METABOLSK ENERGI: TYPER, KILDER OG TRANSFORMATION - BIOLOGI - 2025

Den metaboliske energi er den energi, som alle levende væsener får fra den kemiske energi, der er indeholdt i fødevarer (eller næringsstoffer). Denne energi er stort set den samme for alle celler; Vejen til at få den er imidlertid meget forskelligartet.

Maden består af en række biomolekyler af forskellige typer, som har kemisk energi opbevaret i deres bindinger. På denne måde kan organismer drage fordel af energien, der er lagret i fødevarer og derefter bruge denne energi i andre metaboliske processer.

Alle levende organismer har brug for energi til at vokse og reproducere, vedligeholde deres strukturer og reagere på miljøet. Metabolisme omfatter de kemiske processer, der opretholder liv, og som tillader organismer at omdanne kemisk energi til nyttig energi til celler.

Hos dyr nedbryder metabolisme kulhydrater, lipider, proteiner og nukleinsyrer for at tilvejebringe kemisk energi. Planter konverterer på sin side lysenergi fra solen til kemisk energi for at syntetisere andre molekyler; de gør dette under fotosynteseprocessen.

Typer af metaboliske reaktioner

Metabolisme omfatter adskillige typer af reaktioner, der kan grupperes i to brede kategorier: nedbrydningsreaktioner af organiske molekyler og syntesereaktioner fra andre biomolekyler.

Metabolske nedbrydningsreaktioner udgør cellulær katabolisme (eller katabolske reaktioner). Disse involverer oxidation af energirige molekyler, såsom glukose og andre sukkerarter (kulhydrater). Da disse reaktioner frigiver energi, kaldes de eksergoniske.

I modsætning hertil udgør syntesereaktioner cellulær anabolisme (eller anabolske reaktioner). Disse udfører processer med reduktion af molekyler til dannelse af andre, der er rige på lagret energi, såsom glycogen. Fordi disse reaktioner bruger energi, kaldes de endergonic.

Kilder til metabolisk energi

De vigtigste kilder til metabolisk energi er glukosemolekyler og fedtsyrer. Disse udgør en gruppe af biomolekyler, der hurtigt kan oxideres til energi.

Glukosemolekyler kommer for det meste fra kulhydrater indtaget i kosten, såsom ris, brød, pasta, blandt andre derivater af grøntsager rig på stivelse. Når der er lidt glukose i blodet, kan det også opnås fra glykogenmolekyler, der er lagret i leveren.

Under langvarig faste eller i processer, der kræver en ekstra energiudgift, er det nødvendigt at få denne energi fra fedtsyrer, der mobiliseres fra fedtvæv.

Disse fedtsyrer gennemgår en række metaboliske reaktioner, der aktiverer dem og tillader deres transport til det indre af mitokondrierne, hvor de vil blive oxideret. Denne proces kaldes ß-oxidation af fedtsyrer og giver op til 80% yderligere energi under disse forhold.

Proteiner og fedtstoffer er den sidste reserve, der syntetiserer nye glukosemolekyler, især i tilfælde af ekstrem faste. Denne reaktion er af den anabolske type og er kendt som glukoneogenese.

Process til omdannelse af kemisk energi til metabolisk energi

Komplekse fødevaremolekyler som sukker, fedt og proteiner er rige energikilder for celler, fordi meget af den energi, der bruges til at fremstille disse molekyler, bogstaveligt talt opbevares inden for de kemiske bindinger, der holder dem sammen.

Forskere kan måle mængden af ​​energi, der er gemt i fødevarer ved hjælp af en enhed kaldet en bombe kalorimeter. Med denne teknik anbringes maden inde i kalorimeteret og opvarmes, indtil den brænder. Den overskydende varme, der frigøres ved reaktionen, er direkte proportional med mængden af ​​energi indeholdt i fødevaren.

Virkeligheden er, at celler ikke fungerer som kalorimetre. I stedet for at brænde energi i en stor reaktion frigiver celler energien, der er lagret i deres madmolekyler langsomt gennem en række oxidationsreaktioner.

Oxidation

Oxidation beskriver en type kemisk reaktion, hvori elektroner overføres fra det ene molekyle til det andet, hvilket ændrer sammensætningen og energiindholdet i donor- og acceptormolekylerne. Molekyler i fødevarer fungerer som elektrondonorer.

Under hver oxidationsreaktion involveret i nedbrydning af fødevarer har reaktionsproduktet et lavere energiindhold end donormolekylet der gik forud for det på banen.

Samtidig fanger elektronacceptormolekylerne noget af den energi, der går tabt fra fødevaremolekylet under hver oxidationsreaktion og opbevares til senere brug.

Til sidst, når carbonatomer i et komplekst organisk molekyle oxideres fuldstændigt (i slutningen af ​​reaktionskæden) frigives de som kuldioxid.

Celler bruger ikke energien fra oxidationsreaktioner, så snart den frigives. Hvad der sker er, at de omdanner det til små, energirige molekyler, såsom ATP og NADH, der kan bruges i hele cellen til at øge stofskiftet og opbygge nye cellulære komponenter.

Standby-strøm

Når energi er rig, skaber eukaryote celler større, energirige molekyler til at lagre denne overskydende energi.

De resulterende sukkerarter og fedtstoffer opbevares i aflejringer i celler, hvoraf nogle er store nok til at være synlige på elektronmikrografer.

Dyreceller kan også syntetisere forgrenede polymerer af glukose (glykogen), som igen samles til partikler, der kan observeres ved elektronmikroskopi. En celle kan hurtigt mobilisere disse partikler, når den har brug for hurtig energi.

Under normale omstændigheder opbevarer mennesker imidlertid nok glycogen til at give en dags værdi af energi. Planteceller producerer ikke glycogen, men fremstiller i stedet forskellige glukosepolymerer kendt som stivelse, som opbevares i granuler.

Derudover sparer både plante- og dyreceller energi ved at omdirigere glukose i fedtsyntesevejene. Et gram fedt indeholder næsten seks gange energien i den samme mængde glykogen, men energien fra fedt er mindre tilgængelig end den fra glykogen.

Stadig er hver opbevaringsmekanisme vigtig, fordi celler har brug for både kortsigtede og langsigtede energilagre.

Fedtlager opbevares i dråber i cytoplasmaet i celler. Mennesker opbevarer generelt nok fedt til at drive deres celler i flere uger.

Referencer

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molecular Biology of the Cell (6. udg.). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biokemi (8. udg.). WH Freeman and Company
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologi (2. udgave) Pearson Education.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molekylær cellebiologi (8. udgave). WH Freeman and Company.
5. Purves, W., Sadava, D., Orians, G. & Heller, H. (2004). Livet: biologiens videnskab (7. udgave). Sinauer Associates og WH Freeman.
6. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologi (7. udg.) Cengage Learning.
7. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Fundamentals of Biochemistry: Life on the Molecular Level (5. udg.). Wiley.