سوخت‌وساز: تفاوت میان نسخه‌ها

[[لیپید]]ها گروهی با بیشترین تنوع زیست‌شیمیایی هستند. استفاده اساسی آن‌ها در ساختار [[غشاهای زیستی]] داخلی و خارجی می‌باشد، مانند [[پوسته یاخته]] یا به عنوان منبع انرژی استفاده می‌شوند.<ref name=Nelson /> لیپیدها معمولاً به عنوان ماده [[آب‌گریز]] یا [[آمفی‌پاتیک]] مولکول‌های بیولوژیکی تعریف می‌شوند اما در [[حلال|حلال‌های آلی]] از جمله [[بنزن]] و [[کلروفرم]] حل می‌شوند.<ref>{{cite journal |author=Fahy E, Subramaniam S, Brown H, Glass C, Merrill A, Murphy R, Raetz C, Russell D, Seyama Y, Shaw W, Shimizu T, Spener F, van Meer G, VanNieuwenhze M, White S, Witztum J, Dennis E |title=A comprehensive classification system for lipids |url=http://www.jlr.org/cgi/content/full/46/5/839 |journal=J Lipid Res |volume=46 |issue=5 |pages=839–61 |year=2005 |pmid=15722563 |doi=10.1194/jlr.E400004-JLR200}}</ref> [[چربی]]‌ها گروه بزرگی از ترکیبات هستند که از [[اسید چرب]] و [[گلیسیرول]] تشکیل شده‌اند؛ یک مولکول گلیسرول به سه [[استر]] اسید چرب متصل شده و [[تری‌گلیسیرید]] نامیده می‌شود.<ref>{{cite web | title=Nomenclature of Lipids |publisher=IUPAC-IUB Commission on Biochemical Nomenclature (CBN) | url=http://www.chem.qmul.ac.uk/iupac/lipid/ |accessdate=2007-03-08}}</ref>

[[کربوهیدارت|کربوهیدرات‌ها]] [[آلدهید]]ها یا [[کتون|کتون‌هایی]] با اتصال گروه [[هیدروکسیل]] هستند که به صورت زنجیره‌های مستقیم یا حلقه‌ای وجود دارند. کربوهیدرات‌ها فراوان‌ترین مولکول‌های زیستی هستند و نقش‌های متعددی از جمله ذخیره و انتقال [[انرژی]] ([[نشاسته]]، [[گلیکوژن]]) و ترکیبات ساختاری (سلولوز در گیاهان، [[کیتین]] در جانوران) دارند.<ref name=Nelson /> واحد اصلی کربوهیدرات‌ها [[تک‌قندی]]‌ها هستند و شامل [[گالاکتوز]]، [[فروکتوز]] و از همه مهمتر [[گلوکز]] می‌باشند. تک‌قندی‌ها با روش‌های نامحدودی می‌توانند با هم پیوند یافته و [[چندقندی]]‌ها را تشکیل دهند.<ref>{{cite journal |author=Raman R, Raguram S, Venkataraman G, Paulson J, Sasisekharan R |title=Glycomics: an integrated systems approach to structure-function relationships of glycans |journal=Nat Methods |volume=2 |issue=11 |pages=817–24 |year=2005 |pmid=16278650 |doi=10.1038/nmeth807}}</ref>

دو اسیدنوکلوئیک دی‌ان‌ای و [[آران‌ای]] پلیمرهای [[نوکلئوتید]]ها هستند، هر نوکلئوتید از یک گروه فسفات متشکل از یک گروه قند [[ریبوز]] با یک [[پایه نیتروژنی]] تشکیل شده‌است. اسیدهای نوکلئیک برای ذخیره‌سازی و استفاده از اطلاعات ژنتیکی مهم هستند و در طول فرایندهای [[رونویسی]] و [[زیست‌ساخت پروتئین]] بیان می‌شوند.<ref name=Nelson /> این اطلاعات توسط مکانیسم‌های [[بازسازی دی‌ان‌ای]] محافظت و توسط [[همانندسازی]] گسترش می‌یابند. بیشتر [[ویروس]]‌ها ژنوم [[آران‌ای]] دارند، به عنوان مثال [[اچ‌آی‌وی]]، از روش [[رونویسی معکوس]] برای تشکیل الگو دی‌ان‌ای از ژنوم آران‌ای ویروسی استفاده می‌کند.<ref>{{cite journal |author=Sierra S, Kupfer B, Kaiser R |title=Basics of the virology of HIV-1 and its replication |journal=J Clin Virol |volume=34 |issue=4 |pages=233–44 |year=2005 |pmid=16198625 |doi=10.1016/j.jcv.2005.09.004}}</ref> آران‌ای در [[ریبوزیم]]‌ها به عنوان [[پیرایشگر]] بوده و در [[ریبوزوم]]‌ها مشابه آنزیم‌هایی هستند که می‌توانند واکنش‌های شیمیایی را کاتالیز کنند. [[نوکلئوزید]]های منحصر به فرد توسط اتصال [[باز نوکلئوتیدی]] با یک قند [[ریبوز]] تشکیل می‌شوند. این بازهای حلقه [[هتروسیکلی]] حاوی نیتروژن، به نام [[پورین]]‌ها یا [[پریمیدین]]‌ها دسته‌بندی می‌شوند. نوکلئوتیدها به عنوان [[کوآنزیم]] در واکنش‌های انتقال گروه دگرگشتی نیز عمل می‌کنند.<ref name=Wimmer>{{cite journal |author=Wimmer M, Rose I |title=Mechanisms of enzyme-catalyzed group transfer reactions |journal=Annu Rev Biochem |volume=47 |issue= |pages=1031–78 |year=1978 |pmid=354490 |doi=10.1146/annurev.bi.47.070178.005123}}</ref>

سوخت و ساز شامل آرایه وسیعی از واکنش‌های شیمیایی است، اما اغلب در چند نوع اساسی از واکنش‌ها که شامل انتقال [[گروه عاملی|گروه‌های عاملی]] از اتم‌ها و پیوندهای بین آن‌ها در درون مولکول‌ها قرار می‌گیرند.<ref>{{cite journal |author=Mitchell P |title=The Ninth Sir Hans Krebs Lecture. Compartmentation and communication in living systems. Ligand conduction: a general catalytic principle in chemical, osmotic and chemiosmotic reaction systems |journal=Eur J Biochem |volume=95 |issue=1 |pages=1–20 |year=1979 |pmid=378655 |doi=10.1111/j.1432-1033.1979.tb12934.x}}</ref> این شیمی مشترک به سلول‌ها اجازه می‌دهد تا از مجموعه کوچکی از واسطه‌های شیمیایی برای حمل گروه‌های شیمیایی بین واکنش‌های مختلف استفاده کنند.<ref name=Wimmer /> این واسطه‌های انتقال گروهی را [[کوفاکتور|کوآنزیم]] می‌نامند. هر دسته از واکنش‌های انتقال گروهی توسط کوآنزیم مخصوص انجام می‌شوند، که برای مجموعه‌ای از آنزیم‌هایی که آن‌ها را تولید کرده‌اند، و مجموعه‌ای از آنزیم‌هایی که آن‌ها را مصرف می‌کنند [[پیش ماده]] هستند. این کوآنزیم‌ها به‌طور مداوم تولید، مصرف و بازیافت می‌شوند.<ref name=Dimroth>{{cite journal |author=Dimroth P, von Ballmoos C, Meier T |title=Catalytic and mechanical cycles in F-ATP synthases: Fourth in the Cycles Review Series |pmc=1456893 |journal=EMBO Rep |volume=7 |issue=3 |pages=276–82 |date=March 2006 |pmid=16607397 |doi=10.1038/sj.embor.7400646}}</ref>

یکی از کوآنزیم‌های مرکزی [[آدنوزین تری‌فسفات]] (ATP) می‌باشد، که انرژی همگانی را در سلول‌ها انتشار می‌دهد. این نوکلئوتید از انرژی شیمیایی انتقال بین واکنش‌های شیمیایی مختلف استفاده می‌کند. تنها مقدار کمی از ATP در سلول‌ها وجود دارد، اما به‌طور مداوم بازسازی می‌شود، بدن انسان می‌تواند در حدود وزن خود ATP در روز مصرف کند.<ref name=Dimroth /> ATP به عنوان پلی بین [[کاتابولیسم]] و [[آنابولیسم]] عمل می‌کند. کاتابولیسم مولکول‌ها را شکسته و آنابولیسم آن‌ها را به هم متصل می‌کند. واکنش‌های کاتابولیسم ATP را تولید و واکنش‌های آنابولیسم آن را مصرف می‌کنند. این ماده همچنین به عنوان یک حامل از گروه‌های فسفاتی در واکنش‌های [[فسفرگیری]] عمل می‌کند.

عناصر معدنی نقش مهمی را در سوخت‌وساز بازی می‌کنند؛ بعضی‌ها فراوان هستند (مثل [[سدیم]] و [[پتاسیم]]) در حالی که بعضی دیگر به صورت غلظت در دقیقه عمل می‌کنند. حدود ۹۹٪ از جرم پستانداران از عناصر [[کربن]]، [[نیتروژن]]، [[کلسیم]]، [[سدیم]]، [[کلر]]، [[پتاسیم]]، [[هیدروژن]]، [[فسفر]]، [[اکسیژن]] و [[گوگرد]] تشکیل شده‌است.<ref name=Heymsfield>{{cite journal |author=Heymsfield S, Waki M, Kehayias J, Lichtman S, Dilmanian F, Kamen Y, Wang J, Pierson R |title=Chemical and elemental analysis of humans in vivo using improved body composition models |journal=Am J Physiol |volume=261 |issue=2 Pt 1 |pages=E190–8 |year=1991 |pmid=1872381}}</ref> [[ترکیب آلی|ترکیبات آلی]] (پروتئین‌ها، لیپیدها و کربوهیدرات‌ها) اکثراً از کربن و نیتروژن تشکیل یافته‌اند، اکسیژن و هیدروژن در حال حاضر به عنوان آب وجود دارند.<ref name=Heymsfield />

[[فلز واسطه|فلزهای واسطه]] با [[روی]] و [[آهن]] که فراوان‌ترین آن‌ها هستند، در حال حاضر به عنوان [[عنصر ردیابی]] در ارگانیسم‌ها وجود دارند.<ref name=Husted>{{cite journal |author=Husted S, Mikkelsen B, Jensen J, Nielsen N |title=Elemental fingerprint analysis of barley (Hordeum vulgare) using inductively coupled plasma mass spectrometry, isotope-ratio mass spectrometry, and multivariate statistics |journal=Anal Bioanal Chem |volume=378 |issue=1 |pages=171–82 |year=2004 |pmid=14551660 |doi=10.1007/s00216-003-2219-0}}</ref><ref name="Mahan D, Shields R">{{cite journal |author=Mahan D, Shields R |title=Macro- and micromineral composition of pigs from birth to 145 kilograms of body weight |url=http://jas.fass.org/cgi/reprint/76/2/506 |journal=J Anim Sci |volume=76 |issue=2 |pages=506–12 |year=1998 |pmid=9498359}}</ref> این فلزات در بعضی از پروتئین‌ها به عنوان [[کوفاکتور]] استفاده می‌شوند و برای فعالیت‌های آنزیم‌ها از جمله کاتالاز و پروتئین‌های حمل‌کننده اکسیژن مثل [[هموگلوبین]] اساسی هستند.<ref name=Husted>{{cite journal |author=Husted S, Mikkelsen B, Jensen J, Nielsen N |title=Elemental fingerprint analysis of barley (Hordeum vulgare) using inductively coupled plasma mass spectrometry, isotope-ratio mass spectrometry, and multivariate statistics |journal=Anal Bioanal Chem |volume=378 |issue=1 |pages=171–82 |year=2004 |pmid=14551660 |doi=10.1007/s00216-003-2219-0}}</ref><ref name="Mahan D, Shields R" /> کوفاکتورهای فلزی با اتصال سختی به بخش‌های خاصی از پروتئین‌ها متصل هستند؛ اگرچه کوفاکتورهای آنزیمی می‌توانند در طول تجزیه اصلاح شوند، آن‌ها همیشه در پایان واکنش کاتالیز به حالت اولیه خود بازمی‌گردند.

در گیاهان، جلبک‌ها و سیانوباکتری‌ها، [[فتوسیستم II]] از انرژی نورانی برای جدا کردن الکترون از آب استفاده کرده و اکسیژن را به عنوان یک محصول زائد آزاد می‌کند. سپس الکترون‌ها به سمت مجموعه [[سیتوکروم ب۶اف]] جریان می‌یابند، که از انرژی آن‌ها برای پمپ پروتون‌ها در سراسر غشای [[تیلاکوئید]]ها در [[کلروپلاست]]ها استفاده می‌کنند.<ref name="Nelson" /> این پروتون‌ها با تحریک ATPسنتاز دوباره از غشا به عقب برمی‌گردند. سپس الکترون‌ها به سمت [[فتوسیستم I]] جریان می‌یابند و می‌توانند برای کاهش کوآنزیم NADP+ برای استفاده در [[چرخه کالوین]] استفاده شوند که در ادامه بحث خواهد شد یا برای تولید بیشتر ATP بازیافت شوند.<ref>{{cite journal |author=Munekage Y, Hashimoto M, Miyake C, Tomizawa K, Endo T, Tasaka M, Shikanai T |title=Cyclic electron flow around photosystem I is essential for photosynthesis |journal=Nature |volume=429 |issue=6991 |pages=579–82 |year=2004 |pmid=15175756 |doi=10.1038/nature02598|bibcode = 2004Natur.429..579M}}</ref>

[[ترپن]] و [[ترپنوئید]]ها گروه بزرگی از لیپیدها شامل [[کاروتنوئید]]ها و فرمی از بزرگترین گروه تولیدات طبیعی گیاهان هستند.<ref>{{cite journal |author=Dubey V, Bhalla R, Luthra R |title=An overview of the non-mevalonate pathway for terpenoid biosynthesis in plants |url=http://www.ias.ac.in/jbiosci/sep2003/637.pdf |format=PDF|journal=J Biosci |volume=28 |issue=5 |pages=637–46 |year=2003 |pmid=14517367 |doi=10.1007/BF02703339}}</ref> این ترکیبات با تجمع و اصلاح واحدهای [[ایزوپرن]] داده شده از پیش‌سازهای واکنش‌های [[ایزوپنتنیل پیروفسفات]] و [[دی‌متیل‌آلیل پیروفسفات]] ساخته می‌شوند.<ref name=Kuzuyama>{{cite journal |author=Kuzuyama T, Seto H |title=Diversity of the biosynthesis of the isoprene units |journal=Nat Prod Rep |volume=20 |issue=2 |pages=171–83 |year=2003 |pmid=12735695 |doi=10.1039/b109860h}}</ref> یک واکنش مهم که در دهنده‌های ایزوپرن فعال استفاده می‌شود [[استروئید|بیوسنتز استروئید]] می‌باشد. در اینجا، واحدهای ایزوپرن به یکدیگر متصل شده و [[اسکوآلن]] را می‌سازند و سپس تا خورده و مجموعه‌ای از حلقه‌ها را برای ساختن [[لانواسترول]] تشکیل می‌دهند.<ref name=Schroepfer>{{cite journal |author=Schroepfer G |title=Sterol biosynthesis |journal=Annu Rev Biochem |volume=50 |issue= |pages=585–621 |year=1981 |pmid=7023367 |doi=10.1146/annurev.bi.50.070181.003101}}</ref> لانواسترول می‌تواند به دیگر استروئیدها از جمله [[کلسترول]] و [[ارگوسترول]] تبدیل شود.<ref name=Schroepfer /><ref>{{cite journal |author=Lees N, Skaggs B, Kirsch D, Bard M |title=Cloning of the late genes in the ergosterol biosynthetic pathway of Saccharomyces cerevisiae—a review |journal=Lipids |volume=30 |issue=3 |pages=221–6 |year=1995 |pmid=7791529 |doi=10.1007/BF02537824}}</ref>

نوکلئوتیدها از آمینواسیدها، دی‌اکسید کربن و [[اسید فرمیک]] در مسیری که نیاز به مقدار زیادی از انرژی دگرگشتی دارد تشکیل می‌شوند.<ref name=Rudolph>{{cite journal |author=Rudolph F |title=The biochemistry and physiology of nucleotides |journal=J Nutr |volume=124 |issue=1 Suppl |pages=124S–127S |year=1994 |pmid=8283301}} {{cite journal |author=Zrenner R, Stitt M, Sonnewald U, Boldt R |title=Pyrimidine and purine biosynthesis and degradation in plants |journal=Annu Rev Plant Biol |volume=57 |issue= |pages=805–36 |year=2006 |pmid=16669783 |doi=10.1146/annurev.arplant.57.032905.105421}}</ref> در نتیجه، بیشتر ارگانیسم‌ها سیستم‌های کارآمدی برای مازاد نوکلئوتیدهای تشکیل شده دارند.<ref name=Rudolph /><ref>{{cite journal |author=Stasolla C, Katahira R, Thorpe T, Ashihara H |title=Purine and pyrimidine nucleotide metabolism in higher plants |journal=J Plant Physiol |volume=160 |issue=11 |pages=1271–95 |year=2003 |pmid=14658380 |doi=10.1078/0176-1617-01169}}</ref> [[پورین]]‌ها به عنوان [[نوکلئوزید]]ها ساخته می‌شوند (بازهای متصل شده به [[ریبوز]]). [[آدنین]] و [[گوانین]] از پیش‌ماده‌های نوکلئوزیدی [[اینوزین]] مونوفسفات تشکیل شده‌اند، که آن‌ها نیز از اتم‌های آمینواسیدهای [[گلیسین]]، [[گلوتامین]] و [[آسپارتیک اسید]]، همچنین [[فرمات]] منتقل شده از کوآنزیم [[اسیدفولیک|تتراهیدروفولات]] سنتز شده‌اند. از طرف دیگر، [[پریمیدین]]‌ها، از باز [[اوروتات]] که از گلوتامین و آسپارتات تشکیل شده، ساخته می‌شوند.<ref>{{cite journal |author=Smith J |title=Enzymes of nucleotide synthesis |journal=Curr Opin Struct Biol |volume=5 |issue=6 |pages=752–7 |year=1995 |pmid=8749362 |doi=10.1016/0959-440X(95)80007-7}}</ref>

کالری صرفاً روشی برای اندازه گیری انرژی است – انرژی موجود در مواد غذایی و همچنین انرژی آزاد شده در بدن. از لحاظ فنی، ۱ کالری مقدار انرژی لازم برای افزایش حرارت ۱ گرم آب در ۱ درجه ی سانتیگراد است. زمانی که آرام می نشینید در هر دقیقه ۱ کالری مصرف می کنید، یعنی مقدار حرارت یکسانی که یک شمع یا لامپ ۷۵ واتی آزاد می کند.<ref>{{یادکرد خبر|کوشش=|تاریخ=2018-10-28|عنوان=مبانی کالری - ویتامینو {{!}} vitamino|نشانی=https://vitamino.one/%D9%85%D8%A8%D8%A7%D9%86%DB%8Cمبانی-%DA%A9%D8%A7%D9%84%D8%B1%DB%8Cکالری/|ناشر=|زبان=|doi=|تاریخ بازدید=|تاریخ بازبینی=2018-12-01}}</ref>

مسیرهای اصلی دگرگشت که در بالا توضیح داده شدند، از جمله گلیکولیز و چرخه اسیدسیتریک، در حال حاضر در تمام سه [[دامنه]] موجودات زنده وجود دارند و در [[آخرین جد جهانی]] نیز حاضر بودند.<ref name=SmithE /><ref>{{cite journal |author=Romano A, Conway T |title=Evolution of carbohydrate metabolic pathways |journal=Res Microbiol |volume=147 |issue=6–7 |pages=448–55 |year=1996 |pmid=9084754 |doi=10.1016/0923-2508(96)83998-2}}</ref> این سلول‌های اجدادی جهانی، [[پروکاریوت]] و احتمالاً [[متانوژن]] بودند که متابولیزم گسترده‌ای از آمینواسید، نوکلئوتید، کربوهیدرات و لیپیدها دارند.<ref>{{cite journal |author=Koch A |title=How did bacteria come to be? |journal=Adv Microb Physiol |volume=40 |pages=353–99 |year=1998 |pmid=9889982 |doi=10.1016/S0065-2911(08)60135-6 |series=Advances in Microbial Physiology |isbn=978-0-12-027740-7}}</ref><ref>{{cite journal |author=Ouzounis C, Kyrpides N |title=The emergence of major cellular processes in evolution |journal=FEBS Lett |volume=390 |issue=2 |pages=119–23 |year=1996 |pmid=8706840 |doi=10.1016/0014-5793(96)00631-X}}</ref> اولین مسیرهای متابولیسم آنزیم-باز ممکن است بخشی از متابولیسم نوکلئوتید [[پورین]] باشد، در حالیکه مسیرهای متابولیکی قبلی بخشی از دنیای [[آران‌ای]] اجدادی بودند.<ref>{{cite journal |author=Caetano-Anolles G, Kim HS, Mittenthal JE |title=The origin of modern metabolic networks inferred from phylogenomic analysis of protein architecture |journal=Proc Natl Acad Sci USA |volume=104 |issue=22 |pages=9358–63 |year=2007 |pmid=17517598 |doi=10.1073/pnas.0701214104 |pmc=1890499|bibcode = 2007PNAS..104.9358C}}</ref>