Scambio di energia - di cosa si tratta e di quali fasi ha

Il metabolismo è tutte le reazioni chimiche che si verificano nelle cellule degli organismi viventi, viene anche chiamato metabolismo. È diviso in anabolismo e catabolismo, cioè metabolismo energetico. Il primo riguarda la formazione di composti chimici semplici più complessi. Questo processo è anche chiamato scambio di plastica. Per la sua realizzazione richiede energia, che viene ottenuta dalla cellula a causa del catabolismo. Con questo processo, la cellula sintetizza il necessario acidi nucleici proteine, polisaccaridi e simili. Tutte queste sostanze possono agire come un materiale da costruzione per la cellula e l'organismo nel suo insieme, svolgere la funzione di enzimi, ormoni, ecc. Ci soffermeremo sul secondo processo - il metabolismo energetico - in modo più dettagliato.

Cos'è il catabolismo?

Il metabolismo energetico è un processo durante il quale le sostanze con una struttura complessa sono suddivise in più semplici o sono ossidate, in conseguenza del quale il corpo riceve l'energia necessaria per la vita. Il catabolismo coinvolge diverse fasi, durante le quali avvengono varie reazioni chimiche. Si distinguono per tre.

Fasi del metabolismo energetico

Elencando le fasi del catabolismo, si può distinguere tra preparatorio, anaerobico (senza ossigeno) ed aerobico (usando l'ossigeno).

Fase preparatoria

In questo momento, molecole complesse di composti come proteine, carboidrati e lipidi sono suddivise in più semplici, e in questa fase i polimeri vengono convertiti in monomeri. Questo processo avviene all'esterno della cellula, negli organi dell'apparato digerente. Ciò comporta succo gastrico e una varietà di enzimi. L'ossigeno non è richiesto per le reazioni in questa fase. Come risultato delle reazioni che si sono verificate in questo momento, le proteine ​​denaturano e si degradano in amminoacidi, carboidrati complessi essi vengono convertiti in semplici monosaccaridi, il glicerolo e gli acidi superiori sono formati dai lipidi. Parte del processo di questo stadio si verifica anche nei lisosomi della cellula sotto l'influenza degli enzimi idrolasi.

Il secondo stadio: fermentazione anaerobica

Il metabolismo energetico ha una fase di fermentazione, che è anche chiamata glicolisi. Inoltre non richiede la partecipazione di ossigeno nelle reazioni chimiche. In linea di principio, molte sostanze organiche possono essere fermentate, ma soprattutto sono carboidrati. Nel processo di reazioni chimiche utilizzate in questa fase di catabolismo, alcoli, anidride carbonica, acetone, acidi organici, in alcuni casi si formano idrogeno e altre sostanze. I batteri, i funghi unicellulari e le piante che fermentano attivamente, sono ampiamente utilizzati nell'industria, ad esempio per la produzione di alcol etilico, la produzione di formaggi e altri prodotti a base di acido lattico, nell'industria della panificazione per la produzione di pasta. La fermentazione è anche chiamata ossidazione incompleta.

Le reazioni che si verificano in questa fase e il loro uso

Un esempio delle reazioni chimiche che si verificano in questa fase può essere definito il più comune: la fermentazione alcolica. Questo è il processo di scissione del glucosio o del fruttosio sotto l'influenza di speciali enzimi, in cui vengono rilasciati anidride carbonica e alcol etilico e vengono anche formate molecole di ATP. L'equazione di questa reazione chimica è la seguente: C6H12O6 = 2C2H5ON + CO2 + 2ATP. Sono gli organismi che utilizzano questa reazione per ottenere l'energia necessaria, sono utilizzati nell'industria per la fabbricazione di bevande alcoliche. Come risultato del processo utilizzato per l'energia batteri lattici formato acido lattico. L'equazione è la seguente: C6H12O6 = C3H6O3 + 2ATP. Nelle cellule di animali e funghi, la reazione è diffusa, a seguito della quale l'acido piruvico viene rilasciato. Questo processo ha il seguente aspetto: С6Н12О6 = 2С3Н4О3 + (4Н) + 2АТФ.

La terza e ultima fase è la respirazione cellulare.

Si verifica nei mitocondri. In questa fase le sostanze sono ossidate, a causa delle quali viene rilasciata una certa quantità di energia. Com'era già possibile indovinare, l'ossigeno prende parte a tali processi.
Viene fornito a diversi tessuti di organismi multicellulari con l'aiuto di eritrociti contenenti emoglobina per il suo trasporto. In questa fase, la cellula divide le sostanze ottenute nelle fasi precedenti in modo più semplice: anidride carbonica e acqua. Queste due sostanze sono necessariamente formate a causa della normale combustione di qualsiasi materia organica. Al fine di realizzare la completa ossidazione di un composto organico centinaia di migliaia di volte più veloce di quanto potrebbe bruciare, e senza l'uso di temperature elevatissime, la cellula ha bisogno di vari enzimi che sono contenuti nei lisosomi. Inoltre, per ottenere energia a causa della respirazione cellulare, è necessaria la sostanza ADP - adenosina difosfato, che è anche usata per molti altri scopi. La principale reazione chimica che viene utilizzata in questa fase del metabolismo energetico può essere scritta come segue: 2С3Н6О3 + 6О2 + 36Н3РО4 + 36ADF = 6CO2 + 42Н2О + 36АТФ. Dall'equazione si può vedere che con tale processo viene rilasciata una notevole quantità di energia. Anche in questa fase, può verificarsi la reazione di completa ossidazione dell'acido piruvico, a seguito della quale viene rilasciata anche energia, ma in quantità minore.

Come si forma l'ossigeno nell'atmosfera?

A causa del fatto che il processo principale in cui si trova il metabolismo energetico degli animali, alcuni batteri e funghi, è precisamente la respirazione cellulare, l'ossigeno è vitale per questi organismi. E un così alto contenuto nell'atmosfera del nostro pianeta lo dobbiamo alle piante - i polmoni della Terra. Ci danno ossigeno e prendono l'anidride carbonica dall'aria attraverso la fotosintesi, con cui ottengono la materia organica di cui hanno bisogno da semplici sostanze inorganiche (molto spesso glucosio o fruttosio). Il processo di fotosintesi avviene a causa dell'energia solare, che funge da acceleratore per questo tipo di reazioni chimiche. L'equazione della fotosintesi può essere scritta come segue: 6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2. I processi considerati in questo articolo dimostrano ancora una volta che tutto in natura è correlato: la fotosintesi avviene con l'uso di anidride carbonica, inutile per gli animali, e lo scambio di energia di quest'ultimo è impossibile senza ossigeno, che viene rilasciato dalle piante come sottoprodotto della fotosintesi.

Quali organelli cellulari sono coinvolti nel metabolismo energetico?

Prima di tutto, questi sono i mitocondri, è in loro che avviene l'intero processo della respirazione cellulare. Le sostanze che sono state ottenute durante la fermentazione anaerobica, cioè il secondo stadio del metabolismo energetico, sono ossidate sulle loro creste. Inoltre questi sono lisosomi, già citati più volte nel testo. Essi contengono nella loro cavità delimitata da una membrana un numero di enzimi necessari per tutte le reazioni. Nel citoplasma della cellula con l'aiuto di questi organoidi, si verifica il processo di ossidazione incompleta (glicolisi) dei composti organici. I prodotti formati in questa fase con la partecipazione di enzimi contenuti nei lisosomi, sono la materia prima per la successiva respirazione cellulare che si verifica nei mitocondri. Inoltre, i microtubuli sono coinvolti in questi processi, che trasportano sostanze attraverso la cellula, così come la membrana plasmatica, che contiene proteine ​​speciali che trasferiscono i composti chimici necessari per il metabolismo energetico dall'ambiente al citoplasma.