Типи метаболічної енергії, джерела, процес трансформації



The метаболічної енергії це енергія, яку всі живі істоти отримують від хімічної енергії, що міститься в їжі (або поживних речовинах). Ця енергія в основному однакова для всіх клітин; однак спосіб його отримання дуже різноманітний.

Їжа формується серією біомолекул різних типів, які мають хімічну енергію, що зберігається в їх зв'язках. Таким чином, організми можуть скористатися енергією, що зберігається в їжі, а потім використовувати цю енергію в інших метаболічних процесах.

Всі живі організми потребують енергії, щоб рости і відтворювати, підтримувати свої структури і реагувати на навколишнє середовище. Метаболізм охоплює хімічні процеси, які підтримують життя, і що дозволяє організмам перетворювати хімічну енергію в корисну енергію для клітин.

У тварин метаболізм руйнує вуглеводи, ліпіди, білки і нуклеїнові кислоти для забезпечення хімічної енергії. З іншого боку, рослини перетворюють світлову енергію Сонця в хімічну енергію для синтезу інших молекул; вони роблять це під час процесу фотосинтезу.

Індекс

  • 1 Види метаболічних реакцій
  • 2 Джерела метаболічної енергії
  • 3 Процес перетворення хімічної енергії в метаболічну енергію
    • 3.1 Окислення
  • 4 Резервне живлення
  • 5 Посилання

Види метаболічних реакцій

Метаболізм включає кілька типів реакцій, які можуть бути згруповані в дві широкі категорії: реакції деградації органічних молекул і реакції синтезу інших біомолекул.

Метаболічні реакції деградації являють собою клітинний катаболізм (або катаболічні реакції). Вони включають окислення енергоємних молекул, таких як глюкоза та інші цукру (вуглеводи). Оскільки ці реакції вивільняють енергію, їх називають ексергонікою.

Навпаки, реакції синтезу становлять клітинний анаболізм (або анаболічні реакції). Вони здійснюють процеси відновлення молекул до утворення інших, багатих накопиченою енергією, таких як глікоген. Оскільки ці реакції споживають енергію, їх називають ендергонічними.

Метаболічні джерела енергії

Основними джерелами метаболічної енергії є молекули глюкози і жирні кислоти. Вони складають групу біомолекул, які можуть швидко окислюватися для отримання енергії.

Молекули глюкози надходять в основному з вуглеводів, що потрапляють у раціон, таких як рис, хліб, макаронні вироби, серед інших похідних крохмалистих овочів. Коли в крові мало глюкози, вона також може бути отримана з молекул глікогену, що зберігаються в печінці.

Під час тривалого швидкого, або в процесах, що вимагають додаткових витрат енергії, необхідно отримати цю енергію з жирних кислот, які мобілізовані з жирової тканини.

Ці жирні кислоти зазнають низку метаболічних реакцій, які активують їх і дозволяють їх транспортувати до внутрішньої частини мітохондрій, де вони окислюються. Цей процес називається β-окисленням жирних кислот і забезпечує до 80% додаткової енергії в цих умовах.

Білки і жири є останнім резервом синтезу нових молекул глюкози, особливо у випадках екстремального голодування. Ця реакція має анаболічний тип і відома як глюконеогенез.

Процес перетворення хімічної енергії в метаболічну енергію

Складні молекули продуктів, таких як цукру, жири і білки, є багатими джерелами енергії для клітин, оскільки значна частина енергії, що використовується для формування цих молекул, зберігається буквально в межах хімічних зв'язків, які містять їх разом.

Вчені можуть вимірювати кількість енергії, що зберігається в їжі, за допомогою пристрою, що називається калориметричним насосом. За допомогою цієї методики їжа поміщається всередині калориметра і нагрівається, поки вона не згорить. Надлишок тепла, що виділяється в результаті реакції, прямо пропорційний кількості енергії, що міститься в їжі.

Реальність така, що клітини не працюють як калориметри. Замість того, щоб спалювати енергію у великій реакції, клітини повільно вивільняють енергію, що зберігається в їх молекулах, через ряд реакцій окислення.

Окислення

Окислення описує тип хімічної реакції, при якій електрони передаються від однієї молекули до іншої, змінюючи склад і енергетичний вміст донорних і акцепторних молекул. Молекули їжі діють як донори електронів.

Під час кожної реакції окислення, що беруть участь у розкладанні харчових продуктів, продукт реакції має більш низький вміст енергії, ніж донорська молекула, яка передувала їй на маршруті.

У той же час молекули акцептора електронів захоплюють частину енергії, яка втрачається з молекули їжі під час кожної реакції окислення, і зберігають її для подальшого використання..

Зрештою, коли атоми вуглецю складної органічної молекули повністю окислюються (в кінці ланцюга реакції), вони вивільняються у вигляді діоксиду вуглецю.

Клітини не використовують енергію реакцій окислення, як тільки вона вивільняється. Що відбувається це те, що вони перетворюють його на невеликі, енергетично багаті молекули, такі як АТФ і NADH, які можуть бути використані по всій клітці для підвищення метаболізму і створення нових клітинних компонентів..

Резервна потужність

Коли енергія багата, еукаріотичні клітини створюють великі, багаті енергією молекули для зберігання цієї надлишкової енергії.

Отримані в результаті цукру і жири зберігаються у відкладах всередині клітин, деякі з яких досить великі, щоб бути видимими на електронних мікрофотографіях..

Клітини тварин також можуть синтезувати розгалужені полімери глюкози (глікогену), які в свою чергу агрегуються в частинки, які можна спостерігати за допомогою електронної мікроскопії. Клітина може швидко мобілізувати ці частинки, коли вона потребує швидкої енергії.

Однак, за нормальних обставин люди зберігають достатню кількість глікогену, щоб забезпечити день енергії. Клітини рослин не продукують глікоген, але роблять різні полімери глюкози, відомі як крохмалі, які зберігаються в гранулах.

Крім того, клітини рослин і тварини зберігають енергію шляхом отримання глюкози в шляхах синтезу жиру. Один грам жиру містить майже шість разів більшу енергію тієї ж кількості глікогену, але енергія жиру менш доступна, ніж глікоген.

Тим не менш, кожен механізм зберігання важливий, тому що клітинам потрібні як короткочасні, так і довгострокові відклади енергії..

Жири зберігаються в крапельках в цитоплазмі клітин. Люди зазвичай зберігають достатньо жиру, щоб забезпечити свої клітини енергією протягом декількох тижнів.

Список літератури

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Молекулярна біологія клітини (6-е изд.). Гірлянди наука.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Біохімія (8-е изд.). W. H. Freeman and Company
  3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Біологія (2-е изд.) Освіта Пірсона.
  4. Лодіш, Х., Берк А., Кайзер, К., Крігер, М., Bretscher, А., Ploegh, Х., Амон, А. & Мартін, К. (2016). Молекулярна клітинна біологія (8-е изд.). W. H. Freeman and Company.
  5. Purves, W., Sadava, D., Orians, G. & Heller, H. (2004). Життя: наука біології (7-е изд.). Sinauer Associates та W. H. Freeman.
  6. Соломон, Е., Берг, Л. і Мартін, Д. (2004). Біологія (7-е изд.) Cengage Learning.
  7. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Основи біохімії: життя на молекулярному рівні (5-е изд.). Wiley.