- Vrste metaboličkih reakcija
- Izvori metaboličke energije
- Proces pretvorbe kemijske energije u metaboličku energiju
- Oksidacija
- Snaga pripravnosti
- Reference
Metabolička energija je energija koja sva živa bića dobiveni iz kemijske energije sadržane u hrani (ili hranjivih tvari). Ta je energija u osnovi jednaka za sve stanice; međutim način da se dobije je vrlo raznolik.
Hrana se sastoji od niza biomolekula raznih vrsta koji u svojim vezama sadrže kemijsku energiju. Na taj način organizmi mogu iskoristiti energiju pohranjenu u hrani, a zatim je iskoristiti u drugim metaboličkim procesima.
Svi živi organizmi trebaju energiju za rast i razmnožavanje, održavanje svojih struktura i reagiranje na okoliš. Metabolizam obuhvaća kemijske procese koji održavaju život i koji omogućuju organizmima da pretvore kemijsku energiju u korisnu energiju za stanice.
U životinjama metabolizam razgrađuje ugljikohidrate, lipide, proteine i nukleinske kiseline kako bi se osigurala kemijska energija. Biljke sa svoje strane pretvaraju svjetlosnu energiju sa Sunca u kemijsku energiju za sintezu drugih molekula; to rade tijekom procesa fotosinteze.
Vrste metaboličkih reakcija
Metabolizam obuhvaća nekoliko vrsta reakcija koje se mogu grupirati u dvije široke kategorije: reakcije razgradnje organskih molekula i reakcije sinteze drugih biomolekula.
Reakcije metaboličke razgradnje čine stanični katabolizam (ili kataboličke reakcije). One uključuju oksidaciju molekula bogatih energijom, poput glukoze i ostalih šećera (ugljikohidrata). Budući da ove reakcije oslobađaju energiju, nazivaju se ekstrogoničnima.
Suprotno tome, reakcije sinteze tvore stanični anabolizam (ili anaboličke reakcije). Oni provode procese redukcije molekula kako bi tvorili druge bogate pohranjenom energijom, poput glikogena. Budući da ove reakcije troše energiju, nazivaju se endergonijom.
Izvori metaboličke energije
Glavni izvori metaboličke energije su molekule glukoze i masne kiseline. Oni čine skupinu biomolekula koje se mogu brzo oksidirati za energiju.
Molekule glukoze uglavnom dolaze iz ugljikohidrata koji se unose u prehranu, poput riže, kruha, tjestenine, među ostalim derivatima povrća bogatog škrobom. Kada je u krvi malo glukoze, može se dobiti i iz molekula glikogena pohranjenih u jetri.
Tijekom dužeg posta ili u procesima koji zahtijevaju dodatni trošak energije, potrebno je nabaviti tu energiju iz masnih kiselina koje se mobiliziraju iz masnog tkiva.
Te masne kiseline prolaze niz metaboličkih reakcija koje ih aktiviraju i omogućuju njihov transport u unutrašnjost mitohondrija gdje će biti oksidirane. Taj se postupak naziva β-oksidacija masnih kiselina i osigurava do 80% dodatne energije u tim uvjetima.
Proteini i masti su posljednja rezerva za sintezu novih molekula glukoze, posebno u slučajevima ekstremnog posta. Ova reakcija je anaboličkog tipa i poznata je kao glukoneogeneza.
Proces pretvorbe kemijske energije u metaboličku energiju
Složene molekule hrane poput šećera, masti i bjelančevina bogati su izvori energije za stanice, jer se velik dio energije koja se koristi za izradu tih molekula doslovno pohranjuje unutar kemijskih veza koje ih drže zajedno.
Znanstvenici mogu izmjeriti količinu energije pohranjene u hrani pomoću uređaja koji se zove kalorimetar bombe. Ovom se tehnikom hrana stavlja unutar kalorimetra i grije dok ne izgori. Višak topline oslobođen reakcijom izravno je proporcionalan količini energije sadržane u hrani.
Realnost je da stanice ne funkcioniraju kao kalorimetri. Umjesto da energiju sagorijevaju u jednoj velikoj reakciji, stanice polako oslobađaju energiju pohranjenu u svojim molekulama hrane kroz niz oksidacijskih reakcija.
Oksidacija
Oksidacija opisuje vrstu kemijske reakcije u kojoj se elektroni prenose iz jedne molekule u drugu, mijenjajući sastav i energetski sadržaj molekula davatelja i akceptora. Molekule u hrani djeluju kao donori elektrona.
Za vrijeme svake reakcije oksidacije koja je uključena u razgradnju hrane, produkt reakcije ima niži sadržaj energije od molekula davatelja koji joj je prethodio na putu.
Istodobno, molekule akceptorskih elektrona uzimaju dio energije koja se gubi iz molekule hrane tijekom svake reakcije oksidacije i pohranjuju je za kasniju upotrebu.
Na kraju, kada se ugljikovi atomi u složenoj organskoj molekuli potpuno oksidiraju (na kraju reakcijskog lanca), oni se oslobađaju kao ugljični dioksid.
Stanice ne troše energiju iz oksidacijskih reakcija čim se oslobode. Ono što se događa jest da ga pretvaraju u male, energetski bogate molekule, poput ATP-a i NADH-a, koje se mogu koristiti u cijeloj ćeliji za jačanje metabolizma i izgradnju novih staničnih komponenti.
Snaga pripravnosti
Kad energije ima u izobilju, eukariotske stanice stvaraju veće, energetski bogate molekule za pohranjivanje ove viška energije.
Nastali šećeri i masti drže se u naslagama unutar stanica, od kojih su neke dovoljno velike da se mogu vidjeti na elektronskim mikrografima.
Životinjske stanice također mogu sintetizirati razgranate polimere glukoze (glikogena), koji se zauzvrat agregiraju u čestice koje se mogu promatrati elektronskom mikroskopijom. Stanica može brzo mobilizirati ove čestice kad god joj je potrebna brza energija.
Međutim, u normalnim okolnostima ljudi pohranjuju dovoljno glikogena da osiguraju dnevnu energiju. Biljne stanice ne proizvode glikogen, već umjesto toga čine različite polimere glukoze poznate kao škrob, koji se čuvaju u granulama.
Uz to, i biljne i životinjske stanice štede energiju preusmjeravanjem glukoze u puteve sinteze masti. Jedan gram masti sadrži gotovo šest puta više energije od iste količine glikogena, ali energija iz masti je manje dostupna od energije glikogena.
Ipak, svaki mehanizam skladištenja je važan jer ćelije trebaju i kratkoročne i dugoročne zalihe energije.
Masti se čuvaju u kapljicama u citoplazmi stanica. Ljudi uglavnom skladište dovoljno masti da bi napajali stanice nekoliko tjedana.
Reference
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. i Walter, P. (2014). Molekularna biologija stanice (6. izd.). Garland Science.
- Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biokemija (8. izd.). WH Freeman and Company
- Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologija (2. izd.) Pearson Education.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molekularna biološka stanica (8. izd.). WH Freeman and Company.
- Purves, W., Sadava, D., Orians, G. i Heller, H. (2004). Život: nauka o biologiji (7. izd.). Sinauer Associates i WH Freeman.
- Solomon, E., Berg, L. i Martin, D. (2004). Biologija (7. izd.) Cengage Learning.
- Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Osnove biokemije: život na molekularnoj razini (5. izd.). Wiley.