Metabolisms attiecas uz jebkuru ķīmisko procesu, kas notiek šūnās vai starp tām. Ir divi vielmaiņas veidi: anabolisms, kur tiek sintezētas mazākas molekulas, lai iegūtu lielākas; un katabolisms, kur lielākas molekulas tiek sadalītas mazākās. Lai sāktu lielāko daļu ķīmisko reakciju šūnās, ir nepieciešams katalizators. Fermenti, kas ir lielas olbaltumvielu molekulas, kas atrodamas organismā, nodrošina perfektu katalizatoru, jo tie var mainīt ķīmiskās vielas šūnās, nemainot sevi.
Metabolisms izskaidrots
Metabolisms ir jumta termins, kas attiecas uz jebkuru šūnu procesu, kas saistīts ar ķīmisku reakciju. Glikolīze ir kataboliska šūnu procesa piemērs; šajā procesā glikoze tiek sadalīta piruvātā. Kad skābeklis un ūdeņradis savienojas, veidojot ūdeni elektronu transporta ķēdes galā, tas ir anaboliska procesa piemērs, kur mazākas molekulas apvienojas, veidojot lielāku molekulu.
Fermenti kā katalizatori
Lielākā daļa ķīmisko reakciju šūnās nenotiek spontāni. Tā vietā viņiem ir nepieciešams katalizators, lai tos sāktu. Daudzos gadījumos siltums var būt katalizators, taču tas ir neefektīvi, jo siltumu nevar kontrolēt molekulām. Tādējādi lielākajai daļai ķīmisko reakciju ir nepieciešama mijiedarbība ar fermentu. Fermenti saistās ar konkrētiem reaģentiem, līdz notiek ķīmiskā reakcija, pēc tam atbrīvojas. Paši fermenti ķīmiskās reakcijas rezultātā nemainās.
Atslēgu un atslēgu modelis
Fermenti bez izšķirības nesaistās ar molekulām; tā vietā katrs ferments ir paredzēts saistīties tikai ar noteiktu molekulu, kas pazīstama kā substrāts. Uz pamatnes ir salocīta polipeptīdu ķēžu grupa, kas veido rievu. Pareizajam fermentam būs līdzīga polipeptīdu ķēžu grupa, ļaujot tam saistīties ar substrātu. Citi fermenti satur polipeptīdu ķēdes, kas nesakrīt.
1894. gadā zinātnieks Emīls Fišers šo modeli nosauca par slēdzenes un atslēgas modeli, jo ferments un substrāts sader kopā kā atslēga slēdzenē. Saskaņā ar Titan Education publicēto fragmentu par metabolismu tas nav pilnīgi precīzi, jo daži fermenti katalītiskā procesa beigās sadalās nevienmērīgi.
Piemērs
Viens fermenta piemērs slēdzenei un atslēgai ir saharoze. Sucrase satur polipeptīdu ķēdes, ļaujot tai saistīties ar saharozi. Pēc saharozes un saharozes saistīšanās tās reaģē ar ūdeni, un saharoze sadalās glikozē un fruktozē. Pēc tam ferments tiek atbrīvots un to var izmantot atkārtoti, lai sadalītu vēl vienu saharozes molekulu.
Nevienmērīgs sadalījums
Aizkuņģa dziedzera lipāze darbojas kā katalizators, lai sadalītu triglicerīdus. Atšķirībā no saharozes triglicerīdi vienmērīgi nesadalās divās dažādu vielu molekulās. Tā vietā triglicerīdi sadalās divos monoglicerīdos un vienā taukskābē.