Ainevahetuse, anabolismi ja katabolismi selgitus
Ainevahetuse määratlus
Mõiste metabolism pärineb kreeka keelest, nimelt "Metabole", mis tähendab muutust või transformatsiooni. See on seotud keha erinevate protsessidega, mis muudavad toidu ja muud ained energiaks ja muudeks ainevahetuse kõrvalproduktideks, mida keha kasutab. Üleminek eriliste omadustega ainelt teisele uute omadustega ainele, millega kaasneb energia eraldumine või neeldumine.
Ainevahetus on kõik elusolendites toimuvad keemilised reaktsiooniprotsessid, alustades väga lihtsatest üherakulistest olenditest, nagu bakterid, algloomad, seened, taimed, loomad; inimestele, olenditele, kelle kehaehitus on väga keeruline. Selles protsessis saavad elusolendid elu säilitamiseks ümbritsevatest keemilisi ühendeid, muutuvad ja kasutavad neid.
Ainevahetust saab tõlgendada ka kogu organismi kehas toimuva keemilise protsessina, mis algab esialgsest substraadist ja lõpeb lõppproduktiga. Ainevahetuse eesmärk on toota energiat, mis on kasulik elutegevuseks nii rakutasandil (rakkude jagunemine, molekulide transport rakkudesse ja rakkudest välja) kui ka üksikute tasandite (lugemine, kirjutamine, kõndimine, jooksmine jne). Ainevahetusel on neli konkreetset funktsiooni, nimelt:
- Keemilise energia saamiseks keskkonnast või päikeseenergiast pärinevate energiarikaste toiduessentside lagunemisel.
- Toitainemolekulide teisendamine raku makromolekulide lähteainete moodustamise üksusteks.
- Nende ehitusüksuste ühendamiseks valkudeks, nukleiinhapeteks, lipiidideks, polüsahhariidideks ja muudeks rakukomponentideks.
- Rakuspetsiifiliste seente vajalike biomolekulide moodustamiseks ja lagundamiseks.
Ainevahetus aitab seedimist ja toitainete imendumist. Seda mõjutab kõige rohkem toitumine, vedelik ja kehaline aktiivsus. Kõik need elemendid on ainevahetuse optimaalse tervise oluline aspekt. Kui üks puudub, väheneb ka ainevahetuse kiirus. Selle tulemusel avaldab mõju ka tervis.
Ainevahetus hõlmab keerukate orgaaniliste molekulide sünteesi (anabolism) ja lagundamist (katabolism). Ainevahetus koosneb tavaliselt ensüüme hõlmavatest etappidest, mida nimetatakse ka metaboolseteks radadeks. Totaalne metabolism on kõik organismi biokeemilised protsessid. Rakkude metabolism hõlmab kõiki keemilisi protsesse rakkudes. Ainevahetuseta ei saa elusolendid ellu jääda. Ainevahetuse saadusi nimetatakse metaboliidid. Bioloogia haru, mis uurib metaboliitide üldist koostist arengujärgus või kehaosas, nimetatakse metaboloomika.
Ainevahetus hõlmab elusrakkudes olevate ühendite või komponentide sünteesi ja lagunemise protsessi. Sünteesiprotsessi nimetatakse anabolismiks ja lagunemisprotsessi katabolismiks. Kõiki metaboolseid reaktsioone katalüüsivad ensüümid, sealhulgas lihtsad reaktsioonid, näiteks süsinikhappe lagunemine veeks ja süsinikdioksiidiks; keemiliste ainete membraanide kaudu rakkudesse sisenemise ja eemaldamise protsess; pikk ja keeruline valgu biosünteesi protsess; või seedetrakti toidu koostisosade lagundamise protsess alates suust, maost, soolestikust ja soolestikust laguproduktide imendumine läbi sooleseina, samuti selle jaotumine kõikidesse kehaosadesse seda vaja.
Veel üks oluline asi ainevahetuse juures on selle roll võõrutusprotsessis, nimelt reaktsioonimehhanism toksiliste ainete muundamiseks mittetoksilisteks ühenditeks, mida saab organismist eemaldada.
Anabolismi eristatakse katabolismist mitmes aspektis: anabolism on protsess, mille käigus sünteesitakse väikesi molekule molekulideks suuremad molekulid, samas kui katabolism on vastupidine, nimelt suurte molekulide molekulideks jaotamise protsess väike; anabolism on protsess, mis nõuab energiat, katabolism aga protsess, mis vabastab energiat; anabolism on redutseerimisreaktsioon, katabolism aga oksüdatsioonireaktsioon; Sageli on anabolismi lõpp-produkt katabolismi lähteaine. Katabolismi ülesanne on pakkuda toorainet teiste molekulide sünteesiks ja pakkuda keemilist energiat.
Anabolismi mõiste
Anabolism on protsess, mille käigus muudetakse lihtsad keemilised ühendid keerukateks keemilisteks ühenditeks või molekulideks. Need sündmused vajavad energiat väljastpoolt, siis kasutatakse seda energiat lihtsate ühendite sidumiseks keerukamateks ühenditeks. Seega ei lähe selles protsessis vajalik energia kaduma. Kuid seda hoitakse keemiliste sidemete kujul vastloodud ühendites või keerukates materjalides. Anabolismis kasutatav energia võib olla kas valgusenergia või keemiline energia. Valgusenergia anabolismi nimetatakse fotosünteesiks, keemilise energia anabolismi aga kemosünteesiks.
Rakkudes olevaid reaktsioone saab jagada kahte kategooriasse. Esiteks on anaboolsed reaktsioonid moodustumisreaktsioonid, nimelt suurte molekulide süntees lihtsatest / väikestest molekulidest. Anabolismi protsess nõuab energiat ja seda protsessi nimetatakse endogeenseks reaktsiooniks. Teiseks on kataboolsed reaktsioonid lagunemisreaktsioonid. Katabolism on suurte molekulide lagunemine lihtsamateks, millega kaasneb energia vabanemine, mida nimetatakse eksergoonilisteks reaktsioonideks. Anaboolsete ja kataboolsete reaktsioonide koguarvu nimetatakse metabolismiks (moodustumine ja lagunemine). Kataboolse protsessi näide on hingamine, anaboolse protsessi näiteks fotosüntees jt, 1988).
Anabolismi eristatakse katabolismist mitmel viisil, nimelt:
- Anabolism on protsess, mille käigus sünteesitakse väikesi keemilisi molekule suuremateks, katabolism aga suurte molekulide väikesteks molekulideks lagundamiseks.
- Anabolism on protsess, mis nõuab energiat, katabolism on protsess, mis vabastab energiat.
- Anabolism on redutseerimisreaktsioon, katabolism aga oksüdatsioonireaktsioon.
- Sageli on anabolismi lõpp-produkt katabolismi protsessi lähteaine. (Wiradikusumah, 1985).
Mõned elusolendid, näiteks taimed, vetikad ja fotosünteesivad bakterid, saavad fotosünteesi käigus päikesevalgusest energiat. Fotosüntees on kiirgusenergia muundamise protsess keemiliseks energiaks. Päikesevalgus koosneb osakestest, mida nimetatakse footoniteks, kus iga footon sisaldab teatud koguses energiat. Energia hulk footonis sõltub valguse lainepikkusest, kus väiksem lainepikkus, seda suurem on footonis sisalduv energia. Näiteks sinise valguse footonid sisaldavad suuremat energiat kui punase valguse footonid (Fardiaz, 1992).
Fotosüntees on protsess, mille käigus süsinikmonooksiid ja vesi valguse mõjul muudetakse orgaanilisteks ühenditeks, mis sisaldavad süsinikku ja sisaldavad palju energiat. Fotosünteesi protsessi eesmärk on moodustada süsivesikuid ja kehtivad järgmised reaktsioonid: (Harjadi, 1979).
Lehed on üks taimeorganeid, mis kasvavad varrest, on üldiselt rohelised ja toimivad peamiselt fotosünteesi kaudu päikesevalgusest energia püüdjana. Lehed on taimede jaoks kõige olulisemad eluviisid, kuna taimed on kohustuslikud autotroofid. Taimed peavad oma energiavajaduse katma valgusenergia muundamise teel keemiliseks energiaks (Audesirk & Audesirk, 1989).
Epidermis on rakukiht, mis katab taime kõiki kehaosi. Epidermis kaitseb taime kuivuse ja vigastuste eest. Epidermise rakud eritavad vahast ainet (lahkuma), mis moodustab paksu kihi, mida nimetatakse küünenahk. Küünenahk See asub rakuseinas ja aitab vähendada veekadu aurustumisel ning blokeerib patogeenide (roheline, jt, 1988 ).
Erinevate taimede lehtede epidermis varieerub kihtide arvu, kuju, struktuuri, stoomide paigutuse, trihoomide väljanägemise ja nende paigutuse ning spetsiaalsete rakkude olemasolu poolest. Kuna lehtede struktuur on tavaliselt tasane, eristatakse seda epidermise koest, mis on mõlemal pinnal. Lehepinda, mis on ülal olevale vahekaugusele lähemal ja mis tavaliselt on suunatud ülespoole, nimetatakse adaksiaalseks pinnaks ja teist pinda nimetatakse abaksiaalseks pinnaks (Fahn, 1991).
Epidermise ülemises ja alumises osas on väikesed poorid, mida nimetatakse stomaatideks (ainsuses: stoom). Maataimedes on lehestiku alumises epidermises olevate stoomide arv rohkem kui ülemine epidermis, mis on taimede kohanemine lehtede veekadude minimeerimiseks. Stomata mängib rolli gaasivahetuses (O2 ja CO2). See mängib ka rolli taimedest vee eemaldamise reguleerimisel (Audesirk & Audesirk, 1983).
Stomaadid asuvad epidermise koes. Iga stomaadi auk on ümbritsetud 2 kaitserakuga. Need valvurakud reguleerivad stoomide avanemist ja sulgemist, lähtudes glükoosi kontsentratsiooni muutustest fotosünteetilise aktiivsuse tagajärjel. Valvekambrid on paindlikud. Kui osmootne rõhk suureneb, väheneb vee kontsentratsioon ja vesi liigub osmoosi abil kaitserakkudesse. See põhjustab kaitserakkude paisumist ja stomata avanemist. Stomaatide suuruse muutusi võivad mõjutada valgus, süsinikdioksiid ja vee kontsentratsioonid. Suurem osa taimede transpiratsioonist ja aurustumisest toimub stomaatide kaudu. Kui stomaadid avanevad laiemalt, läheb rohkem vett kaduma (Audesirk & Audesirk, 1983).
Stomata avanemine ja sulgemine peavad olema tasakaalus süsinikdioksiidi nõudluse ja veekao vahel. Üldiselt avanevad stomaadid päeval ja sulguvad öösel. Lisaks sulguvad ka stomata taime dehüdratsiooni korral jt, 1992).
Teine fotosünteesi protsess on tume reaktsioon. Seda nimetatakse pimedaks reaktsiooniks, kuna reaktsioon toimub valguse puudumisel. Fotosünteesi tumedad reaktsioonid toimuvad kloroplastides. Pimedas reaktsioonis valmistatakse süsinikust, vesinikust ja hapnikust koosnevad keerulised suhkrumolekulid lihtsatest süsivesikute ja vesiniku NADPH molekulidest.2. Mõlemad on tekkinud valgusreaktsioonides. PGA redutseeritakse fosfoglütseraldehüüdiks, 3-süsinikuliseks ühendiks, mida elusrakud saavad kasutada kõigi elu lugematute ainete sünteesi eelkäijana. Kui PGAL on moodustatud, on saadaval mitu alternatiivi. Osa PGAL-i kolmest süsinikust võib redutseerida 6-le süsinikusuhkrule, näiteks fruktoos ja glükoos. redutseerida tavaliseks säilitustooteks või võib-olla rasvade või aminohapeteks muundatud ensüümide abil Carol, 1983).
Asjad - fotosünteesi protsessi kulgemiseks vajalikud asjad, nimelt:
- Valgus
- Klorofüll, fotosünteetiline pigment
- plastide korraldamine
- süsinikdioksiid
- Vesi
Katabolismi mõiste
Katabolism on keerukate (orgaaniliste) ühendite lagunemine või lagunemine lihtsamateks (anorgaanilisteks) ühenditeks, mis toodavad energiat. Rakkude kasutamiseks tuleb toodetud energia muundada ATP-ks (adenosiini trifosfaat). ATP on kolme fosfaatrühmaga seotud adeniinirühm. Fosfaatrühmade vabanemisel tekib rakkudes otseselt kasutatav energia, mida kasutatakse keemiliste reaktsioonide, kasvu, transpordi, liikumise, paljunemise jt teostamiseks.
Katabolismi näide on rakuline hingamine, protsess, mille käigus toit energia tootmiseks lagundatakse. Kuna hingamise tooraine on süsivesikud, rasvhapped ja aminohapped ning selle tulemusena on CO2 (süsinikdioksiid, vesi ja energia). Hingamist teostavad kõik elusrakud, loomarakud ja taimerakud.
Kas keerukate ühendite lagundamise või lagunemise protsess lihtsamateks ühenditeks energia tootmise kaudu, mida organismid saavad oma tegevuses kasutada. Orgaanilised ühendid salvestavad energiat aatomite seerias. Ensüümide abil lagundavad rakud regulaarselt väiksema energiaga lihtsamaid molekule. Organismidel on energia tootmiseks kaks võimalust, sealhulgas järgmised:
- Rakuhingamine kasutab orgaanilise kütusena hapnikku, kogu rakuhingamise protsess on järgmine: Orgaanilised ühendid + hapnik = süsinikdioksiid + vesi + energia
- Fermentatsioon ehk anaeroobne hingamine on molekulide lagundamise protsess, mis toimub ilma hapniku kasutamiseta.
Kataboolsete reaktsioonide näited
Rakkude glükoosi muundamine CO2 ja H2O-ks aeroobses hingamises. Glükoosi lagundamisel on vaja hapnikku ja vabastab teatud koguse energiat. Seejärel kasutatakse energiat erinevateks tegevusteks.
Kokkuvõte anabolism ja katabolism
Eespool toodud kirjelduse tulemuste põhjal järeldatakse, et anaboolsed reaktsioonid toimuvad energia salvestamisel, seega on anabolism endergooniline reaktsioon. Endergooniline reaktsioon on reaktsioon, mis nõuab energiat. Kui reaktsioon nõuab energiat kuumuse kujul, nimetatakse reaktsiooni endotermiliseks reaktsiooniks.
Vastupidiselt katabolismile on katabolism reaktsioon, mis vabastab energiat. Nii et reaktsioon on eksogeenne. Kui reaktsioon vabastab energiat soojuse kujul, nimetatakse seda eksotermiliseks reaktsiooniks.