vuonna aineenvaihdunta se on biokemiallisten aineiden muuttamista organismien entsyymijärjestelmän avulla. Muodostuu välituotteita, jotka tunnetaan myös metaboliiteina. Koko aineenvaihdunta perustuu kemiallisten aineiden jatkuvaan aineenvaihduntaan.
Mikä on aineenvaihdunta?
Termiä metabolia käytetään biologiassa ja lääketieteessä, ja se kuvaa kemiallisen aineen muuttumista tai hajoamista aineenvaihdunnan yhteydessä. Kreikan kielessä termiä aineenvaihdunta kutsutaan myös aineenvaihduntaa. Metabolia on tarpeen organismin elintärkeiden toimintojen ylläpitämiseksi.
Siellä on ns katabolinen ja anabolinen aineenvaihdunta. Esimerkiksi katabolisen aineenvaihdunnan yhteydessä korkean energian, korkean polymeerin bioaineet hajoavat ruoasta vapauttaen energiaa. Purkaminen tapahtuu kolmessa vaiheessa. Tällä tavalla yksittäiset rakennuspalikat luodaan alun perin polysakkarideista (useita sokereita), rasvoista ja proteiineista. Polysakkaridien tapauksessa nämä ovat heksooseja (glukoosi, fruktoosi) ja pentooseja. Rasvat hajoavat rasvahapoiksi ja glyseriiniksi, ja proteiinit ovat puolestaan yksittäisten aminohappojen lähde. Kaikki nämä monomeerit ovat aineenvaihdunnan metaboliitteja, koska ne voidaan joko hajottaa edelleen tai myötävaikuttaa kehon omien biologisten aineiden muodostumiseen.
Anabolinen aineenvaihdunta varmistaa, että kehon omat monimutkaiset yhdisteet rakennetaan yksinkertaisemmista lähtöaineista. Katabolisen aineenvaihdunnan metaboliitteja kutsutaan kataboliiteiksi ja anabolisen aineenvaihdunnan metaboliitteja kutsutaan anaboliiteiksi. Anabolisen ja katabolisen aineenvaihdunnan välinen rajapinta on ns. Väliaineenvaihdunta. Monet metaboliitit ovat sekä anabolisten että katabolisten prosessien lähtöaineita.
Myös vieraat aineet metaboloituvat kehossa ja muuttuvat vesiliukoiseen muotoon, joka voidaan erittää. Näihin vieraisiin aineisiin kuuluvat huumeet, mutta myös myrkyt.
Toiminto ja tehtävä
Metabolialla on suuri merkitys keholle. Keholle toimitetaan energiaa aineiden jatkuvan muuntamisen kautta (korkeaenergisten, suurimolekyylisten biomolekyylien hajoamisen aikana). Lähtöyhdisteiden kemiallinen energia vapautetaan ja muunnetaan lämmöksi ja kineettiseksi energiaksi fysikaalisten toimintojen ylläpitämiseksi. Tämä luo hiilidioksidia ja vettä katabolisten prosessien alimpaan päähän. Tämä hajoaminen tapahtuu useiden välituotteiden kautta, jotka voidaan myös integroida uudelleen anabolisiin kehon prosesseihin ns. Metaboliiteina. Vapautunut energia varastoidaan väliaikaisesti fosfaattisidoksessa hajoamisprosessien aikana (katso ATP, GTP tai muut).
Jakamalla fosfaattisidos vapautuu energiaa, joka voidaan muuttaa takaisin makromolekyylin kemialliseksi energiaksi osana anabolista prosessia. Kataboliset ja anaboliset metaboliset reitit ovat siis läheisesti yhteydessä toisiinsa.
Lisäksi jokaisessa katabolisen tai anabolisen metabolisen reitin vaiheessa muodostuu metaboliitteja, jotka joko hajoavat tai käytetään rakentamaan monimutkaisempia yhdisteitä. Metabolinen reitti, josta yksittäinen metaboliitti on peräisin, ei ole ratkaiseva. Tätä katabolisen ja anabolisen aineenvaihdunnan välistä rajaa kutsutaan välimetaboliseksi aineeksi.
Organismi on aina vakaassa tilassa kemiallisista aineista, jotka tuodaan ja poistetaan. Eläinorganismit käyttävät orgaanisten aineiden kemiallista energiaa, jolloin nämä hajoavat yksinkertaisiksi epäorgaanisiksi aineiksi. Kasvien organismit absorboivat aurinkoenergiaa valon muodossa ja muuntavat sen kemialliseksi energiaksi rakentamalla orgaanisia aineita epäorgaanisista aineista.
Normaalin aineenvaihdunnan aikana tapahtuvan aineenvaihdunnan lisäksi metaboloituvat myös imeytyneet vieraat aineet. Nämä metabolia tapahtuvat aina maksassa. Nämä ovat enimmäkseen vieroitusreaktioita. Nämä lääkkeet ovat myös alttiita näille reaktioille. Kaiken kaikkiaan puhumme biotransformaatiosta. Ensimmäisessä vaiheessa tapahtuu hapetus- tai pelkistysreaktioita tai hydrolyysi.
Ensisijaisesti vaikuttavan myrkkyn tai ensisijaisesti vaikuttavan lääkeaineen tapauksessa vaikutus vähenee. Kuitenkin, jos lääke imeytyy aihiolääkkeeksi, se on tehokas vasta vaiheen 1 reaktioiden jälkeen. Sama asia voi tapahtua pääasiassa myrkyttömän aineen kanssa. Jotkut toksiinit kehittyvät kehossa vain asianmukaisen aineenvaihdunnan kautta. Toisessa vaiheessa faasissa 1 muodostuneet metaboliitit tehdään vesiliukoisiksi lisämuunnoksilla, jotta ne voivat erittyä munuaisten kautta.
Sairaudet ja vaivat
Metabolian ja vastaavien aineenvaihduntojen yhteydessä voi syntyä huomattavia terveysongelmia, jos metaboliittia ei voida hajottaa tai vain huonosti. Jos päinvastoin, tiettyjen tärkeiden metaboliittien muodostumiseen ei reagoida, voidaan odottaa myös terveysvaikutuksia. Tällaisissa tilanteissa on hyvin usein geneettinen vika tai kromosomimuutos.
Tiettyjä entsyymejä ei voida tuottaa tai ne voidaan tuottaa vain riittämättömästi. Saman vaikutuksen aiheuttaa viallinen entsyymi. Siksi monet metaboliset sairaudet osoittavat tiettyjen metaboliittien kertyneen. Muissa sairauksissa tärkeitä metaboliitteja ei edes muodostu. Molemmissa tapauksissa monimutkaisten reaktioiden ketju keskeytyy ja joitain elintärkeitä reaktioita ei enää tapahdu.
Ns. Varastointitauteissa tietyt aineet tai metaboliitit kerääntyvät yhä enemmän soluihin tai solujen ulkopuolelle. Tämä johtaa usein huomattaviin elinvaurioihin. Myrkkyjen ja lääkkeiden tapauksessa metabolian tulisi yleensä johtaa aineiden hajoamiseen heikentäen siten niiden vaikutusta. On kuitenkin myös tapauksia, joissa aineenvaihduntaprosessit muuttavat suhteellisen vaarattomia lähtöaineita aktiivisiksi metaboliiteiksi, joiden toksinen vaikutus kehittyy vasta tässä vaiheessa. Vieraiden aineiden aineenvaihduntaprosessit ovat epäspesifisiä, ja siksi ne kulkevat aina yhden järjestelmän mukaisesti. Siksi voi joskus tapahtua, että näiden tiettyjen aineiden aineenvaihduntaprosessi on todellinen ongelma.
