Bevezetés az anyagcserébe: anabolizmus és katabolizmus

Ebben a videóban azokról a folyamatokról lesz szó, amelyek az életet olyanná teszik, amilyennek ismerjük. E folyamatok összefoglaló neve az anyagcsere (metabolizmus). Beletartoznak az energiafelvétel változatos formái, az anyagok lebontása alapvető összetevőikre, és újjáépítésük a számunkra hasznos formákban, energiaforrásként vagy szerkezeti anyagként, ahhoz, hogy élhessünk, növekedhessünk, szaporodhassunk, és válaszolhassunk a környezeti hatásokra. Ez tehát az anyagcsere, aminek számos példáját fogjuk megismerni. Az anyagcsere alapvetően két különböző folyamatra oszlik. Az egyik az anyagok lebontása az energiát vagy szerkezeti elemeket szolgáltató építőkövekre. Ez a katabolizmus (lebontó anyagcsere), a lebontó folyamatok összessége. A lebontott anyagokat más formákban építjük újjá, amelyek hasznosak a számunkra. Ez az anabolizmus (felépítő anyagcsere). Ez úgy is elképzelhető, mintha valaki legóból felépített volna valamit, és te valami mást szeretnél építeni. Tegyük fel, odamégy, és szétszeded, de nem teljesen. Nem olvasztod be a műanyagot, csak darabokra szeded, majd újra felépíted a neked tetsző formában. Lehet, hogy nem is kell teljesen szétszedni a legkisebb darabokra. A korábbi legóépítménynek is lehetnek olyan részei, amit egy az egyben fel tudsz használni. Lássuk, hol is kezdődik mindez! Ez egy izgalmas történet, amely a csillagokban kezdődött, illetve kezdődik, az ott zajló magfúziós reakciókban. Ezen a képen egy olyan csillag látható, amelyet nagyon jól ismerünk. Ez a Nap. Gondolnád vagy sem, de a Nap csak az egyik azon csillagok közül, amelyek valószínűleg létrehozták az általunk ismert életet. A Nap a legközvetlenebb energiaforrás a legtöbb ismert életforma számára. Néhány baktérium és egyéb élőlény képes megélni az óceán fenekén füstölgő kürtők hőjét hasznosítva, de a Nap az elsődleges energiaforrásunk. Azért mondtam, hogy más csillagok is részesei lehettek a folyamatnak, köztük évmilliárdok óta halott csillagok, mert a testünk és a környezetünk összes nehezebb eleme, a szén, az oxigén, és a többi, nagyjából minden, ami nem hidrogén, a hidrogénből kiinduló fúziós reakciókban keletkezett a csillagok belsejében. A testünk lényegében a csillagok maradványaiból áll. Itt vagyunk tehát a Földön. A Föld abból a porból állt össze négy és fél milliárd évvel ezelőtt, amit egy közeli szupernóva dobhatott ki egy korábbi csillag anyagaként, hogy ebben a formában álljon össze. A Nap sugárzó energiáját fúziós reakciók termelik, amelyekben a könnyebb elemek nehezebb elemekké állnak össze. A Nap nehéz elemeket is termel, ám az energiája eljut egészen a Földig. Egyes élőlények, például a növények, fel tudják használni ezt az energiát. Anyagokat építenek fel, tulajdonképpen azt a táplálékot, amit mi is fogyasztunk. A folyamat neve ismerős lehet a számodra: ez a fotoszintézis. Erről bővebben is beszélünk még. A „foto”-szintézis szó jelentése: anyagok keletkezése fényergia segítségével. Gyakran megkérdezem azokat, akik először hallanak a fotoszintézisről: „Látjuk ahogy nő a fű, a gabona, a fa, de honnan van mindez az anyag?” Legtöbbször így felelnek: „Ó, hát biztosan a talajból!” Vannak tápanyagok, amik csakugyan a talajból származnak, de a dolog lényege a szén megkötése. Erről még sokat fogunk hallani, főként a szén körforgása kapcsán. A szén-dioxid elsősorban a levegőből származik. Ez tehát a szén -... inkább máshogyan írom. Tehát a szén-dioxid a levegőben van. A fotoszintézis révén a növények megkötik a szén-dioxid szénatomjait. Gázállapotból átalakítják szilárd anyaggá, glükózmolekulákká, amiből cellulózt és keményítőt készítenek, és még sok mást. Felveszik ezeket a molekulákat a levegőből (inkább kis körökkel jelölöm), és a napenergia segítségével megkötik. Kötéseket alakítanak ki a szénatomok és más molekulák közt. Főleg szén és hidrogén valamint némi oxigén felhasználásával létrehozhatók ezek a szerkezetek. Ezekből viszont a többi élőlény – erős egyszerűsítéssel beleértve a baktériumokat és sok egyebet... Hozzáteszem, hogy a fotoszintézishez nem csak fény és szén-dioxid szükséges, hanem víz is (erről is szólunk majd). Tehát a víz is részt vesz benne. Tehát szén-dioxid, napfény és víz. Ennyi kell a növekedésükhöz, valamint a talaj tápanyagai. Ezekből újabb anyagokat lehet felépíteni, akár közvetlenül a növényekben, amelyek napenergiával állítják elő az anyagokat, például a kenyérét, vagy azokban az állatokban, amelyek fűvel táplálkoznak, és lebontják a rájuk jellemző módon, baktériumok segítségével, majd felépítik a saját anyagaikat tehén vagy tej formájában. A tehén metabolizálja (anyagcseréje révén átalakítja) a füvet. Képes lebontani, azaz katabolízis során átalakítani a fű molekuláit. Építőköveire bontja, amelyekből felépíthető a tehén, vagy a tej, vagy bármi más. Kérdezhetnéd, hogy miféle molekulákból állnak ezek a folyton lebomló és felépülő anyagok. Ilyenek például a szénhidrátok. Ezekkel a molekulákkal fogunk még találkozni, tulajdonképpen mind ott vannak az élelmiszerek címkéjén, ahol felsorolják az összetevőket, amik majd átalakulnak a testedben, miután megetted azt, ami a csomagban van. Tehát szénhidrátok, amik lehetnek egyszerű cukrok, mint a glükóz vagy a fruktóz, vagy az ezekből felépülő polimerek, azaz poliszacharidok. Például keményítőmolekulák, amelyeket sok-sok elem épít fel, azaz sok-sok ismétlődő, egyszerű cukoregység. Lehetnek lipidek is, zsírsavak vagy koleszterinek. Ezek létfontosságú vegyületek, akár önmagukban, akár a különféle anyagcsereutak számára. Lehetnek fehérjék is, amelyek aminosavakból épülnek fel. A fehérjék fontosságát többnyire az őket alkotó aminosavak kapcsán szokás emlegetni. A fehérjék lebontása során keletkeznek az aminosavak, amelyekből újabb fehérjék épülnek fel. Tehát fehérjék és aminosavak. Mindezek az anyagok benne vannak az ételeinkben, amit megeszünk, majd átalakítunk. Először lebontjuk őket, majd az építőköveikből más formában visszaépítjük őket. Végső soron ezekből épülnek fel a testünket alkotó anyagok. Segítenek, hogy kapcsolatban lehessünk a környezetünkkel, és energiát szolgáltatnak. Végső soron ez az energia egy molekuláris energiavaluta formájában, egy ATP nevű molekulában ölt testet. Ez itt egy ATP molekula. Adenozin-trifoszfát. Az ATP energetikai kulcsszerepének titka ez a három foszfátcsoport. Ez az a három foszfátcsoport, amiről egy külön videó is készült, sőt egy egész sorozat, de a lényeg az, hogy jókora adag energiát rejtenek, különösen a két utolsó foszfátcsoport közt. Ennek a kötésnek az energiája, amely a foszfátcsoport leválásakor felszabadul, energiával látja el az összes életfolyamatot, köztük az anyagátalakítás képességét is. Az ATP tehát az általunk ismert élet energiavalutája. Igazán érdekes molekula, lényegében egy darab... ha csak ezt a részét nézzük, lényegében úgy néz ki, mint az RNS egy darabja. Olyan, mintha... Itt a ribóz, az adenin, egy foszfátcsoport. Tulajdonképpen ilyen elemekből áll össze az RNS, sőt a DNS is, amellett, hogy ez a molekuláris energiavaluta. Igazán érdekes látni az összeillő alkotórészeket, hogyan bonthatók szét, és hogyan bukkannak fel ezek a minták újra és újra a biológiai rendszerekben. E biológiai rendszerek működése lényegében abból áll, hogy lebontják és újra felépítik a szénhidrátokat, lipideket, zsírsavakat, koleszterint és fehérjéket/aminosavakat. Nézz csak körül, nézz rá, amiket enni szoktál, és mindenütt ezt látod. Kissé észbontó, hiszen végső soron az energiát a csillagok fúziós reakciói szolgáltatják, a nehéz elemek pedig, sőt a nem annyira nehezek is, a szén, az oxigén és minden, ami nem hidrogén, ezekben a fúziós reakciókban keletkeztek a milliárdszor milliárdszor milliárd éve létezett csillagokban. Remélhetőleg ettől kissé erősebb lett benned a kötődés az Univerzumhoz.