Prezentarea generală a metabolismului

Ce se întâmplă în corpul tău chiar acum? Primul tău răspuns ar putea fi că îți este foame, sau că te dor mușchii deoarce ai alergat, sau că ești obosit. Dar hai să mergem şi mai în profunzime, să depăşim stratul conştiinţei şi să ne uităm la ce se întâmplă în celulele tale.

Dacă ai putea privi în interiorul oricărei celule din corpul tău, ai descoperi că este un centru de activitate remarcabil, mai asemănător cu o piaţă aglomerată în aer liber decât cu o cameră liniştită. Fie că ești treaz sau dormi, alergi sau vizionezi televizorul, energia este transformată în interiorul celulelor, schimbându-și formele pe măsură ce moleculele suferă reacţiile chimice conectate care te ţin în viaţă şi în funcțiune.

Celulele efectuează în mod constant mii de reacţii chimice necesare pentru a păstra atât celulele cât şi întregul organism, viu şi sănătos. Aceste reacţii chimice sunt adesea legate între ele prin lanţuri sau căi. Toate reacţiile chimice care au loc în interiorul unei celule sunt denumite în mod colectiv metabolismul celulei.

Pentru a-ți putea da seama de complexitatea metabolismului, haide să aruncăm o privire la diagrama metabolică de mai jos. Pentru mine, această încurcătură de linii arată ca o hartă a unui sistem de metrou foarte mare, sau poate ca o placă elegantă de circuite . De fapt, este o diagramă a căii metabolice centrale într-o celulă eucariotă, așa cum sunt și celulele corpului uman. Fiecare linie este o reacţie şi fiecare cerc este un reactant sau un produs.

În reţeaua metabolică a celulei, o parte din reacţiile chimice eliberează energie şi se pot produce spontan (fără aport de energie). Cu toate acestea, unele celule au nevoie de energie pentru a se desfășura. La fel cum trebuie să consumi alimente pentru a înlocui ceea ce utilizează corpul tău, astfel și celulele au nevoie de un aport continuu de energie pentru a desfășura reacțiile chimice care se produc cu consum de energie. De fapt, hrana este sursa energiei folosite de celulele tale!

Pentru a-ți face o idee mai concretă despre metabolism, hai să ne uităm la două procese metabolice care sunt cruciale pentru viața pe pământ: acelea care sintetizează glucide și cele care le descompun.

Ca un exemplu de cale de eliberare a energiei, să vedem cum una dintre celulele tale descompune o moleculă de zahăr (de exemplu, din acea bomboană pe care ai avut-o pentru desert).

Multe celule, inclusiv majoritatea celulelor din organismul tău, obțin energie de la glucoză (${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6$‍) în procesul de respirație celulară. În timpul acestui proces, o moleculă de glucoză este descompusă treptat, în mulţi paşi mici. Cu toate acestea, procesul are o reacţie generală de:

${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6$‍ + $6{\text{O}}_2$‍ $\to$‍ $6{\text{CO}}_2$‍ + $6{\text{H}}_2\text{O}$‍ + $\text{energie}$‍

Descompunerea glucozei eliberează energie, care este înglobată de celulă sub forma de adenozin trifosfat , sau ATP. ATP este o moleculă mică prin oferă celulelor o modalitate convenabilă de a stoca rapid energia.

Odată ce este produs, ATP poate fi folosit în alte reacții chimice din celulă ca sursă de energie. Așa cum oamenii folosesc bani, pentru că este mai ușor decât să facă schimb de fiecare dată când au nevoie de ceva, astfel și celula folosește ATP ca metodă standardizată de a transfera energie. Din această cauză, ATP este uneori descris ca „moneda energetică” a celulei.

Ca exemplu de cale metabolică cu nevoie de energie, haideţi să întoarcem ultimul exemplu din jur şi să vedem cum este sintetizată o moleculă de zahăr.

Glucidele cum ar fi glucoza sunt sintetizate de plante în procesul de photosynthesis. În fotosinteză, plantele folosesc energia luminii solare pentru a transforma dioxidul de carbon în molecule de zahăr. Fotosinteza are loc în mulţi paşi mici, dar reacţia chimică globală este inversată față de reacţia respirației celulare:

$6{\text{CO}}_2$‍ + $6{\text{H}}_2\text{O}$‍ + $\text{energie}$‍ $\to$‍ ${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6$‍ + $6{\text{O}}_2$‍

Ca şi noi, plantele au nevoie de energie pentru a-şi desfășura procesele celulare, astfel încât o parte din zaharuri sunt folosite chiar de planta însăși. De asemenea, plantele constituie sursă de hrană pentru animalele care se hrănesc cu plante, precum veverița de mai jos. În ambele cazuri, glucoza va fi descompusă prin procesul de respiraţie celulară, generând ATP care menţine celulele în funcţiune.

Ambele procese de producere şi descompunere a moleculelor de glucoză sunt exemple de căi metabolice. O cale metabolică este o serie de reacţii chimice conectate care se hrănesc reciproc. Calea asimilează una sau mai multe molecule inițiale și, printr-o serie de intermediari, le transformă în produse.

Căile metabolice pot fi împărțite, în linii mari, în două categorii, în funcție de efectele acestora. Fotosinteza, care construieşte zaharuri din molecule mai mici, este o cale de construcţie sau anabolică. Pe de altă parte, respiraţia celulară descompune zahărul în molecule mai mici şi este o cale de "descompunere" sau catabolică.

Căile anabolice sintetizează molecule complexe din molecule mai simple și, de regulă, necesită un aport de energie. Producerea de glucoză din dioxid de carbon este un exemplu. Alte exemple includ sinteza proteinelor din aminoacizi sau a catenelor de ADN din componenţa acizilor nucleici. Aceste biosinteze sunt esențiale pentru viața celulei, se desfășoară în mod constant, și utilizează energia furnizată de ATP și de alte molecule, care stochează energia pe termen scurt.

Căile catabolice presupun descompunerea moleculelor complexe în molecule mai simple și se face, de obicei, cu eliberare de energie. Energia din legăturile moleculelor complexe, cum ar fi glucoza şi grăsimile, este eliberată în căile catabolice. Ea este apoi transformată în diferite alte forme de energie (de exemplu, prin sinteza ATP).

O ultimă observație, dar importantă: reacțiile chimice din căilor metabolice nu au loc automat, fără ajutor. Fiecare reacție dintr-o cale metabolică este facilitată sau catalizată de o proteină numită enzimă. Puteți afla mai multe despre enzime și cum controlează reacțiile biochimice din subiectul enzime.