Razmjena energije - što je to i koje faze ima

Metabolizam je sve kemijske reakcije koje se javljaju u stanicama živih organizama, a nazivaju se i metabolizmom. Podijeljena je na anabolizam i katabolizam, odnosno energetski metabolizam. Prvi uključuje stvaranje složenijih kemijskih spojeva. Ovaj se proces također naziva izmjena plastike. Za njegovu provedbu potrebna je energija, koju dobiva stanica zbog katabolizma. S ovim procesom, stanica sintetizira potrebno nukleinske kiseline proteini, polisaharidi i slično. Sve te supstance mogu djelovati kao građevni materijal za stanicu i organizam u cjelini, obavljati funkciju enzima, hormona itd. Detaljnije ćemo se osvrnuti na drugi proces - energetski metabolizam.

Što je katabolizam?

Energetski metabolizam je proces tijekom kojeg se tvari sa složenom strukturom dijele na jednostavniju ili se oksidiraju, zbog čega tijelo prima energiju potrebnu za život. Katabolizam uključuje nekoliko faza, tijekom kojih se događaju različite kemijske reakcije. Razlikuju se po tri.

Faze energetskog metabolizma

Navedeći faze katabolizma, možemo razlikovati pripremne, anaerobne (bez kisika) i aerobne (koristeći kisik).

Pripremna faza

U ovom trenutku, kompleksne molekule spojeva kao što su proteini, ugljikohidrati i lipidi se raščlanjuju na jednostavnije, i u ovoj fazi polimeri se pretvaraju u monomere. Taj se proces odvija izvan stanice, u organima probavnog sustava. To uključuje želučani sok i razne enzime. Kisik nije potreban za reakcije u ovoj fazi. Kao rezultat reakcija koje su se dogodile u to vrijeme, proteini denaturiraju i razgrađuju se u aminokiseline, složeni ugljikohidrati pretvaraju se u jednostavne monosaharide, a iz lipida nastaju glicerol i više kiseline. Dio procesa ovog stupnja također se javlja u lizosomima stanice pod utjecajem hidrolaznih enzima.

Druga faza - anaerobna fermentacija

Energetski metabolizam ima fazu fermentacije, koja se također naziva glikoliza. Također ne zahtijeva sudjelovanje kisika u kemijskim reakcijama. U principu, vrlo mnogo organskih tvari može biti fermentirano, ali uglavnom su ugljikohidrati. U procesu kemijskih reakcija korištenih u ovoj fazi katabolizma nastaju alkoholi, ugljični dioksid, aceton, organske kiseline, u nekim slučajevima vodik i druge tvari. Bakterije, jednoćelijske gljive i biljke za fermentaciju široko se primjenjuju u industriji, na primjer, za proizvodnju etilnog alkohola, proizvodnju sireva i drugih proizvoda mliječne kiseline, te u pekarskoj industriji za proizvodnju tijesta. Fermentacija se također naziva nepotpuna oksidacija.

Reakcije koje se događaju u ovoj fazi i njihova uporaba

Primjer kemijskih reakcija koje se odvijaju u ovoj fazi može se nazvati najčešćom alkoholnom fermentacijom. To je proces cijepanja glukoze ili fruktoze pod utjecajem posebnih enzima u kojima se oslobađaju ugljični dioksid i etilni alkohol, te se formiraju i ATP molekule. Jednadžba ove kemijske reakcije je sljedeća: C6H12O6 = 2C2H5ON + CO2 + 2ATP. Upravo organizmi koji koriste ovu reakciju za dobivanje potrebne energije koriste se u industriji za proizvodnju alkoholnih pića. Kao rezultat procesa koji se koristi za energiju bakterije mliječne kiseline formirana mliječna kiselina. Jednadžba je sljedeća: C6H12O6 = C3H6O3 + 2ATP. U stanicama životinja i gljiva, reakcija je široko rasprostranjena, zbog čega se oslobađa piruvična kiselina. Ovaj proces izgleda ovako: S6N12O6 = 2S3N4O3 + (4N) + 2ATF.

Treća i završna faza je stanično disanje.

Pojavljuje se u mitohondrijima. U ovoj fazi tvari se oksidiraju, zbog čega se oslobađa određena količina energije. Kao što je već bilo moguće pogoditi, kisik sudjeluje u takvim procesima.
Isporučuje se različitim tkivima višestaničnih organizama uz pomoć eritrocita koji sadrže hemoglobin za transport. U ovoj fazi stanica dijeli tvari dobivene u prethodnim fazama na najjednostavniji - ugljični dioksid i vodu. Ove dvije tvari nužno nastaju uslijed uobičajenog izgaranja bilo koje organske tvari. Da bi se postigla potpuna oksidacija organskog spoja stotinama tisuća puta brže nego što bi mogla izgorjeti, i bez upotrebe ultra visokih temperatura, stanici su potrebni različiti enzimi koji se nalaze u lizosomima. Također, za dobivanje energije zbog staničnog disanja, potrebna je supstanca ADP - adenozin difosfat, koja se također koristi za mnoge druge svrhe. Glavna kemijska reakcija koja se koristi u ovoj fazi energetskog metabolizma može se napisati na sljedeći način: 2S3N6O3 + 6O2 + 36N3RO4 + 36ADF = 6CO2 + 42N2O + 36ATF. Iz jednadžbe se može vidjeti da se takvim procesom oslobađa značajna količina energije. I u ovoj fazi može se pojaviti reakcija potpune oksidacije piruvične kiseline, zbog čega se oslobađa i energija, ali u manjim količinama.

Kako se kisik stvara u atmosferi?

Zbog činjenice da je glavni proces, u kojem se sastoji metabolizam energije u životinja, neke bakterije i gljivice, upravo stanično disanje, kisik je vitalan za ove organizme. I tako visok sadržaj u atmosferi našeg planeta dugujemo biljkama - plućima Zemlje. Daju nam kisik i iz fotosinteze uzimamo ugljični dioksid iz zraka, čime dobivaju organsku tvar koja im je potrebna od jednostavnih anorganskih tvari (najčešće glukoze ili fruktoze). Proces fotosinteze nastaje zbog solarne energije koja služi kao akcelerator za ovu vrstu kemijskih reakcija. Jednadžba fotosinteze može se napisati na sljedeći način: 6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2. Procesi koji se razmatraju u ovom članku još jednom dokazuju da je sve u prirodi međusobno povezano: fotosinteza se odvija uz upotrebu ugljičnog dioksida, nepotrebnog za životinje, a energetska razmjena potonje je nemoguća bez kisika koji biljke oslobađaju kao nusprodukt fotosinteze.

Što su stanične organele uključene u metabolizam energije?

Prije svega, to su mitohondriji, u njima se odvija cijeli proces staničnog disanja. Supstance koje su dobivene tijekom anaerobne fermentacije, odnosno drugog stupnja energetskog metabolizma, oksidiraju se na njihovim cristama. Također su to lizosomi, koji su već u više navrata spomenuti u tekstu. Oni sadrže u svojoj šupljini omeđenoj membranom niz enzima potrebnih za sve reakcije. U citoplazmi stanice uz pomoć ovih organoida dolazi do procesa nepotpune oksidacije (glikolize) organskih spojeva. Proizvodi nastali u ovoj fazi uz sudjelovanje enzima sadržanih u lizosomima, su sirovina za naknadno stanično disanje koje se javlja u mitohondrijima. Osim toga, mikrotubuli su uključeni u te procese, koji prenose tvari kroz stanicu, kao i plazma membranu, koja sadrži posebne proteine ​​koji prenose kemijske spojeve koji su potrebni za energetski metabolizam iz okoline u citoplazmu.