Aineenvaihduntaprosessit ovat biokemiallisten reaktioiden sekvenssejä, joita tapahtuu elävissä soluissa elämän ylläpitämiseksi. Ne voidaan jakaa kahteen päätyyppiin. Kataboliset prosessit tai reitit sisältävät monimutkaisten molekyylien hajottamisen ruoasta pienemmiksi yksiköiksi, joita voidaan käyttää uusien molekyylien rakennuspalikoina tai energian tuottamiseksi. Anaboliset reitit sisältävät energian käyttöä uusien kemikaalien rakentamiseen, joista tulee solujen komponentteja. Nämä reaktiot mahdollistavat useat orgaaniset katalyytit, jotka tunnetaan entsyymeinä.
Yhdessä nämä kahden tyyppiset aineenvaihduntaprosessit mahdollistavat organismien ottamien raaka -aineiden tai ravinteiden muuttamisen kudoksiksi. Yksi yhdiste, joka on yhteinen kaikille soluelämälle, on välttämätön näille muutoksille. Adenosiinitrifosfaattia (ATP) käytetään varastoimaan ravinteista, kuten hiilihydraateista, saatua energiaa ja vapauttamaan energiaa, kun sitä tarvitaan uusien molekyylien rakentamiseen.
Kataboliset prosessit
Jotkut organismit, kuten vihreät kasvit, valmistavat itse ruokansa epäorgaanisista materiaaleista, kun taas toiset, kuten eläimet, kuluttavat orgaanisia materiaaleja ravinnon saamiseksi. Eläinten syömä ruoka voidaan jakaa kolmeen päätyyppiin – hiilihydraatit, lipidit (rasvat ja öljyt) ja proteiinit. Ruoansulatus sisältää katabolisia prosesseja, jotka hajottavat ne yksinkertaisempiin komponentteihin. Esimerkiksi suhteellisen monimutkaiset hiilihydraatit, kuten polysakkaridit ja disakkaridit, hajotetaan glukoosiksi ja proteiinit aminohapoiksi. Näitä yksinkertaisempia yhdisteitä voidaan käyttää anabolisissa prosesseissa uusien materiaalien rakentamiseen tai ne voidaan hajottaa edelleen energian tuottamiseksi.
Solun hengitys on prosessi, jossa hiilihydraatti glukoosi (C6H12O6) hajoaa hiilidioksidiksi (CO2) ja veteen (H2O), jolloin syntyy energiaa, joka varastoituu ATP: hen. Menettelyyn kuuluu hapettuminen, ja jos ilmakehän happea on saatavilla, sitä käytetään aerobisessa hengityksessä. Tämä prosessi tapahtuu eläimissä, kasveissa ja joissakin mikro -organismeissa. Kokonaisreaktion voi tiivistää seuraavasti
C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O
mutta prosessi tapahtuu useissa vaiheissa ja yksityiskohdat ovat melko monimutkaisia.
Olosuhteissa, joissa ei ole vapaata happea, tapahtuu anaerobinen hengitys. Tämä löytyy vain tietyistä mikro -organismeista, jotka elävät maaperässä, hajoavassa orgaanisessa aineessa, meren alla, syvällä maan alla ja eläinten suolistossa. Nämä organismit käyttävät vaihtoehtoja, kuten nitraatteja, sulfaatteja, fumaraattia ja jopa rikkiä vapaan hapen sijasta. Anaerobinen hengitys on paljon vähemmän tehokasta kuin aerobinen prosessi ja tuottaa paljon vähemmän ATP: tä, mutta maapallon historian alussa – ennen kuin ilmakehässä oli vapaata happea – tämä oli ainoa mahdollinen hengitysmuoto.
Eläimissä lipidit hapetetaan myös hiilidioksidiksi ja veteen, mutta ensimmäiset vaiheet ovat erilaisia. Organismien kemia tapahtuu vesipohjaisessa ympäristössä, mutta rasvat ja öljyt eivät sekoitu veteen. Ensimmäinen askel on emulgoida nämä aineet, mikä tarkoittaa niiden muuttamista muotoon, joka sekoittuu veteen samalla tavalla kuin pesuaineet voivat auttaa puhdistamaan öljyvuodot. Tämä tehdään saippuan kaltaisilla aineilla, joita sappi vapauttaa sappirakon ohutsuoleen. Sitten lipidit hajoavat rasvahappoiksi ja glyseroliksi, jotka voivat imeytyä suoliston läpi ja jotka voivat sitten käydä läpi hapettumisreaktioita, jotka ovat samanlaisia kuin hiilihydraateilla.
Proteiinit ovat erittäin suuria, monimutkaisia molekyylejä, jotka koostuvat rakennuspalikoista, joita kutsutaan aminohapoiksi. Ne metaboloituvat erilaisilla reaktioilla, jotka jakavat ne aminohapoiksi, jotka voivat imeytyä ja käyttää sitten soluissa. Yleensä proteiineja ei käytetä energian tuottamiseen, vaan aminohappoja käytetään uusien proteiinien valmistamiseen kudosten ja lihasten rakentamiseksi. Tapauksissa, joissa ruokavaliossa ei ole hiilihydraatteja tai rasvoja ja elimistö on käyttänyt rasvansa, proteiineja voidaan käyttää energian tuottamiseen niiden aminohappojen hapettumisen avulla. Näissä tapauksissa keho voi alkaa hajottaa lihasproteiineja.
Anaboliset prosessit
Nämä tunnetaan myös nimellä biosynteesi, nämä ovat reaktioita, jotka kuluttavat katabolisten prosessien ATP: hen varastoiman energian. Niihin kuuluu proteiinien rakentaminen aminohapoista ja DNA: n rakentaminen nukleotideista. Eläimiin voidaan sisällyttää myös lihasten supistukset, jotka vaikuttavat liikkeeseen, koska ne edellyttävät varastoidun energian käyttöä. Kasveissa glukoosin synteesi hiilidioksidista ja vedestä fotosynteesin kautta on toinen anabolinen reitti.
Aineenvaihdunta ja kehon paino
Ruoasta katabolian avulla saatu energia voidaan käyttää heti, anabolisilla prosesseilla, mutta jos sitä ei käytetä, suuri osa siitä varastoituu rasvaksi. Ruoasta saatavan energian määrä voidaan mitata kaloreissa. Samoin eri liikuntamuotojen käyttämä määrä voidaan mitata myös tällä tavalla. Jos kuluttaa jatkuvasti enemmän kaloreita kuin kulutetaan, rasvaa kertyy, mikä johtaa painonnousuun. Päinvastoin, jos kaloreita kuluu enemmän kuin kulutetaan, keho saa energiaa käyttämällä rasvansa ja laihtua.