АНАБОЛИЗМ: ФУНКЦИИ, ПРОЦЕССЫ, ОТЛИЧИЯ ОТ КАТАБОЛИЗМА - БИОЛОГИЯ - 2025

Анаболизма является разделение обмена веществ , включая реакции образования крупных молекул из более мелких. Для возникновения этой серии реакций необходим источник энергии, обычно это АТФ (аденозинтрифосфат).

Анаболизм и его метаболическая инверсия, катаболизм, сгруппированы в серию реакций, называемых метаболическими путями или путями, которые организуются и регулируются главным образом гормонами. Каждый маленький шаг контролируется таким образом, что происходит постепенная передача энергии.

Источник: www.publicdomainpictures.net

Анаболические процессы могут использовать основные единицы, из которых состоят биомолекулы - аминокислоты, жирные кислоты, нуклеотиды и мономеры сахаров - и генерировать более сложные соединения, такие как белки, липиды, нуклеиновые кислоты и углеводы, в качестве конечных производителей энергии.

Характеристики

Метаболизм - это термин, который охватывает все химические реакции, происходящие в организме. Клетка напоминает микроскопическую фабрику, где постоянно происходят реакции синтеза и распада.

Две цели метаболизма: во-первых, использовать химическую энергию, хранящуюся в пище, и, во-вторых, заменить структуры или вещества, которые больше не функционируют в организме. Эти события происходят в соответствии с конкретными потребностями каждого организма и управляются химическими посредниками, называемыми гормонами.

Энергия поступает в основном из жиров и углеводов, которые мы потребляем с пищей. В случае дефицита организм может использовать белок, чтобы восполнить дефицит.

Также процессы регенерации тесно связаны с анаболизмом. Регенерация тканей - непременное условие для поддержания здорового тела и правильной работы. Анаболизм отвечает за производство всех клеточных соединений, которые поддерживают их функционирование.

В клетке существует тонкий баланс между метаболическими процессами. Большие молекулы могут быть разбиты на мельчайшие компоненты катаболическими реакциями, а обратный процесс - от малых до больших - может происходить через анаболизм.

Анаболические процессы

Анаболизм, в общем, включает в себя все реакции, катализируемые ферментами (небольшими белковыми молекулами, которые на несколько порядков ускоряют скорость химических реакций), ответственными за «построение» или синтез клеточных компонентов.

Обзор анаболических путей включает следующие шаги: Простые молекулы, которые участвуют в качестве посредников в цикле Кребса, либо аминируются, либо химически превращаются в аминокислоты. Позже они собираются в более сложные молекулы.

Эти процессы требуют химической энергии, происходящей от катаболизма. Среди наиболее важных анаболических процессов: синтез жирных кислот, синтез холестерина, синтез нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), синтез белка, синтез гликогена и синтез аминокислот.

Роль этих молекул в организме и пути их синтеза будут кратко описаны ниже:

Синтез жирных кислот

Липиды - это очень гетерогенные биомолекулы, способные генерировать большое количество энергии при окислении, особенно молекулы триацилглицерина.

Жирные кислоты - это типичные липиды. Они состоят из головы и хвоста из углеводородов. Они могут быть ненасыщенными или насыщенными, в зависимости от того, есть ли у них двойные связи на хвосте.

Липиды являются важнейшими компонентами всех биологических мембран, а также участвуют в качестве резервного вещества.

Жирные кислоты синтезируются в цитоплазме клетки из молекулы-предшественника, называемой малонил-КоА, производной от ацетил-КоА и бикарбоната. Эта молекула отдает три атома углерода, чтобы начать рост жирной кислоты.

После образования малонила реакция синтеза продолжается в четыре основных этапа:

-Конденсация ацетил-ACP с малонил-ACP, реакция, которая производит ацетоацетил-ACP и выделяет углекислый газ в качестве отработанного вещества.

-Второй этап - это восстановление ацетоацетил-АПФ с помощью НАДФН до D-3-гидроксибутирил-АПФ.

- Происходит последующая реакция дегидратации, которая превращает предыдущий продукт (D-3-гидроксибутирил-ACP) в кротонил-ACP.

-Наконец, кротонил-АСФ восстанавливается, и конечным продуктом является бутирил-АСФ.

Синтез холестерина

Холестерин - это стерол с типичным ядром из 17 атомов углерода. Он играет разные роли в физиологии, так как он действует как предшественник множества молекул, таких как желчные кислоты, различные гормоны (включая половые), и необходим для синтеза витамина D.

Синтез происходит в цитоплазме клетки, прежде всего в клетках печени. Этот анаболический путь состоит из трех этапов: сначала образуется изопреновая единица, затем происходит постепенная ассимиляция единиц с образованием сквалена, он переходит на ланостерин и, наконец, получается холестерин.

Активность ферментов этого пути регулируется в основном относительным соотношением гормонов инсулин: глюкагон. По мере увеличения этого соотношения активность пути увеличивается пропорционально.

Синтез нуклеотидов

Нуклеиновые кислоты - это ДНК и РНК, первая содержит всю информацию, необходимую для развития и поддержания живых организмов, а вторая дополняет функции ДНК.

И ДНК, и РНК состоят из длинных цепей полимеров, основной единицей которых являются нуклеотиды. Нуклеотиды, в свою очередь, состоят из сахара, фосфатной группы и азотистого основания. Предшественником пуринов и пиримидинов является рибозо-5-фосфат.

Пурины и пиримидины производятся в печени из таких предшественников, как диоксид углерода, глицин, аммиак и другие.

Синтез нуклеиновых кислот

Нуклеотиды должны быть соединены в длинные цепи ДНК или РНК, чтобы выполнять свою биологическую функцию. В этом процессе задействован ряд ферментов, которые катализируют реакции.

Фермент, отвечающий за копирование ДНК для создания большего количества молекул ДНК с идентичными последовательностями, - это ДНК-полимераза. Этот фермент не может инициировать синтез de novo, поэтому в нем должен участвовать небольшой фрагмент ДНК или РНК, называемый праймером, который позволяет формировать цепь.

Это событие требует участия дополнительных ферментов. Хеликаза, например, помогает раскрыть двойную спираль ДНК, чтобы полимераза могла действовать, а топоизомераза могла изменять топологию ДНК, либо запутывая ее, либо распутывая.

Точно так же РНК-полимераза участвует в синтезе РНК из молекулы ДНК. В отличие от предыдущего процесса, синтез РНК не требует упомянутого праймера.

Синтез белка

Синтез белка - важнейшее событие для всех живых организмов. Белки выполняют широкий спектр функций, например, транспортируют вещества или играют роль структурных белков.

Согласно центральной «догме» биологии, после того, как ДНК копируется в информационную РНК (как описано в предыдущем разделе), она, в свою очередь, транслируется рибосомами в полимер аминокислот. В РНК каждый триплет (три нуклеотида) интерпретируется как одна из двадцати аминокислот.

Синтез происходит в цитоплазме клетки, где находятся рибосомы. Процесс происходит в четыре фазы: активация, начало, удлинение и завершение.

Активация заключается в связывании определенной аминокислоты с соответствующей транспортной РНК. Инициация включает связывание рибосомы с 3'-концевой частью информационной РНК, чему способствуют «факторы инициации».

Удлинение включает добавление аминокислот в соответствии с сообщением РНК. Наконец, процесс останавливается на определенной последовательности в информационной РНК, называемой презервативами для терминации: UAA, UAG или UGA.

Синтез гликогена

Гликоген - это молекула, состоящая из повторяющихся единиц глюкозы. Он действует как запас энергии и в основном содержится в печени и мышцах.

Путь синтеза называется гликогенезом и требует участия фермента гликогенсинтазы, АТФ и УТФ. Путь начинается с фосфорилирования глюкозы до глюкозо-6-фосфата, а затем до глюкозо-1-фосфата. Следующий шаг включает добавление UDP для получения UDP-глюкозы и неорганического фосфата.

Молекула UDP-глюкозы присоединяется к цепи глюкозы через альфа-связь 1-4, высвобождая нуклеотид UDP. В случае возникновения ответвлений они образованы альфа-связями 1-6.

Синтез аминокислот

Аминокислоты - это единицы, из которых состоят белки. В природе существует 20 типов, каждый из которых обладает уникальными физическими и химическими свойствами, которые определяют конечные характеристики белка.

Не все организмы могут синтезировать все 20 типов. Например, человек может синтезировать только 11, остальные 9 необходимо включить в рацион.

У каждой аминокислоты свой путь. Однако они происходят из молекул-предшественников, таких как альфа-кетоглутарат, оксалоацетат, 3-фосфоглицерат, пируват и другие.

Регулирование анаболизма

Как мы упоминали ранее, метаболизм регулируется веществами, называемыми гормонами, секретируемыми специализированными тканями, железистыми или эпителиальными. Они действуют как посланники, и их химическая природа весьма неоднородна.

Например, инсулин - это гормон, секретируемый поджелудочной железой, и он оказывает большое влияние на обмен веществ. После еды с высоким содержанием углеводов инсулин действует как стимулятор анаболических путей.

Таким образом, гормон отвечает за активацию процессов, которые позволяют синтезировать запасные вещества, такие как жиры или гликоген.

Есть периоды жизни, в которых преобладают анаболические процессы, такие как детство, юность, во время беременности или во время тренировок, направленных на рост мышц.

Различия с катаболизмом

Все химические процессы и реакции, которые происходят в нашем теле, особенно в наших клетках, во всем мире известны как метаболизм. Мы можем расти, развиваться, воспроизводить и поддерживать тепло тела благодаря этой строго контролируемой серии событий.

Синтез против разложения

Метаболизм включает использование биомолекул (белков, углеводов, липидов или жиров и нуклеиновых кислот) для поддержания всех основных реакций живой системы.

Эти молекулы поступают из пищи, которую мы едим каждый день, и наше тело способно «расщеплять» их на более мелкие единицы в процессе пищеварения.

Например, белки (например, из мяса или яиц) распадаются на свои основные компоненты: аминокислоты. Таким же образом мы можем перерабатывать углеводы в более мелкие единицы сахара, как правило, в глюкозу, один из углеводов, наиболее используемых нашим организмом.

Наше тело может использовать эти небольшие единицы - аминокислоты, сахара, жирные кислоты и другие - для создания новых более крупных молекул в конфигурации, которая нужна нашему организму.

Процесс распада и получения энергии называется катаболизмом, а образование новых более сложных молекул - анаболизмом. Таким образом, процессы синтеза связаны с анаболизмом, а процессы деградации - с катаболизмом.

В качестве мнемонического правила мы можем использовать букву «с» в слове «катаболизм» и соотнести ее со словом «разрезать».

Использование энергии

Анаболические процессы требуют энергии, в то время как процессы деградации производят эту энергию, главным образом в форме АТФ, известного как энергетическая валюта клетки.

Эта энергия поступает из катаболических процессов. Давайте представим, что у нас есть колода карт, если у нас все карты аккуратно сложены, и мы бросаем их на землю, они делают это спонтанно (аналогично катаболизму).

Однако, если мы хотим заказать их снова, мы должны приложить энергию к системе и собрать их с земли (аналогично анаболизму).

В некоторых случаях катаболические пути нуждаются в «инъекции энергии» на первых этапах, чтобы запустить процесс. Например, гликолиз или гликолиз - это расщепление глюкозы. Этот путь требует использования двух молекул АТФ для начала.

Баланс между анаболизмом и катаболизмом

Для поддержания здорового и адекватного обмена веществ необходимо, чтобы был баланс между процессами анаболизма и катаболизма. В том случае, если процессы анаболизма превышают процессы катаболизма, преобладают события синтеза. Напротив, когда организм получает больше энергии, чем необходимо, преобладают катаболические пути.

Когда тело испытывает невзгоды, называемые болезнью или периодами длительного голодания, метаболизм сосредотачивается на путях разложения и переходит в катаболическое состояние.

Источник: Алехандро Порто, Wikimedia Commons.

Ссылки

1. Чан, Ю.К., Нг, К.П. и Сим, DSM (ред.). (2015). Фармакологические основы неотложной помощи. Издательство Springer International.
2. Кертис, Х., и Барнс, Н.С. (1994). Приглашение в биологию. Macmillan.
3. Лодиш, Х., Берк, А., Дарнелл, Дж. Э., Кайзер, Калифорния, Кригер, М., Скотт, М. П.,… и Мацудаира, П. (2008). Молекулярная клеточная биология. Macmillan.
4. Ронцио, РА (2003). Энциклопедия питания и крепкого здоровья. Публикация информационной базы.
5. Воет, Д., Воет, Дж., И Пратт, К. В. (2007). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне. Panamerican Medical Ed.