Metabolizam ćelije

U živoj ćeliji se neprekidno odvija ogroman broj hemijskih reakcija. Celina svih hemijskih procesa, odnosno, ukupan promet materije i energije naziva se metabolizam.

Metabolizam karakterišu dva osnovna procesa:

• anabolizam i
• katabolizam.

Anabolizam (grč. anabole - penjanje, uspon) predstavlja sintezu složenih jedinjenja iz prostih, uz potrošnju energije i delovanje odgovarajućih enzima (fotosinteza, sinteza proteina itd.). Energija je sposobnost vršenja rada. Potrebno je uložiti rad da bi se dva prosta molekula spojila u jedan složen, drugim rečima reakcije sinteze zahtevaju energiju. Katabolizam (grč. katabole - bacanje nadole) su reakcije razgradnje složenih jedinjenja na prosta, uz oslobađanje energije i delovanje enzima (disanje, varenje).

Pošto se anabolizam neprekidno odvija (ćelija neprekidno sintetiše proteine, šećere, masti idr.) ćelija ima stalnu potrebu za energijom. Živa ćelija, bez obzira na vrstu organizma, energiju dobija oksidacijom organskih jedinjenja, tj. njihovim sagorevanjem (što pripada kataboličkim procesima). Organska jedinjenja se polako i postupno oksidišu tako da se energija iz njih otpušta sporo, delimično u vidu toplote, a delom i kao hemijska energija (ATP) koju ćelija može da koristi u anabolizmu.

Energija (u vidu molekula ATP) potrebna za odvijanje procesa anabolizma dobija se u procesima katabolizma.

Podela živih bića

Po načinu dobijanja organskih molekula, koji služe kao izvor energije živa bića se dele u dve velike grupe:

• autotrofe (grč. autos - sam, trophe - hrana) i
• heterotrofe.

Autotrofi su sposobni da sami stvaraju organske materije iz neorganskih, i u zavisnosti od toga koji izvor energije koriste za tu sintezu, autotrofni organizmi mogu biti:

• fotosintetički (fototrofni), koriste Sunčevu energiju kao izvor energije za proizvodnju hranljivih materija u procesu fotosinteze
• hemosintetički (hemotrofni), koji kao izvor energije za proizvodnju hrane koriste hemijsku energiju koju dobijaju oksidacijom različitih neorganskih jedinjenja.

Heterotrofi uzimaju gotove organske materije hranom i sagorevanjem tih materija obezbeđuju potrebnu energiju. Hrana heterotrofa direktno ili indirektno potiče iz organskih materija nastalih fotosintezom.

Adenozin trifosfat (ATP)

ATP

Najznačajnije jedinjenje bogato energijom u ćeliji je adenozin trifosfat, koji po svojoj hemijskoj građi spada u nukleotide. Molekul ATP-a se sastoji od adenina, riboze i tri fosfatne grupe . Dve krajnje fosfatne grupe vezane su kovalentnim vezama koje su bogate energijom (označene su na šemi znakom ~). Kada se te veze razgrade oslobađa se relativno velika količina energije. Kada se iz ATP-a oslobodi jedna krajnja fosfatna grupa nastaje adenozin difosfat (ADP), izdvajanjem još jedne krajnje fosfatne grupe iz ADP nastaje adenozin monofosfat (AMP).

Za više podataka pogledati ATP

Fosforilacija

Fosfatna grupa koja se oslobodila iz ATP-a ili ADP-a, je bogata energijom i vezujući se za neko jedinjenje ona i njega obogaćuje energijom (proces se naziva fosorilacija). Na taj način se energija iz ATP-a koristi u procesima anabolizma. Obnavljanje (sinteza) ATP-a vrši se vezivanjem fosfatnih grupa prvo za AMP, pri čemu nastaje ADP, a zatim od njega ATP . Ovo je omogućeno parnim reakcijama u kojima su reakcije koje troše energiju (anaboličke), vezane za reakcije koje oslobađaju energiju (kataboličke). Energija koja se oslobađa u katabolizmu koristi se za ponovnu sintezu ATP-a iz ADP-a. Stoga sistem ATP/ADP služi kao univerzalan način za razmenu enrgije, koji se kreće između reakcija u kojima se oslobađa energija i reakcija u kojima se ona troši.

ATP nastaje kao glavni energetski proizvod procesa razgradnje sastojaka hrane procesom oksidacije.. Jedan deo energije koji se otpušta u ovim procesima se sačuva u vidu ATP-a, a ostatak se gubi u vidu toplote. Ovako dobijeni ATP se koristi za vršenje svih oblika rada u ćeliji. Svega oko 1/3 aTP-a troši se za reakcije anabolizma. Ostala količina energije se troši na kretanje, mišićne kontrakcije, transport materija kroz membranu ćelije itd).

Enzimi (fermenti)

Reakcije u ćeliji odigravaju se velikom brzinom, što je omogućeno prisustvom prirodnih (bioloških) katalizatora – enzima. Odlika katalizatora je da ubrzava hemijsku reakciju i usmerava njen tok, ali se tokom te reakcije ne troši. Enzimi ubrzavaju biohemijske reakcije tako što snižavaju energiju aktivacije koja je potrebna da bi otpočela određena reakcija. Bez enzima je nemoguća razmena materije i energije u ćeliji.

Za više podataka pogledati enzimi

Literatura

• Šerban, M, Nada: Ćelija - strukture i oblici, ZUNS, Beograd, 2001
• Grozdanović-Radovanović, Jelena: Citologija, ZUNS, Beograd, 2000
• Pantić, R, V: Biologija ćelije, Univerzitet u Beogradu, beograd, 1997
• Diklić, Vukosava, Kosanović, Marija, Dukić, Smiljka, Nikoliš, Jovanka: Biologija sa humanom genetikom, Grafopan, Beograd, 2001
• Petrović, N, Đorđe: Osnovi enzimologije, ZUNS, Beograd, 1998.

Snežana Trifunović, dipl. biolog