Metabolizmning umumiy tahlili

Ayni paytda tanangizda qanday jarayon sodir boʻlyapti? Xayolingizga birinchi boʻlib qorningiz ochligi, mushaklaringiz yugurishdan toliqqanligi yoki charchoqni his qilayotganligingiz kabi javoblar kelishi mumkin. Yanada chuqurroq oʻylab, hujayralarda qanday jarayonlar sodir boʻlayotganligiga toʻxtalamiz.

Agar tanangizdagi hujayralar ichiga nazar tashlolganingizda edi, u yerda qizgʻin jarayonlar sodir boʻlayotganligini va bu tinch xonadan koʻra koʻproq ochiq osmon ostidagi bozorga oʻxshab ketishini bilib olgan boʻlardingiz. Uygʻoqligimizda yoki uxlayotganimizda ham, yugurayotganimizda yoki televizor koʻrayotganimizda ham hujayralarimizga energiya uzatiladi va molekulalar bizni tirik va funksional saqlash uchun bir qator kimyoviy reaksiyalarni amalga oshiradi.

Hujayralar doimiy ravishda oʻzlari va bizning tanamiz tirik va sogʻlom boʻlishi uchun kerak boʻladigan minglab kimyoviy reaksiyalarni amalga oshiradi. Bu kimyoviy reaksiyalar odatda oʻzaro bir-biriga bogʻlanib ketadi. Hujayra ichida sodir boʻladigan barcha kimyoviy reaksiyalar birgalikda metabolizm deb ataladi.

Metabolizmning qanchalik murakkab ekanligini bilish uchun quyidagi diagrammaga eʼtibor bering. Bu chalkash chiziqlar menga juda katta metro stansiyasining xaritasiga yoki chiroyli integral sxemaga oʻxshab koʻrinadi. Haqiqatan ham bu inson tanasini tashkil etadigan hujayralar, yaʼni eukariotik hujayradagi asosiy metabolik yoʻllarning diagrammasi. Har bir yoʻnalish bitta reaksiyani ifodalaydi, har bir doira esa reagent yoki reaksiya mahsulotidir.

Hujayraning metabolik tarmoqlarida baʼzi kimyoviy reaksiyalar natijasida energiya ajraladi va bu (hech qanday energiya kiritilmasa ham) oʻz-oʻzidan sodir boʻladi. Shu bilan bir qatorda, boshqa reaksiyalarning sodir boʻlishi uchun energiya talab qilinadi. Tanamiz sarflagan energiya oʻrnini toʻldirish uchun biz oziq-ovqatlarni doimiy isteʼmol qilishimiz kerak boʻlganidek, hujayralar ham energiya talab qiluvchi kimyoviy reaksiyalarni quvvatlash uchun doimiy energiya oqimiga muhtojdir. Biz isteʼmol qilgan taomlar, aslida, hujayralarimiz tomonidan ishlatiladigan energiya manbaidir!

Metabolizm tushunchasini yanada aniqroq tushunish uchun yer yuzida hayot uchun muhim boʻlgan ikkita metabolik jarayonni koʻrib chiqamiz. Bular qand moddalarini hosil qiladigan va ularni parchalaydigan jarayonlardir.

Energiya chiqaruvchi yoʻlga misol sifatida, keling, hujayralaringiz qand molekulasini (aytaylik, desertga tanovul qilgan shirinligingizdagi shakar) qanday qilib parchalashi mumkinligini koʻrib chiqamiz.

Bir qancha hujayralar, xususan, tanamizdagi hujayralarning koʻpchiligi hujayraviy nafas olish deb ataluvchi jarayon orqali glyukozadan (${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6$‍) energiya oladi. Bu jarayonda glyukoza molekulasi asta-sekin bir qancha kichik bosqichlardan oʻtib parchalanadi. Jarayonning umumiy reaksiyasi quyidagicha:

${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6$‍ + $6{\text{O}}_2$‍ $\to$‍ $6{\text{CO}}_2$‍ + $6{\text{H}}_2\text{O}$‍ + $\text{energiya}$‍

Glyukoza parchalangach, energiya ajraladi. Bu energiya hujayra tomonidan adenozin trifosfat (ATF) koʻrinishida qabul qilinadi. ATF hujayralarga energiyani qisqa muddatga saqlash imkonini beruvchi kichik molekula hisoblanadi.

ATF hosil boʻlgach, u energiya manbai sifatida hujayradagi boshqa reaksiyalar uchun ishlatiladi. Biz odamlar puldan foydalanamiz, chunki bu har safar tovar ayirboshlagandan koʻra osonroq, hujayralarda ham xuddi shunday, hujayralar energiya uzatish uchun standart yoʻl — ATFdan foydalanadi. Shu bois ATF baʼzan hujayraning “energiya valyutasi” deb ham taʼriflanadi.

Energiyani talab qiluvchi metabolik yoʻlga misol sifatida soʻnggi misolimizdan foydalanamiz va qand molekulasining qanday hosil boʻlishini koʻrib chiqamiz.

Glyukoza fotosintez deb ataluvchi jarayonda oʻsimliklar tomonidan hosil qilinadi. Fotosintez jarayonida oʻsimliklar karbonat angidridni qand molekulalariga aylantirishda yorugʻlik energiyasidan foydalanadi. Fotosintez bir nechta kichkina bosqichlarda sodir boʻladi, ammo uning umumiy reaksiyasi hujayraviy nafas olish reaksiyasining ayni teskarisidir:

$6{\text{CO}}_2$‍ + $6{\text{H}}_2\text{O}$‍ + $\text{energiya}$‍ $\to$‍ ${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6$‍ + $6{\text{O}}_2$‍

Biz kabi oʻsimliklar ham nafas olish jarayoni uchun energiyaga muhtoj, shuning uchun ham qand moddalarining baʼzi qismini oʻsimliklar oʻzi uchun ishlatadi. Shuningdek, ular quyidagi rasmda koʻrsatilgan olmaxon kabi oʻtxoʻr hayvonlarni oziq-ovqat manbai bilan taʼminlaydi. Ikkala holatda ham glyukoza hujayraviy nafas olish jarayoni orqali parchalanadi va hujayralar faoliyati uchun ATF hosil qiladi.

Glyukozani hosil qilish ham, uni parchalash ham metabolik yoʻlga misol boʻladi. Metabolik yoʻl biri boshqasini toʻldiradigan bogʻlangan kimyoviy reaksiyalar qatori hisoblanadi. Yoʻl bir yoki bir necha boshlangʻich molekulalarni oʻz ichiga oladi va bir qator oraliqlar orqali ularni mahsulotga aylantiradi.

Metabolik yoʻllar oʻzlarining taʼsiriga koʻra ikkita guruhga boʻlinadi. Kichik molekulalardan qand moddalarini hosil qiladigan fotosintez jarayoni anabolik, yaʼni hosil qiluvchi yoʻl deyiladi. Hujayraviy nafas olish esa qand moddalarini kichik molekulalarga parchalaydi va u katabolik, yaʼni parchalovchi yoʻl deyiladi.

Anabolik yoʻlda oddiy molekulalardan murakkab molekulalar quriladi va odatda energiya kiritilishini talab qiladi. Karbonat angidriddan glyukozani hosil qilish bunga misol boʻladi. Aminokislotalardan oqsillarni siztezlash yoki nuklein kislota qurilish bloklaridan (nukleotidlar) DNK zanjirlarini hosil qilish ham bunga misol boʻladi. Ushbu biosintez jarayonlari hujayraning hayoti uchun muhim ahamiyatga ega boʻlib, uzluksiz sodir boʻladi hamda bu jarayonlarda ATF va shu kabi boshqa qisqa muddatli energiya saqlash molekulalari tashiydigan energiyadan foydalaniladi.

Murakkab molekulalarning oddiy molekulalarga parchalanishi katabolik yoʻl deyiladi va odatda energiya ajralib chiqadi. Glyukoza va yogʻlar kabi murakkab molekulalarning bogʻlarida saqlanadigan energiya katabolik yoʻl orqali ajraladi. Keyinchalik hujayra faoliyatini quvvat bilan taʼminlash uchun foydalaniladi (masalan, ATF sintezi orqali).

Yakuniy, ammo muhim bir eslatma: metabolik yoʻllardagi kimyoviy reaksiyalar avtomatik ravishda, boshqaruvsiz amalga oshmaydi. Aksincha, har bir reaksiya bosqichini ferment deb nomlanuvchi oqsillar yengillashtirib beradi, yaʼni katalizlaydi. Siz fermentlar mavzusida fermentlar va ular biokimyoviy reaksiyalarni qanday nazorat qilishi haqida koʻproq bilib olishingiz mumkin.