- Tipus de reaccions metabòliques
- Fonts d'energia metabòlica
- Procés de transformació d'energia química en energia metabòlica
- oxidació
- Energia de reserva
- referències
La energia metabòlica és l'energia que obtenen tots els éssers vius a partir de l'energia química continguda en els aliments (o nutrients). Aquesta energia és bàsicament la mateixa per a totes les cèl·lules; no obstant això, la manera d'obtenir-se és molt diversa.
Els aliments estan formats per una sèrie de biomolècules de diversos tipus, les quals posseeixen energia química emmagatzemada en els seus enllaços. D'aquesta manera, els organismes poden aprofitar l'energia emmagatzemada en els aliments per després utilitzar aquesta energia en altres processos metabòlics.
Tots els organismes vius necessiten energia per créixer i reproduir-se, mantenir les seves estructures i respondre a l'ambient. El metabolisme engloba els processos químics que sostenen la vida i que permet als organismes transformar l'energia química en energia útil per a les cèl·lules.
En els animals, el metabolisme descompon els carbohidrats, lípids, proteïnes i àcids nucleics per proporcionar energia química. Per la seva banda, les plantes converteixen l'energia lumínica de el Sol en energia química per sintetitzar altres molècules; això ho fan durant el procés de fotosíntesi.
Tipus de reaccions metabòliques
El metabolisme comprèn diversos tipus de reaccions que poden agrupar-se en dues grans categories: les reaccions de degradació de molècules orgàniques i les reaccions de síntesi d'altres biomolècules.
Les reaccions metabòliques de degradació constitueixen el catabolisme cel·lular (o reaccions catabòliques). Aquestes impliquen l'oxidació de molècules riques en energia, com la glucosa i altres sucres (carbohidrats). Com aquestes reaccions alliberen energia, se'ls crida exergòniques.
En contrast, les reaccions de síntesi conformen el anabolisme cel·lular (o reaccions anabòliques). Aquestes duen a terme processos de reducció de molècules per formar altres riques en energia emmagatzemada, com el glucogen. A causa de que aquestes reaccions consumeixen energia, se'ls crida endergòniques.
Fonts d'energia metabòlica
Les principals fonts d'energia metabòlica són les molècules de glucosa i els àcids grassos. Aquests constitueixen un grup de biomolècules que poden ser oxidades ràpidament per obtenir energia.
Les molècules de glucosa provenen majorment dels carbohidrats ingerits en la dieta, com l'arròs, el pa, la pasta, entre d'altres derivats de vegetals rics en midó. Quan hi ha poca glucosa a la sang, aquesta també pot obtenir-se de les molècules de glucogen emmagatzemades al fetge.
Durant el dejuni prolongat, o en els processos que requereixin una despesa addicional d'energia, es requereix obtenir aquesta energia a partir dels àcids grassos que són mobilitzats des del teixit adipós.
Aquests àcids grassos pateixen una sèrie de reaccions metabòliques que els activen, i permeten el seu transport cap a l'interior del mitocondri on seran oxidats. Aquest procés s'anomena β-oxidació dels àcids grassos i aporta fins a un 80% d'energia addicional en aquestes condicions.
Les proteïnes i els greixos són l'última reserva per sintetitzar noves molècules de glucosa, particularment en casos de dejuni extrem. Aquesta reacció és de el tipus anabòlic i es coneix com gluconeogènesi.
Procés de transformació d'energia química en energia metabòlica
Les molècules complexes dels aliments com els sucres, els greixos i les proteïnes són fonts riques d'energia per a les cèl·lules, pel fet que gran part de l'energia utilitzada per formar aquestes molècules s'emmagatzema literalment dins dels enllaços químics que les mantenen unides.
Els científics poden mesurar la quantitat d'energia emmagatzemada en els aliments usant un dispositiu anomenat bomba calorimètrica. Amb aquesta tècnica, el menjar es col·loca dins el calorímetre i s'escalfa fins que es crema. L'excés de calor alliberada per la reacció és directament proporcional a la quantitat d'energia continguda en l'aliment.
La realitat és que les cèl·lules no funcionen com calorímetres. En lloc de cremar l'energia en una gran reacció, les cèl·lules alliberen l'energia emmagatzemada en les seves molècules d'aliments lentament a través d'una sèrie de reaccions d'oxidació.
oxidació
L'oxidació descriu un tipus de reacció química en la qual els electrons es transfereixen d'una molècula a una altra, canviant la composició i el contingut energètic de les molècules donant i acceptora. Les molècules dels aliments actuen com a donants d'electrons.
Durant cada reacció d'oxidació involucrada en la descomposició dels aliments, el producte de la reacció té un contingut d'energia més baix que la molècula d'el donant que el va precedir a la ruta.
A el mateix temps, les molècules acceptores d'electrons capturen part de l'energia que es perd de la molècula d'aliment durant cada reacció d'oxidació i l'emmagatzemen per al seu posterior ús.
Eventualment, quan els àtoms de carboni d'una molècula orgànica complexa s'oxiden completament (a la fi de la cadena de reacció) s'alliberen en forma de diòxid de carboni.
Les cèl·lules no fan servir l'energia de les reaccions d'oxidació tan aviat com s'allibera. El que passa és que la converteixen en molècules petites i riques en energia, com l'ATP i el NADH, que poden usar-se en tota la cèl·lula per impulsar el metabolisme i construir nous components cel·lulars.
Energia de reserva
Quan l'energia és abundant, les cèl·lules eucariotes creen molècules més grans i riques en energia per emmagatzemar aquest excés d'energia.
Els sucres i els greixos resultants es mantenen en dipòsits dins de les cèl·lules, alguns dels quals són prou grans per ser visibles a les micrografies electròniques.
Les cèl·lules animals també poden sintetitzar polímers ramificats de glucosa (glicogen), que al seu torn s'agreguen en partícules que es poden observar mitjançant microscòpia electrònica. Una cèl·lula pot mobilitzar ràpidament aquestes partícules sempre que necessiti energia ràpida.
No obstant això, en circumstàncies normals els éssers humans emmagatzemen glicogen suficient per proporcionar un dia d'energia. Les cèl·lules vegetals no produeixen glucogen, sinó que fabriquen diferents polímers de glucosa coneguts com midons, els quals s'emmagatzemen en grànuls.
A més, tant les cèl·lules vegetals com les animals guarden energia a l'derivar la glucosa en les vies de síntesi de greix. Un gram de greix conté gairebé sis vegades l'energia de la mateixa quantitat de glucogen, però l'energia del greix està menys disponible que la de l'glucogen.
Tot i així, cada mecanisme d'emmagatzematge és important perquè les cèl·lules necessiten dipòsits d'energia tant a curt com a llarg termini.
Els greixos s'emmagatzemen en gotetes en el citoplasma de les cèl·lules. Els humans generalment emmagatzemen suficient greix per proveir d'energia a les seves cèl·lules durant diverses setmanes.
referències
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molecular Biology of the Cell (6th ed.). Garland Science.
- Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Bioquímica (8th ed.). WH Freeman and Company
- Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biology (2nd ed.) Pearson Education.
- Lodish et, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molecular Cell Biology (8th ed.). WH Freeman and Company.
- Purves, W., Sadava, D., Orians, G. & Heller, H. (2004). Life: the science of biology (7th ed.). Sinauer Associates and WH Freeman.
- Solomon, I., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biology (7th ed.) Cengage Learning.
- Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level (5th ed.). Wiley.