მეტაბოლიზმი, როგორც ორგანიზმის მამოძრავებელი ძალა
ადამიანის ორგანიზმი ერთი დიდი, გამართული მანქანაა, რომელსაც აქვს ძრავი გულის სახით, კომპიუტერი ტვინის სახით, ბორბლები კიდურების სახით და სჭირდება საწვავი საკვების სახით. თუმცა ავტომობილისგან განსხვავებით, სადაც საწვავი პირდაპრი გზით ამუშავებს ძრავს, ადამიანის სხეულში ბევრად უფრო რთული და კომპლექსური პროცესები მიმდინარეობს. საწვავის (საკვების) ორგანიზმში მოხვედის შემდეგ იგი გადის გადამუშავების მრავალფაზიან პროცესს, რომელსაც მეტაბოლიზმი ეწოდება და რომელიც შეგვიძლია განვიხილოთ როგორც ორგანიზმის მთავარი მაცოცხლებელი პროცესი.
მეტაბოლიზმი (ბერძნულიდან: metabolē, "ცვლილება") არის ორგანიზმში სიცოცხლისუნარიანი ქიმიური რეაქციების ერთობლიობა. მეტაბოლიზმის სამი ძირითადი მიზანია:
- საკვების ენერგიად გადაქცევა უჯრედული პროცესების ფუნქციონირებისთვის
- საკვების გარდაქმნა ცილების, ლიპიდების, ნუკლეინის მჟავებისა და ნახშირწყლების სამშენებლო ბლოკებად
- მეტაბოლური ნარჩენების ლიკვიდაცია
სიტყვა მეტაბოლიზმი ასევე შეიძლება მოიცავდეს ყველა ქიმიურ რეაქციას, რომელიც ხდება ცოცხალ ორგანიზმებში, მათ შორის საჭმლის მონელება და ნივთიერებების ტრანსპორტირება სხვადასხვა უჯრედებამდე.
ადამიანს ჯდომისა და უმოქმედოდ ყოფნის დროსაც კი ესაჭიროება ენერგია. ათასობით ქიმიურ რეაქციას, რომელიც ჩვენს ორგანიზმში მუდმივად მიმდინარეობს სჭირდება გარკვეული ენერგია, რომელსაც საკვებიდან ვიღებთ. თუმცა პირდაპირ საკვები არ ნიშნავს ენერგიას, არამედ ნივთიერებათა ცვლის (იგივე მეტაბოლიზმის) შედეგად მიღებული მიკრო და მაკრო ნუტრიენტები, რომლებიც უჯრედულ საწვავს წარმოადგენენ.
ადამიანის ჩასახვიდან სიცოცხლის ბოლომდე უწყვეტად მიმდინარეობს მეტაბოლიზმი. იგი აუცილებელი პროცესია და მისი შეფერხება მძიმე დაავადებებთან ასოცირდება, ხოლო შეწყვეტა უპირობო სიკვდილს იწვევს.
თქვენ იღებთ საკვებს, რათა ორგანიზმის მიერ დახარჯული ენერგია აღიდგინოთ. უჯრედებსაც ესაჭიროებათ ენერგიის მუდმივი მიწოდება სასიცოცხლოდ მნშვნელოვანი ქიმიური რეაქციების წარმართვისთვის. მეტიც, სწორედ თქვენ მიერ მიღებული საკვებია თქვენივე უჯრედების ენერგიის წყარო.
ნივთიერებათა ცვლის დროს ქიმიური რეაქციები ორგანიზებულია მეტაბოლურ გზებად, ერთმანეთთან დაკავშირებული ქიმიური რეაქციების წყებად. როდესაც ერთი ქიმიური ნივთიერება გადის სხვადასხვა ნაბიჯს და გარდაიქმნება სხვა ქიმიურ ნივთიერებად. თითოეული ნაბიჯის შესრულებას ხელს უწყობს სპეციფიკური ფერმენტი. ფერმენტებს გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვთ მეტაბოლიზმისთვის, რადგან ისინი ორგანიზმს აძლევენ საშუალებას აწარმოონ სასურველი რეაქციები. ფერმენტები მოქმედებენ როგორც კატალიზატორები და უზრუნველყოფეს რეაქციის უფრო სწრაფად მიმდინარეობას. გარდა ამისა, ისინი ასევე არეგულირებენ ნივთიერებათა ცვლის რეაქციის დონეს, უჯრედის გარემოს ცვლილებების საპასუხოდ.
მეტაბოლური რეაქციები შეიძლება დაიყოს კატაბოლურ და ანაბოლურ კატეგორიებად. კატაბოლური არის რთული მოლეკულების მარტივ კომპონენტებად დაშლა (მაგალითად, გლუკოზის დაშლა), ხოლო ანაბოლურია - მარტივი მოლეკულებისგან რთული ნაერთების წარმოქმნა (სინთეზი), როგორიცაა ცილები, ნახშირწყლები, ლიპიდები და ნუკლეინის მჟავები. ჩვეულებრივ, კატაბოლიზმი გამოყოფს ენერგიას, ხოლო ანაბოლიზმი კი იყენებს მას.
კონკრეტული ორგანიზმის მეტაბოლური სისტემა განსაზღვრავს რომელ ნივთიერებებია მისთვის მკვებავი და რომელი შხამიანი. მაგალითად, ზოგიერთი პროკარიოტი წყალბადის სულფიდს საკვებად იყენებს, მაგრამ ეს გაზი შხამიანია ცხოველებისთვის. ორგანიზმის ძირითადი მეტაბოლური დონე (The basal metabolic rate ) არის ყველა ამ ქიმიური რეაქციის მიერ მოხმარებული ენერგიის დონე.
ადამიანების, ცხოველების, მცენარეებისა და მიკრობების შემადგენელი სტრუქტურების უმეტესობა მზადდება მოლეკულის ოთხი ძირითადი კლასისგან: ამინომჟავები, ნახშირწყლები, ნუკლეინის მჟავა და ლიპიდები (იგივე ცხიმები). ვინაიდან ეს მოლეკულები აუცილებელია სიცოცხლისთვის, მეტაბოლური რეაქციები ძირითადად ფოკუსირებულია ამ მოლეკულების შექმნაზე უჯრედების და ქსოვილების მშენებლობის დროს, ან მათი დაშლა და ენერგიის წყაროდ გამოყენებაზე.
ამინომჟავები და ცილები. ცილები მზადდება ამინომჟავებისგან, რომლებიც განლაგებულია სწორხაზოვან ჯაჭვში და დაკავშირებულია პეპტიდური ბმებით. ბევრი ცილა წარმოადგენს ფერმენტებს, რომლებიც ახდენენ ნივთიერებათა ცვლის ქიმიური რეაქციების კატალიზაციას. სხვა პროტეინებს აქვთ სტრუქტურული ან მექანიკური ფუნქციები. ცილები ასევე მნიშვნელოვანია უჯრედების სიგნალიზაციის, იმუნური რეაქციების, მემბრანების აქტიური ტრანსპორტირებისა და უჯრედული ციკლისათვის. ამინომჟავები ასევე ხელს უწყობენ უჯრედული ენერგიის მეტაბოლიზმს, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც ენერგიის ძირითადი წყარო, მაგალითად, გლუკოზა მწირია, ან როდესაც უჯრედები განიცდიან მეტაბოლურ სტრესს.
ნახშირწყალი. ნახშირწყალი არის ადამიანის ორგანიზმში ყველაზე უხვად წარმოდგენილი ბიოლოგიური მოლეკულა და ასრულებს უამრავ როლს, როგორიცაა ენერგიის წარმოქმნა (სახამებლის, გლიკოგენის) და სტრუქტურული კომპონენტების შენახვა და ტრანსპორტირება. ნახშირწყლების ძირითად ერთეულებს მონოსაქარიდებს უწოდებენ და მოიცავს გალაქტოზას, ფრუქტოზას და რაც მთავარია გლუკოზას. მონოსაქარიდები შეიძლება დაუკავშირონ ერთმანეთს და შექმნან პოლისაქარიდები.
საჭმლის მონელება. მაკრომოლეკულების გადამუშავება შეუძლებელია უშუალოდ უჯრედების მიერ. სანამ ისინი უჯრედულ მეტაბოლიზმში ჩაერთვებიან უფრო მცირე ზომის მოლეკულებად უნდა დაიყონ. სწორედ ეს პროცესი მიმდინარეობს საჭმლის გადამუშავებისას და მონაწილეობენ ისეთი ფერმენტები, როგორებიცაა პროტეაზა (შლის ცილას ამინომჟავებად), ამილაზა (ნახშირწყალსა და სახამებელს შლის შაქრის მოლეკულებად) და ლიპაზა (შლის ცხიმებს). ამის შემდეგ უკვე შესაძლებელი ხდება საკვები ნივთიერებების უშუალოდ უჯრედულ მეტაბოლიზმში ჩართვა.
მეტაბოლიზმი და სხეულის ტემპერატურა. როგორც უკვე მიხვდით, სხეულში მიმდინარე ყველა პროცესი პირდაპირ თუ ირიბად უკავშირდება ნივთიერებათა ცვლას. მეტაბოლიზმთან პირდაპირ კავშირშია სხეულის ტემპერატურაც.
სხეულის ძირითადი ტემპერატურა მკაცრად რეგულირდება 37 გრადუსზე, რადგან ეს არის ოპტიმალური ტემპერატურა ჩვენი ფერმენტების მუშაობისთვის. თუ ჩვენ უგულველყოფთ სხეულის ტემპერატურის თვითრეგულირების მექანიზმს და შევძლებთ მის ხელოვნურად აწევას, ან დაწევას, ვნახავთ როგორ ასწრაფდება, ან შენელდება მეტაბოლური პროცესები. რაც უფრო მეტია სხეულის ტემპერატურა, მით უფრო სწრაფდება ნივთიერებათა ცვლა და იწვის მეტი კალორია. სწორედ ამიტომაა, რომ ძლიერი თერმოგენული ცხიმისმწველები ახდენენ ადამიანის ტემპერატურის 1-2 გრადუსით აწევას. თუმცა ტექნიკურად სხეულის ტემპერატურის აწევა 42 გრადუსამდეა შესაძლებელია, რომლის შემდეგაც უჯრედული ცილა ხდება სტაბილური და მეტაბოლიზმი უბუნდება ისევ ჩვეულ მდგომარეობას.
საპირისპიროდ, რაც უფრო გრილდება გარემო, ჩვენი სხეული უფრო ანელებს მეტაბოლიზმს და ცდილობს ტემპერატურის შენარჩუნებას სხვადასხვა მოქმედებით (მაგალითად კანკალი).
მეტაბოლიზმზე მოქმედი ფაქტორები. ვინაიდან მეტაბოლიზმი ადამიანის ორგანიზმის ყველა ასპექტშია ჩართული, მასზე ასევე ბევრი ფატორი მოქმედებს. განვიხილოთ ყველაზე მნიშვნელოვანები:
- ასაკი. ასაკის მატებასთან ერთად, კუნთოვანი ქსოვილის დაკარგვის, ჰორმონალური და ნევროლოგიური პროცესების ცვლილების გამო ნივთიერებათა ცვლა ნელდება. მეტაბოლიზმი თავის მაქსიმალურ სიჩქარეს განვითარების პერიოდში, ბავშვებში აღწევს. 20 წლის შემდეგ, საშუალოდ ყოველ ათწლეულში 10 პროცენტით მცირდება საკვების გადამუშავების სიჩქარე. ამ პროცესმა შესაძლოა გამოიწვიოს წონის მატებაც, როდესაც ადამიანები ბევრ საკვებს არ ღებულობენ. ამიტომაცაა, რომ ხშირად ხანდაზმულ ადამიანებში გვხვდება ჭარბწონიანობის შემთხვევები.
- სხეულის ზომა. ლოგიკურია, რომ რაც უფრო დიდია სხეულის ზომა, მით უფრო მაღალია ძირითადი მეტაბოლური დონე (The basal metabolic rate ). შესაბამისად, მათ სხეულის სტანდარტული ფუნქციონირებისათვის უფრო მეტი ენერგია და კალორია ესაჭიროებათ.
- საკვები რაციონი. ჩვენს საკვებ რაციონს საკმაოდ ძლიერი გავლენის მოხდენა შეუძლია ნივთიერებათა ცვლის პროცესზე. მაგალითად ცილით მდიდარი საკვების მიღებას, წყლის, მწვანე ჩაისა და ყავის სმას და ჯანსაღი ცხიმების მოხმარებას შეუძლია ააჩქაროს ჩვენი მეტაბოლიზმი და უფრო ეფექტური გახადოს ცხიმის წვის პროცესი.
- ცხოვრების წესი. ალბათ გასაკვირი არ იქნება თუ გეტყვით რომ ჯანსაღი ცხოვრების წესი არეგულირებს თქვენს მეტაბოლიზმს. ჯანსაღი კვება, ფიზიკური აქტივობა და მოწესრიგებული ძილის რეჟიმი არის გარანტია, რომ თქვენ დაარეგულირებთ ნივთიერებათა ცვლას და შეძლებთ საკუთარი ორგანიზმის წესრიგში მოყვანას.
- სტატიკური ფაქტორები. ზემოთ ჩამოთვლილი ფაქტორების გარდა, ნივთიერებათა ცვლის პროცესზე ასევე ახდენს გავლენას ისეთი ფაქტორები, როგორიცაა სქესი და გენეტიკა. მათ თქვენ ვერ დაარეგულირებთ, არ ემორჩილებიან კორექციას და დაბადებიდან მონაწილეობენ თქვენი მეტაბოლიზმის პროცესში.
როგორც ავღნიშნეთ, მეტაბოლიზმი, იგივე ნივთიერებათა ცვლა ადამიანის ორგანიზმში მიმდინარე სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანი პროცესია. იგი უზრუნველყოფს გარედან მიწოდებული საკვების დაშლას, გარდაქმნას და უჯრედულ საწვავად გადაქცევას. შეგვიძლია ვთქვათ, რომ რაც უფრო მოწესრიგებული და დაბალანსებული იქნება ჩვენი მეტაბოლიზმი, მით უფრო ჯანმრთელად და დიდი ხანი ვიცხოვრებთ.