מטבוליזם הוא המרה של חומרים ביוכימיים על ידי מערכת האנזים של אורגניזמים. נוצרים חומרי ביניים, המכונים גם מטבוליטים. כל חילוף החומרים מבוסס על חילוף חומרים מתמשך של חומרים כימיים.
מהי חילוף חומרים?
המונח חילוף חומרים משמש בביולוגיה וברפואה לתיאור המרה או פירוק של חומר כימי כחלק ממטבוליזם. המונח חילוף חומרים משמש בביולוגיה וברפואה ומתייחס להמרה או פירוק של חומר כימי כחלק ממטבוליזם. ביוונית, המונח מטבוליזם מכונה גם מטבוליזם. מטבוליזם הכרחי כדי לשמור על הפונקציות החיוניות של האורגניזם. יש את מה שמכונה מטבוליזם קטבולי ואנבוליים. בחילוף החומרים הקטבולי, למשל, חומרים ביולוגיים עתירי אנרגיה עשירים באנרגיה מתפרקים עם שחרור האנרגיה. ההשפלה מתרחשת בשלושה שלבים. ראשית, אבני הבניין הבודדות נוצרות מ פוליסכרידים (סוכרים מרובים), שומנים ו חלבונים. במקרה של פוליסכרידים, אלה המשושים (גלוקוז, פרוקטוז) ופנטוזות. שומנים נשברים ל חומצות שומן ו גליצרול, ו חלבונים בתורם הם המקור של הפרט חומצות אמינו. כל המונומרים הללו מייצגים מטבוליטים של חילוף החומרים, מכיוון שהם יכולים להתפרק עוד יותר או לתרום בחזרה לבניית חומרים ביולוגיים של הגוף עצמו. מטבוליזם אנאבולי מספק הצטברות של תרכובות מורכבות אנדוגניות מחומרי התחלה פשוטים יותר. המטבוליטים של חילוף החומרים הקטבוליים נקראים קטבוליטים ואלה של חילוף החומרים האנבוליים נקראים אנבוליטים. הממשק בין חילוף חומרים אנבוליים לקטבוליים הוא מה שמכונה מטבוליזם ביניים. מטבוליטים רבים הם חומר המוצא לתהליכים אנבוליים וקטבוליים כאחד. חומרים זרים עוברים חילוף חומרים גם בגוף והופכים לא מַיִם-צורה ניתנת להפרשה. חומרים זרים אלה כוללים תרופות, אך גם רעלים.
פונקציה ומשימה
למטבוליזציה חשיבות רבה לגוף. לגוף מסופק אנרגיה באמצעות טרנספורמציה מתמדת של חומרים (במהלך השפלה של ביומולקולות עשירות באנרגיה בעלות משקל מולקולרי גבוה). האנרגיה הכימית של התרכובות הראשוניות משתחררת והופכת לחום ולאנרגיה קינטית כדי לשמור על תפקודים גופניים. בתהליך, פַּחמָן דו-חמצני ו מַיִם מיוצרים בקצה הנמוך ביותר של התהליכים הקטבוליים. השפלה זו מתרחשת באמצעות כמה חומרי ביניים, אשר ניתן לשלבם מחדש בתהליכים גופניים אנאבוליים ככביכול מטבוליטים. האנרגיה המשתחררת בתהליכי ההשפלה נשמרת באופן זמני ב פוספט אג"ח (ראה ATP, GTP או אחרים). על ידי שבירת ה- פוספט קשר, משתחררת אנרגיה שניתנת להמרה לאנרגיה כימית של מקרומולקולה בתהליך אנאבולי. לכן מסלולים מטבוליים קטבוליים ואנבוליים קשורים קשר הדוק. יתר על כן, כל שלב במסלול מטבולי קטבולי או אנאבולי מייצר מטבוליטים המושפלים או משמשים לבניית תרכובות מורכבות יותר. המסלול המטבולי שממנו מקורו של המטבוליט הבודד אינו קריטי. ממשק זה של חילוף חומרים קטבוליים ואנבוליים נקרא חילוף חומרים ביניים. האורגניזם נמצא תמיד בשיווי משקל במצב יציב מחומרים כימיים המסופקים לחומרים כימיים שהוסרו. בתהליך זה אורגניזמים מן החי משתמשים באנרגיה כימית מחומרים אורגניים, ומפרקים אותם לחומרים אנאורגניים פשוטים. אורגניזמים צמחיים סופגים אנרגיית שמש בצורת אור וממירים אותה לאנרגיה כימית על ידי בניית חומרים אורגניים מחומרים אנאורגניים. בנוסף לחילוף החומרים כחלק מחילוף החומרים הרגיל, מטבוליזם גם חומרים זרים שנבלעים. מטבוליזציות אלה מתרחשות תמיד ב כבד. אלה הם בעיקר דטוקסיפיקציה תגובות. גם תרופות כפופות לתגובות אלה. בסך הכל, זה מכונה ביו טרנספורמציה. בשלב ראשון מתרחשות תגובות חמצון או הפחתה או הידרוליזה. במקרה של רעלן הפועל בעיקר או תרופה הפועלת בעיקר, ההשפעה פוחתת בתהליך. עם זאת, אם התרופה נבלעת כתרופת תרופה, היעילות מתפתחת רק לאחר תגובות שלב 1. אותו דבר יכול לקרות עם חומר לא רעיל בעיקר. כמה רעלים מתפתחים תחילה בגוף באמצעות חילוף חומרים מתאים. המטבוליטים שנוצרו בשלב 1 מיוצרים מַיִםמסיסים בשלב שני על ידי טרנספורמציות נוספות, כך שהן יכולות להיות מופרשות על ידי הכליות.
מחלות והפרעות
בהקשר של חילוף החומרים והחילוף החומרים המקביל, משמעותי בריאות בעיות יכולות להתרחש אם מטבוליט לא יכול להתפרק או להתפרק בצורה גרועה. להפך, אם התגובות ליצירת מטבוליטים חשובים מסוימים לא מצליחות להתרחש, בריאות ניתן לצפות גם לתוצאות. לעתים קרובות, במצבים כאלה קיים פגם גנטי או שינוי כרומוזומלי. מסוים אנזימים לא ניתן לייצר או ניתן לייצר רק בצורה לא מספקת. אותה השפעה נגרמת גם על ידי אנזים פגום. לפיכך, מחלות מטבוליות רבות מראות הצטברות של מטבוליטים מסוימים. במחלות אחרות, מטבוליטים חשובים כלל אינם מיוצרים. בשני המקרים שרשרת התגובות המורכבות נקטעת והתגובות, שחלקן חיוניות, אינן מתרחשות עוד. במחלות אחסון כביכול חומרים מסוימים או מטבוליטים מצטברים יותר ויותר בתאים או אפילו מחוץ לתאים. זה מוביל לעיתים קרובות לנזק לאיברים ניכר. במקרה של רעלים ותרופות, מטבוליזם צריך להיות בדרך כלל עוֹפֶרֶת להשפלת החומרים תוך החלשת השפעתם. עם זאת, ישנם גם מקרים בהם תהליכי חילוף החומרים מביאים ליצירת מטבוליטים פעילים מחומרים מתחילים מזיקים יחסית, אשר רק מפתחים את השפעתם הרעילה בשלב זה. תהליכי חילוף החומרים עבור חומרים זרים אינם ספציפיים ולכן תמיד עוקבים אחר דפוס יחיד. לכן לפעמים זה יכול להיות שתהליך חילוף החומרים של חומרים ספציפיים אלה הוא הבעיה האמיתית.
