PRESNOVNA ENERGIJA: VRSTE, VIRI IN TRANSFORMACIJA - BIOLOGIJA - 2026

Energija presnovna je energija, ki jo vsa živa bitja, pridobljeni iz kemične energije iz hrane (ali hranilnih snovi). Ta energija je v osnovi enaka za vse celice; vendar je način pridobitve zelo raznolik.

Hrana je sestavljena iz vrste biomolekul različnih vrst, ki imajo kemične energije shranjene v svojih vezeh. Na ta način lahko organizmi izkoristijo energijo, shranjeno v hrani, in jo nato uporabijo v drugih presnovnih procesih.

Vsi živi organizmi potrebujejo energijo za rast in razmnoževanje, vzdrževanje svojih struktur in odzivanje na okolje. Presnova zajema kemične procese, ki vzdržujejo življenje in omogočajo organizmom, da kemično energijo pretvorijo v koristno energijo za celice.

Pri živalih metabolizem razgrajuje ogljikove hidrate, lipide, beljakovine in nukleinske kisline, da zagotovi kemično energijo. Rastline s svoje svetlobe pretvorijo svetlobno energijo iz Sonca v kemično energijo za sintezo drugih molekul; to storijo med postopkom fotosinteze.

Vrste presnovnih reakcij

Presnova obsega več vrst reakcij, ki jih lahko razvrstimo v dve široki kategoriji: reakcije razgradnje organskih molekul in sintezne reakcije drugih biomolekul.

Reakcije metabolične razgradnje pomenijo celični katabolizem (ali katabolične reakcije). Ti vključujejo oksidacijo energijsko bogatih molekul, kot so glukoza in drugi sladkorji (ogljikovi hidrati). Ker te reakcije sproščajo energijo, jih imenujemo ekstrogonične.

V nasprotju s tem sintezne reakcije tvorijo celični anabolizem (ali anabolične reakcije). Te izvajajo procese redukcije molekul, da tvorijo druge, bogate s shranjeno energijo, kot je glikogen. Ker te reakcije porabijo energijo, jih imenujemo endergonična.

Viri metabolične energije

Glavni viri metabolične energije so molekule glukoze in maščobne kisline. Te tvorijo skupino biomolekul, ki se lahko hitro oksidirajo za energijo.

Molekule glukoze prihajajo večinoma iz ogljikovih hidratov, ki jih zaužijemo v prehrani, kot so riž, kruh, testenine, med drugimi derivati ​​zelenjave, bogate s škrobom. Kadar je v krvi malo glukoze, jo lahko dobimo tudi iz molekul glikogena, shranjenih v jetrih.

Med dolgotrajnim postom ali v procesih, ki zahtevajo dodaten zaloga energije, je treba to energijo pridobiti iz maščobnih kislin, ki se mobilizirajo iz maščobnega tkiva.

Te maščobne kisline doživljajo vrsto presnovnih reakcij, ki jih aktivirajo in omogočajo njihov prevoz v notranjost mitohondrijev, kjer bodo oksidirane. Ta postopek se imenuje β-oksidacija maščobnih kislin in v teh pogojih zagotavlja do 80% dodatne energije.

Beljakovine in maščobe so zadnja rezerva za sintezo novih molekul glukoze, zlasti v primeru skrajnega posta. Ta reakcija je anaboličnega tipa in je znana kot glukoneogeneza.

Proces pretvorbe kemijske energije v presnovno energijo

Kompleksne molekule hrane, kot so sladkorji, maščobe in beljakovine, so bogat vir energije za celice, saj je velik del energije, ki se uporablja za izdelavo teh molekul, dobesedno shranjen znotraj kemičnih vezi, ki jih držijo skupaj.

Znanstveniki lahko merijo količino energije, shranjene v hrani, z napravo, imenovano kalorimeter bombe. S to tehniko se hrana postavi znotraj kalorimetra in segreva, dokler ne gori. Odvečna toplota, ki se sprosti z reakcijo, je neposredno sorazmerna s količino energije, ki jo vsebuje hrana.

Resničnost je, da celice ne delujejo kot kalorimetri. Namesto da gorijo energijo v eni veliki reakciji, celice počasi sproščajo energijo, shranjeno v svojih molekulah hrane, skozi niz oksidacijskih reakcij.

Oksidacija

Oksidacija opisuje vrsto kemijske reakcije, pri kateri se elektroni prenašajo iz ene molekule v drugo, pri čemer se spremeni sestava in energijska vsebnost molekul darovalca in akceptorja. Molekule v hrani delujejo kot darovalci elektronov.

Med vsako oksidacijsko reakcijo, ki sodeluje pri razgradnji hrane, ima produkt reakcije nižjo vsebnost energije kot molekula darovalca, ki je bila pred njo na poti.

Hkrati molekule sprejemalcev elektronov zajamejo nekaj energije, ki se izgubi iz molekule hrane med vsako oksidacijsko reakcijo, in jo shranijo za kasnejšo uporabo.

Ko se ogljikovi atomi v kompleksni organski molekuli popolnoma oksidirajo (na koncu reakcijske verige), se sprostijo kot ogljikov dioksid.

Celice ne porabijo energije iz oksidacijskih reakcij takoj, ko se sprostijo. Zgodi se, da jih pretvorijo v majhne, ​​energijsko bogate molekule, kot sta ATP in NADH, ki jih je mogoče uporabiti po celici za pospeševanje presnove in gradnjo novih celičnih komponent.

Moč pripravljenosti

Ko je energije v izobilju, evkariontske celice ustvarijo večje, energijsko bogate molekule, da shranijo to odvečno energijo.

Tako dobljeni sladkorji in maščobe se hranijo v depozitih znotraj celic, od katerih so nekatere dovolj velike, da so vidne na elektronskih mikrografih.

Živalske celice lahko sintetizirajo tudi razvejene polimere glukoze (glikogena), ki se nato združijo v delce, ki jih lahko opazujemo z elektronsko mikroskopijo. Celica lahko te delce hitro mobilizira, kadarkoli potrebuje hitro energijo.

Vendar pa v normalnih okoliščinah človek shrani dovolj glikogena, da bi si lahko dan zagotovil vrednost energije. Rastlinske celice ne proizvajajo glikogena, temveč naredijo različne polimere glukoze, ki jih poznamo kot škrob, ki so shranjeni v granulah.

Poleg tega rastlinske in živalske celice prihranijo energijo s preusmeritvijo glukoze v poti sinteze maščob. En gram maščobe vsebuje skoraj šestkrat večjo energijo iste količine glikogena, vendar je energija iz maščobe manj na voljo kot energija glikogena.

Kljub temu je vsak mehanizem shranjevanja pomemben, ker celice potrebujejo tako kratkoročne kot dolgoročne zaloge energije.

Maščobe so shranjene v kapljicah v citoplazmi celic. Ljudje običajno shranjujejo dovolj maščob, da napajajo svoje celice več tednov.

Reference

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molekularna biologija celice (6. izd.). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biokemija (8. izd.). WH Freeman in družba
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologija (2. izd.) Pearsonova vzgoja.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molekularna celična biologija (8. izd.). WH Freeman in družba.
5. Purves, W., Sadava, D., Orians, G. & Heller, H. (2004). Življenje: veda o biologiji (7. izd.). Sinauer Associates in WH Freeman.
6. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologija (7. izd.) Cengage Learning.
7. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Osnove biokemije: življenje na molekularni ravni (5. izd.). Wiley.