МЕТАБОЛИЧКА ЕНЕРГИЈА: ВРСТЕ, ИЗВОРИ И ТРАНСФОРМАЦИЈА - БИОЛОГИЈА - 2025

Метаболички енергија је енергија која све добијене из хемијске енергије жива бића садржана у храни (или хранљивих материја). Ова енергија је у основи иста за све ћелије; међутим, начин да се добије је веома разнолик.

Храна се састоји од низа биомолекула разних врста, који у својим везама чувају хемијску енергију. На тај начин, организми могу искористити енергију која се чува у храни, а затим је искористити у другим метаболичким процесима.

Сви живи организми требају енергију да расту и размножавају се, одржавају своје структуре и реагују на животну средину. Метаболизам обухвата хемијске процесе који одржавају живот и који омогућују организмима да трансформишу хемијску енергију у корисну енергију за ћелије.

Код животиња метаболизам разграђује угљене хидрате, липиде, протеине и нуклеинске киселине како би се добила хемијска енергија. Биљке са своје стране претварају светлосну енергију са Сунца у хемијску енергију да би синтетизовале друге молекуле; они то раде током процеса фотосинтезе.

Врсте метаболичких реакција

Метаболизам обухвата неколико врста реакција које се могу груписати у две широке категорије: реакције разградње органских молекула и реакције синтезе других биомолекула.

Реакције метаболичке разградње чине ћелијски катаболизам (или катаболичке реакције). Оне укључују оксидацију молекула богатих енергијом, попут глукозе и других шећера (угљених хидрата). Пошто ове реакције ослобађају енергију, оне се називају екстрогоничне.

Супротно томе, реакције синтезе чине ћелијски анаболизам (или анаболичке реакције). Они спроводе процесе редукције молекула да би формирали друге богате депонираном енергијом, као што је гликоген. Због тога што ове реакције троше енергију, називају се ендергонијом.

Извори метаболичке енергије

Главни извори метаболичке енергије су молекуле глукозе и масне киселине. Оне чине групу биомолекула које се могу брзо оксидисати за енергију.

Молекули глукозе углавном потичу из угљених хидрата који су унесени у исхрану, попут риже, хлеба, тјестенине, између осталих деривата поврћа богатог шкробом. Када је мало глукозе у крви, она се може добити и из молекула гликогена који се чувају у јетри.

Током дужег поста или у процесима који захтевају додатни трошак енергије, потребно је набавити ту енергију из масних киселина које се мобилишу из масног ткива.

Ове масне киселине пролазе низ метаболичких реакција које их активирају и омогућавају њихов транспорт у унутрашњост митохондрија где ће бити оксидоване. Овај процес се назива β-оксидација масних киселина и пружа до 80% додатне енергије под овим условима.

Протеини и масти су последња резерва за синтезу нових молекула глукозе, посебно у случајевима екстремног поста. Ова реакција је анаболичког типа и позната је као глуконеогенеза.

Процес трансформације хемијске енергије у метаболичку енергију

Сложени молекули хране попут шећера, масти и протеина су богати извори енергије за ћелије, јер се већина енергије која се користи за прављење ових молекула буквално складишти у хемијским везама које их држе заједно.

Научници могу измерити количину енергије ускладиштене у храни помоћу уређаја који се зове калориметар бомбе. Овом техником храна се поставља у калориметар и греје док не сагоре. Вишак топлоте ослобођен реакцијом директно је пропорционалан количини енергије садржане у храни.

Реалност је да ћелије не функционишу као калориметри. Уместо да сагоревају енергију у једној великој реакцији, ћелије полако ослобађају енергију похрањену у својим молекулама хране кроз низ оксидационих реакција.

Оксидација

Оксидација описује врсту хемијске реакције у којој се електрони преносе из једне молекуле у другу, мењајући састав и енергетски садржај молекула донора и акцептора. Молекули у храни дјелују као донори електрона.

За време сваке реакције оксидације која је укључена у разградњу хране, производ реакције има нижи садржај енергије од молекула даваоца који јој је претходио на путу.

Истовремено, молекули актора за прихват електрона узимају део енергије која се губи из молекула хране током сваке реакције оксидације и складиште је за каснију употребу.

На крају, када се атоми угљеника у сложеној органској молекули потпуно оксидују (на крају реакционог ланца), они се ослобађају као угљен диоксид.

Ћелије не користе енергију из оксидационих реакција чим се ослободе. Оно што се догађа је да га претварају у мале, енергетски богате молекуле, попут АТП-а и НАДХ-а, који се могу користити у целој ћелији за јачање метаболизма и изградњу нових ћелијских компоненти.

Снага у стању приправности

Када енергије има у изобиљу, еукариотске ћелије стварају веће, енергетски богате молекуле да се та вишак енергије складишти.

Настали шећери и масти се држе у лежиштима унутар ћелија, од којих су нека довољно велика да се виде на електронским микрографима.

Животињске ћелије такође могу да синтетишу разгранате полимере глукозе (гликогена), који се заузврат агрегирају у честице које се могу опазити електронском микроскопијом. Ћелија може брзо мобилизовати ове честице кад год јој је потребна брза енергија.

Међутим, у нормалним околностима људи складиште довољно гликогена да дневно обезбеде вредност енергије. Биљне ћелије не производе гликоген, већ уместо тога праве различите полимере глукозе познате као скроб, који се чувају у гранулама.

Уз то, и биљне и животињске ћелије штеде енергију преусмеравањем глукозе у путеве синтезе масти. Један грам масти садржи готово шест пута више енергије од исте количине гликогена, али енергија из масти је мање доступна од енергије гликогена.

Ипак, сваки механизам складиштења је важан јер ћелијама требају и краткорочне и дугорочне залихе енергије.

Масти се чувају у капљицама у цитоплазми ћелија. Људи углавном складиште довољно масти да би напајали ћелије неколико недеља.

Референце

1. Албертс, Б., Јохнсон, А., Левис, Ј., Морган, Д., Рафф, М., Робертс, К. и Валтер, П. (2014). Молекуларна биологија ћелије (6. изд.). Гарланд Сциенце.
2. Берг, Ј., Тимоцзко, Ј., Гатто, Г. и Страиер, Л. (2015). Биохемија (8. изд.). ВХ Фрееман анд Цомпани
3. Цампбелл, Н. & Рееце, Ј. (2005). Биологија (друго издање) Пеарсон Едуцатион.
4. Лодисх, Х., Берк, А., Каисер, Ц., Криегер, М., Бретсцхер, А., Плоегх, Х., Амон, А. и Мартин, К. (2016). Молекуларна ћелијска биологија (8. изд.). ВХ Фрееман анд Цомпани.
5. Пурвес, В., Садава, Д., Орианс, Г. и Хеллер, Х. (2004). Живот: наука о биологији (7. изд.). Синауер Ассоциатес и ВХ Фрееман.
6. Соломон, Е., Берг, Л. и Мартин, Д. (2004). Биологија (7. изд.) Ценгаге Леарнинг.
7. Воет, Д., Воет, Ј. и Пратт, Ц. (2016). Основе биохемије: живот на молекуларном нивоу (5. изд.). Вилеи.