Идущие по пустыне: время

Рис. 2. Общая схема обмена веществ и энергии: 1 – пищеварение; 2 – катаболизм; 3 – анаболизм; 4 – распад структурно-функциональных компонентов клеток; 5 – экзергонические реакции; 6, 7 – эндергонические реакции; 8 – выведение из организма

Катаболизм включает реакции, связанные с распадом сложных веществ до более простых, их окислением и выведением из организма продуктов распада. Конечные продукты превращений органических веществ у животных и человека – СО₂, Н₂О и мочевина.

Процессы катаболизма в клетках сопровождаются потреблением кислорода, который необходим для реакций окисления. В результате этих реакций происходит освобождение энергии, которая необходима организму в процессах жизнедеятельности для осуществления различных видов работы. Реакции катаболизма, сопровождающиеся выделением энергии, называются экзергоническими реакциями.

Интенсивность катаболических процессов и преобладание тех или иных из них в качестве источников энергии в клетках регулируется гормонами.

Анаболизм объединяет все реакции, связанные с синтезом необходимых веществ, их усвоением и использованием для роста, развития и жизнедеятельности организма. То есть объединяет биосинтетические процессы, в которых простые строительные блоки соединяются в сложные макромолекулы, необходимые для организма. В анаболических реакциях используется энергия, освобождающаяся при катаболизме. Такие реакции называются эндергоническими.

В результате образуется новый материал для построения клеток и их роста, а также запасается энергия. Примерами анаболизма могут служить следующие процессы: биосинтез белка, сокращение мышц, активный транспорт, продукция тепла. Проще говоря, анаболизм – это создание новых веществ или тканей в организме.

Через реакции анаболизма протекает процесс усвоения питательных веществ, а благодаря реакции катаболизма происходит освобождение организма от веществ, его составляющих. Соотношение катаболических и анаболических процессов в клетке так же регулируется гормонами. Например, адреналин или глюкокортикоиды сдвигают баланс обмена веществ в клетке в сторону преобладания катаболизма, а инсулин, соматотропин, тестостерон – в сторону преобладания анаболизма.

Обратные связи

В метаболических функциях важную роль играет обратная связь (петли обратной связи), образующаяся при автокаталитических реакциях. Само название говорит о том, что обратная связь – это обратное воздействие результатов процесса на его протекание или воздействие управляемого процесса на управляющий орган.

«В то время как в неорганическом мире обратная связь между „следствиями“, конечными продуктами нелинейных реакций, и породившими их „причинами“ встречается сравнительно редко, в живых системах обратная связь, как установлено молекулярной биологией, напротив, является скорее правилом, чем исключением» [12].

Обратная связь может быть положительной и отрицательной. Положительная и отрицательная обратные связи – это своего рода два рычага управления. Они регулируют биологические процессы, поддерживая их в пределах, обеспечивающих оптимальные условия жизнедеятельности организма. В отсутствие обратной связи деятельность становится неуправляемой, хаотичной, не сообразной ситуации и потребностям организма.

Роль положительных и отрицательных обратных связей различна. Отрицательная обратная связь – это такой тип обратной связи, при котором входной сигнал системы изменяется так, чтобы противодействовать изменению выходного сигнала. Отрицательная обратная связь стабилизирует систему.

Пример отрицательной обратной связи – терморегуляция. Когда температура тела повышается (или понижается), терморецепторы в коже и гипоталамусе регистрируют изменение, вызывая сигнал из мозга. Данный сигнал, в свою очередь, вызывает ответ – понижение температуры через потоотделение, разнообразные терморегулирующие реакции. Именно отрицательная обратная связь поддерживает температуру тела человека около 37 °C.

Вот другой пример отрицательной обратной связи. Когда концентрация углекислого газа в организме человека увеличивается, легким приходит сигнал к увеличению их активности и выдыханию большего количества углекислого газа.

Вообще, отрицательная обратная связь широко используется живыми системами разных уровней организации – от клетки до экосистем – для поддержания постоянства структурной организации, или гомеостаза (греч. gomos – равный, неизменный, stasis – состояние). Проще говоря, отрицательная обратная связь – это механизм поддержания саморегуляции.