Hoe beïnvloedt temperatuur het metabolisme?

Metabolisme beschrijft alle chemische reacties die betrokken zijn bij het in stand houden van het leven van een organisme. Dit is het proces waarbij mensen en andere organismen voedsel omzetten in energie. Warmte is zowel een bijproduct van het metabolisme als een vorm van energie die de snelheid beïnvloedt waarmee het metabolisme plaatsvindt, ook wel bekend als de stofwisseling.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Metabolisme is het proces waarbij voedsel wordt omgezet in energie. Als bijproduct van dit proces komt er warmte vrij van organismen. Omdat ectotherme dieren hun eigen lichaamstemperatuur niet kunnen regelen, wordt hun metabolisme beïnvloed door de buitentemperatuur.

Metabolisme heeft twee metabole routes. De eerste is de katabole route, die complexe verbindingen, zoals glucose en eiwitten, afbreekt tot eenvoudige verbindingen. Hierdoor komt energie beschikbaar voor de werking van de cel. De tweede route is de anabole route, die complexe verbindingen bouwt die het lichaam nodig heeft, zoals eiwitten voor spieren, uit deze eenvoudige verbindingen. Omdat chemische reacties onvoorspelbaar zijn - ze produceren misschien niet de juiste verbindingen, of de vereiste hoeveelheid - hebben cellen enzymen nodig om de metabolische activiteit te reguleren. Enzymen brengen de juiste chemicaliën bij elkaar en versnellen chemische reacties. Enzymen zijn daarom katalysatoren van chemische reacties.

Slechts een kleine hoeveelheid van de energie die uit voedsel wordt verkregen, wordt energie die cellen aandrijft. De rest gaat verloren als warmte, wat een bijproduct is van chemische reacties. Deze warmte ontsnapt aan de lichamen van mensen en andere organismen en zorgt ervoor dat een kamer vol mensen onaangenaam warm wordt. Warmte die wordt gegenereerd door het metabolisme speelt een belangrijke rol bij het warm houden van de lichamen van endotherme dieren. Endothermen, voornamelijk vogels en zoogdieren, zijn dieren die hun eigen lichaamstemperatuur kunnen regelen met behulp van de energie die wordt gegenereerd door de stofwisseling.

De cellen van een bepaald organisme bevatten veel verschillende soorten enzymen, die elk verantwoordelijk zijn voor een bepaalde chemische reactie. Al deze enzymen hebben een vergelijkbaar temperatuurbereik nodig om te kunnen functioneren. De relatie tussen de snelheid van het metabolisme en de temperatuur kan worden gevisualiseerd als een bultvormige curve. Enzymactiviteit, en dus het metabolisme, is traag aan de onder- en bovenkant van een bepaald temperatuurbereik en het hoogst op een bepaald optimaal punt. De optimale temperatuur voor het typische menselijke enzym is 37 graden Celsius (98,6 graden Fahrenheit). Het menselijk lichaam handhaaft daarom een ​​temperatuur van ongeveer 37 graden Celsius om de stofwisseling te maximaliseren. Enzymactiviteit neemt sterk af bij temperaturen boven 98,6 graden, en bij hoge temperaturen "denatureren" enzymen, wat betekent dat ze hun structuur verliezen en onbruikbaar worden.

De temperatuur in de omgeving heeft een directe invloed op de stofwisseling van ectotherme dieren, dieren die niet in staat zijn hun eigen lichaamstemperatuur te regelen. De stofwisseling van hagedissen is bijvoorbeeld laag bij koude temperaturen en hoog bij hoge temperaturen. Dit betekent dat hagedissen niet erg actief kunnen zijn in de kou omdat ze daar geen energie voor hebben, terwijl ze bij hoge temperaturen snel kunnen bewegen, maar voedsel moeten consumeren om het stofwisselingsproces van brandstof te voorzien. Wetenschappers geloven dat warmte de stofwisseling van dieren verhoogt door de hoeveelheid kinetische energie die beschikbaar is voor cellen te vergroten. Kinetische energie is de energie die wordt geassocieerd met bewegende objecten. Warmte verhoogt de kinetische energie in cellen door de moleculen die betrokken zijn bij chemische reacties te versnellen en ze vaker samen te brengen. Voor endotherme dieren verhoogt de handeling van het reguleren van de lichaamstemperatuur de stofwisseling. De handelingen die nodig zijn om af te koelen, bijvoorbeeld hijgen, of opwarmen, bijvoorbeeld rillen, vereisen energie en dus een snellere stofwisseling van voedsel.