მეტაბოლიზმის მიმოხილვა

მეტაბოლური გზების მიმოხილვა. ენერგიის წარმოქმნა უჯრედში, ანაბოლიზმი და კატაბოლიზმი.

შესავალი

რა ხდება თქვენს სხეულში ამ მომენტში? თქვენი პირველი პასუხი შეიძლება იყოს, რომ გშიათ, ან კუნთები გტკივათ სირბილისგან, ან დაღლილი ხართ. მაგრამ მოდით, კიდევ უფრო ჩავუღრმავდეთ, გავცდეთ თქვენი ცნობიერების თვალსაწიერს და ვნახოთ, რა ხდება თქვენს უჯრედებში.

რომ შეგეძლოთ თქვენი სხეულის ნებისმიერ უჯრედში შეიხედოთ, აღმოაჩენდით, რომ იგი საოცრად აქტიური ცენტრია, ხალხმრავალ, ღია ბაზრობას უფრო ჰგავს, ვიდრე წყნარ ოთახს. გღვიძავთ თუ გძინავთ, დარბიხართ თუ ტელევიზორს უყურებთ, თქვენს უჯრედებში ენერგია ტრანსფორმირდება, გადადის ერთი ფორმიდან მეორეში, ამას თან ახლავს მოლეკულების ჩართვა ქიმიურ რეაქციათა წყებაში, რომელთა მეშვეობითაც თქვენ ცოცხალი ხართ და ფუნქციონირებთ.

მეტაბოლიზმის ზოგადი მიმოხილვა

უჯრედებში მუდმივად მიმდინარეობს ათასობით ქიმიური რეაქცია, რომლებიც აუცილებელია უჯრედისა და ორგანიზმის მთლიანობის, სიცოცხლისა და ჯანმრთელობის შესანარჩუნებლად. ეს ქიმიური რეაქციები ხშირად ერთმანეთთან კავშირშია და ჯაჭვებს, ანუ ქიმიურ გზებს, ქმნის. უჯრედში მიმდინარე ყველა ქიმიურ რეაქციას ერთად უჯრედის მეტაბოლიზმს უწოდებენ.

მეტაბოლიზმის სირთულის უკეთ გასაგებად, მოდით, ნივთიერებათა ცვლის დიაგრამას შევხედოთ ქვემოთ. ჩემთვის ეს არეულ-დარეული ხაზები მეტროს გვირაბების დიდ ქსელს ან რთულ სისტემურ პლატას ჰგავს. სინამდვილეში ეს ეუკარიოტული უჯრედების, ადამიანის ორგანიზმის შემადგენელი უჯრედების, ძირითადი მეტაბოლური გზების სქემაა. თითოეული ხაზი რაიმე რეაქციას ასახავს, თითოეული წერტილი კი რეაგენტი ან პროდუქტია.

სურათის წყარო: „მეტაბოლიზმის დიაგრამა", ავტორი Zlir'a (საჯარო დომენი).

უჯრედის მეტაბოლურ ქსელში ზოგ ქიმიურ რეაქციაში ენერგია გამოთავისუფლდება და ისინი სპონტანურად, თავისით მიმდინარეობს (ენერგიის ხარჯვის გარეშე). მიუხედავად ამისა, სხვებს ენერგიის მიწოდება ესაჭიროებათ განხორციელებისთვის. ისევე, როგორც თქვენ იღებთ საკვებს მუდმივად, რათა ორგანიზმის მიერ დახარჯული ენერგია აღიდგინოთ, უჯრედებსაც ესაჭიროებათ ენერგიის მუდმივი მიწოდება იმ ქიმიური რეაქციების წარმართვისთვის. მეტიც, სწორედ თქვენ მიერ მიღებული საკვებია თქვენივე უჯრედების ენერგიის წყარო!

ნივთიერებათა ცვლის იდეა უფრო რომ დავაკონკრეტოთ, მოდით, გავეცნოთ ორ მეტაბოლურ პროცესს, რომლებიც უმთავრესია დედამიწაზე სიცოცხლის არსებობისთვის: შაქრების წარმოქმნისა და მათი დაშლის პროცესებს.

გლუკოზას დაშლა: უჯრედული სუნთქვა

ენერგიის გამომათავისუფლებელი მეტაბოლური გზის მაგალითად განვიხილოთ, როგორ შლის თქვენი რომელიმე უჯრედი შაქრის მოლეკულას (მაგალითად, დესერტად მირთმეული ტკბილეულიდან მიღებულს).

ბევრი უჯრედი, მათ შორის თქვენი ორგანიზმის უჯრედების უმრავლესობა, ენერგიას გლუკოზას (

C_{6} H_{12} O_{6}

) დაშლით იღებს უჯრედული სუნთქვის პროცესში. ამ დროს გლუკოზას მოლეკულა თანდათან იშლება, მრავალ პატარა საფეხურზე, თუმცა მთელი ეს პროცესი საბოლოოდ შემდეგი რეაქციით ჩაიწერება:

C_{6} H_{12} O_{6}

6 O_{2}

\to

6 {CO}_{2}

6 H_{2} O

ენერგია

გლუკოზას დაშლისას გამოთავისუფლდება ენერგია, რომელსაც უჯრედი ადენოზინტრიფოსფატის ანუ ატფ-ის სახით ინახავს. ატფ პატარა მოლეკულა და უჯრედისთვის მოსახერხებელი საშუალებაა ენერგიის მცირე დროით შესანახად.

ატფ წარმოქმნის შემდეგ უჯრედის სხვა რეაქციებში მოიხმარება, როგორც ენერგიის წყარო, თითქმის ისე, როგორც ადამიანები ფულს ვიყენებთ. როცა რაღაც გვჭირდება, უფრო ადვილია, ფულით გადავიხადოთ, ვიდრე ყოველ ჯერზე საქონელი გავცვალოთ. ამავენაირად, უჯრედები ატფ-ს იყენებენ ენერგიის გადატანის სტანდარტულ საშუალებად, რის გამოც ატფ-ს ხშირად უჯრედის „ენერგეტიკულ ვალუტას" უწოდებენ.

გლუკოზას წარმოქმნა: ფოტოსინთეზი

ენერგიის მხარჯველი მეტაბოლური გზის განსახილველად, მოდით, წინა მაგალითი შევატრიალოთ და ვნახოთ, როგორ იქმნება გლუკოზას მოლეკულა.

შაქრები, მაგალითად, გლუკოზა, მცენარეებში წარმოიქმნება ფოტოსინთეზის დროს. ამ პროცესში მცენარეები მზის ენერგიას იყენებენ ნახშირორჟანგის აირის შაქრის მოლეკულებად გარდასაქმნელად. ფოტოსინთეზი მრავალი პატარა საფეხურისგან შედგება, მაგრამ მთლიანი პროცესი საბოლოოდ შეიძლება ერთი, უჯრედული სუნთქვის შებრუნებული რეაქციით ჩაიწეროს:

6 {CO}_{2}

6 H_{2} O

ენერგია

\to

C_{6} H_{2} O_{6}

6 O_{2}

ჩვენსავით მცენარეებსაც ესაჭიროებათ ენერგია თავიანთი უჯრედული პროცესების წარმართვისთვის, ამიტომ წარმოქმნილი შაქრების ნაწილს თავად მცენარე იყენებს. თუმცა, ამ მცენარეებით შემდეგ ცხოველები იკვებებიან, მაგალითად, ეს ციყვი ქვედა სურათზე. ორივე შემთხვევაში გლუკოზა უჯრედული სუნთქვის პროცესში დაიშლება და ატფ წარმოიქმნება, რათა უჯრედებმა იმუშაოს.

ანაბოლური და კატაბოლური გზები

ორივე, გლუკოზის წარმოქმნისა და დაშლის პროცესები, მეტაბოლურ გზებს მიეკუთვნება. მეტაბოლური გზა ერთმანეთთან დაკავშირებული ქიმიური რეაქციების წყებაა, რომელთაგანაც თითოეული მომდევნოს უქმნის საფუძველს. მეტაბოლური გზის დასაწყისში არსებული ერთი ან მეტი საწყისი მოლეკულა რამდენიმე რეაქციაში ჩაერთვება, რამდენიმე შუალედურ ნივთიერებას წარმოქმნის და, საბოლოოდ, პროდუქტად გარდაიქმნება.

მეტაბოლური გზები ორ დიდ ჯგუფად იყოფა მათი საბოლოო შედეგის მიხედვით. ფოტოსინთეზი, რომლის დროსაც პატარა მოლეკულებიდან შაქარი წარმოიქმნება, „მაშენებელი", „სინთეზური", ანუ ანაბოლური, გზაა. ამის საპირისპიროდ, უჯრედული სუნთქვისას შაქარი პატარა მოლეკულებად იშლება, ამიტომ ის „დამშლელი", ანუ კატაბოლური, გზაა.

სურათის წყარო: OpenStax Biology.

ანაბოლურ გზებში რთული მოლეკულები მარტივებისგან წარმოიქმნება და ამას, როგორც წესი, ენერგიის ხარჯვა ესაჭიროება. ნახშირორჟანგისგან გლუკოზას წარმოქმნა ამის ერთ-ერთი მაგალითია. ანაბოლურ გზებს მიეკუთვნება ცილების სინთეზი ამინომჟავებისგან, დნმ-ის სინთეზი ნუკლეინის მჟავას შემქმნელი „აგურების", ანუ ნუკლეოტიდებისგან. ეს ბიოსინთეზური პროცესები უმნიშვნელოვანესია უჯრედის სიცოცხლისთვის, მიმდინარეობს მუდმივად და მოითხოვს ენერგიას, რომელიც ატფ-ს ან სხვა, ენერგიის ხანმოკლედ შემნახველ მოლეკულებს გადააქვთ.

კატაბოლური გზები გულისხმობს რთული მოლეკულების მარტივ ნაწილებად დაშლას და ამ დროს, როგორც წესი, ენერგია გამოთავისუფლდება. ენერგია რთული მოლეკულების, მაგალითად, გლუკოზასა და ცხიმების, ბმებშია ჩადებული და იგი კატაბოლურ გზებში თავისუფლდება. შემდეგ გამოყოფილი ენერგია ისეთ ფორმაში ინახება, რომ უჯრედმა მისი გამოყენება შეძლოს (მაგალითად, მისი მეშვეობით ატფ სინთეზდება).

საბოლოო, მაგრამ მნიშვნელოვანი შენიშვნა: მეტაბოლური გზების ქიმიური რეაქციები ავტომატურად, ჩარევის გარეშე არ მიმდინარეობს. თითოეულ რეაქციასა და საფეხურს ნივთიერებათა ცვლაში კატალიზატორი აქვს, რომელიც რეაქციის მიმდინარეობას აადვილებს, კერძოდ, სპეციალური ცილები — ფერმენტები. ფერმენტებსა და მათ მიერ ბიოქიმიური რეაქციების რეგულაციაზე მეტის გაგება შეგიძლიათ სტატიიდან ფერმენტები.

ატრიბუცია:

ამ მოდიფიცირებული სტატიის თავდაპირველი ვერსიაა „ენერგია და მეტაბოლიზმი”, OpenStax Biology (CC BY 3,0). ჩამოტვირთეთ თავდაპირველი სტატია უფასოდ აქ: http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9,85:28/Biology.

სახეცვლილი სტატია ვრცელდება CC BY-NC-SA 4,0 ლიცენზიით.

დამატებითი ბიბლიოგრაფია:

Berg, J. M., Tymoczko, J. L., and Stryer, L. (2002). Metabolism is composed of many coupled, interconnecting reactions. In Biochemistry (5th ed., section 14,1). New York, NY: W. H. Freeman. წყარო: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22439/.

Carter, P. (n.d.). Catabolic and anabolic reactions. Microbial metabolism. წყარო: http://classes.midlandstech.edu/carterp/courses/bio225/chap05/lecture1.htm.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). An introduction to metabolism. In Campbell biology (10th ed., pp. 141-161). San Francisco, CA: Pearson.

გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?

შესვლა

დავალაგოთ:

პოსტები ჯერ არ არის.

გესმით ინგლისური? დააწკაპუნეთ აქ და გაეცანით განხილვას ხანის აკადემიის ინგლისურენოვან გვერდზე.