חילוף חומרים

בתוך ה חילוף חומרים זהו המרה של חומרים ביוכימיים על ידי מערכת האנזים של האורגניזמים. נוצרים מוצרים ביניים הידועים גם בשם מטבוליטים. חילוף החומרים כולו מבוסס על מטבוליזם קבוע של חומרים כימיים.

מהי חילוף חומרים?

המונח מטבוליזם משמש בביולוגיה ורפואה ומתאר המרה או פירוק של חומר כימי במהלך חילוף החומרים. ביוונית, המכונה מטבוליזם מכונה גם חילוף חומרים. חילוף החומרים הכרחי לשמירה על תפקודיו החיוניים של האורגניזם.

יש מה שמכונה חילוף החומרים הקטבוליים והאנבוליים. בהקשר של חילוף חומרים קטבוליים, למשל, חומרים ביולוגיים בעלי אנרגיה גבוהה ופולימרית גבוהה מפורקים מהמזון עם שחרור האנרגיה. הפירוק מתרחש בשלושה שלבים. באופן זה, אבני הבניין הבודדות נוצרות בתחילה מפוליסכרידים (מרובה סוכרים), שומנים וחלבונים. במקרה של פוליסכרידים, מדובר במשושים (גלוקוז, פרוקטוז) ופנטוזות. השומנים מתפרקים לחומצות שומן וגליצרין והחלבונים הם בתורם המקור לחומצות אמינו בודדות. כל המונומרים הללו הם מטבוליטים של חילוף החומרים, מכיוון שהם יכולים להתפרק עוד יותר או לתרום לבניית החומרים הביולוגיים של הגוף עצמו.

חילוף החומרים האנאבוליים מבטיח שהתרכובות המורכבות של הגוף בנויות מחומרי התחלה פשוטים יותר. המטבוליטים של חילוף החומרים הקטבולי נקראים קטבוליטים ואלה של חילוף החומרים האנאבוליים נקראים אנאבוליטים. הממשק בין חילוף חומרים אנבוליים לקטבוליים הוא מה שמכונה מטבוליזם ביניים, מטבוליטים רבים הם שניהם החומר המוצא של תהליכים אנבוליים וקטבוליים.

חומרים זרים עוברים חילוף חומרים בגוף ומומרים לצורה מסיסה במים הניתנים להפרשה. חומרים זרים אלה כוללים תרופות, אך גם רעלים.

פונקציה ומשימה

המטבוליזם הוא בעל חשיבות רבה לגוף. לגוף ניתנת אנרגיה באמצעות המרה מתמדת של חומרים (במהלך פירוק ביומולקולות ביו-מולקולריות עתירות אנרגיה). האנרגיה הכימית של תרכובות המוצא משתחררת והופכת לחום ואנרגיה קינטית לשמירה על תפקודים גופניים. זה יוצר פחמן דו חמצני ומים בקצה הנמוך ביותר של התהליכים הקטבוליים. פירוק זה מתרחש באמצעות מספר חומרים ביניים, אותם ניתן גם לשלב מחדש בתהליכי גוף אנבוליים כביכול כביכול מטבוליטים. האנרגיה המשתחררת מאוחסנת באופן זמני בקשר פוספט במהלך תהליכי הפירוק (ראה ATP, GTP או אחרים).

על ידי פיצול הקשר הפוספטי, משוחררת אנרגיה הניתנת להמרה חזרה לאנרגיה כימית של מקרולקולציה כחלק מתהליך אנאבולי. לפיכך, מסלולי מטבוליות קטבוליים ואנבוליים קשורים זה לזה.

יתר על כן, בכל שלב של מסלול מטבולי קטבולי או אנאבולי נוצרים מטבוליטים המתפרקים או משמשים לבניית תרכובות מורכבות יותר. המסלול המטבולי שממנו מקור המטבוליט הבודד אינו מכריע. ממשק זה בין מטבוליזם קטבולי למטבולי נקרא חילוף החומרים הביניים.

האורגניזם נמצא תמיד במצב יציב של חומרים כימיים המוכנסים ומוסרים. אורגניזמים מן החי משתמשים באנרגיה הכימית של חומרים אורגניים, לפיהם אלה מתפרקים לחומרים אורגניים פשוטים. אורגניזמים צמחיים סופגים אנרגיה סולארית בצורת אור וממירים אותה לאנרגיה כימית על ידי בניית חומרים אורגניים מחומרים אורגניים.

בנוסף לחילוף חומרים במהלך חילוף החומרים הרגיל, חומרים זרים נספגים עוברים מטבוליזם. מטבוליזציות אלה מתרחשות תמיד בכבד. אלה לרוב תגובות לניקוי רעלים. גם לתרופות קיימים תגובות אלה. בסך הכל, אנו מדברים על ביוטרנספורמציה. בשלב הראשון מתרחשות תגובות חמצון או הפחתה או הידרוליזה.

במקרה של רעל שפועל בעיקר או חומר רפואי שפועל בעיקר, ההשפעה פוחתת. עם זאת, אם התרופה נספגת כתרופת-תרופה, היא תהיה יעילה רק לאחר התגובות שלב 1. אותו דבר יכול לקרות עם חומר שאינו רעיל בעיקר. ישנם רעלים שמתפתחים רק בגוף באמצעות מטבוליזם מתאים. בשלב שני, המטבוליטים הנוצרים בשלב 1 הופכים למסיסים במים באמצעות טרנספורמציות נוספות, כך שניתן יהיה להפריש אותם דרך הכליות.

מחלות ומחלות

בהקשר של חילוף החומרים והמטבוליזציה המתאימה, עלולות להיווצר בעיות בריאותיות ניכרות אם לא ניתן לפרק מטבוליט או רק בצורה גרועה. אם להפך, אין תגובות להיווצרות מטבוליטים חשובים מסוימים, ניתן לצפות גם להשלכות בריאותיות. במצבים כאלה יש לעיתים קרובות פגם גנטי או שינוי כרומוזום.

לא ניתן לייצר אנזימים מסוימים או לייצר אותם רק באופן לא מספיק. אותה השפעה נגרמת על ידי אנזים פגום. לכן מחלות מטבוליות רבות מראות הצטברות של מטבוליטים מסוימים. במחלות אחרות, מטבוליטים חשובים כלל לא נוצרים. בשני המקרים שרשרת התגובות המורכבות נקטעת וכמה תגובות חיוניות כבר לא מתרחשות.

במחלות אגירה מה שנקרא, חומרים או מטבוליטים מסוימים מצטברים יותר ויותר בתאים או מחוץ לתאים. לרוב זה מוביל לפגיעה משמעותית באיברים. במקרה של רעלים ותרופות, על מטבוליזם בדרך כלל להוביל להשפלת החומרים, ובכך להחליש את השפעתם. עם זאת, ישנם גם מקרים בהם התהליכים המטבוליים הופכים חומרי התחלה לא מזיקים יחסית למטבוליטים פעילים, שרק מפתחים את השפעתם הרעילה בשלב זה. תהליכי חילוף החומרים של חומרים זרים אינם ספציפיים ולכן פועלים תמיד על פי סכימה אחת. לכן יכול לפעמים לקרות שתהליך חילוף החומרים של חומרים ספציפיים אלה הוא הבעיה האמיתית.