Metaboliczne typy energii, źródła, proces transformacji



The energia metaboliczna jest to energia, którą wszystkie żywe istoty uzyskują z energii chemicznej zawartej w pożywieniu (lub składnikach odżywczych). Ta energia jest zasadniczo taka sama dla wszystkich komórek; jednak sposób jej uzyskania jest bardzo zróżnicowany.

Żywność składa się z szeregu biocząsteczek różnych typów, które mają energię chemiczną zmagazynowaną w wiązaniach. W ten sposób organizmy mogą wykorzystać energię zgromadzoną w żywności, a następnie wykorzystać tę energię w innych procesach metabolicznych.

Wszystkie żywe organizmy potrzebują energii, aby rosnąć i rozmnażać się, utrzymywać swoje struktury i reagować na środowisko. Metabolizm obejmuje procesy chemiczne, które podtrzymują życie i pozwalają organizmom przekształcać energię chemiczną w użyteczną energię dla komórek.

U zwierząt metabolizm rozkłada węglowodany, lipidy, białka i kwasy nukleinowe w celu zapewnienia energii chemicznej. Z drugiej strony rośliny przekształcają energię świetlną Słońca w energię chemiczną, aby zsyntetyzować inne cząsteczki; robią to podczas procesu fotosyntezy.

Indeks

  • 1 Rodzaje reakcji metabolicznych
  • 2 Źródła energii metabolicznej
  • 3 Proces przekształcania energii chemicznej w energię metaboliczną
    • 3.1 Utlenianie
  • 4 Zasilanie awaryjne
  • 5 referencji

Rodzaje reakcji metabolicznych

Metabolizm obejmuje kilka rodzajów reakcji, które można podzielić na dwie szerokie kategorie: reakcje degradacji cząsteczek organicznych i reakcje syntezy innych biocząsteczek.

Reakcje metaboliczne degradacji stanowią katabolizm komórkowy (lub reakcje kataboliczne). Obejmują one utlenianie cząsteczek bogatych w energię, takich jak glukoza i inne cukry (węglowodany). Ponieważ reakcje te uwalniają energię, nazywane są egzergonikami.

Natomiast reakcje syntezy tworzą anabolizm komórkowy (lub reakcje anaboliczne). Przeprowadzają procesy redukcji cząsteczek, tworząc inne bogate w zmagazynowaną energię, takie jak glikogen. Ponieważ reakcje te pochłaniają energię, nazywane są endergonicznymi.

Metaboliczne źródła energii

Głównymi źródłami energii metabolicznej są cząsteczki glukozy i kwasy tłuszczowe. Stanowią one grupę biomolekuł, które mogą być szybko utlenione w celu uzyskania energii.

Cząsteczki glukozy pochodzą głównie z węglowodanów spożywanych w diecie, takich jak ryż, chleb, makaron, wśród innych pochodnych warzyw skrobiowych. Gdy we krwi jest mało glukozy, można ją również uzyskać z cząsteczek glikogenu przechowywanych w wątrobie.

Podczas przedłużonego postu lub w procesach, które wymagają dodatkowego wydatku energii, konieczne jest uzyskanie tej energii z kwasów tłuszczowych, które są mobilizowane z tkanki tłuszczowej.

Te kwasy tłuszczowe przechodzą szereg reakcji metabolicznych, które je aktywują i umożliwiają ich transport do wnętrza mitochondriów, gdzie zostaną utlenione. Proces ten nazywany jest β-utlenianiem kwasów tłuszczowych i zapewnia do 80% dodatkowej energii w tych warunkach.

Białka i tłuszcze są ostatnią rezerwą do syntezy nowych cząsteczek glukozy, szczególnie w przypadkach skrajnego głodzenia. Ta reakcja ma charakter anaboliczny i znana jest jako glukoneogeneza.

Proces przekształcania energii chemicznej w energię metaboliczną

Złożone cząsteczki żywności, takie jak cukry, tłuszcze i białka, są bogatym źródłem energii dla komórek, ponieważ znaczna część energii wykorzystywanej do tworzenia tych cząsteczek jest przechowywana dosłownie w wiązaniach chemicznych, które utrzymują je razem.

Naukowcy mogą mierzyć ilość energii zmagazynowanej w żywności za pomocą urządzenia zwanego pompą kalorymetryczną. Dzięki tej technice żywność jest umieszczana w kalorymetrze i podgrzewana aż do oparzenia. Nadmiar ciepła uwalniany przez reakcję jest wprost proporcjonalny do ilości energii zawartej w żywności.

W rzeczywistości komórki nie działają jak kalorymetry. Zamiast spalać energię w dużej reakcji, komórki uwalniają energię zmagazynowaną w ich cząsteczkach pokarmowych powoli w serii reakcji utleniania.

Utlenianie

Utlenianie opisuje rodzaj reakcji chemicznej, w której elektrony są przenoszone z jednej cząsteczki do drugiej, zmieniając skład i zawartość energii cząsteczek donora i akceptora. Cząsteczki żywności działają jako donory elektronów.

Podczas każdej reakcji utleniania związanej z rozkładem żywności produkt reakcji ma niższą zawartość energii niż cząsteczka dawcy, która ją poprzedziła na trasie.

Jednocześnie cząsteczki akceptora elektronów wychwytują część energii traconej z cząsteczki żywności podczas każdej reakcji utleniania i przechowują ją do późniejszego wykorzystania..

Ostatecznie, kiedy atomy węgla złożonej cząsteczki organicznej są całkowicie utlenione (na końcu łańcucha reakcyjnego), są uwalniane w postaci dwutlenku węgla.

Komórki nie wykorzystują energii reakcji utleniania, gdy tylko zostaną uwolnione. To, co się dzieje, to przekształcenie go w małe, bogate w energię cząsteczki, takie jak ATP i NADH, które mogą być używane w całej komórce, aby zwiększyć metabolizm i zbudować nowe składniki komórkowe.

Rezerwa mocy

Gdy energia jest obfita, komórki eukariotyczne tworzą większe, bogate w energię cząsteczki, aby przechowywać nadmiar energii.

Powstałe cukry i tłuszcze są przechowywane w osadach w komórkach, z których niektóre są wystarczająco duże, aby były widoczne w mikrografach elektronowych.

Komórki zwierzęce mogą również syntetyzować rozgałęzione polimery glukozy (glikogenu), które z kolei są agregowane w cząstki, które można obserwować za pomocą mikroskopii elektronowej. Komórka może szybko mobilizować te cząstki, gdy potrzebuje szybkiej energii.

Jednak w normalnych warunkach ludzie przechowują wystarczającą ilość glikogenu, aby zapewnić dzień energii. Komórki roślinne nie wytwarzają glikogenu, ale wytwarzają różne polimery glukozy znane jako skrobie, które są przechowywane w granulkach.

Ponadto zarówno komórki roślinne, jak i zwierzęta przechowują energię, uzyskując glukozę na drodze syntezy tłuszczu. Jeden gram tłuszczu zawiera prawie sześć razy więcej energii niż ta sama ilość glikogenu, ale energia tłuszczu jest mniej dostępna niż glikogenu.

Mimo to każdy mechanizm przechowywania jest ważny, ponieważ komórki potrzebują zarówno krótkoterminowych, jak i długoterminowych depozytów energii..

Tłuszcze są przechowywane w kropelkach w cytoplazmie komórek. Ludzie zazwyczaj przechowują wystarczającą ilość tłuszczu, aby zasilać swoje komórki energią przez kilka tygodni.

Referencje

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. i Walter, P. (2014). Molekularna biologia komórki (Wyd. 6). Garland Science.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biochemia (8 wyd.). W. H. Freeman and Company
  3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologia (Drugie wydanie) Pearson Education.
  4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. i Martin, K. (2016). Molekularna biologia komórkowa (8 wyd.). W. H. Freeman and Company.
  5. Purves, W., Sadava, D., Orians, G. & Heller, H. (2004). Życie: nauka biologii (7 wyd.). Sinauer Associates i W. H. Freeman.
  6. Solomon, E., Berg, L. i Martin, D. (2004). Biologia (7 wyd.) Cengage Learning.
  7. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level (5 wyd.). Wiley.