Metabolisme henviser til alle de kemiske reaktioner, der finder sted i en organisme, hvorved komplekse molekyler nedbrydes for at producere energi, og hvorved energi bruges til at opbygge komplekse molekyler. Et eksempel på en metabolisk reaktion er den, der finder sted, når en person spiser en skefuld sukker. Når sukkermolekylerne er inde i kroppen, bliver de nedbrudt til enklere molekyler med frigivelse af energi. Denne energi bruges derefter af kroppen til en række forskellige formål, f.eks. til at holde kroppen varm og opbygge nye molekyler i kroppen.
Alle metaboliske reaktioner kan opdeles i en af to generelle kategorier: kataboliske og anabole reaktioner. Katabolisme er den proces, hvor store molekyler nedbrydes til mindre molekyler med frigivelse af energi. Anabolisme er den proces, hvor energi bruges til at opbygge komplekse molekyler, som kroppen har brug for til at opretholde sig selv og udvikle sig.
Fordøjelsesprocessen
En måde at forstå stofskifteprocessen på er at følge et typisk næringsstofs vej, mens det passerer gennem kroppen. Et næringsstof er ethvert stof, der hjælper en organisme med at holde sig i live, forblive sund og vokse. Tre store kategorier af næringsstoffer er kulhydrater, proteiner og fedtstoffer.
Ord at kende
Anabolisme: Den proces, hvorved energi bruges til at opbygge komplekse molekyler.
ATP (adenosin triphosphat): Et molekyle, der bruges af cellerne til at lagre energi.
Kulhydrat: Kulhydrat: En forbindelse bestående af kulstof, hydrogen og oxygen, som findes i planter og anvendes som føde af mennesker og andre dyr.
Katabolisme: Den proces, hvorved store molekyler nedbrydes til mindre molekyler med frigivelse af energi.
Kemisk binding: En tiltrækningskraft mellem to atomer.
Enzym: Kemiske forbindelser, der fungerer som katalysatorer og øger den hastighed, hvormed reaktioner finder sted i en levende organisme.
Metabolisk pulje: Den samlede mængde simple molekyler, der dannes ved nedbrydning af næringsstoffer.
Næringsstof: Et stof, der hjælper en organisme med at holde sig i live, forblive sund og vokse.
Protein: Store molekyler, der er afgørende for alle levende cellers struktur og funktion.
Antag for eksempel, at en person lige har spist et stykke brød. Et vigtigt næringsstof i dette brød er stivelse, et komplekst kulhydrat. Så snart brødet kommer ind i en persons mund, begynder fordøjelsen at finde sted. Enzymer i munden begynder at nedbryde molekyler af stivelse og omdanne dem til mindre molekyler af enklere stoffer, nemlig sukkerstoffer. Denne proces kan let observeres, da enhver, der holder et stykke brød i munden i et stykke tid, begynder at genkende en sød smag, nemlig smagen af det sukker, der dannes ved nedbrydningen af stivelse.
Fordøjelsen er et nødvendigt første skridt for alle fødevarer. De molekyler, som fødevarerne er lavet af, er for store til at passere gennem foringen i fordøjelsessystemet. Fordøjelsen resulterer i dannelsen af mindre molekyler, som er i stand til at passere gennem denne foring og komme ind i personens blodkredsløb. Sukkermolekyler, der dannes ved fordøjelsen af stivelse, kommer ind i blodbanen. Derefter bliver de transporteret til de enkelte celler i hele kroppen.
De mindre molekyler, som næringsstofferne nedbrydes til, udgør den metaboliske pulje. Den metaboliske pulje består af de enklere stoffer, der dannes ved nedbrydningen af næringsstoffer. Den omfatter simple sukkerarter (dannet ved nedbrydning af komplekse kulhydrater), glycerol og fedtsyrer (dannet ved nedbrydning af lipider) og aminosyrer (dannet ved nedbrydning af proteiner). Cellerne bruger stofferne i stofskiftepuljen som byggematerialer, ligesom en tømrer bruger træ, søm, lim, hæfteklammer og andre materialer til at bygge et hus. Forskellen er naturligvis, at cellerne bygger kropsdele, ikke huse, ud fra de materialer, som de skal arbejde med.
)
Cellulært stofskifte
Stoffer, der udgør stofskiftepuljen, transporteres til de enkelte celler med blodbanen. De passerer gennem cellemembraner og kommer ind i cellens indre. Når et stof er inde i en celle, gennemgår det yderligere metabolisme, normalt i en række kemiske reaktioner. F.eks. nedbrydes et sukkermolekyle inde i en celle til kuldioxid og vand, hvorved der frigives energi. Men denne proces foregår ikke i et enkelt trin. I stedet kræver det omkring to dusin separate kemiske reaktioner at omdanne sukkermolekylet til dets slutprodukter. Hver kemisk reaktion indebærer en relativt beskeden ændring af sukkermolekylet, f.eks. fjernelse af et enkelt oxygenatom eller et enkelt hydrogenatom.
Formålet med disse reaktioner er at frigøre energi, der er lagret i sukkermolekylet. For at forklare denne proces må man vide, at et sukkermolekyle består af kulstof-, hydrogen- og oxygenatomer, der holdes sammen ved hjælp af kemiske bindinger. En kemisk binding er en tiltrækningskraft mellem to atomer. Denne tiltrækningskraft er en form for energi. Et sukkermolekyle med to dusin kemiske bindinger kan betragtes som et molekyle, der indeholder to dusin små energienheder. Hver gang en kemisk binding brydes, frigøres der en energienhed.
Cellerne har udviklet bemærkelsesværdige metoder til at opsamle og lagre den energi, der frigives i kataboliske reaktioner. Disse metoder gør brug af meget specielle kemiske forbindelser, der er kendt som energibærere. Et eksempel på en sådan forbindelse er adenosintrifosfat, almindeligvis kendt som ATP. ATP dannes, når en enklere forbindelse, adenosindiphosphat (ADP), kombineres med en fosfatgruppe. Følgende ligning repræsenterer denne ændring:
ADP + P → ATP
ADP vil kun kombinere sig med en fosfatgruppe, som vist her, hvis der tilføres energi til det. I cellerne kommer denne energi fra katabolismen af forbindelser i stofskiftepuljen, såsom sukkerarter, glycerol og fedtsyrer. Med andre ord:
katabolisme: sukker → kuldioxid + vand + energi;
energi fra katabolisme + ADP + P → ATP
Det ATP-molekyle, der dannes på denne måde, har altså optaget den energi, der tidligere var lagret i sukkermolekylet. Hver gang en celle har brug for energi til en eller anden proces, kan den få den fra et ATP-molekyle.
Den omvendte af den ovenfor viste proces finder også sted inde i cellerne. Det vil sige, at energi fra et ATP-molekyle kan bruges til at sætte enklere molekyler sammen til mere komplekse molekyler. Antag for eksempel, at en celle har brug for at reparere et brud i sin cellevæg. For at gøre det skal den producere nye proteinmolekyler. Disse proteinmolekyler kan fremstilles af aminosyrer i den metaboliske pulje. Et proteinmolekyle består af hundredvis eller tusindvis af aminosyremolekyler, der er forbundet med hinanden:
Aminosyre 1 + aminosyre 2 + aminosyre 3 + (og så videre) → et protein
Den energi, der er nødvendig for at danne alle de nye kemiske bindinger, der er nødvendige for at holde aminosyreenhederne sammen, kommer fra ATP-molekyler. Med andre ord:
energi fra ATP + mange aminosyrer → proteinmolekyle
De reaktioner, hvormed en forbindelse metaboliseres, er forskellige for forskellige næringsstoffer. Der kan også være andre energibærere end ATP involveret. F.eks. er den forbindelse, der er kendt som nikotinamidadenindinukleotidphosphat (NADPH), også involveret i katabolisme og anabolisme af forskellige stoffer. Den generelle oversigt, der er vist ovenfor, gælder dog for alle metaboliske reaktioner.