6: מטבוליזם
- Page ID
- 205612
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
תהליכים סלולריים דורשים אספקה קבועה של אנרגיה. מאיפה ובאיזו צורה מגיעה האנרגיה הזו? כיצד תאים חיים משיגים אנרגיה, וכיצד הם משתמשים בה? פרק זה ידון בצורות שונות של אנרגיה ובחוקים הפיזיקליים השולטים בהעברת אנרגיה. פרק זה יתאר גם כיצד תאים משתמשים באנרגיה וממלאים אותה, וכיצד תגובות כימיות בתא מבוצעות ביעילות רבה.
- 6.0: הקדמה לחילוף חומרים
- כמעט כל משימה המבוצעת על ידי אורגניזמים חיים דורשת אנרגיה. אנרגיה נדרשת לביצוע עבודה כבדה ופעילות גופנית, אך בני אדם משתמשים גם באנרגיה רבה בזמן החשיבה, ואפילו במהלך השינה. למעשה, התאים החיים של כל אורגניזם משתמשים כל הזמן באנרגיה. חומרים מזינים ומולקולות אחרות מיובאים, עוברים חילוף חומרים (מפורקים) ואולי מסונתזים למולקולות חדשות, משתנים במידת הצורך, מועברים סביב התא ועשויים להיות מופצים לאורגניזם כולו.
- 6.1: אנרגיה ומטבוליזם
- תהליכים סלולריים כגון בנייה ופירוק של מולקולות מורכבות מתרחשים באמצעות תגובות כימיות בשלבים. חלק מהתגובות הכימיות הללו הן ספונטניות ומשחררות אנרגיה, בעוד שאחרות דורשות אנרגיה כדי להמשיך. כשם שיצורים חיים חייבים לצרוך מזון ללא הרף כדי לחדש את מה שהיה בשימוש, התאים חייבים לייצר ללא הרף יותר אנרגיה כדי לחדש את זו המשמשת את התגובות הכימיות הרבות הדורשות אנרגיה המתרחשות ללא הרף.
- 6.2: אנרגיה פוטנציאלית, קינטית, חופשית והפעלה
- אנרגיה מוגדרת כיכולת לבצע עבודה וקיימת בצורות שונות. לדוגמה, אנרגיה חשמלית, אנרגיית אור ואנרגיית חום הם כולם סוגים שונים של אנרגיה. בעוד שכל אלה סוגים מוכרים של אנרגיה שאפשר לראות או להרגיש, יש סוג אחר של אנרגיה שהוא הרבה פחות מוחשי. כדי להעריך את האופן שבו אנרגיה זורמת אל מערכות ביולוגיות ומחוצה להן, חשוב להבין יותר על סוגי האנרגיה השונים הקיימים בעולם הפיזי.
- 6.3: חוקי התרמודינמיקה
- אורגניזמים ביולוגיים הם מערכות פתוחות. אנרגיה מוחלפת בינם לבין סביבתם, כאשר הם צורכים מולקולות אוגרות אנרגיה ומשחררים אנרגיה לסביבה על ידי ביצוע עבודה. כמו כל הדברים בעולם הפיזי, האנרגיה כפופה לחוקי הפיזיקה. חוקי התרמודינמיקה קובעים את העברת האנרגיה בתוך ובין כל המערכות ביקום.
- 6.4: ATP: אדנוסין טריפוספט
- אפילו תגובות אקסרגוניות ומשחררות אנרגיה דורשות כמות קטנה של אנרגיית הפעלה על מנת להמשיך. עם זאת, שקול תגובות אנדרגוניות, הדורשות הרבה יותר קלט אנרגיה, מכיוון שלתוצרים שלהן יש יותר אנרגיה חופשית מאשר המגיבים שלהן. בתוך התא, מאיפה מגיעה אנרגיה להפעלת תגובות כאלה? התשובה טמונה במולקולה המספקת אנרגיה הנקראת אדנוסין טריפוספט, או ATP.
- 6.5: אנזימים
- חומר המסייע לתגובה כימית להתרחש הוא זרז, והמולקולות המיוחדות המזרזות תגובות ביוכימיות נקראות אנזימים. כמעט כל האנזימים הם חלבונים, המורכבים משרשראות של חומצות אמינו, והם מבצעים את המשימה הקריטית של הורדת אנרגיות ההפעלה של תגובות כימיות בתוך התא. אנזימים עושים זאת על ידי קשירה למולקולות המגיבות, והחזקתם באופן שיגרום לתהליכי שבירת הקשר הכימי ויצירת הקשר להתרחש ביתר קלות.
תמונה ממוזערת: תרשים המציג את מודל ההתאמה המושרה באנזימים (נחלת הכלל; LadyOfHats).