یکی از ویژگیهای سیستمهای حیاتی اعم از گیاه یا جانور (تک سلولی و پرسلولی) داشتن توان متابولیسمی است که به فارسی سوخت و ساز گفته می‌شود. تحت این عنوان موضوعات متنوعی مورد مطالعه است. سلول دارای این توانایی است که فرایندهای انرژی خواه و انرژی زا را در شرایط سازگار به حیات انجام دهد. برای اینکار نیازمند مولکولهایی است که این واکنشها را انجام دهند که آنزیمها هستند. تحت عنوان متابولیسم دو گروه فرایند مورد بررسی قرار می‌گیرند: فرایندهای آنابولیسمی (Anabolism) و فرایندهای کاتابولیسمی (Catabolism)
فرایندهای آنابولیسمی
این فرایندها انرژی خواه هستند. تغییرات انرژی آزاد در آنها مثبت است. در جریان این فرایندها ، مولکولهای کوچک به مولکولهای درشت آلی تبدیل می‌شوند و در نتیجه نظم سیستم افزایش می‌یابد و به عبارت دیگر آنتروپی سیستم کاهش می‌یابد. فرایندهای آنابولیسمی در گیاهان شامل فتوسنتز و شیمیوسنتز است. فتوسنتز انرژی مورد نیاز خود را به صورت انرژی نوری دریافت می‌کند.
در فرایند شیمیوسنتز ، انرژی حاصل از اکسیداسیون مواد آلی یا کانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این فرایندها ، پیش سازهای ساده و کوچک برای ساختن مولکولهای بزرگتر و پیچیده‌تر ، نظیر لیپیدها ، پلی‌ساکاریدها ، پروتئینها و اسیدهای نوکلئیک مورد استفاده قرار می‌گیرند. تمامی واکنشهای آنابولیک نیاز به مصرف انرژی عموما به شکل انتقال گروه فسفریل از ATP و قدرت احیا کنندگی FADH2 ، NADPH ، NADH دارند.
فتوسنتز
فتوسنتز عبارت است از پدیده‌ای که گیاهان سبز در حضور نور و CO2 ، مواد قندی می‌سازند و اکسیژن را به محیط بیرون دفع می‌کنند. در گروه ارگانیزمهای پست به موجوداتی از گروه باکتریها برخورد می‌کنیم که دارای توان فتوسنتزی هستند. فتوسنتز شامل دو گروه از واکنشهاست: واکنشهای نیازمند به نور که در غشاهای تیلاکوئیدی کلروپلاستها انجام می‌شوند و در این مرحله O2 آزاد می‌شود و واکنشهای بی‌نیاز به نور که در استرومای کلروپلاست اتفاق می‌افتد و در این مرحله CO2 جو تثبیت شده و کربوهیدراتها تولید می‌شوند.
شیمیوسنتز
شیمیوسنتز یکی از راههای ورودی انرژی در دنیای جانداران است. ولی در مقایسه با فتوسنتز از اهمیت کمتری برخوردار است. باکتریهایی وجود دارند که می‌توانند در محیط معدنی ، بدون مبادله ماده و انرژی با موجودات زنده رشد و نمو کنند. این گروه از باکتریها خود دو دسته هستند. گروهی که کمولیتوتروف هستند مواد کانی را استفاده می‌کنند. اینها اتوتروفهای کامل هستند.
انرژی آزاد شده از اکسیداسیون مواد کانی توسط این باکتریها به صورت ATP ذخیره می‌شود. از این باکتریها می‌توان به نیتروزموناس و نیترواسپیرا اشاره کرد. گروه دیگر از شیمیوسنتز کننده‌ها ، کموارگانوتروفها هستند. این گروه ، مواد آلی را اکسیده می‌کنند. این مواد آلی از تجزیه بافتهای گیاهی یا جانوری در خاک بدست می‌آیند. این موجودات از انرژی آزاد شده برای سنتزهای خود استفاده می‌کنند.
فرایندهای کاتابولیسمی
پدیده‌هایی هستند که در جریان آن موجودات زنده مولکولهای درشت آلی (کربوهیدراتها ، پروتئینها و لیپیدها) را تجزیه کرده و به مولکولهای کوچک تبدیل می‌کنند و انرژی آزاد می‌شود که این انرژی در جریان فرایندهای آنابولیسمی مود استفاده قرار می‌گیرد. مهمترین فرایندهای کاتابولیسمی عبارتند از: تنفس Respiration ، تخمیر Fermentation و تنفس نوری Photorespiration
تنفس
تنفس در سلولهایی صورت می‌گیرد که در شرایط هوازی قرار بگیرد. در جریان تنفس 3 گروه مواد مورد استفاده قرار می‌گیرند: کربوهیدراتها ، پروتئینها و چربیها. بخشی از تنفس در میتوکندریها صورت می‌گیرد. اولین مرحله از تنفس هوازی به نام گلیکولیز در سیتوپلاسم اتفاق می‌افتد. مرحله 2 به نام چرخه کربس در ماتریکس میتوکندری و مرحله 3 به نام فسفوریلاسیون اکسیداتیو در غشای داخلی میتوکندری انجام می‌شود و طی آن ATP تولید می‌شود.
تخمیر
بعضی از گیاهان بی‌هوازی هستند یعنی در شرایط نبود O2 می‌توانند زنده بمانند. ارگانیزمهایی هم هستند که در شرایط هوازی و هم بی‌هوازی رشد و نمو می‌کنند. تنفس هوازی و تخمیر در واکنشهای گلیکولیز مشترک هستند. اسید پیروویک سوبسترای مشترک تخمیرهاست. در تخمیر الکلی اسید پیروویک به کمک آنزیم پیرووات دکربوکسیلاز تبدیل به استالدئید می‌شود. استالدئید بوسیله آنزیم الکل دهیدروژناز تبدیل به اتانول می‌شود. در تخمیر اسید لاکتیک ، اسید پیروویک به اسید لاکتیک تبدیل می‌شود.
تنفس نوری
تنفس نوری در شرایطی صورت می‌گیرد که مقدار CO2 جو کمتر از حد متعادل است. در این حالت به نظر می‌رسد که گیاه تنفس می‌کند تا فتوسنتز یعنی شدت تنفس بیشتر از فتوسنتز است. این فرایند با همکاری سه ارگانل کلروپلاست ، میتوکندری و پراکسی‌زوم انجام می‌شود.
همچنین، سرعت سوزاندن کالری های موجود در مواد غذایی مصرف شده توسط سلولهای بدن، به نرخ متابولیکی بدن انسان مرتبط می باشد. هر چه متابولیسم بدن سریع تر باشد، بدن با سرعت و نیز کارایی بیشتری قادر به هضم و جذب غذا ها و نیز سوزاندن چربی ها می باشد.
بدن انسان همواره و در تمامی شرایط، حتی در هنگام خواب و استراحت، در حال سوزاندن کالری می باشد. این کالری ها صرف کمک به حفظ حالت هومیو استازی بدن می گردند. زیرا که تمامی سلولها، بافت ها، و نیز ارگان های بدن انسان، برای انجام فعالیت های طبیعی خود نیازمند به صرف انرژی می باشند.
به عنوان مثال، قلب برای پمپ کردن خون در سرتاسر بدن، ریه ها برای انجام عمل تنفس، و نیز سلول های مغزی(حتی در حالت خواب)، برای انجام کلیه ی فعالیت های خود نیازمند به صرف انرژی می باشند.
برخی از افراد به طور طبیعی دارای سرعت متابولیسم پایین تری نسبت به سایرین می باشند. این دسته از افراد سخت تر می توانند وزن خود را کم نمایند؛ و نیز بیشتر مستعد ابتلا به چاقی می باشند. به طور کلی، فعالیت های سلولی در سلولهای کودکان و نیز جوانان سریع تر بوده و بدین واسطه نیز در افراد جوانتر سرعت متابولیسم بالاتر می باشد. همچنین، به طور معمول با افزایش سن سرعت متابولیسم در یک فرد کاهش خواهد یافت.
به طور کلی، سرعت متابولیسم در بدن یک فرد، از بافتی تا بافت دیگر متفاوت می باشد. به عنوان مثال، سرعت متابولیسم در بافتهای ماهیچه ای بدن به مراتب بالا تر از سرعت متابولیسم در بافت چربی بدن می باشد. این بدان معناست که بافت های ماهیچه ای بدن قادر به سوزاندن مقادیر بالاتری از انرژی در مقایسه با بافتهای چربی می باشند. شایان ذکر است که بافتهای ماهیچه ای حتی در حالت استراحت کامل (به عنوان مثال در حالت نشستن بدون حرکت و یا حتی در هنگام خواب) نیز، قادر به مصرف و سوزاندن انرژی بسیار بیشتری در مقایسه با بافت های چربی میباشند. این یکی دیگر از مکانیزم هایی است که بر اساس آن ورزش کردن به حفظ سلامتی و همچنین به کاهش وزن بدن کمک می نماید. ورزش کردن، علاوه بر کمک به بهبود عملکرد کلیه ی سلولها و ارگانهای بدن، به افزایش جرم ماهیچه های بدن نیز کمک نموده و بدین واسطه موجب افزایش سرعت متابولیسم بدن می گردد. حتی در حالتی که فرد به انجام هیچگونه فعالیت بدنی ای نیز مشغول نمی باشد، بدن همچنان قادر می باشد مقدار کالری بیشتری را فقط به واسطه ی افزایش سرعت متابولیسم خود بسوزاند. البته لازم به ذکر است که برای حفظ سرعت بالای متابولیسم، پیروی از یک برنامه ی ورزشی مداوم و مستمر به فرد توصیه می گردد.
چه عواملی می توانند منجر به کاهش سرعت متابولیسم گردند؟
رژیم های طولانی مدت:
بدن انسان در طول دوران تکاملی خود، قادر بوده تا خود را به بهترین نحو به محیط اطراف وفق داده، و بدین واسطه شانس زنده ماندن خود را افزایش دهد. بدیهی است که در طول دوران تکامل فیزیولوژیکی انسانها، آب، مواد غذایی و نیز دیگر مایحتاج انسانها همیشه به مقدار مورد نیاز آنها فراهم نبوده است. در طول دوران تکامل فیزیولوژیکی، بدن انسان این توانایی را یافته است که نیاز های خود به مواد غذایی را تحت شرایط قحطی کاهش دهد. که این به نوبه ی خود منجر به افزایش احتمال بقای فرد در شرایط قحطی می گردد. اجداد ما در طول دوران زندگی خود بارها مواجهه با شرایط سخت و نیز کمبود غذا را تجربه کرده اند، و انسان امروزی از نظر فیزیولوژیکی، نتیجه ی تکامل فیزیولوژیکی اجداد خود می باشد. در گذشته، مواد غذایی به صورت فصلی در اختیار اجدادمان قرار داشته اند. آنها تابستانها از انواع گوشت ها و میوه ها استفاده نموده و خود را برای زمستان آماده می نمودند. حال آنکه در زمستان تهیه ی غذا برای اجدادمان دشوار تر بوده است. در طول دوران تکامل فیزیولوژیکی، بدن انسان به مرور این توانایی را یافت تا خود را با شرایط محیط وفق دهد. حال آنکه، بدن انسان امروزی قادر به تشخیص قحطی از رژیم غذایی نمی باشد. امروزه، فردی که رژیم می گیرد، در حقیقت به بدن خود این سیگنال را می دهد که مواد غذا یی به مقدار کافی و مورد نیاز بدن در دسترس نمی باشند. این همان سیگنالی است که در شرایط قحطی مواد غذایی (به عنوان مثال کمبود غذا در فصل زمستان) در بدن اجداد ما تولید می گردیده است.
شامل 17 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود تحقیق متابولیسم چیست
