METABOLISMA ENERĢIJA: VEIDI, AVOTI UN TRANSFORMĀCIJA - BIOLOĢIJA - 2025

Vielmaiņas enerģija ir enerģija, ka visas dzīvās būtnes, kas iegūti no ķīmiskās enerģijas iekļauts pārtikā (vai barības vielas). Šī enerģija būtībā ir vienāda visām šūnām; tomēr veids, kā to iegūt, ir ļoti daudzveidīgs.

Pārtiku veido virkne dažādu veidu biomolekulu, kuru saitēs glabājas ķīmiskā enerģija. Tādā veidā organismi var izmantot pārtikā uzkrāto enerģiju un pēc tam izmantot šo enerģiju citos vielmaiņas procesos.

Visiem dzīvajiem organismiem ir nepieciešama enerģija, lai augtu un vairotos, uzturētu savas struktūras un reaģētu uz vidi. Metabolisms ietver ķīmiskos procesus, kas uztur dzīvību un ļauj organismiem pārveidot ķīmisko enerģiju šūnām noderīgā enerģijā.

Dzīvniekiem metabolisms sadala ogļhidrātus, lipīdus, olbaltumvielas un nukleīnskābes, nodrošinot ķīmisku enerģiju. Augi savukārt pārveido Saules gaismas enerģiju ķīmiskajā enerģijā, lai sintezētu citas molekulas; viņi to dara fotosintēzes procesā.

Metabolisma reakciju veidi

Metabolisms sastāv no vairākiem reakciju veidiem, kurus var iedalīt divās plašās kategorijās: organisko molekulu sadalīšanās reakcijas un citu biomolekulu sintēzes reakcijas.

Metabolisma sadalīšanās reakcijas veido šūnu katabolismu (vai kataboliskās reakcijas). Tie ietver ar enerģiju bagātu molekulu, piemēram, glikozes un citu cukuru (ogļhidrātu) oksidēšanu. Tā kā šīs reakcijas atbrīvo enerģiju, tās sauc par eksergoniskām.

Turpretī sintēzes reakcijas veido šūnu anabolismu (vai anaboliskās reakcijas). Tie veic molekulu reducēšanas procesus, veidojot citus, kas bagāti ar uzkrāto enerģiju, piemēram, glikogēnu. Tā kā šīs reakcijas patērē enerģiju, tās sauc par endergonic.

Metabolisma enerģijas avoti

Galvenie vielmaiņas enerģijas avoti ir glikozes molekulas un taukskābes. Tie veido biomolekulu grupu, kuru enerģijai var ātri oksidēt.

Glikozes molekulas lielākoties nāk no ogļhidrātiem, kas uzņemti uzturā, piemēram, rīsiem, maizei, makaroniem, starp citiem dārzeņu, kas bagāti ar cieti, atvasinājumiem. Kad asinīs ir maz glikozes, to var iegūt arī no glikogēna molekulām, kuras tiek glabātas aknās.

Ilgstoša badošanās laikā vai procesos, kas prasa papildu enerģijas tērēšanu, šī enerģija ir jāiegūst no taukskābēm, kuras tiek mobilizētas no taukaudiem.

Šīs taukskābes tiek pakļautas virknei metabolisma reakciju, kas tās aktivizē un ļauj tām nokļūt mitohondriju iekšpusē, kur tās tiks oksidētas. Šo procesu sauc par taukskābju β-oksidāciju un šajos apstākļos nodrošina līdz 80% papildu enerģijas.

Olbaltumvielas un tauki ir pēdējās rezerves jaunu glikozes molekulu sintezēšanai, īpaši ārkārtas badošanās gadījumos. Šī reakcija ir anaboliska, un to sauc par glikoneoģenēzi.

Ķīmiskās enerģijas pārveidošanas process metabolisma enerģijā

Sarežģītas pārtikas molekulas, piemēram, cukuri, tauki un olbaltumvielas, ir bagāti šūnu enerģijas avoti, jo liela daļa enerģijas, kas tiek izmantota šo molekulu pagatavošanai, burtiski tiek glabāta ķīmiskajās saitēs, kas tās satur kopā.

Zinātnieki var izmērīt enerģijas daudzumu, kas tiek saglabāts pārtikā, izmantojot ierīci, ko sauc par bumbas kalorimetru. Izmantojot šo paņēmienu, ēdienu ievieto kalorimetrā un karsē, līdz tas sadedzina. Reakcijas laikā izdalītais siltuma pārpalikums ir tieši proporcionāls pārtikas daudzumā esošajam enerģijas daudzumam.

Realitāte ir tāda, ka šūnas nedarbojas kā kalorimetri. Tā vietā, lai sadedzinātu enerģiju vienā lielā reakcijā, šūnas lēnām atbrīvo enerģiju, kas uzkrājas pārtikas molekulās, izmantojot virkni oksidācijas reakciju.

Oksidēšana

Oksidēšana apraksta ķīmiskās reakcijas veidu, kurā elektroni tiek pārvietoti no vienas molekulas uz otru, mainot donora un akceptora molekulu sastāvu un enerģijas saturu. Pārtikā esošās molekulas darbojas kā elektronu donori.

Katrā oksidācijas reakcijā, kas iesaistīta pārtikas sadalīšanās procesā, reakcijas produkta enerģijas saturs ir zemāks nekā donora molekulā, kas pirms tam atradās ceļā.

Tajā pašā laikā elektronu akceptoru molekulas uztver daļu enerģijas, kas tiek zaudēta no pārtikas molekulas katras oksidācijas reakcijas laikā, un uzglabā to vēlākai lietošanai.

Galu galā, kad oglekļa atomi sarežģītā organiskā molekulā ir pilnībā oksidējušies (reakcijas ķēdes beigās), tie izdalās kā oglekļa dioksīds.

Šūnas neizmanto oksidācijas reakciju enerģiju, tiklīdz tā tiek atbrīvota. Notiek tas, ka viņi to pārveido mazās, ar enerģiju bagātākās molekulās, piemēram, ATP un NADH, kuras var izmantot visā šūnā, lai veicinātu metabolismu un veidotu jaunus šūnu komponentus.

Gaidīšanas režīma jauda

Kad enerģijas ir daudz, eikariotu šūnas rada lielākas, ar enerģiju bagātas molekulas, lai uzkrātu šo lieko enerģiju.

Iegūtie cukuri un tauki tiek turēti nogulsnēs šūnās, no kurām dažas ir pietiekami lielas, lai tās būtu redzamas elektronu mikrogrāfos.

Dzīvnieku šūnas var sintezēt arī sazarotus glikozes (glikogēna) polimērus, kas savukārt agregējas daļiņās, kuras var novērot ar elektronu mikroskopiju. Šūna var ātri mobilizēt šīs daļiņas, kad vien tai nepieciešama ātra enerģija.

Tomēr normālos apstākļos cilvēki uzglabā pietiekami daudz glikogēna, lai nodrošinātu dienas enerģijas daudzumu. Augu šūnas neražo glikogēnu, bet gan veido dažādus glikozes polimērus, kas pazīstami kā cietes un tiek glabāti granulās.

Turklāt gan augu, gan dzīvnieku šūnas ietaupa enerģiju, novirzot glikozi tauku sintēzes ceļos. Viens grams tauku satur gandrīz sešas reizes lielāku enerģijas daudzumu tajā pašā glikogēna daudzumā, bet tauku enerģija ir mazāk pieejama nekā tā, kas iegūta no glikogēna.

Tomēr katrs uzglabāšanas mehānisms ir svarīgs, jo šūnām ir nepieciešami gan īstermiņa, gan ilgtermiņa enerģijas krājumi.

Tauki tiek glabāti pilieniņās šūnu citoplazmā. Cilvēki parasti uzglabā pietiekami daudz tauku, lai vairākas nedēļas uzturētu šūnas.

Atsauces

1. Alberts, B., Džonsons, A., Lūiss, J., Morgans, D., Rafs, M., Roberts, K. un Valters, P. (2014). Šūnas molekulārā bioloģija (6. izdevums). Garland zinātne.
2. Bergs, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Bioķīmija (8. izdevums). WH Freeman un uzņēmums
3. Kempbela, N. un Reece, J. (2005). Bioloģija (2. red.) Pīrsona izglītība.
4. Lodish, H., Berks, A., Kaizers, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molekulāro šūnu bioloģija (8. izdevums). WH Freeman un uzņēmums.
5. Purves, W., Sadava, D., Orians, G. & Heller, H. (2004). Dzīve: bioloģijas zinātne (7. izdevums). Sinauer Associates un WH Freeman.
6. Zālamans, E., Bergs, L. un Martins, D. (2004). Bioloģija (7. izdevums) Cengage mācīšanās.
7. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Bioķīmijas pamati: dzīve molekulārā līmenī (5. izdevums). Vilejs.