Ainevahetus ja energia on elusorganismides toimuvate ainete ja energia muundumisprotsesside kogum ning ainete ja energia vahetus organismi ja keskkonna vahel. Ainete ja energia ainevahetus on elu alus ja üks olulisemaid elusaine tunnuseid, mis eristab elavat elutust. Ainevahetusprotsessi käigus kehasse sattuvad ained muunduvad keemiliste muutuste kaudu koe aineteks või lõppproduktideks, mis organismist väljutatakse. Nende keemiliste muundumiste käigus vabaneb ja neeldub energia.
Ainevahetus ehk ainevahetus on väga integreeritud ja sihipärane protsess, milles osalevad paljud ensümaatilised süsteemid ning mille tagab väga keeruline regulatsioon erinevatel tasanditel.
Kõigis organismides (ja ka inimestel) täidab rakkude ainevahetus 4 peamist spetsiifilist funktsiooni.
1. Energia ammutamine keskkonnast ja selle muundamine suure energiasisaldusega ühendite energiaks kogustes, mis on piisavad raku ja kogu organismi kõigi energiavajaduste rahuldamiseks.
2. Eksogeensetest ainetest (või valmiskujul) vaheühendite moodustumine, mis on rakus makromolekulaarsete komponentide eelkäijad.
3. Valkude, nukleiinhapete, süsivesikute, lipiidide ja muude rakukomponentide süntees nendest lähteainetest.
4. Spetsiaalsete biomolekulide süntees ja hävitamine – tekkimine ja lagunemine, mis on seotud antud raku erinevate spetsiifiliste funktsioonide täitmisega.
Termodünaamika seisukohalt on elusorganismid avatud süsteemid, kuna nad vahetavad keskkonnaga nii energiat kui ainet ning samal ajal muundavad mõlemat. Teatud aja jooksul jälgimisel ei toimu keha keemilises koostises teatud muutusi. Kuid see ei tähenda, et keha moodustavad keemilised ained ei muutuks. Vastupidi, neid uuendatakse pidevalt ja üsna intensiivselt. Seda seetõttu, et ainete ja energia ülekandekiirus keskkonnast kehasse on täpselt tasakaalus kehast keskkonda ülekandumise kiirusega.
Erinevate seisundite mõju ainevahetusele inimkehas
Ainevahetuse intensiivsust hinnatakse kogu energiakulu järgi ja see võib varieeruda olenevalt paljudest tingimustest ja eelkõige füüsilisest tööst. Kuid ka täielikus puhkeseisundis ei peatu ainevahetus ja energia ning siseorganite pideva toimimise, lihastoonuse hoidmise jms tagamiseks kulub teatud hulk energiat.
Noormeestel on põhiainevahetus 1300–1600 kilokalorit päevas. Naistel on põhiainevahetus 6–8% madalam kui meestel. Vanusega (alates 5. eluaastast) väheneb baasainevahetus pidevalt. Kehatemperatuuri tõusuga 1 kraadi võrra suureneb baasainevahetuse väärtus 13%. Ainevahetuse kiiruse tõusu täheldatakse ka siis, kui ümbritseva õhu temperatuur langeb allapoole mugavustsooni. See on kohanemisprotsess, mis on seotud vajadusega säilitada püsiv kehatemperatuur.
Peamine mõju ainevahetuse ja energia hulgale on füüsilisel tööl. Ainevahetus intensiivsel kehalisel aktiivsusel võib energiakulu osas olla põhiainevahetusest 10 korda kõrgem ja väga lühikestel perioodidel (näiteks lühimaaujumine) isegi 100 korda.
Vaheainevahetus inimkehas
Vaheainevahetuseks (metabolismiks) nimetatakse ainete keemiliste muundumiste kogumit, mis toimub organismis seeditud toiduainete verre sattumise hetkest kuni ainevahetuse lõppsaaduste kehast vabanemiseni. Vaheainevahetuse võib jagada kaheks protsessiks: katabolism (dissimilatsioon) ja anabolism (assimilatsioon). Katabolism- see on suhteliselt suurte orgaaniliste molekulide ensümaatiline lagunemine, mis toimub kõrgemates organismides reeglina oksüdatsiooni teel. Katabolismiga kaasneb suurte orgaaniliste molekulide keerulistes struktuurides sisalduva energia vabanemine ja selle säilitamine ATP fosfaatsidemete kujul. Anabolism on suurte molekulaarsete rakukomponentide, nagu polüsahhariidid, nukleiinhapped, valgud, lipiidid ja ka mõned nende prekursorid, ensümaatiline süntees lihtsamatest ühenditest. Anaboolsed protsessid toimuvad energiatarbimisega. Katabolism ja anabolism toimuvad rakkudes samaaegselt ja on üksteisega lahutamatult seotud. Sisuliselt tuleks neid käsitleda mitte kahe eraldiseisva protsessina, vaid ühe üldise protsessi – ainevahetuse – kahe küljena, milles ainete muundumine on tihedalt põimunud energia muundamisega.
Metaboolsete radade üksikasjalikum uurimine näitab, et põhiliste toitainete lagunemine rakus on järjestikuste ensümaatiliste reaktsioonide jada, mis moodustavad katabolismi kolm peamist etappi. Esimeses etapis lagunevad suured orgaanilised molekulid nende koostisosadeks spetsiifilisteks struktuuriplokkideks. Seega lagunevad polüsahhariidid heksoosideks või pentoosideks, valgud aminohapeteks, nukleiinhapped nukleotiidideks, lipiidid rasvhapeteks, glütserooliks ja muudeks aineteks. Kõik need reaktsioonid kulgevad peamiselt hüdrolüütiliselt ja selles etapis vabanev energia hulk on väga väike - alla 1%. Katabolismi teises etapis moodustuvad veelgi lihtsamad molekulid ja nende tüüpide arv väheneb oluliselt. On väga oluline, et teises etapis tekiksid tooted, mis on ühised erinevate ainete ainevahetusele. Need tooted esindavad võtmeühendeid, mis toimivad peamiste jaamadena, mis ühendavad erinevaid metaboolseid teid. Katabolismi teises etapis moodustunud tooted sisenevad katabolismi kolmandasse etappi, mida nimetatakse terminaalseks oksüdatsiooniks. Selles etapis oksüdeeritakse kõik tooted lõpuks süsinikmonooksiidiks ja veeks. Peaaegu kogu energia vabaneb katabolismi teises ja kolmandas etapis.
Anabolismi protsess läbib samuti kolm etappi. Selle lähtematerjalid on samad tooted, mis läbivad teisendusi katabolismi kolmandas etapis. See tähendab, et katabolismi kolmas etapp on samal ajal anabolismi esimene algstaadium. Selles etapis toimuvad reaktsioonid täidavad topeltfunktsiooni. Ühelt poolt osalevad nad katabolismi viimastes etappides ja teisest küljest täidavad nad ka anaboolseid protsesse, varustades lähteaineid järgnevate anabolismi etappide jaoks. Selles etapis algab näiteks valkude süntees.
Kataboolsed ja anaboolsed reaktsioonid toimuvad samaaegselt, kuid raku erinevates osades. Näiteks rasvhapete oksüdeerimisel kasutatakse mitokondrites lokaliseeritud ensüümide komplekti, samas kui rasvhapete sünteesi katalüüsib teine tsütosoolis paiknev ensüümsüsteem. Erineva lokaliseerimise tõttu võivad kataboolsed ja anaboolsed protsessid rakus toimuda samaaegselt.
Ainevahetuse ja energia reguleerimine
Rakkude metabolismi iseloomustab kõrge stabiilsus ja samal ajal märkimisväärne varieeruvus. Mõlemad omadused tagavad rakkude ja organismide pideva kohanemise muutuvate keskkonna- ja sisetingimustega. Seega määrab katabolismi kiirus rakus kindlaks raku energiavajaduse igal ajahetkel. Samamoodi määravad rakukomponentide biosünteesi kiiruse antud hetke vajadused. Näiteks rakk sünteesib aminohappeid täpselt sellise kiirusega, mis on piisav, et tagada minimaalse vajaliku valgukoguse moodustumine. Selline säästlikkus ja ainevahetuse paindlikkus on võimalik ainult siis, kui selle reguleerimiseks on olemas piisavalt peened ja tundlikud mehhanismid. Metaboolne regulatsioon toimub erinevatel järk-järgult kasvava keerukusega tasanditel.
Lihtsaim reguleerimise tüüp mõjutab kõiki peamisi parameetreid, mis mõjutavad ensümaatiliste reaktsioonide kiirust. Näiteks happelise või aluselise keskkonna ülekaal kudedes (pH keskkond). Happeliste reaktsioonisaaduste kogunemine võib nihutada pH keskkonna antud ensüümi optimaalsest olekust kõrgemale ja seega protsessi pärssida.
Komplekssete ainevahetusprotsesside reguleerimise järgmine tase puudutab vajalike ainete kontsentratsiooni rakus. Kui mõne vajaliku aine kontsentratsioon rakus on piisaval tasemel, siis selle aine süntees peatub hetkeni, mil kontsentratsioon langeb alla teatud taseme. Seega säilib raku teatud keemiline koostis.
Kolmas reguleerimise tase on geneetiline kontroll, mis määrab ensüümide sünteesi kiiruse, mis võib olla väga erinev. Geenitasandil reguleerimine võib viia teatud ensüümide kontsentratsiooni suurenemiseni või vähenemiseni, ensüümide tüüpide muutumiseni ning üheaegselt võib toimuda terve grupi ensüümide induktsioon või represseerimine. Geneetiline regulatsioon on väga spetsiifiline, kulutõhus ja pakub palju võimalusi metaboolseks kontrolliks. Suurem osa geenide aktiveerimisest on aga aeglane protsess. Tavaliselt mõõdetakse aega, mis kulub indutseerija või repressori ensüümi kontsentratsiooni märgatavaks mõjutamiseks tundides. Seetõttu ei sobi selline reguleerimisvorm kiireloomuliste juhtumite jaoks.
Kõrgematel loomadel ja inimestel on veel kaks tasandit, kaks ainevahetuse ja energia reguleerimise mehhanismi, mis erinevad selle poolest, et ühendavad erinevates organites ja kudedes toimuvat ainevahetust ning suunavad ja kohandavad seda seega mitte individuaalsetele funktsioonidele omaste funktsioonide täitmiseks. rakud ja kogu keha tervikuna. Selline mehhanism on ennekõike endokriinsüsteem. Endokriinsete näärmete toodetud hormoonid stimuleerivad või pärsivad teatud ainevahetusprotsesse teistes kudedes või elundites. Näiteks kui kõhunääre hakkab vähem insuliini tootma, satub rakkudesse vähem glükoosi ja see omakorda toob kaasa muutused mitmetes ainevahetusega seotud protsessides.
Kõrgeim reguleerimise tase, selle täiuslikum vorm, on närviregulatsioon. Närvisüsteem, eriti selle keskosad, täidab kehas kõrgeimaid integreerivaid funktsioone. Võttes vastu signaale keskkonnast ja siseorganitest, muundab kesknärvisüsteem need ümber ja saadab impulsse nendesse organitesse, mis muudavad ainevahetuse kiirust, milles on parasjagu vaja teatud funktsiooni täita. Kõige sagedamini täidab närvisüsteem oma reguleerivat rolli endokriinsete näärmete kaudu, suurendades või pärssides hormoonide voolu verre. Emotsioonide mõju ainevahetusele on hästi teada, näiteks võistluseelne ainevahetuse ja energiataseme tõus sportlastel. Kõikidel juhtudel on närvisüsteemi ainevahetust ja energiat reguleeriv toime väga otstarbekas ja alati suunatud organismi võimalikult tõhusale kohanemisele muutuvate tingimustega.
Ülaltoodust võime järeldada, et normaalse ainevahetuse säilitamiseks organismis on vajalik meetmete komplekt.
1. Täielik igapäevane puhkus
3. Tasakaalustatud toitumine
4. Abinõud organismi puhastamiseks.
Täiendavad artiklid kasuliku teabega
Põhiteave mineraalide ainevahetuse kohta inimestelMineraalid on üks peamisi toidukomponente, mida inimene iga päev vajab. Mineraalide tasakaalustamatus võib olla tõukejõuks paljude krooniliste haiguste tekkeks.
Võimalikud häired inimese ainevahetusesKvaliteetne igapäevane toitumine on inimese jaoks oluline, kuid tuleb arvestada, et keha jaoks pole oluline see, mida sa sööd, vaid oluline on see, mis lõpuks igasse rakku läheb.
Organism – biosfääri bioloogiline süsteem
Iga elusolend on keha, mis erineb elutust loodusest teatud omaduste kogumi poolest, mis on omased ainult elusainele – rakukorraldus ja ainevahetus.
Kaasaegsest vaatenurgast on keha iseorganiseeruv energiainfosüsteem, mis ületab entroopia (vt punkt 9.2), säilitades ebastabiilse tasakaaluseisundi.
Suhete ja interaktsiooni uurimine süsteemis “organism-keskkond” viis arusaamani, et meie planeedil elavad elusorganismid ei eksisteeri üksi. Nad sõltuvad täielikult keskkonnast ja on sellest pidevalt mõjutatud. Iga organism jääb edukalt ellu ja paljuneb konkreetses elupaigas, mida iseloomustab suhteliselt kitsas temperatuurivahemik, sademete hulk, mullastikutingimused jne.
Seetõttu on elusorganisme ümbritsev ja neile otsest või kaudset mõju avaldav looduse osa nende oma elupaik. Sellest saavad organismid kõik eluks vajaliku ja eritavad sellesse ainevahetusprodukte. Iga organismi elupaik koosneb paljudest anorgaanilise ja orgaanilise looduse elementidest ning inimese ja tema tootmistegevuse sissetoodud elementidest. Pealegi võivad mõned elemendid olla keha suhtes osaliselt või täielikult ükskõiksed, teised on vajalikud ja teistel on negatiivne mõju.
Elutingimused, ehk eksistentsitingimused, on organismile vajalike keskkonnaelementide kogum, millega ta on lahutamatus ühtsuses ja ilma milleta ta eksisteerida ei saa.
Homöostaas - eneseuuendamine ja keha sisekeskkonna püsivuse säilitamine.
Elusorganismidele on iseloomulik liikumine, reaktsioonivõime, kasv, areng, paljunemine ja pärilikkus, samuti kohanemine. Ainevahetuse ajal või ainevahetus, toimub kehas hulk keemilisi reaktsioone (näiteks hingamise või fotosünteesi käigus).
Organismid nagu bakterid on võimelised looma orgaanilisi ühendeid anorgaaniliste komponentide – lämmastiku- või väävliühendite – arvelt. Seda protsessi nimetatakse kemosüntees.
Ainevahetus kehas toimub ainult spetsiaalsete makromolekulaarsete valkainete osalusel - ensüümid, toimides katalüsaatoritena. Ensüümid aitavad reguleerida ainevahetusprotsesse kehas vitamiinid ja hormoonid. Koos viivad nad läbi metaboolse protsessi üldise keemilise koordineerimise. Ainevahetusprotsessid toimuvad kogu organismi individuaalse arengu - ontogeneesi - jooksul.
Ontogenees - järjestikuste morfoloogiliste, füsioloogiliste ja biokeemiliste muutuste kogum, mille organism läbib kogu eluperioodi jooksul.
Organismi elupaik- tema elu pidevalt muutuvate tingimuste kogum. Maismaaelustik on omandanud kolm peamist elupaika: , ja pinnas koos kivimitega litosfääri maapinnalähedasest osast.
Normaalseks toimimiseks vajab keha plastikut ja energiamaterjali. Need ained sisenevad kehasse koos toiduga. Kuid ainult mineraalsooli, vett ja vitamiine omastab inimene sellisel kujul, nagu neid toidus leidub. Valgud, rasvad ja süsivesikud sisenevad kehasse komplekssete kompleksidena ning nende imendumiseks ja seedimiseks on vaja toidu keerulist füüsikalist ja keemilist töötlemist. Sel juhul peavad toidukomponendid kaotama oma liigispetsiifilisuse, vastasel juhul võtab immuunsüsteem need vastu võõrainetena. Seedesüsteem teenib neid eesmärke.
Seedimine
Seedimine on füüsikaliste, keemiliste ja füsioloogiliste protsesside kogum, mis tagab toiduainete töötlemise ja muundumise lihtsateks keemilisteks ühenditeks, mida keharakud saavad omastada. Need protsessid toimuvad teatud järjestuses seedetrakti kõikides osades (suuõõnes, neelus, söögitorus, maos, peen- ja jämesooles maksa ja sapipõie osalusel, kõhunäärmes), mis on tagatud erinevatel tasanditel reguleerivate mehhanismidega. Protsesside järjestikust ahelat, mis viib toitainete lagunemiseni monomeerideks, mida on võimalik omastada, nimetatakse seedimise konveieriks. Sõltuvalt hüdrolüütiliste ensüümide päritolust jaguneb seedimine 3 tüüpi: sisemine, sümbiontne ja autolüütiline. Õige seedimise viivad läbi inimeste või loomade näärmete sünteesitud ensüümid. Sümbiontide seedimine toimub seedetrakti makroorganismi (mikroorganismide) sümbiontide poolt sünteesitud ensüümide mõjul. Nii seeditakse jämesooles toidukiudaineid. Autolüütiline seedimine toimub tarbitud toidus sisalduvate ensüümide mõjul. Emapiim sisaldab selle kalgendamiseks vajalikke ensüüme. Sõltuvalt toitainete hüdrolüüsi protsessi asukohast eristatakse rakusisest ja ekstratsellulaarset seedimist. Intratsellulaarne seedimine on rakusiseste ainete hüdrolüüsi protsess rakuliste (lüsosomaalsete) ensüümide toimel. Ained sisenevad rakku fagotsütoosi ja pinotsütoosi teel. Rakusisene seedimine on iseloomulik algloomadele. Inimestel toimub rakusisene seedimine leukotsüütides ja lümforetikulo-histiotsüütilise süsteemi rakkudes. Kõrgematel loomadel ja inimestel toimub seedimine ekstratsellulaarselt.
Ekstratsellulaarne seedimine jaguneb kaugeks (õõnsus) ja kontaktiks (parietaalne ehk membraan). Kaug- (õõnsus) seedimine toimub seedetrakti õõnsuste seedetrakti ensüümide abil nende ensüümide moodustumise kohast eemal. Kontakt (parietaalne või membraan) seedimine (A. M. Ugolev) toimub peensooles glükokalüksi tsoonis, mikrovilli pinnal rakumembraanile fikseeritud ensüümide osalusel ja lõpeb imendumisega - toitainete transportimine läbi enterotsüüdi veri või lümf.
Neerude füsioloogia
Inimorganismi elutegevuse käigus moodustuvad olulised kogused ainevahetusprodukte, mida rakud enam ei kasuta ja mis tuleb organismist eemaldada. Lisaks tuleb keha vabastada mürgistest ja võõrkehadest, liigsest veest, sooladest ja ravimitest. Mõnikord eelneb eritumisprotsessidele mürgiste ainete neutraliseerimine, näiteks maksas. Seega muutuvad sellised ained nagu fenool, indool, skatool glükuroon- ja väävelhappega kombineerimisel vähem kahjulikeks aineteks. Eritusfunktsioone täitvaid organeid nimetatakse eritus- või eritusorganiteks. Nende hulka kuuluvad neerud, kopsud, nahk, maks ja seedetrakt. Eritusorganite peamine eesmärk on säilitada keha pidev sisekeskkond. Eritusorganid on funktsionaalselt omavahel seotud. Ühe elundi funktsionaalse seisundi nihe muudab teise aktiivsust. Näiteks kui liigne vedelik eritub kõrgel temperatuuril läbi naha, väheneb diureesi maht. Ekskretsiooniprotsesside rikkumine viib paratamatult homöostaasi patoloogiliste nihete ilmnemiseni kuni organismi surmani (kaasa arvatud).
Kopsud ja ülemised hingamisteed
Kopsud ja ülemised hingamisteed eemaldavad kehast süsihappegaasi ja vett. Lisaks eraldub kopsude kaudu enamik aromaatsetest ainetest, näiteks anesteesia ajal eetri- ja kloroformiaurud, alkoholimürgistuse ajal fuselõlid. Kui neerude eritusfunktsioon on häiritud, hakkab läbi ülemiste hingamisteede limaskesta eralduma uureat, mis laguneb, määrates suust vastava ammoniaagi lõhna. Ülemiste hingamisteede limaskest on võimeline vabastama verest joodi.
Maks ja seedetrakt eemaldavad koos sapiga organismist hulga hemoglobiini metabolismi lõpp-produkte ja teisi porfüriine sapipigmentide kujul ning kolesterooli metabolismi lõppprodukte sapphapete kujul. Sapi osana erituvad organismist ka ravimid (antibiootikumid), bromsulfaleiin, fenoolrot, mannitool, inuliin jt.Seedetrakt eritab toitainete laguprodukte, vett, seedemahla ja sapiga saadud aineid, raskmetallide sooli. , mõned ravimid, ravimid ja mürgised ained (morfiin, kiniin, salitsülaadid, elavhõbe, jood), samuti maohaiguste diagnoosimiseks kasutatavad värvained (metüleensinine või kongorot).
Nahk täidab oma eritusfunktsiooni tänu higinäärmete ja vähemal määral ka rasunäärmete tegevusele. Higinäärmed eemaldavad vett, uureat, kusihapet, kreatiniini, piimhapet, leelismetallisoolasid, eriti naatriumi, orgaanilisi aineid, lenduvaid rasvhappeid, mikroelemente, pepsinogeeni, amülaasi ja aluselist fosfataasi. Higinäärmete roll valkude ainevahetusproduktide eemaldamisel suureneb neeruhaiguste, eriti ägeda neerupuudulikkuse korral. Rasunäärmete sekretsiooniga eralduvad kehast vabad rasv- ja seebistumatud happed, suguhormoonide ainevahetusproduktid.
Vere füsioloogia
Veri, lümf, kude, seljaaju, pleura, liigeste ja muud vedelikud moodustavad keha sisekeskkonna. Sisekeskkond eristub selle koostise suhtelise püsivuse ja füüsikalis-keemiliste omaduste poolest, mis loob optimaalsed tingimused organismi rakkude normaalseks funktsioneerimiseks. Keha sisekeskkonna püsivuse kontseptsiooni sõnastas esmakordselt rohkem kui 100 aastat tagasi füsioloog Claude Bernard. Ta jõudis järeldusele, et "organismi sisekeskkonna püsivus on iseseisva eksisteerimise tingimus", st elu, mis on vaba väliskeskkonna järskudest kõikumistest. 1929. aastal võttis Walter Cannon kasutusele termini homöostaas. Praegu mõistetakse homöostaasi all nii keha sisekeskkonna dünaamilist püsivust kui ka seda seisundit tagavaid regulatsioonimehhanisme. Peamine roll homöostaasi säilitamisel kuulub verele. 1939. aastal lõi G. F. Lang idee veresüsteemist, millesse ta kaasas veresoonte, vereloome- ja vereloomeorganite kaudu ringleva perifeerse vere, aga ka regulatiivse neurohumoraalse aparatuuri.
Ainevahetus ja energia
Elusorganismides kaasneb iga protsessiga energia ülekanne. Energiat defineeritakse kui võimet teha tööd. Erilist füüsikaharu, mis uurib energia omadusi ja muundumisi erinevates süsteemides, nimetatakse termodünaamikaks. Termodünaamilise süsteemi all mõistetakse ümbritsevast ruumist tinglikult eraldatud objektide kogumit.
Termodünaamilised süsteemid jagunevad isoleeritud, suletud ja avatud. Isoleeritud süsteemid on sellised, mille energia ja mass ei muutu, st nad ei vaheta keskkonnaga ei ainet ega energiat. Suletud süsteemid vahetavad keskkonnaga energiat, kuid mitte ainet, mistõttu nende mass jääb muutumatuks.
Avatud süsteemid on süsteemid, mis vahetavad ainet ja energiat keskkonnaga. Termodünaamika seisukohalt kuuluvad elusorganismid avatud süsteemidesse, kuna nende olemasolu peamine tingimus on pidev ainete ja energia vahetus. Eluprotsessid põhinevad aatomite ja molekulide reaktsioonidel, mis toimuvad vastavalt samadele põhiseadustele, mis reguleerivad samu reaktsioone väljaspool keha.
Termodünaamika esimese seaduse kohaselt energia ei kao ega ilmu uuesti, vaid läheb ainult ühest vormist teise.
Termodünaamika teine seadus ütleb, et kogu energia muutub lõpuks soojusenergiaks ja aine korraldus muutub täiesti segaseks. Rangemal kujul on see seadus sõnastatud järgmiselt: suletud süsteemi entroopia saab ainult kasvada ja kasuliku energia (s.o selle, mille abil saab tööd teha) hulk süsteemi sees ainult väheneda. Entroopia viitab süsteemi korratuse astmele.
Paratamatu entroopia suurenemise tendents, millega kaasneb kasuliku keemilise energia samavõrra vältimatu muundumine kasutuks soojusenergiaks, sunnib elussüsteeme oma struktuurse ja funktsionaalse seisundi säilitamiseks hõivama üha rohkem energiat (toitu). Tegelikult on võime ammutada keskkonnast kasulikku energiat üks peamisi omadusi, mis eristab elussüsteeme elututest, s.t aine ja energia pidev ainevahetus on elusolendite üks peamisi omadusi. Entroopia suurenemise vastu võitlemiseks ning oma struktuuri ja funktsioonide säilitamiseks peavad elusolendid saama energiat neile kättesaadaval kujul keskkonnast ning tagastama keskkonda samaväärse koguse energiat edasiseks kasutamiseks vähem sobival kujul.
Ainevahetus ja energia on füüsikaliste, keemiliste ja füsioloogiliste protsesside kogum ainete ja energia muundumisel elusorganismides, samuti ainete ja energia vahetus keha ja keskkonna vahel. Ainevahetus elusorganismides seisneb erinevate ainete sissevõtmises väliskeskkonnast, nende muundamisest ja kasutamisest elutähtsates protsessides ning tekkivate lagunemissaaduste keskkonda viimisest.
Kõiki kehas toimuvaid aine ja energia muundumisi ühendab üldnimetus – ainevahetus (ainevahetus). Rakutasandil toimuvad need transformatsioonid keerukate reaktsioonide jadade kaudu, mida nimetatakse metaboolseteks radadeks ja mis võivad hõlmata tuhandeid erinevaid reaktsioone. Need reaktsioonid ei toimu kaootiliselt, vaid rangelt määratletud järjestuses ning neid reguleerivad paljud geneetilised ja keemilised mehhanismid. Ainevahetus võib jagada kaheks omavahel seotud, kuid mitmesuunaliseks protsessiks: anabolism (assimilatsioon) ja katabolism (dissimilatsioon).
Anabolism on orgaaniliste ainete (rakukomponentide ja muude elundite ja kudede struktuuride) biosünteesi protsesside kogum. See tagab kasvu, arengu, bioloogiliste struktuuride uuenemise, aga ka energia akumulatsiooni (makroergide süntees). Anabolism seisneb toiduga tarnitavate molekulide keemilises muutmises ja ümberkorraldamises teisteks keerulisemateks bioloogilisteks molekulideks. Näiteks aminohapete lisamine valkudesse, mida rakk sünteesib vastavalt antud raku geneetilises materjalis sisalduvatele juhistele.
Katabolism on protsesside kogum, mille käigus lagunevad keerulised molekulid lihtsamateks aineteks, osa neist kasutatakse biosünteesi substraatidena ja teine osa lõhustatakse ainevahetuse lõppsaadusteks energia moodustumisega. Ainevahetuse lõpp-produktideks on vesi (inimestel umbes 350 ml päevas), süsihappegaas (umbes 230 ml/min), süsinikmonooksiid (0,007 ml/min), uurea (umbes 30 g/ööpäevas), aga ka muud ained, mis sisaldavad. lämmastik (umbes 6 g päevas).
Katabolism eraldab toidus sisalduvatest molekulidest keemilist energiat ja kasutab seda vajalike funktsioonide tagamiseks. Näiteks vabade aminohapete tekkimine toiduga kaasas olevate valkude lagunemise tulemusena ja sellele järgnev nende aminohapete oksüdatsioon rakus koos CO2 ja H2O tekkega, millega kaasneb energia vabanemine.
Anabolismi ja katabolismi protsessid on kehas dünaamilises tasakaalus. Anaboolsete protsesside ülekaal kataboolsete ees toob kaasa koe massi kasvu ja kuhjumise ning kataboolsete protsesside ülekaal koestruktuuride osalise hävimise. Anabolismi ja katabolismi tasakaaluseisund või mittetasakaalu suhe oleneb vanusest (lapsepõlves on anabolism ülekaalus, täiskasvanutel on tavaliselt tasakaal, vanemas eas domineerib katabolism), tervislikust seisundist, keha poolt teostatavast füüsilisest või psühho-emotsionaalsest stressist.