Typy metabolickej energie, zdroje, proces transformácie



metabolickej energie je to energia, ktorú všetky živé bytosti získavajú z chemickej energie obsiahnutej v potravinách (alebo živinách). Táto energia je v podstate rovnaká pre všetky bunky; spôsob, ako ho získať, je však veľmi rôznorodý.

Potraviny sú tvorené radom biomolekúl rôznych typov, ktoré majú chemickú energiu uloženú v ich väzbách. Týmto spôsobom môžu organizmy využiť energiu uloženú v potravinách a potom túto energiu využiť v iných metabolických procesoch.

Všetky živé organizmy potrebujú energiu, aby mohli rásť a rozmnožovať sa, udržiavať ich štruktúry a reagovať na životné prostredie. Metabolizmus zahŕňa chemické procesy, ktoré udržujú život a umožňujú organizmom transformovať chemickú energiu na užitočnú energiu pre bunky.

U zvierat metabolizmus rozkladá sacharidy, lipidy, proteíny a nukleové kyseliny, aby poskytli chemickú energiu. Na druhej strane rastliny konvertujú svetelnú energiu Slnka na chemickú energiu, aby syntetizovali iné molekuly; robia to počas procesu fotosyntézy.

index

  • 1 Typy metabolických reakcií
  • 2 Zdroje metabolickej energie
  • 3 Proces transformácie chemickej energie na metabolickú energiu
    • 3.1 Oxidácia
  • 4 Záložné napájanie
  • 5 Referencie

Druhy metabolických reakcií

Metabolizmus zahŕňa niekoľko typov reakcií, ktoré možno rozdeliť do dvoch širokých kategórií: reakcie degradácie organických molekúl a reakcie syntézy iných biomolekúl.

Metabolické reakcie degradácie predstavujú bunkový katabolizmus (alebo katabolické reakcie). Tieto zahŕňajú oxidáciu molekúl bohatých na energiu, ako sú glukóza a iné cukry (sacharidy). Keď tieto reakcie uvoľňujú energiu, nazývajú sa exergonika.

Na rozdiel od toho, syntetické reakcie tvoria bunkový anabolizmus (alebo anabolické reakcie). Vykonávajú procesy redukcie molekúl za vzniku iných bohatých na uskladnenú energiu, ako je glykogén. Pretože tieto reakcie spotrebúvajú energiu, nazývajú sa endergonické.

Metabolické zdroje energie

Hlavnými zdrojmi metabolickej energie sú molekuly glukózy a mastné kyseliny. Tieto predstavujú skupinu biomolekúl, ktoré môžu byť rýchlo oxidované na energiu.

Molekuly glukózy pochádzajú väčšinou zo sacharidov požitých v strave, ako je ryža, chlieb, cestoviny, okrem iných derivátov škrobovej zeleniny. Keď je v krvi málo glukózy, môže sa tiež získať z glykogénových molekúl uložených v pečeni.

Počas predĺženého rýchleho procesu alebo v procesoch, ktoré vyžadujú dodatočné výdavky energie, je potrebné získať túto energiu z mastných kyselín, ktoré sú mobilizované z tukového tkaniva..

Tieto mastné kyseliny prechádzajú radom metabolických reakcií, ktoré ich aktivujú a umožňujú ich transport do vnútra mitochondrií, kde budú oxidované. Tento proces sa nazýva β-oxidácia mastných kyselín a za týchto podmienok poskytuje až 80% dodatočnej energie.

Proteíny a tuky sú poslednou rezervou na syntézu nových molekúl glukózy, najmä v prípadoch extrémneho pôstu. Táto reakcia je anabolického typu a je známa ako glukoneogenéza.

Proces transformácie chemickej energie na metabolickú energiu

Komplexné molekuly potravín, ako sú cukry, tuky a proteíny, sú bohatými zdrojmi energie pre bunky, pretože veľká časť energie použitej na vytvorenie týchto molekúl je uložená doslova v chemických väzbách, ktoré ich držia pohromade..

Vedci môžu merať množstvo energie uloženej v potravinách pomocou zariadenia nazývaného kalorimetrické čerpadlo. Pri tejto technike sa jedlo umiestni do kalorimetra a zahrieva sa, až kým nespáli. Prebytočné teplo uvoľnené reakciou je priamo úmerné množstvu energie obsiahnutej v potrave.

Skutočnosťou je, že bunky nefungujú ako kalorimetre. Namiesto spaľovania energie vo veľkej reakcii bunky pomaly uvoľňujú energiu uloženú v ich potravinách v sérii oxidačných reakcií.

oxidácia

Oxidácia opisuje typ chemickej reakcie, pri ktorej sa elektróny prenášajú z jednej molekuly do druhej, pričom sa mení zloženie a energetický obsah donorových a akceptorových molekúl. Potravinové molekuly pôsobia ako donory elektrónov.

Počas každej oxidačnej reakcie, ktorá sa podieľa na rozklade potraviny, má produkt reakcie nižší energetický obsah ako donorová molekula, ktorá jej predchádzala na ceste..

Molekuly akceptora elektrónov zároveň zachytávajú časť energie, ktorá sa stratí z potravinovej molekuly počas každej oxidačnej reakcie a uloží ju na neskoršie použitie..

Nakoniec, keď sú atómy uhlíka komplexnej organickej molekuly úplne oxidované (na konci reakčného reťazca), uvoľňujú sa vo forme oxidu uhličitého..

Bunky nepoužívajú energiu oxidačných reakcií hneď, ako sa uvoľnia. To, čo sa stane, je, že ho premieňajú na malé, energeticky bohaté molekuly, ako sú ATP a NADH, ktoré môžu byť použité v bunke na zvýšenie metabolizmu a vybudovanie nových bunkových zložiek..

Rezervná sila

Keď je energia bohatá, eukaryotické bunky vytvárajú väčšie, energeticky bohaté molekuly na uloženie tejto prebytočnej energie.

Výsledné cukry a tuky sa uchovávajú v ložiskách v bunkách, z ktorých niektoré sú dostatočne veľké, aby boli viditeľné v elektrónových mikrografoch..

Živočíšne bunky môžu tiež syntetizovať rozvetvené polyméry glukózy (glykogénu), ktoré sú zase agregované do častíc, ktoré môžu byť pozorované elektrónovou mikroskopiou. Bunka môže rýchlo mobilizovať tieto častice vždy, keď potrebuje rýchlu energiu.

Za normálnych okolností však ľudia uchovávajú dostatok glykogénu, aby poskytli deň energie. Rastlinné bunky neprodukujú glykogén, ale vyrábajú rôzne glukózové polyméry známe ako škroby, ktoré sa skladujú v granuliach.

Okrem toho, rastlinné bunky aj zvieratá uchovávajú energiu tým, že odvodzujú glukózu z ciest syntézy tuku. Jeden gram tuku obsahuje takmer šesťnásobok energie rovnakého množstva glykogénu, ale energia tuku je menej dostupná ako glykogén..

Každý mechanizmus skladovania je však dôležitý, pretože bunky potrebujú krátkodobé aj dlhodobé energetické zásoby..

Tuky sú uložené v kvapkách v cytoplazme buniek. Ľudia zvyčajne skladujú dostatok tuku, aby zásobovali svoje bunky energiou niekoľko týždňov.

referencie

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molekulárna biológia bunky (6. vydanie). Garland Science.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). biochémie (8. vydanie). W. H. Freeman a Company
  3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). biológie (2. vyd.) Pearson Education.
  4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molekulárna bunková biológia (8. vydanie). W. H. Freeman a Company.
  5. Purves, W., Sadava, D., Orians, G. & Heller, H. (2004). Život: veda o biológii (7. vydanie). Sinauer Associates a W. H. Freeman.
  6. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). biológie (7. vydanie) Cengage Learning.
  7. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Základy biochémie: Život na molekulárnej úrovni (5. vydanie). Wiley.