7.1 : ما هو التمثيل الغذائي؟

نظره عامه

يمثل التمثيل الغذائي كل النشاط الكيميائي في الخلية ، بما في ذلك التفاعلات التي تبني الجزيئات (الاستقلاب) وتلك التي تكسر الجزيئات (الهدم). تتطلب التفاعلات الابتنائية الطاقة ، بينما توفرها التفاعلات التقويضية. وهكذا ، يصف التمثيل الغذائي كيف تقوم الخلايا بتحويل الطاقة من خلال مجموعة متنوعة من التفاعلات الكيميائية ، والتي غالباً ما تكون أكثر كفاءة بمساعدة الإنزيمات.

الأيض هو مجموع كل التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الكائن الحي

الأيض هو إدارة الطاقة في الخلايا و يوفر ثلاث وظائف رئيسية:

1. تحويل المواد الغذائية إلى طاقة لتشغيل العمليات الخلوية المختلفة ،
2. إنتاج الطاقة لبناء مكونات الخلية ، و
3. إزالة منتجات النفايات.

لإنتاج الطاقة ، يجب تقسيم الجزيئات الكبيرة من الطعام إلى جزيئات أصغر _ من خلال المسار التقويضي. وهذا بدوره يوفر الطاقة لبناء جزيئات أكبر من كتل بناء أصغر _ من خلال المسار الابتنائي. بعبارة أخرى ، الطاقة الكامنة في الغذاء _ تتكون من الطاقة الكيميائية المخزنة في الروابط بين الذرات ، يمكن تحويلها إلى طاقة حركية يمكن استخدامها للتفاعلات الخلوية. تعتبر الإنزيمات من الأدوات الجزيئية الأساسية في المسارات الأيضية ، لأنها تسرع بشكل كبير العديد من التفاعلات الكيميائية عن طريق تقليل كمية الطاقة المطلوبة.

المسارات التقويضية تكسر الجزيئات و تحرر الطاقة

الهدم هو انهيار الجزيئات الكبيرة لأي غرض من الأغراض. يتضمن ذلك تحلل جزيئات الطعام إلى جزيئات أصغر يمكن استخدامها كوحدات بناء ، وهي عملية تطلق الطاقة التي يتم نقلها إلى أدينوسين ثلاثي الفوسفات. هضم البروتين هو مثال على الهدم. لكي يستخدم الجسم البروتين الذي نتناوله ، يجب تقسيمه من جزيئات البروتين الكبيرة إلى عديد ببتيدات أصغر ، ثم إلى أحماض أمينية فردية.

الأحماض الأمينية الزائدة التي يتم تكسيرها للإزالة تطلق ، الأمونيا المحتوية على النيتروجين. هذه الأمونيا سامة عند مستويات عالية ، وبالتالي يجب تحويلها إلى شكل أكثر أماناً يمكن للكائنات الحية التعامل معه والتخلص منه. في البشر ، يتم دمج الأمونيا مع ثاني أكسيد الكربون وتحويلها إلى يوريا قبل إخراجها من الجسم على شكل بول. تستخدم الكائنات الحية الأخرى أنواعاً مختلفة من النفايات النيتروجينية ، مثل حمض البوليك في الطيور والزواحف. بالمقارنة مع اليوريا ، يتطلب حمض البوليك كمية أقل بكثير من الماء ليتم إطلاقه من الجسم ، وبالتالي فإن له قيمة تكيفية مع ظروف معينة.

المسارات الابتنائية تخلق الجزيئات المعقدة

تُنشئ المسارات الابتنائية جزيئات أكبر من جزيئات اللبنات الأصغر ، باستخدام الطاقة (في شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات). على سبيل المثال ، يتضمن التمثيل الغذائي للبروتين توتير الأحماض الأمينية معاً لتشكيل عديد الببتيدات. ثم يتم طي البولي ببتيدات المُصنَّعة إلى هياكل بروتينية ثلاثية الأبعاد. يمكن استخدام الأحماض الأمينية الزائدة لصنع الدهون الثلاثية وتخزينها على شكل دهون ، أو تحويلها إلى جلوكوز واستخدامها لصنع أدينوسين ثلاثي الفوسفات. وبالتالي ، فإن كلا من المسارات الابتنائية والتقويضية ضروريان للحفاظ على توازن الطاقة.

مثال آخر أقل شهرة من الابتنائية هو إنتاج العفص المكثف في البذور. يمكن حماية البذور التي تأكلها الحيوانات من الهضم إذا كانت طبقات بذورها تحتوي على العفص المكثف داكن اللون. تنتج النباتات العفص عن طريق ربط جزيئات الأنثوسيانين ، باستخدام نفس تفاعلات تخليق الجفاف المستخدمة لبناء عديد الببتيدات.