METABOLINĖ ENERGIJA: TIPAI, ŠALTINIAI IR TRANSFORMACIJA - BIOLOGIJA - 2025

Apykaitos energijos yra energija, visų gyvų būtybių gauti iš cheminės energijos esančius maisto produktų (ar maisto medžiagų). Ši energija iš esmės yra vienoda visoms ląstelėms; tačiau būdas ją gauti yra labai įvairus.

Maistas yra sudarytas iš įvairių rūšių biomolekulių, kurių jungtyse kaupiama cheminė energija. Tokiu būdu organizmai gali pasinaudoti energija, kaupiama maiste, ir panaudoti šią energiją kituose medžiagų apykaitos procesuose.

Visiems gyviems organizmams reikia energijos, kad jie galėtų augti ir daugintis, palaikyti savo struktūras ir reaguoti į aplinką. Metabolizmas apima cheminius procesus, palaikančius gyvybę ir leidžiančius organizmams paversti cheminę energiją ląstelėms naudinga energija.

Gyvūnuose medžiagų apykaita skaido angliavandenius, lipidus, baltymus ir nukleorūgštis, suteikdama cheminę energiją. Augalai savo ruožtu saulės šviesos energiją paverčia chemine energija, kad susintetintų kitas molekules; jie tai daro fotosintezės metu.

Metabolinių reakcijų tipai

Metabolizmą sudaro kelių rūšių reakcijos, kurias galima suskirstyti į dvi plačias kategorijas: organinių molekulių skilimo reakcijas ir kitų biomolekulių sintezės reakcijas.

Metabolinės skilimo reakcijos yra ląstelių katabolizmas (arba katabolinės reakcijos). Tai apima daug energijos turinčių molekulių, tokių kaip gliukozė ir kitas cukrus (angliavandeniai), oksidaciją. Kadangi šios reakcijos išskiria energiją, jos vadinamos eksergoninėmis.

Priešingai, sintezės reakcijos sudaro ląstelių anabolizmą (arba anabolines reakcijas). Jie vykdo molekulių redukcijos procesus, sudarydami kitus, kuriuose gausu saugomos energijos, pavyzdžiui, glikogeno. Kadangi šios reakcijos sunaudoja energiją, jos vadinamos enderginėmis.

Metabolinės energijos šaltiniai

Pagrindiniai metabolinės energijos šaltiniai yra gliukozės molekulės ir riebalų rūgštys. Jie sudaro biomolekulių grupę, kuri energijai greitai gali būti oksiduojama.

Gliukozės molekulės daugiausiai susidaro iš angliavandenių, kurių gaunama maiste, pavyzdžiui, ryžių, duonos, makaronų, be kitų daržovių, turinčių daug krakmolo, darinių. Kai kraujyje mažai gliukozės, jos taip pat galima gauti iš kepenyse laikomų glikogeno molekulių.

Ilgai nevalgius arba atliekant procesus, kuriems reikalingos papildomos energijos sąnaudos, šią energiją būtina gauti iš riebalinių rūgščių, kurios yra mobilizuojamos iš riebalinio audinio.

Šios riebalų rūgštys patiria daugybę metabolinių reakcijų, kurios jas suaktyvina ir leidžia jas pernešti į mitochondrijų vidų, kur jos bus oksiduojamos. Šis procesas vadinamas riebalų rūgščių β-oksidacija ir šiomis sąlygomis suteikia iki 80% papildomos energijos.

Baltymai ir riebalai yra paskutinis rezervas sintetinti naujas gliukozės molekules, ypač ypač nevalgius. Ši reakcija yra anabolinė ir vadinama gliukoneogeneze.

Cheminės energijos virsmo metaboline energija procesas

Sudėtingos maisto molekulės, tokios kaip cukrus, riebalai ir baltymai, yra turtingi ląstelių energijos šaltiniai, nes didžioji energijos dalis, naudojama šioms molekulėms sudaryti, yra tiesiog kaupiama cheminiuose ryšiuose, kurie juos palaiko.

Mokslininkai gali išmatuoti maiste sukauptą energijos kiekį naudodamiesi prietaisu, vadinamu bombos kalorimetru. Taikant šią techniką, maistas dedamas į kalorimetrą ir kaitinamas, kol sudegs. Reakcijos metu išsiskiriantis šilumos perteklius yra tiesiogiai proporcingas maiste esančios energijos kiekiui.

Realybė yra tokia, kad ląstelės neveikia kaip kalorimetrai. Užuot deginę energiją vienoje didelėje reakcijoje, ląstelės lėtai atpalaiduoja savo maisto molekulėse kaupiamą energiją, vykdydamos daugybę oksidacijos reakcijų.

Oksidacija

Oksidacija apibūdina cheminės reakcijos tipą, kurio metu elektronai perkeliami iš vienos molekulės į kitą, keičiant donoro ir akceptoriaus molekulių sudėtį ir energijos kiekį. Maiste esančios molekulės veikia kaip elektronų donorai.

Kiekvienos oksidacijos metu vykstančios maisto skaidymo metu reakcijos produkto energijos kiekis yra mažesnis nei donoro molekulės, buvusios prieš jį kelyje.

Tuo pačiu metu elektronų akceptorių molekulės sugauna dalį energijos, kuri prarandama iš maisto molekulės kiekvienos oksidacijos reakcijos metu, ir kaupia ją vėlesniam naudojimui.

Galų gale, kai anglies atomai sudėtingoje organinėje molekulėje yra visiškai oksiduojami (reakcijos grandinės pabaigoje), jie išsiskiria kaip anglies dioksidas.

Ląstelės nenaudoja energijos iš oksidacijos reakcijų, kai tik jos išsiskiria. Kas atsitiks, jie paverčia ją mažomis, daug energijos turinčiomis molekulėmis, tokiomis kaip ATP ir NADH, kurios gali būti naudojamos visoje ląstelėje metabolizmui skatinti ir naujiems ląstelių komponentams kurti.

Budėjimo būsena

Kai energijos gausu, eukariotinės ląstelės sukuria didesnes, daug energijos turinčias molekules, kad kauptų šią energijos perteklių.

Gautas cukrus ir riebalai laikomi nuosėdose ląstelėse, iš kurių kai kurie yra pakankamai dideli, kad būtų matomi elektronų mikrografuose.

Gyvūnų ląstelės taip pat gali sintetinti šakotus gliukozės (glikogeno) polimerus, kurie savo ruožtu agreguojasi į daleles, kurias galima pastebėti elektroninės mikroskopijos būdu. Ląstelė gali greitai mobilizuoti šias daleles, kai tik jai prireikia greitos energijos.

Tačiau normaliomis sąlygomis žmonės kaupia pakankamai glikogeno, kad suteiktų dienos energijos. Augalų ląstelės negamina glikogeno, o gamina skirtingus gliukozės polimerus, žinomus kaip krakmolai, kurie kaupiami granulėse.

Be to, tiek augalų, tiek gyvūnų ląstelės taupo energiją, nukreipdamos gliukozę riebalų sintezės keliuose. Viename grame riebalų yra beveik šešis kartus didesnė energija, palyginti su tuo pačiu glikogeno kiekiu, tačiau riebaluose gaunama mažiau energijos nei iš glikogeno.

Vis dėlto kiekvienas saugojimo mechanizmas yra svarbus, nes ląstelėms reikia tiek trumpalaikių, tiek ilgalaikių energijos atsargų.

Riebalai kaupiami lašeliuose ląstelių citoplazmoje. Žmonės paprastai kaupia pakankamai riebalų, kad galėtų maitinti savo ląsteles kelias savaites.

Nuorodos

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. ir Walter, P. (2014). Ląstelės molekulinė biologija (6-asis leidimas). Girlianda mokslas.
2. Bergas, J., Tymoczko, J., Gatto, G. ir Strayeris, L. (2015). Biochemija (8-asis leidimas). WH Freeman ir kompanija
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologija (2-asis leidimas) „Pearson Education“.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. ir Martin, K. (2016). Molekulinių ląstelių biologija (8-asis leidimas). WH Freeman ir kompanija.
5. Purves, W., Sadava, D., Orians, G. ir Heller, H. (2004). Gyvenimas: biologijos mokslas (7-asis leidimas). „Sinauer Associates“ ir WH Freeman.
6. Saliamonas, E., Bergas, L. ir Martinas, D. (2004). Biologija (7-asis leidimas) Cengage mokymasis.
7. Voet, D., Voet, J. ir Pratt, C. (2016). Biochemijos pagrindai: gyvenimas molekuliniame lygmenyje (5-asis leidimas). Vilis.