расщепление составных частей пищи — белков до аминокислот, углеводов до глюкозы, липидов до свободных жирных кислот и глицерина; выделение энергии происходит в незначительных количествах — 0,6% энергии белков и углеводов, около 1% энергии липидов. 2-й этап — окисление веществ, образовавшихся на 1-м этапе, до ацетилкоэнзима-A, α-кетоглутаровой и щавелевоуксусной кислот. При этом освобождается ¹/₃ всей энергии, заключённой в питательных веществах. 3-й этап сопровождается окислением ацетилкоэнзима-A в цикле трикарбоновых кислот до конечных продуктов обмена — CO₂ и H₂O. Этот этап характеризуется освобождением ¹/₃ всей энергии питательных веществ. 40% энергии, образовавшейся в процессе обмена веществ, превращается в теплоту и свыше 60% используется для синтеза макроэргических соединений. Соотношение между количеством энергии, поступившей с питательными веществами корма, и количеством энергии, отдаваемой во внешнюю среду, называется энергетическим балансом организма. Определение этого баланса имеет большое теоретическое и практическое значение, особенно для расчёта кормовых рационов. Коэфф. полезного действия реакций О. в. и э. выражается количеством энергии, которое при данной температуре может быть превращено в работу. Для каждого организма характерен так называемый основной обмен, под которым подразумевают то минимальное количество энергии, которое необходимо при полном покое организма. Основной обмен определяют для оценки типа О. в. и э. и физиологических норм кормления.

Приспособление уровня обменных процессов к нуждам организма осуществляется регуляторными системами, которые включают автоматическую регуляцию на уровне внутренней среды клетки при помощи механизмов субклеточных структур (важную роль в О. в. и э. клетки играют биологические мембраны), эндокринную (см. Гормоны) и нервную регуляции (см. Нейрогуморальная регуляция).

Важное место в О. в. и э. занимают витамины, минеральные вещества, в том числе микроэлементы. Витамины участвуют в ферментативных реакциях в составе коферментов, например производное витамина B₁ — тиаминпирофосфат — служит коферментом при окислительном декарбоксилировании α-кетокислот. Важную роль в минеральном обмене играют Na, K, Ca, P и другие неорганические соединения. Fe входит в состав гемоглобина и миоглобина. Для активности ферментов необходимы микроэлементы (Cu, Mn, Mo, Zn и др.). Контроль за ходом О. в. и э. лежит в основе ранней биохимической диагностики многих болезней сельскохозяйственных животных. Разработано большое количество методов исследования, которые позволяют проводить анализ микроколичества биологических субстратов с применением экспресс-методов и быстродействующей автоматической аппаратуры. См. также Азотистый обмен, Жировой обмен, Углеводный обмен.

Литература:
Топарская В. Н., Физиология и патология углеводного, липидного и белкового обмена, М., 1970;
Комаров Ф. И., Коровкин Б. Ф., Меньшиков В. В., Биохимические исследования в клинике, Л., 1976;
Држевецкая И. А., Основы физиологии обмена веществ и эндокринной системы, М., 1977.