Metabolisme verwijst naar elk chemisch proces dat plaatsvindt in of tussen cellen. Er zijn twee soorten metabolisme: anabolisme, waarbij kleinere moleculen worden gesynthetiseerd om grotere te maken; en katabolisme, waarbij grotere moleculen worden afgebroken tot kleinere. De meeste chemische reacties in cellen vereisen een katalysator om op gang te komen. Enzymen, grote eiwitmoleculen die in het lichaam worden aangetroffen, vormen de perfecte katalysator omdat ze de chemicaliën in de cellen kunnen veranderen zonder zichzelf te veranderen.
Metabolisme uitgelegd
Metabolisme is een overkoepelende term die verwijst naar elk cellulair proces dat een chemische reactie met zich meebrengt. Glycolyse is een voorbeeld van een katabool cellulair proces; in dit proces wordt glucose afgebroken tot pyruvaat. Wanneer zuurstof en waterstof samenkomen om water te vormen aan het einde van de elektronentransportketen, is dat een voorbeeld van een anabool proces, waarbij kleinere moleculen samen een groter molecuul vormen.
Enzymen als katalysatoren
De meeste chemische reacties in cellen vinden niet spontaan plaats. In plaats daarvan hebben ze een katalysator nodig om ze op weg te helpen. In veel gevallen kan warmte een katalysator zijn, maar dit is inefficiënt omdat warmte niet op een gecontroleerde manier op moleculen kan worden toegepast. De meeste chemische reacties vereisen dus interactie met een enzym. Enzymen binden zich met bepaalde reactanten totdat de chemische reactie plaatsvindt, waarna ze zichzelf bevrijden. De enzymen zelf worden niet veranderd door de chemische reactie.
Slot-en-sleutelmodel
Enzymen binden niet willekeurig aan moleculen; in plaats daarvan is elk enzym ontworpen om alleen aan een bepaald molecuul te binden, bekend als het substraat. Op het substraat bevindt zich een gevouwen groep polypeptideketens, die een groef vormen. Het juiste enzym zal een vergelijkbare groep polypeptideketens hebben, waardoor het aan het substraat kan binden. Andere enzymen zullen polypeptideketens bevatten die niet overeenkomen.
In 1894 noemde wetenschapper Emil Fischer dit model het slot-en-sleutelmodel omdat het enzym en het substraat in elkaar passen als een sleutel in een slot. Volgens een passage over metabolisme gepubliceerd door Titan Education is dit niet helemaal juist omdat sommige enzymen aan het einde van het katalytische proces ongelijk uiteenvallen.
Voorbeeld
Een voorbeeld van een enzym dat past bij het slot- en sleutelmodel is sucrase. Sucrase bevat polypeptideketens waardoor het aan sucrose kan binden. Zodra sucrase en sucrose binden, reageren ze met water en sucrose wordt afgebroken tot glucose en fructose. Het enzym wordt dan vrijgemaakt en kan opnieuw worden gebruikt om een ander molecuul sucrose af te breken.
Ongelijke breuk
Pancreaslipase werkt als een katalysator om triglyceriden af te breken. In tegenstelling tot sucrose worden triglyceriden niet gelijkmatig afgebroken tot twee moleculen van verschillende stoffen. In plaats daarvan vallen triglyceriden uiteen in twee monoglyceriden en één vetzuur.