Funkcje anaboliczne, procesy anaboliczne, różnice w katabolizmie



The anabolizm jest to podział metabolizmu, który obejmuje reakcje tworzenia dużych cząsteczek z mniejszych. Aby ta seria reakcji wystąpiła, konieczne jest źródło energii i, ogólnie rzecz biorąc, jest to ATP (trójfosforan adenozyny).

Anabolizm i jego odwrotność metaboliczna, katabolizm, są pogrupowane w serię reakcji zwanych szlakami metabolicznymi lub drogami zaaranżowanymi i regulowanymi głównie przez hormony. Każdy mały krok jest kontrolowany tak, że następuje stopniowe przenoszenie energii.

Procesy anaboliczne mogą przyjmować podstawowe jednostki składające się na biocząsteczki - aminokwasy, kwasy tłuszczowe, nukleotydy i monomery cukru - i generować bardziej skomplikowane związki, takie jak białka, lipidy, kwasy nukleinowe i węglowodany jako końcowy producent energii.

Indeks

  • 1 Funkcje
  • 2 Procesy anaboliczne
    • 2.1 Synteza kwasów tłuszczowych
    • 2.2 Synteza cholesterolu
    • 2.3 Synteza nukleotydów
    • 2.4 Synteza kwasu nukleinowego
    • 2.5 Synteza białka
    • 2.6 Synteza glikogenu
    • 2.7 Synteza aminokwasów
  • 3 Regulacja anabolizmu
  • 4 Różnice w katabolizmie
    • 4.1 Synteza a degradacja
    • 4.2 Zużycie energii
    • 4.3 Równowaga między anabolizmem a katabolizmem
  • 5 referencji

Funkcje

Metabolizm to termin obejmujący wszystkie reakcje chemiczne zachodzące w organizmie. Komórka przypomina mikroskopową fabrykę, w której reakcje syntezy i degradacji zachodzą na stałe.

Dwa cele metabolizmu to: po pierwsze, wykorzystanie energii chemicznej zmagazynowanej w żywności, a po drugie, zastąpienie struktur lub substancji, które już nie działają w organizmie. Zdarzenia te występują zgodnie ze specyficznymi potrzebami każdego organizmu i są kierowane przez chemiczne przekaźniki zwane hormonami.

Energia pochodzi głównie z tłuszczów i węglowodanów, które spożywamy w żywności. W przypadku niedoboru organizm może wykorzystać białka w celu zrekompensowania braku.

Podobnie procesy regeneracji są ściśle związane z anabolizmem. Regeneracja tkanek jest warunkiem sine qua non zachować zdrowy organizm i działać prawidłowo. Anabolizm jest odpowiedzialny za wytwarzanie wszystkich związków komórkowych, które utrzymują je w ruchu.

W komórkach zachodzi delikatna równowaga między procesami metabolicznymi. Duże cząsteczki mogą być rozkładane na mniejsze składniki przez reakcje kataboliczne, a proces odwrotny - od małego do dużego - może zachodzić w wyniku anabolizmu.

Procesy anaboliczne

Anabolizm obejmuje ogólnie wszystkie reakcje katalizowane przez enzymy (małe cząsteczki o charakterze białka, które przyspieszają szybkość reakcji chemicznych o kilka rzędów wielkości) odpowiedzialne za „budowę” lub syntezę składników komórkowych.

Ogólna wizja szlaków anabolicznych obejmuje następujące kroki: proste cząsteczki, które uczestniczą jako pośrednicy w cyklu Krebsa, to aminokwasy lub chemicznie przekształcone w aminokwasy. Później są one składane w bardziej złożone cząsteczki.

Procesy te wymagają energii chemicznej, pochodzącej z katabolizmu. Do najważniejszych procesów anabolicznych należą: synteza kwasów tłuszczowych, synteza cholesterolu, synteza kwasów nukleinowych (DNA i RNA), synteza białek, synteza glikogenu i synteza aminokwasów.

Rola tych cząsteczek w organizmie i jego drogach syntezy zostanie pokrótce opisana poniżej:

Synteza kwasów tłuszczowych

Lipidy są bardzo niejednorodnymi biomolekułami zdolnymi do generowania dużej ilości energii, gdy są utlenione, w szczególności cząsteczki triacyloglicerolu.

Kwasy tłuszczowe są archetypowymi lipidami. Składają się z głowy i ogona utworzonego z węglowodorów. Mogą być one nienasycone lub nasycone, w zależności od tego, czy mają podwójne wiązania w ogonie.

Lipidy są niezbędnymi składnikami wszystkich błon biologicznych, a także uczestniczą jako substancja rezerwowa.

Kwasy tłuszczowe są syntetyzowane w cytoplazmie komórki z cząsteczki prekursora zwanej malonylo-CoA, z acetylo-CoA i wodorowęglanu. Cząsteczka ta oddaje trzy atomy węgla, aby rozpocząć wzrost kwasów tłuszczowych.

Po utworzeniu malonilu reakcja syntezy jest kontynuowana w czterech zasadniczych etapach:

-Kondensacja acetylo-ACP z malonylem-ACP, reakcja, która wytwarza acetoacetylo-ACP i uwalnia dwutlenek węgla jako substancję odpadową.

-Drugim krokiem jest redukcja acetoacetylo-ACP przez NADPH do D-3-hydroksybutyrylu-ACP.

-Następnie zachodzi reakcja odwodnienia, która przekształca poprzedni produkt (D-3-hydroksybutyryl-ACP) w crotonil-ACP.

-Wreszcie, crotonil-ACP jest zredukowany, a końcowym produktem jest butiryl-ACP.

Synteza cholesterolu

Cholesterol to sterol z typowym rdzeniem z 17 węgli węglowych. Ma różne role w fizjologii, ponieważ działa jako prekursor wielu cząsteczek, takich jak kwasy żółciowe, różne hormony (w tym płeć) i jest niezbędny do syntezy witaminy D.

Synteza zachodzi w cytoplazmie komórki, głównie w komórkach wątroby. Ta droga anaboliczna składa się z trzech faz: najpierw powstaje jednostka izoprenowa, a następnie postępująca asymilacja jednostek do powstawania skwalenu, to dzieje się z lanosterolem i ostatecznie uzyskuje się cholesterol.

Aktywność enzymów w tym szlaku jest regulowana głównie przez względny udział hormonów insuliny: glukagonu. Wraz ze wzrostem tej proporcji proporcjonalnie zwiększa się aktywność drogi.

Synteza nukleotydów

Kwasy nukleinowe to DNA i RNA, pierwszy zawiera wszystkie informacje niezbędne do rozwoju i utrzymania organizmów żywych, podczas gdy drugi uzupełnia funkcje DNA.

Zarówno DNA, jak i RNA składają się z długich łańcuchów polimerów, których podstawową jednostką są nukleotydy. Z kolei nukleotydy składają się z cukru, grupy fosforanowej i zasady azotowej. Prekursorem puryn i pirymidyn jest rybozo-5-fosforan.

Puryny i pirymidyny są wytwarzane w wątrobie między innymi z prekursorów, takich jak dwutlenek węgla, glicyna, amoniak..

Synteza kwasu nukleinowego

Nukleotydy muszą być połączone w długie nici DNA lub RNA, aby spełnić swoją funkcję biologiczną. Proces obejmuje szereg enzymów, które katalizują reakcje.

Enzymem odpowiedzialnym za kopiowanie DNA w celu wygenerowania większej liczby cząsteczek DNA z identycznymi sekwencjami jest polimeraza DNA. Ten enzym nie może rozpocząć syntezy de novo, dlatego mały fragment DNA lub RNA zwany starterem, który umożliwia tworzenie łańcucha, musi uczestniczyć.

To wydarzenie wymaga udziału dodatkowych enzymów. Helikaza, na przykład, pomaga otworzyć podwójną helisę DNA, dzięki czemu polimeraza może działać, a topoizomeraza jest w stanie zmodyfikować topologię DNA, przez jej splątanie lub rozplątywanie.

Podobnie polimeraza RNA uczestniczy w syntezie RNA z cząsteczki DNA. W przeciwieństwie do poprzedniego procesu, synteza RNA nie wymaga wyżej wspomnianego startera.

Synteza białek

Synteza białek jest kluczowym wydarzeniem wszystkich żywych organizmów. Białka pełnią wiele różnych funkcji, takich jak transport substancji lub pełnienie roli białek strukturalnych.

Zgodnie z centralnym „dogmatem” biologii, po skopiowaniu DNA do informacyjnego RNA (jak opisano w poprzedniej sekcji), to z kolei jest tłumaczone przez rybosomy na polimer aminokwasów. W RNA każdy triplet (trzy nukleotydy) jest interpretowany jako jeden z dwudziestu aminokwasów.

Synteza zachodzi w cytoplazmie komórki, w której znajdują się rybosomy. Proces przebiega w czterech fazach: aktywacja, inicjacja, wydłużenie i zakończenie.

Aktywacja polega na związaniu określonego aminokwasu z odpowiadającym mu przenoszącym RNA. Inicjacja obejmuje wiązanie rybosomu z 3 'końcową częścią informacyjnego RNA, wspomaganą przez „czynniki inicjujące”.

Wydłużenie obejmuje dodanie aminokwasów zgodnie z komunikatem RNA. Wreszcie proces zatrzymuje się z określoną sekwencją w informacyjnym RNA, zwaną prezerwatywami terminacji: UAA, UAG lub UGA.

Synteza glikogenu

Glikogen jest cząsteczką złożoną z powtarzających się jednostek glukozy. Działa jako substancja rezerwowa energii i jest w dużej mierze bogata w wątrobę i mięśnie.

Droga syntezy nazywana jest glikogengenezą i wymaga udziału enzymu syntazy glikogenu, ATP i UTP. Szlak rozpoczyna się fosforylacją glukozy do glukozo-6-fosforanu, a następnie przechodzi do glukozo-1-fosforanu. Następny etap obejmuje dodanie UDP w celu uzyskania glukozy UDP i fosforanu nieorganicznego.

Cząsteczkę UDP-glukozy dodaje się do łańcucha glukozy za pomocą wiązania alfa 1-4, uwalniając nukleotyd UDP. W przypadku wystąpienia konsekwencji, są one tworzone przez łącza alfa 1-6.

Synteza aminokwasów

Aminokwasy są jednostkami, które tworzą białka. W naturze występuje 20 typów, z których każdy ma unikalne właściwości fizyczne i chemiczne, które określają końcowe właściwości białka.

Nie wszystkie organizmy mogą syntetyzować 20 typów. Na przykład człowiek może syntetyzować tylko 11, pozostałe 9 muszą zostać włączone do diety.

Każdy aminokwas ma swoją konkretną drogę. Pochodzą one jednak między innymi z cząsteczek prekursorowych, takich jak alfa-ketoglutaran, szczawiooctan, 3-fosfoglicerynian, pirogronian..

Regulacja anabolizmu

Jak wspomniano wcześniej, metabolizm jest regulowany przez substancje zwane hormonami, wydzielane przez wyspecjalizowane tkanki, zarówno gruczołowe, jak i nabłonkowe. Działają jako posłańcy, a ich chemiczna natura jest dość niejednorodna.

Na przykład insulina jest hormonem wydzielanym przez trzustkę i ma istotny wpływ na metabolizm. Po posiłkach bogatych w węglowodany insulina działa stymulująco na szlaki anaboliczne.

Zatem hormon jest odpowiedzialny za aktywację procesów, które umożliwiają syntezę substancji magazynujących, takich jak tłuszcze lub glikogen.

Są okresy życia, w których dominują procesy anaboliczne, takie jak dzieciństwo, okres dojrzewania, podczas ciąży lub podczas treningu ukierunkowanego na wzrost mięśni.

Różnice w katabolizmie

Wszystkie procesy i reakcje chemiczne zachodzące w naszym ciele - szczególnie w naszych komórkach - są powszechnie znane jako metabolizm. Dzięki tej serii wysoce kontrolowanych zdarzeń możemy rosnąć, rozwijać, reprodukować i utrzymywać ciepło ciała.

Synteza a degradacja

Metabolizm polega na wykorzystaniu biomolekuł (białek, węglowodanów, lipidów lub tłuszczów i kwasów nukleinowych), aby utrzymać wszystkie istotne reakcje systemu żywego.

Otrzymywanie tych cząsteczek pochodzi z pożywienia, które spożywamy codziennie, a nasze ciała są w stanie „rozpadać” je na mniejsze jednostki podczas procesu trawienia.

Na przykład białka (które mogą pochodzić na przykład z mięsa lub jaj) są dzielone na główne składniki: aminokwasy. W ten sam sposób możemy przetwarzać węglowodany w mniejszych jednostkach cukru, zwykle w glukozie, jednym z najczęściej używanych węglowodanów przez nasz organizm.

Nasze ciało jest w stanie wykorzystać te małe jednostki - między innymi aminokwasy, cukry, kwasy tłuszczowe - do budowy nowych większych cząsteczek w konfiguracji, jakiej potrzebuje nasz organizm..

Proces rozpadu i pozyskiwania energii nazywany jest katabolizmem, podczas gdy tworzenie nowych, bardziej złożonych cząsteczek jest anabolizmem. Tak więc procesy syntezy są związane z anabolizmem i degradacją z katabolizmem.

Jako regułę mnemoniczną możemy użyć słowa „c” katabolizmu i powiązać je ze słowem „cięcie”.

Wykorzystanie energii

Procesy anaboliczne wymagają energii, podczas gdy procesy degradacji wytwarzają tę energię, głównie w postaci ATP - znanej jako waluta energetyczna komórki.

Ta energia pochodzi z procesów katabolicznych. Wyobraź sobie, że mamy talię kart, jeśli wszystkie karty są starannie ułożone i rzucamy je na ziemię, robią to spontanicznie (analogicznie do katabolizmu).

Jednak w przypadku, gdy chcemy zamówić je ponownie, musimy zastosować energię w systemie i zebrać je z ziemi (analogicznie do anabolizmu).

W niektórych przypadkach drogi kataboliczne wymagają „wstrzyknięcia energii” w pierwszych krokach, aby rozpocząć proces. Na przykład glikoliza lub glikoliza to degradacja glukozy. Ta droga wymaga użycia dwóch cząsteczek ATP, aby rozpocząć.

Równowaga między anabolizmem a katabolizmem

Aby utrzymać zdrowy i odpowiedni metabolizm, konieczne jest zachowanie równowagi między procesami anabolizmu i katabolizmu. W przypadku, gdy procesy anabolizmu przewyższają procesy katabolizmu, wydarzenia syntezy przeważają. W przeciwieństwie do tego, gdy ciało otrzymuje więcej energii niż to konieczne, dominują szlaki kataboliczne.

Kiedy ciało doświadcza sytuacji przeciwności, nazwij go chorobami lub przedłużającymi się okresami głodzenia, metabolizm koncentruje się na ścieżkach degradacji i wchodzi w stan kataboliczny.

Referencje

  1. Chan, Y. K., Ng, K. P. i Sim, D. S. M. (red.). (2015). Farmakologiczne podstawy ostrej opieki. Springer International Publishing.
  2. Curtis, H. i Barnes, N. S. (1994). Zaproszenie do biologii. Macmillan.
  3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Biologia komórek molekularnych. Macmillan.
  4. Ronzio, R. A. (2003). Encyklopedia odżywiania i dobrego zdrowia. Infobase Publishing.
  5. Voet, D., Voet, J. i Pratt, C. W. (2007). Fundamentals of Biochemistry: Life na poziomie molekularnym. Ed. Panamericana Medical.