أنواع الطاقة الأيضية ، المصادر ، عملية التحول

ال الطاقة الأيضية إنها الطاقة التي تحصل عليها جميع الكائنات الحية من الطاقة الكيميائية الموجودة في الغذاء (أو المواد الغذائية). هذه الطاقة هي نفسها في الأساس لجميع الخلايا. ومع ذلك ، فإن طريقة الحصول عليها متنوعة للغاية.

تتشكل الأغذية من خلال سلسلة من الجزيئات الحيوية من أنواع مختلفة ، والتي تحتوي على طاقة كيميائية مخزنة في روابطها. وبهذه الطريقة ، يمكن للكائنات الحية الاستفادة من الطاقة المخزنة في الغذاء ومن ثم استخدام هذه الطاقة في عمليات التمثيل الغذائي الأخرى.

تحتاج جميع الكائنات الحية إلى طاقة لتنمو وتتكاثر وتحافظ على بنيتها وتستجيب للبيئة. الأيض يشمل العمليات الكيميائية التي تحافظ على الحياة والتي تسمح للكائنات الحية بتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة مفيدة للخلايا.

في الحيوانات ، ينهار التمثيل الغذائي للكربوهيدرات والدهون والبروتينات والأحماض النووية لتوفير الطاقة الكيميائية. من ناحية أخرى ، تقوم النباتات بتحويل الطاقة الضوئية للشمس إلى طاقة كيميائية لتجميع جزيئات أخرى ؛ يفعلون هذا أثناء عملية التمثيل الضوئي.

مؤشر

• 1 أنواع ردود الفعل الأيضية
• 2 مصادر الطاقة الأيضية
• 3 عملية تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة استقلابية
  • 3.1 الأكسدة
• 4 قوة احتياطية
• 5 المراجع

أنواع ردود الفعل الأيضية

يتكون التمثيل الغذائي من عدة أنواع من التفاعلات التي يمكن تصنيفها إلى فئتين عريضتين: تفاعلات تدهور الجزيئات العضوية وردود الفعل التجميعية للجزيئات الحيوية الأخرى.

ردود الفعل الأيضية للتدهور تشكل هدم الخلوية (أو ردود الفعل الهابط). وتشمل هذه الأكسدة الجزيئات الغنية بالطاقة ، مثل الجلوكوز والسكريات الأخرى (الكربوهيدرات). عندما تطلق هذه التفاعلات الطاقة ، يطلق عليها exergonics.

في المقابل ، تشكل ردود الفعل التوليفية الابتنائية الخلوي (أو التفاعلات الابتنائية). وتنفذ هذه العمليات عمليات تخفيض الجزيئات لتشكيل آخرين غنيين بالطاقة المخزنة ، مثل الجليكوجين. لأن هذه التفاعلات تستهلك الطاقة ، وتسمى الإندرجونية.

مصادر الطاقة الأيضية

المصادر الرئيسية للطاقة الأيضية هي جزيئات الجلوكوز والأحماض الدهنية. هذه تشكل مجموعة من الجزيئات الحيوية التي يمكن أن تتأكسد بسرعة للحصول على الطاقة.

تأتي معظم جزيئات الجلوكوز من الكربوهيدرات التي يتم تناولها في النظام الغذائي ، مثل الأرز والخبز والمعكرونة ، من بين مشتقات أخرى من الخضروات النشوية. عندما يكون هناك القليل من الجلوكوز في الدم ، يمكن الحصول عليه أيضًا من جزيئات الجليكوجين المخزنة في الكبد.

أثناء الصيام الطويل ، أو في العمليات التي تتطلب نفقات إضافية من الطاقة ، يجب 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 تتأكسد. وتسمى هذه العملية أكسدة الأحماض الدهنية وتوفر طاقة إضافية تصل إلى 80 ٪ في ظل هذه الظروف.

البروتينات والدهون هي آخر احتياطي لتوليف جزيئات الجلوكوز الجديدة ، خاصة في حالات الصيام الشديد. رد الفعل هذا هو من نوع الابتنائية ويعرف باسم تكوين السكر.

عملية تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة استقلابية

تعد جزيئات الأغذية المعقدة مثل السكريات والدهون والبروتينات مصادر غنية للطاقة للخلايا ، لأن الكثير من الطاقة المستخدمة لتشكيل هذه الجزيئات يتم تخزينها حرفيًا داخل الروابط الكيميائية التي تجمعها.

يمكن للعلماء قياس كمية الطاقة المخزنة في الطعام باستخدام جهاز يسمى مضخة السعرات الحرارية. مع هذه التقنية ، يتم وضع الطعام داخل المسعر وتسخينه حتى يحترق. تتناسب الحرارة الزائدة المنبعثة من التفاعل مع كمية الطاقة الموجودة في الطعام.

والحقيقة هي أن الخلايا لا تعمل مثل المسعرات. بدلاً من حرق الطاقة في تفاعل كبير ، تطلق الخلايا الطاقة المخزنة في جزيئات الطعام ببطء من خلال سلسلة من تفاعلات الأكسدة.

أكسدة

تصف الأكسدة نوعًا من التفاعل الكيميائي الذي يتم فيه نقل الإلكترونات من جزيء إلى آخر ، وتغيير تكوين ومحتوى الطاقة لجزيئات المانح والمستقبل. تعمل جزيئات الغذاء كمانحين للإلكترون.

أثناء كل تفاعل أكسدة مشارك في تحلل الغذاء ، يكون لمنتج التفاعل محتوى طاقة أقل من جزيء المانح الذي سبقه على الطريق.

وفي الوقت نفسه ، تلتقط جزيئات متقبل الإلكترون جزءًا من الطاقة المفقودة من جزيء الطعام أثناء كل تفاعل للأكسدة وتخزينه لاستخدامه لاحقًا..

في النهاية ، عندما تتأكسد ذرات الكربون في جزيء عضوي معقد بالكامل (في نهاية سلسلة التفاعل) ، يتم إطلاقها في شكل ثاني أكسيد الكربون.

لا تستخدم الخلايا طاقة تفاعلات الأكسدة بمجرد إطلاقها. ما يحدث هو أنها تحوله إلى جزيئات صغيرة غنية بالطاقة ، مثل ATP و NADH ، والتي يمكن استخدامها في جميع أنحاء الخلية لتعزيز عملية التمثيل الغذائي وبناء مكونات خلوية جديدة.

قوة الاحتياط

عندما تكون الطاقة وفيرة ، تخلق خلايا حقيقية النواة جزيئات أكبر غنية بالطاقة لتخزين هذه الطاقة الزائدة.

يتم حفظ السكريات والدهون الناتجة في رواسب داخل الخلايا ، بعضها كبير بما يكفي ليكون مرئيًا في صورة مجهرية إلكترونية.

يمكن للخلايا الحيوانية أيضًا توليف بوليمرات متفرعة من الجلوكوز (الجليكوجين) ، والتي بدورها يتم تجميعها في جزيئات يمكن ملاحظتها بواسطة المجهر الإلكتروني. يمكن للخلية أن تعبئ هذه الجزيئات بسرعة كلما احتاجت إلى طاقة سريعة.

ومع ذلك ، في ظل الظروف العادية ، يخزن البشر ما يكفي من الجليكوجين لتوفير يوم من الطاقة. لا تنتج الخلايا النباتية الجليكوجين ، ولكنها تنتج بوليمرات الجلوكوز المختلفة المعروفة باسم النشويات ، والتي يتم تخزينها في حبيبات.

بالإضافة إلى ذلك ، تخزن كل من الخلايا والحيوانات النباتية الطاقة من خلال استخلاص الجلوكوز في مسارات تخليق الدهون. يحتوي غرام واحد من الدهون على ما يقرب من ستة أضعاف الطاقة بنفس كمية الجليكوجين ، لكن طاقة الدهون أقل من طاقة الجليكوجين.

ومع ذلك ، فإن كل آلية تخزين مهمة لأن الخلايا تحتاج إلى رواسب طاقة قصيرة الأجل وطويلة الأجل..

يتم تخزين الدهون في قطرات في السيتوبلازم من الخلايا. عادة ما يخزن البشر ما يكفي من الدهون لتزويد خلاياهم بالطاقة لعدة أسابيع.

مراجع

1. Alberts، B.، Johnson، A.، Lewis، J.، Morgan، D.، Raff، M.، Roberts، K. & Walter، P. (2014). البيولوجيا الجزيئية للخلية (الطبعة السادسة). علوم الطوق.
2. Berg، J.، Tymoczko، J.، Gatto، G. & Strayer، L. (2015). كيمياء حيوية (الطبعة الثامنة). دبليو إتش فريمان وشركاه
3. كامبل ، ن. وريس ، ج. (2005). علم الاحياء (2nd ed.) بيرسون التعليم.
4. Lodish، H.، Berk، A.، Kaiser، C.، Krieger، M.، Bretscher، A.، Ploegh، H.، Amon، A. & Martin، K. (2016). بيولوجيا الخلية الجزيئية (الطبعة الثامنة). دبليو إتش فريمان وشركاه.
5. Purves، W.، Sadava، D.، Orians، G. & Heller، H. (2004). الحياة: علم الأحياء (الطبعة السابعة). سيناور أسوشيتس و دبليو إتش فريمان.
6. Solomon، E.، Berg، L. & Martin، D. (2004). علم الاحياء (الطبعة 7) Cengage التعلم.
7. Voet، D.، Voet، J. & Pratt، C. (2016). أساسيات الكيمياء الحيوية: الحياة على المستوى الجزيئي (الطبعة الخامسة). وايلي.