במערכות ביולוגיות האיזון נשמר עקב קיומן של שרשראות מזון. כל אורגניזם תופס את מקומו בהם, ומקבל מולקולות אורגניות לצמיחתו ורבייתו. יחד עם זאת, תהליך פיצול חומרים מורכבים לאלמנטים הניתנים להטמעה בכל תא נקרא התפזרות. בביולוגיה, זהו הבסיס לקיומם של אורגניזמים חיים לצד הטמעה. התפזרות נקראת גם קטבוליזם, סוג של חילוף חומרים מתפצל.
שלבי פיסול
התפזרות היא תהליך מורכב המערב את מערכות העיכול של הגוף, המסתכם בהשגת רכיבי מזון, עיבודם וחילוף החומרים בתא. מצע להתפזרות בביולוגיה הוא כל מולקולה אורגנית מורכבת שלגוף יש לה את מערכות האנזים המתאימות לפירוק.
השלב הראשון של הקטבוליזם הוא הכנה. זה כולל את תהליך התנועהלאוכל ולתפיסתו. חלבונים, שומנים ופחמימות בהרכב של רקמות חיות או מתפרקות פועלים כחומרי גלם למזון. שלב ההכנה של פיסול בביולוגיה הוא דוגמה להתנהגות האכלה של אורגניזם ולעיכול חוץ תאי. במהלכו אורגניזמים חד-תאיים מקבלים חומרי גלם אורגניים מורכבים, פגוציטים אותו ומפרקים אותו למרכיבים אלמנטריים.
באורגניזמים רב-תאיים, שלב ההכנה של התפזרות פירושו תהליך התנועה למזון, קבלתו ועיכולו במערכת העיכול, ולאחר מכן חומרי הזנה יסודיים מובלים על ידי מערכת הדם אל התאים. לצמחים יש גם שלב הכנה. הוא מורכב מספיגה של תוצרי ריקבון של חומר אורגני, אשר מועברים מאוחר יותר על ידי מערכות תחבורה לאתר של התפזרות תוך תאית. בביולוגיה זה אומר שלצורך גידול ורבייה של צמחים נדרש מצע שהשמדתו מתבצעת על ידי אורגניזמים נמוכים, כמו חיידקי ריקבון.
פיזור אנאירובי
השלב השני של התפזרות נקרא ללא חמצן, כלומר אנאירובי. זה יותר על פחמימות ושומנים, כי חומצות אמינו אינן עוברות חילוף חומרים, אלא נשלחות לאתר הביוסינתזה. מהן בנויות מקרומולקולות חלבון, ולכן השימוש בחומצות אמינו הוא דוגמה להטמעה, כלומר לסינתזה. התפזרות היא (בביולוגיה) פירוק של מולקולות אורגניות עם שחרור אנרגיה. במקביל, כמעט כל האורגניזמים מסוגלים לבצע חילוף חומרים של גלוקוז, חד-סוכר אוניברסליהוא מקור האנרגיה העיקרי לכל היצורים החיים.
במהלך גליקוליזה אנאירובית, נוצרות 2 מולקולות ATP אשר אוגרות אנרגיה בקשרים מאקרו-אירגיים. תהליך זה אינו יעיל, ולכן דורש צריכה גדולה של גלוקוז עם יצירת מטבוליטים רבים: פירובט, או חומצה לקטית, בחלק מהאורגניזמים - אלכוהול אתילי. חומרים אלה ישמשו בשלב השלישי של התפזרות, אך אתנול ינוצל על ידי הגוף ללא יתרונות אנרגטיים כדי למנוע שיכרון. יחד עם זאת, חומצות שומן, כמוצר של פירוק שומן, אינן ניתנות לחילוף חומרים על ידי אנאירובים חובה, מכיוון שהן דורשות מסלולי מחשוף אירוביים הכוללים אצטיל-קואנזים-A.
התפזרות אירובית
פיזור חמצן בביולוגיה הוא גליקוליזה אירובית, תהליך של פירוק גלוקוז עם תפוקת אנרגיה גבוהה. מדובר ב-36 מולקולות ATP, שהן יעילות פי 18 מגליקוליזה אנוקסית. בגוף האדם ישנם שני שלבים של גליקוליזה, ולכן תפוקת האנרגיה הכוללת במהלך חילוף החומרים של מולקולת גלוקוז אחת היא כבר 38 מולקולות ATP. 2 מולקולות נוצרות בשלב של גליקוליזה נטולת חמצן, ועוד 36 במהלך חמצון אירובי במיטוכונדריה. יחד עם זאת, בחלק מהתאים בתנאים של מחסור בחמצן, הנצפה במחלות כלילית, צריכת מטבוליטים יכולה לעבור רק בדרך נטולת החמצן.
מטבוליזם של אירוביים ואנאירובים
התפזרות באנאירובית ואורגניזמים אירוביים דומה. עם זאת, בשום פנים ואופן לא אנאירובים יכולים להשתתף בחמצון אירובי. זה אומר שהם לא יכולים לקבל שלב שלישי של התפרקות. אורגניזמים שיש להם מערכות אנזימים לקשירת חמצן, למשל ציטוכרום אוקסידאז, מסוגלים לחמצון אירובי, ולכן, במהלך חילוף החומרים, הם מקבלים אנרגיה בצורה יעילה יותר. לכן, פיזור חמצן בביולוגיה הוא דוגמה למסלול המטבולי היעיל ביותר לפירוק גלוקוז, שאפשר את הופעתם של אורגניזמים בעלי דם חם עם מערכת עצבים מפותחת. יחד עם זאת, לתאי עצב אין אנזימים האחראים לפירוק של מטבוליטים אחרים, ולכן הם מסוגלים לפרק גלוקוז בלבד.
