METABOLISK ENERGI: TYPER, KÄLLOR OCH TRANSFORMATION - BIOLOGI - 2025

Den metabola energin är den energi som alla levande varelser erhåller från den kemiska energin i maten (eller näringsämnen). Denna energi är i princip densamma för alla celler; sättet att uppnå det är emellertid mycket varierande.

Mat består av en serie biomolekyler av olika slag som har kemisk energi lagrad i sina bindningar. På detta sätt kan organismer dra nytta av energin lagrad i maten och sedan använda denna energi i andra metaboliska processer.

Alla levande organismer behöver energi för att växa och reproducera, underhålla sina strukturer och svara på miljön. Metabolism omfattar kemiska processer som upprätthåller liv och som gör att organismer kan omvandla kemisk energi till användbar energi för celler.

Hos djur bryter metabolismen kolhydrater, lipider, proteiner och nukleinsyror för att ge kemisk energi. Växter, för sin del, omvandlar ljusenergi från solen till kemisk energi för att syntetisera andra molekyler; de gör detta under fotosyntesprocessen.

Typer av metaboliska reaktioner

Metabolism innefattar flera typer av reaktioner som kan grupperas i två breda kategorier: nedbrytningsreaktioner av organiska molekyler och syntesreaktioner från andra biomolekyler.

Metaboliska nedbrytningsreaktioner utgör cellkatabolism (eller kataboliska reaktioner). Dessa involverar oxidation av energirika molekyler, såsom glukos och andra sockerarter (kolhydrater). Eftersom dessa reaktioner släpper energi kallas de exergoniska.

Däremot utgör syntesreaktioner cellulär anabolism (eller anabola reaktioner). Dessa utför processer för reduktion av molekyler för att bilda andra som är rika på lagrad energi, såsom glykogen. Eftersom dessa reaktioner förbrukar energi kallas de endergonic.

Källor till metabolisk energi

De viktigaste källorna till metabolisk energi är glukosmolekyler och fettsyror. Dessa utgör en grupp biomolekyler som snabbt kan oxideras för energi.

Glukosmolekyler kommer mestadels från kolhydrater intagna i kosten, såsom ris, bröd, pasta, bland andra derivat av grönsaker som är rika på stärkelse. När det finns lite glukos i blodet kan det också erhållas från glykogenmolekyler lagrade i levern.

Under långvarig fasta, eller i processer som kräver ytterligare energiförbrukning, är det nödvändigt att erhålla denna energi från fettsyror som mobiliseras från fettvävnad.

Dessa fettsyror genomgår en serie metaboliska reaktioner som aktiverar dem och möjliggör transport till det inre av mitokondrierna där de kommer att oxideras. Denna process kallas ß-oxidation av fettsyror och ger upp till 80% extra energi under dessa förhållanden.

Proteiner och fetter är den sista reserven för att syntetisera nya glukosmolekyler, särskilt i fall av extrem fasta. Denna reaktion är av den anabola typen och kallas glukoneogenes.

Process för omvandling av kemisk energi till metabolisk energi

Komplexa matmolekyler som socker, fett och proteiner är rika energikällor för celler, eftersom mycket av energin som används för att framställa dessa molekyler bokstavligen lagras i de kemiska bindningarna som håller dem samman.

Forskare kan mäta mängden energi lagrad i mat med hjälp av en enhet som kallas en bombkalorimeter. Med denna teknik placeras maten i kalorimetern och värms tills den bränner. Överskottsvärmen som frigörs av reaktionen är direkt proportionell mot mängden energi som finns i maten.

Verkligheten är att celler inte fungerar som kalorimetrar. I stället för att bränna energi i en stor reaktion, frigör celler energi som lagras i deras matmolekyler långsamt genom en serie oxidationsreaktioner.

oxidation

Oxidation beskriver en typ av kemisk reaktion där elektroner överförs från en molekyl till en annan, vilket ändrar donator- och acceptormolekylers sammansättning och energiinnehåll. Molekyler i livsmedel fungerar som elektrondonatorer.

Under varje oxidationsreaktion involverad i sönderdelningen av livsmedel har reaktionsprodukten ett lägre energiinnehåll än givarmolekylen som föregick den på vägen.

Samtidigt fångar elektronacceptormolekylerna en del av energin som går förlorad från livsmedelsmolekylen under varje oxidationsreaktion och lagrar den för senare användning.

Så småningom, när kolatomerna i en komplex organisk molekyl oxideras fullständigt (i slutet av reaktionskedjan) frigörs de som koldioxid.

Celler använder inte energin från oxidationsreaktioner så snart den släpps. Vad som händer är att de omvandlar det till små, energirika molekyler, till exempel ATP och NADH, som kan användas i hela cellen för att öka metabolismen och bygga nya cellkomponenter.

Vänteläge

När energi är rikligt skapar eukaryota celler större, energirika molekyler för att lagra denna överskottsenergi.

De resulterande sockerarter och fetter hålls i avlagringar i celler, av vilka några är tillräckligt stora för att vara synliga på elektronmikrografer.

Djurceller kan också syntetisera grenade polymerer av glukos (glykogen), som i sin tur sammanförs till partiklar som kan observeras genom elektronmikroskopi. En cell kan snabbt mobilisera dessa partiklar när den behöver snabb energi.

Under normala omständigheter lagrar emellertid människor tillräckligt med glykogen för att ge en dags värde av energi. Växtceller producerar inte glykogen utan gör i stället olika glukospolymerer kända som stärkelse, som lagras i granuler.

Dessutom sparar både växt- och djurceller energi genom att avleda glukos i fettsyntesvägarna. Ett gram fett innehåller nästan sex gånger energin i samma mängd glykogen, men energin från fett är mindre tillgänglig än den från glykogen.

Fortfarande är varje lagringsmekanism viktig eftersom celler behöver både kortvariga och långsiktiga energilagrar.

Fetter lagras i droppar i cellens cytoplasma. Människor lagrar i allmänhet tillräckligt med fett för att driva sina celler under flera veckor.

referenser

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Cellens molekylärbiologi (6: e upplagan). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biokemi (8: e upplagan). WH Freeman and Company
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologi (2: a upplagan) Pearson Education.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molecular Cell Biology (8: e upplagan). WH Freeman and Company.
5. Purves, W., Sadava, D., Orians, G. & Heller, H. (2004). Liv: biologiens vetenskap (7: e upplagan). Sinauer Associates och WH Freeman.
6. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologi (7: e upplagan) Cengage Learning.
7. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Fundamentals of Biochemistry: Life on the Molecular Level (5: e upplagan). Wiley.