47,332
עריכות
שינויים
אין תקציר עריכה
[[מטבוליזם]] ('''Metabolism'''; ב[[עברית]]: '''חילוף חומרים''') הוא תהליך, המתרחש ב[[יצור|יצורים חיים]], של קליטת [[חומר|חומרים]] מהסביבה, עיבודם, הפקת [[אנרגיה]] וחומרי בניין מהם ופליטת הפסולת.
== התהליך בביולוגיה==
מטבוליזם הינו אחד המושגים הבסיסיים ביותר ב[[ביולוגיה]], והוא מהווה את אחד התנאים להגדרת יצור חי (התנאי החשוב האחר הינו יכולת [[רבייה]]). חילוף החומרים מתרחש תמיד בסדר שלהלן:
* '''קליטת חומרים מהסביבה''': החומרים הנקלטים מהסביבה משמשים לשתי מטרות: כחומרי בניין לאלפים הרבים של ה[[תרכובת|תרכובות]] המרכיבות את היצור, ולשם הפקת אנרגיה.
* '''קטבוליזם''' ('''Catabolism'''): בתהליך זה מתפרקים החומרים שנקלטו מהסביבה ליחידותיהם הבסיסיות. [[חלבון|חלבונים]], למשל, מתפרקים ל[[חומצת אמינו|חומצות אמינו]]; [[שומן|שומנים]] - ל[[חומצת שומן|חומצות שומן]]; [[פחמימה|סוכרים]] - ל[[חד-סוכר|חד-סוכרים]]; [[חומצת גרעין|חומצות גרעין]] - ל[[נוקלאוטיד|נוקלאוטידים]]. תהליך הקטבוליזם בבעלי חיים, ובמיוחד שלביו הראשונים, מכונה '''[[עיכול]]'''.
* '''אנבוליזם''' ('''Anabolism''', או '''ביוסינתזה'''; ב[[עברית]]: '''הַבְנָיָה'''): בתהליך זה מתרחשת [[סינתזה (כימיה)|סינתזה]] של תרכובות מורכבות, מהן בנוי הגוף או ה[[תא]]. אבני הבניין שהתקבלו בתהליך הקטבוליזם מתאחדות שוב ליצירת ה[[מולקולה|מולקולות]] הנדרשות לבניין הגוף או התא.
* '''הפרשת פסולת''': לתרכובות רבות הנצרכות כחלק מהמזון אין שימוש בבניית הגוף. בנוסף, תרכובות רבות (קטנות בדרך-כלל, כגון [[אמוניה]], [[מים]] ו[[פחמן דו-חמצני]]) נוצרות כתוצרי-לוואי בתהליכי האנבוליזם השונים. את כל אלו נדרש היצור לפלוט, שכן הצטברותם של חומרים אלו בגוף משבשת תהליכים ביולוגיים שונים. בבעלי חיים מופרשת הפסולת באמצעות ה[[שתן]] וה[[צואה]]. גם פליטת הפחמן הדו-חמצני בתהליך הנשימה מוגדרת כהפרשת פסולת.
מדוע טורח הגוף לפרק את המזון לאבני הבניין שלו, ולאחר מכן לאחד אותן שוב למולקולות מורכבות? קיימות לכך שתי סיבות:
* המולקולות שנצרכות במזון אינן בהכרח זהות למולקולות הנדרשות לבניין הגוף. לדוגמה, רוב הסוכר שאנו צורכים במזון מגיע בצורת [[סוכרוז]], הסוכר השולחני הלבן המוכר לכולנו. לגופנו אין שימוש ממשי לסוכרוז, ולכן הוא מפרק אותו לאבני הבניין שלו - [[גלוקוז]] ו[[פרוקטוז]] - ולאחר מכן מאחד אותם לבניית סוכרים אחרים ([[גליקוגן]], למשל), החיוניים לבניין הגוף. דוגמה קיצונית יותר היא בני אדם [[צמחונות|צמחוניים]]: הללו מקבלים את כל החלבונים שלהם מ[[צמחים]], כשברור שחלבוני הצמחים אינם זהים לחלבוני גוף האדם. הגוף מתמודד עם בעיה זו באמצעות תהליכי הפירוק והבנייה מחדש - הקטבוליזם והאנבוליזם.
* פירוק תרכובות אורגניות רבות מביא לשחרור אנרגיה. האנרגיה אצורה ב[[קשר כימי|קשרים הכימיים]] שבין [[אטום|אטומי]] המולקולות, וניתוק קשרים אלו מביא להפקת האנרגיה הדרושה לגוף על-מנת לקיים את כל תהליכי החיים. החומר הבסיסי ביותר המשמש להפקת אנרגיה ברוב היצורים החיים הוא '''[[גלוקוז]]''', והתהליך בו מופקת האנרגיה ממנו נקרא '''[[גליקוליזה]]'''. תהליך הקטבוליזם, כאמור, מביא ל'''שחרור אנרגיה'''; לעומתו, תהליך האנבוליזם מצריך '''השקעת אנרגיה'''.
==מטבוליזם בכלכלה==
אם נאמר שהכלכלה או החברה כולה דומה במובן זה לייצור ביולוגי, הרי שאותם תהליכים בדיוק מתרחשים גם בכלכלה, לא כמשל אלא כתאור של אותם תהליכים בסדרי גודל אחרים (תהליכי המטבוליזם בגוף ובחברה שואבים מאותו אובייקט אב):
* קליטת חומרים מהסביבה - אלו הם פעולות של כריית מינרלים, שאיבת דלקים, חטיבת עצים, חקלאות בעל.
* קטבוליזם -פרוק החומרים שנקלטו מהסביבה ליחידותיהם הבסיסיות. תהליך זה מתרחש כאשר מפיקים חומרי גלם שונים - דלק מזוקק, ברזל, פלסטיק גולמי, עץ, נייר וכו'.
* אנבוליזם - בניה מחדש - בנייה של תרכובות מורכבות - בכלכלה מדובר בבנית מבנים, מכונות, מוצרים והספקה של שרותים, תוך שימוש בחומרי הגלם והמערכות הקיימות בכלכלה. שלב זה כולל בחובו גם את שלב השימוש והצריכה של המוצרים, שמשמשים בעצמם לצורך בניה של מערכות מורכבות אחרות - בין אם הם חברתיות, פיזיות (חיצוניות לגוף), נפשיות או בריאותיות (תוך קישור למטבוליזם הפנימי).
* הפרשת הפסולת - זריקת המוצרים ותוצרי הביניים כ"פסולת" שהכלכלה לא נזקקת לה, בתקווה שהביוספרה תטפל בתוצרים אלה או "תעלים" אותם כשם שהביוספרה "מעלימה" (ולמעשה מכניסה מחדש למחזור) את תוצרי הפסולת של גוף ביולוגי.
==אנטרופיה==
2 התהליכים הראשונים הם תהליכים של הורדת האנטרופיה למינימום- המצב המסודר ביותר הוא של חומרי גלם נפרדים. השלב הראשון הוא הוצאה של תרכובת מסויימת של חומרים מתוך הכאוס הכללי (לדוגמה עופרת ברזל במקום סלעים). השלב השני הוא זיקוק של תרכובות טהורות יותר שניתן להשתמש בהן כבסיס למערכות מורכבות יותר.
דבר דומה הוא בגוף - הוצאת המזון מכלל הרבים והפרדתו מרעלים וחומרים בלתי רצויים בעליל, ולאחר מכן סינון עדין יותר של המזון, ושבירה שלו לרכיבי גלם פשוטים.
התהליך של אנבוליזם (שאולי ניתן לפרקו לכמה תהליכי משנה) הוא תהליך של העלאת אנטרופיה. כד מצויר הוא בעל אנטרופיה גבוה יותר מאשר גוש חומר. הסיבה היא שלמערכות (גוף האדם, או קהילה כלשהיא) יש "עניין"
באינטרקאציה עם מערכות מורכבות אחרות, ולא עם תרכובות הומוגניות בעלות אנטרופיה מינימלית. גוש החומר הוא בעל '''פוטנציאל''' להפוך לסוגים שונים של כלים או מערכות - צלחת, ספל או קערת מרק. אבל הוא חסר '''תועלת''' למערכות שלנו כל עוד הוא במצבו הפוטנציאלי, כדי להפוך לבעל ערך בתוך המערכות, עליו לוותר על פוטנציאל האפשרויות שלו ולבחור באחת מהן (תוך הגדלת האנטרופיה) עליו להיות בעל '''צורה ייחודית'''.
באנבוליזם בגוף המולקולות הפשוטות מקבלות צורה של חלבונים מורכבים על פי צרכי הגוף, דבר דומה קורה לחומרי הגלם הפשוטים יחסית בכלכלה או בחברה האנושית.
השלב האחרון הוא הגדלה נוספת של האנטרופיה - כד שבור הוא פחות מוארגן מאשר כד בלתי שבור. התרכובת המורכבת מאבדת את הצורה הייחודית שהיתה לה, ומגדילה את האנטרופיה שיש לה. במצב זה היא מאבדת את משמעותה לגוף או לכלכלה (מובן שנעשה נסיון לתחזק או לתקן מבנה שבור). לאחר מכן היא נזרקת החוצה.
בשני המקרים , במקרה הטוב יצורים אחרים בביוספרה יבצעו מטבוליזם חדש לפסולת הנזרקת. באמצעות אנרגיית השמש של הצמחים, תוכשר במקרה הביולוגי מחזור נוסף של מטבוליזם, במקרה האנושי, הדבר מובצע על ידי מחזור ושימוש חוזר (בהשקעת אנרגיה), או שהוא אינו מבוצע והתהליך הוא קווי.
==ראו גם==
[[המהפכה התעשייתית הבאה]]
[[קטגוריה:כלכלה אקולוגית]]
[[קטגוריה:מערכות]]
== התהליך בביולוגיה==
מטבוליזם הינו אחד המושגים הבסיסיים ביותר ב[[ביולוגיה]], והוא מהווה את אחד התנאים להגדרת יצור חי (התנאי החשוב האחר הינו יכולת [[רבייה]]). חילוף החומרים מתרחש תמיד בסדר שלהלן:
* '''קליטת חומרים מהסביבה''': החומרים הנקלטים מהסביבה משמשים לשתי מטרות: כחומרי בניין לאלפים הרבים של ה[[תרכובת|תרכובות]] המרכיבות את היצור, ולשם הפקת אנרגיה.
* '''קטבוליזם''' ('''Catabolism'''): בתהליך זה מתפרקים החומרים שנקלטו מהסביבה ליחידותיהם הבסיסיות. [[חלבון|חלבונים]], למשל, מתפרקים ל[[חומצת אמינו|חומצות אמינו]]; [[שומן|שומנים]] - ל[[חומצת שומן|חומצות שומן]]; [[פחמימה|סוכרים]] - ל[[חד-סוכר|חד-סוכרים]]; [[חומצת גרעין|חומצות גרעין]] - ל[[נוקלאוטיד|נוקלאוטידים]]. תהליך הקטבוליזם בבעלי חיים, ובמיוחד שלביו הראשונים, מכונה '''[[עיכול]]'''.
* '''אנבוליזם''' ('''Anabolism''', או '''ביוסינתזה'''; ב[[עברית]]: '''הַבְנָיָה'''): בתהליך זה מתרחשת [[סינתזה (כימיה)|סינתזה]] של תרכובות מורכבות, מהן בנוי הגוף או ה[[תא]]. אבני הבניין שהתקבלו בתהליך הקטבוליזם מתאחדות שוב ליצירת ה[[מולקולה|מולקולות]] הנדרשות לבניין הגוף או התא.
* '''הפרשת פסולת''': לתרכובות רבות הנצרכות כחלק מהמזון אין שימוש בבניית הגוף. בנוסף, תרכובות רבות (קטנות בדרך-כלל, כגון [[אמוניה]], [[מים]] ו[[פחמן דו-חמצני]]) נוצרות כתוצרי-לוואי בתהליכי האנבוליזם השונים. את כל אלו נדרש היצור לפלוט, שכן הצטברותם של חומרים אלו בגוף משבשת תהליכים ביולוגיים שונים. בבעלי חיים מופרשת הפסולת באמצעות ה[[שתן]] וה[[צואה]]. גם פליטת הפחמן הדו-חמצני בתהליך הנשימה מוגדרת כהפרשת פסולת.
מדוע טורח הגוף לפרק את המזון לאבני הבניין שלו, ולאחר מכן לאחד אותן שוב למולקולות מורכבות? קיימות לכך שתי סיבות:
* המולקולות שנצרכות במזון אינן בהכרח זהות למולקולות הנדרשות לבניין הגוף. לדוגמה, רוב הסוכר שאנו צורכים במזון מגיע בצורת [[סוכרוז]], הסוכר השולחני הלבן המוכר לכולנו. לגופנו אין שימוש ממשי לסוכרוז, ולכן הוא מפרק אותו לאבני הבניין שלו - [[גלוקוז]] ו[[פרוקטוז]] - ולאחר מכן מאחד אותם לבניית סוכרים אחרים ([[גליקוגן]], למשל), החיוניים לבניין הגוף. דוגמה קיצונית יותר היא בני אדם [[צמחונות|צמחוניים]]: הללו מקבלים את כל החלבונים שלהם מ[[צמחים]], כשברור שחלבוני הצמחים אינם זהים לחלבוני גוף האדם. הגוף מתמודד עם בעיה זו באמצעות תהליכי הפירוק והבנייה מחדש - הקטבוליזם והאנבוליזם.
* פירוק תרכובות אורגניות רבות מביא לשחרור אנרגיה. האנרגיה אצורה ב[[קשר כימי|קשרים הכימיים]] שבין [[אטום|אטומי]] המולקולות, וניתוק קשרים אלו מביא להפקת האנרגיה הדרושה לגוף על-מנת לקיים את כל תהליכי החיים. החומר הבסיסי ביותר המשמש להפקת אנרגיה ברוב היצורים החיים הוא '''[[גלוקוז]]''', והתהליך בו מופקת האנרגיה ממנו נקרא '''[[גליקוליזה]]'''. תהליך הקטבוליזם, כאמור, מביא ל'''שחרור אנרגיה'''; לעומתו, תהליך האנבוליזם מצריך '''השקעת אנרגיה'''.
==מטבוליזם בכלכלה==
אם נאמר שהכלכלה או החברה כולה דומה במובן זה לייצור ביולוגי, הרי שאותם תהליכים בדיוק מתרחשים גם בכלכלה, לא כמשל אלא כתאור של אותם תהליכים בסדרי גודל אחרים (תהליכי המטבוליזם בגוף ובחברה שואבים מאותו אובייקט אב):
* קליטת חומרים מהסביבה - אלו הם פעולות של כריית מינרלים, שאיבת דלקים, חטיבת עצים, חקלאות בעל.
* קטבוליזם -פרוק החומרים שנקלטו מהסביבה ליחידותיהם הבסיסיות. תהליך זה מתרחש כאשר מפיקים חומרי גלם שונים - דלק מזוקק, ברזל, פלסטיק גולמי, עץ, נייר וכו'.
* אנבוליזם - בניה מחדש - בנייה של תרכובות מורכבות - בכלכלה מדובר בבנית מבנים, מכונות, מוצרים והספקה של שרותים, תוך שימוש בחומרי הגלם והמערכות הקיימות בכלכלה. שלב זה כולל בחובו גם את שלב השימוש והצריכה של המוצרים, שמשמשים בעצמם לצורך בניה של מערכות מורכבות אחרות - בין אם הם חברתיות, פיזיות (חיצוניות לגוף), נפשיות או בריאותיות (תוך קישור למטבוליזם הפנימי).
* הפרשת הפסולת - זריקת המוצרים ותוצרי הביניים כ"פסולת" שהכלכלה לא נזקקת לה, בתקווה שהביוספרה תטפל בתוצרים אלה או "תעלים" אותם כשם שהביוספרה "מעלימה" (ולמעשה מכניסה מחדש למחזור) את תוצרי הפסולת של גוף ביולוגי.
==אנטרופיה==
2 התהליכים הראשונים הם תהליכים של הורדת האנטרופיה למינימום- המצב המסודר ביותר הוא של חומרי גלם נפרדים. השלב הראשון הוא הוצאה של תרכובת מסויימת של חומרים מתוך הכאוס הכללי (לדוגמה עופרת ברזל במקום סלעים). השלב השני הוא זיקוק של תרכובות טהורות יותר שניתן להשתמש בהן כבסיס למערכות מורכבות יותר.
דבר דומה הוא בגוף - הוצאת המזון מכלל הרבים והפרדתו מרעלים וחומרים בלתי רצויים בעליל, ולאחר מכן סינון עדין יותר של המזון, ושבירה שלו לרכיבי גלם פשוטים.
התהליך של אנבוליזם (שאולי ניתן לפרקו לכמה תהליכי משנה) הוא תהליך של העלאת אנטרופיה. כד מצויר הוא בעל אנטרופיה גבוה יותר מאשר גוש חומר. הסיבה היא שלמערכות (גוף האדם, או קהילה כלשהיא) יש "עניין"
באינטרקאציה עם מערכות מורכבות אחרות, ולא עם תרכובות הומוגניות בעלות אנטרופיה מינימלית. גוש החומר הוא בעל '''פוטנציאל''' להפוך לסוגים שונים של כלים או מערכות - צלחת, ספל או קערת מרק. אבל הוא חסר '''תועלת''' למערכות שלנו כל עוד הוא במצבו הפוטנציאלי, כדי להפוך לבעל ערך בתוך המערכות, עליו לוותר על פוטנציאל האפשרויות שלו ולבחור באחת מהן (תוך הגדלת האנטרופיה) עליו להיות בעל '''צורה ייחודית'''.
באנבוליזם בגוף המולקולות הפשוטות מקבלות צורה של חלבונים מורכבים על פי צרכי הגוף, דבר דומה קורה לחומרי הגלם הפשוטים יחסית בכלכלה או בחברה האנושית.
השלב האחרון הוא הגדלה נוספת של האנטרופיה - כד שבור הוא פחות מוארגן מאשר כד בלתי שבור. התרכובת המורכבת מאבדת את הצורה הייחודית שהיתה לה, ומגדילה את האנטרופיה שיש לה. במצב זה היא מאבדת את משמעותה לגוף או לכלכלה (מובן שנעשה נסיון לתחזק או לתקן מבנה שבור). לאחר מכן היא נזרקת החוצה.
בשני המקרים , במקרה הטוב יצורים אחרים בביוספרה יבצעו מטבוליזם חדש לפסולת הנזרקת. באמצעות אנרגיית השמש של הצמחים, תוכשר במקרה הביולוגי מחזור נוסף של מטבוליזם, במקרה האנושי, הדבר מובצע על ידי מחזור ושימוש חוזר (בהשקעת אנרגיה), או שהוא אינו מבוצע והתהליך הוא קווי.
==ראו גם==
[[המהפכה התעשייתית הבאה]]
[[קטגוריה:כלכלה אקולוגית]]
[[קטגוריה:מערכות]]