ANABOLIZMAS: FUNKCIJOS, PROCESAI, KATABOLIZMO SKIRTUMAI - BIOLOGIJA - 2025

Anabolizmą yra metabolizmo padalinys įskaitant formavimo reakcijų didelių molekulių iš mažesnių. Kad ši reakcija galėtų įvykti, reikalingas energijos šaltinis ir paprastai tai yra ATP (adenozino trifosfatas).

Anabolizmas ir jo metabolinis atvirkštinis katabolizmas yra suskirstyti į keletą reakcijų, vadinamų metabolizmo keliais arba keliais, kuriuos sukuria ir reguliuoja pirmiausia hormonai. Kiekvienas mažas žingsnis yra kontroliuojamas taip, kad laipsniškai perduodama energija.

Šaltinis: www.publicdomainpictures.net

Anaboliniai procesai gali paimti pagrindinius vienetus, kurie sudaro biomolekules - aminorūgštis, riebalų rūgštis, nukleotidus ir cukraus monomerus - ir sukurti galutinius energijos gamintojus sudėtingesnius junginius, tokius kaip baltymai, lipidai, nukleorūgštys ir angliavandeniai.

funkcijos

Metabolizmas yra terminas, apimantis visas chemines reakcijas, vykstančias kūne. Ląstelė primena mikroskopinę gamyklą, kurioje nuolat vyksta sintezės ir skilimo reakcijos.

Du metabolizmo tikslai yra šie: pirma, naudoti cheminę energiją, saugomą maiste, ir, antra, pakeisti struktūras ar medžiagas, kurios nebefunkcionuoja kūne. Šie reiškiniai atsiranda atsižvelgiant į specifinius kiekvieno organizmo poreikius ir yra nukreipti cheminių pasiuntinių, vadinamų hormonais.

Daugiausia energijos gaunama iš riebalų ir angliavandenių, kuriuos mes vartojame maiste. Esant trūkumui, organizmas gali naudoti baltymus, kad kompensuotų trūkumą.

Taip pat regeneracijos procesai yra glaudžiai susiję su anabolizmu. Audinių regeneracija yra būtina sąlyga norint išlaikyti sveiką kūną ir tinkamai dirbti. Anabolizmas yra atsakingas už visų ląstelių junginių, kurie palaiko jų funkcionavimą, gamybą.

Ląstelėje yra subtili medžiagų apykaitos procesų pusiausvyra. Didelės molekulės gali būti suskaidytos iki mažiausių komponentų, vykstant katabolinėms reakcijoms, o atvirkštinis procesas - nuo mažų iki didelių - gali vykti per anabolizmą.

Anaboliniai procesai

Anabolizmas apima visas reakcijas, kurias katalizuoja fermentai (mažos baltymų molekulės, keliais laipsniais pagreitinančios cheminių reakcijų greitį), atsakingos už ląstelių komponentų „konstravimą“ arba sintezę.

Anabolinių kelių apžvalgoje yra šie etapai: Paprastos molekulės, kurios dalyvauja kaip tarpiniai produktai Krebso cikle, yra arba amininamos, arba chemiškai transformuojamos į aminorūgštis. Vėliau jos surenkamos į sudėtingesnes molekules.

Šiems procesams reikalinga cheminė energija, gaunama iš katabolizmo. Tarp svarbiausių anabolinių procesų yra: riebalų rūgščių sintezė, cholesterolio sintezė, nukleino rūgščių sintezė (DNR ir RNR), baltymų sintezė, glikogeno sintezė ir aminorūgščių sintezė.

Šių molekulių vaidmuo kūne ir jų sintezės keliai bus trumpai aprašyti žemiau:

Riebalų rūgščių sintezė

Lipidai yra labai nevienalytės biomolekulės, galinčios oksiduodamiesi generuoti daug energijos, ypač triacilglicerolio molekulės.

Riebalų rūgštys yra archetipiniai lipidai. Jie sudaryti iš angliavandenilių galvos ir uodegos. Jie gali būti neprisotinti arba prisotinti, atsižvelgiant į tai, ar jie turi dvigubus ryšius uodegoje, ar ne.

Lipidai yra pagrindiniai visų biologinių membranų komponentai, be to, kad jie yra rezervinė medžiaga.

Riebalų rūgštys sintetinamos ląstelės citoplazmoje iš pirmtako molekulės, vadinamos malonil-CoA, gaunamos iš acetil-CoA ir bikarbonato. Ši molekulė paaukoja tris anglies atomus, kad pradėtų riebiosios rūgšties augimą.

Susidarius malonilui, sintezės reakcija tęsiama keturiais pagrindiniais etapais:

-Acetil-ACP kondensacija su malonil-ACP. Tai reakcija, kurios metu susidaro acetoacetil-ACP ir išsiskiria anglies dioksidas kaip atliekos.

-Antrasis žingsnis yra acetoacetil-ACP redukcija NADPH būdu iki D-3-hidroksibutiirilo-ACP.

- Vėliau įvyksta dehidratacijos reakcija, kuri ankstesnį produktą (D-3-hidroksibutiril-ACP) paverčia krotonil-ACP.

- Galiausiai, krotonil-ACP sumažėja, o galutinis produktas yra butirilo-ACP.

Cholesterolio sintezė

Cholesterolis yra sterolis, turintis tipišką 17 anglies steranų branduolį. Fiziologijoje jis vaidina skirtingus vaidmenis, nes veikia kaip įvairių molekulių, tokių kaip tulžies rūgštys, skirtingi hormonai (įskaitant seksualinius), pirmtakas ir yra būtinas vitamino D sintezei.

Sintezė vyksta ląstelės citoplazmoje, pirmiausia kepenų ląstelėse. Šis anabolinis kelias susideda iš trijų fazių: pirmiausia suformuojamas izopreno vienetas, tada progresuojantis vienetų asimiliacija sukelia skvaleną, jis pereina į lanosterolį ir galiausiai gaunamas cholesterolis.

Fermentų aktyvumą šiuo keliu daugiausia reguliuoja santykinis hormonų insulino: gliukagono santykis. Didėjant šiam santykiui, kelio aktyvumas proporcingai didėja.

Nukleotidų sintezė

Nukleorūgštys yra DNR ir RNR, pirmojoje yra visa informacija, reikalinga gyvų organizmų vystymuisi ir palaikymui, o antroji papildo DNR funkcijas.

Tiek DNR, tiek RNR sudaro ilgos polimerų grandinės, kurių pagrindinis vienetas yra nukleotidai. Nukleotidai, savo ruožtu, yra sudaryti iš cukraus, fosfato grupės ir azotinės bazės. Purinų ir pirimidinų pirmtakas yra ribozės-5-fosfatas.

Purinai ir pirimidinai kepenyse gaminami iš pirmtakų, tokių kaip anglies dioksidas, glicinas, amoniakas.

Nukleorūgščių sintezė

Nukleotidai turi būti sujungti į ilgas DNR arba RNR grandines, kad galėtų atlikti savo biologinę funkciją. Procesas apima daugybę fermentų, kurie katalizuoja reakcijas.

Fermentas, atsakingas už DNR kopijavimą, norint sugeneruoti daugiau DNR molekulių, turinčių identiškas sekas, yra DNR polimerazė. Šis fermentas negali inicijuoti de novo sintezės, todėl turi dalyvauti nedidelis DNR arba RNR gabalas, vadinamas pradmeniu, kuris leidžia susidaryti grandinei.

Šis įvykis reikalauja papildomų fermentų dalyvavimo. Pvz., Helikazė padeda atidaryti dvigubą DNR spiralę, kad polimerazė galėtų veikti ir topoizomerazė galėtų modifikuoti DNR topologiją, ją sulenkdama arba išardydama.

Panašiai RNR polimerazė dalyvauja RNR sintezėje iš DNR molekulės. Skirtingai nuo ankstesnio proceso, RNR sintezei nereikia minėto pradmens.

Baltymų sintezė

Baltymų sintezė yra lemiamas įvykis visuose gyvuose organizmuose. Baltymai atlieka labai įvairias funkcijas, pavyzdžiui, perneša medžiagas ar atlieka struktūrinių baltymų vaidmenį.

Remiantis centrine biologijos „dogma“, nukopijavus DNR į pasiuntinio RNR (kaip aprašyta ankstesniame skyriuje), jos savo ruožtu ribosomomis virsta aminorūgščių polimeru. RNR kiekvienas tripletas (trys nukleotidai) aiškinamas kaip viena iš dvidešimties aminorūgščių.

Sintezė vyksta ląstelės citoplazmoje, kur randamos ribosomos. Procesas vyksta keturiomis fazėmis: aktyvacija, iniciacija, pailginimas ir pabaiga.

Aktyvinimas susideda iš tam tikros aminorūgšties prisijungimo prie atitinkamos pernešančios RNR. Iniciacija apima ribosomos jungimąsi su MNS 3 'galine dalimi, kuriai padeda „iniciacijos faktoriai“.

Pailgėjimas apima aminorūgščių pridėjimą pagal RNR pranešimą. Galiausiai procesas sustoja su konkrečia seka Messenger RNR, vadinamomis nutraukimo prezervatyvais: UAA, UAG arba UGA.

Glikogeno sintezė

Glikogenas yra molekulė, sudaryta iš kartojamų gliukozės vienetų. Jis veikia kaip energijos atsargų medžiaga ir jo daugiausia yra kepenyse ir raumenyse.

Sintezės kelias vadinamas glikogenogeneze ir jame turi dalyvauti fermento glikogeno sintazė, ATP ir UTP. Kelias prasideda nuo gliukozės fosforilinimo į gliukozės-6-fosfatą, o po to į gliukozės-1-fosfatą. Kitas žingsnis apima UDP pridėjimą, norint gauti UDP gliukozę ir neorganinį fosfatą.

UDP-gliukozės molekulė pridedama prie gliukozės grandinės per alfa 1-4 jungtį, išlaisvindama UDP nukleotidą. Jei atsiras šakelių, jas suformuos alfa 1-6 jungtys.

Amino rūgščių sintezė

Amino rūgštys yra vienetai, kurie sudaro baltymus. Gamtoje yra 20 rūšių, kurių kiekviena turi unikalias fizikines ir chemines savybes, kurios lemia galutines baltymo savybes.

Ne visi organizmai gali susintetinti visus 20 rūšių. Pavyzdžiui, žmonės gali susintetinti tik 11, likusieji 9 turi būti įtraukti į dietą.

Kiekviena amino rūgštis turi savo kelią. Tačiau jie, be kita ko, yra iš pirmtakų molekulių, tokių kaip alfa-ketoglutaratas, oksalacetatas, 3-fosfogliceratas, piruvatas.

Anabolizmo reguliavimas

Kaip jau minėjome anksčiau, metabolizmą reguliuoja medžiagos, vadinamos hormonais, kurias išskiria specializuoti audiniai - liaukiniai arba epiteliniai. Jie veikia kaip pasiuntiniai ir jų cheminė prigimtis yra gana nevienalytė.

Pavyzdžiui, insulinas yra hormonas, kurį išskiria kasa ir kuris daro didelę įtaką medžiagų apykaitai. Po valgio, kuriame daug angliavandenių, insulinas veikia kaip anabolinių kelių stimuliatorius.

Taigi, hormonas yra atsakingas už procesų, leidžiančių sintetinti saugojimo medžiagas, tokias kaip riebalai ar glikogenas, suaktyvinimą.

Būna gyvenimo laikotarpių, kai vyrauja anaboliniai procesai, pavyzdžiui, vaikystėje, paauglystėje, nėštumo metu ar treniruotėse, orientuotose į raumenų augimą.

Katabolizmo skirtumai

Visi cheminiai procesai ir reakcijos, vykstantys mūsų kūne, ypač mūsų ląstelėse, visame pasaulyje žinomi kaip metabolizmas. Dėl šios labai kontroliuojamos įvykių serijos mes galime augti, vystytis, daugintis ir palaikyti kūno šilumą.

Sintezė ir skilimas

Metabolizmas apima biomolekulių (baltymų, angliavandenių, lipidų ar riebalų ir nukleorūgščių) naudojimą visoms gyvybinės sistemos esminėms reakcijoms palaikyti.

Šios molekulės gaunamos iš maisto, kurį mes valgome kiekvieną dieną, ir mūsų kūnas sugeba jas „suskaidyti“ į mažesnius vienetus virškinimo proceso metu.

Pavyzdžiui, baltymai (kurie gali būti gauti, pavyzdžiui, iš mėsos ar kiaušinių) yra suskaidomi į pagrindinius komponentus: aminorūgštis. Tuo pačiu būdu mes galime perdirbti angliavandenius į mažesnius cukraus vienetus, paprastai gliukozę - vieną iš angliavandenių, kuriuos mūsų kūnas naudoja labiausiai.

Mūsų kūnas sugeba naudoti šiuos mažus vienetus - aminorūgštis, cukrų, riebalų rūgštis ir, be kita ko, kurti naujas didesnes molekules tokios konfigūracijos, kokios reikia mūsų kūnui.

Dezintegracijos ir energijos gavimo procesas vadinamas katabolizmu, o naujų sudėtingesnių molekulių formavimasis yra anabolizmas. Taigi sintezės procesai yra siejami su anabolizmu, o skilimo procesai - su katabolizmu.

Paprastai galime naudoti „c“ žodyje katabolizmas ir susieti jį su žodžiu „supjaustyti“.

Energijos sunaudojimas

Anaboliniams procesams reikalinga energija, o skilimo procesai gamina šią energiją, daugiausia ATP pavidalu - žinomu kaip ląstelės energetinė valiuta.

Ši energija gaunama iš katabolinių procesų. Įsivaizduokime, kad turime kortelių denį, jei visas kortas tvarkingai sukrauname ir numetame ant žemės, jos tai daro spontaniškai (analogiškos katabolizmui).

Tačiau jei norime juos užsakyti dar kartą, mes turime energiją naudoti sistemoje ir kaupti iš žemės (analogiška anabolizmui).

Kai kuriais atvejais, norint pradėti procesą, kataboliniams keliams reikia „energijos suleidimo“. Pavyzdžiui, glikolizė arba glikolizė yra gliukozės skaidymas. Norint pradėti šį kelią, reikia naudoti dvi ATP molekules.

Pusiausvyra tarp anabolizmo ir katabolizmo

Norint palaikyti sveiką ir tinkamą metabolizmą, būtina išlaikyti pusiausvyrą tarp anabolizmo ir katabolizmo procesų. Tuo atveju, jei anabolizmo procesai viršija katabolizmo procesus, vyrauja sintezės įvykiai. Kai kūnas gauna daugiau energijos nei reikia, vyrauja kataboliniai keliai.

Kai kūnas patiria negandą, vadinamą liga ar ilgo badavimo laikotarpiais, metabolizmas sutelkiamas į skilimo kelius ir pereinama į katabolinę būseną.

Šaltinis: Alejandro Porto, iš „Wikimedia Commons“

Nuorodos

1. Chanas, YK, Ng, KP ir „Sim“, DSM (Red.). (2015). Ūmios priežiūros farmakologiniai pagrindai. „Springer“ tarptautinė leidyba.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Kvietimas į biologiją. Macmillanas.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… ir Matsudaira, P. (2008). Molekulinių ląstelių biologija. Macmillanas.
4. Ronzio, RA (2003). Mitybos ir geros sveikatos enciklopedija. „Infobase“ leidyba.
5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, CW (2007). Biochemijos pagrindai: gyvenimas molekuliniame lygmenyje. Panamerican Medical Ed.