תנאי הכרחי לקיומו של כל אורגניזם חי הוא אספקה מתמדת של חומרים מזינים והסרה של תוצרי קצה של ריקבון.
מהו מטבוליזם בביולוגיה
מטבוליזם, או חילוף חומרים, הוא קבוצה מיוחדת של תגובות כימיות המתרחשות בכל אורגניזם חי כדי לשמור על פעילותו וחייו. תגובות אלו מאפשרות לגוף להתפתח, לגדול ולהתרבות תוך שמירה על המבנה שלו ותגובה לגירויים סביבתיים.
חילוף חומרים בדרך כלל מחולק לשני שלבים: קטבוליזם ואנבוליזם. בשלב הראשון, כל החומרים המורכבים מתפרקים והופכים לפשוטים יותר. בצד השני, יחד עם עלויות האנרגיה, מסונתזים חומצות גרעין, ליפידים וחלבונים.
התפקיד החשוב ביותר בתהליך המטבולי ממלאים אנזימים, שהם זרזים ביולוגיים פעילים. הם מסוגלים להפחית את אנרגיית ההפעלה של תגובה פיזית ולווסת מסלולים מטבוליים.
שרשרות ורכיבים מטבוליים זהים לחלוטין עבור מינים רבים, המהווה הוכחה לאחדות המקור של כל היצורים החיים. הדמיון הזה מראה יחסיתהופעה מוקדמת של אבולוציה בהיסטוריה של התפתחות אורגניזמים.
סיווג לפי סוג חילוף החומרים
מהו מטבוליזם בביולוגיה מתואר בפירוט במאמר זה. ניתן לחלק את כל האורגניזמים החיים הקיימים על פני כדור הארץ לשמונה קבוצות, מונחות על ידי מקור הפחמן, האנרגיה והמצע המתחמצן.
אורגניזמים חיים יכולים להשתמש באנרגיה של תגובות כימיות או אור כמקור מזון. גם חומרים אורגניים וגם חומרים אנאורגניים יכולים לשמש כמצע שניתן לחמצן. מקור הפחמן הוא פחמן דו חמצני או חומר אורגני.
ישנם מיקרואורגניזמים אשר, בהיותם בתנאי קיום שונים, משתמשים בסוג שונה של חילוף חומרים. זה תלוי בלחות, תאורה וגורמים אחרים.
ניתן לאפיין אורגניזמים רב-תאיים בכך שלאותו אורגניזם יכולים להיות תאים עם סוגים שונים של תהליכים מטבוליים.
קטבוליזם
ביולוגיה בוחנת את חילוף החומרים והאנרגיה באמצעות מושג כמו "קטבוליזם". מונח זה מתייחס לתהליכים מטבוליים שבמהלכם מתפרקים חלקיקים גדולים של שומנים, חומצות אמינו ופחמימות. במהלך קטבוליזם, מופיעות מולקולות פשוטות המשתתפות בתגובות ביו-סינתטיות. הודות לתהליכים אלו הגוף מסוגל לגייס אנרגיה, ולהפוך אותה לצורה נגישה.
באורגניזמים החיים על ידי פוטוסינתזה (ציאנובקטריה וצמחים), תגובת העברת האלקטרונים אינה משחררת אנרגיה, אלא מצטברת, הודות לאור השמש.
בבעלי חיים, תגובות קטבוליזם קשורות לפירוק של אלמנטים מורכבים לפשוטים יותר. חומרים אלה הם חנקות וחמצן.
קטבוליזם בבעלי חיים מחולק לשלושה שלבים:
- פיצול חומרים מורכבים לחומרים פשוטים יותר.
- פיצול מולקולות פשוטות לפשוטות עוד יותר.
- משחרר אנרגיה.
Anabolism
מטבוליזם (ביולוגיה בכיתה ח' רואה במושג זה) מאופיין גם באנבוליזם - קבוצה של תהליכים מטבוליים של ביוסינתזה עם צריכת אנרגיה. מולקולות מורכבות, שהן בסיס האנרגיה של מבנים תאיים, נוצרות ברצף מהמבשרים הפשוטים ביותר.
ראשית, חומצות אמינו, נוקלאוטידים וחד-סוכרים מסונתזים. אז היסודות לעיל הופכים לצורות פעילות עקב האנרגיה של ATP. ובשלב האחרון, כל המונומרים הפעילים משולבים למבנים מורכבים, כגון חלבונים, ליפידים ופוליסכרידים.
ראוי לציין שלא כל היצורים החיים מסנתזים מולקולות פעילות. ביולוגיה (מטבוליזם מתואר בפירוט במאמר זה) מבדיל בין אורגניזמים כגון אוטוטרופים, כימוטרופים והטרוטרופים. הם מקבלים אנרגיה ממקורות חלופיים.
אנרגיה מאור השמש
מהו חילוף חומרים בביולוגיה? התהליך שבו כל היצורים החיים קיימיםעל כדור הארץ, ומבדיל בין אורגניזמים חיים לחומר דומם.
אנרגיית אור השמש ניזונה מכמה פרוטוזואה, צמחים וציאנובקטריה. אצל נציגים אלו מתרחש חילוף החומרים עקב פוטוסינתזה - תהליך ספיגת החמצן ושחרור פחמן דו חמצני.
עיכול
מולקולות כמו עמילן, חלבונים ותאית מתפרקות לפני השימוש בתאים. העיכול כרוך באנזימים מיוחדים המפרקים חלבונים לחומצות אמינו ופוליסכרידים לחד סוכרים.
בעלי חיים יכולים להפריש אנזימים אלה רק מתאי מיוחד. אבל מיקרואורגניזמים משחררים חומרים כאלה לחלל שמסביב. כל החומרים המיוצרים על ידי אנזימים תאיים נכנסים לגוף באמצעות "הובלה פעילה".
בקרה ורגולציה
מהו מטבוליזם בביולוגיה, תוכלו לקרוא במאמר זה. כל אורגניזם מאופיין בהומאוסטזיס - הקביעות של הסביבה הפנימית של הגוף. הנוכחות של מצב כזה חשובה מאוד עבור כל אורגניזם. מכיוון שכולם מוקפים בסביבה המשתנה כל הזמן, על מנת לשמור על תנאים אופטימליים בתוך התאים, יש לווסת נכון ומדויק את כל התגובות המטבוליות. חילוף חומרים טוב מאפשר לאורגניזמים חיים ליצור קשר מתמיד עם הסביבה ולהגיב לשינויים שלה.
מידע היסטורי
מהו חילוף חומרים בביולוגיה? ההגדרה נמצאת בתחילת המאמר. המושג "מטבוליזם" בפעם הראשונהשימש את תיאודור שוואן בשנות הארבעים של המאה התשע-עשרה.
מדענים חוקרים את חילוף החומרים במשך כמה מאות שנים, והכל התחיל בניסיונות לחקור אורגניזמים של בעלי חיים. אבל המונח "חילוף חומרים" שימש לראשונה על ידי אבן אל-נפיסה, שהאמין שכל הגוף נמצא כל הזמן במצב של תזונה וריקבון, ולכן הוא מאופיין בשינויים תמידיים.
שיעור הביולוגיה "מטבוליזם" יחשוף את כל המהות של מושג זה ויתאר דוגמאות שיעזרו להגדיל את עומק הידע.
הניסוי המבוקר הראשון בחקר המטבוליזם נעשה על ידי סנטוריו סנטוריו ב-1614. הוא תיאר את מצבו לפני ואחרי אכילה, עבודה, שתיית מים ושינה. הוא היה הראשון שהבחין שרוב המזון שנצרך אבד במהלך תהליך "האידוי השקט".
במחקרים הראשוניים, תגובות מטבוליות לא נמצאו, ומדענים האמינו שרקמה חיה נשלטת על ידי כוח חי.
במאה העשרים, אדוארד בוכנר הציג את מושג האנזימים. מאז, חקר המטבוליזם החל בחקר התאים. במהלך תקופה זו, הביוכימיה הפכה למדע.
מהו חילוף חומרים בביולוגיה? ניתן לתת את ההגדרה כדלקמן - זהו סט מיוחד של תגובות ביוכימיות התומכות בקיומו של אורגניזם.
מינרלים
חומרים לא אורגניים ממלאים תפקיד חשוב מאוד בחילוף החומרים. כל התרכובות האורגניות מורכבות מכמויות גדולות של זרחן, חמצן, פחמן וחנקן.
רוב התרכובות האנאורגניות מאפשרות לך לשלוט ברמת הלחץ בתוך התאים. גם הריכוז שלהםמשפיע באופן חיובי על תפקודם של תאי השריר והעצב.
מתכות מעבר (ברזל ואבץ) מווסתות את פעילותם של חלבוני הובלה ואנזימים. כל יסודות הקורט האנאורגניים נספגים דרך חלבוני תחבורה ולעולם אינם נשארים במצב חופשי.
