Неважно, что вы делаете прямо сейчас (например, читаете эту статью), потому что клетки вашего тела усердно работают, делая больше, чем вы думаете. Они используют энергию, хранящуюся в химических связях, для того, чтобы выполнять в организме работу, необходимую для поддержания вашей жизни и работоспособности.
Все химические реакции, происходящие внутри вашего тела, вместе именуются вашим метаболизм. Эти реакции могут быть спонтанными или несамопроизвольными и могут поглощать или высвобождать энергию.
В реакциях, требующих энергии, используется энергия, которую вы даете своему телу, когда принимаете пищу. Пища, которую вы едите, расщепляется вашим телом, чтобы у вас была энергия для различных клеточных процессов, включая рост и восстановление.
Метаболический путь может двигаться в любом направлении: к распаду молекул или к построению молекул.
Что такое метаболические пути?
Метаболические пути - это серия химических реакций, которые каким-то образом связаны. По сути, продукт одной реакции может быть реагентом следующей.
Есть два типа метаболических путей:
1. Катаболический: Катаболические пути разрушают молекулы и высвобождают энергию. Например, пища, которую вы едите в виде сахара или жира, содержит энергию в связях этих макромолекул. Когда сложная молекула распадается на составные части, энергия, которая была сохранена в этих связях, высвобождается и может быть использована клеткой.
2. Анаболический: Анаболические пути строят молекулы из более мелких компонентов и требуют затрат энергии. Например, когда вашим клеткам необходимо производить ДНК, чтобы воспроизвести процесс построения, у человека этот процесс является анаболическим.
Катаболизм: пример
Одним из важных примеров катаболизма является расщепление глюкозы с образованием энергии. Очень общее уравнение этого очень сложного процесса включает расщепление глюкозы (например, сахара в куске торта, который вы съели на десерт) до углекислого газа (то, что вы выдыхаете) и воды:
Большинство клеток вашего тела получают необходимую им энергию за счет энергии, получаемой при расщеплении глюкозы. В свободная энергия высвобождается в результате этого процесса (клеточного дыхания) ΔG ° = -2,880 кДж.
В клетке эта реакция протекает не сразу, а в несколько этапов с использованием ферментов. Большая часть свободной энергии, которая высвобождается в процессе, используется для производства аденозинтрифосфата или АТФ. АТФ - это энергетическая «валюта» клетки. АТФ используется для хранения энергии до тех пор, пока она не понадобится клетке.
Когда клетке нужен АТФ, она может использовать гидролиз АТФ из АТФ в АДФ (аденозиндифосфат), чтобы высвободить 31 кДж энергии. Это можно использовать для каких-либо действий в ячейке. Например, для соединения аланина и глицина (двух аминокислот) с образованием дипептида требуется 29 кДж свободной энергии. По сути, это не спонтанный процесс.
Однако, когда фермент сочетает гидролиз АТФ с образованием дипептида, реакция может быть спонтанной, поскольку в этом случае чистое изменение свободной энергии составляет -2 кДж.
Анаболизм: пример
Где взять энергию? Откуда глюкоза? Ну, это от растений! Растения производят сахар в процессе фотосинтеза. Растения используют световую энергию для преобразования углекислого газа в сахар:
Эта реакция в основном противоположна клеточному дыханию. Растения хранят часть этой глюкозы и могут использовать ее для собственного производства АТФ. Когда вы едите салат, ваш организм в конечном итоге будет использовать сахар, содержащийся в этой пище, чтобы в конечном итоге расщепить ее и произвести АТФ.