- أنواع التفاعلات الأيضية
- مصادر الطاقة الأيضية
- عملية تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة أيضية
- أكسدة
- الطاقة الاحتياطية
- المراجع
و الطاقة الاستقلابية هي الطاقة أن جميع الكائنات الحية التي تم الحصول عليها من الطاقة الكيميائية الواردة في المواد الغذائية (أو المواد الغذائية). هذه الطاقة هي نفسها بالنسبة لجميع الخلايا ؛ ومع ذلك ، فإن طريقة الحصول عليها متنوعة للغاية.
يتكون الغذاء من سلسلة من الجزيئات الحيوية من أنواع مختلفة ، والتي تحتوي على طاقة كيميائية مخزنة في روابطها. بهذه الطريقة ، يمكن للكائنات الحية الاستفادة من الطاقة المخزنة في الطعام ثم استخدام هذه الطاقة في عمليات التمثيل الغذائي الأخرى.
تحتاج جميع الكائنات الحية إلى طاقة لتنمو وتتكاثر ، وتحافظ على هياكلها ، وتستجيب للبيئة. يشمل التمثيل الغذائي العمليات الكيميائية التي تحافظ على الحياة والتي تسمح للكائنات الحية بتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة مفيدة للخلايا.
في الحيوانات ، يقوم التمثيل الغذائي بتفكيك الكربوهيدرات والدهون والبروتينات والأحماض النووية لتوفير الطاقة الكيميائية. تقوم النباتات بدورها بتحويل الطاقة الضوئية من الشمس إلى طاقة كيميائية لتخليق الجزيئات الأخرى ؛ يفعلون ذلك أثناء عملية التمثيل الضوئي.
أنواع التفاعلات الأيضية
يتكون التمثيل الغذائي من عدة أنواع من التفاعلات التي يمكن تصنيفها إلى فئتين عريضتين: تفاعلات تحلل الجزيئات العضوية وتفاعلات تخليق الجزيئات الحيوية الأخرى.
تشكل تفاعلات التحلل الأيضي تقويض خلوي (أو تفاعلات تقويضية). تتضمن أكسدة الجزيئات الغنية بالطاقة ، مثل الجلوكوز والسكريات الأخرى (الكربوهيدرات). نظرًا لأن هذه التفاعلات تطلق الطاقة ، فإنها تسمى طاقة خارجية.
في المقابل ، تشكل التفاعلات التركيبية الابتنائية الخلوية (أو التفاعلات الابتنائية). هذه تقوم بعمليات اختزال للجزيئات لتكوين أخرى غنية بالطاقة المخزنة ، مثل الجليكوجين. لأن هذه التفاعلات تستهلك الطاقة ، فإنها تسمى endergonic.
مصادر الطاقة الأيضية
المصادر الرئيسية للطاقة الأيضية هي جزيئات الجلوكوز والأحماض الدهنية. تشكل هذه مجموعة من الجزيئات الحيوية التي يمكن أن تتأكسد بسرعة للحصول على الطاقة.
تأتي جزيئات الجلوكوز في الغالب من الكربوهيدرات التي يتم تناولها في النظام الغذائي ، مثل الأرز والخبز والمعكرونة ومشتقات أخرى من الخضروات الغنية بالنشا. عندما يكون هناك القليل من الجلوكوز في الدم ، يمكن الحصول عليه أيضًا من جزيئات الجليكوجين المخزنة في الكبد.
أثناء الصيام لفترات طويلة ، أو في العمليات التي تتطلب إنفاقًا إضافيًا للطاقة ، من الضروري الحصول على هذه الطاقة من الأحماض الدهنية التي يتم تعبئتها من الأنسجة الدهنية.
تخضع هذه الأحماض الدهنية لسلسلة من التفاعلات الأيضية التي تنشطها وتسمح بنقلها إلى داخل الميتوكوندريا حيث ستتأكسد. تسمى هذه العملية أكسدة الأحماض الدهنية وتوفر ما يصل إلى 80٪ طاقة إضافية في ظل هذه الظروف.
البروتينات والدهون هي آخر احتياطي لتكوين جزيئات الجلوكوز الجديدة ، خاصة في حالات الصيام الشديد. هذا التفاعل من النوع الابتنائي ويعرف باسم استحداث السكر.
عملية تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة أيضية
تعد جزيئات الطعام المعقدة مثل السكريات والدهون والبروتينات مصادر غنية للطاقة للخلايا ، لأن الكثير من الطاقة المستخدمة في صنع هذه الجزيئات يتم تخزينها حرفيًا داخل الروابط الكيميائية التي تجمعهم معًا.
يمكن للعلماء قياس كمية الطاقة المخزنة في الطعام باستخدام جهاز يسمى مسعر القنبلة. باستخدام هذه التقنية ، يتم وضع الطعام داخل المسعر وتسخينه حتى يحترق. الحرارة الزائدة الناتجة عن التفاعل تتناسب طرديًا مع كمية الطاقة الموجودة في الطعام.
الحقيقة هي أن الخلايا لا تعمل كمسعرات. بدلاً من حرق الطاقة في تفاعل واحد كبير ، تطلق الخلايا الطاقة المخزنة في جزيئات طعامها ببطء من خلال سلسلة من تفاعلات الأكسدة.
أكسدة
تصف الأكسدة نوعًا من التفاعل الكيميائي يتم فيه نقل الإلكترونات من جزيء إلى آخر ، مما يؤدي إلى تغيير التركيب ومحتوى الطاقة للجزيئات المانحة والمستقبلية. تعمل الجزيئات في الغذاء كمانحين للإلكترون.
أثناء كل تفاعل أكسدة متضمن في تحلل الطعام ، يكون لمنتج التفاعل محتوى طاقة أقل من الجزيء المانح الذي سبقه في المسار.
في الوقت نفسه ، تلتقط جزيئات مستقبل الإلكترون بعض الطاقة المفقودة من جزيء الطعام أثناء كل تفاعل أكسدة وتخزينها لاستخدامها لاحقًا.
في النهاية ، عندما تتأكسد ذرات الكربون في جزيء عضوي معقد تمامًا (في نهاية سلسلة التفاعل) يتم إطلاقها كثاني أكسيد الكربون.
لا تستخدم الخلايا الطاقة من تفاعلات الأكسدة بمجرد إطلاقها. ما يحدث هو أنهم يحولونها إلى جزيئات صغيرة غنية بالطاقة ، مثل ATP و NADH ، والتي يمكن استخدامها في جميع أنحاء الخلية لتعزيز التمثيل الغذائي وبناء مكونات خلوية جديدة.
الطاقة الاحتياطية
عندما تكون الطاقة وفيرة ، تخلق الخلايا حقيقية النواة جزيئات أكبر وغنية بالطاقة لتخزين هذه الطاقة الزائدة.
يتم الاحتفاظ بالسكريات والدهون الناتجة في رواسب داخل الخلايا ، بعضها كبير بما يكفي ليكون مرئيًا على صورة مجهرية إلكترونية.
يمكن للخلايا الحيوانية أيضًا تصنيع بوليمرات متفرعة من الجلوكوز (الجليكوجين) ، والتي بدورها تتجمع في جزيئات يمكن ملاحظتها عن طريق المجهر الإلكتروني. يمكن للخلية تحريك هذه الجسيمات بسرعة كلما احتاجت إلى طاقة سريعة.
ومع ذلك ، في ظل الظروف العادية ، يخزن البشر ما يكفي من الجليكوجين لتوفير طاقة يومية. لا تنتج الخلايا النباتية الجليكوجين ، ولكنها بدلاً من ذلك تصنع بوليمرات جلوكوز مختلفة تعرف باسم النشا ، والتي يتم تخزينها في حبيبات.
بالإضافة إلى ذلك ، توفر الخلايا النباتية والحيوانية الطاقة عن طريق تحويل الجلوكوز في مسارات تخليق الدهون. يحتوي غرام واحد من الدهون على ما يقرب من ستة أضعاف الطاقة من نفس كمية الجليكوجين ، ولكن الطاقة من الدهون أقل من تلك الموجودة في الجليكوجين.
ومع ذلك ، فإن كل آلية تخزين مهمة لأن الخلايا تحتاج إلى مخازن طاقة على المدى القصير والطويل.
يتم تخزين الدهون في قطرات في سيتوبلازم الخلايا. يخزن البشر عمومًا ما يكفي من الدهون لتشغيل خلاياهم لعدة أسابيع.
المراجع
- ألبرتس ، ب ، جونسون ، أ ، لويس ، ج. ، مورغان ، د. ، راف ، إم ، روبرتس ، ك.والتر ، ب. (2014). البيولوجيا الجزيئية للخلية (الطبعة السادسة). علوم جارلاند.
- بيرج ، جيه ، تيموكزكو ، جيه ، جاتو ، ج.ستراير ، إل (2015). الكيمياء الحيوية (الطبعة الثامنة). دبليو فريمان وشركاه
- كامبل ، إن وريس ، ج. (2005). علم الأحياء (الطبعة الثانية) تعليم بيرسون.
- لوديش ، هـ ، بيرك ، أ ، كايزر ، سي ، كريجر ، إم ، بريتشر ، إيه ، بلويج ، إتش ، آمون ، إيه ومارتن ، ك. (2016). بيولوجيا الخلية الجزيئية (الطبعة الثامنة). دبليو فريمان وشركاه.
- Purves ، W. ، Sadava ، D. ، Orians ، G. & Heller ، H. (2004). الحياة: علم الأحياء (الطبعة السابعة). سيناوير أسوشيتس و دبليو إتش فريمان.
- سولومون ، إي ، بيرج ، إل ومارتن ، د. (2004). علم الأحياء (الطبعة السابعة) Cengage Learning.
- Voet ، D. ، Voet ، J. & Pratt ، C. (2016). أساسيات الكيمياء الحيوية: الحياة على المستوى الجزيئي (الطبعة الخامسة). وايلي.