ANABOLIZEM: FUNKCIJE, PROCESI, RAZLIKE S KATABOLIZMOM - BIOLOGIJA - 2026

Proteinov je delitev metabolizma vključno formacijami reakcije velikih molekul iz manjših. Za to vrsto reakcij je potreben vir energije in na splošno je ATP (adenozin trifosfat).

Anabolizem in njegov metabolični obrat, katabolizem, sta združeni v vrsto reakcij, imenovanih metabolične poti ali poti, ki jih orkestrirajo in uravnavajo predvsem hormoni. Vsak majhen korak je nadzorovan, tako da pride do postopnega prenosa energije.

Vir: www.publicdomainpictures.net

Anabolični procesi lahko sprejmejo osnovne enote, ki sestavljajo biomolekule - aminokisline, maščobne kisline, nukleotide in sladkorne monomere - in tvorijo bolj zapletene spojine, kot so beljakovine, lipidi, nukleinske kisline in ogljikovi hidrati kot končni proizvajalci energije.

Lastnosti

Presnova je izraz, ki zajema vse kemične reakcije, ki se dogajajo v telesu. Celica spominja na mikroskopsko tovarno, kjer stalno potekajo reakcije sinteze in razgradnje.

Dva cilja metabolizma sta: prvič, da uporabimo kemično energijo, shranjeno v hrani, in drugič, da nadomestimo strukture ali snovi, ki v telesu ne delujejo več. Ti dogodki se odvijajo v skladu s posebnimi potrebami vsakega organizma in jih usmerjajo kemični glasniki, imenovani hormoni.

Energija prihaja predvsem iz maščob in ogljikovih hidratov, ki jih zaužijemo v hrani. V primeru pomanjkanja lahko telo porabi beljakovine, da nadoknadi pomanjkanje.

Tudi procesi regeneracije so tesno povezani z anabolizmom. Obnova tkiv je nujna pogoj za ohranjanje zdravega telesa in pravilnega delovanja. Anabolizem je odgovoren za proizvodnjo vseh celičnih spojin, ki ohranjajo njihovo delovanje.

Med presnovnimi procesi je v celici občutljivo ravnovesje. Velike molekule se lahko razgradijo na njihove najmanjše sestavine s kataboličnimi reakcijami in obratni proces - od majhnih do velikih - se lahko zgodi skozi anabolizem.

Anabolični procesi

Anabolizem na splošno vključuje vse reakcije, ki jih katalizirajo encimi (majhne beljakovinske molekule, ki pospešijo hitrost kemičnih reakcij za več vrst velikosti), ki so odgovorne za "gradnjo" ali sintezo celičnih komponent.

Pregled anaboličnih poti vključuje naslednje korake: Preproste molekule, ki sodelujejo kot posredniki v Krebsovem ciklu, so aminirane ali se kemično preoblikujejo v aminokisline. Te se kasneje sestavijo v bolj zapletene molekule.

Ti procesi zahtevajo kemično energijo, ki izhaja iz katabolizma. Med najpomembnejše anabolične procese sodijo: sinteza maščobnih kislin, sinteza holesterola, sinteza nukleinskih kislin (DNA in RNA), sinteza beljakovin, sinteza glikogena in sinteza aminokislin.

Vloga teh molekul v telesu in njihove poti sinteze bodo na kratko opisane v nadaljevanju:

Sinteza maščobnih kislin

Lipidi so visoko heterogene biomolekule, ki lahko ob oksidaciji ustvarijo veliko energije, zlasti molekul triacilglicerola.

Maščobne kisline so arhetipski lipidi. Sestavljeni so iz glave in repa iz ogljikovodikov. Te so lahko nenasičene ali nasičene, odvisno od tega, ali imajo na repu dvojne vezi.

Lipidi so poleg tega, da delujejo kot rezervna snov, bistveni sestavni del vseh bioloških membran.

Maščobne kisline se v citoplazmi celice sintetizirajo iz molekule predhodnice, imenovane malonil-CoA, ki izhaja iz acetil-CoA in bikarbonata. Ta molekula podarja tri atome ogljika, da začne rast maščobne kisline.

Po tvorbi malonila se sintezna reakcija nadaljuje v štirih ključnih korakih:

-Kondenzacija acetil-ACP z malonil-ACP, reakcija, ki povzroči acetoacetil-ACP in sprosti ogljikov dioksid kot odpadno snov.

- Drugi korak je zmanjšanje acetoacetil-ACP z NADPH na D-3-hidroksibutiril-ACP.

-Pojavi se naslednja reakcija dehidracije, ki pretvarja prejšnji produkt (D-3-hidroksibutiril-ACP) v krotonil-ACP.

-Na koncu se krotonil-ACP zmanjša, končni produkt pa je butiril-ACP.

Sinteza holesterola

Holesterol je sterol z značilnim jedrom 17-ogljikovih steranov. V fiziologiji ima različne vloge, saj deluje kot predhodnik različnih molekul, kot so žolčne kisline, različni hormoni (vključno s spolnimi) in je ključen za sintezo vitamina D.

Sinteza se pojavlja v citoplazmi celice, predvsem v jetrnih celicah. Ta anabolična pot ima tri faze: najprej se oblikuje izoprenska enota, nato pride do progresivne asimilacije enot, da nastane skvalen, ta preide v lanosterol in na koncu se pridobi holesterol.

Delovanje encimov na tej poti uravnava predvsem relativno razmerje hormonov inzulin: glukagon. Ko se to razmerje povečuje, se aktivnost poti povečuje sorazmerno.

Nukleotidna sinteza

Nukleinske kisline sta DNK in RNA, prva vsebuje vse informacije, potrebne za razvoj in vzdrževanje živih organizmov, druga pa dopolnjuje funkcije DNK.

Tako DNK kot RNA sta sestavljeni iz dolgih verig polimerov, katerih temeljna enota so nukleotidi. Nukleotidi so sestavljeni iz sladkorja, fosfatne skupine in dušikove baze. Predhodnik purinov in pirimidinov je riboza-5-fosfat.

Purini in pirimidini nastajajo v jetrih iz predhodnih sestavin, kot so ogljikov dioksid, glicin, amonijak.

Sinteza nukleinske kisline

Da bi izpolnili svojo biološko funkcijo, moramo nukleotide združiti v dolge verige DNK ali RNK. Postopek vključuje vrsto encimov, ki katalizirajo reakcije.

Encim, ki je zadolžen za kopiranje DNK za ustvarjanje več molekul DNK z enakimi zaporedji, je DNK polimeraza. Ta encim ne more sprožiti sinteze de novo, zato mora sodelovati majhen košček DNK ali RNK, imenovan primer, ki omogoča nastanek verige.

Ta dogodek zahteva sodelovanje dodatnih encimov. Na primer, helikaza pomaga odpreti dvojno vijačnico DNA, tako da lahko polimeraza deluje, topoizomeraza pa lahko spremeni topologijo DNK, tako da jo zaplete ali razplete.

Podobno RNA polimeraza sodeluje pri sintezi RNA iz molekule DNA. Za razliko od prejšnjega postopka sinteza RNA ne potrebuje omenjenega temeljnega premaza.

Sinteza beljakovin

Sinteza beljakovin je ključni dogodek v vseh živih organizmih. Beljakovine opravljajo najrazličnejše funkcije, kot so prevoz snovi ali igrajo strukturne beljakovine.

Po osrednji biološki dogmi, ko se DNK kopira v messenger RNA (kot je opisano v prejšnjem razdelku), jo ribosomi pretvorijo v polimer aminokislin. V RNA se vsak triplet (tri nukleotide) razlaga kot ena od dvajsetih aminokislin.

Sinteza se pojavi v citoplazmi celice, kjer najdemo ribosome. Postopek poteka v štirih fazah: aktiviranje, iniciacija, raztezanje in prenehanje.

Aktivacija je sestavljena iz vezave določene aminokisline na ustrezno prenosno RNA. Iniciacija vključuje vezavo ribosoma na 3 'terminalni del messenger RNA, ki mu pomagajo "faktorji iniciacije".

Elongacija vključuje dodajanje aminokislin glede na sporočilo RNA. Končno se postopek ustavi z določenim zaporedjem v RN Messengerju, ki se imenuje končni kondomi: UAA, UAG ali UGA.

Sinteza glikogena

Glikogen je molekula, sestavljena iz ponavljajočih se enot glukoze. Deluje kot energetska rezervna snov in je večinoma v jetrih in mišicah.

Pot sinteze se imenuje glikogenogeneza in zahteva sodelovanje encima glikogen sintaza, ATP in UTP. Pot se začne s fosforilacijo glukoze v glukozo-6-fosfat in nato na glukozo-1-fosfat. Naslednji korak vključuje dodajanje UDP, da dobimo UDP-glukozo in anorganski fosfat.

Molekula UDP-glukoze se doda v verigo glukoze preko alfa 1-4 vezi in sprosti nukleotid UDP. V primeru, da se veje pojavijo, te tvorijo alfa 1-6 vezi.

Sinteza aminokislin

Aminokisline so enote, ki sestavljajo beljakovine. V naravi obstaja 20 vrst, vsaka z edinstvenimi fizikalnimi in kemijskimi lastnostmi, ki določajo končne značilnosti proteina.

Vsi organizmi ne morejo sintetizirati vseh 20 vrst. Na primer, človek lahko sintetizira le 11, preostalih 9 pa moramo vključiti v prehrano.

Vsaka aminokislina ima svojo pot. Vendar izvirajo iz molekul predhodnika, kot so alfa-ketoglutarat, oksaloacetat, 3-fosfoglicerat, piruvat.

Regulacija anabolizma

Kot smo že omenili, metabolizem uravnavajo snovi, imenovane hormoni, ki jih izločajo specializirana tkiva, bodisi žlezna bodisi epitelijska. Ti so glasniki in njihova kemijska narava je precej raznolika.

Na primer, inzulin je hormon, ki ga izloča trebušna slinavka in močno vpliva na presnovo. Po obrokih z visoko vsebnostjo ogljikovih hidratov inzulin deluje kot poživilo anaboličnih poti.

Tako je hormon odgovoren za aktiviranje procesov, ki omogočajo sintezo shranjevalnih snovi, kot so maščobe ali glikogen.

Obstajajo življenjska obdobja, kjer prevladujejo anabolični procesi, na primer otroštvo, mladostništvo, med nosečnostjo ali med treningom, osredotočeno na rast mišic.

Razlike s katabolizmom

Vsi kemijski procesi in reakcije, ki se dogajajo v našem telesu - natančneje v naših celicah -, so v globalu znani kot presnova. Zahvaljujoč tej zelo nadzorovani vrsti dogodkov lahko rastemo, razvijamo, razmnožujemo in vzdržujemo telesno toploto.

Sinteza proti degradaciji

Presnova vključuje uporabo biomolekul (beljakovin, ogljikovih hidratov, lipidov ali maščob in nukleinskih kislin) za vzdrževanje vseh bistvenih reakcij živega sistema.

Pridobivanje teh molekul prihaja iz hrane, ki jo jemo vsak dan, telo pa jih je med prebavo sposobno "razgraditi" na manjše enote.

Na primer, beljakovine (ki lahko prihajajo na primer iz mesa ali jajc) se razgradijo na svoje glavne sestavine: aminokisline. Na enak način lahko ogljikove hidrate predelamo v manjše enote sladkorja, na splošno glukozo, enega izmed ogljikovih hidratov, ki ga naše telo najbolj uporablja.

Naše telo je sposobno te majhne enote - aminokisline, sladkorje, maščobne kisline, med drugim - zgraditi nove večje molekule v konfiguraciji, ki jo naše telo potrebuje.

Proces razpada in pridobivanja energije imenujemo katabolizem, medtem ko nastajanje novih kompleksnejših molekul predstavlja anabolizem. Tako so sintezni procesi povezani z anabolizmom, degradacijski procesi pa s katabolizmom.

Kot mnemonsko pravilo lahko v besedi katabolizem uporabimo "c" in jo povežemo z besedo "cut".

Uporaba energije

Anabolični procesi zahtevajo energijo, medtem ko procesi razgradnje proizvajajo to energijo, predvsem v obliki ATP - znanega kot energijska valuta celice.

Ta energija prihaja iz kataboličnih procesov. Predstavljajmo si, da imamo krop kartic, če imamo vse kartice lepo zložene in jih vržemo na tla, to storijo spontano (analogno katabolizmu).

Če pa jih želimo ponovno naročiti, moramo energijo nanesti na sistem in jih zbirati iz tal (analogno anabolizmu).

V nekaterih primerih katabolične poti potrebujejo "injiciranje energije" v svojih prvih korakih, da začnejo postopek. Na primer, glikoliza ali glikoliza je razpad glukoze. Za začetek te poti sta potrebni dve molekuli ATP.

Ravnotežje med anabolizmom in katabolizmom

Za ohranjanje zdravega in ustreznega metabolizma je potrebno, da obstaja ravnotežje med procesi anabolizma in katabolizma. Če procesi anabolizma presegajo procese katabolizma, so prevladujoči sintezni dogodki. Ko pa telo prejme več energije, kot je potrebno, prevladujejo katabolične poti.

Ko telo občuti težave, mu rečejo bolezen ali obdobja dolgotrajnega posta, se metabolizem osredotoči na razgradne poti in preide v katabolično stanje.

Vir: Avtor Alejandro Porto, iz Wikimedia Commons

Reference

1. Chan, YK, Ng, KP, & Sim, DSM (ur.). (2015). Farmakološke osnove akutne nege. Springer International Publishing.
2. Curtis, H., in Barnes, NS (1994). Povabilo k biologiji. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, poslanec,… & Matsudaira, P. (2008). Molekularna celična biologija. Macmillan.
4. Ronzio, RA (2003). Enciklopedija prehrane in dobrega zdravja. Založništvo Infobase
5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, CW (2007). Temelji biokemije: življenje na molekularni ravni. Panamerican Medical Ed.