METABOLIKUS ENERGIA: TÍPUSOK, FORRÁSOK ÉS ÁTALAKULÁS - BIOLÓGIA - 2026

A metabolikus energia az az energia, amelyet minden élő lény nyer az ételekben (vagy tápanyagokban) lévő kémiai energiából. Ez az energia alapvetően azonos minden sejt esetében; ennek megszerzésének módja azonban nagyon változatos.

Az élelmiszerek különféle típusú biomolekulák sorozatából állnak, amelyek kémiai energiáját tárolják kötésükben. Ily módon a szervezetek kihasználhatják az ételekben tárolt energia előnyeit, majd ezt az energiát felhasználhatják más anyagcsere-folyamatokban.

Minden élő szervezetnek energiára van szüksége a növekedéshez és a szaporodáshoz, a struktúrák fenntartásához és a környezetre való reagáláshoz. A metabolizmus magában foglalja az életet fenntartó kémiai folyamatokat, amelyek lehetővé teszik az organizmusok számára, hogy a kémiai energiát a sejtek hasznos energiává alakítsák.

Az állatokban az anyagcsere lebontja a szénhidrátokat, lipideket, fehérjéket és nukleinsavakat, hogy kémiai energiát biztosítson. A növények a maga részéről a Nap fényenergiáját kémiai energiává alakítják más molekulák szintetizálása céljából; ezt megteszik a fotoszintézis során.

A metabolikus reakciók típusai

A metabolizmus többféle típusú reakciót foglal magában, amelyeket két nagy kategóriába lehet osztani: a szerves molekulák lebomlási reakciói és más biomolekulák szintézis reakciói.

A metabolikus lebomlási reakciók celluláris katabolizmust (vagy katabolikus reakciókat) alkotnak. Ezek magukban foglalják az energiagazdag molekulák, például a glükóz és más cukrok (szénhidrátok) oxidációját. Mivel ezek a reakciók energiát bocsátanak ki, exergonikusnak nevezik őket.

Ezzel szemben a szintézis reakciók képezik a celluláris anabolizmust (vagy anabolikus reakciókat). Ezek a molekulák redukciós folyamatait hajtják végre, hogy tárolt energiában gazdag másokat, például glikogént gazdagítsanak. Mivel ezek a reakciók energiát fogyasztanak, endergonikusnak nevezik őket.

A metabolikus energia forrásai

A metabolikus energia fő forrásai a glükózmolekulák és a zsírsavak. Ezek olyan biomolekulák csoportját alkotják, amelyek energiáért gyorsan oxidálódhatnak.

A glükózmolekulák elsősorban az étrendben elfogyasztott szénhidrátokból származnak, mint például rizs, kenyér, tészta, a keményítőben gazdag zöldségek egyéb származékai között. Ha kevés glükóz van a vérben, akkor a májban tárolt glikogén molekulákból is előállíthatók.

Hosszú böjt során vagy olyan folyamatokban, amelyekben további energiafelhasználásra van szükség, ezt az energiát zsírsavakból kell előállítani, amelyeket a zsírszövetből mobilizálnak.

Ezek a zsírsavak metabolikus reakciók sorozatán mennek keresztül, amelyek aktiválják őket, és lehetővé teszik a mitokondriumok belsejébe juttatását, ahol oxidálódni fognak. Ezt a folyamatot zsírsavak β-oxidációjának nevezik, és ezekben a feltételek mellett akár 80% -kal további energiát biztosítanak.

A fehérjék és zsírok az utolsó tartalék az új glükózmolekulák szintetizálására, különösen extrém böjt esetén. Ez a reakció anabolikus jellegű, és gluconeogenesis néven ismert.

A kémiai energia anyagcserévé történő átalakulásának folyamata

Az összetett élelmiszer-molekulák, például a cukrok, a zsírok és a fehérjék gazdag energiaforrások a sejtek számára, mivel ezeknek a molekuláknak az elkészítéséhez felhasznált energia nagy része szó szerint a kémiai kötésekben tárolódik, amelyek ezeket együtt tartják.

A tudósok egy bomba kaloriméternek nevezett eszközzel mérhetik az ételekben tárolt energiamennyiséget. Ezzel a módszerrel az ételt a kaloriméterbe helyezik, és addig hevítik, amíg égni nem kezd. A reakció során felszabaduló felesleges hő közvetlenül arányos az ételben lévő energia mennyiségével.

A valóság az, hogy a sejtek nem működnek kaloriméterként. Ahelyett, hogy energiát égetne egy nagy reakcióban, a sejtek oxidációs reakciók sorozatán keresztül lassan engedik fel az élelmiszer-molekuláikban tárolt energiát.

Oxidáció

Az oxidáció egy olyan kémiai reakciót ír le, amelyben az elektronok az egyik molekulából a másikba kerülnek, megváltoztatva a donor és az akceptor molekulák összetételét és energiatartalmát. Az élelmiszerekben lévő molekulák elektron donorokként működnek.

Az élelmiszerek bomlásában részt vevő minden oxidációs reakció során a reakciótermék alacsonyabb energiatartalommal rendelkezik, mint a donormolekulánál, amely megelőzte azt az úton.

Ugyanakkor az elektron-elfogadó molekulák elfogják az élelmiszer-molekulából minden oxidációs reakció során elvesztett energia egy részét, és későbbi felhasználás céljából tárolják.

Végül, amikor egy komplex szerves molekula szénatomjai teljesen oxidálódnak (a reakciólánc végén), szén-dioxid formájában szabadulnak fel.

A sejtek nem használják fel az oxidációs reakciókból származó energiát, amint felszabadul. Ami történik, hogy apró, energiagazdag molekulákká alakítják, mint például ATP és NADH, amelyeket az egész sejtben fel lehet használni az anyagcserének fokozására és az új sejtkomponensek felépítésére.

Készenléti energia

Ha az energia bőséges, az eukarióta sejtek nagyobb, energiagazdag molekulákat hoznak létre, hogy tárolják ezt a felesleges energiát.

A kapott cukrok és zsírok a sejtekben lerakódásokban tarthatók, amelyek közül néhány elég nagy ahhoz, hogy látható legyen az elektronmikroszkópos felvételeken.

Az állati sejtek szintén szintetizálhatják a glükóz elágazó láncú polimerjeit (glikogént), amelyek viszont részecskékké aggregálódnak, amelyeket elektronmikroszkóppal meg lehet figyelni. Egy sejt gyorsan mobilizálhatja ezeket a részecskéket, amikor gyors energiára van szüksége.

Normális körülmények között azonban az emberek elegendő mennyiségű glikogént tárolnak egy napi energia biztosításához. A növényi sejtek nem termelnek glikogént, hanem ehelyett keményítőként ismert különböző glükózpolimereket állítanak elő, amelyeket granulátumban tárolnak.

Ezen felül, mind a növényi, mind az állati sejtek energiát takarítanak meg, mivel eltérítik a glükózt a zsírszintézis útvonalaiban. Egy gramm zsír csaknem hatszorosa energiát tartalmaz ugyanannyi glikogén mennyiségében, de a zsírból származó energia kevesebb rendelkezésre áll, mint a glikogéné.

Ennek ellenére minden tárolási mechanizmus fontos, mivel a sejteknek mind rövid, mind hosszú távú energiatárolóra van szükségük.

A zsírok cseppekben tárolódnak a sejtek citoplazmájában. Az emberek általában elegendő mennyiségű zsírt tárolnak, hogy sejteiket több hétig táplálják.

Irodalom

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. és Walter, P. (2014). A sejt molekuláris biológiája (6. kiadás). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. és Strayer, L. (2015). Biokémia (8. kiadás). WH Freeman és társaság
3. Campbell, N. és Reece, J. (2005). Biológia (2. kiadás) Pearson Education.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. és Martin, K. (2016). Molecular Cell Biology (8. kiadás). WH Freeman és társaság.
5. Purves, W., Sadava, D., Orians, G. és Heller, H. (2004). Élet: a biológia tudománya (7. kiadás). Sinauer Associates és WH Freeman.
6. Solomon, E., Berg, L. és Martin, D. (2004). Biológia (7. kiadás) Cengage Learning.
7. Voet, D., Voet, J. és Pratt, C. (2016). A biokémia alapjai: Az élet molekuláris szinten (5. kiadás). Wiley.