7.1: מהו מטבוליזם?

סקירה כללית

מטבוליזם מייצג את כל הפעילות הכימית בתא, כולל תגובות הבונות מולקולות (אנבוליזם) וכאלה שמפרקות מולקולות (קטבוליזם). תגובות אנבוליות דורשות אנרגיה, בעוד שתגובות קטבוליות מספקות אותה. לפיכך, חילוף החומרים מתאר כיצד תאים הופכים אנרגיה באמצעות מגוון של תגובות כימיות, שלעיתים הופכות ליעילות יותר בעזרת אנזימים.

מטבוליזם הוא הסכום של כל התגובות הכימיות המתרחשות באורגניזם

מטבוליזם הוא ניהול האנרגיה בתאים ומספק שלוש פונקציות מפתח:

1. המרת מזון לאנרגיה כדי להפעיל תהליכים תאיים שונים,
2. הפקת אנרגיה לבניית רכיבי תאים,
3. ופינוי פסולת.

כדי לייצר אנרגיה, מקרו-מולקולות ממזון חייבות להתפרק למולקולות קטנות יותר - דרך מסלול קטבולי. זה, בתורו, מספק אנרגיה לבניית מולקולות גדולות יותר מאבני בניין קטנות יותר - דרך מסלול אנבולי. במילים אחרות, האנרגיה הפוטנציאלית במזון - המורכבת מהאנרגיה הכימית האצורה בקשרים בין אטומים - ניתנת להמרה לאנרגיה קינטית שניתן להשתמש בה לתגובות תאיות. אנזימים הם כלים מולקולריים חיוניים במסלולים מטבוליים, מכיוון שהם מאיצים מאוד תגובות כימיות רבות על ידי הפחתת כמות האנרגיה הנדרשת.

מסלולים קטבוליים מפרקים מולקולות ומשחררים אנרגיה

קטבוליזם הוא פירוק של מקרו-מולקולות לכל מטרה. פירוק זה כולל את הפירוק של מולקולות מזון למולקולות קטנות יותר שיכולות לשמש כאבני בניין, תהליך המשחרר אנרגיה המועברת ל-ATP. עיכול חלבון הוא דוגמה לקטבוליזם. כדי שהגוף ינצל את החלבון שאנו אוכלים, עליו להתפרק ממולקולות חלבון גדולות לפוליפפטידים קטנים יותר, ולאחר מכן לחומצות אמינו בודדות.

עודף חומצות אמינו שמתפרקות לשחרור הסרה, אמוניה המכילה חנקן. אמוניה זו היא רעילה ברמות גבוהות, ולכן יש להמיר אותה לצורה בטוחה יותר שאורגניזמים יכולים להתמודד ולהיפטר ממנה. בבני אדם, אמוניה משולבת עם פחמן דו חמצני ומומרת לאוריאה לפני שהיא מסולקת מהגוף בצורה של שתן. אורגניזמים אחרים משתמשים בסוגים שונים של פסולת חנקנית, כמו חומצת שתן בציפורים ובזוחלים. בהשוואה לאוריאה, חומצת שתן דורשת הרבה פחות מים להשתחרר מהגוף ולכן יש לה ערך הסתגלותי בתנאים מסוימים.

נתיבים אנבוליים מסנתזים מולקולות מורכבות

מסלולים אנבוליים בונים מולקולות גדולות יותר ממולקולות אבני בניין קטנות יותר, תוך שימוש באנרגיה (בצורת ATP). לדוגמה, אנבוליזם של חלבון כרוך בחיבור חומצות אמינו ליצירת פוליפפטידים. הפוליפפטידים המסונתזים לאחר מכן מתקפלים למבני חלבון תלת מימדיים. עודף חומצות אמינו יכול לשמש לייצור טריגליצרידים ולאחסן אותם כשומן, או להמיר לגלוקוז ולהשתמש בהם לייצור ATP. לפיכך, הן המסלולים האנאבוליים והן המסלולים הקטבוליים נחוצים לשמירה על איזון האנרגיה.

דוגמה נוספת, פחות מוכרת, של אנבוליזם היא ייצור טאנינים מעובה בזרעים. זרעים הנאכלים על ידי בעלי חיים יכולים להיות מוגנים מפני עיכול אם קליפת הזרעים שלהם מכילה טאנינים כהים ודחוסים. צמחים מייצרים טאנינים על ידי קישור מולקולות אנתוציאנין, תוך שימוש באותן תגובות התייבשות המשמשות לבניית פוליפפטידים.