Метаболические типы энергии, источники, процесс трансформации



метаболическая энергия это энергия, которую все живые существа получают из химической энергии, содержащейся в пище (или питательных веществах). Эта энергия в основном одинакова для всех клеток; однако способ его получения очень разнообразен.

Пища образуется из серии биомолекул различных типов, в которых химическая энергия сохраняется в их связях. Таким образом, организмы могут использовать энергию, запасенную в пище, а затем использовать эту энергию в других метаболических процессах..

Все живые организмы нуждаются в энергии, чтобы расти и размножаться, поддерживать свои структуры и реагировать на окружающую среду. Метаболизм включает в себя химические процессы, которые поддерживают жизнь и которые позволяют организмам превращать химическую энергию в полезную энергию для клеток.

У животных метаболизм расщепляет углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты для обеспечения химической энергии. С другой стороны, растения преобразуют энергию света Солнца в химическую энергию для синтеза других молекул; они делают это в процессе фотосинтеза.

индекс

  • 1 Типы метаболических реакций
  • 2 Источники метаболической энергии
  • 3 Процесс превращения химической энергии в метаболическую энергию
    • 3.1 Окисление
  • 4 Резервное питание
  • 5 ссылок

Типы метаболических реакций

Метаболизм включает в себя несколько типов реакций, которые можно сгруппировать в две широкие категории: реакции деградации органических молекул и реакции синтеза других биомолекул..

Метаболические реакции деградации представляют собой клеточный катаболизм (или катаболические реакции). Они включают окисление богатых энергией молекул, таких как глюкоза и другие сахара (углеводы). Поскольку эти реакции выделяют энергию, они называются эксергонами.

Напротив, реакции синтеза составляют клеточный анаболизм (или анаболические реакции). Они осуществляют процессы восстановления молекул с образованием других, богатых накопленной энергией, таких как гликоген. Поскольку эти реакции потребляют энергию, они называются эндергоническими.

Метаболические источники энергии

Основными источниками метаболической энергии являются молекулы глюкозы и жирных кислот. Они составляют группу биомолекул, которые могут быть быстро окислены для получения энергии.

Молекулы глюкозы поступают в основном из углеводов, содержащихся в рационе, таких как рис, хлеб, макаронные изделия и другие производные крахмалистых овощей. Когда в крови мало глюкозы, ее также можно получить из молекул гликогена, хранящихся в печени..

Во время длительного поста или в процессах, требующих дополнительных затрат энергии, необходимо получать эту энергию из жирных кислот, которые мобилизуются из жировой ткани..

Эти жирные кислоты подвергаются ряду метаболических реакций, которые активируют их и позволяют их транспортировать внутрь митохондрий, где они будут окисляться. Этот процесс называется β-окислением жирных кислот и обеспечивает до 80% дополнительной энергии в этих условиях..

Белки и жиры являются последним резервом для синтеза новых молекул глюкозы, особенно в случаях экстремального голодания. Эта реакция анаболического типа и известна как глюконеогенез..

Процесс превращения химической энергии в метаболическую энергию

Сложные молекулы пищевых продуктов, таких как сахара, жиры и белки, являются богатыми источниками энергии для клеток, потому что большая часть энергии, используемой для формирования этих молекул, хранится буквально в химических связях, которые удерживают их вместе..

Ученые могут измерять количество энергии, запасенной в пище, используя устройство, называемое калориметрическим насосом. С помощью этой техники пища помещается внутрь калориметра и нагревается до тех пор, пока не сгорит. Избыточное тепло, выделяемое в результате реакции, прямо пропорционально количеству энергии, содержащейся в пище..

Реальность такова, что клетки не работают как калориметры. Вместо того, чтобы сжигать энергию в большой реакции, клетки выделяют энергию, накопленную в молекулах пищи, через серию реакций окисления..

окисление

Окисление описывает тип химической реакции, при которой электроны переносятся из одной молекулы в другую, изменяя состав и энергосодержание донорной и акцепторной молекул. Молекулы пищи действуют как доноры электронов.

Во время каждой реакции окисления, участвующей в разложении пищи, продукт реакции имеет более низкое содержание энергии, чем молекула донора, которая предшествовала ему на маршруте..

В то же время молекулы акцептора электронов захватывают часть энергии, которая теряется из молекулы пищи во время каждой реакции окисления, и сохраняют ее для дальнейшего использования..

В конце концов, когда атомы углерода сложной органической молекулы полностью окисляются (в конце реакционной цепи), они высвобождаются в форме диоксида углерода..

Клетки не используют энергию реакций окисления, как только они высвобождаются. Что происходит, так это то, что они превращают его в маленькие, богатые энергией молекулы, такие как АТФ и НАДН, которые могут использоваться по всей клетке для ускорения метаболизма и создания новых клеточных компонентов..

Резервная мощность

Когда энергии в избытке, эукариотические клетки создают большие, богатые энергией молекулы, чтобы сохранить эту избыточную энергию.

Полученные сахара и жиры содержатся в отложениях внутри клеток, некоторые из которых достаточно велики, чтобы их можно было увидеть на электронных микрофотографиях..

Животные клетки также могут синтезировать разветвленные полимеры глюкозы (гликоген), которые, в свою очередь, объединяются в частицы, которые можно наблюдать с помощью электронной микроскопии. Клетка может быстро мобилизовать эти частицы всякий раз, когда ей нужна быстрая энергия.

Тем не менее, в нормальных условиях люди хранят достаточно гликогена, чтобы обеспечить день энергии. Растительные клетки не производят гликоген, но производят различные полимеры глюкозы, известные как крахмалы, которые хранятся в гранулах..

Кроме того, и растительные клетки, и животные накапливают энергию, получая глюкозу в путях синтеза жира. Один грамм жира содержит почти в шесть раз больше энергии того же количества гликогена, но энергия жира менее доступна, чем у гликогена..

Тем не менее, каждый механизм хранения важен, потому что клеткам нужны как краткосрочные, так и долгосрочные запасы энергии..

Жиры хранятся в каплях в цитоплазме клеток. Люди обычно накапливают достаточно жира, чтобы снабжать свои клетки энергией в течение нескольких недель..

ссылки

  1. Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Морган Д., Рафф М., Робертс К. и Уолтер П. (2014). Молекулярная биология клетки (6-е изд.). Гирлянда Наука.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). биохимия (8-е изд.). У. Х. Фриман и Компания
  3. Кэмпбелл, Н. и Рис, Дж. (2005). биология (2-е изд.) Pearson Education.
  4. Лодиш, Х., Берк, А., Кайзер, К., Кригер, М., Бретчер, А., Плое, Х., Амон, А. и Мартин, К. (2016). Молекулярно-клеточная биология (8-е изд.). У. Х. Фриман и Компания.
  5. Purves W., Sadava, D., Orians, G. & Heller, H. (2004). Жизнь: наука биологии (7-е изд.). Sinauer Associates и У. Х. Фриман.
  6. Соломон Э., Берг Л. и Мартин Д. (2004). биология (7-е изд.) Cengage Learning.
  7. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне (5-е изд.). Wiley.