متابولیسم چیست؟

متابولیسم یا تبادل مواد - مجموعه ای از واکنش های شیمیایی که در یک ارگانیسم زنده برای حفظ زندگی اتفاق می افتد. این فرایندها به ارگانیسم ها اجازه می دهد تا رشد کرده و تکثیر شوند ، ساختار خود را حفظ کرده و به تأثیرات محیطی پاسخ دهند.

متابولیسم معمولاً به 2 مرحله تقسیم می شود: کاتابولیسم و ​​آنابولیسم. در طول کاتابولیسم ، مواد ارگانیک پیچیده به مواد ساده تری کاهش یافته و معمولاً انرژی را آزاد می کنند. و در فرآیندهای آنابولیسم - از ساده تر مواد پیچیده تر سنتز می شوند و این با هزینه های انرژی همراه است.

به یک سری واکنشهای متابولیک شیمیایی مسیرهای متابولیک گفته می شود. در آنها ، با مشارکت آنزیم ها ، برخی از مولکولهای مهم زیست شناختی به صورت متوالی به دیگران تبدیل می شوند.

آنزیم ها نقش مهمی در فرآیندهای متابولیکی دارند زیرا:

• به عنوان کاتالیزورهای بیولوژیکی عمل کرده و انرژی فعال سازی یک واکنش شیمیایی را کاهش می دهد ،
• به شما امکان می دهد تا در پاسخ به تغییر در محیط سلول یا سیگنالهای سلولهای دیگر ، مسیرهای متابولیک را تنظیم کنید.

ویژگی های متابولیکی بر اینکه مولکول خاصی برای استفاده توسط بدن به عنوان منبع انرژی مناسب باشد تأثیر می گذارد. به عنوان مثال ، برخی پروکاریوت ها از سولفید هیدروژن به عنوان منبع انرژی استفاده می کنند ، اما این گاز برای حیوانات سمی است. میزان متابولیک نیز بر میزان مواد غذایی مورد نیاز بدن تأثیر می گذارد.

مولکولهای بیولوژیکی

مسیرهای اصلی متابولیک و اجزای آنها برای بسیاری از گونه ها یکسان است و این نشانگر وحدت منشاء همه موجودات زنده است. به عنوان مثال ، برخی از اسیدهای کربوکسیلیک ، که در چرخه اسید تریک کربوکسیلیک واسطه هستند ، در همه موجودات وجود دارد ، از باکتری ها تا ارگانیسم های چند سلولی یوکاریوتی. شباهت ها در متابولیسم احتمالاً مربوط به راندمان بالای مسیرهای متابولیکی و همچنین ظهور اولیه آنها در تاریخ تکامل است.

مولکولهای بیولوژیکی

مواد ارگانیک که تمام موجودات زنده (حیوانات ، گیاهان ، قارچها و میکروارگانیسم ها) را تشکیل می دهند ، عمدتا توسط اسیدهای آمینه ، کربوهیدرات ها ، چربی ها (که اغلب به آنها چربی گفته می شود) و اسیدهای نوکلئیک نشان داده می شوند. از آنجا که این مولکول ها برای زندگی ضروری هستند ، واکنش های متابولیک در ساخت این مولکول ها در هنگام ساختن سلول ها و بافت ها یا از بین بردن آنها به عنوان منبع انرژی متمرکز می شوند. بسیاری از واکنشهای مهم بیوشیمیایی برای ترکیب DNA و پروتئینها ترکیب می شوند.

نقش متابولیک

متابولیسم شایسته توجه جدی است. از این گذشته ، عرضه سلولهای ما با مواد مفید به کار تاسیس شده وی بستگی دارد. اساس سوخت و ساز ، واکنش های شیمیایی است که در بدن انسان رخ می دهد. مواد لازم برای زندگی بدن ما با غذا دریافت می کنیم.

علاوه بر این ، ما به اکسیژن بیشتری احتیاج داریم که با هوا تنفس می کنیم. در حالت ایده آل ، بین فرآیندهای ساخت و ساز و پوسیدگی باید تعادل مشاهده شود. با این حال ، این تعادل اغلب می تواند مختل شود و دلایل زیادی برای این وجود دارد.

دلایل اختلالات متابولیک

از اولين علل اختلالات متابوليك مي توان عامل ارثي را تشخيص داد. اگرچه غیرقابل توصیف است ، اما مبارزه با آن ممکن و ضروری است! همچنین اختلالات متابولیک می تواند در اثر بیماریهای ارگانیک ایجاد شود. با این حال ، اغلب این اختلالات نتیجه سوء تغذیه ما هستند.

به عنوان یک ماده مغذی زیاد و کمبود آنها برای بدن ما بسیار مضر است. و عواقب آن می تواند برگشت ناپذیر باشد. مصرف بیش از حد مواد مغذی خاص در نتیجه مصرف بیش از حد غذاهای چرب ایجاد می شود و کمبود آن ناشی از رعایت دقیق رژیم های غذایی مختلف برای کاهش وزن است. رژیم اصلی غالباً یک رژیم یکنواخت است ، که منجر به کمبود مواد مغذی ضروری می شود ، به نوبه خود ، این به ناچار منجر به ایجاد بیماری های مختلف می شود. آلرژی به بیشتر غذاها امکان پذیر است.

بیماریهای متابولیک

حتی بعد از متعادل کردن تمام فرآیندهای متابولیکی ، تأمین ویتامین های از دست رفته بدن ، خطر ابتلا به تعدادی بیماری جدی را که ناشی از فرسودگی سلول های ما هستند ، به خطر می اندازیم. محصولات پوسیدگی همه چیز زنده و در حال رشد است و این شاید خطرناک ترین دشمن برای سلامتی ما باشد. به عبارت دیگر ، بدن باید به موقع از سموم پاک شود ، یا به سادگی شروع به مسموم کردن آن کنند. با ماندگاری بیش از حد ، محصولات پوسیدگی باعث بیماری های مزمن شده و کار کل ارگانیسم را کند می کنند.

با اختلالات متابولیسم کربوهیدرات ، یک بیماری جدی رخ می دهد - دیابت ، با متابولیسم نامناسب چربی ، کلسترول تجمع می یابد (چگونه کلسترول را در خانه بدون دارو کاهش دهیم؟) ، که باعث بیماری های قلبی و عروقی می شود. رادیکال های آزاد ، که فراوان می شوند ، در بروز تومورهای بدخیم نقش دارند.

چاقی نیز یک نتیجه عادی از مشکلات متابولیک است. این گروه همچنین شامل نقرس ، اختلالات گوارشی ، برخی از انواع دیابت و غیره است. عدم تعادل مواد معدنی و ویتامین ها منجر به آسیب به ماهیچه ها ، استخوان ها ، اختلالات شدید سیستم قلبی عروقی می شود. در کودکان ، این می تواند به شکل رشد و نمو متوقف شده منجر به عواقب بسیار جدی شود. شایان ذکر است که استفاده اضافی از ویتامین ها همیشه توصیه نمی شود ، زیرا اضافه وزن آنها همچنین می تواند عواقب منفی داشته باشد.

پیشگیری

برای تنظیم فرآیندهای متابولیکی در بدن ، باید بدانیم که برخی از مواد وجود دارد که مانع از تشکیل سموم و بهبود کیفیت متابولیسم می شوند.

اولین مورد اکسیژن است. مقدار بهینه اکسیژن در بافتها فرآیندهای متابولیکی را به میزان قابل توجهی فعال می کند.

دوم ، ویتامین ها و مواد معدنی. با افزایش سن ، همه فرایندها کند می شوند ، انسداد جزئی رگ های خونی وجود دارد ، بنابراین کنترل میزان دریافت مقدار کافی از مواد معدنی ، کربوهیدرات ها و اکسیژن بسیار مهم است. این کار باعث می شود کار خوب متابولیسم آب نمک سلول انجام شود ، زیرا پس از گذشت زمان سلول خشک می شود و دیگر تمام عناصر لازم برای زندگی خود را دریافت نمی کند. دانستن این موضوع ، برای ما مهم است که سلولهای پیری را به طور مصنوعی تغذیه کنیم.

توصیه ها و داروهای زیادی وجود دارد که سوخت و ساز بدن را تنظیم می کند. در طب عامه ، جلبک های دریای سفید - فوکوس ، محبوبیت گسترده ای کسب کردند ، حاوی مجموعه ای با ارزش از مواد معدنی و ویتامین های مفید لازم برای بهبود متابولیسم است. تغذیه مناسب ، محرومیت از رژیم غذایی غذاهای حاوی کلسترول و سایر مواد مضر روش دیگری برای بدن است تا بتواند بی عیب و نقص کار کند.

آموزش: موسسه پزشکی مسکو I. Sechenov ، تخصص - "تجارت پزشکی" در 1991 ، در سال 1993 "بیماریهای شغلی" ، در 1996 "درمانی".

ظروف پلاستیکی مواد غذایی: حقایق و اسطوره ها!

اسیدهای آمینه و پروتئین ها را ویرایش کنید

پروتئین ها بیوپلیمرها هستند و از بقایای اسید آمینه متصل به پیوندهای پپتید هستند. برخی پروتئین ها آنزیم بوده و واکنشهای شیمیایی را کاتالیز می کنند. پروتئین های دیگر یک عملکرد ساختاری یا مکانیکی را انجام می دهند (برای مثال ، یک اسکلت اسکلتی تشکیل می دهند). پروتئین ها همچنین نقش مهمی در سیگنالینگ سلولی ، پاسخ ایمنی ، تجمع سلول ، حمل و نقل فعال از بین غشاها و تنظیم چرخه سلولی دارند.

متابولیسم چیست؟

متابولیسم (یا متابولیسم) ترکیبی از فرآیندهای تبدیل کالری غذایی به انرژی برای زندگی یک ارگانیسم است. متابولیسم با هضم و فعالیت بدنی شروع می شود و با نفس کشیدن فرد در هنگام خواب ، هنگامی که بدن اکسیژن را به اندام های مختلف و بدون مشارکت مغز و کاملاً خودمختار تأمین می کند ، خاتمه می یابد.

مفهوم متابولیسم ارتباط نزدیکی با محاسبه کالری دریافتی روزانه دارد ، که نقطه شروع هر رژیم برای کاهش وزن یا افزایش عضلات است. براساس سن ، جنس و پارامترهای جسمی ، میزان متابولیسم اساسی مشخص می شود - یعنی تعداد کالری مورد نیاز برای تأمین نیازهای انرژی روزانه بدن. در آینده ، این شاخص با یک شاخص از فعالیت های انسانی ضرب می شود.

اغلب اعتقاد بر این است که سرعت بخشیدن به سوخت و ساز بدن برای کاهش وزن مفید است ، زیرا باعث می شود بدن کالری بیشتری را سوزاند. در واقعیت ، متابولیسم از دست دادن وزن افراد معمولاً کند می شود ، زیرا سرعت بخشیدن به سوخت و ساز بدن تنها با افزایش همزمان کالری دریافتی و افزایش سطح فعالیت بدنی - یعنی در حین تمرین قدرت برای رشد عضلات حاصل می شود.

ویرایش لیپیدها

لیپیدها بخشی از غشاهای بیولوژیکی هستند ، به عنوان مثال ، غشاهای پلاسما ، اجزای کوآنزیم ها و منابع انرژی هستند. لیپیدها مولکولهای بیولوژیکی آبگریز یا آمفیفیلیک هستند که در حلالهای آلی مانند بنزن یا کلروفرم محلول هستند. چربی ها گروه بزرگی از ترکیبات هستند که شامل اسیدهای چرب و گلیسیرین هستند. مولکول الکل تری هیدریک گلیسرول ، که سه پیوند استر پیچیده با سه مولکول اسید چرب تشکیل می دهد ، تری گلیسیرید نامیده می شود. همراه با اسیدهای چرب باقیمانده ، چربیهای پیچیده می توانند شامل ، به عنوان مثال اسفنگوزین (اسفنگولیپیدها) ، گروه های فسفات آبدوست (در فسفولیپیدها) باشند. استروئیدها ، مانند کلسترول ، دسته بزرگ دیگری از چربیها هستند.

کربوهیدراتها ویرایش کنید

قندها می توانند به صورت مدور یا خطی به شکل آلدئیدها یا کتونها وجود داشته باشند ، آنها چندین گروه هیدروکسیل دارند. کربوهیدرات ها رایج ترین مولکول های بیولوژیکی هستند. کربوهیدراتها عملکردهای زیر را انجام می دهند: ذخیره انرژی و حمل و نقل (نشاسته ، گلیکوژن) ، ساختاری (سلولز گیاه ، کیتین در قارچ و حیوانات). شایع ترین مونومرهای قند هگزوزها هستند - گلوکز ، فروکتوز و گالاکتوز. مونوساکاریدها بخشی از پلی ساکاریدهای خطی یا شاخه پیچیده تر هستند.

چگونه سرعت سوخت و ساز را سرعت بخشیم؟

تأثیر تغذیه در تسریع متابولیسم به اندازه آنچه در نگاه اول به نظر می رسد واضح نیست. با وجود این واقعیت که بسیاری از محصولات وجود دارد که سوخت و ساز بدن را بدتر می کند - از کالاهایی که منجر به افزایش وزن قند و سایر کربوهیدرات های سریع می شوند تا مارگارین با چربی های ترانس آن - فقط محصولات بسیار کمی می توانند سوخت و ساز بدن را تسریع کنند.

از آنجا که چرخه متابولیک بدن می تواند چند روز طول بکشد (به عنوان مثال ، با رد کامل کربوهیدرات ها ، بدن فقط به مدت 2-3 روز به رژیم کتوژنیک تغییر می یابد) ، سوخت و ساز بدن با خوردن یک محصول واحد یا نوشیدن اسموتی سبزیجات برای کاهش وزن نمی تواند تسریع شود. از جمله موارد دیگر ، شتاب متابولیسم معمولاً با افزایش اشتها همراه است - که هنگام پیروی از رژیم غذایی برای کاهش وزن همیشه مفید نیست.

فرآیندهای متابولیک کاهش وزن

فرض کنید یک فرد اضافه وزن تصمیم به کاهش وزن گرفت ، به طور فعال درگیر تمرینات بدنی شد و رژیم غذایی را با کاهش کالری شروع کرد. وی همچنین عنوان كرد كه برای سرعت بخشیدن به متابولیسم باید آب بیشتری بنوشید و آناناس را میل كنید ، سرشار از آنزیم "از بین بردن چربی". با این حال ، نتیجه نهایی به هیچ وجه شتاب سوخت و ساز بدن نخواهد بود بلکه کاهش شدید آن است.

دلیل این امر ساده است - بدن شروع به ارسال سیگنال هایی می کند که سطح فعالیت بدنی به طرز چشمگیری افزایش یافته است ، و میزان دریافت انرژی از غذا به شدت کاهش یافته است. و هرچه فرد به ورزش بیشتری بپردازد و رژیم غذایی دقیق تری نیز مشاهده کند ، بدن قوی تر فکر خواهد کرد که "زمان های بد" فرا رسیده است و زمان آن است که متابولیسم را برای صرفه جویی در ذخایر چربی کندتر کنیم - به علاوه ، سطح کورتیزول و لپتین افزایش می یابد.

چگونه متابولیسم را تسریع کنیم؟

برای کاهش وزن ، لازم نیست سعی کنید متابولیسم را "پراکنده" کرده و سوخت و ساز بدن را تا حد ممکن سرعت بخشید - اول از همه ، باید بیشتر مراقب باشید که بدن کالری روزانه از چه کالاهایی دریافت می کند. در اکثر موارد ، عادی سازی رژیم و کنترل شاخص گلیسمی کربوهیدراتهای مصرف شده به سرعت به عادی شدن فرایندهای متابولیک منجر می شود.

غالباً افرادی که سعی در کاهش وزن دارند ، هزینه های انرژی تمرینات بدنی را بیش از حد ارزیابی می کنند ، در حالی که میزان کالری مواد غذایی مصرفی آنها را به میزان قابل توجهی کم می کنند. به عنوان مثال ، قند موجود در یک قوطی کولا برای مدت زمان 30 تا 40 دقیقه دویدن کافی است - به عبارت دیگر ، از خوردن کولا بسیار راحت تر از آن هستید که خود را با تمرینات خسته کننده ، در معرض خطر قرار دهید ، سعی کنید این کالری ها را بسوزانید.

ویرایش نوکلئوتیدها

مولکولهای DNA و RNA پلیمری زنجیرهای طولانی و بدون شکاف نوکلئوتیدها هستند. اسیدهای نوکلئیک عملکرد ذخیره سازی و اجرای اطلاعات ژنتیکی را انجام می دهند که در طی فرآیندهای تکثیر ، رونویسی ، ترجمه و بیوسنتز پروتئین انجام می شود. اطلاعات رمزگذاری شده در اسیدهای نوکلئیک در برابر تغییرات سیستم های جبران محافظت می شوند و با تکثیر DNA ضرب می شوند.

برخی ویروس ها ژنوم حاوی RNA دارند. به عنوان مثال ، ویروس نقص ایمنی انسان از رونویسی معکوس برای ایجاد یک الگوی DNA از ژنوم حاوی RNA خود استفاده می کند. برخی از مولکول های RNA دارای خاصیت کاتالیزوری (ریبوزیم ها) هستند و بخشی از اسپلیسوزوم ها و ریبوزوم ها هستند.

نوکلئوزیدها محصول افزودن پایه های نیتروژن برای تشکیل قند هستند. نمونه هایی از پایه های نیتروژنی ترکیبات حاوی نیتروژنی هتروسیلیک هستند - مشتقات پورین و پیریمیدین. برخی نوکلئوتیدها همچنین به عنوان کوآنزیم در واکنشهای انتقال گروهی عملکردی عمل می کنند.

کوآنزیم ها را ویرایش کنید

متابولیسم طیف گسترده ای از واکنشهای شیمیایی را شامل می شود ، که بیشتر آنها مربوط به چندین نوع اصلی واکنشهای انتقال گروهی عملکردی است. از کوآنزیم ها برای انتقال گروه های عملکردی بین آنزیم هایی که واکنش های شیمیایی را کاتالیز می کنند استفاده می شود. هر کلاس از واکنشهای شیمیایی انتقال گروههای کاربردی توسط آنزیمهای فردی و همبستگانهای آنها کاتالیز می شود.

آدنوزین تری فسفات (ATP) یکی از کوآنزیم های مرکزی است که منبع جهانی انرژی سلول است. این نوکلئوتید برای انتقال انرژی شیمیایی ذخیره شده در پیوندهای کلان بین واکنشهای شیمیایی مختلف استفاده می شود. در سلول ها مقدار کمی ATP وجود دارد که به طور مداوم از ADP و AMP بازسازی می شود. بدن انسان در هر روز توده ATP را برابر با جرم بدن خود مصرف می کند. ATP به عنوان پیوندی بین کاتابولیسم و ​​آنابولیسم عمل می کند: با واکنش های کاتابولیک ، ATP تشکیل می شود ، با واکنش های آنابولیکی ، انرژی مصرف می شود. ATP همچنین به عنوان یک دهنده دهنده گروه فسفات در واکنشهای فسفوریلاسیون عمل می کند.

ویتامین ها مواد آلی با وزن مولکولی کم هستند که به مقدار کمی لازم هستند و به عنوان مثال در انسان بیشتر ویتامین ها سنتز نمی شوند بلکه با غذا یا از طریق میکرو فلور دستگاه گوارش به دست می آیند. در بدن انسان بیشتر ویتامین ها عامل سازنده آنزیم ها هستند. به عنوان مثال ، اکثر ویتامین ها فعالیت بیولوژیکی تغییر یافته ای را بدست می آورند ، به عنوان مثال ، تمام ویتامین های محلول در آب در سلول ها فسفریله شده یا با نوکلئوتیدها ترکیب می شوند. نیکوتین آمید آدنین دینوکلئوتید (NADH) مشتق ویتامین B است₃ (نیاسین) ، و یک کوآنزیم مهم است - گیرنده هیدروژن. صدها آنزیم مختلف دهیدروژناز مختلف الکترونها را از مولکولهای بسترها دور کرده و آنها را به مولکولهای NAD + منتقل می کنند و آن را به NADH کاهش می دهند. کوآنزیم اکسیده شده یک بستر برای ردوکتازهای مختلف در سلول است. NAD در سلول به دو شکل NADH و NADPH وجود دارد. NAD + / NADH برای واکنشهای کاتابولیک از اهمیت بیشتری برخوردار است و NADP + / NADPH بیشتر در واکنشهای آنابولیک استفاده می شود.

مواد معدنی و کوفاکتورها را ویرایش کنید

عناصر معدنی نقش مهمی در متابولیسم دارند. حدود 99٪ از جرم پستانداران شامل کربن ، نیتروژن ، کلسیم ، سدیم ، منیزیم ، کلر ، پتاسیم ، هیدروژن ، فسفر ، اکسیژن و گوگرد است. ترکیبات آلی بیولوژیکی قابل توجهی (پروتئین ها ، چربی ها ، کربوهیدرات ها و اسیدهای نوکلئیک) حاوی مقدار زیادی کربن ، هیدروژن ، اکسیژن ، ازت و فسفر هستند.

بسیاری از ترکیبات معدنی الکترولیتهای یونی هستند. مهمترین یون ها برای بدن سدیم ، پتاسیم ، کلسیم ، منیزیم ، کلریدها ، فسفات ها و بی کربنات ها هستند. تعادل این یونها در داخل سلول و در محیط خارج سلولی ، فشار اسمزی و pH را تعیین می کند. غلظت یون همچنین نقش مهمی در عملکرد سلولهای عصبی و ماهیچه ای دارد. پتانسیل عمل در بافتهای برانگیخته از تبادل یونی بین مایع خارج سلولی و سیتوپلاسم ناشی می شود. الکترولیتها از طریق کانالهای یونی در غشای پلاسما وارد سلول شده و از آن خارج می شوند. به عنوان مثال ، در هنگام انقباض عضلات ، یون های کلسیم ، سدیم و پتاسیم در غشای پلاسمایی ، سیتوپلاسم و لوله های T حرکت می کنند.

فلزات انتقالی در بدن عناصر کمیاب هستند ، روی و آهن رایج ترین هستند. این فلزات توسط پروتئین های خاصی (به عنوان مثال آنزیم ها به عنوان کوفاکتور) مورد استفاده قرار می گیرند و برای تنظیم فعالیت آنزیم ها و پروتئین های حمل و نقل مهم هستند. عوامل سازنده آنزیم ها معمولاً کاملاً به پروتئین خاصی متصل هستند ، با این وجود در طول کاتالیز می توان آنها را اصلاح کرد و پس از کاتالیز همیشه به حالت اولیه خود باز می گردند (مصرف نمی شوند). فلزات ردیابی با استفاده از پروتئین های مخصوص حمل و نقل توسط بدن جذب می شوند و در بدن در حالت آزاد یافت نمی شوند ، زیرا با پروتئین های حامل خاص (به عنوان مثال ، فریتین یا متالوتیونئین ها) همراه هستند.

بسته به نوع استفاده از آنها ، همه موجودات زنده می توانند به هشت گروه اصلی تقسیم شوند: یک منبع انرژی ، یک منبع کربن و یک دهنده الکترونی (بستر قابل اکسیداسیون).

1. به عنوان منبع انرژی ، موجودات زنده می توانند از انرژی نور استفاده كنند:عکسیا انرژی اوراق قرضه شیمیایی (شیمی درمانی) علاوه بر این ، برای توصیف موجودات انگلی با استفاده از منابع انرژی سلول میزبان ، این اصطلاح را نشان می دهد چترباز.
2. موجودات زنده به عنوان یک دهنده الکترونی (عامل کاهش دهنده) می توانند از مواد معدنی استفاده کنند:بازیگران) یا مواد آلی (اندام).
3. به عنوان منبع کربن ، موجودات زنده از دی اکسید کربن استفاده می کنند (خودکار) یا مواد آلی (هترو-) بعضی اوقات خودکار و هتروتروف مورد استفاده در رابطه با سایر عناصر که بخشی از مولکولهای بیولوژیکی به شکل کاهش یافته هستند (به عنوان مثال ازت ، گوگرد). در این حالت ، ارگانیسم های "نیتروژن اتوتروفیک" گونه هایی هستند که از ترکیبات معدنی اکسیده شده به عنوان منبع نیتروژن استفاده می کنند (به عنوان مثال گیاهان می توانند کاهش نیترات را انجام دهند). و "هتروتروفیک نیتروژن" موجوداتی هستند که قادر به کاهش اشکال اکسیده شده ازت نیستند و از ترکیبات آلی به عنوان منبع آن استفاده می کنند (به عنوان مثال حیواناتی که اسیدهای آمینه منبع نیتروژن هستند).

نام نوع متابولیسم با اضافه کردن ریشه های مربوطه و اضافه کردن در انتهای ریشه شکل می گیرد -ترف-. جدول انواع احتمالی متابولیسم را با مثال نشان می دهد:

• برخی از نویسندگان استفاده می کنند -هیدرو هنگامی که آب به عنوان یک دهنده الکترونی عمل می کند.

طبقه بندی توسط گروهی از نویسندگان (A. Lvov ، C. van Nil ، F. J. Ryan ، E. Tatem) تهیه و در یازدهمین سمپوزیوم در آزمایشگاه Cold Spring Harbour به تصویب رسید و در ابتدا برای توصیف انواع تغذیه های میکروارگانیسم ها مورد استفاده قرار گرفت. با این حال ، در حال حاضر برای توصیف متابولیسم موجودات دیگر استفاده می شود.

از جدول مشخص است که قابلیت های متابولیکی پروکاریوت ها در مقایسه با یوکاریوت ها که با انواع متابولیسم فوتولیتوآتروتروفیک و شیمیوژانوا هتروتروفیک مشخص می شوند ، بسیار متنوع تر هستند.

لازم به ذکر است که برخی از انواع میکروارگانیسم ها بسته به شرایط محیطی (روشنایی ، در دسترس بودن مواد ارگانیک و غیره) و وضعیت فیزیولوژیکی می توانند متابولیسم انواع مختلفی را انجام دهند. این ترکیب از چندین نوع متابولیسم به عنوان میکسوتروفی توصیف شده است.

هنگام اعمال این طبقه بندی بر روی ارگانیسم های چند سلولی ، مهم است که درک کنیم که در درون یک ارگانیسم می توان سلول هایی داشت که در نوع متابولیسم متفاوت باشند. بنابراین سلولهای اندامهای هوایی ، فتوسنتزی گیاهان چند سلولی با نوع متابولیسم فوتولیتوآتروتروفیک مشخص می شوند ، در حالی که سلولهای اندامهای زیرزمینی به عنوان شیمیآرمانوتروتروفیک توصیف می شوند. همانطور که در مورد میکروارگانیسم ها ، وقتی شرایط محیطی ، مرحله توسعه و وضعیت فیزیولوژیکی تغییر کند ، نوع متابولیسم سلولهای یک ارگانیسم چند سلولی می تواند تغییر کند. به عنوان مثال ، در تاریکی و در مرحله جوانه زنی بذر ، سلولهای گیاهان بالاتر نوع شیمیایی ارگانو هتروتروفیک را متابولیزه می کنند.

متابولیسم فرایندهای متابولیکی نامیده می شود که در آن مولکولهای آلی نسبتاً زیادی از قندها ، چربیها ، آمینو اسیدها تجزیه می شوند. در طول کاتابولیسم ، مولکولهای آلی ساده تری تشکیل می شوند که برای واکنش های آنابولیسم (بیوسنتز) لازم هستند. اغلب ، در جریان واکنشهای کاتابولیسم است که بدن انرژی را تحریک می کند و انرژی انرژی پیوندهای شیمیایی مولکولهای آلی بدست آمده در هنگام هضم غذا را ترجمه می کند و به اشکال در دسترس می یابد: به شکل ATP ، کاهش کوآنزیم ها و پتانسیل الکتروشیمیایی منتقل می شود. اصطلاح کاتابولیسم با "متابولیسم انرژی" مترادف نیست: در بسیاری از ارگانیسم ها (به عنوان مثال ، فتوتروف) فرآیندهای اصلی ذخیره انرژی مستقیماً با تجزیه مولکول های آلی ارتباط ندارند. طبقه بندی ارگانیسم ها براساس نوع متابولیسم می تواند براساس منبع انرژی صورت گیرد ، همانطور که در بخش قبلی منعکس شده است. شیمیوتروپ ها از انرژی پیوندهای شیمیایی استفاده می کنند ، و فوتوتروف ها انرژی نور خورشید را مصرف می کنند. با این حال ، همه این اشکال مختلف متابولیسم به واکنشهای ردوکس وابسته است که با انتقال الکترون ها از اهدا کننده های کاهش یافته از مولکول ها ، مانند مولکول های آلی ، آب ، آمونیاک ، سولفید هیدروژن ، به مولکول های پذیرنده مانند اکسیژن ، نیترات یا سولفات مرتبط است. در حیوانات ، این واکنشها شامل تجزیه مولکولهای آلی پیچیده به موارد ساده تر ، مانند دی اکسید کربن و آب است. در ارگانیسم های فتوسنتزی - گیاهان و سیانو باکتریها - واکنشهای انتقال الکترون باعث آزاد شدن انرژی نمی شوند ، اما از آنها به عنوان راهی برای ذخیره انرژی جذب شده از نور خورشید استفاده می شود.

کاتابولیسم در حیوانات را می توان به سه مرحله اصلی تقسیم کرد. ابتدا مولکولهای بزرگ آلی مانند پروتئین ها ، پلی ساکاریدها و لیپیدها به اجزای کوچکتر در خارج از سلولها تجزیه می شوند. علاوه بر این ، این مولکولهای کوچک وارد سلولها شده و به مولکولهای حتی کوچکتر تبدیل می شوند ، به عنوان مثال استیل CoA. به نوبه خود ، گروه استیل کوآنزیم A در چرخه Krebs و زنجیره تنفسی به آب و دی اکسید کربن اکسیده می شود و انرژی خود را آزاد می کند که به صورت ATP ذخیره می شود.

ویرایش هضم

ماکرومولکول هایی مانند نشاسته ، سلولز یا پروتئین ها باید قبل از استفاده توسط سلول ها به واحدهای کوچکتر تقسیم شوند. چندین کلاس از آنزیم ها در تخریب دخیل هستند: پروتئازها ، که پروتئین ها را به پپتیدها و اسیدهای آمینه ، گلیکوزیدازها تجزیه می کنند ، که باعث تجزیه پلی ساکاریدها به الیگو و مونوساکاریدها می شوند.

میکروارگانیسم ها آنزیم های هیدرولیتیک را به فضای اطراف خود ترشح می کنند ، که با حیواناتی که چنین آنزیم هایی را فقط از سلولهای غده تخصصی ترشح می کنند متفاوت است. اسیدهای آمینه و مونوساکاریدها ، که نتیجه فعالیت آنزیم های خارج سلولی است ، با استفاده از حمل و نقل فعال وارد سلول ها می شوند.

ویرایش انرژی

در طول کاتابولیسم کربوهیدرات ، قندهای پیچیده به مونوساکاریدها تجزیه می شوند ، که توسط سلول ها جذب می شوند. پس از داخل ، قندها (به عنوان مثال ، گلوکز و فروکتوز) در طول گلیکولیز به پیروات تبدیل می شوند و مقدار مشخصی از ATP تولید می شود. اسید پیروویک (پیروات) یک واسطه در چندین مسیر متابولیک است. مسیر اصلی متابولیسم پیروات تبدیل به استیل CoA و سپس به چرخه اسید tricarboxylic است. در همین زمان ، بخشی از انرژی در چرخه Krebs به شکل ATP ذخیره می شود و مولکول های NADH و FAD نیز احیا می شوند. در فرآیند گلیکولیز و چرخه اسید tricarboxylic ، دی اکسید کربن تشکیل می شود که محصول جانبی زندگی است. در شرایط بی هوازی ، در نتیجه گلیکولیز از پیروات با مشارکت آنزیم لاکتات دهیدروژناز ، لاکتات تشکیل می شود و NADH به NAD + اکسیده می شود که در واکنش گلیکولیز مجدداً مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین یک مسیر جایگزین برای متابولیسم مونوساکاریدها وجود دارد - مسیر فسفات پنتوز ، که در طی آن انرژی در قالب کاهش کوآنزیم NADPH ذخیره می شود و پنتوزها به عنوان مثال ریبوز تشکیل می شوند که برای سنتز اسیدهای نوکلئیک لازم است.

چربی ها در مرحله اول کاتابولیسم به اسیدهای چرب آزاد و گلیسیرین هیدرولیز می شوند. اسیدهای چرب در طی اکسیداسیون بتا تجزیه می شوند تا استیل CoA تشکیل شود ، که به نوبه خود در چرخه Krebs کاتابولیزه می شود ، یا به سنتز اسیدهای چرب جدید می رود. اسیدهای چرب انرژی بیشتری نسبت به کربوهیدرات ها آزاد می کنند ، زیرا چربی ها حاوی اتم های هیدروژن بیشتری در ساختار آنها هستند.

اسیدهای آمینه یا برای ترکیب پروتئین ها و سایر مولکولهای زیستی استفاده می شوند ، یا به اوره ، دی اکسید کربن اکسیده می شوند و به عنوان منبع انرژی به کار می روند. مسیر اکسیداتیو کاتابولیسم اسیدهای آمینه با حذف گروه آمینه توسط آنزیم های ترانس آمیناز آغاز می شود. گروههای آمینه در چرخه اوره مورد استفاده قرار می گیرند ، اسیدهای آمینه فاقد اسیدهای آمینه ، اسیدهای کتو نامیده می شوند. برخی از اسیدهای keto در چرخه Krebs واسطه هستند. به عنوان مثال ، گندزدایی گلوتامات باعث تولید اسید آلفا کتوگلوتاریک می شود. اسیدهای آمینه گلیکوژنیک همچنین در واکنشهای گلوکونوژنز می توانند به گلوکز تبدیل شوند.

ویرایش فسفوریلاسیون اکسیداتیو

در فسفوریلاسیون اکسیداتیو ، الکترون های برداشته شده از مولکول های غذایی در مسیرهای متابولیکی (به عنوان مثال ، در چرخه Krebs) به اکسیژن منتقل می شوند و انرژی آزاد شده برای سنتز ATP استفاده می شود. در یوکاریوت ها ، این فرایند با مشارکت تعدادی از پروتئین های ثابت شده در غشای میتوکندری انجام می شود ، به نام زنجیره تنفسی انتقال الکترون. در پروکاریوت ها ، این پروتئین ها در غشای داخلی دیواره سلولی وجود دارند. پروتئین های زنجیره انتقال الکترون از انرژی به دست آمده با انتقال الکترون ها از مولکول های کاهش یافته (به عنوان مثال NADH) به اکسیژن برای پمپ پروتون از طریق غشا استفاده می کنند.

هنگامی که پروتون ها پمپ می شوند ، اختلاف در غلظت یون های هیدروژن ایجاد می شود و یک گرادیان الکتروشیمیایی بوجود می آید. این نیرو پروتونها را از طریق پایه ATP synthase به میتوکندری برمی گرداند. جریان پروتون ها باعث چرخش حلقه از زیر واحد های c آنزیم می شود ، در نتیجه مرکز فعال سنتاز شکل خود را تغییر می دهد و فسفریلات های آدنوزین دیفسفات را تغییر می دهد و آن را به ATP تبدیل می کند.

ویرایش انرژی معدنی

hemolithotrophs به پروکاریوت ها گفته می شود که نوع خاصی از متابولیسم دارند و در نتیجه انرژی در نتیجه اکسیداسیون ترکیبات معدنی تشکیل می شود. شیمیولتروتروفها می توانند هیدروژن مولکولی ، ترکیبات گوگرد (مانند سولفیدها ، سولفید هیدروژن و تیوسولفاتهای معدنی) ، آهن (II) اکسید یا آمونیاک را اکسید کنند. در این حالت انرژی حاصل از اکسیداسیون این ترکیبات توسط گیرنده های الکترون مانند اکسیژن یا نیتریت ها تولید می شود. فرآیندهای به دست آوردن انرژی از مواد معدنی نقش مهمی در چرخه های بیوژوشیمیایی مانند استئوژنز ، نیتریفیکاسیون و دفع زدایی دارند.

ویرایش انرژی خورشید

انرژی نور خورشید توسط گیاهان ، سیانوباکتری ها ، باکتری های بنفش ، باکتری های گوگرد سبز و برخی از تک یاخته ها جذب می شود. این فرآیند اغلب با تبدیل دی اکسید کربن به ترکیبات آلی به عنوان بخشی از فرآیند فتوسنتز ترکیب می شود (به تصویر زیر مراجعه کنید). سیستم های جذب انرژی و تثبیت کربن در برخی از پرواریوت ها می توانند به طور جداگانه کار کنند (به عنوان مثال در باکتری های گوگرد بنفش و سبز).

در بسیاری از ارگانیسم ها ، جذب انرژی خورشیدی در اصل شبیه به فسفوریلاسیون اکسیداتیو است ، زیرا در این حالت انرژی به صورت گرادیان غلظت پروتون ذخیره می شود و نیروی محرکه پروتون ها منجر به سنتز ATP می شوند. الکترون های مورد نیاز برای این زنجیره انتقال از پروتئین های برداشت نور به نام مراکز واکنش فتوسنتزی (به عنوان مثال رودپسین) گرفته می شوند. بسته به نوع رنگدانه های فتوسنتزی ، دو نوع مراکز واکنش طبقه بندی می شوند ، در حال حاضر اکثر باکتری های فتوسنتزی تنها یک نوع دارند ، در حالی که گیاهان و سیانوباکتری ها دو هستند.

در گیاهان ، جلبک ها و سیانوباکتری ها ، فتوسنتز II از انرژی نور برای خارج کردن الکترون ها از آب استفاده می کند ، با اکسیژن مولکولی به عنوان یک محصول جانبی واکنش آزاد می شود. سپس الکترونها وارد مجتمع سیتوکروم b6f می شوند ، که از انرژی برای پمپاندن پروتونها از طریق غشای تیلاکوئید در کلروپلاستها استفاده می کند. تحت تأثیر شیب الکتروشیمیایی ، پروتونها از طریق غشای عقب حرکت کرده و ATP سنتاز را تحریک می کنند. سپس الکترونها از طریق سیستم فتوسیمی I عبور کرده و می توانند برای بازیابی کوآنزیم NADP + ، برای استفاده در چرخه کالوین یا بازیافت مجدد برای تشکیل مولکولهای ATP اضافی استفاده شوند.

آنابولیسم - مجموعه ای از فرآیندهای متابولیک بیوسنتز مولکولهای پیچیده با مصرف انرژی. مولکولهای پیچیده ای که ساختارهای سلولی را تشکیل می دهند به طور پی در پی از پیش سازهای ساده تر سنتز می شوند. آنابولیسم شامل سه مرحله اصلی است که هر یک توسط آنزیم تخصصی کاتالیز می شوند. در مرحله اول ، مولکول های پیش ساز سنتز می شوند ، به عنوان مثال ، اسیدهای آمینه ، مونوساکاریدها ، ترپنوئیدها و نوکلئوتیدها. در مرحله دوم ، پیش سازهای با هزینه انرژی ATP به اشکال فعال شده تبدیل می شوند. در مرحله سوم ، مونومرهای فعال شده در مولکولهای پیچیده تری ترکیب می شوند ، به عنوان مثال پروتئین ها ، پلی ساکاریدها ، لیپیدها و اسیدهای نوکلئیک.

همه موجودات زنده نمی توانند تمام مولکولهای فعال بیولوژیکی را سنتز کنند. اتوتروفها (به عنوان مثال گیاهان) می توانند مولکولهای آلی پیچیده را از مواد کم مولکولی معدنی ساده مانند دی اکسید کربن و آب سنتز کنند. هتروتروفها برای ایجاد مولكولهای پیچیده تر نیاز به منبعی از مواد پیچیده تر مانند مونوساكاریدها و اسیدهای آمینه دارند. ارگانیسم ها با توجه به منابع اصلی انرژی خود طبقه بندی می شوند: فوتواتروتروف ها و فوتو هتروتروف ها از نور خورشید انرژی دریافت می کنند ، در حالی که شیمی اتوتروتف ها و شیمی درمانی از واکنش های اکسیداسیون معدنی انرژی دریافت می کنند.

ویرایش اتصال کربن

فتوسنتز فرایند بیوسنتز قندها از دی اکسید کربن است که در آن انرژی لازم از نور خورشید جذب می شود. در گیاهان، سیانوباکتری ها و جلبک ها ، فتولیز آب در هنگام فتوسنتز اکسیژن رخ می دهد ، در حالی که اکسیژن به عنوان یک محصول جانبی آزاد می شود. برای تبدیل CO₂ 3-فسفوگلیسرات از انرژی ATP و NADP ذخیره شده در فتوسنتزها استفاده می کند. واکنش اتصال کربن با استفاده از آنزیم ریبولوز بیس فسفات کربوکسیلاز انجام می شود و بخشی از چرخه کالوین است. سه نوع فتوسنتز در گیاهان طبقه بندی می شود - در طول مسیر مولکول های سه کربن ، در مسیر مولکول های چهار کربن (C4) ، و فتوسنتز CAM. سه نوع فتوسنتز در مسیر اتصال دی اکسید کربن و ورود آن به چرخه کالوین متفاوت است ؛ در گیاهان C3 ، اتصال CO.₂ بطور مستقیم در چرخه کالوین و در C4 و CAM CO رخ می دهد₂ قبلاً در ترکیبات دیگر گنجانده شده است. اشکال مختلف فتوسنتز سازگاری با جریان شدید نور خورشید و شرایط خشک است.

در پروکاریوتهای فتوسنتزی مکانیسم اتصال کربن متنوع تر است. دی اکسید کربن را می توان در چرخه کالوین ، در چرخه معکوس کربس یا در واکنش های کربوکسیلاسیون استیل- CoA ثابت کرد. Prokaryotes - chemoautotrophs همچنین CO را به هم متصل می کند₂ از طریق چرخه کالوین ، اما انرژی حاصل از ترکیبات معدنی برای انجام واکنش استفاده می شود.

کربوهیدرات ها و گلیکان ها را ویرایش کنید

در فرآیند آنابولیسم قند ، اسیدهای آلی ساده را می توان به مثلاً گلوکز به مونوساکاریدها تبدیل کرد و سپس برای سنتز پلی ساکاریدها مانند نشاسته استفاده کرد. تشکیل گلوکز از ترکیباتی مانند پیروات ، لاکتات ، گلیسیرین ، 3-فسفوگلیسیرات و اسیدهای آمینه را گلوکونوژنز می نامند. در فرآیند گلوکونوژنز ، پیروات از طریق مجموعه ای از ترکیبات واسطه به گلوکز-6-فسفات تبدیل می شود که بسیاری از آنها نیز در طول گلیکولیز تشکیل می شوند. با این حال ، گلوکونوژنز فقط گلیکولیز در جهت مخالف نیست ، زیرا چندین واکنش شیمیایی آنزیم های خاص را کاتالیز می کنند ، این امر باعث می شود که به طور مستقل فرآیندهای تشکیل و تجزیه گلوکز را تنظیم کنید.

بسیاری از ارگانیسم ها مواد مغذی را به صورت چربی ها و چربی ها ذخیره می کنند ، با این حال ، مهره داران آنزیمی ندارند که تبدیل استیل CoA (محصولی از متابولیسم اسید چرب) به پیروات (بستر گلوکونوژنز) را کاتالیز می کند. پس از گرسنگی طولانی مدت ، مهره داران شروع به سنتز بدن کتون از اسیدهای چرب می کنند ، که می تواند جایگزین گلوکز در بافت هایی مانند مغز شود. در گیاهان و باکتری ها ، این مشکل متابولیکی با استفاده از چرخه گلیوکسیلات حل می شود ، که از مرحله دکربوکسیلاسیون در چرخه اسید سیتریک عبور می کند و به شما امکان می دهد استیل-CoA را به اگزالواستات تبدیل کرده و سپس از آن برای سنتز گلوکز استفاده کنید.

پلی ساکاریدها عملکردهای ساختاری و متابولیکی را انجام می دهند و همچنین با استفاده از آنزیم های الیگوساکارید ترانسفراز و لیپیدها (گلیکولیپیدها) و پروتئین ها (گلیکوپروتئین ها) ترکیب می شوند.

اسیدهای چرب ، ایزوپرونوئیدها و ویرایش استروئیدها

اسیدهای چرب توسط سنتازهای اسید چرب از استیل-CoA تشکیل می شوند. اسکلت کربن اسیدهای چرب در چرخه واکنش هایی که گروه استیل ابتدا به آن می پیوندند ، گسترش می یابد ، سپس گروه کربونیل به گروه هیدروکسیل کاهش می یابد ، سپس کم آبی و بهبودی بعدی صورت می گیرد. آنزیم های بیوسنتز اسید چرب به دو گروه تقسیم می شوند: در حیوانات و قارچ ها ، تمام واکنش های سنتز اسید چرب توسط یک پروتئین نوع I چند منظوره انجام می شود ، در پلاستیک های گیاهی و باکتری ها ، هر نوع توسط آنزیم های نوع II جداگانه کاتالیز می شود.

ترپنها و ترپنوئیدها نمایندگان بزرگترین کلاس محصولات طبیعی گیاهی هستند. نمایندگان این گروه از مواد مشتقات ایزوپرن هستند و از پیش سازهای فعال ایزوپنتیل پیروفسفات و پیروفسفات دی متیلالیل تشکیل شده اند که به نوبه خود در واکنش های متابولیکی مختلفی شکل می گیرند. در حیوانات و باستان ، ایزوپنتیل پیرو فسفات و دی متیل و پیروفسفات از استیل-CoA در مسیر میوونات سنتز می شود ، در حالی که در گیاهان و باکتری ها ، پیروات و گلیسرآلدهید-3-فسفات بسترهای مسیر غیر موالونات هستند. در واکنشهای بیوسنتز استروئیدی ، مولکولهای ایزوپرن ترکیب شده و اسکالن را تشکیل می دهند که سپس با تشکیل لانوسترول ساختارهای حلقوی تشکیل می دهند. لانسترول را می توان به استروئیدهای دیگر ، مانند کلسترول و ارگونوستول تبدیل کرد.

ویرایش سنجاب ها

ارگانیسم ها در توانایی خود در تولید 20 اسید آمینه مشترک متفاوت هستند. اکثر باکتریها و گیاهان می توانند 20 مورد سنتز کنند ، اما پستانداران قادر به تولید تنها 10 اسید آمینه ضروری هستند. بنابراین ، در مورد پستانداران ، 9 اسید آمینه ضروری باید از مواد غذایی حاصل شود. تمام اسیدهای آمینه از واسطه های گلیکولیز ، یک چرخه اسید سیتریک یا یک مسیر مونوفسفات پنتوز سنتز می شوند. انتقال گروههای آمینه از اسیدهای آمینه به اسیدهای آلفا-کتو ، انتقال نامیده می شود. اهدا کنندگان گروه آمینه گلوتامات و گلوتامین هستند.

اسیدهای آمینه که توسط پیوندهای پپتید متصل می شوند پروتئین تشکیل می دهند. هر پروتئین دنباله منحصر به فردی از اسیدهای آمینه (ساختار پروتئین اولیه) دارد. درست همانطور که حروف الفبا می توانند با تشکیل تغییرات تقریباً بی پایان کلمات ترکیب شوند ، اسیدهای آمینه می توانند در یک دنباله یا دیگری به یکدیگر متصل شوند و پروتئین های متنوعی را تشکیل دهند. آنزیم آمینواسیل-tRNA سنتتاز ، کاتالیز می کند علاوه بر این وابسته به ATP اسیدهای آمینه به tRNA با پیوند استر ، و آمینواسیل-tRNA ها تشکیل می شوند. tRNA های آمینواسیل بسترهایی برای ریبوزومها هستند که اسیدهای آمینه را با استفاده از ماتریس mRNA در زنجیره های پلی پپتید طولانی قرار می دهند.