- סוגי תגובות מטבוליות
- מקורות לאנרגיה מטבולית
- תהליך הפיכת אנרגיה כימית לאנרגיה מטבולית
- חִמצוּן
- כוח המתנה
- הפניות
אנרגיה מטבולית היא האנרגיה שכל היצורים החיים המתקבל אנרגיה כימית הכלול מזון (או חומרים מזינים). אנרגיה זו היא בעצם זהה לכל התאים; עם זאת, הדרך להשיג אותה היא מגוונת מאוד.
המזון מורכב מסדרת ביומולקולות מסוגים שונים, אשר אנרגיה כימית מאוחסנת בקשריהם. באופן זה, אורגניזמים יכולים לנצל את האנרגיה המאוחסנת במזון ואז להשתמש באנרגיה זו בתהליכים מטבוליים אחרים.
כל האורגניזמים החיים זקוקים לאנרגיה כדי לצמוח ולהתרבות, לשמור על המבנים שלהם ולהגיב לסביבה. חילוף החומרים מקיף את התהליכים הכימיים המקיימים חיים ומאפשרים לאורגניזמים להפוך אנרגיה כימית לאנרגיה מועילה לתאים.
אצל בעלי חיים מטבוליזם מפרק פחמימות, ליפידים, חלבונים וחומצות גרעין כדי לספק אנרגיה כימית. צמחים מצידם ממירים אנרגיית אור מהשמש לאנרגיה כימית כדי לסנתז מולקולות אחרות; הם עושים זאת בתהליך הפוטוסינתזה.
סוגי תגובות מטבוליות
מטבוליזם כולל כמה סוגים של תגובות שניתן לקבץ לשתי קטגוריות רחבות: תגובות השפלה של מולקולות אורגניות ותגובות הסינתזה של ביו-מולקולות אחרות.
תגובות השפלה מטבוליות מהוות קטבוליזם תאי (או תגובות קטבוליות). אלה כוללים חמצון של מולקולות עשירות אנרגיה, כמו גלוקוזה וסוכרים אחרים (פחמימות). מכיוון שתגובות אלה משחררות אנרגיה, הן נקראות אקסרגוניות.
לעומת זאת, תגובות סינתזה מהוות אנבוליזם סלולרי (או תגובות אנבוליות). אלה מבצעים תהליכי הפחתה של מולקולות ליצירת אחרים העשירים באנרגיה מאוחסנת, כמו גליקוגן. מכיוון שתגובות אלה צורכות אנרגיה, הן נקראות אנדרגוניות.
מקורות לאנרגיה מטבולית
המקורות העיקריים לאנרגיה מטבולית הם מולקולות גלוקוז וחומצות שומן. אלה מהווים קבוצה של ביומולקולות הניתנות לחמצון מהיר לאנרגיה.
מולקולות גלוקוז מגיעות בעיקר מפחמימות שנבלעות בתזונה, כמו אורז, לחם, פסטה, בין נגזרות אחרות של ירקות עשירים בעמילן. כשיש מעט גלוקוז בדם, ניתן להשיג אותו גם ממולקולות גליקוגן המאוחסנות בכבד.
במהלך צום ממושך, או בתהליכים הדורשים הוצאה נוספת של אנרגיה, יש צורך להשיג אנרגיה זו מחומצות שומן המגויסות מרקמת השומן.
חומצות שומן אלה עוברות סדרה של תגובות מטבוליות המפעילות אותן, ומאפשרות הובלתן אל פנים המיטוכונדריה שם הן תחמצנו. תהליך זה נקרא β-חמצון של חומצות שומן ומספק עד 80% אנרגיה נוספת בתנאים אלה.
חלבונים ושומנים הם השמורה האחרונה לסינתז מולקולות גלוקוז חדשות, במיוחד במקרים של צום קיצוני. תגובה זו היא מהסוג האנאבולי והיא ידועה בשם גלוקונוגנזה.
תהליך הפיכת אנרגיה כימית לאנרגיה מטבולית
מולקולות מזון מורכבות כמו סוכרים, שומנים וחלבונים הם מקורות אנרגיה עשירים לתאים, מכיוון שחלק גדול מהאנרגיה המשמשת לייצור מולקולות אלה מאוחסנת כפשוטה בתוך הקשרים הכימיים המחזיקים אותם יחד.
מדענים יכולים למדוד את כמות האנרגיה המאוחסנת במזון באמצעות מכשיר הנקרא קלורימטר פצצה. בעזרת טכניקה זו המזון ממוקם בתוך הקלורימטר ומחומם עד שהוא נשרף. החום העודף שמשתחרר מהתגובה הוא ביחס ישר לכמות האנרגיה הכלולה במזון.
המציאות היא שתאים אינם מתפקדים כקלורימטר. במקום לשרוף אנרגיה בתגובה אחת גדולה, התאים משחררים את האנרגיה המאוחסנת במולקולות המזון שלהם לאט דרך סדרה של תגובות חמצון.
חִמצוּן
חמצון מתאר סוג של תגובה כימית בה אלקטרונים מועברים ממולקולה אחת לאחרת, ומשנים את ההרכב ותכולת האנרגיה של מולקולות התורם והקולט. מולקולות במזון משמשות כתורמות אלקטרונים.
במהלך כל תגובת חמצון המעורבת בפירוק המזון, לתוצר של התגובה יש תכולת אנרגיה נמוכה יותר ממולקולת התורמת שקדמה לו על השביל.
במקביל, מולקולות מקבלי האלקטרונים לוכדות חלק מהאנרגיה שאבדה ממולקולת המזון במהלך כל תגובת חמצון ומאחסנות אותה לשימוש מאוחר יותר.
בסופו של דבר, כאשר אטומי הפחמן במולקולה אורגנית מורכבת מחמצנים לחלוטין (בסוף שרשרת התגובה) הם משתחררים כפחמן דו חמצני.
תאים אינם משתמשים באנרגיה מתגובות חמצון ברגע שהיא משתחררת. מה שקורה הוא שהם ממירים אותו למולקולות קטנות ועשירות באנרגיה, כמו ATP ו- NADH, שניתן להשתמש בהן בכל התא כדי להגביר את חילוף החומרים ולבנות רכיבים תאיים חדשים.
כוח המתנה
כאשר האנרגיה בשפע, תאים אוקראוטיים יוצרים מולקולות גדולות ועשירות אנרגיה לאחסון עודף אנרגיה זה.
הסוכרים והשומנים שנוצרו מוחזקים בשקעים בתוך תאים, שחלקם גדולים מספיק כדי להיראות במיקרוגרפים אלקטרונים.
תאי בעלי חיים יכולים גם לסנתז פולימרים מסועפים של גלוקוז (גליקוגן), אשר בתורם מצטברים לחלקיקים הניתנים לצפייה במיקרוסקופיית אלקטרונים. תא יכול לגייס במהירות חלקיקים אלה בכל פעם שהוא זקוק לאנרגיה מהירה.
עם זאת, בנסיבות רגילות בני אדם מאחסנים מספיק גליקוגן בכדי לספק אנרגיה בשווי יום. תאי צמחים אינם מייצרים גליקוגן, אלא במקום זאת מייצרים פולימרים גלוקוזיים שונים המכונים עמילנים, המאוחסנים בגרגירים.
בנוסף, תאים צמחיים וגם בעלי חיים חוסכים אנרגיה על ידי הסטת הגלוקוז בנתיבי סינתזת השומן. גרם אחד של שומן מכיל כמעט פי שישה מהאנרגיה של אותה כמות גליקוגן, אך האנרגיה משומן זמינה פחות מזו מגליקוגן.
ועדיין, כל מנגנון אחסון חשוב מכיוון שתאים זקוקים לאחסון אנרגיה לטווח קצר וגם לטווח הארוך.
שומנים מאוחסנים בטיפות בציטופלזמה של התאים. בני אדם מאחסנים בדרך כלל מספיק שומן בכדי להניע את התאים שלהם למשך מספר שבועות.
הפניות
- אלברטס, ב., ג'ונסון, א., לואיס, ג'יי, מורגן, ד., רף, מ., רוברטס, ק. וולטר, פ. (2014). ביולוגיה מולקולרית של התא (מהדורה 6). גרלנד מדע.
- ברג, ג ', טימוצ'קו, ג', גאטו, ג' ו סטרייר, ל '(2015). ביוכימיה (מהדורה 8). WH פרימן וחברה
- קמפבל, נ. & Reece, J. (2005). ביולוגיה (מהדורה שנייה) חינוך פירסון.
- לודיש, ה., ברק, א., קייזר, סי, קריגר, מ., ברצ'ר, א., פלוג, ה., אמון, א. ומרטין, ק. (2016). ביולוגיה מולקולרית של התא (מהדורה 8). WH פרימן וחברה.
- Purves, W., Sadava, D., Orians, G. & Heller, H. (2004). החיים: מדע הביולוגיה (מהדורה 7). עמיתי סינאור ו- WH Freeman.
- סולומון, א., ברג, ל. ומרטין, ד. (2004). ביולוגיה (מהדורה 7) למידת Cengage.
- Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). יסודות הביוכימיה: החיים ברמה המולקולרית (מהדורה חמישית). וויילי.