Metaboliniai procesai yra biocheminių reakcijų sekos, vykstančios gyvose ląstelėse, siekiant išlaikyti gyvybę. Juos galima suskirstyti į du pagrindinius tipus. Kataboliniai procesai arba keliai apima sudėtingų molekulių skaidymą iš maisto į mažesnius vienetus, kurie gali būti naudojami kaip naujų molekulių statybiniai blokai arba energijos tiekimas. Anaboliniai būdai apima energijos naudojimą naujoms cheminėms medžiagoms, kurios tampa ląstelių komponentais, gaminti. Šios reakcijos yra įmanomos dėl daugelio organinių katalizatorių, žinomų kaip fermentai.
Dviejų tipų medžiagų apykaitos procesai kartu leidžia žaliavas arba maistines medžiagas, kurias organizmas pasisavina, paversti audiniu. Šioms transformacijoms būtinas vienas junginys, bendras visai ląstelių gyvybei. Adenozino trifosfatas (ATP) naudojamas energijai, gautai iš maistinių medžiagų, tokių kaip angliavandeniai, kaupti ir energijai išleisti, kai jos reikia naujoms molekulėms kurti.
Kataboliniai procesai
Kai kurie organizmai, pavyzdžiui, žalieji augalai, patys gamina maistą iš neorganinių medžiagų, o kiti, pavyzdžiui, gyvūnai, naudoja organines medžiagas, kad gautų savo mitybą. Gyvūnų vartojamas maistas gali būti suskirstytas į tris pagrindines rūšis – angliavandenius, lipidus (riebalus ir aliejus) ir baltymus. Virškinimas apima katabolinius procesus, kurie suskaido juos į paprastesnius komponentus. Pavyzdžiui, palyginti sudėtingi angliavandeniai, tokie kaip polisacharidai ir disacharidai, suskaidomi į gliukozę, o baltymai – į aminorūgštis. Šie paprastesni junginiai gali būti naudojami anaboliniuose procesuose kuriant naujas medžiagas arba gali būti toliau skaidomi, kad būtų suteikta energija.
Ląstelių kvėpavimas yra procesas, kurio metu angliavandenių gliukozė (C6H12O6) suskaidoma į anglies dioksidą (CO2) ir vandenį (H2O), gaminant energiją, kuri kaupiama ATP. Procedūra apima oksidaciją, o ten, kur yra atmosferos deguonies, jis naudojamas taip vadinamam aerobiniam kvėpavimui. Tai procesas, vykstantis gyvūnuose, augaluose ir kai kuriuose mikroorganizmuose. Bendrą reakciją galima apibendrinti kaip
C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O
tačiau procesas vyksta keliais etapais, o detalės yra gana sudėtingos.
Sąlygomis, kai nėra laisvo deguonies, vyksta anaerobinis kvėpavimas. Tai randama tik tam tikruose mikroorganizmuose, kurie gyvena dirvožemyje, pūvančioje organinėje medžiagoje, po jūra, giliai po žeme ir gyvūnų žarnyne. Šie organizmai vietoj laisvo deguonies naudoja alternatyvas, tokias kaip nitratai, sulfatai, fumaratas ir netgi siera. Anaerobinis kvėpavimas yra daug mažiau efektyvus nei aerobinis procesas ir gamina daug mažiau ATP, tačiau ankstyvoje Žemės istorijoje – kol atmosferoje dar nebuvo laisvo deguonies – tai buvo vienintelė įmanoma kvėpavimo forma.
Gyvūnų organizme lipidai taip pat oksiduojami iki anglies dioksido ir vandens, tačiau keli pirmieji žingsniai skiriasi. Organizmų chemija vyksta vandens pagrindu veikiančioje aplinkoje, tačiau riebalai ir aliejai nesimaišo su vandeniu. Pirmiausia reikia emulsuoti šias medžiagas, o tai reiškia, kad jas reikia paversti tokia forma, kuri susimaišys su vandeniu, tokiu pat būdu, kaip plovikliai gali padėti išvalyti išsiliejusias alyvas. Tai atlieka tulžyje esančios į muilą panašios medžiagos, kurias tulžies pūslė išskiria į plonąją žarną. Tada lipidai suskaidomi į riebalų rūgštis ir glicerolį, kurie gali būti absorbuojami per žarnyną, o vėliau gali vykti oksidacijos reakcijos, panašios į tas, kurios vyksta su angliavandeniais.
Baltymai yra labai didelės, sudėtingos molekulės, sudarytos iš statybinių blokų, žinomų kaip aminorūgštys. Jie metabolizuojami vykstant įvairioms reakcijoms, kurios padalija juos į aminorūgštis, kurios gali būti absorbuojamos ir naudojamos ląstelėse. Paprastai baltymai nenaudojami energijai tiekti, o aminorūgštys naudojamos naujiems baltymams gaminti, kad būtų galima kurti audinius ir raumenis. Tais atvejais, kai racione nėra angliavandenių ar riebalų, o organizmas išnaudojo riebalų atsargas, baltymai gali būti naudojami energijai gaminti, oksiduojant jų aminorūgštis. Tokiais atvejais organizmas gali pradėti skaidyti raumenų baltymus.
Anaboliniai procesai
Taip pat žinomos kaip biosintezė, tai yra reakcijos, kurių metu kataboliniams procesams sunaudojama ATP sukaupta energija. Tai apima baltymų kūrimą iš aminorūgščių ir DNR kūrimą iš nukleotidų. Gyvūnams taip pat gali būti įtraukti raumenų susitraukimai, skatinantys judėjimą, nes jiems reikia naudoti sukauptą energiją. Augaluose gliukozės sintezė iš anglies dioksido ir vandens fotosintezės būdu yra dar vienas anabolinis kelias.
Metaboliniai procesai ir kūno svoris
Energija, gauta iš maisto katabolizmo būdu, gali būti iš karto panaudota anaboliniams procesams, tačiau jei ji nepanaudojama, didelė jos dalis kaupiama kaip riebalai. Energijos kiekis, kurį galima išgauti iš maisto, gali būti matuojamas kalorijomis. Taip pat galima išmatuoti įvairių pratimų sunaudotą kiekį. Jei nuolat suvartojama daugiau kalorijų, nei suvartojama, kaupsis riebalai, todėl svoris padidės. Ir atvirkščiai, jei suvartojama daugiau kalorijų nei suvartojama, organizmas energijos gaus naudodamas riebalų atsargas, numesdamas svorį.