Metabolizm

Metabolizm (z gr. μεταβολή 'zmiana' od μετά 'ponad, poza' i βάλλειν 'rzut') – całokształt reakcji chemicznych i związanych z nimi przemian energii zachodzących w żywych komórkach, stanowiący podstawę wszelkich zjawisk biologicznych. Procesy te pozwalają komórce na wzrost i rozmnażanie, zarządzanie swoją strukturą wewnętrzną oraz odpowiadanie na bodźce zewnętrzne.
Reakcje chemiczne składające się na metabolizm są zorganizowane w szlaki metaboliczne. Są to szeregi reakcji, w których produkty jednej reakcji (nazywane tu metabolitami) są używane jako substraty kolejnej reakcji, a w przekształceniach tych zwykle udział biorą enzymy. Enzymy pozwalają na przeprowadzenie reakcji, które w praktyce nie zaszłyby bez ich udziału, ponieważ byłyby termodynamicznie niekorzystne. Ich działanie polega na obniżaniu energii aktywacji i zwiększaniu szybkości reakcji, sprzęganiu ich z reakcjami spontanicznymi wyzwalającymi energię (korzystnymi termodynamicznie). Enzymy pozwalają na regulację szlaków metabolicznych w odpowiedzi na zmiany warunków wewnątrz komórki lub sygnały pochodzące spoza komórki.
Szlaki metaboliczne można podzielić na dwie duże klasy: przekształcające związki chemiczne z wytworzeniem energii w postaci użytecznej biologicznie oraz wymagające dostarczenia energii, aby mogły zachodzić. Pierwsze z nich, będące reakcjami egzoenergetycznymi, w czasie których następuje przekształcanie związków organicznych w energię, nazywa się reakcjami katabolicznymi lub bardziej ogólnie katabolizmem. Drugie natomiast, będące reakcjami endoenergetycznymi, czyli wymagającymi dostarczenia energii, jak tworzenie glukozy, lipidów lub białek, nazywa się reakcjami anabolicznymi lub anabolizmem.
Genetycznie uwarunkowane możliwości metaboliczne danego organizmu decydują o zakwalifikowaniu danej substancji jako „przydatnej” lub „nieprzydatnej” (lub nawet „trującej”), jej użyciu i przetworzeniu. Dla przykładu, niektóre organizmy prokariotyczne (np. bakterie z rodzaju Beggiatoa) używają siarkowodoru jako źródła energii, włączając go w swoje szlaki metaboliczne, podczas gdy m.in. dla zwierząt gaz ten jest trujący (H2S blokuje oksydazę cytochromową). Tempo metabolizmu wpływa natomiast na ilość pożywienia, jaka będzie niezbędna do prawidłowego funkcjonowania danego organizmu.
Szlaki metaboliczne wykazują duże podobieństwo nawet u gatunków o niezwykle dalekim pokrewieństwie. Przykładowo zestaw enzymów, tożsamych w funkcji i niezwykle podobnych w strukturze, biorących udział w cyklu kwasu cytrynowego można znaleźć zarówno u bakterii Escherichia coli, jak i u organizmów wielokomórkowych. Ta uniwersalność szlaków metabolicznych jest prawdopodobnie efektem ich dużej wydajności, a więc istniejącej, dodatniej presji ewolucyjnej do ich podtrzymania, a także wczesnego pojawienia się w ewolucyjnej historii życia.

context: Uporządkowanie struktur komórkowych i cząsteczek związków organicznych jest możliwe tylko dzięki stałemu dostarczaniu do komórki energii. Organizmy heterotroficzne zdolne są jedynie do pozyskiwania energii ze związków organicznych. Kluczowym elementem wytwarzania energii przydatnej dla komórki jest fosforylacja oksydacyjna. Organizmy określane nazwą fotoautotrofy zdolne są do wykorzystania energii światła i zamiany energii fal elektromagnetycznych na energię wiązań chemicznych. Niezbyt liczna grupa organizmów należących do prokariontów – chemoautotrofy posiada zdolność do wykorzystania energii pochodzącej z utleniania związków nieorganicznych w procesie chemosyntezy.
qas: question: W jaki sposób może dojść do doprowadzenia do porządku struktur komórkowych oraz cząsteczek związków organicznych?
answers: text: tylko dzięki stałemu dostarczaniu do komórki energii
generative_answer: tylko dzięki stałemu dostarczaniu do komórki energii

question: Jakie istoty są w stanie zdobywać energię tylko ze związków organicznych?
answers: text: Organizmy heterotroficzne
generative_answer: Organizmy heterotroficzne

question: Jakie zjawisko stanowi najważniejszy aspekt wytwarzania energii pożytecznej dla komórki?
answers: text: fosforylacja oksydacyjna
generative_answer: fosforylacja oksydacyjna

question: Jaki mechanizm są w stanie przeprowadzić fotoautotrofy?
answers: text: wykorzystania energii światła i zamiany energii fal elektromagnetycznych na energię wiązań chemicznych
generative_answer: wykorzystać energię światła i zamienić energię fal elektromagnetycznych na energię wiązań chemicznych

question: Skąd pochodzi cała energia pożytkowana przez chemoautotrofy?
plausible_answers: text: utleniania związków nieorganicznych w procesie chemosyntezy
generative_answer: utleniania związków nieorganicznych w procesie chemosyntezy