Promet materije i energije u }eliji

su membranski potencijal i wegovo odr`avawe od vitalnog zna~aja za sve }elije. Osim toga, kasnije }emo videti da je kod nekih tipova }elija (nervne ili mi{i}ne) membranski potencijal uslov nadra`qivosti, odnosno sposobnosti komunikacije i prenosa signala s jedne }elije na drugu. Zato }elije najve}i deo svoje energije tro{e na odr`avawe membranskog potencijala jer ako ga iz bilo kog razloga izgube, one umiru.

Uloga }elijskih organela

Osim }elijske membrane, unutar }elije se nalazi razvijena mre`a membrana koja }eliju deli na odeqke – organele. Ovi odeqci predstavqaju izdvojenu lokalnu sredinu, neophodnu za odvijawe posebnih }elijskih procesa, koji se u citoplazmi ne bi mogli odigravati istovremeno sa drugim }elijskim procesima. Tako se u mitohondrijama, na primer, odvija proces }elijskog disawa, u kojem se dobija energija za }elijske procese; na ribozomima se odvija proces povezivawa amino-kiselina u polipeptide, dok se u lizozomima razgra|uju slo`eni molekuli. (Podsetite se uloge pojedina~nih organela u }eliji.) Me|utim, i pored toga {to se u organelama odvijaju pojedina~ni }elijski procesi, nijedna organela ne funkcio ni{e izolovano, ve} su procesi u }elijama povezani. Na primer, da bi se odigrao proces egzocitoze nekog proteinskog molekula iz }elije potrebno je u~e{}e gotovo svih }e lij skih orga nela: jedra, na kojem se nalazi geneti~ko uputstvo za sintezu date belan~evine; ribozoma, endoplazminog retikuluma i Golxijevog aparata, u kojima nastaju i uobli~avaju se protein ski molekuli; transportnih vezikula, uz pomo} kojih se belan~evine izlu~uju; mitohondrija, u kojima se obezbe|uje energija za sve ove procese kao i sama }elijska membrana, na kojoj se odigrava proces egzocitoze. Mo`e se, dakle, zakqu~iti slede}e:

]elijske funkcije nastaju iz specifi~nog }elijskog poretka, u kojem se u organelama odvijaju pojedina~ni }elijski procesi povezani tako da odr`avaju stalnost unu tra {we sredine, funkciju i celovitost }elije.

Promet materije i energije u }eliji

Organizmi su otvoreni sistemi u kojima se odvija neprestana razmena materije i

energije sa spoqa{wom sredinom.

Kada biqka sinteti{e {e}er u procesu fotosinteze, ona koristi energiju Sun~evog zra~ewa i prevodi je u hemijsku energiju sadr`anu u molekulu {e}era. Kada mi{i}na }elija `ivotiwe koristi taj {e}er unet hranom, ona hemijsku energiju molekula {e}era pretvara u kineti~ku energiju. Svi procesi u }eliji zahtevaju energiju, koja se obezbe|uje hemijskim reakcijama, transformacijom hemijske energije u druge oblike energije, dok se jedan deo osloba|a u vidu toplote.

Skup svih hemijskih procesa u organizmu naziva se metabolizam. Metaboli~ki procesi ~ine razgranatu i isprepletanu mre`u metaboli~kih puteva, sli~no mre`i saobra}ajnica ucrtanoj na mapi. U nekim metaboli~kim procesima slo`eni organski molekuli se razgra |uju na jednostavnije molekule, uz osloba|awe hemijske energije. Ovi procesi razgradwe se

jednim imenom nazivaju kataboli~ki procesi. Glavni kataboli~ki put u }elijama je proces }elijskog disawa, u kojem se glukoza i drugi organski molekuli razgra|uju do ugqen-dioksida i vode, uz osloba|awe hemijske energije. Nasuprot tome, anaboli~ki procesi koriste ener giju kako bi od jednostavnih molekula na~inili slo`ene makromolekule. Primer jednog ana boli~kog procesa je biosinteza proteina.

Energija oslobo|ena u kataboli~kim procesima, potrebna je anaboli~kim; ovi procesi su zavisni i povezani. Me|utim, prenos energije sa kataboli~kih procesa na anaboli~ke nije direktan. Jedna od va`nih osobenosti `ivih sistema jeste da isti organski molekuli od kojih je, na primer, sagra|ena }elija ~esto predstavqaju i „gorivo” iz kojeg se dobija energija. Me|utim, za razliku od sagorevawa benzina u automobilskom motoru, na primer, koje se odvija samo uz razvijawe visoke temperature, procesi „sagorevawa” u }elijama odvijaju se na umerenim temperaturama i uz postepeno osloba|awe i ~uvawe energije. Kqu~ni u~esnici biolo{kog sagorevawa i postepenog prenosa i ~uvawa energije u }eliji su molekuli adenozin trifosfata (ATR) i biolo{ki katalizatori – enzimi.

Molekul ATR strukturno je srodan jednom od nukleotida koji ulazi u sastav ribonukleinskih kiselina. Najva`nija osobina ovog molekula jeste da on u sebi sadr`i veliki „paket” energije, koja mo`e da se oslobodi kada se molekul ATR razgradi. Oslobo|ena energija tada se prenosi na drugi molekul u }eliji, {to omogu}ava }elijske procese koji zahtevaju energiju. Zato se molekul ATR mo`e nazvati energetskom „monetom”, nov~anicom koja omogu}ava „pla}awe” energetskih da`bina u }eliji.

Kada bi se razgradwa ATR odvijala u epruveti, bez posrednika, oslobo|eni paket energije bi se izgubio u vidu toplote. Za }eliju bi ovo bio beskoristan i opasan gubitak energije. Me|utim, zahvaquju}i enzimima, proteinskim katalizatorima, }elija uspeva da energiju oslobo|enu razgradwom ATR prenese na procese koji zahtevaju energiju. Na primer, energija potrebna za ranije pomenuti proces izbacivawa jona natrijuma iz }elije i ubacivawa jona kalijuma, dobija se tako {to se energija oslobo|ena razgradwom ATR prenosi na enzim natrijum-kalijum pumpu, koja tu energiju neposredno tro{i za ovaj energetski skup proces.

Da bi }elija obnovila svoje rezerve energije treba da ob no vi ATR; za obnavqawe ATR treba utro{iti energiju. Energija po trebna za ovaj proces mora da se obezbedi iz spoqa{weg izvora, u kataboli~kim putevima ra zgra d we hranqivih materija. Naj va`niji kataboli~ki put je proces }elijskog disawa koji se odvija u mitohondrijama, u kojima se energija oslobo|ena razlagawem organskih molekula koristi za sintezu ATR. Zbog toga se za molekul ATR mo`e re}i da je „moneta” kojom se energija ~uva i prenosi iz kataboli~kih puteva u anaboli~ke.

Neke hemijske reakcije odvijaju se same od sebe. Na primer, ako se u ~a{u sa vodom stavi kocka {e}era, on }e se rastvoriti. Takve reakcije nazivaju se spontanim reakcijama. Druge reakcije se ne}e desiti spontano i one naj~e{}e zahtevaju znatno pove}awe temperature, kao {to je slu~aj sa sagorevawem benzina u motoru, na primer. Ve}ina reakcija u }eliji ne de {ava se spontano jer bi to bilo pogubno za normalnu funkciju }elije. Povremeno je, me|utim, potrebno da se u }eliji obezbede uslovi za kontrolisano odigravawe reakcija, {to se mo`e posti}i pove}awem temperature. Ali, iako ubrzava hemijske procese, visoka temperatura je