Metabolismul se referă la toate reacțiile chimice care au loc în cadrul unui organism prin care moleculele complexe sunt descompuse pentru a produce energie și prin care energia este folosită pentru a construi molecule complexe. Un exemplu de reacție metabolică este cea care are loc atunci când o persoană mănâncă o lingură de zahăr. Odată intrate în organism, moleculele de zahăr sunt descompuse în molecule mai simple, cu eliberare de energie. Acea energie este apoi utilizată de organism în diverse scopuri, cum ar fi menținerea căldurii corpului și construirea de noi molecule în organism.
Toate reacțiile metabolice pot fi împărțite într-una din cele două categorii generale: reacții catabolice și reacții anabolice. Catabolismul este procesul prin care moleculele mari sunt descompuse în altele mai mici, cu eliberare de energie. Anabolismul este procesul prin care energia este folosită pentru a construi molecule complexe necesare organismului pentru a se menține și a se dezvolta.
Procesul de digestie
O modalitate de a înțelege procesul de metabolizare este de a urmări traseul unui nutrient tipic în timp ce trece prin organism. Un nutrient este orice substanță care ajută un organism să rămână în viață, să se mențină sănătos și să se dezvolte. Trei mari categorii de nutrienți sunt carbohidrații, proteinele și grăsimile.
Cuvinte de știut
Anabolism: Procesul prin care energia este folosită pentru a construi molecule complexe.
ATP (adenozin trifosfat): O moleculă utilizată de celule pentru a stoca energie.
Carbohidrați: Un compus format din carbon, hidrogen și oxigen care se găsește în plante și este utilizat ca hrană de către oameni și alte animale.
Catabolism: Procesul prin care moleculele mari sunt descompuse în altele mai mici cu eliberare de energie.
Legătură chimică: O forță de atracție între doi atomi.
Enzime: Compuși chimici care acționează ca catalizatori, mărind viteza cu care au loc reacțiile într-un organism viu.
Piscină metabolică: Cantitatea totală de molecule simple formate prin descompunerea substanțelor nutritive.
Nutrient: O substanță care ajută un organism să rămână în viață, să se mențină sănătos și să crească.
Proteină: Molecule mari care sunt esențiale pentru structura și funcționarea tuturor celulelor vii.
Să presupunem, de exemplu, că o persoană tocmai a mâncat o bucată de pâine. Un nutrient important din acea pâine este amidonul, un carbohidrat complex. Imediat ce pâinea intră în gura unei persoane, începe să se producă digestia. Enzimele din gură încep să descompună moleculele de amidon și să le transforme în molecule mai mici de substanțe mai simple: zaharuri. Acest proces poate fi observat cu ușurință, deoarece oricine ține o bucată de pâine în gură pentru o perioadă de timp începe să recunoască un gust dulce, gustul zahărului format în urma descompunerii amidonului.
Digestia este un prim pas necesar pentru toate alimentele. Moleculele din care sunt făcute alimentele sunt prea mari pentru a trece prin mucoasa sistemului digestiv. Digestia are ca rezultat formarea unor molecule mai mici care sunt capabile să treacă prin acea mucoasă și să intre în fluxul sanguin al persoanei. Moleculele de zahăr formate prin digestia amidonului intră în fluxul sanguin. Apoi sunt transportate la celulele individuale din tot corpul unei persoane.
Moleculele mai mici în care sunt descompuse substanțele nutritive alcătuiesc fondul metabolic. Bazinul metabolic este alcătuit din substanțele mai simple formate prin descompunerea substanțelor nutritive. Acesta include zaharuri simple (formate prin descompunerea carbohidraților complecși), glicerol și acizi grași (formați prin descompunerea lipidelor) și aminoacizi (formați prin descompunerea proteinelor). Celulele folosesc substanțele din fondul metabolic ca materiale de construcție, la fel cum un tâmplar folosește lemnul, cuiele, lipiciul, capsele și alte materiale pentru construcția unei case. Diferența constă, bineînțeles, în faptul că celulele construiesc părți ale corpului, nu case, din materialele cu care trebuie să lucreze.
)
Metabolism celular
Substanțele care alcătuiesc fondul metabolic sunt transportate la celulele individuale de către fluxul sanguin. Ele trec prin membranele celulare și pătrund în interiorul celulei. Odată ajuns în interiorul celulei, un compus este supus unui metabolism ulterior, de obicei printr-o serie de reacții chimice. De exemplu, o moleculă de zahăr este descompusă în interiorul unei celule în dioxid de carbon și apă, cu eliberare de energie. Dar acest proces nu are loc într-o singură etapă. În schimb, este nevoie de aproximativ două duzini de reacții chimice separate pentru a transforma molecula de zahăr în produsele sale finale. Fiecare reacție chimică implică o schimbare relativ modestă în molecula de zahăr, eliminarea unui singur atom de oxigen sau a unui singur atom de hidrogen, de exemplu.
Scopul acestor reacții este de a elibera energia stocată în molecula de zahăr. Pentru a explica acest proces, trebuie să știm că o moleculă de zahăr este formată din atomi de carbon, hidrogen și oxigen ținuți împreună prin intermediul unor legături chimice. O legătură chimică este o forță de atracție între doi atomi. Această forță de atracție este o formă de energie. Se poate considera că o moleculă de zahăr cu două duzini de legături chimice conține două duzini de unități mici de energie. De fiecare dată când o legătură chimică este ruptă, o unitate de energie este eliberată.
Celulele au dezvoltat metode remarcabile pentru a capta și stoca energia eliberată în reacțiile catabolice. Aceste metode se folosesc de compuși chimici foarte speciali, cunoscuți sub numele de purtători de energie. Un exemplu de astfel de compuși este adenozin trifosfatul, cunoscut în general ca ATP. ATP se formează atunci când un compus mai simplu, adenozin difosfat (ADP), se combină cu o grupare fosfat. Următoarea ecuație reprezintă această schimbare:
ADP + P → ATP
ADP se va combina cu o grupare fosfat, așa cum se arată aici, numai dacă i se adaugă energie. În celule, acea energie provine din catabolismul compușilor din fondul metabolic, cum ar fi zaharurile, glicerolul și acizii grași. Cu alte cuvinte:
catabolism: zahăr → dioxid de carbon + apă + energie;
energie din catabolism + ADP + P → ATP
Molecula de ATP formată în acest fel a preluat, deci, energia stocată anterior în molecula de zahăr. Ori de câte ori o celulă are nevoie de energie pentru un anumit proces, o poate obține de la o moleculă de ATP.
Procesul invers celui prezentat mai sus are loc, de asemenea, în interiorul celulelor. Adică, energia de la o moleculă de ATP poate fi folosită pentru a pune împreună molecule mai simple pentru a face molecule mai complexe. De exemplu, să presupunem că o celulă trebuie să repare o ruptură în peretele său celular. Pentru a face acest lucru, va trebui să producă noi molecule de proteine. Aceste molecule de proteine pot fi fabricate din aminoacizi din fondul metabolic. O moleculă de proteină este formată din sute sau mii de molecule de aminoacizi unite între ele:
Aminoacidul 1 + aminoacidul 2 + aminoacidul 3 + (și așa mai departe) → o proteină
Energia necesară pentru a forma toate noile legături chimice necesare pentru a ține împreună unitățile de aminoacizi provine de la moleculele de ATP. Cu alte cuvinte:
energie din ATP + mulți aminoacizi → moleculă de proteină
Reacțiile prin care un compus este metabolizat diferă pentru diverși nutrienți. De asemenea, pot fi implicați și alți purtători de energie decât ATP. De exemplu, compusul cunoscut sub numele de nicotinamidă adenină dinucleotidă fosfat (NADPH) este, de asemenea, implicat în catabolismul și anabolismul diferitelor substanțe. Cu toate acestea, schema generală prezentată mai sus se aplică tuturor reacțiilor metabolice.