Metabolisme

Een van die wesenlikste kenmerke van enige lewende organisme is 'n voortdurende metabolisme. Daar kan tussen twee soorte metabolisme onderskei word: die voortdurende afbreek van organiese materiaal (katabolisme of dissimilasie), en die opbou van nuwe stowwe uit organiese voedingstowwe wat opgeneem is (anabolisme of assimilasie).

Hierdie prosesse geskied deur die bemiddeling van ensieme en, in die meeste gevalle, in die aanwesigheid van suurstof. Deur materiaal af te breek, kom energie vry, terwyl die vervaardiging van stowwe energie nodig het. 'n Wisselterm vir metabolisme is dus energiewisseling.

Tydens groei en by massatoename word daar meer stowwe gebruik as afgebreek, dit wil sê die anabolisme is groter as die katabolisme. In volwasse organismes wat volgroei is, bestaan daar 'n dinamiese ewe wig tussen opbouing en afbreking, want liggaamsdele word voortdurend afgebreek en dan weer opgebou. Selfs in organe waar reserwevoedsel geberg word, bly die vetvoorraad nie onaangetas nie, maar reserwevoedsel word voortdurend bygevoeg of weggeneem. 'n Organisme sterf wanneer sy metabolisme ophou en ontbinding tree in.

Struktuurverlies vind onmiddellik plaas, want energie is nodig vir die voortbestaan van strukture. Slegs by plantsade en sommige insekte-eiers en –larwes kan metabolisme feitlik heeltemal ophou sonder dat strukturele skade gely word. Die belangrikste elemente waaruit organismes opgebou word, is koolstof, suurstof, waterstof, stikstof, fosfor, swael, metale soos yster en koper, halogene soos fluoor en jodium, asook mikroëlemente (spoorelemente) soos mangaan, magnesium en kobalt.

Deur die proses van fotosintese kan slegs groen plante organiese verbindings uit eenvoudige anorganiese bestanddele vervaardig. Organismes sonder chlorofil, soos swamme en diere, kan dit nie doen nie, want hulle is heterotrofe en is as sodanig afhanklik van die chemiese energie wat plante deur fotosintese in organiese verbindings vasvang. Metabolisme kan dus kortliks gedefinieer word as al die chemiese veranderinge wat in die selle van lewende organismes plaasvind. Die veranderinge word deur ensieme gekataliseer.

Mens en dier

Diere is heterotrofe, dit wil sê hulle moet hut voedsel in die vorm van koolhidrate, vette en proteïene inneem om hieruit energie vir hul metaboliese prosesse te verkry. Saam met die voedsel word water, minerale en soute opgeneem, wat onontbeerlik is vir die handhawing van die water- en soutbalans van die liggaamsvloeistowwe.

Anders as sekere uitsonderlike bakterieë, kan diere en mense nie energie uit water, minerale of soute verkry nie. Die energie wat tydens metabolisme verkry word, word deur organismes gebruik om arbeid te verrig. 'n Dier verrig altyd arbeid, selfs wanneer dit in 'n volmaakte rustoestand verkeer, omdat die liggaam energie nodig het om hart en senuweewerking, die bloedsomloop en die temperatuursregulering in stand te hou.

Die metabolisme wat plaasvind tydens 'n dier se rustoestand, staan bekend as die basale metabolisme en dit omsluit al die prosesse wat nodig is om 'n rustende organisme se belangrike funksies in stand te hou. Die energieverbruik word bepaal deur die organisme se lengte, massa, ouderdom en geslag.

By warmbloedige (homoio-termiese) diere, soos voëls en soogdiere, word 'n groot deel van die energie omgesit in warmte, wat nodig is om 'n konstante liggaamstemperatuur te handhaaf. Koudbloedige (poikilotermiese) diere kan nie 'n konstante liggaamstemperatuur handhaaf nie, sodat hulle metaboliese tempo wissel na gelang van die temperatuur van die omgewing. Wanneer die omgewing warm is, sal die diere 'n hoër metaboliese tempo hê, wat 'n groter energie-omsetting tot gevolg het.

Die diere is gevolglik meer aktief. Wanneer dit kouer is, sal die diere 'n vertraagde metabolismetempo hê, wat beteken dat die energieomsetting minder en die diere baie traag is. Sommige poikilotermiese diere, soos miere, bye en termiete, wat in kolonies hou, reguleer die temperatuur van hul neste met behulp van die ander lede van die kolonie.

Gedurende die winter daal die metaboliese tempo van koudbloedige diere tot 'n lae vlak, wat vergelyk kan word met die metaboliese tempo van warmbloedige soogdiere, wat 'n winterslaap deurmaak. In die tyd sal die diere feitlik geen voedsel inneem nie en die handhawing van metabolisme is afhanklik van vetvoorrade wat die diere gedurende die somer opgebou het.

Koolhidraatmetabolisme

Die koolhidrate in voedsel word met behulp van ensieme in die spysverterings soos kanaal opgebreek tot eenvoudige suikers, waarvan glukose die belangrikste is. In die sitoplasma van die liggaamselle word glukose gedurende glukolise afgebreek tot pirodruiwesuur.

Pirodruiwesuur word dan deur middel van 'n ensiemkompleks wat dit dehidreer, verander na asetiel, en dan met koënsiem A verbind om die baie belangrike tussenproduk asetiel koënsiem A te vorm. Asetiel word tot die Krebssiklus (sitroensuursiklus) in die mitochondrion gevoeg, waar dit met oksaalsuur reageer en sitroensuur vorm. Sitroensuur word in die strome van die mitochondrion afgebreek gedurende die reaksies van die sitroensuursiklus tot CO₂ en energieryke waterstof.

Die waterstof word na die membrane van die mitochondrion vervoer, waar aansienlike hoeveelhede energie vrykom deur middel van oksidatiewe fosforilering (die waterstof-oordragsisteem) en die energie vasgelê word in die vorm van adenosientrifosfaat (ATP, ook ATF).

Die Krebssiklus en oksidatiewe fosforilering kan net in die teenwoordigheid van suurstof plaasvind en is dus aërobiese prosesse, Wanneer die metaboliese tempo baie hoog is, word daar te veel van die glukose in die bloed gebruik, wat kan lei tot 'n lae glukosekonsentrasie in die bloed. Om dit aan te vul, kan die polisakkaried en glikogeen wat in die lewer- en spierselle geberg word, onder die invloed van die hormone insulien en glukagon afgebreek word tot glukose.

Glukose word nie alleen vir die produksie van energie aangewend nie. 'n Hoeveelheid word in 'n reeks reaksies, die pentosefosfaatsiklus (ook bekend as die heksosemonofosfaatwisseling of die fosfoglukonaatsiklus), omvorm om 'n aantal funksies te verrig. Gedurende die reaksies word glukose, 'n heksose (seskoolstofsuiker), omgesit in 'n pentose (vyfkoolstofsuiker). Die pentose word aangewend in die vervaardiging van nukleïensure (DNS en RNS) asook verskeie ander molekules.

Saam met die omskakeling word daar 'n meer energieryke verbinding, NADPH gevorm (waar NADP nikotienamiedadeniendinukleotiedfosfaat is en NADPH die vorm voorstel wat 'n energiewaterstof dra). NADPH is onder meer betrokke by die vervaardiging van vetsure, cholesterol en enkele aminosure, waar dit 'n energiedraer is. 'n Baie belangrike funksie van NADPH is om reduksievermoë aan selle te gee om oksidatiewe skade te herstel wat deur aërobiese respirasie aan die membraanstelsels aangerig is.

Glukose is in baie gevalle die bousteen waarmee komplekse koolhidrate gebou word. Glukose en energie word gebruik om die koolhidraat glikogeen te vervaardig, wat as 'n energiebereplek vir diere dien. Laktose, 'n disakkaried wat in die melk van soogdiere voorkom, word vervaardig van glukose en galaktose. Diere bou ook self hulle verskillende mukopolisakkariede, soos hialuronsuur, wat in die verbindingsweefsels, die sinoviale vloeistof van gewrigte en die glasagtige vloeistof van die oog voorkom.

Vetmetabolisme

Daar word bereken dat 'n volwasse persoon van 'n gemiddelde inkomstegroep ongeveer 100 g vet per dag eet. In die spysverteringskanaal word die vette afgebreek tot hoofsaaklik vetsure en gliserol, wat net soos glukose hoofsaaklik as energieverskaffende voedsel vir selle dien. Gliserol word in die sitoplasma van selle omgeskep tot dihidroksi-asetoonfosfaat, wat 'n tussenbestanddeel van glukolise is.

Hiervandaan word dit normaalweg geoksideer, Die vetsure word afgebreek tot asetielgroepe, wat met asetiel koënsiem A verbind is en word in die vorm in die sitroensuursiklus ingevoer, waarna verdere energie verkry word deur oksidatiewe fosforilering. Indien die liggaam 'n energieoorskot het, wat beteken dat 'n oormaat van koolhidrate en proteïene beskikbaar is, kan vette op twee maniere verwerk word: Die oortollige asetiel koënsiem A-molekule in die selle word deur 'n reeks ingewikkelde reaksies tot vetsure gesintetiseer, terwyl gliserol verkry kan word deur dihidroksi-asetoonfosfaat ('n tussenproduk van glukolise) te reduseer.

Die vetsure word na die vetweefsels (adiposeweefsels) van die liggaam vervoer, waar dit saam met gliserol gekoppel word en meer vet so gevorm word. Sodoende vermeerder organismes se massa. Die trigliseriede (vette) word hoofsaaklik rondom die belangrike organe van die liggaam, soos die hart en niere, aangetref. Vet kan ook onder die huid neergelê word. Dit kan hier verwyder word wanneer die liggaam meer energie nodig het. Die liggaam het vette nodig vir verskeie strukturele funksies.

Diere en die mens kan die meeste van hul eie onversadigde vetsure self vervaardig, maar hulle moet die meeste van hulle onversadigde vetsure van plantolie verkry. Die belangrikste van hierdie vetsure, linoleïensuur, word alleen deur plante vervaardig, maar diere en die mens het dit nodig om onder meer 'n baie belangrike vetsuur, aragidonsuur, die voorganger van die prostaglandiene hormone, te vervaardig. Hierdie hormone is die eerste keer in die prostaatklier van mans ontdek, maar dit word in toenemende mate ook in ander organe gevind.

Die groot fisiologiese betekenis van die hormone het aanleiding gegee tot intensiewe navorsing daaroor. Hierdie poli-onversadigde vetsure, linoleïensuur en aragidonsuur, vorm baie belangrike strukturele bestanddele van die selmembraan. Asetielkoënsiem A is 'n tussenproduk, nie net vir die sitroensuursiklus en vetsuursintese nie, maar ook 'n beginproduk van cholesterol, op sy beurt 'n voorganger van die geslagshormone. Cholesterol is ook betrokke by die vervaardiging van cholsuur, wat die grondstof is van die galsure en baie belangrik is vir die vertering van vette in die dunderm.

Proteïenmetabolisme

Volwasse persone van 'n gemiddelde inkomstegroep neem ongeveer 70 g proteïene per dag in. Proteïene word opgebou deur 20 soorte aminosure in verskillende kombinasies, en in wisselende getalle gerangskik. Proteïene wat afkomstig is van plante en diere, word afgebreek tot aminosure, waaruit die proteïene in die spysverteringskanaal van die dier of mens wat dit geëet het, oorspronklik bestaan het.

Hierdie aminosure word nou gebruik om proteïene, soos ensieme, strukturele proteïene, ensovoorts vir die liggaam te vervaardig. Daar is ongeveer 20 aminosure betrokke by die sintese van liggaamsproteïene. Hulle is in wisselende hoeveelhede nodig, maar 'n paar is onontbeerlik in enige dieet en word dus die essensiële aminosure genoem. Die spesifieke soorte essensiële aminosure wissel van spesie tot spesie, maar die bepalende faktor is dat die dier of mens nie self die aminosuur kan opbou nie.

Wanneer daar in al die behoeftes van proteïensintese voorsien is, word die oortollige aminosure tot sekere tussenprodukte gedeamineer. Dit kan tussenprodukte wees van glukolise of die sitroensuursiklus en kan by die reaksies ingevoer word om tot waterstof en koolsuurgas verwerk te word. Terselfdertyd word aansienlike hoeveelhede energie hieruit verkry. Die meeste karnivore, byvoorbeeld katte, wolwe, valke, krokodille, ensovoorts is feitlik heeltemal van vleis afhanklik vir hulle energievoorsiening deurdat hulle die grootste deel van hul aminosuurinname afbreek om energie daaruit te kry.

Van die aminosure kan omgeskep word tot glukose en daarna tot glikogeen. Dit is onmoontlik vir diere of die mens om aminosure of proteïene in hul liggame op te berg. Diere soos voëls en reptiele kan die proteïen albumien in die wit van hulle eiers opgaar om as voedselbron vir die ontwikkelende embrio's te dien. Gedurende die deaminasie van aminosure word die aminogroep (NH₂-groep) verwyder. Die amino-groepe kan deur die selle behou word en later weer gebruik word om nuwe aminosure te sintetiseer.

ʼn Deel van die amino-groepe word egter tot ammoniak (NH₃) verander. Omdat ammoniak uiters giftig is vir selle, moet dit verander word tot 'n minder skadelike stof voordat dit die liggaam benadeel. Hierdie minder skadelike stof kan in die urien van die organismes uitgeskei word. Soogdiere en die mens verander die ammoniak tot ureum, voëls en reptiele tot uriensuur en die meeste waterlewende diere (met uitsondering van seelewende soogdiere) kan suiwer ammoniak uitskei.

Verskillende kategorieë van proteïene kan onderskei word deur na hulle samestelling te verwys. Twee hoofkategorieë bestaan, naamlik eenvoudige en gekonjugeerde proteïene. Wanneer eenvoudige proteïene gehidroliseer word, lewer dit slegs aminosure, terwyl gekonjugeerde proteïene, behalwe die aminosure, ook ander organiese en anorganiese komponente lewer. Die nie-aminosuurbestanddele van proteïene word prostetiese groepe genoem en die chemiese aard van die prostetiese groepe beïnvloed die benaming van die gekonjugeerde proteïene.

Dus kry 'n mens nukleo-proteïene, lipoproteïene, fosfoproteiene, metalloproteïene en glikoproteïene. Hierdie twee kategorieë proteïene kan verskillende funksies verrig, soos om 'n strukturele rol te speel, byvoorbeeld die membraanproteïene, miosien en aktien in spiere, die transportproteïene soos hemoglobien in rooi bloedliggaampies, asook immuunproteiene soos die verskillende immunoglobiene. Benewens prote·iene word peptiede ook van aminosure vervaardig, maar anders as proteïene is die ketting korter en struktureel baie eenvoudig.

Van die belangrike endokriene hormone, soos vasopressien, oksitosien en ACTH (adrenokortikotroop-hormoon), is peptiede. Dit is peptiede wat self deur 'n liggaam van aminosure, wat oorspronklik as voedsel ingeneem is, vervaardig word. Die aminosuur tirosien is die voorganger van die velpigment melanien. Indien 'n individu 'n gebrekkige opname van tirosien het, of daar 'n defek in die verwerking van die aminosuur tot melanien is, kan albinisme ontstaan.

Tirosien speel verder 'n belangrike rol in die vervaardiging van die skildklierhormoon tiroksien, asook by die bynierhormone adrenalien (epinefrien) en noradrenalien (norepinefrien). Albei laasgenoemde stowwe is baie belangrik as hormone, maar hulle het ook 'n funksie as neuro-oordraer (‘n molekule wat 'n senuwee-impuls oor sinapse dra). Die vervaardiging van proteïene vind plaas in die sitoplasma van selle waar dit by ribosome geskied, wat aan die endoplasmatiese retikulum, 'n ingewikkelde membraannetwerk, gekoppel is.

Die aminosure moet in 'n bepaalde volgorde aanmekaargekoppel word. Die inligting hiervoor word verskaf deur die gene van die chromosome in die selkern, en word van die selkern deur die boodskapper-RNS na die ribosome gebring.

Anaërobiese metabolisme

Gedurende die voorafgaande bespreking is daar verwys na respirasie wat in die aanwesigheid van suurstof plaasvind. Die eindprodukte van die oksidasieproses is water (H₂0), waar suurstof hom aan die einde van die oksidatiewe fosforileringproses verbind het, en koolstofdioksied (CO₂), waar suurstof verbind het met koolstof, wat afkomstig is van die sitroensuursiklus.

In albei gevalle word relatief baie suurstof gebruik, wat diere en mense deur hulle verskillende gaswisselingsmetodes verkry. Daar kom egter gevalle voor waar sekere organe van 'n organisme nie genoeg suurstof het om aërobies te respireer nie. Dit gebeur veral met skeletspiere wat harde werk verrig het. Wanneer die spiere baie aktief is, is die respirasietempo baie hoog en nie genoeg suurstof kan verskaf word om aërobiese respirasie in so 'n tempo te laat geskied nie.

Gedurende glukolise word glukose verander tot pirodruiwesuur. Indien suurstof aanwesig is, sal pirodruiwesuur tot asetielkoënsiem A verander word om deur die sitroensuursiklus te gaan. As daar nie genoeg suurstof beskikbaar is nie, word die pirodruiwesuur tot melksuur verander. Die melksuur hoop tydelik in die spiere op, waar dit die pH van die spiere verlaag, wat op sy beurt die seer, stram gevoel van "stywe" spiere veroorsaak. Die melksuur word mettertyd na die lewer vervoer, waar omsetting na glukose plaasvind.

Die melksuur kan egter ook terug verander word na pirodruiwesuur en in asetielkoënsiem A omgeskep word vir oksidasie deur die sitroensuursiklus. Gedurende anaërobiese respirasie verkry die spiere energie deur alleenlik glukolise te laat plaasvind. Daar word nie baie energie hierdeur verkry nie, maar omdat die proses vinnig en herhaaldelik geskied, kan groot hoeveelhede glukose vinnig gedeeltelik afgebreek word. Party diere moet periodiek sonder suurstof lewe, soos die mossels (Mytilus edulis), wat fakultatiewe anaërobe is vanweë hul habitat, die getysone van die see.

Gedurende laagwater kan hulle kieue nie suurstof uit die lug kry nie, wat tydelik anaerobiese toestande op die diere afdwing. Om dit die hoof te bied, het die mossels twee aparte metaboliese stelsels ontwikkel. Wanneer suurstof aanwesig is, respireer die diere aërobies, maar skakel oor na anaerobiese respirasie wanneer suurstof nie beskikbaar is nie. Gedurende die anaerobiese reaksies word daar nie melksuur gevorm soos by die skeletspiere van gewerweldes nie, maar wel verskillende eindprodukte, soos barnsteensuur (suksiensuur) en glutamiensuur.

Die sure hoop tydelik op, maar sodra daar voldoende suurstof beskikbaar is, kom die sitroensuursiklus weer in werking en die sure word verder geoksideer om energieryke produkte en afvalstowwe te lewer. Inwendige parasiete in die dermkanaal van diere en mense, soos spoelwurms (Ascaris lumbricoides) en lintwurms, is obligate anaërobe, wat beteken dat hulle nie in die aanwesigheid van suurstof lewe nie. In die dermkanaal van mense en vertebrate absorbeer hulle glukose uit die dermsap en verwerk dit tot melksuur om voldoende energie vir hulle behoeftes te voorsien.

Plante

Diere voorsien in hulle energiebehoeftes deur voedsel in te neem. Plante vermag dit deur self energieryke organiese molekules uit anorganiese bestanddele te vervaardig en hulle is gevolglik outotrofe. Groen plante is die grootste groep outotrofiese organismes. Hulle verkry hul energie deur middel van fotosintese, waartydens die stralingsenergie van sonlig gebruik word om organiese voedingstowwe van water en koolstofdioksied te vervaardig.

'n Baie belangrike produk van fotosintese is suurstof, wat deur die blare se huidmondjies na buite ontsnap. Die ligenergie word deur liggevoelige pigmente geabsorbeer. In hoër plante is die pigmente chlorofil a en chlorofil b aanwesig en albei word in spesiale organelle, die chloroplaste, in die sel se sitoplasma aangetref. Omdat hierdie plante lig as primêre energiebron gebruik, word hulle foto-outotrofe genoem. 'n Verskeidenheid van pigmente word ook in groen plante, maar veral in wiere, aangetref.

Wiere kan rooi, bruin, geel en blougroen pigmente gebruik om te fotosintetiseer. Hierdie pigmente absorbeer lig in die dele van die spektrum wat nie chlorofil benut nie. Wiere se pigmente word gebruik vir fotosintese, maar groen plante se karoteen- en xantofilpigmente absorbeer net die ligenergie en plaas dit oor aan die chlorofil. Die geabsorbeerde ligenergie word vasgelê in die koolstofverbindings van suikers, veral glukose, asook stysel.

Gedurende die oksidasie van die stowwe word die energie in die verbindings weer beskikbaar gestel vir ander metaboliese prosesse in die sel. Die omsetting van stralingsenergie na chemiese energie geskied deur bemiddeling van die vorming van tydelike energieryke verbindings, soos adenosientrifosfaat (ATP, ook bekend as ATF) en nikotienamiedadeniendinukleotiedfosfaat (NADPH).

Sekere mikroörganismes gebruik nie sonlig as 'n primêre energiebron nie, maar verkry hulle energie deur die oksidasie van 'n verskeidenheid van anorganiese stowwe soos yster (die ysterbakterieë, byvoorbeeld Gallionella minor), swael (die swaelbakterieë, byvoorbeeld Thiobacillus- spp.) en stikstof (byvoorbeeld die nitrietbakterieë, familie Nitrobacteraceae). Omdat die organismes die energie van die anorganiese molekules se verbindings gebruik om hulle organiese molekules te vervaardig, word hulle chemo-outotrofe genoem en die proses word chemosintese genoem.

Koolhidraatmetabolisme

Suiker is oplosbaar in water en veroorsaak dat oplossings osmoties aktief word. Omdat suiker in oplossing die osmotiese potensiaal van plantselle se sitoplasma beïnvloed van wee die verlaging van die konsentrasie van water, moet daar voorsiening gemaak word om instromende water uit die selle te hou, want die turgor kan te veel verhoog word.

Om te voorkom, dat 'n stygende suikerkonsentrasie gedurende fotosintese ontstaan, wat 'n produk hiervan is, word dit omgesit in stysel. Stysel is onoplosbaar in water en dit beïnvloed dus nie die osmotiese potensiaal van die sel se sitoplasma nie. Teen die einde van die dag het plante, vanweë fotosintese, groot hoeveelhede stysel in die fotosintetiserende selle opgehoop. Gedurende die nag word dit afgebreek tot disakkariede (saccharose) en in die vorm na die sel le afgevoer.

'n Deel van die suikers word gebruik vir respirasie en die res word gebruik om ander sekondêre produkte, soos stysel, proteïene en vette, te vervaardig. Fotosintese, 'n anaboliese reeks reaksies, se produkte word albei katabolies (respirasie) en anabolies (sintese van ander organiese produkte) gebruik. Die koolhidraat glukose, wat gedurende fotosintese vervaardig word, is die basis vir die vervaardiging van die meeste ander organiese molekules. Plante kan stysel, vette en proteïene in spesiale bergingsorgane bêre.

Die organiese stowwe word veral in ongunstige tye gebruik, byvoorbeeld in die winter, wanneer bladwisselende plante geen blare met chlorofil het en fotosintese nie kan plaasvind nie. Die voedsel word dan gebruik om in die plant se energiebehoeftes te voorsien. Die koolhidrate wat vir respirasie bestem is, word in die selle geoksideer. Dieselfde vier respiratoriese stappe word by plante gevind as by diere, naamlik glukolise, die dekarboksilering van pirodruiwesuur, met die daaropvolgende sitroensuursiklus en oksidatiewe fosforilering.

Bakterieë of swamme, wat anaërobies respireer, gebruik ander molekules om in die suurstof se plek as waterstofontvanger te fungeer soos dit in die geval van die verskillende gistingsprosesse plaasvind (byvoorbeeld alkoholgisting en melksuurgisting). Die energiewins gedurende gisting is baie laer as die van aërobiese respirasie.

Vetmetabolisme

Gedurende glukolise word glukose afgebreek tot pirodruiwesuur, wat op sy beurt gedekarboksileer word tot asetiel. Die asetiel verbind met koënsiem A, wat in plaas daarvan om in die sitroensuursiklus gebruik te word, aangewend word om vetsure te vervaardig. Plantaardige vette is meestal vloeibaar, omdat die vetsure 'n hoë mate van onversadiging toon. Daar word dus na plantaardige vette as olie verwys, wat as reserwevoedsel in veral vrugte en sade geberg word. Gedurende die afbreking van vetsure word dit tot 'n verbinding van twee koolstowwe afgebreek, wat in die sitroensuursiklus ingevoer en met 'n hoë energiewins geoksideer word.

Stikstofmetabolisme

Hoewel lug se samestelling grotendeels uit stikstofgas (N₂) bestaan, kan plante dit nie in die vorm absorbeer nie. Plante het stikstof nodig om aminosure te vervaardig en is dus die oorspronklike bron hiervan in die natuur. Stikstof word deur plante verkry omdat sommige bakterieë, swamme en blougroen alge die vermoë besit om vry stikstof te bind en nitrate (NO₃) of nitriete (NO₂) om te sit.

Ander bakterieë kan ook stikstof fikseer om ammoniak (NH₄) te vorm. Die hoër plante neem stikstof in die vorm van nitrate en ammoniak uit die grond op om so in hulle stikstofbehoeftes te voorsien. Die stikstof word nou met produkte van die koolhidraatmetabolisme gekombineer om aminosure te vervaardig. Die uiters belangrike swaelbevattende aminosure, soos sisteïen, word vervaardig deur swael hierby te voeg. Die swael is in die vorm van sulfaatione (SO₄^2-) opgeneem.

Aminosure vorm die boustene van proteïene en peptiede. Voorbeelde hiervan is die fotosintetiese pigmente en die respiratoriese ensieme. Stikstof is verder onontbeerlik vir die vervaardiging van die nukleïensure (DNS en RNS), asook vir molekules soos ouksiene, die groeihormone. Gedurende al hierdie reaksies word die energie verskaf deur ATP- molekules wat tydens koolhidraatkatabolisme gevorm is. 'n Spesifieke deel van 'n plant kan 'n tydelike tekort aan proteïene ondervind.

Om in die tekort te voorsien, word 'n ander proteïen met behulp van proteolitiese ensieme afgebreek op die plek waar dit geberg word. Die aminosure wat so verkry word, word deur die floëem se sifvate vervoer na die dele waar dit nodig is vir gebruik om nuwe proteïene te sintetiseer. As alternatief kan die aminosure in die sel agtergehou word en daar omgesit word in 'n ander aminosuur (transaminasie), of verder afgebreek word. Amiene kan gevorm word deur die karboksielgroep (COOH-groep) van die aminosure te verwyder, iets wat deur sommige bakterieë of skimmels, veral die van anaërobiese aard, gedoen word.

Die meeste hoër plante breek die aminosure in die aanwesigheid van suurstof af, sodat ketosure en ammoniak in plaas van amiene ontstaan. Ammoniak (NH₃) is skadelik in groot konsentrasies en die plante moet dit in ander stowwe omskep om dit onskadelik te maak. Diere raak van hulle oortollige stikstof ontslae deur urien, maar by plante word die oortollige stikstof omgesit in die amiene asparagien en glutamien. So nie kan dit verwerk word tot allantoïen, wat in die wortels geberg word.

Biochemiese aspekte

Die presiese chemiese werking van lewende organismes was vir 'n lang tyd onbekend. Sommige geleerdes het self nog in die 20e eeu geglo aan geheimsinnige kragte wat organismes se chemiese prosesse reguleer. Die moderne biochemiese wetenskap het egter bewys dat dieselfde natuurwette op sowel lewende as dooie materie van toepassing is, want alle materie word uit kombinasies van dieselfde beperkte getal elemente gebou.

Daar is ook gevind dat die reaksies in organismes se liggame volgens dieselfde beginsels as 'n reaksie in 'n proefbuis verloop. In anorganiese chemie word daar van katalisators gebruik gemaak om reaksies vinniger te laat plaasvind. Biologiese stelsels maak ook van katalisators gebruik, naamlik die liggaam se ensieme, wat besondere proteïene is. Hulle maak reaksies in biologiese stelsels moontlik en beheer dit deur die tempo van reaksies te reguleer, of maak 'n omgekeerde reaksie moontlik om 'n tekort wat ontstaan het, aan te vul.

Ewewig

Daar bestaan 'n dinamiese ewewig in liggame tussen katabolisme en anabolisme. Die ewewig word teweeggebring deur omkeerbare reaksies, wat ook ewewigsreaksies genoem word. In anorganiese chemie kan die ewewig van 'n reaksie maklik bepaal word, want dit word deur 'n beperkte aantal faktore beïnvloed, soos die konsentrasie van die substraat (stof waarmee 'n reaksie begin word), konsentrasie van produkte en die temperatuur waarteen die reaksie plaasvind.

Hierdie suiwer chemiese faktore geld nie in lewende wesens nie, want daar is meer onbekende faktore by hulle aanwesig as in proefbuise. Ewewig in lewende wesens kan deur uitwendige en inwendige faktore, wat liggaamlike en fisiese (omgewings-) skommelinge insluit, beïnvloed word. Ten spyte hiervan is dit moontlik om ewewigsreaksies in liggame as 'n enkele reaksie voor te stel. 'n Voorbeeld hiervan is die hidrolise (splitsing deur die opname van water) van adenosientrifosfaat:

ATP + H₂O - AMP + PP_i,

PP_i, + H₂O'" 2P_i

In die reaksie word die fosforverbinding adenosientrifosfaat (ATP) verdeel in adenosienmonofostaat (AMP) en pirofostaat (PP_i). Die laaste produk word op sy beurt weer tot anorganiese fosfaat verdeel. Die twee pyltjies dui aan dat 'n ewewig tussen die substraat en die produk bestaan. AMP kan saam met PP_i en die toevoeging van energie weer tot ATP en water omgesit word en die reaksie kan daarna weer in die teenoorgestelde rigting plaasvind.

Energie

Oor die algemeen lewer die afbreking van stowwe energie, terwyl die vervaardiging van stowwe energie vereis. Omdat alle organismes energie nodig het om te kan leef, moet hulle verkryging en verbruik van energie 'n ewewig tussen katabolisme en anabolisme tot gevolg hê.

'n Wesenlike eienskap van lewende organismes is dus dat hulle energie kan vaslê in die vorm van chemiese verbindings en dit later weer daaruit kan verkry deur die chemiese verbindings te verbreek. Wanneer energie nie oor 'n lang tydperk geberg word nie, word dit veral in die vorm van ATP-molekules geberg. Wanneer energie vir 'n reaksie nodig is, word die ATP na ADP afgebreek en die energie tussen die fosfaatverbindings is dan beskikbaar.

Plante en sekere bakterieë kan energie in ATP-verbindings vaslê deur sonligenergie om }e sit in chemiese energie. Ander organismes, waaronder die mens, moet 'n verskeidenheid van metodes gebruik om hul energie te bekom. Diere en die mens moet organiese voedsel inneem om hieruit hul eie energieryke verbindings op te bou. Die energie word verkry deur die vertering en verdere afbreek van die voedsel. Die meeste energie kom vry wanneer die voedsel heeltemal afgebreek word, soos met die oksidering van glukose tot koolstofdioksied en water in die selle.

Volkome oksidasie het egter die aanwesigheid van suurstof nodig, dit wil sê oksidasie moet aërobies plaasvind. Organismes wat nie suurstof kan verduur nie (anaërobe), verkry hulle energie deur die produkte van glukolise te gis en sodoende relatief min energie bekom. In hoër organismes vind sowel anaerobiese as aërobiese respirasie plaas.

Glukolise geskied in die afwesigheid van suurstof (daar is al gevind dat die aanwesigheid van suurstof glukolise in sommige organismes benadeel). Pirodruiwesuur, die produk van glukolise, word dan verder geoksideer deur die sitroensuursiklus en oksidatiewe fosforilering.

Biomolekule

Alle lewende organismes en die mens is hoofsaaklik uit koolhidrate, vette, proteïene en nukleïensure opgebou, en daarom kan die molekules biomolekules genoem word. Dit is belangrik om daarop te let dat die anabolisme en katabolisme van die molekules onderling afhanklik is. Daar kan gerieflikheidshalwe tussen die stikstof-, koolhidraat-, vet- en nukleïensuurmetabolisme onderskei word.

Bronnelys

• Wêreldspektrum, 1982, ISBN 0908409591, volume 18, bl. 165