ANABOLISMS: FUNKCIJAS, PROCESI, ATŠĶIRĪBAS AR KATABOLISMU - BIOLOĢIJA - 2025

Anabolisko ir sadalījums vielmaiņu, tostarp veidošanās reakcijas lielu molekulu no mazākiem uzņēmumiem. Lai šīs reakciju sērijas notiktu, ir nepieciešams enerģijas avots, un parasti tas ir ATP (adenozīna trifosfāts).

Anabolisms un tās metaboliskais apgrieztais, katabolisms tiek sagrupēti virknē reakciju, ko sauc par metabolisma ceļiem vai ceļiem, kurus veido un regulē galvenokārt hormoni. Katru mazu soli kontrolē tā, lai notiktu pakāpeniska enerģijas pārnešana.

Avots: www.publicdomainpictures.net

Anaboliskajos procesos kā enerģijas galapatēriņu var ņemt pamatvienības, kas veido biomolekulas - aminoskābes, taukskābes, nukleotīdus un cukura monomērus - un radīt sarežģītākus savienojumus, piemēram, olbaltumvielas, lipīdus, nukleīnskābes un ogļhidrātus.

Iespējas

Metabolisms ir termins, kas ietver visas ķīmiskās reakcijas, kas notiek organismā. Šūna atgādina mikroskopisku rūpnīcu, kur pastāvīgi notiek sintēzes un sadalīšanās reakcijas.

Divi metabolisma mērķi ir: pirmkārt, izmantot pārtikā uzkrāto ķīmisko enerģiju, un, otrkārt, aizstāt struktūras vai vielas, kas organismā vairs nefunkcionē. Šie notikumi notiek atbilstoši katra organisma īpašajām vajadzībām, un tos virza ķīmiskie kurjeri, kurus sauc par hormoniem.

Enerģija galvenokārt nāk no taukiem un ogļhidrātiem, ko mēs patērējam pārtikā. Trūkuma gadījumā organisms var izmantot olbaltumvielas, lai kompensētu deficītu.

Arī reģenerācijas procesi ir cieši saistīti ar anabolismu. Audu atjaunošana ir sine qua non nosacījums, lai uzturētu veselīgu ķermeni un pareizi darbotos. Anabolisms ir atbildīgs par visu šūnu savienojumu ražošanu, kas uztur tos funkcionējošus.

Šūnā pastāv delikāts līdzsvars starp vielmaiņas procesiem. Lielās molekulas var sadalīt līdz mazākajiem komponentiem ar katabolisko reakciju palīdzību, un anabolisma dēļ var notikt apgrieztais process - no mazām līdz lielām.

Anaboliskie procesi

Anabolisms vispārīgā veidā ietver visas reakcijas, ko katalizē fermenti (mazas olbaltumvielu molekulas, kas paātrina ķīmisko reakciju ātrumu par vairākiem lielumiem), kuras ir atbildīgas par šūnu sastāvdaļu "uzbūvi" vai sintēzi.

Anabolisko ceļu pārskats ietver šādus soļus: Vienkāršās molekulas, kas piedalās kā starpprodukti Krebsa ciklā, tiek vai nu aminētas, vai ķīmiski pārveidotas aminoskābēs. Tās vēlāk tiek samontētas sarežģītākās molekulās.

Šiem procesiem nepieciešama ķīmiska enerģija, kas nāk no katabolisma. Starp svarīgākajiem anaboliskajiem procesiem var minēt: taukskābju sintēzi, holesterīna sintēzi, nukleīnskābju sintēzi (DNS un RNS), olbaltumvielu sintēzi, glikogēna sintēzi un aminoskābju sintēzi.

Turpmāk īsumā tiks aprakstīta šo molekulu loma organismā un to sintēzes ceļi:

Taukskābju sintēze

Lipīdi ir ļoti neviendabīgas biomolekulas, kas oksidējot, it īpaši triacilglicerīna molekulas, spēj radīt lielu enerģijas daudzumu.

Taukskābes ir arhetipiski lipīdi. Tos veido galva un aste, kas izgatavota no ogļūdeņražiem. Tās var būt nepiesātinātas vai piesātinātas, atkarībā no tā, vai astei ir vai nav divkāršās saites.

Lipīdi ir visu bioloģisko membrānu svarīgi komponenti, turklāt tie piedalās kā rezerves viela.

Taukskābes tiek sintezētas šūnas citoplazmā no prekursora molekulas, ko sauc par malonil-CoA, kas iegūta no acetil-CoA un bikarbonāta. Šī molekula ziedo trīs oglekļa atomus, lai sāktu taukskābes augšanu.

Pēc malonila veidošanās sintēzes reakcija turpinās četros būtiskos posmos:

-Acetil-ACP kondensācija ar malonil-ACP, reakcija, kurā veidojas acetoacetil-ACP un izdalās oglekļa dioksīds kā atkritumu viela.

-Otrais solis ir acetoacetil-ACP reducēšana ar NADPH līdz D-3-hidroksibutiril-ACP.

-Ir sekojoša dehidratācijas reakcija, kas pārvērš iepriekšējo produktu (D-3-hidroksibutiril-ACP) krotonil-ACP.

-Visbeidzot, krotonil-ACP ir samazināts, un galaprodukts ir butiril-ACP.

Holesterīna sintēze

Holesterīns ir sterīns ar tipisku 17 oglekļa sterānu kodolu. Tai ir dažādas lomas fizioloģijā, jo tā darbojas kā dažādu molekulu, piemēram, žultsskābju, dažādu hormonu (ieskaitot seksuālos) priekšgājējs, un ir būtiska D vitamīna sintēzei.

Sintēze notiek šūnas citoplazmā, galvenokārt aknu šūnās. Šim anaboliskajam ceļam ir trīs fāzes: vispirms veidojas izoprēna vienība, pēc tam notiek pakāpeniska vienību asimilācija, lai iegūtu skvalēnu, tas nonāk lanosterīnā un visbeidzot iegūst holesterīnu.

Fermentu aktivitāti šajā ceļā galvenokārt regulē hormonu insulīna: glikagona relatīvā attiecība. Palielinoties šai attiecībai, ceļa aktivitāte proporcionāli palielinās.

Nukleotīdu sintēze

Nukleīnskābes ir DNS un RNS, pirmā satur visu informāciju, kas nepieciešama dzīvo organismu attīstībai un uzturēšanai, bet otrā papildina DNS funkcijas.

Gan DNS, gan RNS veido garas polimēru ķēdes, kuru pamatvienība ir nukleotīdi. Nukleotīdus savukārt veido cukurs, fosfātu grupa un slāpekļa bāze. Purīnu un pirimidīnu prekursors ir riboze-5-fosfāts.

Purīnus un pirimidīnus aknās ražo no tādiem prekursoriem kā oglekļa dioksīds, glicīns, amonjaks.

Nukleīnskābju sintēze

Nukleotīdi jāapvieno garās DNS vai RNS ķēdēs, lai viņi varētu veikt to bioloģisko funkciju. Process ietver virkni enzīmu, kas katalizē reakcijas.

Ferments, kas atbild par DNS kopēšanu, lai iegūtu vairāk DNS molekulu ar identiskām sekvencēm, ir DNS polimerāze. Šis ferments nevar uzsākt de novo sintēzi, tāpēc jāpiedalās nelielam DNS vai RNS gabalam, ko sauc par grunti, kas ļauj veidot ķēdi.

Šis notikums prasa papildu fermentu piedalīšanos. Piemēram, helikāze palīdz atvērt DNS dubulto spirāli, lai polimerāze varētu darboties un topoizomerāze varētu modificēt DNS topoloģiju, to savelkot vai atšķetinot.

Līdzīgi RNS polimerāze piedalās RNS sintēzē no DNS molekulas. Atšķirībā no iepriekšējā procesa, RNS sintēzei nav nepieciešams minētais gruntējums.

Olbaltumvielu sintēze

Olbaltumvielu sintēze ir būtisks notikums visos dzīvajos organismos. Olbaltumvielas veic ļoti dažādas funkcijas, piemēram, pārvadā vielas vai spēlē strukturālo olbaltumvielu lomu.

Saskaņā ar bioloģijas centrālo “dogmu”, pēc tam, kad DNS ir iekopēts Messenger RNS (kā aprakstīts iepriekšējā sadaļā), tas savukārt ar ribosomu palīdzību tiek pārveidots par aminoskābju polimēru. RNS katrs triplets (trīs nukleotīdi) tiek interpretēts kā viena no divdesmit aminoskābēm.

Sintēze notiek šūnas citoplazmā, kur tiek atrastas ribosomas. Process notiek četrās fāzēs: aktivizēšana, iniciēšana, pagarināšana un izbeigšana.

Aktivizācija sastāv no noteiktas aminoskābes saistīšanās ar atbilstošo pārneses RNS. Iniciācija ietver ribosomas saistīšanos ar Messenger MNS 3 'terminālo daļu, kurai palīdz "iniciācijas faktori".

Paildzināšana ir saistīta ar aminoskābju pievienošanu saskaņā ar RNS ziņojumu. Visbeidzot, process apstājas ar konkrētu secību Messenger RNS, ko sauc par beigu prezervatīviem: UAA, UAG vai UGA.

Glikogēna sintēze

Glikogēns ir molekula, ko veido atkārtotas glikozes vienības. Tas darbojas kā enerģijas rezerves viela un pārsvarā ir aknās un muskuļos.

Sintēzes ceļu sauc par glikoģenēzi, un tam nepieciešama enzīma glikogēna sintāzes, ATP un UTP līdzdalība. Ceļš sākas ar glikozes fosforilēšanu uz glikozes-6-fosfātu un pēc tam uz glikozes-1-fosfātu. Nākamais solis ietver UDP pievienošanu, lai iegūtu UDP glikozi un neorganisko fosfātu.

UDP-glikozes molekula ar alfa 1-4 saiti papildina glikozes ķēdi, atbrīvojot UDP nukleotīdu. Gadījumā, ja rodas zari, tos veido alfa 1-6 saites.

Aminoskābju sintēze

Aminoskābes ir vienības, kas veido olbaltumvielas. Dabā ir 20 veidi, katram no kuriem ir unikālas fizikālās un ķīmiskās īpašības, kas nosaka olbaltumvielu galīgās īpašības.

Ne visi organismi var sintezēt visus 20 veidus. Piemēram, cilvēki var sintezēt tikai 11, atlikušie 9 jāiekļauj uzturā.

Katrai aminoskābei ir savs ceļš. Tomēr tie, cita starpā, nāk no molekulu prekursoriem, piemēram, alfa-ketoglutarāta, oksaloacetāta, 3-fosfoglicerāta, piruvāta.

Anabolisma regulēšana

Kā mēs jau minējām iepriekš, metabolismu regulē vielas, ko sauc par hormoniem, ko izdalās specializēti audi - vai nu dziedzeru, vai epitēlija. Tie darbojas kā kurjeri, un to ķīmiskā daba ir diezgan neviendabīga.

Piemēram, insulīns ir hormons, ko izdala aizkuņģa dziedzeris, un tam ir liela ietekme uz metabolismu. Pēc ēdienreizēm ar lielu ogļhidrātu daudzumu insulīns darbojas kā anabolisko ceļu stimulators.

Tādējādi hormons ir atbildīgs par tādu procesu aktivizēšanu, kas ļauj sintēt uzglabāšanas vielas, piemēram, taukus vai glikogēnu.

Ir dzīves periodi, kad dominē anaboliski procesi, piemēram, bērnībā, pusaudža gados, grūtniecības laikā vai treniņu laikā, kas vērsti uz muskuļu augšanu.

Atšķirības ar katabolismu

Visus ķīmiskos procesus un reakcijas, kas notiek mūsu ķermenī - īpaši mūsu šūnās -, visā pasaulē sauc par metabolismu. Pateicoties šai ļoti kontrolētajai notikumu sērijai, mēs varam augt, attīstīties, reproducēt un uzturēt ķermeņa siltumu.

Sintēze un sadalīšanās

Metabolisms ietver biomolekulu (olbaltumvielu, ogļhidrātu, lipīdu vai tauku un nukleīnskābju) izmantošanu, lai uzturētu visas dzīvās sistēmas būtiskās reakcijas.

Šo molekulu iegūšana nāk no pārtikas, ko mēs ēdam katru dienu, un mūsu ķermenis gremošanas procesa laikā tos spēj “sadalīt” mazākās vienībās.

Piemēram, olbaltumvielas (kuras var iegūt, piemēram, no gaļas vai olām) tiek sadalītas galvenajās sastāvdaļās: aminoskābēs. Tādā pašā veidā mēs varam pārstrādāt ogļhidrātus mazākās cukura vienībās, parasti glikozē, kas ir viens no ogļhidrātiem, ko mūsu ķermenis izmanto visvairāk.

Mūsu ķermenis cita starpā var izmantot šīs mazās vienības - aminoskābes, cukurus, taukskābes, lai izveidotu jaunas lielākas molekulas tādā konfigurācijā, kāda nepieciešama mūsu ķermenim.

Sadalīšanās un enerģijas iegūšanas procesu sauc par katabolismu, savukārt jaunu, sarežģītāku molekulu veidošanās ir anabolisms. Tādējādi sintēzes procesi ir saistīti ar anabolismu un noārdīšanās procesus ar katabolismu.

Kā mnemonisku likumu vārdu catabolism mēs varam izmantot “c” un saistīt to ar vārdu “cut”.

Enerģijas izmantošana

Anaboliskajiem procesiem ir nepieciešama enerģija, savukārt noārdīšanās procesi rada šo enerģiju, galvenokārt ATP formā - to sauc par šūnas enerģijas valūtu.

Šī enerģija nāk no kataboliskajiem procesiem. Iedomāsimies, ka mums ir kāršu klājs, ja visas kārtis ir kārtīgi sakrautas un mēs tās metīsim uz zemes, to darot spontāni (analogi katabolismam).

Tomēr, ja mēs vēlamies tos pasūtīt vēlreiz, mums sistēmā ir jāpielieto enerģija un jāsavāc no zemes (analogi anabolismam).

Dažos gadījumos kataboliskajiem ceļiem, lai sāktu procesu, pirmajos soļos nepieciešama “enerģijas ievadīšana”. Piemēram, glikolīze vai glikolīze ir glikozes sadalīšanās. Lai sāktu šo ceļu, ir jāizmanto divas ATP molekulas.

Līdzsvars starp anabolismu un katabolismu

Lai uzturētu veselīgu un atbilstošu metabolismu, ir nepieciešams līdzsvars starp anabolisma un katabolisma procesiem. Gadījumā, ja anabolisma procesi pārsniedz katabolisma procesus, dominē sintēzes notikumi. Turpretī, kad ķermenis saņem vairāk enerģijas nekā nepieciešams, dominē kataboliskie ceļi.

Kad ķermenis piedzīvo nelabvēlības, sauc to par slimību vai ilgstoša badošanās periodiem, vielmaiņa koncentrējas uz noārdīšanās ceļiem un nonāk kataboliskā stāvoklī.

Avots: Autors Alejandro Porto, no Wikimedia Commons

Atsauces

1. Čana, YK, Ng, KP un Sim, DSM (Red.). (2015). Akūtas aprūpes farmakoloģiskais pamats. Starptautiskā izdevniecība Springer.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Ielūgums uz bioloģiju. Makmillans.
3. Lodish, H., Berks, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molekulāro šūnu bioloģija. Makmillans.
4. Ronzio, RA (2003). Uztura un labas veselības enciklopēdija. Infobase izdevējdarbība.
5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, CW (2007). Bioķīmijas pamati: dzīve molekulārā līmenī. Panamerican Medical Ed.