МЕТАБОЛИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ: ВИДЫ, ИСТОЧНИКИ И ТРАНСФОРМАЦИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

Метаболическая энергия есть энергия , что все живые существа , полученные из химической энергии , содержащейся в пище (или питательных веществ). Эта энергия в основном одинакова для всех клеток; Однако способы его получения очень разнообразны.

Пища состоит из ряда биомолекул различных типов, в связях которых хранится химическая энергия. Таким образом, организмы могут использовать энергию, запасенную в пище, а затем использовать эту энергию в других метаболических процессах.

Все живые организмы нуждаются в энергии для роста и воспроизводства, поддержания своей структуры и реагирования на окружающую среду. Метаболизм включает в себя химические процессы, которые поддерживают жизнь и позволяют организмам преобразовывать химическую энергию в полезную для клеток энергию.

У животных метаболизм расщепляет углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты, чтобы обеспечить химическую энергию. Растения, в свою очередь, преобразуют световую энергию Солнца в химическую энергию для синтеза других молекул; они делают это в процессе фотосинтеза.

Типы метаболических реакций

Метаболизм включает несколько типов реакций, которые можно разделить на две широкие категории: реакции разложения органических молекул и реакции синтеза других биомолекул.

Реакции метаболической деградации составляют 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 экзергоническими.

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

Источники метаболической энергии

Основными источниками метаболической энергии являются молекулы глюкозы и жирные кислоты. Они составляют группу биомолекул, которые могут быстро окисляться для получения энергии.

Молекулы глюкозы поступают в основном из углеводов, поступающих с пищей, таких как рис, хлеб, макаронные изделия, а также другие производные овощей, богатые крахмалом. Когда в крови мало глюкозы, ее также можно получить из молекул гликогена, хранящихся в печени.

Во время длительного голодания 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 транспортировать их внутрь митохондрий, где они будут окисляться. Этот процесс называется β-окислением жирных кислот и в этих условиях обеспечивает до 80% дополнительной энергии.

Белки и жиры - это последний резерв для синтеза новых молекул глюкозы, особенно в случаях крайнего голодания. Это реакция анаболического типа, известная как глюконеогенез.

Процесс преобразования химической энергии в метаболическую энергию

Сложные пищевые молекулы, такие как сахар, жиры и белки, являются богатыми источниками энергии для клеток, потому что большая часть энергии, используемой для создания этих молекул, буквально хранится в химических связях, которые удерживают их вместе.

Ученые могут измерить количество энергии, хранящейся в пище, с помощью устройства, называемого калориметром-бомбой. При использовании этого метода пища помещается внутрь калориметра и нагревается до пригорания. Избыточное тепло, выделяемое при реакции, прямо пропорционально количеству энергии, содержащейся в пище.

На самом деле клетки не работают как калориметры. Вместо того, чтобы сжигать энергию в одной большой реакции, клетки медленно высвобождают энергию, хранящуюся в их молекулах пищи, через серию реакций окисления.

оксидирование

Окисление описывает тип химической реакции, в которой электроны передаются от одной молекулы к другой, изменяя состав и энергетическое содержание молекул донора и акцептора. Молекулы в пище действуют как доноры электронов.

Во время каждой реакции окисления, участвующей в разложении пищи, продукт реакции имеет более низкое энергосодержание, чем молекула-донор, которая предшествовала ему на пути.

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

В конце концов, когда атомы углерода в сложной органической молекуле полностью окисляются (в конце цепочки реакций), они выделяются в виде диоксида углерода.

Клетки не используют энергию реакций окисления, как только она высвобождается. Происходит то, что они превращают его в небольшие, богатые энергией молекулы, такие как АТФ и НАДН, которые можно использовать во всей клетке для ускорения метаболизма и создания новых клеточных компонентов.

Резервная мощность

Когда энергии много, эукариотические клетки создают более крупные, богатые энергией молекулы для хранения этой избыточной энергии.

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

Клетки животных могут также синтезировать разветвленные полимеры глюкозы (гликогена), 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.

Однако в нормальных условиях люди накапливают достаточно гликогена, чтобы обеспечить дневную энергию. Клетки растений не производят гликоген, а вместо этого производят различные полимеры глюкозы, известные как крахмалы, которые хранятся в гранулах.

Кроме того, как растительные, так и животные клетки экономят энергию, направляя глюкозу в пути синтеза жира. Один грамм жира содержит почти в шесть раз больше энергии, чем такое же количество гликогена, но энергия жира менее доступна, чем энергия 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 для питания своих клеток в течение нескольких недель.

Ссылки

1. Альбертс, Б., Джонсон, А., Льюис, Дж., Морган, Д., Рафф, М., Робертс, К., Уолтер, П. (2014). Молекулярная биология клетки (6-е изд.). Наука о гирляндах.
2. Берг, Дж., Тимочко, Дж., Гатто, Г., Страйер, Л. (2015). Биохимия (8-е изд.). WH Freeman and Company
3. Кэмпбелл, Н. и Рис, Дж. (2005). Биология (2-е изд.) Pearson Education.
4. Лодиш, Х., Берк, А., Кайзер, К., Кригер, М., Бретчер, А., Плоег, Х., Амон, А. и Мартин, К. (2016). Молекулярная клеточная биология (8-е изд.). WH Freeman and Company.
5. Первес, В., Садава, Д., Орианс, Г. и Хеллер, Х. (2004). Жизнь: наука биология (7-е изд.). Sinauer Associates и WH Freeman.
6. Соломон, Э., Берг, Л., Мартин, Д. (2004). Биология (7-е изд.) Cengage Learning.
7. Воет Д., Воет Дж. И Пратт К. (2016). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне (5-е изд.). Wiley.