Metabolizm odnosi się do wszystkich reakcji chemicznych zachodzących w żywych komórkach. W komórkach zachodzą niezliczone reakcje chemiczne, które odpowiadają za wszystkie działania organizmów. Razem te reakcje składają się na metabolizm organizmu.
Substancje chemiczne biorące udział w tych reakcjach nazywane są metabolitami.
We wszystkich reakcjach:
Kiedy zachodzi reakcja chemiczna, energia jest pobierana lub uwalniana. Zależy to od względnej siły zrywanych wiązań i tworzonych wiązań.
W reakcji egzergonicznej energia jest uwalniana do otoczenia. Tworzące się więzi są silniejsze niż te, które się zrywają.
W reakcji endergonicznej energia jest absorbowana z otoczenia. Tworzone wiązania są słabsze niż wiązania zrywane.
W komórce zachodzą dwa rodzaje reakcji metabolicznych:
Reakcje anaboliczne zużywają energię. Są endergoniczne. W reakcji anabolicznej małe cząsteczki łączą się, tworząc większe. Na przykład,
Reakcje kataboliczne wydzielają energię. Są egzergoniczne. W reakcji katabolicznej duże cząsteczki rozkładają się na mniejsze. Na przykład
Podczas oddychania glukoza łączy się z tlenem i uwalnia użyteczną energię, dwutlenek węgla i wodę. Ta użyteczna energia jest magazynowana w związku zwanym ATP (trójfosforan adenozyny). ATP jest cząsteczką mocy używaną przez wszystkie komórki organizmu do zasilania reakcji wtórnych, które utrzymują nas przy życiu. ATP jest nukleotydem energii chemicznej, który łączy katabolizm i anabolizm.
Szlak amfiboliczny – szlak biochemiczny, który służy zarówno procesom anabolicznym, jak i katabolicznym, nazywany jest szlakiem amfibolicznym. Ważnym przykładem szlaku amfibolicznego jest cykl Krebsa, który obejmuje zarówno katabolizm węglowodanów i kwasów tłuszczowych, jak i syntezę anabolicznych prekursorów do syntezy aminokwasów.
Wszystkie szlaki metaboliczne muszą być regulowane i kontrolowane, aby zatrzymać gromadzenie się produktu końcowego, który nie jest potrzebny. Komórka może kontrolować szlak metaboliczny poprzez obecność lub brak określonego enzymu. Enzymy to specjalne cząsteczki białek, których funkcją jest ułatwianie lub przyspieszanie w inny sposób większości reakcji chemicznych w komórkach. Są po prostu biologicznymi katalizatorami.
Różne substancje chemiczne mogą wpływać na aktywność enzymów. Inhibitory mogą być stosowane do powstrzymania wiązania enzymu z jego substratem. W rezultacie inhibitory mogą bezpośrednio kontrolować postęp szlaku metabolicznego.
Istnieją trzy rodzaje hamowania:
A. Inhibicja konkurencyjna – występuje, gdy cząsteczka inhibitora wiąże się z miejscem aktywnym enzymu i powstrzymuje wiązanie substratu. Mogą konkurować z podłożem, ponieważ mają podobny kształt cząsteczkowy. Przykład: sarin
B. Inhibicja niekonkurencyjna – występuje, gdy inhibitor nie wiąże się z miejscem aktywnym, ale wiąże się z inną częścią enzymu i zmienia kształt miejsca aktywnego. To zatrzymuje wiązanie substratu z enzymem i skraca czas reakcji. Hamowania niekonkurencyjnego nie można odwrócić przez zwiększenie stężenia substratu. Przykład: cyjanek, rtęć i srebro.
C. Hamowanie sprzężenia zwrotnego – Innym sposobem kontrolowania szlaku metabolicznego jest hamowanie sprzężenia zwrotnego. Dzieje się tak, gdy produkt końcowy w szlaku metabolicznym wiąże się z enzymem na początku szlaku. Proces ten zatrzymuje szlak metaboliczny, a tym samym zapobiega dalszej syntezie produktu końcowego, aż do zmniejszenia stężenia produktu końcowego. Im wyższe stężenie produktu końcowego, tym szybciej zatrzymuje się szlak metaboliczny.
