Relazione tra materia ed energia osservata nella nutrizione cellulare

Cos'è la nutrizione cellulare?

La nutrizione cellulare è il processo attraverso il quale le piccole cellule che compongono il nostro corpo e quella di tutti gli esseri viventi, prendono sostanze chimiche dall'ambiente e trasformano in materia e energia che usano per vivere.

Le cellule sono come piccole fabbriche che richiedono che gli input siano in grado di produrre le sostanze da cui vengono realizzate. Questi input (che sono spesso sostanze complesse) sono ciò che intendiamo quando parliamo di "materia" o parte materiale della nutrizione cellulare.

D'altra parte, queste piccole fabbriche hanno un macchinario cellulare complesso che funziona 24 ore al giorno, ogni giorno dell'anno e richiedono anche energia. Come vedremo tra un momento, questa energia è intimamente legata alla materia prima che la cellula usa per la sua crescita e riproduzione.

Relazione tra materia ed energia

Cosa è necessario affinché qualsiasi auto funzioni? Oltre a un motore, una trasmissione, quattro ruote e una struttura e un corpo per mantenere tutto insieme, ha anche bisogno di carburante.

Lo stesso vale per le cellule. Hanno bisogno di un carburante in cui possono ottenere l'energia necessaria per mantenere tutti i processi di vita.

Nel caso di un'auto a benzina, il combustibile è formato da una classe di sostanze chimiche chiamata idrocarburi, ma nel caso delle cellule, l'energia proviene da carboidrati e altre sostanze organiche.

E come viene rilasciata quell'energia? Rompendo i legami chimici che tengono insieme i diversi atomi che formano le molecole.

Come viene misurata l'energia contenuta nei nutrienti?

L'energia contenuta negli alimenti è misurata nelle calorie. UN caloria È la quantità di energia sotto forma di calore necessario per riscaldare o aumentare la temperatura di un grammo di acqua a un centigrado.

Il modo in cui è determinato quanta energia c'è nel cibo è bruciarli e quindi misura quanto un campione di acqua con il calore rilasciato viene riscaldato.

Ad esempio, se bruciamo 1 grammo di farina di grano, 3 vengono rilasciati.640 calorie. Questo calore è sufficiente per riscaldare 3.640 g di acqua (poco più di 3 litri e mezzo) da 25 ° C a 26 ° C. Possiamo anche vederlo come la quantità necessaria di calore per riscaldare 60 grammi di acqua da 20 ° C a 80 ° C.

Nota: quando leggiamo le calorie del cibo sull'etichetta, è necessario fare attenzione, poiché ci sono due tipi di calorie. La calorica minuscola (che è rappresentata come calce) è la calorica normale. Tuttavia, molte etichette mostrano calorie con lettere maiuscole (lime) che in realtà sono uguali a 1.000 calorie o 1 kilocaloria.

In che modo questa energia usa le cellule?

Le cellule non usano l'energia rilasciata dalla trasformazione alimentare direttamente sotto forma di calore. Invece, immagazzinano tutta questa energia sotto forma di molecole speciali chiamate adenosining o ATP.

Questo ATP è il vero combustibile che tutte le cellule usano per la stragrande maggioranza delle reazioni chimiche che le mantengono in vita. È come se i carboidrati che mangiamo fossero petrolio greggio che la cellula affine per produrre benzina ad alto ottano (ATP) che le stesse celle usano quindi per avviare il loro motore. Questo viene fatto in piccole fabbriche chiamate mitocondri.

Da dove viene la questione?

I carboidrati contengono solo carbonio, idrogeno e ossigeno, ma le cellule sono formate da molti più elementi. Il resto dei materiali da costruzione per produrre le diverse parti delle cellule proviene da proteine, lipidi, acidi nucleici e altre sostanze chimiche che le nostre cellule elaborano. Queste sostanze possono provenire da una delle due fonti:

• Vengono dall'ambiente (ad esempio, li mangiamo nella nostra dieta) e quindi assorbiamo le cellule.
• Sono costituiti da organelli e altri pezzi delle stesse cellule che vengono riciclate per economizzare lo sforzo e l'energia.

Nutrizione e nutrizione eterotrofica e nutrizione

A seconda del tipo di sostanze che le loro cellule possono usare come fonte di materia ed energia, possiamo distinguere due diversi tipi di esseri viventi: autotrofi ed eterotrofi.

Gli autotrofi sono esseri viventi che possono assorbire sostanze inorganiche dell'ambiente e trasformarle in alimenti organici per le cellule. Le piante sono un tipico esempio di autotrofi.

D'altra parte, siamo eterotrofi, cioè esseri viventi che non possiamo sintetizzare il nostro cibo. Per questo motivo dobbiamo consumare altri esseri viventi per poter usare le sostanze nutrizionali da cui sono fatte.

Tuttavia, indipendentemente dal fatto che si tratti di una nutrizione autotrofica o eterotrofo, entrambi i processi nutrizionali cellulari hanno alcune fasi in comune.

Il processo di nutrizione cellulare

Mangiare cibo

La nutrizione cellulare inizia con l'assunzione di cibo. Per noi, questo significa mangiare. I nostri alimenti contengono tutti i tipi di composti complessi formati da molecole molto grandi che non si adattano alle cellule, quindi la nostra digestione è responsabile di romperli e tagliarli in piccoli pezzi in modo che le cellule possano assorbirli.

Nel caso delle piante, assorbono direttamente i nutrienti inorganici attraverso le loro radici e foglie.

Incorporazione di sostanze alla cellula

Dopo la digestione, i pezzi più piccoli vengono assorbiti e distribuiti dal sangue al resto del corpo in cui le cellule li assorbono con diversi meccanismi.

Digestione della sostanza cellulare

Una volta all'interno delle cellule, queste sostanze vengono attaccate con una serie di enzimi che fondamentalmente disarma proteine, carboidrati, DNA, RNA e trigliceridi per lasciare tutti i piccoli blocchi di costruzione pronti per il passaggio successivo.

Metabolismo

Una volta che gli alimenti "disarmati", questi possono essere elaborati in due modi:

Catabolismi

Il catabolismo, chiamato anche metabolismo distruttivo, continua a rompere le molecole più grandi in quelle più piccole, rilasciando così l'energia contenuta nei suoi collegamenti. Nel caso dell'uomo, questo processo ossida il glucosio e altri carboidrati con l'aiuto dell'ossigeno dell'aria per produrre anidride carbonica, acqua e ATP.

Anabolismo

È la parte del metabolismo in cui la cellula utilizza piccoli blocchi di costruzione come aminoacidi e nucleotidi per costruire proteine ​​e DNA, tra le altre grandi molecole che diventano quindi parte della cellula.

Escrezione di rifiuti

Il processo nutrizionale include anche l'escrezione di tutti i rifiuti tossici all'interno della cellula e quindi all'interno del corpo. Quest'ultimo processo chiude il ciclo della nutrizione cellulare e tra tutti mantiene il sistema completo in costante funzionamento.