Въведение в метаболизма: Анаболизъм и катаболизъм

В това видео ще разкажа за процесите, които определят целия живот, такъв какъвто го познаваме. В основата стои така нареченият метаболизъм. Метаболизъм. Това е процес на усвояване на енергия в различни форми, в който тя се трансформира до основните си градивни елементи, а след това от тези елементи се изграждат различни вещества, които са ни полезни – за енергията ни, за структурата ни, благодарение на които всъщност можем да живеем, да растем, да се възпроизвеждаме и да съжителстваме в унисон със заобикалящата ни среда. Сега ще се запознаем с поредица от примери, свързани с метаболизма. Метаболизмът в своята същност представлява два различни процеса. Разграждането на веществата до по-прости такива, при което се освобождава енергия, се нарича катаболизъм. Катаболизъм. Това е разграждането на веществата. След като веднъж сме разградили веществата, вече сме готови да ги усвоим, като това ще допринесе за изграждането и обновяването на тъканите, което всъщност представлява анаболизъм. Анаболизъм, с ударение на и. И пример за това как да си го представяме е, като си представим, че някой е построил нещо с конструктор "Лего" – и ние също искаме да построим нещо с "Лего". Добре, отиваме до построеното с блокчета Лего и искаме да го разглобим, но не напълно. Например няма да стигнем до там, че чак да разтопим пластмасата. Ще го разглобим на отделните му блокчета и след това ще построим нещо по начина, по който искаме. И дори може и да не ни се наложи да го разглобяваме изцяло на отделните му Лего блокчета. Може дори да има изградени елементи в първия построен дворец Лего, които да са ни полезни. Така че нека помислим сега как започва всичко това. Вълнуващото тук е, че всичко това е започнало или започва от звездите, от процесите на синтез в звездите. А това тук е снимка на звезда, много позната за нас звезда. Това е Слънцето. Може би не осъзнаваш, че Слънцето е само една от вероятно неколцината звезди, които са важна част от и за нашето съществуване. Слънцето за нас е най-прекият източник на енергия за по-голямата част от живота, който познаваме. Има някои видове бактерии и организми, които могат да живеят далеч от слънчевата светлина на дъното на океана, поради топлината, която се отдава там, но Слънцето си остава нашият основен източник на енергия. На ако твърдя, че и други звезди може да са източници на енергия, включително мъртви звезди, които съществуват от милиарди години, то това е, защото вземам предвид сложните елементи, от които ние сме създадени или тези, които са сред нас в околната среда като въглерод, кислород и така нататък, общо взето всичко друго различно от водорода е конструирано в процес на синтез от водород във вътрешността на звездите. Така че ние наистина сме създадени от звезден прах. И ето ни и нас, ние сме на Земята. Земята представлява всичката тази кондензирана материя от четири и половина милиона години. Вероятно някоя свръхнова притежава целия този прах, който е изграждал предишна звезда, за да се слее по този начин и така се образува и радиацията. Така възниква и енергията от Слънцето. И още веднъж, тази енергия идва от синтезни процеси и представлява това, което превръща по-простите елементи в по-сложни, така че Слънцето също изгражда по-сложни елементи, но тази енергия си проправя път до Земята. И така се образуват организмите като растенията, които използват слънчевата енергия, за да превърнат въглеродния диоксид в органични съединения, храната, бихме казали, която накрая ще достигне до нас. А този процес, с който може би си наясно, се нарича фотосинтеза. А сега ще обсъдим някои по-задълбочени детайли. Синтез. Както подсказва думата фото, при фотосинтезата се синтезират основните вещества от светлината. Има едно нещо, за което обичам да питам хората, когато за първи път се сблъскат с термина фотосинтеза, а именно относно това, че може да видим как тревата расте или как расте пшеницата, или как расте дърво, но откъде растенията черпят градивни елементи? А най-често срещаният отговор е – "Някак си идва от земята" – има и някои хранителни вещества, които водят произхода си от земята, но всъщност става дума за фиксиране на въглерод и ще говорим доста за това, особено при кръговрата на въглерода. Въздухът съдържа въглероден диоксид, така че има въглерод – ще го напиша по следния начин. Въздухът съдържа въглероден диоксид и фотосинтезата позволява на растенията да усвояват въглерода от въглеродния диоксид и да го преобразуват в различни съединения, като го превръщат от газообразно в твърдо състояние, в глюкозни молекули, а след това използват тази глюкоза, за да изградят целулоза и други форми на скорбяла и каквото и да било друго. Следователно използва молекулите, които са във въздуха – ще ги нарисувам тук. Използват въглеродния диоксид от въздуха и слънчевата енергия, за да го фиксират и всъщност да сформират съединения между въглерода и други вещества. Както казахме, ние сме изградени предимно от въглерод и водород и имаме кислород отвътре, но ние сме способни да образуваме тези елементи. И сега от тук други живи организми, които представляват най-простите едноклетъчни организми като бактериите и други прости организми... Напомням, знаеш, че фотосинтезата не е само процес, свързан със светлината и въглеродния диоксид. Включва също и водата. Така че в този процес участва и водата. Следователно имаме въглероден диоксид, CO2, слънчева светлина и вода. Благодарение на тези елементи се набавят хранителните вещества на Земята. И от това може да се изградят вещества като например вещества от растенията, които използват слънчевата енергия и са градивен елемент на някои храни като хляба, а също има и други животни, които ядат някои неща като тревата например и по-късно започват да ги разграждат по свой начин с помощта на бактерии, и тогава тези хранителни вещества преминават в кравата, в млякото. А това, което прави тази крава, е да обменя чрез метаболизъм тази трева. Тя може да я разгради, да доведе различните молекули в тревата чрез катаболизъм или разпад и да ги превърне в градивни елементи, които след това ще изградят кравата, млякото и всичко останало. Може би се питаш какви точно са тези молекули, които продължаваме да разграждаме, а после отново ги възстановяваме. Това са въглехидратите. Въглехидрати, а също така ще видиш и повечето от молекулите, за които възнамерявам да говоря. Честно казано, всички те са част от хранителното съдържание на гърба на опаковката, понеже това ни казва какво има вътре в храната. Какви хранителни вещества ще обмени твоето тяло чрез метаболизъм, когато яде това, което се крие зад опаковката. Въглехидратите са или просто захари като глюкоза или фруктоза, или полимери на тези захари, които се наричат полизахариди. Може да бъде скорбяла, направена от много елементи. Или много други различни видове прости захари. Бихме могли да говорим за липиди или мастни киселини, бихме могли да говорим и за холестерол. Това са важни елементи, които са също така съществени за серията от биохимични реакции в клетката. Друг такъв клас вещества са протеините, които са изградени от аминокиселини. Според някои хора се нуждаем от протеини, понеже са изградени от аминокиселини. И така можем да разградим тези протеини, да си набавим аминокиселините и да ги усвоим под формата на нови протеини. Протеини и аминокиселини. А всички тези вещества се намират в храните, които ядем, които консумираме, и чиито вещества после обменяме чрез метаболизъм. Първо се осъществява процесът катаболизъм и разграждаме веществата, а след това използваме тези градивни елементи, за да ги усвоим. И така в края на деня тези вещества осигуряват градивните елементи, които съставляват нашите тела. Те ни позволяват да взаимодействаме с околната среда и ни осигуряват енергия, която се пренася чрез едно специално вещество, нещо като "енергийна валута" – веществото ATФ. (аденозинтрифосфат) Ето тук можеш да видиш изобразена молекулата ATФ. Аденозинтрифосфат. А отговорът на това как ATФ съхранява енергия в богатите си на енергия връзки е наличието на трите фосфатни групи. То съдържа тези три фосфатни групи, за които имаме цяло видео или всъщност няколко серии видеа, но основният отговор се крие в това, че има много енергия, най-вече в последната фосфатна група, както предполагам. А тази енергия и това съединение, както фосфатната група го прекъсва, така може и да го отдели, за да осигури всички видове механизми на живот включително способността на организма да обменя веществата чрез метаболизъм. Тук може да видим ATФ, което представлява енергийната валута в организма. И това всъщност е една интересна молекула. Ако разгледаме например тази част от нея, тя наистина изглежда като част от РНК. Изглежда сякаш взимаме... Имаме рибоза, аденин фосфатна група и на практика може да се използва за изграждането на елементи като РНК и дори ДНК, отвъд това, че служи за пренос на енергия. Забавно е да видим как всички тези части взаимодействат една с друга, как могат да се разградят. Наблюдаваме тези процеси отново и отново в биологичните системи, които по същество стъпват върху разграждането и усвояването на въглехидратите, липидите, мастните киселини, холестерола, други вещества и протеини/аминокиселини. И целият този процес, който вече познаваме, непрекъснато ни съпътства, така че обърни внимание на деня си, на нещата, които консумираш, и ще видиш този процес отново и отново. което всъщност е малко умопомрачително, понеже в крайна сметка енергията идва от реакциите на синтез в звездите и всички сложни елементи около теб, или дори не толкова сложни, всичкият въглерод, кислород, и всички други елементи са се образували в хода на реакциите на термоядрен синтез в звездите, които вероятно съществуват вече милиарди години, така че дано вече да чувстваш малко по-силна връзка с Вселената.