Metabolism ja anabolism (0)

Metabolism ehk ainevahetus tähendab organismis asetleidvaid sünteesi- ja lagundamisprotsesse. Ainevahetuse moodustavad kaks vastandprotsessi – katabolism ja anabolism.
Katabolism ehk dissimilatsioon ehk lagundav ainevahetus (ladina katabolē 'allaviskamine') on organismis toimuv keemiline protsess, ainevahetuse osa, milles keerulisematest ainetest tekivad lihtsamad ja milles vabaneb energiat.Katabolism on polümeeride biolagundamine ensüümide toimel monomeerideni (näiteks tselluloos glükoosini) või lihtsate orgaaniliste aineteni (glükoosi lagundamine CO2 ja H2O-ni).
Organismis toimuvad lagundamisprotsessid . Toiduga saadavad või organismis sünteesitud orgaanilised ühendid lõhustatakse ensüümide abil lihtsama ehitusega molekulideks. Tavaliselt vabaneb energia, mis talletatakse makroergilistesse ühenditesse nt. ATP (40%) ning eraldub soojusena (60%).
Anabolism ehk assimilatsioon on organismis asetleidvate ainevahetuslike protsesside kogum, kus lihtsamatest keemilistest ühenditest sünteesitakse keerulisemad ühendid. Protsessi käigus vajatakse energiat ja ainet.Anabolismi vastandprotsess on katabolism. Katabolismi käigus lõhustatakse suured molekulid väiksemateks osadeks ja neid omakorda kasutatakse hingamisel. Paljusid anaboolseid protsesse varustab energiaga ATP. Laias laastus võib öelda, et anaboolsete protsesside käigus moodustuvad rakkude diferentseerumise ja suurenemise tõttu koed ja organid , ning mis omakorda viib ka organismi kehamõõtmete suurenemisele.Anaboolsetest protsessidest on ökoloogilist aspekti rõhutades tähtsaim fotosüntees.
Organismis toimuvad sünteesiprotsessid. Selle käigus saadakse: sahhariide , lipiide, valke, nukleiinhappeid jne. Vaja on lähteaineid, ensüüme, täiendavat energiat ( makroergilised ühendid).Näiteks: fotosüntees, DNA süntees
ATP ehk adenosiintrifosfaat on universaalne energia talletaja ja ülekandja, mis osaleb kõigi rakkude metabolismis. ATP-d toodavad mitokondrid ja tsütoplasma.ATP koosneb adeniinist, riboosist ja kolmest lineaarselt seotud fosfaadijäägist, mis on omavahel ühendatud happeanhüdriidsidemetega. ATP tekib adenosiindifosfaadist (ADP).ATP-s talletunud energia (29 kJ/mol ehk 7 kcal /mol) vabaneb uuesti hüdrolüüsis, kusjuures tekib ADP. Vabanenud energiat kasutatakse energiakulukates sünteesiprotsessides.Peale selle etendab ATP olulist osa aminohapete ja nukleotiidide aktiveerimisel ning rasvhapete sünteesimisel ja lagundamisel.
ATP fosfaadijäägid on ülekantavad alkoholide hüdroksürühmadele, happerühmadele ja amiidirühmadele, kusjuures tekkivad energiarikkad keemilised ühendid. Selliseid ülekandereaktsioone reguleerivad spetsiaalsed ensüümid, nimelt kinaasid. Kõige sagedamini kantakse ATP fosfaadirühm üle alkoholide fosfaadirühmadele, kusjuures vabaneb ADP. Aminohapete ja rasvhapete aktiveerimise korral kantakse üle adenosiinmonofosfaat, kusjuures vabaneb mõni pürofosfaat. Nende omaduste tõttu arvatakse ATP ka koensüümide hulka.
Makroergilised ühendid on orgaanilised ained, millesse salvestatud energiat saab kasutada biosünteesireaktsioonides.
Autotroof on organism, kes sünteesib elutegevuseks vajalikud orgaanilised ühendid väliskeskkonnast saadavatest anorgaanilistest süsinikuühenditest (tavaliselt on selleks süsihappegaas).Enamik taimi on autotroofid, samuti on autotroofe bakterite hulgas (tsüanobakterid) ning protistide seas ( vetikad ).

• valgusenergia fotosünteesijad (rohelised taimed)
  
• keemiline energia kemosünteesijad (väävlibakterid merepõhjas elavad sümbioosis ainuraksete loomadega
  

Heterotroof on organism, kes saab oma elutegevuseks vajaliku süsiniku toidus sisalduvast orgaanilisest ainest.Kõik loomad ja seened, samuti paljud bakterid on heterotroofid . Heterotroofide hulka kuuluvad osaliselt või täielikult ka mõningad parasiitsed taimed, näiteks mükotroofsed orhideed (koralljuur, pisikäpp).
Heterotroofid jaotatakse

• obligaatsed heterotroofid, kes toituvad üksnes heterotroofselt, ning
  
• fakultatiivsed heterotroofid, kes võivad toituda nii autotroofselt kui heterotroofselt (näiteks putuktoidulised taimed, kes loomtoiduga vaid täiendavad oma lämmastikuvarusid.
  

Glükoosi lõhustumisel võib eristada 3 etappi : glükolüüs, tsitraaditsükkel (TCA) ja hingamisahel . Glükolüüs võib toimuda kas osaliselt (anaeroobne glükolüüs ehk käärimine) või täielikult ( aeroobne glükolüüs).
ANAEROOBNE GLÜKOLÜÜS – ehk käärimine ehk glükoosi osaline lõhustumine. Kokku 11 reaktsiooni. Toimub tsütoplasmas hapniku puudumisel või defitsiidi korral. Organismid: bakterid – piimhappekäärimine, seened – etanoolkäärimine, kõrgemad loomad – piimhappekäärimine lihastes.

6 süsinikuga ühend (glükoos) laguneb kaheks 3 süsinikuga ühendiks (püroviinamarihape - Pyr);

vabaneb 4 vesiniku aatomit, mis hapniku olemasolul lähevad edasi tsitraaditsüklisse, kus seonduvad NAD-ga  ja moodustub 2 NADH2 ;

vabaneb 2 ATP-d;

NADH2 läheb mitokondritesse hingamisahelasse;

kui hapniku ei ole, moodustub Pyr-st ja vesiniku aatomitest piimhape või etanool.
Piimhappekäärimine – hapniku puudusel lihaskoe rakkudes ja piimhappebakterite elutegevuse käigus. 1Glc – 2 piimhappe molekuli ja 2ATP . Lihastes moodustunud piimhape kandub verega maksa ja lagundatakse seal püroviinamarihappeks, mis läheb TCA-sse. 
Etanoolkäärimine – moodustub pärmseente ja osade bakterite elutegevuse käigus. 1Glc – 2 etanooli molekuli ja 2ATP. 
AEROOBNE GLÜKOLÜÜS - glükoosi täielik lõhustumine hapniku olemasolul, mis koosneb kõigist glükolüüsi reaktsioonidest, tsitraaditsüklist (TCA) ja hingamisahela reaktsioonidest. Anaeroobse glükolüüsi reaktsioonid toimuvad raku tsütoplasmas, tsitraaditsükkel ja hingamisahel toimuvad mitokondrites.
 Pyr-st eraldub CO2 ja 2 H2 – järele jääb 2 süsinikuga ühend acCoA (atsetüül-koensüüm-A);
 acCoA läheb mitokondritesse (maatriksisse) tsitraaditsüklisse, kus võetakse ära H-aatomeid ja seotakse neid ensüümidele - NAD-le (nikotiindinukleotiid)  ja moodustub NADH2;
 H-aatomid seotakse mitokondrites (kristades) hingamisahelas ülekandjate abil astmeliselt hapnikule – moodustub vesi;
 NADH2 kasutatakse ATP sünteesiks, vabaneb NAD, mis läheb uuesti tsitraaditsüklisse vesinikku siduma;
 mitokondrites moodustub 36 ATP-d;
 kokku moodustub  aeroobsel glükolüüsil  seega 2+26=38 ATP-d;
 eraldunud CO2 difundeerub mitokondritest välja ja eemaldub organismist väljahingamisel.