พลังงานเมตาโบลิก: ประเภทแหล่งที่มากระบวนการของการเปลี่ยนแปลง

พลังงานเมตาโบลิก เป็นพลังงานที่สิ่งมีชีวิตทั้งหมดได้รับจากพลังงานเคมีที่มีอยู่ในอาหาร (หรือสารอาหาร) พลังงานนี้โดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกันสำหรับทุกเซลล์ อย่างไรก็ตามวิธีการที่จะได้รับมันมีความหลากหลายมาก

อาหารจะเกิดขึ้นจากชีวโมเลกุลหลายประเภทซึ่งมีพลังงานเคมีเก็บอยู่ในพันธะ ด้วยวิธีนี้สิ่งมีชีวิตสามารถใช้ประโยชน์จากพลังงานที่เก็บไว้ในอาหารแล้วใช้พลังงานนี้ในกระบวนการเผาผลาญอื่น ๆ

สิ่งมีชีวิตทุกชนิดต้องการพลังงานเพื่อการเจริญเติบโตการสืบพันธุ์การบำรุงรักษาโครงสร้างและการตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อม เมแทบอลิซึมรวมถึงกระบวนการทางเคมีที่ค้ำจุนชีวิตและช่วยให้สิ่งมีชีวิตเปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานที่มีประโยชน์สำหรับเซลล์

ในสัตว์นั้นเมตาบอลิซึมจะแบ่งคาร์โบไฮเดรตไขมันโปรตีนและกรดนิวคลีอิกเพื่อให้พลังงานเคมี ในทางกลับกันพืชแปลงพลังงานแสงของดวงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมีเพื่อสังเคราะห์โมเลกุลอื่น ๆ พวกเขาทำเช่นนี้ในระหว่างกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

ประเภทของปฏิกิริยาเมแทบอลิซึม

เมแทบอลิซึมประกอบด้วยปฏิกิริยาหลายประเภทที่สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทกว้าง ๆ คือปฏิกิริยาของการสลายตัวของโมเลกุลอินทรีย์และปฏิกิริยาการสังเคราะห์ของชีวโมเลกุลอื่น ๆ

ปฏิกิริยาเมตาบอลิซึมของการย่อยสลายเป็น catabolism ของเซลล์ (หรือปฏิกิริยา catabolic) สิ่งเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการเกิดออกซิเดชันของโมเลกุลที่อุดมด้วยพลังงานเช่นกลูโคสและน้ำตาลอื่น ๆ (คาร์โบไฮเดรต) เมื่อปฏิกิริยาเหล่านี้ปลดปล่อยพลังงานพวกมันจะถูกเรียกว่า exergonics

ในทางตรงกันข้ามปฏิกิริยาสังเคราะห์ทำให้เกิดการสร้างเซลล์ anabolism (หรือปฏิกิริยาโบลิค) กระบวนการเหล่านี้ดำเนินการลดโมเลกุลเพื่อสร้างคนอื่น ๆ ที่อุดมไปด้วยพลังงานที่เก็บไว้เช่นไกลโคเจน เนื่องจากปฏิกิริยาเหล่านี้ใช้พลังงานพวกเขาถูกเรียกว่าเอนเนอร์โกนัล

แหล่งพลังงานเมตาบอลิก

แหล่งพลังงานหลักของการเผาผลาญคือโมเลกุลของกลูโคสและกรดไขมัน เหล่านี้ประกอบด้วยกลุ่มของชีวโมเลกุลที่สามารถออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วสำหรับพลังงาน

โมเลกุลกลูโคสส่วนใหญ่มาจากคาร์โบไฮเดรตที่รับประทานเข้าไปในอาหารเช่นข้าวขนมปังพาสต้าและอนุพันธ์อื่น ๆ ของผักแป้ง เมื่อมีกลูโคสในเลือดเพียงเล็กน้อยก็สามารถรับได้จากโมเลกุลไกลโคเจนที่เก็บในตับ

ในระหว่างการอดอาหารเป็นเวลานานหรือในกระบวนการที่ต้องการการใช้พลังงานเพิ่มเติมจำเป็นต้องได้รับพลังงานจากกรดไขมันที่ถูกระดมจากเนื้อเยื่อไขมัน

กรดไขมันเหล่านี้ได้รับปฏิกิริยาการเผาผลาญอาหารหลายชนิดที่กระตุ้นให้พวกมันและอนุญาตให้ส่งผ่านไปยังภายในของไมโตคอนเดรียซึ่งพวกมันจะถูกออกซิไดซ์ กระบวนการนี้เรียกว่า oxid-oxidation ของกรดไขมันและให้พลังงานมากถึง 80% ในเงื่อนไขเหล่านี้

โปรตีนและไขมันเป็นแหล่งสำรองสุดท้ายในการสังเคราะห์โมเลกุลกลูโคสใหม่โดยเฉพาะในกรณีการอดอาหารอย่างรุนแรง ปฏิกิริยานี้เป็นรูปแบบอะนาโบลิกและเป็นที่รู้จักกันในชื่อ gluconeogenesis

กระบวนการแปรรูปพลังงานเคมีเป็นพลังงานเมแทบอลิซึม

โมเลกุลที่ซับซ้อนของอาหารเช่นน้ำตาลไขมันและโปรตีนเป็นแหล่งพลังงานที่อุดมไปด้วยเซลล์เนื่องจากพลังงานส่วนใหญ่ที่ใช้ในการสร้างโมเลกุลเหล่านี้จะถูกเก็บไว้ภายในพันธะเคมีที่ยึดมันไว้ด้วยกัน

นักวิทยาศาสตร์สามารถวัดปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ในอาหารโดยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่าปั๊มความร้อน ด้วยเทคนิคนี้อาหารจะถูกวางไว้ภายในเครื่องวัดความร้อนและให้ความร้อนจนไหม้ ความร้อนส่วนเกินที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณพลังงานที่มีอยู่ในอาหาร

ความจริงก็คือเซลล์ไม่ทำงานเหมือนเครื่องวัดความร้อน แทนที่จะเผาผลาญพลังงานในปฏิกิริยาขนาดใหญ่เซลล์ปล่อยพลังงานที่เก็บไว้ในโมเลกุลอาหารของพวกเขาช้า ๆ ผ่านชุดปฏิกิริยาออกซิเดชัน

ออกซิเดชัน

ออกซิเดชันอธิบายปฏิกิริยาทางเคมีชนิดหนึ่งที่อิเลคตรอนเคลื่อนย้ายจากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่งเปลี่ยนองค์ประกอบและปริมาณพลังงานของโมเลกุลผู้บริจาคและโมเลกุลผู้รับ โมเลกุลอาหารทำหน้าที่เป็นผู้บริจาคอิเล็กตรอน

ในระหว่างปฏิกิริยาออกซิเดชั่นแต่ละครั้งที่เกี่ยวข้องกับการย่อยสลายของอาหารผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยามีปริมาณพลังงานต่ำกว่าโมเลกุลของผู้บริจาคที่นำหน้าบนเส้นทาง

ในเวลาเดียวกันโมเลกุลของตัวรับอิเล็กตรอนจะจับส่วนหนึ่งของพลังงานที่สูญเสียไปจากโมเลกุลอาหารในระหว่างปฏิกิริยาออกซิเดชั่นแต่ละครั้งและเก็บไว้เพื่อใช้ในภายหลัง

ในที่สุดเมื่ออะตอมคาร์บอนของโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนถูกออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์ (ในตอนท้ายของห่วงโซ่การเกิดปฏิกิริยา) พวกมันจะถูกปล่อยออกมาในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์

เซลล์ไม่ใช้พลังงานของปฏิกิริยาออกซิเดชั่นทันทีที่ปล่อยออกมา สิ่งที่เกิดขึ้นคือพวกมันแปลงเป็นโมเลกุลขนาดเล็กที่มีพลังงานสูงเช่น ATP และ NADH ซึ่งสามารถใช้ได้ทั่วทั้งเซลล์เพื่อเพิ่มการเผาผลาญและสร้างส่วนประกอบเซลล์ใหม่

สำรองพลังงาน

เมื่อพลังงานอุดมสมบูรณ์เซลล์ยูคาริโอตจะสร้างโมเลกุลที่มีพลังงานสูงกว่าเพื่อเก็บพลังงานส่วนเกินนี้

น้ำตาลและไขมันที่เกิดขึ้นจะถูกเก็บไว้ในฝากภายในเซลล์ซึ่งบางส่วนมีขนาดใหญ่พอที่จะมองเห็นได้ใน micrograph ของอิเล็กตรอน

เซลล์สัตว์ยังสามารถสังเคราะห์โพลีเมอร์แบบแยกสาขาของกลูโคส (ไกลโคเจน) ซึ่งจะถูกรวมเข้าไปในอนุภาคที่สามารถสังเกตได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน เซลล์สามารถเคลื่อนที่อนุภาคเหล่านี้ได้อย่างรวดเร็วทุกครั้งที่ต้องการพลังงานอย่างรวดเร็ว

อย่างไรก็ตามภายใต้สถานการณ์ปกติมนุษย์จะเก็บไกลโคเจนได้เพียงพอที่จะให้พลังงานต่อวัน เซลล์ผักไม่ได้ผลิตไกลโคเจน แต่ผลิตกลูโคสโพลีเมอร์ชนิดต่าง ๆ ที่รู้จักกันในชื่อแป้งซึ่งถูกเก็บไว้ในเม็ด

นอกจากนี้เซลล์พืชและสัตว์ยังเก็บพลังงานโดยการรับกลูโคสในกระบวนการสังเคราะห์ไขมัน หนึ่งกรัมของไขมันประกอบด้วยพลังงานของไกลโคเจนในปริมาณเท่ากันเกือบหกเท่า แต่พลังงานของไขมันนั้นมีน้อยกว่าของไกลโคเจน

กลไกการเก็บรักษาแต่ละครั้งมีความสำคัญเนื่องจากเซลล์ต้องการพลังงานทั้งระยะสั้นและระยะยาว

ไขมันจะถูกเก็บไว้ในหยดในไซโตพลาสซึมของเซลล์ โดยปกติแล้วมนุษย์จะกักเก็บไขมันให้เพียงพอเพื่อให้เซลล์มีพลังงานเป็นเวลาหลายสัปดาห์