Размена енергије - шта је то и које фазе има

Метаболизам је све хемијске реакције које се јављају у ћелијама живих организама, називају се и метаболизмом. Подељена је на анаболизам и катаболизам, односно енергетски метаболизам. Први подразумева формирање једноставних хемијских једињења сложенијих. Овај процес се такође зове пластичну размену. За његову реализацију потребна је енергија, коју добија ћелија услед катаболизма. Са овим процесом, ћелија синтетише неопходно нуклеинске киселине протеини, полисахариди и слично. Све ове супстанце могу да делују као грађевински материјал за ћелију и организам у целини, да обављају функцију ензима, хормона, итд. Детаљније ћемо се осврнути на други процес - енергетски метаболизам.

Шта је катаболизам?

Енергетски метаболизам је процес током којег се супстанце са сложеном структуром раздвајају на једноставније или се оксидирају, због чега тело прима енергију неопходну за живот. Катаболизам обухвата неколико фаза, током којих се одвијају различите хемијске реакције. Разликују се по три.

Фазе енергетског метаболизма

Наведећи фазе катаболизма, можемо разликовати припремне, анаеробне (без кисеоника) и аеробне (користећи кисеоник).

Припремна фаза

У овом тренутку, комплексни молекули једињења као што су протеини, угљени хидрати и липиди се разлажу на једноставније, и у овој фази се полимери претварају у мономере. Овај процес се одвија изван ћелије, у органима пробавног система. То укључује желучани сок и разне ензиме. Кисеоник није потребан за реакције у овој фази. Као резултат реакција које су се десиле у то време, протеини денатурирају и разлажу се у аминокиселине, сложени угљени хидрати претварају се у једноставне моносахариде, глицерол и више киселине се формирају из липида. Део процеса ове фазе се такође јавља у лизосомима ћелије под утицајем хидролазних ензима.

Друга фаза - анаеробна ферментација

Енергетски метаболизам има фазу ферментације, која се назива и гликолиза. Такође не захтева учешће кисеоника у хемијским реакцијама. У принципу, многе органске супстанце се могу ферментисати, али углавном су то угљени хидрати. У процесу хемијских реакција које се користе у овој фази катаболизма, формирају се алкохоли, угљен диоксид, ацетон, органске киселине, у неким случајевима водоник и друге супстанце. Бактерије, једноћелијске гљиве и биљке које активно ферментирају, широко се користе у индустрији, на примјер, за производњу етилног алкохола, производњу сирева и других производа од млијечне киселине, у пекарској индустрији за производњу тијеста. Ферментација се назива и непотпуна оксидација.

Реакције које се дешавају у овој фази и њихова употреба

Примјер кемијских реакција које се одвијају у овој фази може се назвати најчешћом алкохолном ферментацијом. То је процес раздвајања глукозе или фруктозе под утицајем специјалних ензима, у којима се ослобађају угљен диоксид и етилни алкохол, а формирају се и АТП молекули. Једначина ове хемијске реакције је следећа: Ц6Х12О6 = 2Ц2Х5ОН + ЦО2 + 2АТП. Организми који користе ову реакцију за добијање потребне енергије користе се у индустрији за производњу алкохолних пића. Као резултат процеса који се користи за енергију бактерије млечне киселине формирана млечна киселина. Једначина је следећа: Ц6Х12О6 = Ц3Х6О3 + 2АТП. У ћелијама животиња и гљива, реакција је широко распрострањена, због чега се ослобађа пирувична киселина. Овај процес изгледа овако: С6Н12О6 = 2С3Н4О3 + (4Н) + 2АТФ.

Трећа и завршна фаза је станично дисање.

Појављује се у митохондријима. У овој фази супстанце се оксидирају, због чега се ослобађа одређена количина енергије. Као што је већ било могуће претпоставити, кисеоник учествује у таквим процесима.
Снабдева се различитим ткивима вишећелијских организама уз помоћ еритроцита који садрже хемоглобин за транспорт. У овој фази ћелија раздваја супстанце добијене у претходним фазама на најједноставнији - угљен диоксид и воду. Ове две супстанце се нужно формирају због уобичајеног сагоревања било које органске материје. Да би се постигла потпуна оксидација органског једињења стотинама хиљада пута брже него што би могла да изгори, и без употребе ултра високих температура, ћелији су потребни различити ензими који се налазе у лизосомима. Такође, да би се добила енергија услед ћелијског дисања, неопходна је супстанца АДП - аденозин дифосфат, која се такође користи у многе друге сврхе. Главна хемијска реакција која се користи у овој фази енергетског метаболизма може се записати на следећи начин: 2С3Н6О3 + 6О2 + 36Н3РО4 + 36АДФ = 6ЦО2 + 42Н2О + 36АТФ. Из једначине се види да се таквим процесом ослобађа значајна количина енергије. Такође, у овој фази може доћи до реакције потпуне оксидације пирувичне киселине, што доводи до ослобађања енергије, али у мањим количинама.

Како се кисик формира у атмосфери?

Због чињенице да је главни процес, у којем се састоји метаболизам енергије код животиња, неке бактерије и гљивице, управо ћелијско дисање, кисик је виталан за ове организме. И тако висок садржај у атмосфери наше планете дугујемо биљкама - плућима Земље. Они нам дају кисеоник и узимају угљен диоксид из ваздуха кроз фотосинтезу, чиме добијају органску материју која им је потребна од једноставних неорганских супстанци (најчешће глукозе или фруктозе). Процес фотосинтезе настаје због соларне енергије, која служи као акцелератор за ову врсту хемијских реакција. Једначина фотосинтезе може се записати на следећи начин: 6ЦО2 + 6Х2О = Ц6Х12О6 + 6О2. Процеси разматрани у овом чланку још једном доказују да је све у природи међусобно повезано: фотосинтеза се одвија уз употребу угљичног диоксида, непотребног за животиње, а енергетска размјена потоњег је немогућа без кисика који се ослобађа биљкама као нуспродукт фотосинтезе.

Које ћелијске органеле су укључене у енергетски метаболизам?

Као прво, то су митохондрије, у њима се одвија цео процес станичног дисања. Супстанце које се добијају током анаеробне ферментације, односно друге фазе метаболизма енергије, оксидирају се на њиховим кристама. Такође су то лизосоми, који су већ више пута споменути у тексту. У својој шупљини ограниченој мембраном садрже низ ензима потребних за све реакције. У цитоплазми ћелије уз помоћ ових органоида долази до процеса непотпуне оксидације (гликолизе) органских једињења. Производи настали у овој фази уз учешће ензима садржаних у лизосомима, су сировина за накнадну ћелијску респирацију која се јавља у митохондријима. Поред тога, микротубуле су укључене у ове процесе, који преносе супстанце кроз ћелију, као и плазма мембрану, која садржи специјалне протеине који преносе хемијска једињења која су неопходна за енергетски метаболизам из околине у цитоплазму.