Ainevahetus on biokeemiliste ainete muundamine organismide ensüümsüsteemi poolt. Moodustuvad vaheühendid, tuntud ka kui metaboliidid. Kogu ainevahetus põhineb keemiliste ainete pideval ainevahetusel.
Mis on ainevahetus?
Terminit metabolisatsioon kasutatakse bioloogias ja meditsiinis keemilise aine muundumise või lagunemise kirjeldamiseks ainevahetuse osana. Terminit metabolisatsioon kasutatakse bioloogias ja meditsiinis ning see viitab keemilise aine muundamisele või lagunemisele ainevahetuse osana. Kreeka keeles nimetatakse ainevahetuse mõistet ka ainevahetuseks. Ainevahetus on vajalik organismi elutähtsate funktsioonide säilitamiseks. On nn kataboolne ja anaboolne ainevahetus. Näiteks kataboolses ainevahetuses lagundatakse energia vabanemisega toidust saadavad energiarikkad kõrgpolümeersed biomaterjalid. Lagunemine toimub kolmes etapis. Esiteks moodustatakse üksikud ehitusplokid polüsahhariidid (mitu suhkrut), rasvad ja valgud. Juhul kui polüsahhariidid, need on heksoosid (glükoos, fruktoos) ja pentoosid. Rasvad jagunevad rasvhapped ja glütseroolja valgud omakorda on üksikisiku allikad aminohapped. Kõik need monomeerid esindavad ainevahetuse metaboliite, kuna neid saab kas edasi lagundada või aidata tagasi keha enda biomaterjalide ülesehitamisel. Anaboolne ainevahetus võimaldab endogeensete kompleksühendite kogunemist lihtsamatest lähteainetest. Kataboolse ainevahetuse metaboliite nimetatakse kataboliitideks ja anaboolse ainevahetuse metaboliite. Liides anaboolsest kuni kataboolse ainevahetuseni on nn vahevahetus. Paljud metaboliidid on nii anaboolsete kui ka kataboolsete protsesside lähteained. Võõrkehad metaboliseeruvad ka kehas ja muunduvad a vesilahustuv erituv vorm. Nende võõraste ainete hulka kuuluvad: ravimid, aga ka toksiine.
Funktsioon ja ülesanne
Ainevahetus on keha jaoks väga oluline. Keha varustatakse energiaga ainete pideva muundamise kaudu (energiarikaste suure molekulmassiga biomolekulide lagunemisel). Esialgsete ühendite keemiline energia vabaneb ja muundub keha funktsioonide säilitamiseks soojuseks ja kineetiliseks energiaks. Selle käigus süsinik dioksiid ja vesi toodetakse kataboolsete protsesside madalaimas otsas. See lagunemine toimub mitmete vaheühendite kaudu, mida saab ka anaboolsetes kehaprotsessides uuesti kaasata nn metaboliitidena. Lagunemisprotsesside käigus vabanev energia salvestatakse ajutiselt a fosfaat võlakiri (vt ATP, GTP või teised). Lõhkudes fosfaat sidemega vabaneb energia, mida saab anaboolse protsessi käigus uuesti makromolekuli keemiliseks energiaks muuta. Kataboolsed ja anaboolsed ainevahetusrajad on seetõttu tihedalt seotud. Lisaks toodavad kataboolse või anaboolse metaboolse raja kõik etapid metaboliite, mis kas lagunevad või mida kasutatakse keerukamate ühendite loomiseks. Metaboolne rada, millest üksik metaboliit pärineb, ei ole kriitiline. Seda kataboolse ja anaboolse ainevahetuse liidest nimetatakse vaheainevahetuseks. Organism on alati tasakaaluolekus tasakaalustatud keemiliste ainetega, mis viiakse eemaldatud keemiliste aineteni. Selles protsessis kasutavad loomorganismid orgaaniliste ainete keemilist energiat, jagades need lihtsateks anorgaanilisteks aineteks. Taimeorganismid neelavad päikeseenergiat valguse kujul ja muudavad selle keemiliseks energiaks, ehitades anorgaanilistest ainetest orgaanilisi aineid. Lisaks ainevahetusele normaalse ainevahetuse osana metaboliseeritakse ka neelatud võõrkehad. Need ainevahetused toimuvad alati maks. Need on enamasti võõrutus reaktsioonid. Need reaktsioonid alluvad ka ravimitele. Üldiselt nimetatakse seda biotransformatsiooniks. Esimeses faasis toimuvad oksüdatsiooni- või redutseerimisreaktsioonid või hüdrolüüs. Peamiselt toimiva toksiini või peamiselt toimiva ravimi puhul mõju protsessis väheneb. Kui ravimit tarvitatakse eelravimina, areneb efektiivsus alles pärast 1. faasi reaktsioone. Sama võib juhtuda peamiselt mittetoksilise ainega. Mõned toksiinid tekivad kehas esmalt vastavate ainevahetuste kaudu. Valmistatakse 1. faasis moodustunud metaboliidid vesi- lahustuvad teises faasis edasiste muundumiste kaudu, et saaksid neerude kaudu erituda.
Haigused ja häired
Ainevahetuse ja vastavate ainevahetuste kontekstis on oluline tervis probleemid võivad tekkida, kui metaboliiti kas ei saa lagundada või see on halvasti lagundatud. Vastupidi, kui reaktsioonid teatud oluliste metaboliitide moodustumiseks ei toimu, tervis võib eeldada ka tagajärgi. Väga sageli esineb sellistes olukordades geneetiline defekt või kromosoomimuutus. Teatud ensüümide ei saa toota või saab toota ainult ebapiisavalt. Sama efekti põhjustab ka defektne ensüüm. Seega näitavad paljud metaboolsed haigused teatud metaboliitide kuhjumist. Teiste haiguste korral ei teki olulisi metaboliite üldse. Mõlemal juhul katkeb keeruliste reaktsioonide ahel ja reaktsioone, millest mõned on eluliselt tähtsad, enam ei toimu. Nn ladustamishaiguste korral akumuleeruvad teatud ained või metaboliidid järjest enam rakkudes või isegi väljaspool rakke. See põhjustab sageli märkimisväärseid elundikahjustusi. Mürkide ja ravimite puhul peaks metaboolne toimimine tavaliselt toimuma viima ainete lagunemisele, nõrgendades nende mõju. Siiski on ka juhtumeid, kus ainevahetusprotsesside tagajärjel moodustuvad suhteliselt kahjututest lähteainetest aktiivsed metaboliidid, millel tekib nende mürgine toime alles selles etapis. Võõrkehade ainevahetusprotsessid on mittespetsiifilised ja järgivad seetõttu alati ühte mustrit. Seetõttu võib mõnikord juhtuda, et nende konkreetsete ainete ainevahetusprotsess on tõeline probleem.
