متابولیسم چیست؟ – مسیرهای متابولیکی کدامند؟

متابولیسم یا همان سوخت و ساز در واقع پروسه ای شیمیایی است که در آن ماکرومولکول های موجود در غذا مثل پروتئین ها، چربی ها و کربوهیدرات ها به انرژی مورد نیاز برای انجام فعالیت های مختلف بدن تبدیل می شوند. زمانی که سوخت و ساز بدن پایین باشد، مشکلاتی از جمله خستگی، پرخوری و کاهش وزن دشوار ممکن است برای شخص پیش بیاید که البته با تغییر سبک زندگی و رژیم غذایی می توان این مشکل را بهبود بخشید.

همه گیاهان و جانوران پر سلولی و تک سلولی، توان سوخت و ساز کردن را دارند. مولکول هایی به نام آنزیم ها با کمک به انجام واکنش های انرژی زا و انرژی خواه، در واقع توانایی سوخت و ساز بدن را فراهم می کنند. در کتاب های علوم پایه هفتم و هشتم سوخت و ساز ومتابولیسم توضیح داده شده و برای آشنایی بیشتر این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک را مطالعه می کنیم.

فهرست مطالب :

۱- متابولیسم چیست؟

۲- تاریخچه متابولیسم

۳- مسیر های متابولیک

۱-۳- آنابولیسم

۲-۳- کاتابولیسم

۴- مسیر های کلی متابولیکی

۱-۴- کاتابولیسم کربوهیدرات ها

۲-۴- کاتابولیسم چربی

۳-۴- کاتابولیسم پروتئین

۴-۴- کاتابولیسم اسید چرب

۵- متابولیسم های دیگر

۱-۵- متابولیسم دارویی

۲-۵- متابولیسم نیتروژن

۶- راه های افزایش متابولیسم

۱- متابولیسم چیست؟

در واقع متابولیسم به معنای سوخت و ساز سلولی است که طی آن انرژی نهفته در غذا ها به انرژی لازم برای انجام کارهای مختلف بدن و فعالیت ها تبدیل می شود. متابولیسم شامل هر دو فرایند کاتابولیسم و آنابولیسم تبدیل می شود، که آنابولیسم به معنی بیوسنتز مولکول های آلی پیچیده و تولید مولکول های اساسی یا مولکول هایی که اجزاء اصلی سلول ها محسوب می شوند از راه تجزیه یا کاتابولیسم مولکول های پیچیده تر است. محصولاتی که طی متابولیسم سلول یا همان مجموعه کاتابولیسم و آنابولیسم تولید می شوند، برای بقای نسل و تولید مثل، حرکت، رشد و دیگر کار های موجودات ضروری هستند و بدون آن ها امکان بقا وجود ندارد.

۲- تاریخچه متابولیسم :

در سال ۱۶۱۴ سانتوریو آزمایش هایی را در کتاب خود، (Ars de statica Medecina) منتشر کرد که در آن برای اولین بار آزمایش های کنترل شده ای در رابطه با متابولیسم شرح داده شده بود و باعث معروف شدن او در سطح اروپا شد. شرح این آزمایش بدین گونه بود که او وزن خود را قبل و بعد از انجام فعالیت هایی چون کار کردن، خوابیدن، غذا خوردن، روزه گرفتن، برقرار کردن رابطه جنسی و ….، توسط قپان اندازه گیری کرد و متوجه شد بیشترین اختلاف وزن زمانی رخ می دهد که مواد غذایی از طریق تعریق از بدن خارج می شوند.

۳- مسیر های متابولیک :

مسیر های متابولیکی در دو دسته مسیر های آنابولیکی و کاتابولیکی بیان می شوند که به توضیح آن ها می پردازیم.

۱-۳- آنابولیسم :

فرایندهای آنابولیسمی انرژی خواه هستند و در آن ها مولکول های کوچک به هم می پیوندند و مولکول های آلی بزرگ، ایجاد می کنند که در نتیجه منجر به افزایش نظم و کاهش آنتروپی دستگاه می شود. فتوسنتز و شیمیوسنتز از جمله فرایندهای متابولیسمی است که در بدن جانداران انجام می شود.

* فتوسنتز :

گیاهان سبز، جلبک ها و بعضی از باکتری ها با گرفتن انرژی نورانی خورشید و کربن دی اکسید محیط، آن ها را به کربوهیدرات و اکسیژن تبدیل می کنند که این فرایند فتوسنتز نامیده می شود. فرایند فتوسنتز خود در دو مرحله و سری واکنش انجام می شود که در گیاهان یک مرحله آن درون غشا تیلاکوئیدی کلروپلاست انجام شده و اکسیژن آزاد می کند، مرحله دیگر درون استرومای اندامک کلروپلاست انجام شده و کربن دی اکسید موجود در جو را تثبیت کرده و در نهایت کربوهیدرات تولید می کند، (در این مرحله نیازی به نور نیست).

* شیمیوسنتز :

این فرایند در مقایسه با فتوسنتز کم اهمیت تر است، با این حال یکی از راه های ساخت و تبادل انرژی در بین جانداران محسوب می شود. در واقع انرژی تولید شده در شیمیوسنتز، حاصل اکسید شدن کانی ها و مواد آلی می باشد. به طور کلی گروهی از باکتری ها هستند که توانایی این را دارند بدون تبادل ماده یا انرژی با دیگر موجودات زنده به حیات خود ادامه داده و رشد و نمو کنند. خود این باکتری ها نیز به دو دسته تقسیم بندی می شوند.

باکتری هایی که اتوتروف کامل بوده و از مواد کانی استفاده می کنند، کمولیتوتروف نام دارند، این باکتری ها در اثر اکسیداسیون کانی ها انرژی آزاد کرده و این انرژی را به صورت ATP ذخیره می کنند. نیترواسپیرا و نیتروزموناس از جمله این باکتری ها می باشند. گروه دوم این باکتری ها که به اکسیداسیون مواد آلی حاصل از تجزیه بافت های جانوری یا گیاهی موجود در خاک می پردازند، کموارگانوتروف نام دارند و برای سنتز از انرژی ساخته شده بهره می برند.

۲-۳- کاتابولیسم :

طی کاتابولیسم موجودات زنده، درشت مولکول های آلی مثل پروتئین ها، کربوهیدرات ها و لیپید ها را به مولکول های کوچکتر تجزیه می کنند و انرژی تولید شده در اثر آن صرف انجام فرایند های آنابولیسمی می شود. تخمیر، تنفس نوری و تنفس از جمله مهم ترین فرایند های کاتابولیسمی محسوب می شوند.

* تنفس :

در فرایند تنفس ۳ گروه از مواد که شامل چربی ها، پروتئین ها و کربوهیدرات ها هستند در شرایط هوازی تولید می شوند. به طور کلی تنفس سه مرحله دارد، مرحله اول آن در سیتوپلاسم سلول رخ می دهد که گلیکولیز نام دارد. مرحله دوم تنفس سلولی در ماتریکس اندامک میتوکندری انجام می شود و نام آن چرخه کربس است. مرحله سوم نیز به فسفوریلاسیون اکسیداتیو معروف بوده و محل انجام آن غشا داخلی میتوکندری است و طی این فرایند ATP تولید می شود.

* تخمیر :

بعضی از گونه های گیاهی بی هوازی هستند و می توانند در نبود اکسیژن به حیات خود ادامه بدهند، بعضی از جانداران نیز در هر دو شرایط هوازی و بی هوازی قادر به رشد و نمو هستند. در تخمیر هم مانند تنفس هوازی واکنش های گلیکولیز انجام می شوند و بین این دو مشترک اند. آنزیم پیرووات دکربوکسیلاز در تخمیر الکلی اسید پیروئیک را به استالدئید تبدیل می کند، استالدئید نیز با آنزیم الکل دهیدروژناز به اتانول تبدیل می شود. تبدیل پیروویک اسید به لاکتیک اسید نیز در تخمیر لاکتیک اسید انجام می گیرد.

* تنفس نوری :

در صورتی که مقدار دی اکسید کربن جو کم تر از حد معمول و متعادل باشد، میزان تنفس در گیاه به نسبت فتوسنتز بیشتر می شود و میتوکندری، پراکسی زوم و کلروپلاست اندامک های فعال در این فرایند هستند.

۴- مسیرهای کلی متابولیکی :

متابولیسم اسید نوکلئیک، اسید چرب، پروتئین و کربوهیدرات ها از جمله مسیرهای اصلی متابولیکی سلول هستند. کاتابولیسم این مولکول های بزرگ موضوعی است که در ادامه توضیح خواهیم داد.

۱-۴- کاتابولیسم کربوهیدرات ها :

وجود میتوکندری برای انجام فرایند های کاتابولیسمی ضروری است زیرا چرخه فسفوریلاسیون اکسیداتیو در این اندامک انجام می شود. مولکول های NADH که در اثر کاتابولیسم کربوهیدرات تولید شده اند، در این چرخه که نوعی زنجیره انتقال الکترون می باشد، به مولکول ATP یا همان آدنوزین تری فسفات تبدیل شده و به صورت مولکول انرژی قابل استفاده در می آید.

۲-۴- کاتابولیسم چربی :

در کاتابولیسم چربی ها یا همان لیپید ها، آنزیم لیپاز فسفولیپید ها یا لیپید ها را تجزیه می کند. در آنابولیسم، چربی ذخیره می شود، به خصوص در ساختار غشا سلولی.

۳-۴- کاتابولیسم پروتئین :

پروتئین ها در آخر به کمک ریبوزوم و ریبونوکلئیک اسید پلیمریزه شده و به پروتئین های جدیدی تبدیل می شوند. کاتابولیسم پروتئین ها به این صورت است که آن ها به اسید های آمینه یا پپتید ها تبدیل می شوند.

۴-۴- کاتابولیسم اسید چرب :

انرژی ذخیره شده در اسید های چرب دو برابر انرژی ذخیره شده در همان مقدار پروتئین یا کربوهیدرات است. فسفولیپید ها که در ساختار خود دو اسید چرب دارند، بخش زیادی از غشا سلولی را تشکیل داده اند. این مولکول ها منشأ تشکیل هورمون های استروئیدی هستند و استفاده دیگر آن ها در اصلاح مولکول های پروتئین است. در متابولیسم اسید های چرب هم آنابولیسم داریم و هم کاتابولیسم، به این صورت که اسید های چرب تولید کننده انرژی هستند و اسیدهای چرب و منابع دیگر کربن مولکول های مهم بیولوژی را ایجاد می کنند که از جمله فرایندهای مهم متابولیکی به شمار می آید.

۵- متابولیسم های دیگر :

از جمله دیگر مسیر های متابولیسمی می توان به متابولیسم داروها و متابولیسم نیتروژن اشاره کرد.

۱-۵- متابولیسم دارویی :

ترکیبات شیمیایی خارجی که در بدن جانداران به طور طبیعی ساخته نمی شوند، بیگانه زیست یا زنوبیوتیک نام دارند که همراه با داروها که بخشی از این ترکیبات محسوب می شوند، از طریق سیستم های مخصوص آنزیمی تغییر یافته یا تجزیه می شوند. برخی از مسیرهای متابولیسم دارویی شامل موارد زیر می شود :

* متابولیسم الکل

* سیستم فلاوین – مونوکسیداز

* سیستم سیتوکروم P450 اکسیداز

۲-۵- متابولیسم نیتروژن :

در جانداران فرایندهای بیولوژیکی طی چرخه بیوژئوشیمیایی چرخه نیتروژن رخ می دهد که شامل روش ها و مسیر هایی برای دفع یا بازسازی نیتروژن می باشد مثل :

* شوره برداری

* شوره گذاری

* جذب نیتروژن

* تثبیت نیتروژن به صورت بیولوژیکی

* چرخه اوره برای دفع نیتروژن به شکل اوره

۶- راه های افزایش متابولیسم :

برخی از شرکت ها مکمل هایی را برای افزایش سوخت و ساز بدن تولید می کنند که معمولا شامل موادی مثل کافئین، کپسایسین، CLA conjugated linoleic acid، غذا های دارای پروتئین زیاد مثل تخم مرغ، ماهی و لوبیا، دانه کتان، فلفل تند، چای سبز، زنجبیل، قهوه، کرم بروکلی و سبزیجات دارای برگ های سبز هستند. حذف نکردن وعده غذایی صبحانه، نوشیدن آب زیاد، داشتن خواب مفید و پیاده روی روزانه از جمله کارهایی است که انجام آن ها به افزایش سوخت و ساز بدن کمک می کند.