Metabolizmi

Shkencëtarët përdorin emërtimin bioenergjetikë për të përshkruar dukurinë e përpunimit të fuqisë në mjedise të gjalla, si për shembull qelizat. Ndërtimi dhe zbërthimi i molukulave në mjedisin e brendshëm të qelizës ka nevojë për energji. Kjo energji çlirohet si pasojë e bashkëveprimeve kimike.

Bashkëveprimet kimike që çlirojnë energji: Ka bashkëveprime kimike që ndodhin krej rastësisht dhe çlirojnë energji. Por ka edhe bashkëveprime kimike që duhen nxitur me anë të energjisë që të ndodhin. Në mënyrë që të kryejnë detyrat e tyre të shumta, qelizat duhet të çlirojnë vazhdimisht energji të re që të zëvendësojë atë që është shpenzuar gjatë bashkëveprimeve kimike të mëparshme. Njësoj si njerëzit që kanë nevojë për t’u ushqyer që të rrisin kursimet e energjisë në trup.

Fotosinteza: Quhet dukuria e shndërrimit të energjisë diellore në energji kimike. Bimët arrijnë ta shfrytëzojnë energjinë diellore për ta kthyer dioksidin e karbonit (CO2) në molekula sheqeri (glukozë C6H1206). Bimët djegin dioksid karboni dhe si mbetje çlirojnë oksigjen.

Adenozinë trifosfat (ATP): Është një molekulë që përdoret për të çliruar energji. Ajo përdoret nga të gjitha llojet e qelizave. Moleukula ATP mund të krahsohet me një copë druri që kur digjet çliron nxehtësi. Pra qelizat e përdorin ATP si dru për zjarr.

Djegia e energjisë: Të gjithë organizmat e gjallë kanë nevojë për energji, në mënyrë që të rriten e të shumohen, për të ruajtur tërësinë e tyre dhe për t’i bërë ballë mjedisit në të cilin jetojnë. Furnizimin me energji kafshët e marrin nëpërmjet ushqimit. Metabolizmi i tyre zbërthen karbohidratet, lipidet, proteinat dhe acidet nukleike për të përftuar energji kimike. Bimët e marrin furnizimin me energji në sajë të energjisë diellore.

Në këtë vizatim tregohet se si ushqimet shndërrohen në molekula ATP, të cilat përdoren për të çliruar fuqi (energji E) që do të përdoret nga qeliza.

Enzimat mund të përfytyrohen si ndihmësa të vegjël të qelizës. Ato janë proteina të veçanta që përshpejtojnë bashkëveprimet kimike. Çdo enzimë ka një detyrë të veçantë dhe ndihmon që punët të ecin më shpejtë. Për shembull kur hamë, enzimat ndihmojnë në tretjen e ushqimit. Ato gjenden tek pështyma, tek zorra, pankreasi, fshikëza e tëmthit dhe mëlçia. Disa veçori të enzimave janë aftësia për të përshpejtuar tretjen. Ato kanë rendiment shumë të lartë në sasi të vogla. Për shembull, një molekulë e vetme enzimë mund të shndërrojë shumë molekula lëndë në minutë. Enzimat kanë detyra shumë të kufizuara, për shembull një enzimë kryen vetëm një detyrë.

Enzimat luajnë rol edhe në veprimtari të tjera përveç tretjes së ushqimit, si për shembull shumëfishimi i ADN-së dhe asgjësimi i helmeve (detoksifikimi) në mëlçi. Pa enzimat çdo veprimtari do ishte shumë më e ngadaltë.

Pamje 3 dimensionale e ndërtimit të enzimave të ndryshme

Në mjedisin qelizor hyjnë a dalin vazhdimisht një numër shumë i madh lëndësh e molekulash, të cilat ndihmojnë në kryerjen e detyrave të rëndësishme jetësore. Mirëpo ky qarkullim nuk ndodh në mënyrë mekanike, siç hyjnë e dalin njerëzit me këmbët e tyre nga kinemeja, por si pasojë e bashkëveprimeve kimike, nëpërmjet enzimave e proteinave ose duke ndryshuar numrin e përqendrimit të molekulave në mjedisin e brendshëm të qelizave dhe të jashtëm ndërqelizor. Kjo dukuri në gjuhën shkencore quhet shkëmbimi i lëndëve. Shkëmbimi i lëndëve kërkon vëmendje të veçantë sepse ndodh si pasojë e një numri bashkëveprimesh të ndërlikuara kimike. Shkëmbimi i lëndëve bëhet në dy mënyra, i drejtpërdrejtë dhe jo i drejtpërdrejtë.

Shkëmbimi i drejtpërdrejtë i lëndëve kryhet me ndihmën e enzimave dhe gypave proteinikë të qarkullimit. Për shkak se molekulat kalojnë nga një mjedis me përqendrim të ulët në një mjedis me përqendrim të lartë molekular, për zhvendosjen e tyre shpenzohet fuqi. Domethënë që molekulat nxirren ose thithen me forcë. Shkëmbimi i drejtpërdrejtë i lëndëve mund të krahasohet me fryrjen e një tullumbaceje. Për ta fryrë atë ne duhet të shpenzojmë fuqi sepse ajri që fryjmë duhet të shtyjë ajrin që ndodhet tashmë brenda tullumbaces. Shkëmbimi i drejtpërdrejtë quhet në gjuhën shkencore transport aktiv dhe është tre llojesh: ekzocitozë, endocitozë dhe pompim natrium-kalium.

• Themi që ndodh endocitozë kur lëndët e huaja futen brenda qelizës, domethënë molekulat kalojnë nga mjedisi i jashtëm drejt mjedisit të brendshëm të qelizës.  Kjo veprimtari shpenzon fuqi. Qëllimi i endocitozës është që qeliza të fusë në mjedisin e brendshëm lëndë të huaja që mund t'i përdorë për të kryer detyrat e saj por pa i lënë ato që të notojnë të lira në mjedisin e brendshëm qelizor.

• Themi që ndodh ekzocitozë kur lëndët nxirren jashtë qelizës, domethënë molekulat kalojnë nga mjedisi i brendshëm i qelizës drejt mjedisit të jashtëm. Ashtu si endocitoza edhe kjo veprimtari shpenzon fuqi me ndihmën e molekualve ATP.

• Themi që ndodh pompim natrium-kalium kur me ndihmën e një pompe proteineke që gjendet në lëvoren e qelizës nxirren jashtë tre jone të natriumit dhe futen brenda dy jone të kaliumit. Përpjestimi tre ione natriumi me tre ione kaliumi është përherë i njëjtë për shkak sepse nëpërmjet kësaj veprimtarie ruhet baraspesha e duhur mes ioneve të natriumit dhe kaliumit në mjedisin e brendshëm të qelizës. Pra, për çdo tre ione natriumi duhet të ketë dy ione kaliumi. Edhe në këtë rast për të kryer këtë veprim shpenzohet fuqi.

Në figurën e mësipërme tregohet si hyjnë dhe dalin proteinat në mjedisin e brendshëm të qelizës (citoplazmë) me ndihmën e flluskave proteinike. Menjëherë sapo prekin sipërfaqen e lëvores së qelizës, proteinat e huaja përpihen dhe mbështillen nga qeliza me një cipë proteinike nga të lëvores duke krijuar kështu një flluskë që nuk i lejon të ciken me mjedisin e brendshëm. Flluskat pastaj barten deri tek organelet e ndryshme në mënyrë që trupat e huaj të kryejnë detyra të mëtejshme. Kjo veprimtari quhet endocitozë.

Kur qeliza ka nevojë të nxjerrë jashtë trupa të huaj, ajo i mbështjell ato sërish me cipë proteinike nga të lëvores për t'i bartur drejt mjedisit të jashtëm. Kjo veprimtari quhet ekzocitozë.

Cipa proteinike që krijon flluskën del nga lëvorja e qelizës sa herë kryhet endocitoza dhe shkrihet sërish me të sa herë kryhet ekzocitoza.

Paraqitje e zmadhuar me vizatim e një copëze të qelizës që tregon veprimet të endocitozës dhe ekzocitozës në lëvoren e qelizës, pra bartjen brenda dhe jashtë mjedisit qelizor të proteinave.

1. Në pamjen 1, tre ione natriumi (Na+) zënë vend brenda pompës proteinike, gati për të dalë jashtë. 

2. Në pamjen 2 molekulat ATP vijnë në ndihmë për të nxitur veprimin e pompës proteinike. Molekulat ATP kanë tre grupe molekulash fosfati. Njëri prej tyre shërben si kyç për nxitjen e veprimit të pompës duke u lidhur kimikisht me të. Si pasojë e kësaj lidhjeje çlirohet fuqi, pompa mbyllet nga njëra anë dhe hape në anën tjetër. Ionet e natriumit dalin jashtë.  

3. Në pamjen 3 shohim që vendin e ioneve të natriumit brenda në pompën proteinike e zënë dy ione kaliumi (Ka+). Grupi i molekulave të fosfatit është shkëputur tashmë nga molekula ATP.

4. Në pamjen 4 grupi i molekulave të fostafit shkëputet nga pompa proteinike. Ky veprim bën që pompa të kthehet në gjendjen fillestare, me gojë të hapur në mjedisin e brendshëm (citoplazma).

Shkëmbimi jo i drejtpërdrejtë i lëndëve ndodh kur molekulat dhe jonet kalojnë nga njëri mjedis në tjetrin vetvetiu, pa shpenzuar fuqi, si pasojë e ndryshimit përqendrimit të molekulave në secilin nga mjediset. Kjo dukuri mund të krahasohet me shfryrjen e tullumbaces, kur ajri del vetë për shkak se molekulat e ajrit brenda tullumbaces shtyjnë njëra-tjetrën për shkak të përqendrimit të madh të tyre. Shkëmbimi jo i drejtpërdrejtë në gjuhën shkencore quhet transport pasiv dhe kryhet nëpërmjet tre mënyrave: difuzionit, osmozës dhe difuzionit të lehtësuar.

• Themi që ndodh difuzion kur molekulat kalojnë nga një mjedis me përqendrim të lartë molekular në një mjedis me përqendrim të ulët molekular. Gjatë difuzionit molekulat shkojnë tejpërtej lëvores së qelizës pa pasur nevojë për ndihmën e gypave proteinikë apo ndonjë ndihme tjetër.

• Ozmoza është e njëjta dukuri si difuzioni por për molekulat e ujit, të cilat kalojnë nga një mjedis në tjetrin si pasojë e ndryshimit të përqendrimit të tretësirës në mes dy mjediseve.

• Themi që ndodh difuzion i lehtësuar kur molekulat kalojnë nga njëri mjedis në tjetrin me ndihmën e proteinave të caktuara në lëvore.

Kryerja e ozmozës varet shumë nga përqëndrimi i tretësirës në secilin nga mjediset. Kjo dukuri në gjuhën shkencore quhet tonicitet.  Për shembull, nëse në mjedisin jashtë qelizës ka një përqëndrim të ulët të tretësirave, pra ka tonicitet të ulët, atëherë molekulat e ujit kalojnë tejpërtej lëvores dhe zhvendosen në mjedisin e brendshëm të qelizës. Kjo bën që qeliza të fryhet me ujë. Ky veprim në gjuhën shkencore quhet tonicitet hipotonik.

Nëse në mjedisin jashtë qelizës ka një përqendrim më të madh të tretësirave se sa në mjedisin e brendshëm, pra toniciteti është i lartë, atëherë molekulat e ujit kalojnë sërish tejpërtej lëvores dhe zhvendosen në mjedisin e jashtëm ndërqelizor. Kjo bën që qeliza të shfryhet. Ky veprim në gjuhën shkencore quhet tonicitet hipertonik.

Kur në të dy mjediset përqendrimi i tretësirave është i barabartë, pra toniciteti është i njëjtë, atëherë nuk kemi shkëmbim të molekulave të ujit e për rrjedhojë as ndryshim të madhësisë së qelizës. Ky mosveprim në gjuhën skencore quhet tonicitet izotonik.

Prerje tërthore e vizatuar e membranës plazamtike që tregon këmbimin e lëndëve nëpërmjet difuzionit/ozmozës nga jashtë brenda. E njëjta gjë ndodh edhe anasjelltas, kur molekulat kalojnë nga brenda-jashtë.

1. Në pamjen 1 shohim që në mjedisin e jashtëm ka një përqendrim më të madh të lëndës së në mjedisin e brendshëm. Kjo gjendje bën që molekulat të shtyhen duke kërkuar të mbushin hapësirat e zbrazëta.

2. Në pamjen 2 shohim që të shtyra nga mjedisi i jashtëm, molekulat fillojnë të kalojnë tejpërtej lëvores së qelizës për të mbushur mjedisin e brendshëm.

3. Në pamjen 3 shohim që mes të dy mjediset ka një përqendrim të barabartë molekulash e për këtë arsye nuk ka më kalime të tyre nga njëra anë tek tjera.

Bimët arrijnë të kapin fuqinë diellore me ndihmën e klorofilit, një lëndë ngjyrosëse që gjendet në brendësi të qelizave të tyre. Ngjyra e gjelbërt e bimëve dhe algave vjen pikërisht si pasojë e pranisë së klorofilit në qeliza. Pastaj fuqia diellore shfrytëzohet për të shndërruar moeluklat e ujit dhe të dioksidit të karbonit (CO2) në molekula sheqeri (glukozë C6H1206). Qelizat bimore i shfrytëzojnë molekulat e dioksidit të karbonit si burim fuqie dhe si mbetje çlirojnë oksigjen. Në gjuhën shkencore kjo dukuri quhet fotosintezë. Fotosintezën mund ta krahasojmë me elektricitetin që përdorim në shtëpitë tona kur duam të vëmë në punë një pajisje. Pajisjet elektrite punojnë vetëm në sajë të fuqisë së elektricitetit që del nga priza. Fotosinteza dallon nga elektriciteti sepse ajo shfytëzon fuqinë e dritës dhe jo elektricitet.

Pamje e vizatuar që tregon shndërrimin e dritës së diellit, molekulave të dioksidit të karbonit dhe ujit në molekula oksigjeni dhe sheqeri (glukoze) tek kloroplastet e qelizave bimore

Frymëmarrja qelizore është një dukuri që zhvillohet në mjedisin e brendshëm të mitokondrionit. Gjatë këtij bashkëveprimi molekulat e sheqerit (glukozës) shndërrohen në molekula ATP-je, të cilat përdoren pastaj si lëndë djegëse për kryerjen e detyrave të tjera në qelizë. Shndërrimi i glukozës në ATP-së lë pas mbetje në trajtën e molekulave të molekulave të dioksidit të karbonit (CO2) dhe molekulave të ujit (H2O). Frymëmarrja qelizore zhvillohet në dy mënyra: frymëmarrje aerobike dhe anaerobike.

Gjatë frymëmarrjes aerobike molekulat e oksigjenit bashkëveprojnë me ato të glukozës dhe japin dioksid karboni (CO2), ujë dhe molekula ATP (lëndë djegëse).

Gjatë frymëmarrjes anaerobike ka mungesë të molekulave të oksigjenit e për pasojë glukoza shpërbëhet pjesërisht duke krijuar acid laktik dhe sasi të vogla të molekualve ATP. Kjo dukuri në gjuhën shkencore quhet fermentim i acidit laktik. Por ka edhe raste kur frymëmarrje ndodh pa praninë e molekulave të oksigjenit dhe në këtë rast glukoza shndërrohen në alkool etilik dhe molekula ATP. Në gjuhën shkencore kjo dukuri quhet fermentim alkoolik.

Pamje e vizatuar që tregon shndërrimin e sheqerit (glukozës) në molekula ATP tek mitokondrioni. Mbetjet që lihen pas këtij bashkëveprimi janë uji dhe dioksidi i karbonit (CO2)