Metabolisme er omsetning av organiske molekyler i alle levende celler, hos encellete prokaryoter og eukaryoter og hos flercellete eukaryoter. Hvert omsetningstrinn er katalysert av et enzym som er et protein som gjør at de biokjemiske reaksjonene blir spesifikke og kan skje ved biologisk temperatur. Metabolismen forekommer i cytoplasma, cellevegger og cellemembraner og hos eukaryotene i tilknytning til celleorganeller som er separate kompartmenter eller reaksjonsrom hvor det skjer delreaksjoner. I tilknytning til metabolismen er det omfattende intern stofftransport via separate transportmolekyler. Hos eukaryotene er det egne systemer med vesikler som frakter stoffer inn i eller ut av cellene tilknyttet et cytoskjelett og cytoplasmastrømninger. I metabolismen skjer det også transport av gasser blant annet oksygen og karbondioksid. Hos flercellete organismer blir diffusjonsveiene lange og de har utviklet egne rørsystemer for langdistansetransport i form av blodårer i dyr eller ledningsvev i planter.
Mange enzymkatalyserte reaksjoner er organisert i biokjemiske omsetningsveier med en sekvens av påfølgende reaksjoner. Produktet i en reaksjon er substratet i den neste. Enzymer er biologiske katalysatorer som senker aktiveringsenergien i en reaksjon og gjør at den kan skje opptil 1012 ganger raskere enn en ikke-katalysert reaksjon.
Katabolisme skaffer energi og kjemiske mellomprodukter brukt i biosyntese av ATP og reduksjonskraft NADH og NADPH som gir elektroner til reaksjonene. Biosynteseveier gir stadig mer komplekse molekyler i en anabolisme som krever energi. Nukleosidtrifosfater som adenosin trifosfat (ATP), men også guanosin trifosfat (GTP), uridin trifosfat (UTP) og cytidin trifosfat (CTP) er bærere av biokjemisk energi.
Metabolismen er regulert med produkthemming eller produktaktivering hvor mengden produkt i en enzymreaksjon kan hemme reaksjonen, eller regulering i greiningspunkter i biosynteseveier eller omsetningsveier hvor det er nøkkelenzymer som er under streng regulering. I tillegg finnes det mange reguleringsmetabolitter som styrer hastigheten på reaksjonene. Mange organiske stoffer er intermediater i mange forskjellige omsetningsveier. Systembiologi er studiet av kvantiative reaksjoner mellom tusenvis metabolitter i en organisme og omsetningsveiene som danner komplekse nettverk.
I organismenes metabolisme trengs energi og substrater for syntese av cellemateriale. Skjer energiutvinningen ved nedbrytning kalles den dissimilasjon. Dissimilasjon er en oksidativ prosess som fjerner elektroner fra kjemiske stoffer og bruker elektroner til å lage energi ved å overføre dem til oksygen (respirasjon) eller til organiske stoffer (fermentering).
Assimilasjon er energikrevende anabolske prosesser som ved reduksjon gir nytt cellemateriale til oppbygging av planten. Koblingen mellom anabolisme (reduksjon) og katabolisme (oksidasjon) katalyseres av dehydrogenaser som bruker NAD(P)+ som kofaktor. Elektrontransporten brukes til å lage kjemisk energi i form av ATP som brukes til energikrevende reaksjoner. Eksempler på metabolisme i plantene er karbonassimilasjon i Calvinsyklus (fotosyntese) som er anabolisme, og frigivelse av kjemisk energi (cellerespirasjon) en katabolisme i glykolyse og sitronsyresyklus. Glukose-6-fosfat spiller en viktig rolle i katabolisme av glukose. Katabolisme gir i tillegg til energi intermediater (mellomprodukter) som kan inngå i anabolisme.
Litteratur
Wikipedia