METABOLINEN ENERGIA: TYYPIT, LÄHTEET JA MUUTOS - BIOLOGIA - 2026

Metabolinen energia on energiaa, että kaikki elävät olennot saatu kemiallisesta sisältämä energia ruokaa (tai ravintoaineiden). Tämä energia on periaatteessa sama kaikille soluille; tapa saada se on kuitenkin hyvin monipuolinen.

Ruoka koostuu sarjasta erityyppisiä biomolekyylejä, joiden sidoksissa on kemiallinen energia. Tällä tavoin organismit voivat hyödyntää ruokaan varastoitunutta energiaa ja käyttää sitä sitten muihin aineenvaihduntaprosesseihin.

Kaikki elävät organismit tarvitsevat energiaa kasvaakseen ja lisääntyäkseen, säilyttääkseen rakenteensa ja reagoidakseen ympäristöön. Aineenvaihdunta kattaa kemialliset prosessit, jotka ylläpitävät elämää ja joiden avulla organismit voivat muuntaa kemiallisen energian solujen hyödylliseksi energiaksi.

Eläimissä aineenvaihdunta hajottaa hiilihydraatit, lipidit, proteiinit ja nukleiinihapot kemiallisen energian tuottamiseksi. Kasvit puolestaan ​​muuntavat Auringon valoenergian kemialliseksi energiaksi muiden molekyylien syntetisoimiseksi; he tekevät tämän fotosynteesin aikana.

Metabolisten reaktioiden tyypit

Aineenvaihdunta käsittää monentyyppisiä reaktioita, jotka voidaan ryhmitellä kahteen laajaan luokkaan: orgaanisten molekyylien hajoamisreaktiot ja muiden biomolekyylien synteesireaktiot.

Metaboliset hajoamisreaktiot muodostavat solujen katabolismin (tai kataboliset reaktiot). Näihin sisältyy energiarikas molekyylien, kuten glukoosin ja muiden sokerien (hiilihydraatit) hapettuminen. Koska nämä reaktiot vapauttavat energiaa, niitä kutsutaan eksergonisiksi.

Sitä vastoin synteesireaktiot muodostavat solujen anabolismin (tai anaboliset reaktiot). Ne suorittavat molekyylien pelkistysprosesseja, jotta muodostuu muita varastoidun energian, kuten glykogeenin, rikkaita. Koska nämä reaktiot kuluttavat energiaa, niitä kutsutaan endergoniciksi.

Metabolisen energian lähteet

Metabolisen energian päälähteet ovat glukoosimolekyylit ja rasvahapot. Ne muodostavat ryhmän biomolekyylejä, jotka voivat hapettua nopeasti energiaa varten.

Glukoosimolekyylit tulevat pääasiassa ruokavaliossa nautituista hiilihydraateista, kuten riisistä, leivästä, pastasta, muun muassa tärkkelyspitoisten vihannesten johdannaisista. Kun veressä on vähän glukoosia, sitä voidaan saada myös maksassa varastoiduista glykogeenimolekyyleistä.

Pitkäaikaisen paaston aikana tai prosesseissa, jotka vaativat ylimääräisiä energiamenoja, on välttämätöntä saada tämä energia rasvakudokseen mobilisoiduista rasvahapoista.

Nämä rasvahapot käyvät läpi joukon aineenvaihduntareaktioita, jotka aktivoivat niitä ja mahdollistavat niiden kuljetuksen mitokondrioiden sisäpuolelle, missä ne hapettuvat. Tätä prosessia kutsutaan rasvahappojen β-hapetukseksi ja se tarjoaa jopa 80% lisäenergiaa näissä olosuhteissa.

Proteiinit ja rasvat ovat viimeinen varanto uusien glukoosimolekyylien syntetisoimiseksi, etenkin äärimmäisen paaston tapauksessa. Tämä reaktio on anabolista tyyppiä, ja sitä kutsutaan glukoneogeneesiksi.

Kemiallisen energian muutosprosessi metaboliseksi energiaksi

Monimutkaiset ruokamolekyylit, kuten sokerit, rasvat ja proteiinit, ovat rikkaita energialähteitä soluille, koska suuri osa näiden molekyylien tekemiseen käytetystä energiasta on kirjaimellisesti varastoituna kemiallisissa sidoksissa, jotka pitävät ne yhdessä.

Tutkijat voivat mitata ruokaan varastoituneen energian määrän käyttämällä pommi-kalorimetriksi kutsuttua laitetta. Tällä tekniikalla ruoka asetetaan kalorimetrin sisään ja kuumennetaan, kunnes se palaa. Reaktion vapauttama ylimääräinen lämpö on suoraan verrannollinen ruoan sisältämään energian määrään.

Todellisuus on, että solut eivät toimi kalorimetrinä. Sen sijaan, että polttaisi energiaa yhdessä suuressa reaktiossa, solut vapauttavat ruokamolekyyleihinsä varastoituneen energian hitaasti hapetusreaktioiden sarjan kautta.

hapetus

Hapetus kuvaa kemiallisen reaktion tyyppiä, jossa elektronit siirtyvät yhdestä molekyylistä toiseen, muuttaen luovuttaja- ja vastaanottajamolekyylien koostumusta ja energiasisältöä. Ruoan molekyylit toimivat elektronidonoreina.

Jokaisen ruoan hajoamiseen osallistuvan hapettumisreaktion aikana reaktion tuotteen energiasisältö on alhaisempi kuin luovuttajamolekyylin, joka edelsi sitä polulla.

Samalla elektroniakseptorimolekyylit vangitsevat osan energiasta, joka menetetään ruokamolekyylista kunkin hapettumisreaktion aikana, ja varastoi sen myöhempää käyttöä varten.

Lopulta, kun monimutkaisessa orgaanisessa molekyylissä olevat hiiliatomit hapettuvat kokonaan (reaktioketjun lopussa), ne vapautuvat hiilidioksidina.

Solut eivät käytä hapettumisreaktioiden energiaa heti, kun se vapautuu. Tapahtuu, että ne muuntavat sen pieniksi, energiarikkaiksi molekyyleiksi, kuten ATP: ksi ja NADH: ksi, joita voidaan käyttää koko solussa aineenvaihdunnan tehostamiseksi ja uusien solukomponenttien rakentamiseksi.

Valmiustila

Kun energiaa on runsaasti, eukaryoottisolut luovat suurempia, energiarikkaita molekyylejä varastoimaan tämä ylimääräinen energia.

Saatuja sokereita ja rasvoja pidetään kerrostumissa soluissa, joista osa on riittävän suuri, jotta ne ovat näkyvissä elektronimikrokuvissa.

Eläinsolut voivat myös syntetisoida haarautuneita glukoosipolymeerejä (glykogeeni), jotka puolestaan ​​aggregoituvat hiukkasiksi, jotka voidaan havaita elektronimikroskopialla. Solu voi mobilisoida nämä hiukkaset nopeasti aina, kun se tarvitsee nopeaa energiaa.

Normaalitilanteessa ihmiset kuitenkin varastoivat tarpeeksi glykogeeniä päivittäisen energian tuottamiseksi. Kasvisolut eivät tuota glykogeenia, vaan tekevät sen sijaan erilaisia ​​tärkkelyksiksi kutsuttuja glukoosipolymeerejä, joita varastoidaan rakeina.

Lisäksi sekä kasvi- että eläinsolut säästävät energiaa siirtämällä glukoosia rasvasynteesireiteille. Yksi gramma rasvaa sisältää melkein kuusi kertaa saman määrän glykogeenin energiaa, mutta rasvan energia on vähemmän saatavana kuin glykogeenin.

Jokainen varastointimekanismi on silti tärkeä, koska solut tarvitsevat sekä lyhytaikaisia ​​että pitkäaikaisia ​​energiavarastoja.

Rasvat varastoidaan pisaroina solujen sytoplasmassa. Ihmiset yleensä varastoivat tarpeeksi rasvaa solujen virtaamiseksi useiden viikkojen ajan.

Viitteet

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Solun molekyylibiologia (6. painos). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biokemia (8. painos). WH Freeman ja yritys
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologia (2. painos) Pearson Education.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. ja Martin, K. (2016). Molecular Cell Biology (8. painos). WH Freeman ja yritys.
5. Purves, W., Sadava, D., Orians, G. & Heller, H. (2004). Elämä: biologian tiede (7. painos). Sinauer Associates ja WH Freeman.
6. Solomon, E., Berg, L. ja Martin, D. (2004). Biologia (7. painos) Cengage Learning.
7. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Biokemian perusteet: Elämä molekyylitasolla (5. painos). Wiley.