Kā temperatūra ietekmē vielmaiņu?

Metabolisms apraksta visas ķīmiskās reakcijas, kas saistītas ar organisma dzīves uzturēšanu. Tas ir process, kurā cilvēki un citi organismi pārtiku pārvērš enerģijā. Siltums ir gan vielmaiņas blakusprodukts, gan enerģijas veids, kas ietekmē vielmaiņas ātrumu, citādi to sauc par vielmaiņas ātrumu.

TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)

Metabolisms ir process, kurā pārtika pārvēršas enerģijā. Kā šī procesa blakusprodukts no organismiem izdalās siltums. Tā kā ektotermiskie dzīvnieki paši nevar regulēt ķermeņa temperatūru, viņu metabolismu ietekmē ārējā temperatūra.

Metabolismam ir divi vielmaiņas ceļi. Pirmais ir kataboliskais ceļš, kas sarežģītos savienojumus, piemēram, glikozi un olbaltumvielas, sadala vienkāršos savienojumos. Tas padara enerģiju pieejamu šūnas darbībai. Otrais ceļš ir anaboliskais ceļš, kas no šiem vienkāršajiem savienojumiem veido organismam nepieciešamus sarežģītus savienojumus, piemēram, olbaltumvielas muskuļiem. Tā kā ķīmiskās reakcijas nav paredzamas - tās var nesagatavot pareizos savienojumus vai nepieciešamo daudzumu - šūnām ir nepieciešami fermenti, lai regulētu vielmaiņas aktivitāti. Fermenti apvieno pareizās ķīmiskās vielas un paātrina ķīmiskās reakcijas. Tādēļ fermenti ir ķīmisko reakciju katalizatori.

Tikai neliels daudzums no pārtikas iegūtās enerģijas kļūst par enerģiju, kas darbina šūnas. Pārējais tiek zaudēts kā siltums, kas ir ķīmisko reakciju blakusprodukts. Šis karstums izplūst no cilvēku un citu organismu ķermeņiem, un tas izraisa cilvēku pilnu telpu neērti karstu. Metabolisma radītajam siltumam ir svarīga loma endotermisko dzīvnieku ķermeņu siltumā. Endotermi, galvenokārt putni un zīdītāji, ir dzīvnieki, kuri spēj regulēt savu ķermeņa temperatūru, izmantojot vielmaiņas radīto enerģiju.

Jebkura noteiktā organisma šūnas satur daudz dažādu veidu fermentus, no kuriem katrs ir atbildīgs par noteiktu ķīmisko reakciju. Lai visi šie fermenti darbotos, tiem ir nepieciešams līdzīgs temperatūras diapazons. Attiecību starp vielmaiņas ātrumu un temperatūru var vizualizēt kā kupra formas līkni. Fermentu aktivitāte un līdz ar to vielmaiņa noteiktā temperatūras diapazona apakšējā un augšējā galā ir lēna un visaugstākā kādā optimālā punktā. Cilvēka tipiskā fermenta optimālā temperatūra ir 37 grādi pēc Celsija (98,6 grādi pēc Fārenheita). Tāpēc cilvēka ķermenis uztur aptuveni 37 grādus pēc Celsija, lai maksimāli palielinātu vielmaiņas ātrumu. Fermentu aktivitāte strauji pazeminās temperatūrā, kas pārsniedz 98,6 grādus, un augstā temperatūrā fermenti "denaturējas", kas nozīmē, ka tie zaudē struktūru un kļūst nederīgi.

Temperatūra apkārtējā vidē tieši ietekmē ektotermisko dzīvnieku, tādu dzīvnieku metabolisma ātrumu, kuri nespēj paši regulēt ķermeņa temperatūru. Piemēram, ķirzaku vielmaiņas ātrums ir zems aukstā temperatūrā un augsts karstā temperatūrā. Tas nozīmē, ka ķirzakas nevar būt ļoti aktīvas aukstumā, jo tām nav enerģijas, lai to izdarītu, savukārt augstā temperatūrā viņi var ātri pārvietoties, bet vielmaiņas procesa veicināšanai ir jālieto pārtika. Zinātnieki uzskata, ka siltums paaugstina dzīvnieku vielmaiņas ātrumu, palielinot kinētiskās enerģijas daudzumu, kas ir pieejams šūnām. Kinētiskā enerģija ir enerģija, kas saistīta ar kustīgiem objektiem. Siltums palielina kinētisko enerģiju šūnās, paātrinot ķīmiskās reakcijās iesaistītās molekulas, biežāk apvienojot tās. Endotermiskiem dzīvniekiem ķermeņa temperatūras regulēšana palielina vielmaiņas ātrumu. Darbībām, kas nepieciešamas atdzišanai, piemēram, elsas vai sasilšanai, piemēram, drebuļiem, nepieciešama enerģija un tādējādi ātrāka pārtikas vielmaiņa.