Een van die wesenlikste kenmerke van enige lewende organisme is 'n voortdurende metabolisme. Daar kan tussen twee soorte metabolisme onderskei word: die voortdurende afbreek van organiese materiaal (katabolisme of dissimilasie), en die opbou van nuwe stowwe uit organiese voedingstowwe wat opgeneem is (anabolisme of assimilasie).
Hierdie prosesse geskied deur die bemiddeling van ensieme en, in die meeste gevalle, in die aanwesigheid van suurstof. Deur materiaal af te breek, kom energie vry, terwyl die vervaardiging van stowwe energie nodig het. 'n Wisselterm vir metabolisme is dus energiewisseling.
Tydens groei en by massatoename word daar meer stowwe gebruik as afgebreek, dit wil sê die anabolisme is groter as die katabolisme. In volwasse organismes wat volgroei is, bestaan daar 'n dinamiese ewe wig tussen opbouing en afbreking, want liggaamsdele word voortdurend afgebreek en dan weer opgebou. Selfs in organe waar reserwevoedsel geberg word, bly die vetvoorraad nie onaangetas nie, maar reserwevoedsel word voortdurend bygevoeg of weggeneem. 'n Organisme sterf wanneer sy metabolisme ophou en ontbinding tree in.
Struktuurverlies vind onmiddellik plaas, want energie is nodig vir die voortbestaan van strukture. Slegs by plantsade en sommige insekte-eiers en –larwes kan metabolisme feitlik heeltemal ophou sonder dat strukturele skade gely word. Die belangrikste elemente waaruit organismes opgebou word, is koolstof, suurstof, waterstof, stikstof, fosfor, swael, metale soos yster en koper, halogene soos fluoor en jodium, asook mikroëlemente (spoorelemente) soos mangaan, magnesium en kobalt.
Deur die proses van fotosintese kan slegs groen plante organiese verbindings uit eenvoudige anorganiese bestanddele vervaardig. Organismes sonder chlorofil, soos swamme en diere, kan dit nie doen nie, want hulle is heterotrofe en is as sodanig afhanklik van die chemiese energie wat plante deur fotosintese in organiese verbindings vasvang. Metabolisme kan dus kortliks gedefinieer word as al die chemiese veranderinge wat in die selle van lewende organismes plaasvind. Die veranderinge word deur ensieme gekataliseer.
Mens en dier Diere is heterotrofe, dit wil sê hulle moet hut voedsel in die vorm van koolhidrate, vette en proteïene inneem om hieruit energie vir hul metaboliese prosesse te verkry. Saam met die voedsel word water, minerale en soute opgeneem, wat onontbeerlik is vir die handhawing van die water- en soutbalans van die liggaamsvloeistowwe.
Anders as sekere uitsonderlike bakterieë, kan diere en mense nie energie uit water, minerale of soute verkry nie. Die energie wat tydens metabolisme verkry word, word deur organismes gebruik om arbeid te verrig. 'n Dier verrig altyd arbeid, selfs wanneer dit in 'n volmaakte rustoestand verkeer, omdat die liggaam energie nodig het om hart en senuweewerking, die bloedsomloop en die temperatuursregulering in stand te hou.
Die metabolisme wat plaasvind tydens 'n dier se rustoestand, staan bekend as die basale metabolisme en dit omsluit al die prosesse wat nodig is om 'n rustende organisme se belangrike funksies in stand te hou. Die energieverbruik word bepaal deur die organisme se lengte, massa, ouderdom en geslag.
By warmbloedige (homoio-termiese) diere, soos voëls en soogdiere, word 'n groot deel van die energie omgesit in warmte, wat nodig is om 'n konstante liggaamstemperatuur te handhaaf. Koudbloedige (poikilotermiese) diere kan nie 'n konstante liggaamstemperatuur handhaaf nie, sodat hulle metaboliese tempo wissel na gelang van die temperatuur van die omgewing. Wanneer die omgewing warm is, sal die diere 'n hoër metaboliese tempo hê, wat 'n groter energie-omsetting tot gevolg het.
Die diere is gevolglik meer aktief. Wanneer dit kouer is, sal die diere 'n vertraagde metabolismetempo hê, wat beteken dat die energieomsetting minder en die diere baie traag is. Sommige poikilotermiese diere, soos miere, bye en termiete, wat in kolonies hou, reguleer die temperatuur van hul neste met behulp van die ander lede van die kolonie.
Gedurende die winter daal die metaboliese tempo van koudbloedige diere tot 'n lae vlak, wat vergelyk kan word met die metaboliese tempo van warmbloedige soogdiere, wat 'n winterslaap deurmaak. In die tyd sal die diere feitlik geen voedsel inneem nie en die handhawing van metabolisme is afhanklik van vetvoorrade wat die diere gedurende die somer opgebou het.
Koolhidraatmetabolisme Die koolhidrate in voedsel word met behulp van ensieme in die spysverterings soos kanaal opgebreek tot eenvoudige suikers, waarvan glukose die belangrikste is. In die sitoplasma van die liggaamselle word glukose gedurende glukolise afgebreek tot pirodruiwesuur.
Pirodruiwesuur word dan deur middel van 'n ensiemkompleks wat dit dehidreer, verander na asetiel, en dan met koënsiem A verbind om die baie belangrike tussenproduk asetiel koënsiem A te vorm. Asetiel word tot die Krebssiklus (sitroensuursiklus) in die mitochondrion gevoeg, waar dit met oksaalsuur reageer en sitroensuur vorm. Sitroensuur word in die strome van die mitochondrion afgebreek gedurende die reaksies van die sitroensuursiklus tot CO2 en energieryke waterstof.
Die waterstof word na die membrane van die mitochondrion vervoer, waar aansienlike hoeveelhede energie vrykom deur middel van oksidatiewe fosforilering (die waterstof-oordragsisteem) en die energie vasgelê word in die vorm van adenosientrifosfaat (ATP, ook ATF).
Die Krebssiklus en oksidatiewe fosforilering kan net in die teenwoordigheid van suurstof plaasvind en is dus aërobiese prosesse, Wanneer die metaboliese tempo baie hoog is, word daar te veel van die glukose in die bloed gebruik, wat kan lei tot 'n lae glukosekonsentrasie in die bloed. Om dit aan te vul, kan die polisakkaried en glikogeen wat in die lewer- en spierselle geberg word, onder die invloed van die hormone insulien en glukagon afgebreek word tot glukose.
Glukose word nie alleen vir die produksie van energie aangewend nie. 'n Hoeveelheid word in 'n reeks reaksies, die pentosefosfaatsiklus (ook bekend as die heksosemonofosfaatwisseling of die fosfoglukonaatsiklus), omvorm om 'n aantal funksies te verrig. Gedurende die reaksies word glukose, 'n heksose (seskoolstofsuiker), omgesit in 'n pentose (vyfkoolstofsuiker). Die pentose word aangewend in die vervaardiging van nukleïensure (DNS en RNS) asook verskeie ander molekules.
Saam met die omskakeling word daar 'n meer energieryke verbinding, NADPH gevorm (waar NADP nikotienamiedadeniendinukleotiedfosfaat is en NADPH die vorm voorstel wat 'n energiewaterstof dra). NADPH is onder meer betrokke by die vervaardiging van vetsure, cholesterol en enkele aminosure, waar dit 'n energiedraer is. 'n Baie belangrike funksie van NADPH is om reduksievermoë aan selle te gee om oksidatiewe skade te herstel wat deur aërobiese respirasie aan die membraanstelsels aangerig is.
Glukose is in baie gevalle die bousteen waarmee komplekse koolhidrate gebou word. Glukose en energie word gebruik om die koolhidraat glikogeen te vervaardig, wat as 'n energiebereplek vir diere dien. Laktose, 'n disakkaried wat in die melk van soogdiere voorkom, word vervaardig van glukose en galaktose. Diere bou ook self hulle verskillende mukopolisakkariede, soos hialuronsuur, wat in die verbindingsweefsels, die sinoviale vloeistof van gewrigte en die glasagtige vloeistof van die oog voorkom.
Vetmetabolisme Daar word bereken dat 'n volwasse persoon van 'n gemiddelde inkomstegroep ongeveer 100 g vet per dag eet. In die spysverteringskanaal word die vette afgebreek tot hoofsaaklik vetsure en gliserol, wat net soos glukose hoofsaaklik as energieverskaffende voedsel vir selle dien. Gliserol word in die sitoplasma van selle omgeskep tot dihidroksi-asetoonfosfaat, wat 'n tussenbestanddeel van glukolise is.
Hiervandaan word dit normaalweg geoksideer, Die vetsure word afgebreek tot asetielgroepe, wat met asetiel koënsiem A verbind is en word in die vorm in die sitroensuursiklus ingevoer, waarna verdere energie verkry word deur oksidatiewe fosforilering. Indien die liggaam 'n energieoorskot het, wat beteken dat 'n oormaat van koolhidrate en proteïene beskikbaar is, kan vette op twee maniere verwerk word: Die oortollige asetiel koënsiem A-molekule in die selle word deur 'n reeks ingewikkelde reaksies tot vetsure gesintetiseer, terwyl gliserol verkry kan word deur dihidroksi-asetoonfosfaat ('n tussenproduk van glukolise) te reduseer.
Die vetsure word na die vetweefsels (adiposeweefsels) van die liggaam vervoer, waar dit saam met gliserol gekoppel word en meer vet so gevorm word. Sodoende vermeerder organismes se massa. Die trigliseriede (vette) word hoofsaaklik rondom die belangrike organe van die liggaam, soos die hart en niere, aangetref. Vet kan ook onder die huid neergelê word. Dit kan hier verwyder word wanneer die liggaam meer energie nodig het. Die liggaam het vette nodig vir verskeie strukturele funksies.
Diere en die mens kan die meeste van hul eie onversadigde vetsure self vervaardig, maar hulle moet die meeste van hulle onversadigde vetsure van plantolie verkry. Die belangrikste van hierdie vetsure, linoleïensuur, word alleen deur plante vervaardig, maar diere en die mens het dit nodig om onder meer 'n baie belangrike vetsuur, aragidonsuur, die voorganger van die prostaglandiene hormone, te vervaardig. Hierdie hormone is die eerste keer in die prostaatklier van mans ontdek, maar dit word in toenemende mate ook in ander organe gevind.
Die groot fisiologiese betekenis van die hormone het aanleiding gegee tot intensiewe navorsing daaroor. Hierdie poli-onversadigde vetsure, linoleïensuur en aragidonsuur, vorm baie belangrike strukturele bestanddele van die selmembraan. Asetielkoënsiem A is 'n tussenproduk, nie net vir die sitroensuursiklus en vetsuursintese nie, maar ook 'n beginproduk van cholesterol, op sy beurt 'n voorganger van die geslagshormone. Cholesterol is ook betrokke by die vervaardiging van cholsuur, wat die grondstof is van die galsure en baie belangrik is vir die vertering van vette in die dunderm.
Proteïenmetabolisme Volwasse persone van 'n gemiddelde inkomstegroep neem ongeveer 70 g proteïene per dag in. Proteïene word opgebou deur 20 soorte aminosure in verskillende kombinasies, en in wisselende getalle gerangskik. Proteïene wat afkomstig is van plante en diere, word afgebreek tot aminosure, waaruit die proteïene in die spysverteringskanaal van die dier of mens wat dit geëet het, oorspronklik bestaan het.
Hierdie aminosure word nou gebruik om proteïene, soos ensieme, strukturele proteïene, ensovoorts vir die liggaam te vervaardig. Daar is ongeveer 20 aminosure betrokke by die sintese van liggaamsproteïene. Hulle is in wisselende hoeveelhede nodig, maar 'n paar is onontbeerlik in enige dieet en word dus die essensiële aminosure genoem. Die spesifieke soorte essensiële aminosure wissel van spesie tot spesie, maar die bepalende faktor is dat die dier of mens nie self die aminosuur kan opbou nie.
Wanneer daar in al die behoeftes van proteïensintese voorsien is, word die oortollige aminosure tot sekere tussenprodukte gedeamineer. Dit kan tussenprodukte wees van glukolise of die sitroensuursiklus en kan by die reaksies ingevoer word om tot waterstof en koolsuurgas verwerk te word. Terselfdertyd word aansienlike hoeveelhede energie hieruit verkry. Die meeste karnivore, byvoorbeeld katte, wolwe, valke, krokodille, ensovoorts is feitlik heeltemal van vleis afhanklik vir hulle energievoorsiening deurdat hulle die grootste deel van hul aminosuurinname afbreek om energie daaruit te kry.