METABOLSK ENERGI: TYPER, KILDER OG TRANSFORMASJON - BIOLOGI - 2026

Den metabolske energien er energien som alle levende vesener får fra den kjemiske energien i mat (eller næringsstoffer). Denne energien er i utgangspunktet den samme for alle celler; Imidlertid er måten å få tak i den veldig mangfoldig.

Mat består av en serie biomolekyler av forskjellige typer, som har kjemisk energi lagret i sine bindinger. På denne måten kan organismer dra nytte av energien som er lagret i mat og deretter bruke denne energien i andre metabolske prosesser.

Alle levende organismer trenger energi for å vokse og reprodusere, vedlikeholde strukturer og svare på miljøet. Metabolisme omfatter de kjemiske prosessene som opprettholder liv og som lar organismer transformere kjemisk energi til nyttig energi for celler.

Hos dyr bryter metabolisme ned karbohydrater, lipider, proteiner og nukleinsyrer for å gi kjemisk energi. Planter på sin side konverterer lysenergi fra solen til kjemisk energi for å syntetisere andre molekyler; de gjør dette under fotosynteseprosessen.

Typer metabolske reaksjoner

Metabolisme omfatter flere typer reaksjoner som kan grupperes i to brede kategorier: nedbrytningsreaksjonene til organiske molekyler og syntesereaksjonene fra andre biomolekyler.

Metabolske nedbrytningsreaksjoner utgjør cellulær katabolisme (eller katabolske reaksjoner). Disse involverer oksidasjon av energirike molekyler, som glukose og andre sukkerarter (karbohydrater). Siden disse reaksjonene frigjør energi, kalles de eksergoniske.

I kontrast utgjør syntesereaksjoner cellulær anabolisme (eller anabole reaksjoner). Disse utfører prosesser for reduksjon av molekyler for å danne andre rike på lagret energi, for eksempel glykogen. Fordi disse reaksjonene bruker energi, kalles de endergonic.

Kilder til metabolsk energi

De viktigste kildene til metabolsk energi er glukosemolekyler og fettsyrer. Disse utgjør en gruppe biomolekyler som raskt kan oksideres for energi.

Glukosemolekyler kommer mest fra karbohydrater inntatt i kostholdet, for eksempel ris, brød, pasta, blant andre derivater av grønnsaker som er rike på stivelse. Når det er lite glukose i blodet, kan det også fås fra glykogenmolekyler som er lagret i leveren.

Under langvarig faste, eller i prosesser som krever ekstra energiforbruk, er det nødvendig å få denne energien fra fettsyrer som mobiliseres fra fettvev.

Disse fettsyrene gjennomgår en serie metabolske reaksjoner som aktiverer dem, og lar deres transport til det indre av mitokondriene hvor de vil bli oksidert. Denne prosessen kalles ß-oksidasjon av fettsyrer og gir opptil 80% ekstra energi under disse forholdene.

Proteiner og fett er den siste reserven for å syntetisere nye glukosemolekyler, spesielt i tilfeller av ekstrem faste. Denne reaksjonen er av den anabole typen og er kjent som glukoneogenese.

Prosess for transformasjon av kjemisk energi til metabolsk energi

Komplekse matmolekyler som sukker, fett og proteiner er rike energikilder for celler, fordi mye av energien som brukes til å lage disse molekylene bokstavelig talt blir lagret i de kjemiske bindingene som holder dem sammen.

Forskere kan måle mengden energi som er lagret i mat ved hjelp av en enhet som kalles en bombe kalorimeter. Med denne teknikken blir maten plassert inne i kalorimeteret og oppvarmet til den brenner. Den overskytende varmen som frigjøres ved reaksjonen, er direkte proporsjonal med mengden energi som er i maten.

Realiteten er at celler ikke fungerer som kalorimeter. I stedet for å brenne energi i en stor reaksjon, frigjør celler energien som er lagret i matmolekylene sakte gjennom en serie oksidasjonsreaksjoner.

oksidasjon

Oksidasjon beskriver en type kjemisk reaksjon der elektroner overføres fra et molekyl til et annet, og endrer sammensetning og energiinnhold i donor- og akseptormolekyler. Molekyler i mat fungerer som elektrondonorer.

Under hver oksidasjonsreaksjon involvert i nedbrytningen av mat, har reaksjonsproduktet et lavere energiinnhold enn donormolekylet som gikk foran det på banen.

Samtidig fanger elektronakseptormolekylene noe av energien som går tapt fra matmolekylet under hver oksidasjonsreaksjon og lagrer den for senere bruk.

Til slutt, når karbonatomene i et komplekst organisk molekyl oksideres fullstendig (på slutten av reaksjonskjeden) frigjøres de som karbondioksid.

Celler bruker ikke energien fra oksidasjonsreaksjoner så snart den frigjøres. Det som skjer er at de konverterer det til små, energirike molekyler, som ATP og NADH, som kan brukes i hele cellen for å øke metabolismen og bygge nye cellulære komponenter.

Ventemakt

Når det er rikelig med energi, lager eukaryote celler større, energirike molekyler for å lagre denne overskytende energien.

De resulterende sukker og fett blir holdt i avsetninger i celler, hvorav noen er store nok til å være synlige på elektronmikrografer.

Dyreceller kan også syntetisere forgrenede polymerer av glukose (glykogen), som igjen samles til partikler som kan observeres ved elektronmikroskopi. En celle kan raskt mobilisere disse partiklene når den trenger rask energi.

Imidlertid lagrer mennesker under normale omstendigheter nok glykogen til å gi en dags energi. Plante celler produserer ikke glykogen, men lager i stedet forskjellige glukosepolymerer kjent som stivelse, som er lagret i granuler.

I tillegg sparer både plante- og dyreceller energi ved å avlede glukose i fettsynteseveiene. Ett gram fett inneholder nesten seks ganger energien til den samme mengden glykogen, men energien fra fett er mindre tilgjengelig enn den fra glykogen.

Fortsatt er hver lagringsmekanisme viktig fordi celler trenger både kortsiktige og langsiktige energilagre.

Fett lagres i dråper i cytoplasma av celler. Mennesker lagrer vanligvis nok fett til å drive cellene i flere uker.

referanser

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