Typy metabolické energie, zdroje, proces transformace



metabolické energie je to energie, kterou všechny živé bytosti získávají z chemické energie obsažené v potravinách (nebo živinách). Tato energie je v podstatě stejná pro všechny buňky; způsob, jak toho dosáhnout, je však velmi různorodý.

Potraviny jsou tvořeny řadou biomolekul různých typů, které mají chemickou energii uloženou v jejich vazbách. Tímto způsobem mohou organismy využít energii uloženou v potravinách a pak tuto energii využít v jiných metabolických procesech.

Všechny živé organismy potřebují energii, aby rostly a rozmnožovaly se, udržovaly své struktury a reagovaly na životní prostředí. Metabolismus zahrnuje chemické procesy, které udržují život a umožňují organismům přeměnit chemickou energii na užitečnou energii pro buňky.

U zvířat metabolismus rozkládá sacharidy, lipidy, proteiny a nukleové kyseliny, aby poskytl chemickou energii. Na druhé straně rostliny přeměňují světelnou energii Slunce na chemickou energii, aby syntetizovaly jiné molekuly; dělají to během procesu fotosyntézy.

Index

  • 1 Typy metabolických reakcí
  • 2 Zdroje metabolické energie
  • 3 Proces přeměny chemické energie na metabolickou energii
    • 3.1 Oxidace
  • 4 Záložní napájení
  • 5 Odkazy

Typy metabolických reakcí

Metabolismus zahrnuje několik typů reakcí, které lze rozdělit do dvou širokých kategorií: reakce degradace organických molekul a reakce syntézy jiných biomolekul.

Metabolické reakce degradace představují buněčný katabolismus (nebo katabolické reakce). Ty zahrnují oxidaci molekul bohatých na energii, jako je glukóza a další cukry (sacharidy). Protože tyto reakce uvolňují energii, nazývají se exergonika.

Naproti tomu syntetické reakce tvoří buněčný anabolismus (anabolické reakce). Tyto procesy provádějí redukci molekul za vzniku jiných bohatých zdrojů energie, jako je glykogen. Protože tyto reakce spotřebovávají energii, nazývají se endergonické.

Metabolické zdroje energie

Hlavními zdroji metabolické energie jsou molekuly glukózy a mastné kyseliny. Ty představují skupinu biomolekul, které mohou být rychle oxidovány pro energii.

Molekuly glukózy pocházejí převážně ze sacharidů požívaných ve stravě, jako je rýže, chléb, těstoviny, mezi jinými deriváty škrobové zeleniny. Když je v krvi málo glukózy, lze ji také získat z molekul glykogenu uložených v játrech.

Během prodloužené rychlosti, nebo v procesech, které vyžadují další výdaje energie, je nutné získat tuto energii z mastných kyselin, které jsou mobilizovány z tukové tkáně..

Tyto mastné kyseliny procházejí řadou metabolických reakcí, které je aktivují a umožňují jejich transport do vnitřku mitochondrií, kde budou oxidovány. Tento proces se nazývá β-oxidace mastných kyselin a za těchto podmínek poskytuje až 80% dodatečné energie.

Proteiny a tuky jsou poslední rezerva syntetizovat nové molekuly glukózy, zvláště v případech extrémního půstu. Tato reakce je anabolického typu a je známa jako glukoneogeneze.

Proces přeměny chemické energie na metabolickou energii

Komplexní molekuly potravin, jako jsou cukry, tuky a proteiny, jsou bohatými zdroji energie pro buňky, protože velká část energie použité k tvorbě těchto molekul je uložena doslova do chemických vazeb, které je drží dohromady.

Vědci mohou měřit množství energie uložené v potravinách pomocí zařízení nazývaného kalorimetrické čerpadlo. S touto technikou je jídlo umístěno uvnitř kalorimetru a zahříváno, dokud hoří. Přebytečné teplo uvolňované reakcí je přímo úměrné množství energie obsažené v potravinách.

Skutečností je, že buňky nefungují jako kalorimetry. Namísto spalování energie ve velké reakci buňky uvolňují energii uloženou v jejich potravních molekulách pomalu prostřednictvím řady oxidačních reakcí.

Oxidace

Oxidace popisuje typ chemické reakce, při které se elektrony přenášejí z jedné molekuly na druhou, mění se složení a energetický obsah donorových a akceptorových molekul. Potravinové molekuly působí jako elektronové donory.

Během každé oxidační reakce, která se podílí na rozkladu potravy, má produkt reakce nižší energetický obsah než donorová molekula, která jí předcházela na cestě..

Současně molekuly akceptoru elektronů zachycují část energie, která je ztracena z potravinové molekuly během každé oxidační reakce a uchovává ji pro pozdější použití..

Nakonec, když jsou atomy uhlíku komplexní organické molekuly zcela oxidovány (na konci reakčního řetězce), uvolňují se ve formě oxidu uhličitého..

Buňky nepoužívají energii oxidačních reakcí, jakmile se uvolní. Stává se, že je přeměňují na malé, energeticky bohaté molekuly, jako jsou ATP a NADH, které mohou být použity v celé buňce pro zvýšení metabolismu a vybudování nových buněčných složek..

Rezervní energie

Když je energie bohatá, eukaryotické buňky vytvářejí větší, energeticky bohaté molekuly, které ukládají tuto přebytečnou energii.

Výsledné cukry a tuky jsou uchovávány v ložiskách uvnitř buněk, z nichž některé jsou dostatečně velké, aby byly viditelné v elektronových mikrografech..

Zvířecí buňky mohou také syntetizovat rozvětvené polymery glukózy (glykogen), které jsou zase agregovány do částic, které mohou být pozorovány elektronovou mikroskopií. Buňky mohou tyto částice rychle mobilizovat, kdykoliv potřebují rychlou energii.

Za normálních okolností však lidé uchovávají dostatek glykogenu, aby poskytli den energie. Rostlinné buňky neprodukují glykogen, ale vyrábějí různé polymery glukózy známé jako škroby, které jsou skladovány v granulích.

Kromě toho jak rostlinné buňky, tak zvířata uchovávají energii odvozením glukózy v cestách syntézy tuku. Jeden gram tuku obsahuje téměř šestinásobek energie stejného množství glykogenu, ale energie tuku je méně dostupná než energie glykogenu..

Každý úložný mechanismus je však důležitý, protože buňky potřebují krátkodobé i dlouhodobé energetické úspory..

Tuky jsou uloženy v kapičkách v cytoplazmě buněk. Lidé obvykle uchovávají dostatek tuku, aby zásobovali své buňky energií několik týdnů.

Odkazy

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molekulární biologie buňky (6. vydání). Garland věda.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biochemie (8. vydání). W. H. Freeman a Company
  3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologie (2. vyd.) Pearson Education.
  4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molekulární buněčná biologie (8. vydání). W. H. Freeman a Company.
  5. Purves, W., Sadava, D., Orians, G. & Heller, H. (2004). Život: věda o biologii (7. vydání). Sinauer Associates a W. H. Freeman.
  6. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologie (7. vydání) Cengage Learning.
  7. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Základy biochemie: Život na molekulární úrovni (5. vydání). Wiley.