Metabolisme verwijst naar alle chemische reacties die plaatsvinden in levende cellen. Talloze chemische reacties vinden plaats in cellen en zijn verantwoordelijk voor alle acties van organismen. Samen vormen deze reacties het metabolisme van een organisme.
De chemicaliën die aan deze reacties deelnemen, worden metabolieten genoemd.
In alle reacties:
Wanneer een chemische reactie plaatsvindt, wordt energie opgenomen of vrijgegeven. Dit hangt af van de relatieve sterkte van bindingen die worden verbroken en bindingen die worden gevormd.
Bij een exergonische reactie wordt energie afgegeven aan de omgeving. De bindingen die worden gevormd zijn sterker dan de bindingen die worden verbroken.
Bij een endergonische reactie wordt energie uit de omgeving geabsorbeerd. De bindingen die worden gevormd zijn zwakker dan de bindingen die worden verbroken.
In de cel vinden twee soorten metabolische reacties plaats:
Anabole reacties verbruiken energie. Ze zijn endergisch. In een anabole reactie voegen kleine moleculen zich samen om grotere te maken. Bijvoorbeeld,
Katabole reacties geven energie. Ze zijn exergonisch. Bij een katabole reactie worden grote moleculen afgebroken tot kleinere. Bijvoorbeeld
Bij de ademhaling wordt glucose gecombineerd met zuurstof en komt bruikbare energie, koolstofdioxide en water vrij. Deze bruikbare energie wordt opgeslagen in een verbinding genaamd ATP (adenosinetrifosfaat). ATP is het krachtmolecuul dat door alle cellen van een organisme wordt gebruikt om de secundaire reacties aan te drijven die ons in leven houden. ATP is een chemisch energie-nucleotide dat katabolisme en anabolisme met elkaar verbindt.
Amfibische route - Een biochemische route die zowel anabole als katabolische processen bedient, wordt een amfibische route genoemd. Een belangrijk voorbeeld van een amfibische route is de Krebs-cyclus, die zowel het katabolisme van koolhydraten en vetzuren als de synthese van anabole voorlopers voor aminozuursynthese omvat.
Alle metabole routes moeten worden gereguleerd en gecontroleerd om de opbouw van een eindproduct dat niet nodig is te stoppen. De cel kan een metabolische route regelen door de aanwezigheid of afwezigheid van een bepaald enzym. Enzymen zijn speciale eiwitmoleculen waarvan de functie is om de meeste chemische reacties in cellen te vergemakkelijken of anderszins te versnellen. Het zijn gewoon biologische katalysatoren.
Verschillende chemicaliën kunnen de enzymactiviteit beïnvloeden. Remmers kunnen worden gebruikt om te voorkomen dat een enzym zich aan zijn substraat bindt. Dientengevolge kunnen remmers de voortgang van een metabole route direct controleren.
Er zijn drie soorten inhibitie:
A. Competitieve remming - Dit gebeurt wanneer een remmermolecuul zich bindt aan de actieve plaats van het enzym en de binding van het substraat verhindert. Ze kunnen concurreren met het substraat omdat ze een vergelijkbare moleculaire vorm hebben. Voorbeeld: sarin
B. Niet-competitieve remming - Dit gebeurt wanneer een remmer niet bindt aan de actieve plaats maar wel aan een ander deel van het enzym en de vorm van de actieve plaats verandert. Dit stopt de substraatbinding aan het enzym en verkort de reactietijd. Niet-competitieve remming kan niet worden teruggedraaid door de substraatconcentratie te verhogen. Voorbeeld: cyanide, kwik en zilver.
C. Feedbackremming - Een andere manier waarop een metabole route kan worden gecontroleerd, is door feedbackremming. Dit is wanneer het eindproduct in een metabolische route aan het begin van de route aan een enzym bindt. Dit proces stopt de metabole route en verhindert zo de verdere synthese van het eindproduct totdat de eindproductconcentratie afneemt. Hoe hoger de concentratie van het eindproduct, hoe sneller de stofwisseling stopt.
