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, deoarece ai alergat, sau că ești obosit. Dar hai să mergem și mai în profunzime, să depășim stratul conștiinței și 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 remarcabil de activitate, mai asemănător cu o piață aglomerată în aer liber decât cu o cameră liniștită. Fie că ești treaz, fie că dormi, alergi sau te uiți la televizor, energia este transformată în interiorul celulelor, schimbându-și formele pe măsură ce moleculele suferă reacțiile chimice conectate care te țin în viață și în funcțiune.

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

Ca să-ți faci o idee 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, cum ar fi celulele corpului uman. Fiecare linie este o reacție și fiecare cerc este un reactant sau un produs.

În rețeaua metabolică a celulei, o parte din reacțiile chimice eliberează energie și se pot produce spontan (fără aport de energie). Totuși, altele au nevoie de energie pentru a se desfășura. La fel cum trebuie să consumi alimente pentru a înlocui ceea ce utilizează corpul tău, la fel și celulele au nevoie de un aport continuu de energie pentru a alimenta reacțiile chimice care necesită energie. De fapt, hrana pe care o consumi este sursa de energie folosită 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 de pe pământ: acelea care sintetizează glucide și cele care le descompun.

Ca exemplu de cale de eliberare a energiei, să vedem cum descompune una dintre celulele tale o moleculă de zahăr (de exemplu, din acea bomboană pe care ai avut-o ca 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 mulți pași mici. Cu toate acestea, procesul are o reacție 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 mică moleculă care oferă celulelor o modalitate convenabilă de a stoca energia temporar.

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 troc de fiecare dată când au nevoie de ceva, la fel 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, haide să inversăm ultimul exemplu și să vedem cum este sintetizată o moleculă de zahăr.

Glucidele, cum ar fi glucoza, sunt sintetizate de plante în procesul de fotosinteză. În fotosinteză, plantele folosesc energia luminii solare pentru a transforma dioxidul de carbon în molecule de zahăr. Fotosinteza are loc în mulți pași mici, dar reacția chimică pe ansamblu este doar reacția de respirație celulară inversată:

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

Ca noi, plantele au nevoie de energie pentru a-și desfășura procesele celulare, așa că o parte din zaharuri sunt folosite de plantă 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 respirație celulară, generând ATP care menține celulele în funcțiune.

Ambele procese de producere și descompunere a moleculelor de glucoză sunt exemple de căi metabolice. O cale metabolică este o serie de reacții 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, pe baza efectelor lor. Fotosinteza, care construiește zaharuri din molecule mai mici, este o cale „de construcție” sau anabolică. Pe de altă parte, respirația celulară descompune zahărul în molecule mai mici și 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 componența pe bază de acizi nucleici (nucleotide). Aceste procese biosintice 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 și 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 căile metabolice nu au loc automat, fără ajutor. Fiecare reacție dintr-o cale metabolică este facilitată sau catalizată de o proteină numită enzimă. Poți afla mai multe despre enzime și cum controlează reacțiile biochimice din subiectul enzime.