Metabolismus (z řeckéhometabolé – změna, přeměna) nebolienergetická a látková přeměna je soubor chemických reakcí v organismech, které udržují jejich život. Metabolismus lze rozdělit na přeměnu energie v potravinách na energii pro buněčné procesy (energetický metabolismus) a na přeměnu potravin na stavební kamenybílkovin,lipidů,sacharidů,nukleových kyselin (látkový metabolismus). Do metabolismu spadá i odstranění metabolických odpadů z organismu.
Podle zjednodušené definice je metabolismus látková a energetická výměna, příjem a zpracování živin. Všechnylátky, které při metabolismu vznikají nebo se přeměňují, se nazývajímetabolity.
Metabolismus lze dále definovat jako soubor všech enzymových reakcí (metabolických drah), při nichž dochází k přeměnělátek aenergií vbuňkách a v živýchorganismech. Během metabolické dráhy je jedna chemická látka přeměněna řadou kroků na jinou chemickou látku, přičemž každý krok je usnadněn specifickým enzymem.Enzymy jsou pro metabolismus zásadní, neboť působí jakokatalyzátory a umožňují rychlejší reakci při nižší energii. Tyto enzymově katalyzované reakce umožňují organismům udržovat své struktury, reagovat na okolní prostředí, růst a reprodukovat se.
Pozoruhodným rysem metabolismu je podobnost základních metabolických drah mezi velmi odlišnými druhy. Například jednobuněčnábakterieEscherichia coli má velmi podobné metabolické dráhy jako mnohobuněčné organismy, napříkladčlověk. Tato podobnost metabolických drah je pravděpodobně způsobena jejichevolučním vývojem. Naopak metabolismusrakovinných buněk se liší od metabolismu normálních buněk, tyto rozdíly se využívají při léčbě rakoviny.
Primární metabolismus zahrnuje základní chemické přeměny, na kterých přímo závisí život a růst organismu. Tyto procesy jsou pro všechny živé organismy podobné. Patří sem hlavně metabolismussacharidů,tuků,aminokyselin a nukleových kyselin.
Sekundární metabolismus zahrnuje chemické procesy, pomocí kterých se syntetizují a odbourávají specifické, nebílkovinové chemické látky. Mohou to být různé obranné látky, signální molekuly (hormony),pigmenty, stavební molekuly vytvářejícískelet organismu a další.
Bazální metabolismus (bazální metabolický výdej nebo rychlost, anglicky Basal Metabolic Rate – BMR) je množstvíenergie vydané organismem v klidovém stavu za běžných teplotních podmínek a na lačno, tedy kdy nepracujetrávicí soustava za určitou časovou jednotku. U dospělého člověka jej lze odhadnout v jednotkách Megajoulů podle tohotoempirického vzorce:
Je měřítkem množství energie spotřebované všemi metabolickými chemickými reakcemi, které probíhají v klidu. Výdej energie v tomto stavu je dán fungováním životně důležitých orgánů, jako jesrdce,plíce,mozek,nervový systém,játra,ledviny,pohlavní orgány,svaly akůže. BMR se snižuje s věkem a ztrátou svalové hmoty. Naopak se zvyšuje díkykardiovaskulárnímu cvičení a nárůstusvalové hmoty. Nemoc, konzumované jídlo a nápoje, teplota prostředí a množstvístresu může ovlivnit klidový energetický výdej.
Metabolismus může být také dočasně zastaven, například vsemenech rostlin. Uvirů je metabolismus vázán na hostitelskou buňku.
Metabolismus dělíme nakatabolismus (rozkladový proces, odbourávání) aanabolismus (výstavbový proces,biosyntéza). Katabolismus obvykle energii uvolňuje a anabolismus obvykle energii spotřebovává.
Katabolismus je soubor metabolických procesů, které rozkládají velké molekuly. Patří mezi ně odbourání a oxidace molekul potravin. Účelem katabolických reakcí je poskytnout energii a složky potřebné pro anabolické reakce probíhající v molekule. Přesná povaha těchto katabolických reakcí se v jednotlivých organismech liší podle jejich zdrojů energie. Podle těchto kritérií dělíme organismy na autotrofy a heterotrofy:
Autotrofy (fototrofy) přeměňují sluneční světlo a anorganické látky na organické látky a energii. Patří k nim všechny druhy rostlin, které mají schopnost získávat pro svůj život nezbytné látky z anorganických sloučenin, především z kysličníku uhličitého a vody.
Heterotrofy (chemotrofy) závisejí na autotrofech, neboť mají schopnost získávat nezbytné látky pro svůj život pouze z organických sloučenin vyprodukovaných rostlinami nebo z jiných heterotrofů.
Anabolismus je soubor syntetických metabolických procesů, kdy se energie uvolněná katabolismem používá k syntéze komplexních molekul. Obecně platí, že komplexní molekuly, které tvoří buněčné struktury, jsou syntetizovány krok za krokem z menších a jednodušších prekurzorů. Anabolismus zahrnuje tři základní fáze:
jejich aktivace do reaktivních forem za použití energie zATP
montáž těchto prekurzorů do komplexních molekul, jako jsou bílkoviny,polysacharidy, lipidy a nukleové kyseliny
Autotrofy (rostliny) mohou vytvářet komplexní organické molekuly (například polysacharidy a bílkoviny) ve svých buňkách z jednoduchých anorganických molekul (oxid uhličitý a voda).
Heterotrofy (býložravci a masožravci) mohou vytvářet komplexní organické molekuly ve svých buňkách z organických molekul (například sacharidů, tuků, bílkovin).
Energetický metabolismus slouží k výrobě energie pro biochemické reakce, udržení tělesných funkcí a teploty živých organismů. V každé buňce živého organismu probíhá v každém okamžiku velké množství chemických reakcí, které spotřebovávají nebo uvolňují energii.
Adenosindifosfát ADP
Při přeměně složité látky na jednodušší dochází k jejich rozkladu (disimilaci). Při těchto reakcích se energie zpravidla uvolňuje, jedná se oreakce exergonické.
Při tvorbě složitých látek z jednodušších dochází k jejich syntéze (asimilaci). Při těchto reakcích se energie zpravidla spotřebovává, jedná sereakce endergonické.
Při energetickém metabolismu hrají důležitou roli makroenergetické sloučeniny, které mají schopnost energii přijímat, uchovávat a uvolňovat. Jejich nejdůležitějším představitelem jsouadenosintrifosfát ATP aadenosindifosfát ADP, které mají funkci jakéhosi akumulátoru energie v živých organismech. Při biochemických reakcích dochází k tomu, že se z ATP uvolní jeden fosfátový zbytek za vzniku ADP a energie nutné pro endotermické reakce organismu. Při zpětném procesu se naopak energie při vzniku ATP z ADP spotřebuje.
Látkový metabolismus slouží k rozkladu, výstavbě, údržbě a výměně látek (například sacharidů, lipidů, bílkovin) v živém organismu.
Sacharidy, které živé organismy přijímají v potravě, slouží především jako zdroj energie. Všechny tyto sacharidy od těch nejjednodušších až popolysacharidy jsou při metabolismu rozloženy naglukózu. Ta je pak použita jako zdroj energie, zásobárna energie (napříkladglykogen) a ke stavbě vlastních látek organismu.
Vzorec jedné z aminokyselin – alaninuLipidy, které živé organismy přijímají v potravě, slouží především jako zásobárna energie. Všechny lipidy jsou při metabolismu rozloženy namastné kyseliny aglycerol, které se dále v buňkách štěpí za uvolňování energie. Přebytečné tuky se ukládají a v organismu pak tvoří tukové zásoby.
Bílkoviny, které živé organismy přijímají v potravě, slouží především jako stavební materiál. Všechny bílkoviny jsou při metabolismu rozloženy naaminokyseliny, které se pak v buňkách syntetizují do vlastních bílkovin, enzymů a hormonů.
Pro metabolismus jsou nezbytnéenzymy, které urychlují a řídí přeměnu chemických látek, proto se nazývajíbiokatalyzátory. Působení enzymů spočívá především v tom, že snižujíaktivační energii biochemických reakcí a tím je umožňují a urychlují. Bez enzymů by většina biochemických reakcí vůbec neproběhla.
Vitamíny (latinskyvital aamine – životně důležité aminy) jsou nízkomolekulární látky nezbytné pro život. V živém organismu mají funkci katalyzátorů biochemických reakcí. Podílejí se na metabolismu bílkovin, tuků a cukrů a na mnoha dalších tělesných procesech. Jsou také schopny posilovat a udržovatimunitní reakce. Existuje 13 základních typů vitamínů.
Lidský organismus nedokáže, až na některé výjimky, vitamíny vyrobit, a proto je musí získávat prostřednictvím stravy. Při nedostatku nebo přebytku vitamínů se mohou objevovat poruchy metabolismu a dalších funkcí organismu.
Brian K. McNab (2019).What determines the basal rate of metabolism?Journal of Experimental Biology: jeb.205591(advance online publication). doi: 10.1242/jeb.205591 (Co určuje úroveň bazálního metabolismu?)(anglicky)
