Функції анаболізму, анаболічні процеси, відмінності з катаболізмом



The анаболізм це розділення метаболізму, що включає в себе реакції утворення великих молекул з менших. Для цієї серії реакцій відбувається необхідне джерело енергії і, як правило, це АТФ (аденозинтрифосфат).

Анаболізм, і його метаболічний обернений, катаболізм, згруповані в ряд реакцій, які називаються метаболічними шляхами або маршрутами, організованими і регульованими головним чином гормонами. Кожен маленький крок контролюється так, що відбувається поступове перенесення енергії.

Анаболічні процеси можуть приймати основні одиниці, що складають біомолекули - амінокислоти, жирні кислоти, нуклеотиди і цукрові мономери - і виробляють більш складні сполуки, такі як білки, ліпіди, нуклеїнові кислоти і вуглеводи, як кінцевий виробник енергії.

Індекс

  • 1 Функції
  • 2 Анаболічні процеси
    • 2.1 Синтез жирних кислот
    • 2.2 Синтез холестерину
    • 2.3 Синтез нуклеотидів
    • 2.4 Синтез нуклеїнових кислот
    • 2.5 Синтез білка
    • 2.6 Синтез глікогену
    • 2.7 Синтез амінокислот
  • 3 Регуляція анаболізму
  • 4 Відмінності з катаболізмом
    • 4.1 Синтез проти деградації
    • 4.2 Використання енергії
    • 4.3 Баланс між анаболізмом і катаболізмом
  • 5 Посилання

Функції

Метаболізм - це термін, який охоплює всі хімічні реакції, що відбуваються в організмі. Клітина нагадує мікроскопічну фабрику, де постійно відбуваються реакції синтезу та деградації.

Двома цілями обміну речовин є: по-перше, використовувати хімічну енергію, що зберігається в їжі, і, по-друге, замінити структури або речовини, які більше не працюють в організмі. Ці події відбуваються відповідно до конкретних потреб кожного організму і спрямовані хімічними посланцями, які називаються гормонами.

Енергія надходить в основному з жирів і вуглеводів, які ми споживаємо в їжі. Якщо є дефіцит, організм може використовувати білки для компенсації відсутності.

Аналогічно, процеси регенерації тісно пов'язані з анаболізмом. Регенерація тканин є умовою sine qua non зберегти здоровий організм і працювати належним чином. Анаболізм відповідає за виробництво всіх клітинних сполук, які підтримують їх роботу.

Між метаболічними процесами в клітці існує тонкий баланс. Великі молекули можуть бути деградовані до своїх дрібних компонентів шляхом катаболічних реакцій, а протилежний процес - від малого до великого - може виникати через анаболізм.

Анаболічні процеси

Анаболізм включає в загальних рисах всі реакції, що каталізуються ферментами (малі молекули білкової природи, що прискорюють швидкість хімічних реакцій на кілька порядків), що відповідають за "конструкцію" або синтез клітинних компонентів.

Загальне бачення анаболічних шляхів включає наступні етапи: прості молекули, які беруть участь в якості посередників у циклі Кребса, є амінокислотами або хімічно перетворюються в амінокислоти. Пізніше їх збирають у більш складні молекули.

Ці процеси вимагають хімічної енергії, що надходить від катаболізму. Серед найбільш важливих анаболічних процесів є: синтез жирних кислот, синтез холестерину, синтез нуклеїнових кислот (ДНК і РНК), синтез білків, синтез глікогену і синтез амінокислот.

Роль цих молекул в організмі та шляхи його синтезу буде коротко описано нижче:

Синтез жирних кислот

Ліпіди є дуже гетерогенними біомолекулами, здатними генерувати велику кількість енергії, коли вони окислюються, зокрема молекули триацилгліцерину.

Жирні кислоти є архетиповими ліпідами. Вони складаються з голови і хвоста, утвореного вуглеводнями. Вони можуть бути ненасиченими або насиченими, залежно від того, чи мають вони подвійний зв'язок у хвості.

Ліпіди є найважливішими компонентами всіх біологічних мембран, крім участі в якості резервної речовини.

Жирні кислоти синтезуються в цитоплазмі клітини з молекули-попередника, званої малонил-КоА, з ацетил-КоА і бікарбонату. Ця молекула дарує три атоми вуглецю для початку росту жирної кислоти.

Після утворення малонила реакція синтезу триває в чотирьох важливих стадіях:

-Конденсація ацетил-АСР з малоніл-АСР, реакція, яка виробляє ацетоацетил-АКТ і вивільняє діоксид вуглецю як відпрацьовану речовину.

-На другому етапі відбувається відновлення ацетоацетил-ACP, за допомогою NADPH до D-3-гідроксибутирил-ACP.

-Згодом відбувається реакція дегідратації, яка перетворює попередній продукт (D-3-гідроксибутирил-ACP) на кротоніл-АКП.

-Нарешті, кротонил-АСР знижують і кінцевим продуктом є бутирил-АСР.

Синтез холестерину

Холестерин - це стерол з типовим ядром з 17 вуглецевих вуглеців. Вона має різні ролі у фізіології, оскільки діє як попередник різних молекул, таких як жовчні кислоти, різні гормони (у тому числі і статеві), і має важливе значення для синтезу вітаміну D.

Синтез відбувається в цитоплазмі клітини, переважно в клітинах печінки. Цей анаболічний шлях має три етапи: спочатку утворюється ізопренова одиниця, потім прогресивна асиміляція одиниць для створення сквалену, це відбувається з ланостеролом і, нарешті, отримується холестерин..

Активність ферментів у цьому шляху регулюється головним чином відносною часткою гормонів інсуліну: глюкагону. Оскільки ця частка зростає, пропорційно збільшується активність дороги.

Синтез нуклеотидів

Нуклеїнові кислоти є ДНК і РНК, перша містить всю інформацію, необхідну для розвитку і підтримки живих організмів, тоді як друга доповнює функції ДНК \ t.

І ДНК, і РНК складаються з довгих ланцюгів полімерів, фундаментальною одиницею яких є нуклеотиди. Нуклеотиди, в свою чергу, складаються з цукру, фосфатної групи і азотистої основи. Попередником пуринів і піримідинів є рибоза-5-фосфат.

Пурини і піримідини виробляються в печінці з попередників, таких як діоксид вуглецю, гліцин, аміак, серед інших.

Синтез нуклеїнової кислоти

Нуклеотиди повинні бути з'єднані в довгі нитки ДНК або РНК, щоб виконати свою біологічну функцію. Процес включає серію ферментів, які каталізують реакції.

Фермент, що відповідає за копіювання ДНК для створення більшої кількості молекул ДНК з ідентичними послідовностями, є ДНК-полімеразою. Цей фермент не може почати синтез de novo, тому невеликий фрагмент ДНК або РНК, званий праймером, що дозволяє формування ланцюга, повинен брати участь.

Ця подія вимагає участі додаткових ферментів. Геліказа, наприклад, допомагає відкрити подвійну спіраль ДНК, так що полімераза може діяти, і топоізомераза здатна модифікувати топологію ДНК, заплутавшись або розгадавши її.

Аналогічно, РНК-полімераза бере участь у синтезі РНК з молекули ДНК. На відміну від попереднього процесу синтез РНК не вимагає вищезгаданого праймера.

Синтез білка

Синтез білка є важливою подією - це всі живі організми. Білки виконують широкий спектр функцій, таких як транспортують речовини або роблячи роль структурних білків.

Відповідно до центральної "догми" біології, після того, як ДНК копіюється до РНК-месіан (як описано в попередньому розділі), це в свою чергу переводиться рибосомами в полімер амінокислот. У РНК кожен триплет (три нуклеотиди) інтерпретується як одна з двадцяти амінокислот.

Синтез відбувається в цитоплазмі клітини, де виявлені рибосоми. Процес відбувається в чотири фази: активація, ініціювання, подовження і припинення.

Активація складається з зв'язування певної амінокислоти з перенесенням РНК, що відповідає їй. Ініціювання включає зв'язування рибосоми з 3 'кінцевою частиною месенджерной РНК, допомагаючи "ініціативними факторами".

Подовження включає додавання амінокислот відповідно до повідомлення РНК. Нарешті, процес припиняється з певною послідовністю в РНК-повідомленні, що називається терміналом: UAA, UAG або UGA.

Синтез глікогену

Глікоген являє собою молекулу, що складається з повторюваних одиниць глюкози. Він діє як резервна речовина енергії і в значній мірі багато в печінці і м'язах.

Маршрут синтезу називається гликогенгенезом і вимагає участі ферменту глікогенсинтази, АТФ і UTP. Шлях починається з фосфорилювання глюкози до глюкозо-6-фосфату і потім переходить до глюкозо-1-фосфату. Наступний крок передбачає додавання UDP для отримання UDP-глюкози і неорганічного фосфату.

Молекулу UDP-глюкози додають до ланцюга глюкози за допомогою альфа-1-4 зв'язку, вивільняючи нуклеотид UDP. У разі виникнення розгалужень вони утворюються за допомогою альфа-ліній 1-6.

Синтез амінокислот

Амінокислоти є одиницями, що складають білки. У природі існує 20 типів, кожен з яких має унікальні фізико-хімічні властивості, що визначають кінцеві характеристики білка.

Не всі організми можуть синтезувати 20 типів. Наприклад, людина може синтезувати тільки 11, решта 9 повинні бути включені в раціон.

Кожна амінокислота має свій конкретний шлях. Однак вони походять з молекул-попередників, таких як альфа-кетоглутарат, оксалоацетат, 3-фосфоглицерат, піруват, серед інших..

Регуляція анаболізму

Як згадувалося раніше, обмін речовин регулюється речовинами, які називаються гормонами, секретуються спеціалізованими тканинами, будь то залозисті або епітеліальні. Ці роботи як месенджери і їх хімічна природа досить гетерогенні.

Наприклад, інсулін є гормоном, що виділяється підшлунковою залозою і має важливий вплив на метаболізм. Після прийому їжі з високим вмістом вуглеводів інсулін працює як стимулятор анаболічних шляхів.

Таким чином, гормон відповідає за активацію процесів, які дозволяють синтезувати такі речовини, як жири або як глікоген.

Існують періоди життя, де переважають анаболічні процеси, такі як дитинство, підлітки, під час вагітності або під час тренування, орієнтованих на зростання м'язів.

Відмінності з катаболізмом

Всі процеси і хімічні реакції, які відбуваються всередині нашого тіла - зокрема, всередині наших клітин - глобально відомі як метаболізм. Ми можемо рости, розвиватися, відтворювати і підтримувати тепло тіла завдяки цій серії високо контрольованих подій.

Синтез проти деградації

Метаболізм передбачає використання біомолекул (білків, вуглеводів, ліпідів або жирів і нуклеїнових кислот) для підтримки всіх істотних реакцій живої системи.

Отримання цих молекул відбувається з їжі, яку ми споживаємо щодня, і наші тіла здатні "розпасти" їх на менші одиниці під час процесу перетравлення..

Наприклад, білки (які можуть походити з м'яса або яєць, наприклад) фрагментуються на їх основні компоненти: амінокислоти. Таким же чином, ми можемо обробляти вуглеводи в менших одиницях цукру, як правило, в глюкозі, одному з найбільш використовуваних вуглеводів нашим організмом..

Наше тіло здатне використовувати ці невеликі одиниці - амінокислоти, цукру, жирні кислоти, серед інших - для побудови нових великих молекул в конфігурації, що наше тіло потребує..

Процес дезінтеграції та отримання енергії називається катаболізмом, а формування нових більш складних молекул - анаболізм. Таким чином, процеси синтезу пов'язані з анаболізмом та процесами деградації з катаболізмом.

Як мнемонічне правило, ми можемо використовувати "c" слова catabolism і пов'язати його зі словом "cut".

Використання енергії

Анаболічні процеси вимагають енергії, в той час як процеси деградації виробляють цю енергію, головним чином у вигляді АТФ - відомої енергетичної валюти клітини..

Ця енергія надходить від катаболічних процесів. Уявіть собі, що ми маємо колоду карт, якщо всі карти акуратно укладені і кидаємо їх на землю, вони роблять це спонтанно (аналогічно катаболізму).

Однак у випадку, якщо ми хочемо замовити їх знову, ми повинні застосувати енергію до системи і зібрати їх з землі (аналог анаболізму).

У деяких випадках катаболічні маршрути потребують "ін'єкції енергії" на своїх перших кроках для досягнення початку процесу. Наприклад, гліколіз або гліколіз є деградацією глюкози. Цей маршрут вимагає використання двох молекул АТФ для початку.

Баланс між анаболізмом і катаболізмом

Для підтримки здорового та адекватного обміну речовин необхідно мати баланс між процесами анаболізму та катаболізму. У випадку, якщо процеси анаболізму перевершують процеси катаболізму, події синтезу є переважаючими. Навпаки, коли тіло отримує більше енергії, ніж потрібно, катаболічні шляхи переважають.

Коли в організмі виникають ситуації неблагополуччя, називають це хворобами або тривалими періодами голодування, метаболізм фокусується на шляхах деградації і переходить у катаболічний стан.

Список літератури

  1. Chan, Y. K., Ng, K. P., & Sim, D. S. M. (ред.). (2015). Фармакологічна основа гострого догляду. Міжнародне видавництво Springer.
  2. Curtis, H., & Barnes, N.S. (1994). Запрошення до біології. Макміллан.
  3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Молекулярна клітинна біологія. Макміллан.
  4. Ронціо, Р. А. (2003). Енциклопедія харчування та гарного здоров'я. Видавнича компанія Infobase.
  5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, C.W. (2007). Основи біохімії: життя на молекулярному рівні. Ed. Panamericana Medical.