Metaboolsed energia tüübid, allikad, transformatsiooniprotsess



The metaboolset energiat see on energia, mida kõik elusolendid saavad toidu (või toitainete) keemilisest energiast. See energia on kõikide rakkude puhul põhimõtteliselt sama; kuid see on väga mitmekesine.

Toiduaineid moodustavad mitmed eri tüüpi biomolekulid, millel on nende võlakirjadesse salvestatud keemiline energia. Sel moel saavad organismid ära kasutada toiduainetes talletatud energiat ja seejärel kasutada seda energiat muudes ainevahetusprotsessides.

Kõik elusorganismid vajavad energiat, et kasvatada ja paljuneda, säilitada oma struktuure ja reageerida keskkonnale. Metabolism hõlmab keemilisi protsesse, mis toetavad elu ja mis võimaldavad organismidel keemilist energiat rakkudele kasuliku energiaks muuta.

Loomadel laguneb ainevahetus süsivesikuid, lipiide, valke ja nukleiinhappeid keemilise energia saamiseks. Teisest küljest muudavad taimed päikese valgusenergia keemiliseks energiaks, et sünteesida teisi molekule; nad teevad seda fotosünteesi käigus.

Indeks

  • 1 Metaboolsete reaktsioonide liigid
  • 2 Metaboolse energia allikad
  • 3 Keemilise energia metaboolse energia muundamise protsess
    • 3.1 Oksüdatsioon
  • 4 Varundusvõimsus
  • 5 Viited

Metaboolsete reaktsioonide tüübid

Metabolism hõlmab mitut tüüpi reaktsioone, mida saab rühmitada kahte suurde kategooriasse: orgaaniliste molekulide lagunemise reaktsioonid ja teiste biomolekulide sünteesireaktsioonid.

Degradatsiooni metaboolsed reaktsioonid on rakulised katabolismid (või kataboolsed reaktsioonid). Need hõlmavad energiasisaldavate molekulide nagu glükoos ja muud suhkrud (süsivesikud) oksüdeerimist. Kuna need reaktsioonid vabastavad energiat, nimetatakse neid exergonikaks.

Seevastu sünteesireaktsioonid moodustavad raku anabolismi (või anaboolsed reaktsioonid). Need teostavad molekulide redutseerimisprotsesse, et moodustada teisi salvestatud energiaga, näiteks glükogeeniga. Kuna need reaktsioonid tarbivad energiat, nimetatakse neid endergoonideks.

Metaboolsed energiaallikad

Metaboolse energia peamised allikad on glükoosimolekulid ja rasvhapped. Need moodustavad rühma biomolekule, mida saab energiaks kiiresti oksüdeerida.

Glükoosimolekulid pärinevad peamiselt dieedis neelatud süsivesikutest, nagu riis, leib, pasta, muu tärkliserikaste köögiviljade derivaatide hulgas. Kui vere glükoosisisaldus on väike, võib seda saada ka maksa glükogeenimolekulidest.

Pikaajalise kiiruse ajal või protsessides, mis nõuavad täiendavaid energiakulusid, on vaja saada see energia rasvhapetest, mis on mobiliseeritud rasvkoest..

Need rasvhapped läbivad mitmeid metaboolseid reaktsioone, mis neid aktiveerivad ja võimaldavad nende transportimist mitokondrite sisemusse, kus nad oksüdeeruvad. Seda protsessi nimetatakse rasvhapete β-oksüdatsiooniks ja annab nendes tingimustes kuni 80% täiendavat energiat.

Valgud ja rasvad on viimased reservid uute glükoosimolekulide sünteesimiseks, eriti äärmise paastumise korral. See reaktsioon on anaboolne ja seda tuntakse glükoneogeneesina.

Keemilise energia metaboolse energia muundamise protsess

Toidukaupade keerulised molekulid, nagu suhkrud, rasvad ja valgud, on rakkude energiakasutuseks, sest suur osa energiast, mida kasutatakse nende molekulide moodustamiseks, salvestatakse sõna otseses mõttes keemilistes sidemetes, mis hoiavad neid kokku.

Teadlased saavad mõõta toidus kasutatud energia kogust kalorimeetrilise pumba abil. Selle tehnikaga pannakse toit kalorimeetri sisse ja kuumutatakse, kuni see põleb. Reaktsiooni poolt vabanenud liigne soojus on otseselt proportsionaalne toiduga sisalduva energia kogusega.

Reaalsus on see, et rakud ei tööta nagu kalorimeetrid. Selle asemel, et põletada energiat suurtes reaktsioonides, vabastavad rakud oksüdatsioonireaktsioonide rea kaudu aeglaselt oma toidumolekulides salvestatud energiat..

Oksüdatsioon

Oksüdatsioon kirjeldab keemilise reaktsiooni tüüpi, milles elektronid viiakse ühest molekulist teise, muutes doonori ja aktseptori molekulide koostist ja energiasisaldust. Toidu molekulid toimivad elektronide doonoritena.

Iga toidu lagunemisega seotud oksüdatsioonireaktsiooni käigus on reaktsiooniproduktil madalam energiasisaldus kui doonormolekulil, mis eelnes sellele marsruudil.

Samal ajal haaravad elektron-aktseptorimolekulid osa energiast, mis on kadunud toidu molekulist iga oksüdatsioonireaktsiooni ajal, ning säilitab seda hilisemaks kasutamiseks..

Lõpuks, kui kompleksse orgaanilise molekuli süsinikuaatomid on täielikult oksüdeeritud (reaktsiooniahela lõpus), vabanevad nad süsinikdioksiidi kujul.

Rakud ei kasuta oksüdatsioonireaktsioonide energiat kohe, kui see on vabastatud. Mis juhtub, on see, et nad muudavad selle väikesteks, energiasäästlikeks molekulideks, nagu ATP ja NADH, mida saab kogu rakus kasutada ainevahetuse suurendamiseks ja uute rakuliste komponentide loomiseks.

Reservvõimsus

Kui energia on rikkalik, loovad eukarüootsed rakud selle liigse energia säilitamiseks suuremaid, energiasiseseid molekule.

Saadud suhkruid ja rasvu hoitakse rakkudes, millest mõned on piisavalt suured, et need oleks elektronmikroskoopidel nähtavad..

Loomarakud võivad sünteesida ka hargnenud ahelaga glükoosi polümeere (glükogeen), mis omakorda agregeeritakse osakesteks, mida saab jälgida elektronmikroskoopia abil. Rakk võib neid osakesi kiiresti mobiliseerida, kui see vajab kiiret energiat.

Normaalsetes tingimustes säilitavad inimesed siiski piisava hulga glükogeeni, et tagada energiapäev. Taimrakud ei tekita glükogeeni, vaid valmistavad erinevaid glükoospolümeere, mida tuntakse tärklisena ja mida säilitatakse graanulites.

Lisaks sellele säilitavad nii taimerakud kui loomad energiat rasva sünteesi radadel glükoosi saamisel. Üks gramm rasva sisaldab peaaegu kuus korda sama koguse glükogeeni energiat, kuid rasva energia on vähem kättesaadav kui glükogeenil..

Siiski on iga salvestusmehhanism oluline, sest rakud vajavad nii lühi- kui ka pikaajalisi energiasisaldusi..

Rasvad säilitatakse rakkude tsütoplasmas tilkades. Inimesed hoiavad tavaliselt piisavalt rasva, et oma rakke energiaga mitu nädalat tarnida.

Viited

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Raku molekulaarbioloogia (6. trükk). Garland Science.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biokeemia (8. väljaanne). W. H. Freeman ja Company
  3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Bioloogia (2. väljaanne) Pearson Education.
  4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molekulaarrakkude bioloogia (8. väljaanne). W. H. Freeman ja Company.
  5. Purves, W., Sadava, D., Orians, G. & Heller, H. (2004). Elu: bioloogia teadus (7. trükk). Sinauer Associates ja W. H. Freeman.
  6. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Bioloogia (7. ed.) Cengage'i õppimine.
  7. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Biokeemia alused: elu molekulaarsel tasandil (5. väljaanne). Wiley.