| متابوليسم فرآيندي است كه در آن موجود زنده با صرف انرژي مولكولهاي جديد ميسازد. موجودات زنده را از نظر فرآيندهاي متابوليستي ميتوان به دو گروه «آتوتروفها» و «هتروتروفها» تقسيمبندي كرد.
آتوتروفها موجوداتي هستند كه در آنها فرآيند متابوليستي با استفاده از انرژي خورشيد انجام ميگيرد. مثل گياهان كه با استفاده از انرژي خورشيد CO2 و H2O قند توليد ميكنند. به اين فرايند «فتوسنتز» ميگوييم.
هتروتروفها نيز موجوداتي هستند كه با استفاده از مواد غذايي يا معدني، قند و مواد آلي مشابه توليد ميكنند. اين موجودات را بيشتر جانداران، انسان و موجودات تكسلولي تشكيل ميدهند. موجودات تكسلولي دور از خورشيد ادامه حيات ميدهند، مانند باكتريهاي ته دريا.
قند توليدشده در فرآيند مذكور طي يك فرآيند ديگر كه به آن «تنفس سلولي» ميگويند به انرژي تبديل ميشود.
در ابتدا به نظر ميرسد كه فرآيند بالا به سادگيِ فرآيند سوختن چوب است. ولي در واقع يك فرآيند كاملاّ پيچيده است كه خود از دو بخش «هوازي» و «بيهوازي» تشكيل شده است. در واقع براي تبديل گلوكز يا قند به انرژي يك مسير طولاني از تبديلات گوناگون صورت ميگيرد تا انرژي توليد شود. در بخش بيهوازي كه اصطلاحاّ به آن فرآيند «گلوكوليز» ميگويند، مقدار كمي انرژي و در بخش هوازي مقدار بيشتري انرژي توليد ميشود.
سؤال اينجاست كه يك موجود زنده چگونه از انرژيِ توليدشده استفاده ميكند، در حالي كه فرآيند تنفس سلولي يك فرآيند طولاني و تا حدي زمانبر است. ولي انرژي مورد نياز براي هر موجود زنده بايد بهسرعت در اختيار موجود زنده قرار گيرد؟
به زبان سادهتر، زماني كه تصميم به دويدن و حركات سريع ميگيريد، در يك لحظه به انرژي زيادي احتياج داريد. اگر قرار باشد براي برطرف كردن نياز شما به انرژي، فرآيند تنفس سلولي انجام گيرد، بايد مدتي را منتظر بمانيد تا فرآيند انجام گيرد تا انرژي توليد شود و شما از آن بهره بگيريد، ولي در عمل ميبينيد كه بين تصميم شما براي فعاليت و انجام فعاليت، زماني صرف نميشود. پس سؤال را دوباره مطرح ميكنيم: يك موجود زنده چگونه از انرژي استفاده ميكند؟
در جواب بايد گفت كه انرژي آزادشده در فرآيند تنفس سلولي در بستههايي كه به آن ATP ميگويند ذخيره ميشود. در زمان نياز اين بستهها شكسته ميشوند و انرژي لازم براي انجام فعاليت آزاد ميگردد. در اين فرآيند ملكولATP به مولكول ADP كه بستة خالي از انرژي است تبديل ميشود.
ATP چيست و چه كار ميكند؟
واكنشهاي شيميايي را ميتوان به دو دسته تقسيمبندي كرد:
1. واكنشهاي گرمازا
2. واكنشهاي گرماگير
واكنشهاي گرمازا واكنشهايي هستند كه با انجام آنها گرما توليد ميشود و سطح انرژي مواد محصول (Ep) پايينتر از مواد اوليه (Ef) قرار ميگيرد. به عبارت ديگر، پايداري مواد محصول بيشتر است و تفاوت در سطح انرژي، همان گرمايي است كه در ضمن فرآيند آزاد ميشود.
مقدار گرما (Q) در واكنشهاي گرمازا همواره منفي است:
ولي واكنشهاي گرماگير واكنشهايي هستند كه براي انجام واكنش نياز به انرژي يا گرما دارند و در اين واكنشها ما سعي داريم موادي را از سطح انرژي پايينتر به موادي با سطح انرژي بالاتر برسانيم كه ناپايدارترند و البته تفاوت دو سطح انرژي، همان گرمايي است كه واكنش براي انجام نياز دارد. مقدار گرما (Q) در واكنشهاي گرماگير همواره مثبت است:
واكنشهاي گرمازا را واكنشهاي خودبهخودي هم ميگويند. زيرا در اين واكنشها مواد سعي دارند از سطح انرژي بالاتر به سطح انرژي پايينتر بروند.
همة فرآيندهاي زيستي كه در موجودات زنده انجام ميپذيرند، فرآيندهاي خودبهخودي هستند. يعني اين فرآيندها همواره انرژي آزاد ميكنند و اگر يك سلول زنده به تعادل ترموديناميكي برسد، آنگاه مرگ سلول فرا خواهد رسيد.
| تعادل ترموديناميكي زماني اتفاق ميافتد كه كل اجزاي مجموعه كه در فرآيند شركت ميكنند، نه گرما بگيرند و نه گرما از دست بدهند. به عبارت ديگر، هيچ تبادل گرمايي اتفاق نيفتد. |
سؤال مهم اينجاست كه آيا تمام فرآيندهاي درون يك عضو زيستي مثل سلول، خودبهخودي هستند؟ و اگر اينگونه است، پس چه نيازي به غذا و انرژي براي ادامه حيات داريم؟
جواب اين سؤال منفي است، يعني تمام واكنشهاي درون محيطهاي زيستي «به تنهايي» خودبهخودي نيستند و حتي بيشتر واكنشهاي درون محيطهاي زيستي مثل بدن انسان نياز به انرژي دارند. ولي اينكه ميگوييم واكنشهاي زيستي خودبهخودي هستند به اين معناست كه كل يك مجموعه واكنش كه عموماً «واكنش مركب» هستند، خودبهخودي و همراه با توليد انرژي است.
واكنشهاي مركب واكنشهايي هستند كه در چند مرحله انجام ميپذيرند و گرماي واكنش مجموع گرماهاي هر واكنش بهتنهايي است.
در يك سلول يا يك محيط زيستي براي فرآيندهاي گرماگير كه نياز به انرژي دارند واكنش گرمازاي ديگري كنار واكنش اصلي انجام ميگيرد كه نتيجة آن خودبهخودي بودن واكنش است. اين واكنش جانبي، تبديلATP به ADP است.
(توضيح : Q1 مثبت است و Q2 منفي است )
ATP كه اسم علمي آن «آدنونين تري فسفات» است با ساختار شيميايي زير از سه پيوند فسفات تشكيل شده است.
شكسته شدن پيوند هاي فسفات، انرژي زيادي معادل 3/7 كيلو كالري بر مول آزاد ميكند ( ) و البته سطح انرژي ATP نسبت به مولكول ADP (آدنونين دي فسفات) كه دو پيوند فسفات دارد بيشتر است. در واقع، مولكول ATP با از دست دادن يك فسفات و تبديل به ADP انرژي آزاد ميكند. اين انرژي در واكنشهاي گرماگير مصرف ميشود و به ميزان گرماگير بودن واكنش، تعداد بيشتر يا كمتري از واحدهاي ATP به ADP تبديل ميگردد.
مثال: اگر واكنش تبديل A به B، 22 كيلوكالري گرما نياز داشته باشد، ما به چند مول ATP براي انجام واكنش نياز داريم؟
حل:
با توجه به اينكه ميدانيم: 
بنابراين، n=4 به دست ميآيد.
حال اين سؤال مطرح است كه در واكنشهاي گرمازا انرژي به كجا ميرود؟ در جواب اين سؤال بايد گفت كه انرژي حاصل از واكنشهاي گرمازا صرف ساختن ATP از ADP ميشود. يعني انرژي حاصل باعث تشكيل پيوند گروه فسفات با ADP و تبديل آن به ATP ميگردد.
مثال: واكنش تبديل مادة A به B  گرما آزاد ميكند. در اين صورت چند بسته ATP توليد ميشود؟
حل :
با توجه به اينكه ميدانيم همواره
بنابراين، n=3 به دست ميآيد.
بنابراين، ATP مصرفي در فرآيندهاي زيستيِ گرماگير، از ATP توليدي در فرآيندهاي گرمازا استفاده ميكند. اين حرف بدان معني است كه مولكولهاي ATP بستههاي انرژي هستند كه در هر كجا كه نياز باشد از آنها استفاده ميشود.
در تمام محيطهاي زيستي مثل بدن انسان، انرژي در بستههاي ATP حمل و در مواقع لزوم از آنها استفاده ميشود. در واقع، در تمام محيطهاي زنده، از يك سلول تا يك موجود زندة پرسلولي مثل انسان، آنچه كه به عنوان انرژي مصرف ميشود، مثل دويدن و راه رفتن در انسان يا تحرك و رشد در يك سلول، از طريق شكستن پيوند ATP به ADP و آزاد شدن انرژي صورت ميگيرد. همچنين تمام انرژيهايي كه در يك موجود زنده جذب ميشود، مثل غذا در انسان، نور خورشيد در گياهان و... در بستههاي ATP از طريق فرآيند تبديل ADP به ATP انجام ميپذيرد. در واقع، تمام فرآيند مصرف انرژي، يك فرآيند كاملا شيميايي است كه به نحو شگفت انگيزي در بدن ما و بسياري از موجودات زنده همواره در حال رويدادن است.
|
راهنمای مطالعه |
درباره ما |
تماس با ما
