همه چیز راجب متابولیسم

[Alastor]

متابولیسم معمولاً به دو دسته تقسیم می‌شود. فروگشت (کاتابولیسم) که باعث شکسته شدن مواد و تولید انرژی به وسیله تنفس سلولی می‌شود، و فراگشت (آنابولیسم) که برای ساخت اجزای سلول از جمله پروتئین‌ها و اسید نوکلئیک از انرژی استفاده می‌کند.

 

[Alastor]

واکنش‌های شیمیایی دگرگشت در مسیرهای سوخت‌وساز سازماندهی می‌شوند، که طی آن‌ها یک ماده شیمیایی توسط دنباله‌ای از آنزیم‌ها در طول مجموعه‌ای از مرحله‌ها به ماده شیمایی دیگر تبدیل می‌شود. آنزیم‌ها برای دگرگشت ضروری هستند زیرا با اتصال به فرایندهای خود به خودی که انرژی آزاد می‌کنند به ارگانیسم اجازه می‌دهند تا انرژی لازم برای واکنش‌های مطلوبی که خود به خودی نیستند را فراهم کنند. آنزیم‌ها به عنوان فروکافت باعث می‌شوند تا واکنش‌ها با سرعت بیشتری عمل کنند. آنزیم‌ها به نظریه کنترل مسیرهای متابولیکی در پاسخ به تغییرات در محیط یاخته یا نشانه‌گذاری یاخته‌ای از سلول‌های دیگر نیز اجازه می‌دهند.

 

[Alastor]

سیستم سوخت و ساز یک سازواره (ارگانیسم) مشخص تعیین می‌کند که کدام ماده سمی و کدام ماده مغذی است. به عنوان مثال، بعضی پروکاریوت‌ها از سولفید هیدروژن به عنوان ماده مغذی استفاده می‌کنند، در حالیکه این گاز برای حیوانات سمی است.[۱] سرعت دگرگشت، میزان سوخت‌وساز پایه، بر مقدار مواد غذایی لازم برای سازواره و همچنین توانایی آن در بدست آوردن غذا تأثیر دارد.

یکی از ویژگی‌های قابل توجه سوخت و ساز شباهت آن به مسیرهای سوخت‌وساز پایه و اجزای بین گونه‌های بسیار متفاوت است.[۲] به عنوان مثال، مجموعه‌ای از کربوکسیلیک اسیدها که به عنوان حدواسط در چرخه اسید سیتریک شناخته می‌شوند در تمام موجودات زنده شناخته شده وجود دارند، در گونه‌هایی از باکتری تک یاخته‌ای اشریشیا کولی و پرسلولی‌های عظیم مثل فیل‌ها یافت می‌شوند.[۳] این شباهت قابل توجه در مسیرهای سوخت و ساز احتمالاً به دلیل شباهت اولیه آن‌ها در تاریخ تکاملی و حفظ اثربخشی آن است.[۴][۵]

به‌طور خلاصه می‌توان گفت: دگرگشت، روندهای شیمیایی هستند که ادامهٔ زندگی را برای سلول‌ها امکان‌پذیر می‌سازد.[۶]

 

[Alastor]

سوخت‌وساز یا متابولیسم (به فرانسوی: Métabolisme، متابولیسم)(به انگلیسی: Metabolism، متابولیزِم)، مجموعهٔ تغییرات ترکیبی و تخریبی در موجودات زنده است. دگرگشت مجموعه‌ای از تحولات شیمیایی زندگی پایدار در سلول‌های سازواره‌های زنده است. آنزیم‌هایی که واکنش‌ها را کاتالیز می‌کنند، به سازواره‌ها (ارگانیسم‌ها) اجازه رشد و تولیدمثل، حفظ ساختار، و پاسخ به محیط خود را می‌دهند. کلمه دگرگشت به تمام واکنش‌های شیمیایی که در ارگانیسم زنده اتفاق می‌افتد نیز اشاره دارد، از جمله گوارش و انتقال مواد به داخل و بین سلول‌های مختلف، که در اینصورت مجموعه واکنش‌های درون سلول‌ها، دگرگشت واسطه‌ای یا دگرگشت متوسط نامیده می‌شود.

 

[Alastor]

زیست‌شیمی کلیدی
ویرایش

بیشتر ساختارهایی که حیوانات، گیاهان و میکروب‌ها را تشکیل می‌دهند از سه دسته اساسی مولکول‌ها تشکیل شده‌اند: آمینواسیدها، کربوهیدرات‌ها و لیپیدها (اغلب چربی‌ها نامیده می‌شوند). همان‌طور که این مولکول‌ها برای زندگی اساسی هستند، واکنش‌های متابولیکی روی ساخت این مولکول‌ها در ساخت و ساز یاخته‌ها و بافت‌ها، یا شکستن آن‌ها و استفاده از آن‌ها به عنوان منبع انرژی به وسیله هضم آن‌ها تمرکز دارند. این واکنش‌ها می‌توانند برای ساخت بسپارهایی از جمله دی‌ان‌ای و پروتئین‌ها، درشت‌مولکول‌هایی که برای زندگی اساسی هستند، به یکدیگر متصل می‌شوند.

نوع مولکول نام شکل تک‌پار نام شکل بسپار نمونه‌هایی از اشکال بسپار
آمینو اسیدها آمینو اسیدها پروتئین‌ها (همچنین پلی پپتید نیز نامیده می‌شوند) پروتئین‌های فیبری و پروتئین‌های کروی
کربوهیدرات‌ها تک‌قندی چندقندی نشاسته، گلیکوژن و سلولز
اسید نوکلئیک نوکلئوتید چند نوکلئوتیدها دی‌ان‌ای و آران‌ای

 

[Alastor]

آمینو اسیدها و پروتئین‌ها
ویرایش
پروتئین‌ها از اتصال زنجیره‌ای خطی آمینواسیدها که با پیوند پپتیدی به هم متصل هستند تشکیل شده‌اند. بسیاری از پروتئین‌ها آنزیم‌هایی هستند که کاتالیزگر واکنش‌های شیمیایی در متابولیزم می‌باشند. دیگر پروتئین‌ها عملکرد ساختاری یا مکانیکی دارند، از جمله آن‌هایی که به شکل چارچوب یاخته، سامانه داربست هستند که شکل یاخته را حفظ می‌کنند.[۷] پروتئین‌ها همچنین در نشانه‌گذاری یاخته، پادتن‌ها، چسبندگی یاخته‌ای، انتقال فعال سلولی در سراسر غشا و چرخه یاخته‌ای نقش دارند.[۸] آمینو اسیدها نیز با ارائه یک منبع کربن برای چرخه اسید سیتریک (چرخه تری‌کربوکسیلیک اسید)[۹] در دگرگشت انرژی سلولی دخالت دارند، به‌ویژه زمانی که منبع اولیه انرژی مثل گلوکز کمیاب بوده یا زمانی که سلول تحت تأثیر فشار سوخت‌وساز است.[۱۰]

 

[Alastor]

لیپیدها
ویرایش
لیپیدها گروهی با بیشترین تنوع زیست‌شیمیایی هستند. استفاده اساسی آن‌ها در ساختار غشاهای زیستی داخلی و خارجی می‌باشد، مانند پوسته یاخته یا به عنوان منبع انرژی استفاده می‌شوند.[۸] لیپیدها معمولاً به عنوان ماده آب‌گریز یا آمفی‌پاتیک مولکول‌های بیولوژیکی تعریف می‌شوند اما در حلال‌های آلی از جمله بنزن و کلروفرم حل می‌شوند.[۱۱] چربی‌ها گروه بزرگی از ترکیبات هستند که از اسید چرب و گلیسیرول تشکیل شده‌اند؛ یک مولکول گلیسرول به سه استر اسید چرب متصل شده و تری‌گلیسیرید نامیده می‌شود.[۱۲]

 

[Alastor]

کربوهیدرات‌ها
ویرایش
کربوهیدرات‌ها آلدهیدها یا کتون‌هایی با اتصال گروه هیدروکسیل هستند که به صورت زنجیره‌های مستقیم یا حلقه‌ای وجود دارند. کربوهیدرات‌ها فراوان‌ترین مولکول‌های زیستی هستند و نقش‌های متعددی از جمله ذخیره و انتقال انرژی (نشاسته، گلیکوژن) و ترکیبات ساختاری (سلولوز در گیاهان، کیتین در جانوران) دارند.[۸] واحد اصلی کربوهیدرات‌ها تک‌قندی‌ها هستند و شامل گالاکتوز، فروکتوز و از همه مهمتر گلوکز می‌باشند. تک‌قندی‌ها با روش‌های نامحدودی می‌توانند با هم پیوند یافته و چندقندی‌ها را تشکیل دهند.[۱۳]

 

[Alastor]

نوکلئوتیدها
ویرایش
دو اسیدنوکلوئیک دی‌ان‌ای و آران‌ای پلیمرهای نوکلئوتیدها هستند، هر نوکلئوتید از یک گروه فسفات متشکل از یک گروه قند ریبوز با یک پایه نیتروژنی تشکیل شده‌است. اسیدهای نوکلئیک برای ذخیره‌سازی و استفاده از اطلاعات ژنتیکی مهم هستند و در طول فرایندهای رونویسی و زیست‌ساخت پروتئین بیان می‌شوند.[۸] این اطلاعات توسط مکانیسم‌های بازسازی دی‌ان‌ای محافظت و توسط همانندسازی گسترش می‌یابند. بیشتر ویروس‌ها ژنوم آران‌ای دارند، به عنوان مثال اچ‌آی‌وی، از روش رونویسی معکوس برای تشکیل الگو دی‌ان‌ای از ژنوم آران‌ای ویروسی استفاده می‌کند.[۱۴] آران‌ای در ریبوزیم‌ها به عنوان پیرایشگر بوده و در ریبوزوم‌ها مشابه آنزیم‌هایی هستند که می‌توانند واکنش‌های شیمیایی را کاتالیز کنند. نوکلئوزیدهای منحصر به فرد توسط اتصال باز نوکلئوتیدی با یک قند ریبوز تشکیل می‌شوند. این بازهای حلقه هتروسیکلی حاوی نیتروژن، به نام پورین‌ها یا پریمیدین‌ها دسته‌بندی می‌شوند. نوکلئوتیدها به عنوان کوآنزیم در واکنش‌های انتقال گروه دگرگشتی نیز عمل می‌کنند.[۱۵]

 

[Alastor]

کوآنزیم‌ها
ویرایش
سوخت و ساز شامل آرایه وسیعی از واکنش‌های شیمیایی است، اما اغلب در چند نوع اساسی از واکنش‌ها که شامل انتقال گروه‌های عاملی از اتم‌ها و پیوندهای بین آن‌ها در درون مولکول‌ها قرار می‌گیرند.[۱۶] این شیمی مشترک به سلول‌ها اجازه می‌دهد تا از مجموعه کوچکی از واسطه‌های شیمیایی برای حمل گروه‌های شیمیایی بین واکنش‌های مختلف استفاده کنند.[۱۵] این واسطه‌های انتقال گروهی را کوآنزیم می‌نامند. هر دسته از واکنش‌های انتقال گروهی توسط کوآنزیم مخصوص انجام می‌شوند، که برای مجموعه‌ای از آنزیم‌هایی که آن‌ها را تولید کرده‌اند، و مجموعه‌ای از آنزیم‌هایی که آن‌ها را مصرف می‌کنند پیش ماده هستند. این کوآنزیم‌ها به‌طور مداوم تولید، مصرف و بازیافت می‌شوند.[۱۷]

یکی از کوآنزیم‌های مرکزی آدنوزین تری‌فسفات (ATP) می‌باشد، که انرژی همگانی را در سلول‌ها انتشار می‌دهد. این نوکلئوتید از انرژی شیمیایی انتقال بین واکنش‌های شیمیایی مختلف استفاده می‌کند. تنها مقدار کمی از ATP در سلول‌ها وجود دارد، اما به‌طور مداوم بازسازی می‌شود، بدن انسان می‌تواند در حدود وزن خود ATP در روز مصرف کند.[۱۷] ATP به عنوان پلی بین کاتابولیسم و آنابولیسم عمل می‌کند. کاتابولیسم مولکول‌ها را شکسته و آنابولیسم آن‌ها را به هم متصل می‌کند. واکنش‌های کاتابولیسم ATP را تولید و واکنش‌های آنابولیسم آن را مصرف می‌کنند. این ماده همچنین به عنوان یک حامل از گروه‌های فسفاتی در واکنش‌های فسفرگیری عمل می‌کند.