Procesele metabolice sunt secvențe de reacții biochimice care au loc în celulele vii pentru a menține viața. Ele pot fi împărțite în două tipuri principale. Procesele catabolice, sau căile, implică descompunerea moleculelor complexe din alimente în unități mai mici care pot fi folosite ca blocuri pentru noi molecule sau pentru a furniza energie. Căile anabolice implică utilizarea energiei pentru a construi noi substanțe chimice care devin componente ale celulelor. Aceste reacții sunt posibile de un număr de catalizatori organici cunoscuți sub numele de enzime.
Împreună, cele două tipuri de procese metabolice permit transformarea materiilor prime, sau nutrienților, care sunt preluate de un organism în țesut. Un compus, comun tuturor vieții celulare, este esențial pentru aceste transformări. Trifosfatul de adenozină (ATP) este folosit pentru a stoca energia obținută din nutrienți, cum ar fi carbohidrații, și pentru a elibera energie atunci când este necesară pentru construirea de noi molecule.
Procese catabolice
Unele organisme, cum ar fi plantele verzi, își fac propria hrană din materiale anorganice, în timp ce altele, cum ar fi animalele, consumă materiale organice pentru a-și hrăni. Alimentele consumate de animale pot fi împărțite în trei tipuri principale – carbohidrați, lipide (grăsimi și uleiuri) și proteine. Digestia implică procese catabolice care le descompun în componente mai simple. De exemplu, carbohidrații relativ complecși, cum ar fi polizaharidele și dizaharidele sunt descompuse în glucoză, iar proteinele sunt descompuse în aminoacizi. Acești compuși mai simpli pot fi utilizați prin procese anabolice pentru a construi noi materiale sau pot fi descompuși în continuare pentru a furniza energie.
Respirația celulară este procesul prin care glucoza de carbohidrat (C6H12O6) este descompusă în dioxid de carbon (CO2) și apă (H2O), producând energie care este stocată în ATP. Procedura implică oxidare, iar acolo unde există oxigen atmosferic disponibil este folosit în ceea ce este cunoscut sub numele de respirație aerobă. Acesta este procesul care are loc la animale, plante și unele microorganisme. Reacția generală poate fi rezumată ca
C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O
dar procesul are loc în mai multe etape, iar detaliile sunt destul de complexe.
În condițiile în care nu este prezent oxigen liber, are loc respirația anaerobă. Aceasta se găsește numai în anumite microorganisme care trăiesc în sol, materie organică în descompunere, sub mare, adânc în subteran și în intestinele animalelor. Aceste organisme folosesc alternative precum nitrați, sulfați, fumarați și chiar sulf în locul oxigenului liber. Respirația anaerobă este mult mai puțin eficientă decât procesul aerob și produce mult mai puțin ATP, dar la începutul istoriei Pământului – înainte să existe oxigen liber în atmosferă – aceasta a fost singura formă de respirație posibilă.
La animale, lipidele sunt, de asemenea, oxidate în dioxid de carbon și apă, dar primii pași sunt diferiți. Chimia organismelor are loc într-un mediu pe bază de apă, dar grăsimile și uleiurile nu se amestecă cu apa. Primul pas este emulsionarea acestor substanțe, ceea ce înseamnă transformarea lor într-o formă care se va amesteca cu apa, în același mod în care detergenții pot ajuta la curățarea scurgerilor de petrol. Acest lucru se realizează prin substanțe asemănătoare săpunului conținute în bila eliberată de vezica biliară în intestinul subțire. Lipidele sunt apoi descompuse în acizi grași și glicerol, care pot fi absorbiți prin intestine, și care pot suferi apoi reacții de oxidare similare celor efectuate asupra carbohidraților.
Proteinele sunt molecule foarte mari, complexe, formate din blocuri de construcție cunoscute sub numele de aminoacizi. Ele sunt metabolizate prin diverse reacții care le împart în aminoacizii lor, care pot fi absorbiți și apoi utilizați în interiorul celulelor. În general, proteinele nu sunt folosite pentru a furniza energie, ci în schimb aminoacizii sunt utilizați pentru a produce noi proteine pentru a construi țesuturi și mușchi. În cazurile în care nu există carbohidrați sau grăsimi disponibile în dietă, iar organismul și-a epuizat rezervele de grăsimi, proteinele pot fi folosite pentru a genera energie, prin oxidarea aminoacizilor lor. În aceste cazuri, organismul poate începe să descompună proteinele musculare.
Procese anabolice
Cunoscute și sub denumirea de biosinteză, acestea sunt reacții care consumă energia stocată în ATP prin procese catabolice. Acestea includ construirea de proteine din aminoacizi și construcția de ADN din nucleotide. La animale pot fi incluse și contracțiile musculare care stimulează mișcarea, deoarece acestea necesită utilizarea energiei stocate. La plante, sinteza glucozei din dioxid de carbon și apă prin fotosinteză este o altă cale anabolică.
Procesele metabolice și greutatea corporală
Energia obținută din alimente prin catabolism poate fi folosită imediat, prin procese anabolice, dar dacă nu este folosită, o mare parte din ea este stocată sub formă de grăsime. Cantitatea de energie care poate fi extrasă dintr-un aliment poate fi măsurată în calorii. În mod similar, cantitatea utilizată de diferite forme de exerciții poate fi măsurată și în acest fel. Dacă sunt consumate în mod constant mai multe calorii decât sunt utilizate, grăsimea se va acumula, rezultând în creștere în greutate. În schimb, dacă se consumă mai multe calorii decât se consumă, organismul va obține energie folosind rezervele de grăsime, slăbând.