ENERGIE METABOLICĂ: TIPURI, SURSE ȘI TRANSFORMARE - BIOLOGIE - 2025

Energia metabolică este energia pe care toate ființele vii o obțin din energia chimică conținută în alimente (sau nutrienți). Această energie este practic aceeași pentru toate celulele; totuși, modul de obținere a acestuia este foarte divers.

Alimentele sunt formate dintr-o serie de biomolecule de diferite tipuri, care au energie chimică stocată în legăturile lor. În acest fel, organismele pot profita de energia stocată în alimente și apoi pot folosi această energie în alte procese metabolice.

Toate organismele vii au nevoie de energie pentru a se dezvolta și a se reproduce, pentru a-și menține structurile și pentru a răspunde mediului. Metabolismul cuprinde procesele chimice care susțin viața și care permit organismelor să transforme energia chimică în energie utilă pentru celule.

La animale, metabolismul descompun carbohidrații, lipidele, proteinele și acizii nucleici pentru a oferi energie chimică. Plantele, la rândul lor, transformă energia lumină de la Soare în energie chimică pentru a sintetiza alte molecule; fac acest lucru în timpul procesului de fotosinteză.

Tipuri de reacții metabolice

Metabolismul cuprinde mai multe tipuri de reacții care pot fi grupate în două mari categorii: reacțiile de degradare ale moleculelor organice și reacțiile de sinteză ale altor biomolecule.

Reacțiile metabolice de degradare constituie catabolism celular (sau reacții catabolice). Acestea implică oxidarea moleculelor bogate în energie, cum ar fi glucoza și alte zaharuri (carbohidrați). Deoarece aceste reacții eliberează energie, ele sunt numite exergonice.

În schimb, reacțiile de sinteză alcătuiesc anabolismul celular (sau reacții anabolice). Acestea realizează procese de reducere a moleculelor pentru a forma altele bogate în energie stocată, cum ar fi glicogenul. Deoarece aceste reacții consumă energie, ele sunt numite endergonice.

Surse de energie metabolică

Principalele surse de energie metabolică sunt moleculele de glucoză și acizii grași. Acestea constituie un grup de biomolecule care pot fi oxidate rapid pentru energie.

Moleculele de glucoză provin în cea mai mare parte din carbohidrați ingerați în dietă, precum orezul, pâinea, pastele, printre alți derivați ai legumelor bogate în amidon. Când există o cantitate mică de glucoză în sânge, aceasta poate fi obținută și din molecule de glicogen stocate în ficat.

În timpul postului prelungit sau în procesele care necesită o cheltuială suplimentară de energie, este necesară obținerea acestei energii din acizii grași care sunt mobilizați din țesutul adipos.

Acești acizi grași suferă o serie de reacții metabolice care îi activează și permit transportul lor în interiorul mitocondriilor unde vor fi oxidate. Acest proces se numește β-oxidarea acizilor grași și oferă până la 80% energie suplimentară în aceste condiții.

Proteinele și grăsimile sunt ultima rezervă pentru a sintetiza noi molecule de glucoză, în special în cazurile de post extrem. Această reacție este de tip anabolic și este cunoscută sub numele de gluconeogeneză.

Procesul de transformare a energiei chimice în energie metabolică

Moleculele alimentare complexe, cum ar fi zaharurile, grăsimile și proteinele sunt surse bogate de energie pentru celule, deoarece o mare parte din energia utilizată pentru a face aceste molecule este literalmente stocată în legăturile chimice care le țin împreună.

Oamenii de știință pot măsura cantitatea de energie stocată în alimente folosind un dispozitiv numit calorimetru cu bombă. Cu această tehnică, mâncarea este plasată în interiorul calorimetrului și încălzită până se arde. Excesul de căldură degajat de reacție este direct proporțional cu cantitatea de energie conținută în aliment.

Realitatea este că celulele nu funcționează ca calorimetri. În loc să arde energia într-o reacție mare, celulele eliberează energia stocată în moleculele lor alimentare încet printr-o serie de reacții de oxidare.

Oxidare

Oxidarea descrie un tip de reacție chimică în care electronii sunt transferați de la o moleculă la alta, schimbând compoziția și conținutul de energie al moleculelor donatoare și acceptante. Moleculele din alimente acționează ca donatori de electroni.

În timpul fiecărei reacții de oxidare implicate în descompunerea alimentelor, produsul reacției are un conținut de energie mai mic decât molecula donatoare care a precedat-o pe cale.

În același timp, moleculele acceptorilor de electroni captează o parte din energia care se pierde din molecula alimentară în timpul fiecărei reacții de oxidare și o depozitează pentru utilizare ulterioară.

În cele din urmă, când atomii de carbon dintr-o moleculă organică complexă sunt complet oxidate (la sfârșitul lanțului de reacție), sunt eliberați sub formă de dioxid de carbon.

Celulele nu utilizează energia din reacțiile de oxidare imediat ce este eliberată. Ceea ce se întâmplă este că îl transformă în molecule mici, bogate în energie, cum ar fi ATP și NADH, care pot fi utilizate în întreaga celulă pentru a stimula metabolismul și a construi noi componente celulare.

Puterea de standby

Când energia este abundentă, celulele eucariote creează molecule mai mari, bogate în energie pentru a stoca acest exces de energie.

Zaharurile și grăsimile rezultate sunt păstrate în depozite în celule, unele dintre ele fiind suficient de mari pentru a fi vizibile pe micrografele electronice.

Celulele animale pot sintetiza, de asemenea, polimeri ramificați de glucoză (glicogen), care la rândul lor se agregă în particule care pot fi observate prin microscopie electronică. O celulă poate mobiliza rapid aceste particule ori de câte ori are nevoie de energie rapidă.

Cu toate acestea, în condiții normale, oamenii depozitează suficient glicogen pentru a oferi o energie de o zi. Celulele vegetale nu produc glicogen, ci fac în schimb diferite polimeri de glucoză cunoscuți sub denumirea de amidonuri, care sunt depozitate în granule.

În plus, ambele celule vegetale și animale economisesc energie prin devierea glucozei pe căile de sinteză a grăsimilor. Un gram de grăsime conține de aproape șase ori energia aceleiași cantități de glicogen, dar energia din grăsimi este mai puțin disponibilă decât cea din glicogen.

Cu toate acestea, fiecare mecanism de stocare este important, deoarece celulele au nevoie de depozite de energie pe termen scurt și pe termen lung.

Grăsimile sunt depozitate în picături în citoplasma celulelor. Oamenii, în general, depozitează suficientă grăsime pentru a-și alimenta celulele timp de câteva săptămâni.

Referințe

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. și Walter, P. (2014). Biologia moleculară a celulei (ediția a 6-a). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biochimie (ediția a VIII-a). WH Freeman and Company
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologie (ediția a II-a) Pearson Education.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. și Martin, K. (2016). Biologie celulară moleculară (ediția a VIII-a). WH Freeman and Company.
5. Purves, W., Sadava, D., Orians, G. & Heller, H. (2004). Viața: știința biologiei (ediția a VII-a). Sinauer Associates și WH Freeman.
6. Solomon, E., Berg, L. și Martin, D. (2004). Biologie (ediția a 7-a) Cengage Learning.
7. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Fundamentele biochimiei: viața la nivel molecular (ediția a 5-a). Wiley.