Τύποι Μεταβολικής Ενέργειας, Πηγές, Διαδικασία Μετασχηματισμού



Το μεταβολική ενέργεια είναι η ενέργεια που λαμβάνουν όλα τα ζωντανά όντα από τη χημική ενέργεια που περιέχεται στα τρόφιμα (ή τα θρεπτικά συστατικά). Αυτή η ενέργεια είναι βασικά η ίδια για όλα τα κύτταρα. Ωστόσο, ο τρόπος απόκτησης του είναι πολύ διαφορετικός.

Τα τρόφιμα σχηματίζονται από μια σειρά από βιομόρια διαφόρων τύπων, τα οποία έχουν χημική ενέργεια αποθηκευμένη στους δεσμούς τους. Με αυτόν τον τρόπο, οι οργανισμοί μπορούν να επωφεληθούν από την ενέργεια που αποθηκεύεται στα τρόφιμα και στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουν αυτήν την ενέργεια σε άλλες μεταβολικές διεργασίες.

Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί χρειάζονται ενέργεια για να αναπτυχθούν και να αναπαραχθούν, να διατηρήσουν τις δομές τους και να ανταποκριθούν στο περιβάλλον. Ο μεταβολισμός περιλαμβάνει τις χημικές διεργασίες που υποστηρίζουν τη ζωή και επιτρέπει στους οργανισμούς να μετατρέπουν τη χημική ενέργεια σε χρήσιμη ενέργεια για τα κύτταρα.

Στα ζώα, ο μεταβολισμός διασπά τους υδατάνθρακες, τα λιπίδια, τις πρωτεΐνες και τα νουκλεϊνικά οξέα για να παράσχει χημική ενέργεια. Από την άλλη πλευρά, τα φυτά μετατρέπουν την φωτεινή ενέργεια του Ήλιου σε χημική ενέργεια για να συνθέσουν άλλα μόρια. το κάνουν αυτό κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης.

Ευρετήριο

  • 1 Τύποι μεταβολικών αντιδράσεων
  • 2 Πηγές μεταβολικής ενέργειας
  • 3 Διαδικασία μετατροπής της χημικής ενέργειας σε μεταβολική ενέργεια
    • 3.1 Οξείδωση
  • 4 Εφεδρική τροφοδοσία
  • 5 Αναφορές

Τύποι μεταβολικών αντιδράσεων

Ο μεταβολισμός περιλαμβάνει διάφορους τύπους αντιδράσεων που μπορούν να ομαδοποιηθούν σε δύο ευρείες κατηγορίες: οι αντιδράσεις αποικοδόμησης οργανικών μορίων και οι αντιδράσεις σύνθεσης άλλων βιομορίων.

Οι μεταβολικές αντιδράσεις της αποδόμησης αποτελούν κυτταρικό καταβολισμό (ή καταβολικές αντιδράσεις). Αυτά περιλαμβάνουν την οξείδωση πλούσιων σε ενέργεια μορίων, όπως γλυκόζη και άλλα σάκχαρα (υδατάνθρακες). Καθώς αυτές οι αντιδράσεις απελευθερώνουν ενέργεια, ονομάζονται εξέργονες.

Αντιθέτως, οι αντιδράσεις σύνθεσης αποτελούν κυτταρικό αναβολισμό (ή αναβολικές αντιδράσεις). Αυτοί διεξάγουν διαδικασίες μείωσης των μορίων για να σχηματίσουν άλλα πλούσια σε αποθηκευμένη ενέργεια, όπως το γλυκογόνο. Επειδή αυτές οι αντιδράσεις καταναλώνουν ενέργεια, ονομάζονται endergonic.

Μεταβολικές πηγές ενέργειας

Οι κύριες πηγές μεταβολικής ενέργειας είναι μόρια γλυκόζης και λιπαρά οξέα. Αυτά αποτελούν μια ομάδα βιομορίων που μπορούν να οξειδωθούν γρήγορα για ενέργεια.

Τα μόρια γλυκόζης προέρχονται κυρίως από υδατάνθρακες που εισάγονται στη διατροφή, όπως το ρύζι, το ψωμί, τα ζυμαρικά, μεταξύ άλλων παραγώγων αμυλούχων λαχανικών. Όταν υπάρχει μικρή ποσότητα γλυκόζης στο αίμα, μπορεί επίσης να ληφθεί από τα μόρια γλυκογόνου που είναι αποθηκευμένα στο ήπαρ.

Κατά τη διάρκεια της παρατεταμένης ταχύτητας ή στις διαδικασίες που απαιτούν πρόσθετη δαπάνη ενέργειας, απαιτείται η απόκτηση αυτής της ενέργειας από τα λιπαρά οξέα που κινητοποιούνται από τον λιπώδη ιστό.

Αυτά τα λιπαρά οξέα υποβάλλονται σε μια σειρά από μεταβολικές αντιδράσεις που τους ενεργοποιούν και επιτρέπουν τη μεταφορά τους στο εσωτερικό των μιτοχονδρίων όπου θα οξειδωθούν. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται β-οξείδωση των λιπαρών οξέων και παρέχει μέχρι και 80% πρόσθετη ενέργεια κάτω από αυτές τις συνθήκες.

Οι πρωτεΐνες και τα λίπη είναι το τελευταίο απόθεμα για τη σύνθεση νέων μορίων γλυκόζης, ιδιαίτερα σε περιπτώσεις ακραίων νηστειών. Αυτή η αντίδραση είναι αναβολικού τύπου και είναι γνωστή ως γλυκονεογένεση.

Διαδικασία μετατροπής της χημικής ενέργειας σε μεταβολική ενέργεια

Σύνθετα μόρια τροφίμων όπως σάκχαρα, λίπη και πρωτεΐνες είναι πλούσιες πηγές ενέργειας για τα κύτταρα, επειδή ένα μεγάλο μέρος της ενέργειας που χρησιμοποιείται για το σχηματισμό αυτών των μορίων κυριολεκτικά αποθηκεύονται εντός των χημικών δεσμών που συγκρατούν μαζί.

Οι επιστήμονες μπορούν να μετρήσουν την ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύεται στα τρόφιμα χρησιμοποιώντας μια συσκευή που ονομάζεται θερμιδομετρική αντλία. Με αυτή την τεχνική, το φαγητό τοποθετείται μέσα στο θερμιδόμετρο και θερμαίνεται μέχρι να καεί. Η περίσσεια θερμότητας που απελευθερώνεται από την αντίδραση είναι άμεσα ανάλογη με την ποσότητα ενέργειας που περιέχεται στο τρόφιμο.

Η πραγματικότητα είναι ότι τα κύτταρα δεν λειτουργούν σαν θερμιδόμετρα. Αντί να καίνε την ενέργεια σε μια μεγάλη αντίδραση, τα κύτταρα απελευθερώνουν αργά την ενέργεια που αποθηκεύεται στα μόρια των τροφίμων τους μέσω μιας σειράς αντιδράσεων οξειδώσεως.

Οξείδωση

Η οξείδωση περιγράφει έναν τύπο χημικής αντίδρασης στην οποία τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται από το ένα μόριο στο άλλο, μεταβάλλοντας τη σύνθεση και το ενεργειακό περιεχόμενο των μορίων δότη και δέκτη. Τα μόρια τροφίμων λειτουργούν ως δότες ηλεκτρονίων.

Κατά τη διάρκεια κάθε αντίδρασης οξείδωσης που εμπλέκεται στην αποσύνθεση της τροφής, το προϊόν της αντίδρασης έχει χαμηλότερη ενεργειακή περιεκτικότητα από το μόριο του δότη που προηγήθηκε στη διαδρομή.

Την ίδια στιγμή, τα μόρια δέκτη ηλεκτρονίων δεσμεύουν μέρος της ενέργειας που χάνεται από το μόριο των τροφών κατά τη διάρκεια κάθε αντίδρασης οξείδωσης και αποθηκεύονται για μεταγενέστερη χρήση..

Τελικά, όταν τα άτομα άνθρακα ενός πολύπλοκου οργανικού μορίου είναι πλήρως οξειδωμένα (στο τέλος της αλυσίδας αντίδρασης) απελευθερώνονται με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα.

Τα κύτταρα δεν χρησιμοποιούν την ενέργεια των αντιδράσεων οξείδωσης μόλις απελευθερωθούν. Αυτό που συμβαίνει είναι ότι το μετατρέπουν σε μικρά, πλούσια σε ενέργεια μόρια, όπως τα ATP και NADH, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ολόκληρο το κύτταρο για να ενισχύσουν το μεταβολισμό και να δημιουργήσουν νέα κυτταρικά συστατικά.

Εξοικονόμηση ενέργειας

Όταν η ενέργεια είναι άφθονη, τα ευκαρυωτικά κύτταρα δημιουργούν μεγαλύτερα, πλούσια σε ενέργεια μόρια για την αποθήκευση αυτής της πλεονάζουσας ενέργειας.

Τα προκύπτοντα σάκχαρα και λίπη διατηρούνται σε αποθέσεις εντός των κυττάρων, μερικά από τα οποία είναι αρκετά μεγάλα ώστε να είναι ορατά στις ηλεκτρονικές μικρογραφίες.

Τα ζωικά κύτταρα μπορούν επίσης να συνθέσουν διακλαδισμένα πολυμερή γλυκόζης (γλυκογόνο), τα οποία με τη σειρά τους συσσωματώνονται σε σωματίδια που μπορούν να παρατηρηθούν με ηλεκτρονική μικροσκοπία. Ένα κύτταρο μπορεί να κινητοποιήσει γρήγορα αυτά τα σωματίδια όποτε χρειάζεται ταχεία ενέργεια.

Ωστόσο, υπό κανονικές συνθήκες οι άνθρωποι αποθηκεύουν αρκετό γλυκογόνο για να παρέχουν μια ημέρα ενέργειας. Τα φυτικά κύτταρα δεν παράγουν γλυκογόνο, αλλά παράγουν διαφορετικά πολυμερή γλυκόζης γνωστά ως άμυλα, τα οποία αποθηκεύονται σε κόκκους.

Επιπλέον, τόσο τα φυτικά κύτταρα όσο και τα ζώα αποθηκεύουν ενέργεια εξάγοντας γλυκόζη στις οδούς σύνθεσης λίπους. Ένα γραμμάριο λίπους περιέχει σχεδόν έξι φορές την ενέργεια της ίδιας ποσότητας γλυκογόνου, αλλά η ενέργεια του λίπους είναι λιγότερο διαθέσιμη από εκείνη του γλυκογόνου.

Ακόμα, κάθε μηχανισμός αποθήκευσης είναι σημαντικός επειδή τα κύτταρα χρειάζονται τόσο βραχυπρόθεσμες όσο και μακροπρόθεσμες ενεργειακές καταθέσεις..

Τα λίπη αποθηκεύονται σε σταγονίδια στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων. Οι άνθρωποι αποθηκεύουν συνήθως αρκετό λίπος για να τροφοδοτήσουν τα κύτταρα τους με ενέργεια για αρκετές εβδομάδες.

Αναφορές

  1. Alberts, Β., Johnson, Α., Lewis, J., Morgan, D., Raff, Μ., Roberts, Κ. & Walter, Ρ. (2014). Μοριακή Βιολογία του Κυττάρου (6η έκδ.). Garland Science.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Βιοχημεία (8η έκδοση). W. Η. Freeman and Company
  3. Campbell, Ν. & Reece, J. (2005). Βιολογία (2η έκδοση) Pearson Education.
  4. Οι Lodish, H., Berk, Α., Kaiser, C., Krieger, Μ., Bretscher, Α., Ploegh, Η., Amon, Α. & Martin,. Molecular Cell Biology (8η έκδοση). W. Η. Freeman and Company.
  5. Purves, W., Sadava, D., Orians, G. & Heller, Η. (2004). Ζωή: η επιστήμη της βιολογίας (7η έκδ.). Sinauer Associates και W. Η. Freeman.
  6. Solomon, Ε., Berg, L. & Martin, D. (2004). Βιολογία (7η έκδοση) Εκμάθηση των πόρων.
  7. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Βασικές αρχές της βιοχημείας: Ζωή στο μοριακό επίπεδο (5η έκδοση). Wiley.