كيف تؤثر درجة الحرارة على عملية التمثيل الغذائي؟

يصف التمثيل الغذائي جميع التفاعلات الكيميائية المتضمنة في الحفاظ على حياة الكائن الحي. هذه هي العملية التي يقوم بها البشر والكائنات الحية الأخرى بتحويل الطعام إلى طاقة. تعتبر الحرارة نتيجة ثانوية لعملية التمثيل الغذائي وشكل من أشكال الطاقة التي تؤثر على سرعة حدوث التمثيل الغذائي ، والمعروف أيضًا باسم معدل التمثيل الغذائي.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

التمثيل الغذائي هو العملية التي يتحول بها الطعام إلى طاقة. تنبعث الحرارة من الكائنات الحية كمنتج ثانوي لهذه العملية. نظرًا لأن الحيوانات الخارجة من الحرارة لا يمكنها تنظيم درجة حرارة أجسامها ، فإن عملية التمثيل الغذائي الخاصة بها تتأثر بدرجة الحرارة الخارجية.

التمثيل الغذائي له مساران أيضيان. الأول هو المسار التقويضي ، الذي يقسم المركبات المعقدة ، مثل الجلوكوز والبروتينات ، إلى مركبات بسيطة. هذا يجعل الطاقة متاحة لعمل الخلية. المسار الثاني هو المسار الابتنائي ، الذي يبني المركبات المعقدة التي يحتاجها الجسم ، مثل البروتين للعضلات ، من هذه المركبات البسيطة. لأن التفاعلات الكيميائية لا يمكن التنبؤ بها - قد لا تنتج المركبات الصحيحة ، أو الكمية المطلوبة - تحتاج الخلايا إلى إنزيمات لتنظيم نشاط التمثيل الغذائي. تجمع الإنزيمات المواد الكيميائية الصحيحة معًا وتسرع التفاعلات الكيميائية. وبالتالي فإن الإنزيمات هي محفزات للتفاعلات الكيميائية.

فقط كمية صغيرة من الطاقة التي يتم الحصول عليها من الطعام تصبح طاقة تمد الخلايا بالطاقة. يُفقد الباقي كحرارة ، وهي نتيجة ثانوية للتفاعلات الكيميائية. تفلت هذه الحرارة من أجسام البشر والكائنات الحية الأخرى وهو ما يتسبب في ارتفاع درجة حرارة الغرفة المليئة بالناس بشكل مزعج. تلعب الحرارة الناتجة عن عملية التمثيل الغذائي دورًا مهمًا في الحفاظ على دفء أجسام الحيوانات الماصة للحرارة. ماصات الحرارة ، الطيور والثدييات في المقام الأول ، هي حيوانات قادرة على تنظيم درجة حرارة أجسامها باستخدام الطاقة الناتجة عن عملية التمثيل الغذائي.

تحتوي خلايا أي كائن حي على العديد من الأنواع المختلفة من الإنزيمات ، كل منها مسؤول عن تفاعل كيميائي معين. كل هذه الإنزيمات تتطلب نطاقًا مشابهًا من درجات الحرارة لكي تعمل. يمكن تصور العلاقة بين معدل التمثيل الغذائي ودرجة الحرارة على شكل منحنى على شكل سنام. يكون نشاط الإنزيم ، وبالتالي التمثيل الغذائي ، بطيئًا عند الأطراف السفلية والعليا لنطاق درجة حرارة معين ، وأعلى نقطة عند نقطة معينة. درجة الحرارة المثلى للأنزيم البشري النموذجي هي 37 درجة مئوية (98.6 درجة فهرنهايت). لذلك يحافظ جسم الإنسان على درجة حرارة تبلغ حوالي 37 درجة مئوية لزيادة معدل الأيض. ينخفض ​​نشاط الإنزيم بشكل حاد عند درجات حرارة أعلى من 98.6 درجة ، وفي درجات الحرارة المرتفعة "تفسد" الإنزيمات ، مما يعني أنها تفقد بنيتها وتصبح عديمة الفائدة.

تؤثر درجة الحرارة في البيئة المحيطة بشكل مباشر على معدل التمثيل الغذائي للحيوانات الخارجة من الحرارة ، وهي الحيوانات غير القادرة على تنظيم درجة حرارة أجسامها. على سبيل المثال ، يكون معدل التمثيل الغذائي للسحالي منخفضًا في درجات الحرارة الباردة ومرتفعًا عند درجات الحرارة العالية. هذا يعني أن السحالي لا يمكن أن تكون نشطة للغاية في البرد لأنها لا تملك الطاقة للقيام بذلك ، بينما في درجات الحرارة العالية يمكنها التحرك بسرعة ولكن يجب أن تستهلك الطعام لتغذية عملية التمثيل الغذائي. يعتقد العلماء أن الحرارة ترفع معدل التمثيل الغذائي للحيوانات عن طريق زيادة كمية الطاقة الحركية المتوفرة للخلايا. الطاقة الحركية هي الطاقة المرتبطة بالأجسام المتحركة. تزيد الحرارة من الطاقة الحركية في الخلايا عن طريق تسريع الجزيئات المشاركة في التفاعلات الكيميائية ، مما يؤدي إلى تجميعها معًا في كثير من الأحيان. بالنسبة للحيوانات الماصة للحرارة ، فإن تنظيم درجة حرارة الجسم يزيد من معدل الأيض. تتطلب الإجراءات اللازمة للتبريد ، على سبيل المثال اللهاث ، أو الإحماء ، على سبيل المثال الارتعاش ، طاقة وبالتالي التمثيل الغذائي الأسرع للطعام.