|
|
|
 |
METABOLIZM:
Cały wszechświat składa się z dwóch typów form fizycznych – materii i energii. Materią jest wszystko to, co ma jakąś masę i zajmuje pewną przestrzeń (naturalnie materia może posiadać inne cechy jak kształt, wielkość, kolor, temperaturę lecz definicja materii obejmuje te dwa podstawowe parametry inne z nich wynikają). Energią natomiast opisuje się możliwość zmian stanu materii (zmiana kształtu, wielkości, temperatury, itp. ) lub jej położenia (obrót, przesunięcie, itp.). Energia sama w sobie jest niepoliczalna więc mierzy się ją na podstawie zmian energii (energia kinetyczna) lub potencjalną możliwością zmiany energii (energia potencjalna). Jako podstawową jednostkę energii (a dokładnie zmiany energii) przyjęto 1kcal (czyli 1000 kalorii, co jest równoważne 4186,8 J) czyli taką ilość energii jaka jest potrzebna do zmiany 1 litra = 1 kg wody o 1 stopień C. Energia, która ogrzała 1 kg wody o jeden stopień jest energią kinetyczną równą 1kcal, natomiast ogrzana woda posiada energię potencjalną, którą może wydzielić podczas oziębiania się.
Materia ożywiona (organizmy żywe) ma możliwość przetwarzania energii i materii niezbędnych do życia. Wszelkie przemiany materii (chemiczne i fizyczne) i energii z udziałem organizmów żywych nazywa się procesami metabolicznymi lub po prostu metabolizmem. Wyróżnia się dwa podstawowe typy przemian metabolicznych: katabolizm (rozkład) i anabolizm (synteza). Omówienie wszelkich typy procesów chemicznych i fizycznych jakie spotyka się w świecie organizmów żywych wykracza poza ramy tego szkolenia natomiast ogólnie scharakteryzowane są kluczowe dla biologii grupy przemian chemicznych jak: reakcje redukcji i utleniania, reakcje egzoenergetyczne i endoenergetyczne oraz reakcje enzymatyczne.
_______________________________________________________________________
REAKCJE OKSYDO-REDUKCJYJNE:
Typy reakcji chemicznych powinny być omawiane na lekcjach chemii, ponieważ znajomość mechanizmów różnych typów reakcji chemicznych wykracza poza podstawowy plan nauki biologii, jednak kluczowe typy reakcji chemicznych (lub raczej biochemicznych) powinny zostać omówione w niniejszym skrypcie pod kątem biologicznym aby wszystkie artykuły mogły zostać zrozumiane prawidłowo przez biologów.
Reakcje redoks w skrócie polegają na utlenianiu jednego związku przy jednoczesnej redukcji innego. W pojęciu biologicznym utlenianie wiąże się ze spalaniem i rozkładem złożonych związków organicznych celem uwolnienia energii i rzeczywiście tak jest. Jednak utlenianie jednego związku chemicznego zawsze wiąże się z redukcją innego, a sama reakcja redoks nie koniecznie musi być związana z rozkładem złożonych związków na proste. Zawsze jednak wiąże się ze zmianą stopnia utlenienia bądź atomów bądź grup atomów (grup chemicznych).
Stopień utlenienia zależy od ilości wolnych elektronów w atomie lub grupie chemicznej.
Grupa, która oddaje elektrony (donor lub dawca) nazwany jest reduktorem, natomiast biorca (akceptor) – utleniaczem.
Dla uproszczenia można przyjąć, że grupa, której stopień utlenienia zmniejszył się (zmniejszyła się liczba „+” lub zwiększyła „-”), czyli zredukował, uległa redukcji. Tam gdzie się zwiększył – utlenieniu:
2H2 + O2 → 2H2O
O2 + 4e- = 2O-2 – tlen jako utleniacz przyjął elektrony i zredukował się
2H2 – 4e- = 4H+ – wodór jako reduktor oddał elektrony i uległ utlenieniu
2H2 + O2 → 2H2O – tlen jako utleniacz utlenił wodór, a wodór jako reduktor zredukował tlen
_______________________________________________________________________
REAKCJE ENDOENERGETYCZNE I EGZOENERGETYCZNE:
Podobnie jak w przypadku artykułu dotyczącego reakcji redoks ten rozdział dotyczy bardziej zagadnień z dziedziny chemii niż biologii. Jednak omówienie ogólne mechanizmu reakcji z przepływem energii jest niezbędne do zrozumienia mechanizmów wielu przemian biochemicznych w organizmach żywych.
Pojęcie reakcji endo- i egzoenergetycznch jest bardzo proste. Niektóre przemiany chemiczne i biochemiczne wymagają dostarczenia pewnej porcji energii, aby mogły zajść, a w wyniku niektórych energia jest wyzwalana. Przykładowo spalanie (wyobraźmy sobie ognisko) jest procesem, który przebiega z wydzielaniem się energii (płonące ognisko wydziela bardzo dużo ciepła, daje dużo światła – to też rodzaj energii, a gorące powietrze idąc ku górze wykonuje fizyczną pracę, co również wymaga pewnego nakładu energii; ewidentnym przykładem wydzielanej w czasie spalania energii przekładanej na pracę jest spalanie paliwa w silniku spalinowym – energia w postaci pracy, ciepła, światła, dźwięku). W czasie spalania (spalanie wymaga dostępu tlenu) następuje utlenianie związków spalanych (drewno jako przykład węglowodanów utlenia się co mieszaniny związków (popiół) bardzo bogatych w węgiel). Jest to doskonały przykład reakcji egzoenergetycznej, czyli przebiegającej z wydzielaniem się energii.
Kolejny przykład z życia to szklanka gorzkiej herbaty. Wiemy doskonale, że cukier lepiej rozpuszcza się w herbacie gorącej niż w zimnej. Co więcej, w mocno posłodzonej herbacie, która stygnie czasami cukier krystalizuje na dnie. Co więcej cukier lepiej się rozpuści kiedy będziemy mieszać herbatę np. łyżeczką – praca w postaci mieszania również dostarcza energię. Wniosek z tego taki, że fizyczny proces rozpuszczania cukru w wodzie wymaga dostarczania energii do układu (układem w fizyce i chemii nazywa się cały badany zestaw – np. szklanka z herbatą i cukrem) więc jest to proces endoenergetyczny.
W biologii istnieje bardzo wiele procesów i przemian związanych z wydzielaniem lub pochłanianiem energii. Co więcej nie są to wyłącznie skomplikowane reakcje chemiczne, ale również łatwo zauważalne procesy. Rośliny zielone posiadają barwnik chlorofil, który pochłania światło słoneczne i dzięki temu produkują materię organiczną – proces ten nazywa się fotosyntezą. Jest to bardzo skomplikowany proces złożony z szeregu przemian biochemicznych. Jednak wiadomo, że w wyniku fotosyntezy ze związków prostych powstają złożone związki organiczne, a do jego przebiegu niezbędna jest energia światła słonecznego. Zatem sumarycznie fotosynteza jest procesem endoenergetycznym.
Proces spalania węglowodanów np. przez zająca zimą służy miedzy innymi do ogrzewania ciała lub do ucieczki przed drapieżnikiem. Ciepło wydzielone z organizmu pod wpływem pracy mięśni w trakcie ucieczki zająca lub ciepło wydzielane na ogrzanie organizmu jest namacalnym dowodem przebiegu wielu złożonych procesów egzoenergetycznch, z wyniku których wydzielana jest energia.
Szerzej o procesach przemian energetycznych można znaleźć w artykułach o oddychaniu komórkowym.
_______________________________________________________________________
REAKCJE ENZYMATYCZNE:
Reakcje enzymatyczne są najbardziej skomplikowanymi przemianami biochemicznymi, ponieważ wymagają czynnego udziału czynnika białkowego, jakim jest enzym, przy czym istnieje ogromna ilość różnych typów i odmian enzymów. Ogólnie rzecz biorąc niemal wszystkie procesy enzymatyczne są przemianami endoenergetycznymi, czyli wymagającymi dostarczenia pewnej dawki energii do zapoczątkowania przebiegu reakcji (tzw. energia aktywacji). Enzymy są katalizatorami (biokatalizatorami – rodzaj katalizatorów pochodzenia biologicznego) takich przemian, a ich działanie polega na obniżeniu energii aktywacji poprzez tymczasowe i nietrwałe połączenie się z substratami (lub jednym z substratów), maksymalne zbliżenie ich do siebie i ułatwienie zajścia reakcji i ostatecznie odłącznie się od produktu:
A + B + enzym → A–enzym + B → A,B–enzym → C–enzym → C + enzym
Enzymy są substancjami białkowymi, jednak mogą zawierać też elementy niebiałkowe. Białkowa część enzymu nazywa się apoenzymem, niebiałkowa – koenzymem lub grupą prostetyczną (w zależności od wiązania apoenzymu z koenzymem). Apoenzym połączony z koenzymem nazywa się holoenzymem. Wyróżnia się dwa rodzaje koenzymów: koenzymy aktywujące enzym (ich obecność w enzymie warunkuje aktywność enzymu) oraz koenzymy blokujące enzym (kontrolują aktywność enzymów – są to zazwyczaj produkty lub pochodne produktów reakcji enzymatycznej, gdzie katalizatorem jest enzym właśnie blokowany przez produkty reakcji). Dodatkowo mogą występować też substancje nie będące koenzymami, które specyficznie mogą połączyć się z enzymem blokując go – są to tak zwane inhibitory enzymów.
_______________________________________________________________________
|
| Dzisiaj stronę odwiedziło już 5 odwiedzający (6 wejścia) tutaj! |
|
 |
|
|
