ANABOLISME: FUNKTIONER, PROCESSER, FORSKELLE MED KATABOLISME - BIOLOGI - 2025

Den anabolisme er en division af metabolisme herunder dannelsesreaktioner af store molekyler fra mindre. For at denne række reaktioner skal finde sted, er en energikilde nødvendig, og generelt er det ATP (adenosintriphosphat).

Anabolisme, og dets metaboliske inverse, katabolisme, er grupperet i en række reaktioner, der kaldes metaboliske veje eller veje, der er orkestreret og reguleret primært af hormoner. Hvert lille trin styres, så der sker en gradvis overførsel af energi.

Kilde: www.publicdomainpictures.net

Anabolske processer kan tage de basiske enheder, der udgør biomolekyler - aminosyrer, fedtsyrer, nukleotider og sukkermonomerer - og genererer mere komplicerede forbindelser, såsom proteiner, lipider, nukleinsyrer og kulhydrater som endelige energiproducenter.

Funktioner

Metabolisme er et udtryk, der omfatter alle kemiske reaktioner, der forekommer i kroppen. Cellen ligner en mikroskopisk fabrik, hvor konstant syntese og nedbrydningsreaktioner finder sted.

De to mål for metabolisme er: for det første at bruge den kemiske energi, der er lagret i fødevarer, og for det andet at erstatte strukturer eller stoffer, der ikke længere fungerer i kroppen. Disse begivenheder forekommer i henhold til de specifikke behov hos hver organisme og ledes af kemiske budbringere kaldet hormoner.

Energi kommer hovedsageligt fra fedt og kulhydrater, som vi forbruger i fødevarer. I tilfælde af mangel kan kroppen bruge protein til at kompensere for manglen.

Regenerationsprocesser er også tæt knyttet til anabolisme. Regenereringen af ​​væv er en sin qua non betingelse for at opretholde en sund krop og fungerer korrekt. Anabolisme er ansvarlig for at producere alle de cellulære forbindelser, der holder dem i funktion.

Der er en delikat balance i cellen mellem metaboliske processer. Store molekyler kan nedbrydes til deres mindste komponenter ved katabolske reaktioner, og den omvendte proces - fra lille til stor - kan forekomme gennem anabolisme.

Anabolske processer

Anabolisme inkluderer på en generel måde alle reaktioner katalyseret af enzymer (små proteinmolekyler, der accelererer hastigheden af ​​kemiske reaktioner med flere størrelsesordener), der er ansvarlige for "konstruktion" eller syntese af cellulære komponenter.

Oversigten over anabolske veje inkluderer følgende trin: Enkle molekyler, der deltager som mellemprodukter i Krebs-cyklus, er enten amineret eller kemisk omdannet til aminosyrer. Disse samles senere til mere komplekse molekyler.

Disse processer kræver kemisk energi, der stammer fra katabolisme. Blandt de vigtigste anabolske processer er: fedtsyresyntese, kolesterolsyntese, nukleinsyresyntese (DNA og RNA), proteinsyntese, glykogensyntese og aminosyresyntese.

Disse molekylers rolle i kroppen og deres synteseruter vil blive kort beskrevet nedenfor:

Fedtsyresyntese

Lipider er meget heterogene biomolekyler, der er i stand til at generere en stor mængde energi, når de oxideres, især triacylglycerolmolekyler.

Fedtsyrer er de arketypiske lipider. De består af et hoved og en hale lavet af kulbrinter. Disse kan være umættede eller mættede, afhængigt af om de har dobbeltbindinger på halen eller ej.

Lipider er de væsentlige bestanddele i alle biologiske membraner, ud over at de deltager som reservestof.

Fedtsyrer syntetiseres i cellens cytoplasma fra et forstadiemolekyle kaldet malonyl-CoA, afledt af acetyl-CoA og bicarbonat. Dette molekyle donerer tre carbonatomer for at starte væksten af ​​fedtsyren.

Efter dannelsen af ​​malonil fortsætter syntesereaktionen i fire essentielle trin:

-Kondensationen af ​​acetyl-ACP med malonyl-ACP, en reaktion der producerer acetoacetyl-ACP og frigiver kuldioxid som affaldsstof.

-Det andet trin er reduktionen af ​​acetoacetyl-ACP med NADPH til D-3-hydroxybutyryl-ACP.

-En efterfølgende dehydratiseringsreaktion opstår, der omdanner det forrige produkt (D-3-hydroxybutyryl-ACP) til crotonyl-ACP.

Endelig reduceres crotonyl-ACP, og det endelige produkt er butyryl-ACP.

Kolesterol syntese

Kolesterol er en sterol med en typisk 17-carbon sterans kerne. Det har forskellige roller inden for fysiologi, da det fungerer som en forløber for en række molekyler såsom galdesyrer, forskellige hormoner (inklusive seksuelle) og er essentiel for syntesen af ​​D-vitamin.

Syntese forekommer i cytoplasmaet i cellen, primært i leverceller. Denne anabole vej har tre faser: først dannes isoprenenheden, derefter sker den progressive assimilering af enhederne med oprindelse i squalen, dette overføres til lanosterol og til sidst opnås cholesterol.

Aktiviteten af ​​enzymerne i denne vej reguleres hovedsageligt af det relative forhold mellem hormonerne insulin: glukagon. Når dette forhold stiger, stiger aktiviteten af ​​stien proportionalt.

Nukleotidsyntese

Nukleinsyrer er DNA og RNA, den første indeholder al den information, der er nødvendig for udvikling og vedligeholdelse af levende organismer, mens den anden supplerer funktionerne af DNA.

Både DNA og RNA er sammensat af lange kæder af polymerer, hvis grundlæggende enhed er nukleotider. Nukleotider består på sin side af et sukker, en phosphatgruppe og en nitrogenholdig base. Forløber for puriner og pyrimidiner er ribose-5-phosphat.

Puriner og pyrimidiner produceres i leveren fra forstadier såsom carbondioxid, glycin, ammoniak, blandt andre.

Nukleinsyresyntese

Nukleotider skal forbindes i lange DNA- eller RNA-kæder for at udføre deres biologiske funktion. Processen involverer en række enzymer, der katalyserer reaktionerne.

Enzymet, der har ansvaret for at kopiere DNA for at generere flere DNA-molekyler med identiske sekvenser, er DNA-polymerase. Dette enzym kan ikke starte de novo-syntese, så et lille stykke DNA eller RNA kaldet en primer skal deltage, hvilket tillader dannelse af kæden.

Denne begivenhed kræver deltagelse af yderligere enzymer. For eksempel hjælper heliksen med at åbne DNA-dobbelt helix, så polymerasen kan virke, og topoisomerasen er i stand til at modificere topologien af ​​DNA, enten ved at sammenfiltrere det eller fjerne det.

Tilsvarende deltager RNA-polymerase i syntesen af ​​RNA fra et DNA-molekyle. I modsætning til den foregående proces kræver RNA-syntese ikke den nævnte primer.

Proteinsyntese

Proteinsyntese er en afgørende begivenhed i alle levende organismer. Proteiner udfører en lang række funktioner, såsom transport af stoffer eller spille rollen som strukturelle proteiner.

I henhold til den centrale "dogme" i biologi, efter at DNA er blevet kopieret til messenger-RNA (som beskrevet i det foregående afsnit), oversættes det igen af ​​ribosomer til en polymer af aminosyrer. I RNA tolkes hver triplet (tre nukleotider) som en af ​​de tyve aminosyrer.

Syntese forekommer i cytoplasmaet i cellen, hvor ribosomer findes. Processen forekommer i fire faser: aktivering, initiering, forlængelse og afslutning.

Aktivering består af bindingen af ​​en bestemt aminosyre til det tilsvarende overførings-RNA. Initiering involverer binding af ribosomet til den 3 'terminale del af messenger-RNA, hjulpet af "initieringsfaktorer".

Forlængelse involverer tilsætning af aminosyrer i henhold til RNA-meddelelsen. Endelig stopper processen med en specifik sekvens i messenger-RNA, kaldet termineringskondomer: UAA, UAG eller UGA.

Glykogen-syntese

Glykogen er et molekyle, der består af gentagne glukoseenheder. Det fungerer som et energireservestof og er for det meste rigeligt i leveren og musklerne.

Syntesevejen kaldes glycogenogenese og kræver deltagelse af enzymet glycogen synthase, ATP og UTP. Vejen begynder med phosphorylering af glukose til glukose-6-phosphat og derefter til glukose-1-phosphat. Det næste trin involverer tilsætningen af ​​en UDP til opnåelse af UDP-glucose og uorganisk phosphat.

UDP-glukosemolekylet føjer til glukosekæden via en alfa 1-4-binding, hvilket frigiver UDP-nukleotidet. I tilfælde af at der forekommer grene, dannes disse ved alfa 1-6-bindinger.

Syntese af aminosyrer

Aminosyrer er enheder, der udgør proteiner. I naturen er der 20 typer, hver med unikke fysiske og kemiske egenskaber, der bestemmer proteinets endelige egenskaber.

Ikke alle organismer kan syntetisere alle 20 typer. For eksempel kan mennesker kun syntetisere 11, de resterende 9 skal inkorporeres i kosten.

Hver aminosyre har sin egen vej. De kommer dog fra forstadiemolekyler, såsom alfa-ketoglutarat, oxaloacetat, 3-phosphoglycerat, pyruvat, blandt andre.

Regulering af anabolisme

Som vi nævnte tidligere, reguleres stofskiftet af stoffer kaldet hormoner, som udskilles af specialiserede væv, enten kirtelformet eller epitel. Disse fungerer som budbringere, og deres kemiske karakter er ret heterogen.

F.eks. Er insulin et hormon, der udskilles af bugspytkirtlen og har en stor indflydelse på stofskiftet. Efter høje kulhydratmåltider fungerer insulin som et stimulerende middel til de anabolske veje.

Hormonet er således ansvarlig for at aktivere de processer, der tillader syntese af opbevaringsstoffer, såsom fedt eller glykogen.

Der er perioder i livet, hvor anabolske processer er dominerende, såsom barndom, ungdom, under graviditet eller under træning med fokus på vækst af muskler.

Forskelle med katabolisme

Alle de kemiske processer og reaktioner, der forekommer i vores krop - specifikt inden for vores celler - er globalt kendt som metabolisme. Vi kan vokse, udvikle, reproducere og vedligeholde kropsvarme takket være denne stærkt kontrollerede række af begivenheder.

Syntese versus nedbrydning

Metabolisme involverer anvendelse af biomolekyler (proteiner, kulhydrater, lipider eller fedtstoffer og nukleinsyrer) for at opretholde alle de væsentlige reaktioner i et levende system.

At få disse molekyler kommer fra den mad, vi spiser hver dag, og vores krop er i stand til at "nedbryde" dem i mindre enheder under fordøjelsesprocessen.

Proteiner (som for eksempel kan komme fra kød eller æg) opdeles i deres hovedkomponenter: aminosyrer. På samme måde kan vi forarbejde kulhydrater til mindre enheder sukker, generelt glukose, en af ​​de kulhydrater, der er mest brugt af vores krop.

Vores krop er i stand til at bruge disse små enheder - aminosyrer, sukkerarter, fedtsyrer, blandt andre - til at opbygge nye større molekyler i den konfiguration, som vores krop har brug for.

Processen med nedbrydning og opnåelse af energi kaldes katabolisme, mens dannelsen af ​​nye mere komplekse molekyler er anabolisme. Således er synteseprocesser forbundet med anabolisme og nedbrydningsprocesser med katabolisme.

Som en mnemonisk regel kan vi bruge "c" i ordet katabolisme og relaterer det til ordet "klip".

Brug af energi

Anabolske processer kræver energi, mens nedbrydningsprocesser producerer denne energi, hovedsageligt i form af ATP - kendt som cellenes energivaluta.

Denne energi kommer fra kataboliske processer. Lad os forestille os, at vi har et kortstykke, hvis vi har alle kortene stablet pænt, og vi kaster dem på jorden, gør de det spontant (analogt med katabolisme).

Men hvis vi ønsker at bestille dem igen, skal vi anvende energi til systemet og opsamle dem fra jorden (analogt med anabolisme).

I nogle tilfælde har de kataboliske veje brug for en "injektion af energi" i deres første trin for at få processen i gang. For eksempel er glycolyse eller glycolyse nedbrydningen af ​​glukose. Denne vej kræver brug af to ATP-molekyler for at komme i gang.

Balance mellem anabolisme og katabolisme

For at opretholde en sund og passende metabolisme er det nødvendigt, at der er en balance mellem processerne med anabolisme og katabolisme. I tilfælde af at anabolismeprocesserne overstiger katabolismens processer, er syntesebegivenhederne dem, der hersker. I modsætning hertil dominerer de kataboliske veje, når kroppen modtager mere energi end nødvendigt.

Når kroppen oplever modgang, kalder det sygdom eller perioder med langvarig faste, fokuserer stofskiftet på nedbrydningsveje og går ind i en katabolisk tilstand.

Kilde: Af Alejandro Porto, fra Wikimedia Commons

Referencer

1. Chan, YK, Ng, KP, & Sim, DSM (Eds.). (2015). Farmakologisk grundlag for akut pleje. Springer International Publishing.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Invitation til biologi. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molekylær cellebiologi. Macmillan.
4. Ronzio, RA (2003). Leksikonet om ernæring og godt helbred. Infobase Publishing.
5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, CW (2007). Fundamenter i biokemi: Liv på molekylært niveau. Panamerican Medical Ed.