Πώς επηρεάζει η θερμοκρασία τον μεταβολισμό;

Ο μεταβολισμός περιγράφει όλες τις χημικές αντιδράσεις που εμπλέκονται στη διατήρηση της ζωής ενός οργανισμού. Αυτή είναι η διαδικασία με την οποία οι άνθρωποι και άλλοι οργανισμοί μετατρέπουν τα τρόφιμα σε ενέργεια. Η θερμότητα είναι ένα υποπροϊόν του μεταβολισμού και μια μορφή ενέργειας που επηρεάζει την ταχύτητα με την οποία εμφανίζεται ο μεταβολισμός, αλλιώς γνωστός ως μεταβολικός ρυθμός.

TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)

Ο μεταβολισμός είναι η διαδικασία με την οποία τα τρόφιμα μετατρέπονται σε ενέργεια. Η θερμότητα εκπέμπεται από οργανισμούς ως υποπροϊόν αυτής της διαδικασίας. Δεδομένου ότι τα εξωθερμικά ζώα δεν μπορούν να ρυθμίσουν τις θερμοκρασίες του σώματός τους, ο μεταβολισμός τους επηρεάζεται από την εξωτερική θερμοκρασία.

Ο μεταβολισμός έχει δύο μεταβολικές οδούς. Η πρώτη είναι η καταβολική οδός, η οποία διασπά τις σύνθετες ενώσεις, όπως η γλυκόζη και οι πρωτεΐνες, σε απλές ενώσεις. Αυτό καθιστά την ενέργεια διαθέσιμη για τη λειτουργία του κυττάρου. Το δεύτερο μονοπάτι είναι το αναβολικό μονοπάτι, το οποίο δημιουργεί σύνθετες ενώσεις που απαιτούνται από το σώμα, όπως πρωτεΐνες για τους μυς, από αυτές τις απλές ενώσεις. Επειδή οι χημικές αντιδράσεις είναι απρόβλεπτες - μπορεί να μην παράγουν τις σωστές ενώσεις ή την απαιτούμενη ποσότητα - τα κύτταρα χρειάζονται ένζυμα για τη ρύθμιση της μεταβολικής δραστηριότητας. Τα ένζυμα συνδυάζουν τις σωστές χημικές ουσίες και επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις. Τα ένζυμα είναι επομένως καταλύτες χημικών αντιδράσεων.

Μόνο μια μικρή ποσότητα ενέργειας που λαμβάνεται από τα τρόφιμα γίνεται ενέργεια που τροφοδοτεί τα κύτταρα. Το υπόλοιπο χάνεται ως θερμότητα, που είναι ένα υποπροϊόν χημικών αντιδράσεων. Αυτή η θερμότητα ξεφεύγει από τα σώματα των ανθρώπων και άλλων οργανισμών και είναι αυτό που κάνει ένα δωμάτιο γεμάτο ανθρώπους να ζεσταίνει άβολα. Η θερμότητα που παράγεται από το μεταβολισμό παίζει σημαντικό ρόλο στη διατήρηση του θερμού σώματος των ενδοθερμικών ζώων. Οι ενδόθερμοι, κυρίως τα πουλιά και τα θηλαστικά, είναι ζώα που είναι σε θέση να ρυθμίζουν τη θερμοκρασία του σώματός τους χρησιμοποιώντας την ενέργεια που παράγεται από το μεταβολισμό.

Τα κύτταρα κάθε δεδομένου οργανισμού περιέχουν πολλούς διαφορετικούς τύπους ενζύμων, καθένα από τα οποία είναι υπεύθυνο για μια συγκεκριμένη χημική αντίδραση. Όλα αυτά τα ένζυμα απαιτούν παρόμοιο εύρος θερμοκρασίας για να λειτουργήσουν. Η σχέση μεταξύ του ρυθμού μεταβολισμού και της θερμοκρασίας μπορεί να απεικονιστεί ως καμπύλη σχήματος εξογκώματος. Η δραστηριότητα του ενζύμου, και συνεπώς ο μεταβολισμός, είναι αργή στα κάτω και ανώτερα άκρα ενός δεδομένου εύρους θερμοκρασίας και υψηλότερη σε κάποιο βέλτιστο σημείο. Η βέλτιστη θερμοκρασία για το τυπικό ανθρώπινο ένζυμο είναι 37 βαθμοί Κελσίου (98,6 βαθμοί Φαρενάιτ). Το ανθρώπινο σώμα διατηρεί επομένως θερμοκρασία περίπου 37 βαθμούς Κελσίου για μεγιστοποίηση του μεταβολικού ρυθμού. Η δραστηριότητα του ενζύμου μειώνεται απότομα σε θερμοκρασίες άνω των 98,6 βαθμών και σε υψηλές θερμοκρασίες τα ένζυμα «μετουσίωση», που σημαίνει ότι χάνουν τη δομή τους και γίνονται άχρηστα.

Η θερμοκρασία στο περιβάλλον επηρεάζει άμεσα το μεταβολικό ρυθμό των εξωθερμικών ζώων, ζώων που δεν μπορούν να ρυθμίσουν τη θερμοκρασία του σώματός τους. Για παράδειγμα, ο μεταβολικός ρυθμός των σαυρών είναι χαμηλός σε κρύες θερμοκρασίες και υψηλός σε θερμές θερμοκρασίες. Αυτό σημαίνει ότι οι σαύρες δεν μπορούν να είναι πολύ δραστικές στο κρύο επειδή δεν έχουν ενέργεια για να το κάνουν, ενώ σε υψηλές θερμοκρασίες μπορούν να κινηθούν γρήγορα αλλά πρέπει να καταναλώνουν τροφή για να τροφοδοτήσουν τη μεταβολική διαδικασία. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η θερμότητα αυξάνει το μεταβολικό ρυθμό των ζώων αυξάνοντας την ποσότητα κινητικής ενέργειας που είναι διαθέσιμη στα κύτταρα. Η κινητική ενέργεια είναι η ενέργεια που σχετίζεται με κινούμενα αντικείμενα. Η θερμότητα αυξάνει την κινητική ενέργεια στα κύτταρα επιταχύνοντας τα μόρια που εμπλέκονται σε χημικές αντιδράσεις, ενώνοντας τα πιο συχνά. Για τα ενδοθερμικά ζώα, η πράξη ρύθμισης της θερμοκρασίας του σώματος αυξάνει τον ρυθμό του μεταβολισμού. Οι ενέργειες που απαιτούνται για να κρυώσουν, για παράδειγμα, λαχάνιασμα, ή ζέσταμα, για παράδειγμα ρίγη, απαιτούν ενέργεια και έτσι γρηγορότερο μεταβολισμό των τροφίμων.