Funkcije katabolizma, katabolni procesi, razlike z anabolizmom



The katabolizem zajema vse reakcije razgradnje snovi v telesu. Poleg "razgradnje" komponent biomolekul v njihovih manjših enotah katabolne reakcije proizvajajo energijo, predvsem v obliki ATP..

Katabolne poti so odgovorne za razgradnjo molekul, ki prihajajo iz hrane: ogljikovih hidratov, beljakovin in lipidov. Med procesom se kemična energija, ki jo vsebujejo vezi, sprosti, da se uporabi v celičnih aktivnostih, ki jo zahtevajo.

Nekateri primeri dobro znanih katabolnih poti so: Krebsov cikel, beta oksidacija maščobnih kislin, glikoliza in oksidativna fosforilacija.

Enostavne molekule, ki jih proizvaja katabolizem, celica uporablja za izgradnjo potrebnih elementov, tudi z uporabo energije, ki jo zagotavlja isti proces. Ta pot sinteze je antagonist katabolizma in se imenuje anabolizem.

Presnova organizma vključuje tako sintezne kot degradacijske reakcije, ki se pojavljajo hkrati in se kontrolirajo v celici.

Indeks

  • 1 Funkcije
  • 2 Katabolni procesi
    • 2.1 Ciklus sečnine
    • 2.2 Krebsov cikel ali cikel citronske kisline
    • 2.3 Glikoliza
    • 2.4 Oksidativna fosforilacija
    • 2.5 β-oksidacija maščobnih kislin         
  • 3 Regulacija katabolizma
    • 3.1 Kortizol
    • 3.2 Insulin
  • 4 Razlike z anabolizmom
    • 4.1 Sinteza in razgradnja molekul
    • 4.2 Uporaba energije
  • 5 Reference

Funkcije

Katabolizem ima glavni cilj oksidacijo hranil, ki jih telo uporablja kot "gorivo", imenovane ogljikovi hidrati, beljakovine in maščobe. Razgradnja teh biomolekul ustvarja energijo in odpadke, predvsem ogljikov dioksid in vodo.

Serija encimov sodeluje pri katabolizmu, ki so proteini, odgovorni za pospeševanje hitrosti kemijskih reakcij, ki se pojavljajo v celici..

Gorivne snovi so živila, ki jih uživamo vsak dan. Naša prehrana je sestavljena iz beljakovin, ogljikovih hidratov in maščob, ki jih razgrajujejo katabolne poti. Telo raje uporablja maščobe in ogljikove hidrate, čeprav se v primerih pomanjkanja zateče k razgradnji beljakovin.

Energija, pridobljena s katabolizmom, je vsebovana v kemičnih vezavah omenjenih biomolekul.

Ko zaužijemo katero koli hrano, jo žvečimo, da jo lažje prebavimo. Ta postopek je analogen katabolizmu, kjer je telo odgovorno za "prebavljanje" delcev na mikroskopski ravni, tako da jih lahko izkoriščajo sintetične ali anabolične poti..

Katabolni procesi

Poti ali katabolne poti vključujejo vse procese razgradnje snovi. V procesu lahko ločimo tri faze:

- Različne biomolekule v celici (ogljikovi hidrati, maščobe in beljakovine) se razgradijo v osnovnih enotah, ki jih tvorijo (sladkorji, maščobne kisline in aminokisline)..

- Izdelki iz stopnje I preidejo na enostavnejše sestavine, ki se konvergirajo na običajni intermediat, imenovan acetil-CoA.

- Končno ta spojina vstopi v Krebsov cikel, kjer nadaljuje svojo oksidacijo, da pridobi molekule ogljikovega dioksida in vode - končne molekule, dobljene v katerikoli katabolni reakciji.

Med najpomembnejšimi so sečninski cikel, Krebsov cikel, glikoliza, oksidativna fosforilacija in beta oksidacija maščobnih kislin. Nato bomo opisali vsako od navedenih poti:

Ciklus sečnine

Ciklus sečnine je katabolna pot, ki se pojavi v mitohondrijih in v citosolu jetrnih celic. Odgovoren je za predelavo beljakovinskih derivatov in njegov končni produkt je sečnina.

Cikel se začne z vstopom prve amino skupine iz matrice mitohondrijev, lahko pa vstopi tudi v jetra skozi črevo..

Prva reakcija vključuje prehod ATP, bikarbonatnih ionov (HCO).3-in amonija (NH4+) v karbomoil fosfatu, ADP in Pi. Drugi korak je vezava karbomoil fosfata in ornitina, da dobimo molekulo citrulin in Pi. Te reakcije se pojavijo v mitohondrijskem matriksu.

Ciklus se nadaljuje v citosolu, kjer se citrulin in aspartat kondenzirata skupaj z ATP, da se generira argininosukcinat, AMP in PP.i. Argininosukcinat prehaja v arginin in fumarat. Aminina kislina arginin se združi z vodo, da se dobi ornitin in končno sečnina.

Ta cikel je povezan s Krebsovim ciklom, ker metabolit fumarat sodeluje v obeh presnovnih poteh. Vendar vsak cikel deluje neodvisno.

Klinični patologiji, povezani s to potjo, preprečujejo bolniku, da vzame prehrano, bogato z beljakovinami.

Krebsov cikel ali cikel citronske kisline

Krebsov cikel je pot, ki sodeluje pri celičnem dihanju vseh organizmov. Prostorsko se pojavlja v mitohondrijih evkariontskih organizmov.

Predhodnik cikla je molekula, imenovana acetil koencim A, ki se kondenzira z molekulo oksaloacetata. Ta unija ustvarja spojino šestih ogljikov. V vsaki revoluciji cikel dobi dve molekuli ogljikovega dioksida in eno molekulo oksaloacetata.

Cikel se začne z reakcijo izomerizacije, ki jo katalizira akonitaza, kjer citrat prehaja v cis-akonit in vodo. Podobno akonitaza katalizira prehod cis-akonita v izocitrat.

Izocitrat se oksidira v oksalosukcinat z izocitratno dehidrogenazo. Ta molekula je dekarboksilirana v alfa-ketoglutaratu z istim encimom, izocitratno dehidrogenazo. Alfa-ketoglutarat prehaja v sukcinil-CoA z delovanjem alfa-ketoglutarat dehidrogenaze.

Sukcinil-CoA prehaja v sukcinat, ki ga oksidira v fumarat s sukcinat dehidrogenazo. Zatem prehaja fumarat v l-malat in končno l-malat prehaja v oksalacetat.

Cikel lahko povzamemo v naslednji enačbi: Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + BDP + Pi + 2 H2O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH2 + GTP + 2 CO2.

Glikoliza

Glikoliza, imenovana tudi glikoliza, je ključna pot, ki je prisotna praktično v vseh živih organizmih, od mikroskopskih bakterij do velikih sesalcev. Pot vsebuje 10 encimskih reakcij, ki razgrajujejo glukozo v piruvično kislino.

Proces se začne s fosforilacijo molekule glukoze z encimom heksokinaza. Ideja tega koraka je "aktivirati" glukozo in jo ujeti v celico, ker glukoza-6-fosfat nima transporterja, skozi katerega lahko uide..

Glukoza-6-fosfatna izomeraza vzame glukoza-6-fosfat in ga preuredi v izomer fruktoze-6-fosfata. Tretji korak se katalizira s fosfofruktokinazo in proizvod je fruktoza-1,6-bisfosfat.

Nato aldolaza cepi zgornjo spojino v dihidroksiaceton fosfatu in gliceraldehid-3-fosfatu. Obstajata ravnotežje med tema dvema spojinama, ki ju katalizira triosefosfatna izomeraza.

Encim gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaze proizvaja 1,3-bifosfoglicerat, ki ga pretvorimo v 3-fosfoglicerat v naslednjem koraku s fosfogliceratno kinazo. Fosfogliceratna mutaza spremeni položaj ogljika in daje 2-fosfoglicerat.

Enolase vzame ta zadnji presnovek in ga pretvori v fosfoenolpiruvat. Zadnji korak poti je kataliziran s piruvat kinazo in končni produkt je piruvat.

Oksidativna fosforilacija

Oksidativna fosforilacija je proces nastajanja ATP zaradi prenosa elektronov iz NADH ali FADH2 do kisika in je zadnji korak procesov celične respiracije. Pojavlja se v mitohondrijih in je glavni vir molekul ATP v organizmih z aerobno dihanjem.

Njegova pomembnost je nesporna, saj 26 oksidativnih fosforilacij povzroči 26 od 30 molekul ATP, ki nastanejo kot produkt popolne oksidacije glukoze v vodo in ogljikovega dioksida..

Konceptualno oksidacijska fosforilacija združuje oksidacijo in sintezo ATP s pretokom protonov skozi membranski sistem.

Tako NADH ali FADH2 nastajajo na različnih poteh, se za zmanjšanje kisika uporablja klicna glikoliza ali oksidacija maščobnih kislin, prosti energiji, proizvedeni v postopku, pa se uporablja za sintezo ATP.

β-oksidacija maščobnih kislin         

Oxid-oksidacija je niz reakcij, ki omogočajo oksidacijo maščobnih kislin, da proizvedejo velike količine energije.

Postopek vključuje periodično sproščanje regij maščobnih kislin iz dveh ogljikovih atomov na reakcijo, dokler popolnoma ne razgradi maščobne kisline. Končni produkt so molekule acetil-CoA, ki lahko vstopijo v Krebsov cikel in popolnoma oksidirajo.

Pred oksidacijo je treba aktivirati maščobno kislino, kjer se veže na koencim A. Transporter karnitina je odgovoren za prenos molekul v matriko mitohondrijev..

Po teh predhodnih korakih se β-oksidacija začne s procesi oksidacije, hidracije, oksidacije z NAD+ in tiolizo.

Regulacija katabolizma

Obstajati mora vrsta procesov, ki urejajo različne encimske reakcije, saj ti ne morejo delovati ves čas pri največji hitrosti. Tako so načini metabolizma urejeni z vrsto dejavnikov, ki vključujejo hormone, nevronske kontrole, razpoložljivost substratov in encimsko modifikacijo..

Na vsaki poti mora biti vsaj ena nepopravljiva reakcija (to je ena v eno smer), ki usmerja hitrost celotne ceste. To omogoča, da reakcije delujejo s hitrostjo, ki jo zahteva celica, in preprečujejo, da bi poti sinteze in razgradnje delovale hkrati..

Hormoni so še posebej pomembne snovi, ki delujejo kot kemični prenašalci. Te se sintetizirajo v različnih endokrinih žlezah in sproščajo v krvni obtok, da delujejo. Nekaj ​​primerov je:

Kortizol

Kortizol deluje tako, da zmanjša sintezne procese in poveča katabolne poti v mišici. Ta učinek nastane z sproščanjem aminokislin v krvni obtok.

Insulin

Nasprotno pa obstajajo hormoni, ki imajo nasproten učinek in zmanjšujejo katabolizem. Insulin je odgovoren za povečanje sinteze beljakovin in hkrati zmanjšuje njihov katabolizem. V tem primeru se poveča proteoliza, ki olajša izstop aminokislin v mišico.

Razlike z anabolizmom

Anabolizem in katabolizem sta antagonistična procesa, ki vključujejo celoto presnovnih reakcij, ki se pojavljajo v organizmu.

Oba procesa zahtevata več kemijskih reakcij, ki jih katalizirajo encimi in so pod strogim hormonskim nadzorom, ki lahko sproži ali upočasni določene reakcije. Vendar se razlikujejo v naslednjih temeljnih vidikih:

Sinteza in razgradnja molekul

Anabolizem obsega reakcije sinteze, medtem ko je katabolizem odgovoren za razgradnjo molekul. Čeprav so ti procesi inverzni, so povezani v občutljivo ravnotežje metabolizma.

Rečeno je, da je anabolizem divergenten proces, saj sprejema preproste spojine in jih pretvarja v večje spojine. V nasprotju s katabolizmom, ki je klasificiran kot konvergentni proces, s pridobivanjem majhnih molekul, kot so ogljikov dioksid, amonijak in voda, iz velikih molekul.

Različne katabolne poti vzamejo makromolekule, ki tvorijo hrano, in jih zmanjšajo na manjše sestavine. Po drugi strani pa so anabolne poti sposobne vzeti te enote in ponovno zgraditi bolj izpopolnjene molekule.

Z drugimi besedami, telo mora "spremeniti konfiguracijo" elementov, ki sestavljajo hrano, ki jo je treba uporabiti v procesih, ki zahtevajo.

Postopek je podoben priljubljeni igri legos, kjer lahko glavne sestavine oblikujejo različne strukture s široko paleto prostorskih ureditev..

Uporaba energije

Katabolizem je odgovoren za ekstrakcijo energije, ki jo vsebujejo kemične vezi hrane, zato je njen glavni cilj pridobivanje energije. Ta razgradnja se v večini primerov pojavi z oksidacijskimi reakcijami.

Vendar pa ni čudno, da katabolne poti zahtevajo dodajanje energije v začetnih korakih, kot smo videli v glikolitični poti, ki zahteva inverzijo molekul ATP..

Po drugi strani je anabolizem odgovoren za dodajanje proste energije, proizvedene v katabolizmu, da se doseže sestavljanje zanimivih spojin. Anabolizem in katabolizem se v celici stalno in istočasno pojavljata.

Na splošno je ATP molekula, ki se uporablja za prenos energije. To se lahko razširi na območja, kjer je to potrebno, in ko se hidrolizira, se sprosti kemična energija, ki jo vsebuje molekula. Na enak način se lahko energija prenaša kot atomi vodika ali elektroni.

Te molekule se imenujejo koencimi in vključujejo NADP, NADPH in FMNH2. Delujejo z redukcijskimi reakcijami. Poleg tega lahko prenesejo zmanjšanje zmogljivosti v ATP.

Reference

  1. Chan, Y.K., Ng, K.P., & Sim, D.S.M. (Eds.). (2015). Farmakološka podlaga za akutno nego. Springer International Publishing.
  2. Curtis, H., in Barnes, N.S. (1994). Vabilo na biologijo. Macmillan.
  3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Molekularna celična biologija. Macmillan.
  4. Ronzio, R. A. (2003). Enciklopedija prehrane in dobrega zdravja. Infobase Publishing.
  5. Voet, D., Voet, J., in Pratt, C.W. (2007). Osnove biokemije: Življenje na molekularni ravni. Ed Panamericana Medical.