METABOLIK ENERJI: TÜRLERI, KAYNAKLARI VE DÖNÜŞÜMÜ - BIYOLOJI - 2024

Metabolik enerji kimyasal enerjisinden elde edilen tüm canlılar yiyecek (ya da besin) 'de içerdiğini enerjidir. Bu enerji temelde tüm hücreler için aynıdır; ancak, onu elde etmenin yolu çok çeşitlidir.

Yiyecekler, bağlarında depolanan kimyasal enerjiye sahip çeşitli türlerdeki bir dizi biyomolekülden oluşur. Bu şekilde organizmalar gıdada depolanan enerjiden faydalanabilir ve daha sonra bu enerjiyi diğer metabolik işlemlerde kullanabilir.

Tüm canlı organizmalar büyümek ve çoğalmak, yapılarını korumak ve çevreye tepki vermek için enerjiye ihtiyaç duyar. Metabolizma, yaşamı sürdüren ve organizmaların kimyasal enerjiyi hücreler için faydalı enerjiye dönüştürmesine izin veren kimyasal süreçleri kapsar.

Hayvanlarda metabolizma, kimyasal enerji sağlamak için karbonhidratları, lipitleri, proteinleri ve nükleik asitleri parçalar. Bitkiler ise, diğer molekülleri sentezlemek için Güneş'ten gelen ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürür; bunu fotosentez işlemi sırasında yaparlar.

Metabolik reaksiyon türleri

Metabolizma, iki geniş kategoriye ayrılabilen çeşitli reaksiyon türlerini içerir: organik moleküllerin bozunma reaksiyonları ve diğer biyomoleküllerin sentez reaksiyonları.

Metabolik bozunma reaksiyonları hücresel katabolizmayı (veya katabolik reaksiyonları) oluşturur. Bunlar, glikoz ve diğer şekerler (karbonhidratlar) gibi enerji açısından zengin moleküllerin oksidasyonunu içerir. Bu reaksiyonlar enerji açığa çıkardıklarından ekzergonik olarak adlandırılırlar.

Bunun aksine, sentez reaksiyonları hücresel anabolizmayı (veya anabolik reaksiyonları) oluşturur. Bunlar, glikojen gibi depolanmış enerji açısından zengin diğerlerini oluşturmak için moleküllerin indirgenmesi işlemlerini gerçekleştirir. Bu reaksiyonlar enerji tükettiği için endergonik olarak adlandırılır.

Metabolik enerji kaynakları

Metabolik enerjinin ana kaynakları, glikoz molekülleri ve yağ asitleridir. Bunlar, enerji için hızla oksitlenebilen bir grup biyomolekül oluşturur.

Glikoz molekülleri çoğunlukla diyetle alınan pirinç, ekmek, makarna gibi nişasta yönünden zengin sebzelerin diğer türevleri gibi karbonhidratlardan gelir. Kanda çok az glikoz olduğunda, karaciğerde depolanan glikojen moleküllerinden de elde edilebilir.

Uzun süreli açlık sırasında veya ek enerji harcanması gereken süreçlerde bu enerjiyi yağ dokusundan harekete geçirilen yağ asitlerinden elde etmek gerekir.

Bu yağ asitleri, onları aktive eden ve oksitlenecekleri mitokondrinin iç kısmına taşınmalarına izin veren bir dizi metabolik reaksiyona girer. Bu işleme yağ asitlerinin β-oksidasyonu adı verilir ve bu koşullar altında% 80'e kadar ek enerji sağlar.

Proteinler ve yağlar, özellikle aşırı oruç durumlarında, yeni glikoz moleküllerini sentezlemek için son rezervdir. Bu reaksiyon anabolik tiptedir ve glukoneogenez olarak bilinir.

Kimyasal enerjinin metabolik enerjiye dönüşme süreci

Şekerler, yağlar ve proteinler gibi karmaşık gıda molekülleri hücreler için zengin enerji kaynaklarıdır, çünkü bu molekülleri yapmak için kullanılan enerjinin çoğu onları bir arada tutan kimyasal bağlarda depolanır.

Bilim adamları, kalorimetre bombası adı verilen bir cihaz kullanarak gıdalarda depolanan enerji miktarını ölçebilirler. Bu teknikle yiyecekler kalorimetrenin içine yerleştirilir ve yanana kadar ısıtılır. Reaksiyonun açığa çıkardığı fazla ısı, yiyeceğin içerdiği enerji miktarı ile doğru orantılıdır.

Gerçek şu ki, hücreler kalorimetre olarak işlev görmez. Tek bir büyük reaksiyonda enerji yakmak yerine hücreler, besin moleküllerinde depolanan enerjiyi bir dizi oksidasyon reaksiyonu ile yavaşça serbest bırakır.

Oksidasyon

Oksidasyon, elektronların bir molekülden diğerine aktarıldığı, verici ve alıcı moleküllerin bileşimini ve enerji içeriğini değiştiren bir tür kimyasal reaksiyonu tanımlar. Gıdalardaki moleküller elektron vericisi olarak hareket eder.

Gıdanın ayrışmasına dahil olan her oksidasyon reaksiyonu sırasında, reaksiyonun ürünü, yolda kendisinden önce gelen verici molekülden daha düşük bir enerji içeriğine sahiptir.

Aynı zamanda, elektron alıcı moleküller, her oksidasyon reaksiyonu sırasında gıda molekülünden kaybedilen enerjinin bir kısmını yakalar ve daha sonra kullanmak üzere depolar.

Sonunda, karmaşık bir organik moleküldeki karbon atomları tamamen oksitlendiğinde (reaksiyon zincirinin sonunda) karbondioksit olarak salınırlar.

Hücreler, oksidasyon reaksiyonlarından gelen enerjiyi salınır yayılmaz kullanmazlar. Olan şey, metabolizmayı hızlandırmak ve yeni hücresel bileşenler oluşturmak için hücre boyunca kullanılabilen ATP ve NADH gibi küçük, enerji açısından zengin moleküllere dönüştürmeleridir.

Hazırda bekleme gücü

Enerji bol olduğunda, ökaryotik hücreler bu fazla enerjiyi depolamak için daha büyük, enerji açısından zengin moleküller oluşturur.

Elde edilen şekerler ve yağlar, bazıları elektron mikrograflarında görülebilecek kadar büyük olan hücrelerdeki birikintilerde tutulur.

Hayvan hücreleri aynı zamanda dallanmış glikoz polimerlerini (glikojen) sentezleyebilir ve bu da elektron mikroskobu ile gözlemlenebilen partiküllere dönüşebilir. Bir hücre, hızlı enerjiye ihtiyaç duyduğunda bu parçacıkları hızla harekete geçirebilir.

Bununla birlikte, normal koşullar altında insanlar, bir günlük enerji sağlayacak kadar glikojen depolarlar. Bitki hücreleri glikojen üretmez, bunun yerine granüllerde depolanan, nişasta olarak bilinen farklı glikoz polimerlerini yapar.

Ek olarak, hem bitki hem de hayvan hücreleri, yağ sentezi yolaklarındaki glikozu yönlendirerek enerji tasarrufu sağlar. Bir gram yağ, aynı miktarda glikojenden neredeyse altı kat daha fazla enerji içerir, ancak yağdan elde edilen enerji glikojenden daha az bulunur.

Yine de, her bir depolama mekanizması önemlidir çünkü hücreler hem kısa hem de uzun vadeli enerji depolarına ihtiyaç duyar.

Yağlar, hücrelerin sitoplazmasında damlacıklar halinde depolanır. İnsanlar genellikle birkaç hafta boyunca hücrelerine güç verecek kadar yağ depolar.

Referanslar

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Hücrenin Moleküler Biyolojisi (6. baskı). Garland Bilimi.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biyokimya (8. baskı). WH Freeman ve Şirketi
3. Campbell, N. ve Reece, J. (2005). Biyoloji (2. baskı) Pearson Education.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Moleküler Hücre Biyolojisi (8. baskı). WH Freeman ve Şirketi.
5. Purves, W., Sadava, D., Orians, G. & Heller, H. (2004). Yaşam: biyoloji bilimi (7. baskı). Sinauer Associates ve WH Freeman.
6. Solomon, E., Berg, L. ve Martin, D. (2004). Biyoloji (7. baskı) Cengage Learning.
7. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Biyokimyanın Temelleri: Moleküler Düzeyde Yaşam (5. baskı). Wiley.