ANABOLIZMUS: FUNKCIÓK, FOLYAMATOK, A KATABOLIZMUS KÜLÖNBSÉGEI - BIOLÓGIA - 2026

Az anabolizmus az anyagcsere megosztása, beleértve a nagyobb molekulák képződési reakcióit a kisebbekből. A reakció sorozatának előfordulásához energiaforrás szükséges, és általában az ATP (adenozin-trifoszfát).

Az anabolizmust és annak metabolikus inverzét, a katabolizmust olyan reakciósorozatba sorolják, melyeket metabolikus útvonalaknak vagy útvonalaknak hívnak, amelyeket elsősorban a hormonok irányítanak és szabályoznak. Minden apró lépést úgy irányítunk, hogy fokozatosan áramoljon az energia.

Forrás: www.publicdomainpictures.net

Az anabolikus folyamatok elvégezhetik azokat az alapvető egységeket, amelyek a biomolekulákat alkotják - aminosavak, zsírsavak, nukleotidok és cukor monomerek -, és bonyolultabb vegyületeket hozhatnak létre, például proteineket, lipideket, nukleinsavakat és szénhidrátokat, mint végső energiatermelőket.

Jellemzők

A metabolizmus olyan kifejezés, amely magában foglalja a testben zajló összes kémiai reakciót. A sejt mikroszkopikus gyárra emlékeztet, ahol folyamatosan zajlanak a szintézis és a degradációs reakciók.

Az anyagcsere két célja: egyrészt az élelmiszerekben tárolt kémiai energia felhasználása, másrészt a testben már nem működő szerkezetek vagy anyagok helyettesítésére. Ezek az események az egyes szervezetek sajátos szükségleteinek megfelelően fordulnak elő, és hormonoknak nevezett kémiai hírvivők irányítják őket.

Az energia elsősorban azokból a zsírokból és szénhidrátokból származik, amelyeket az élelmiszerekben fogyasztunk. Hiány esetén a test fehérjét használhat fel a hiány pótlására.

A regenerációs folyamatok szorosan kapcsolódnak az anabolizmushoz. A szövetek regenerálása elengedhetetlen feltétel az egészséges test fenntartásához és a megfelelő működéshez. Az anabolizmus felelős az összes olyan sejtes vegyület előállításáért, amely működését fenntartja.

Finom egyensúly van a sejtekben az anyagcserének. A nagy molekulák katabolikus reakciók segítségével a legkisebb komponensekre bonthatók, és az anabolizmus révén fordított folyamat - kicsiről nagyra - történhet.

Anabolikus folyamatok

Az anabolizmus általánosságban magában foglalja az összes olyan enzim által katalizált reakciót (kis fehérjemolekulák, amelyek több nagyságrenddel felgyorsítják a kémiai reakciók sebességét), amelyek felelősek a sejtkomponensek "felépítéséért" vagy szintéziséért.

Az anabolikus utak áttekintése a következő lépéseket tartalmazza: Az egyszerű molekulák, amelyek közvetítőként vesznek részt a Krebsi ciklusban, vagy aminálódnak, vagy kémiailag aminosavakká alakulnak. Ezeket később összetettebb molekulákká alakítják.

Ezek a folyamatok kémiai energiát igényelnek, a katabolizmusból származnak. A legfontosabb anabolikus folyamatok között szerepel a zsírsav-szintézis, a koleszterinszintézis, a nukleinsavszintézis (DNS és RNS), a proteinszintézis, a glikogénszintézis és az aminosavszintézis.

Az alábbiakban röviden ismertetjük ezeknek a molekuláknak a testben betöltött szerepét és szintézisének útját:

Zsírsav szintézis

A lipidek nagyon heterogén biomolekulák, amelyek oxidálódás esetén nagy mennyiségű energiát képesek generálni, különösen a triacilglicerin molekulák.

A zsírsavak az archetipikus lipidek. Szénhidrogénekből álló fejből és farokból állnak. Ezek telítetlenek vagy telítettek lehetnek, attól függően, hogy vannak-e kettős kötésük a farkon.

A lipidek az összes biológiai membrán alapvető alkotóelemei, amellett, hogy tartalékként vesznek részt.

A zsírsavakat a sejt citoplazmájában szintetizálják egy malonil-CoA nevű prekurzor molekulából, amely acetil-CoA-ból és bikarbonátból származik. Ez a molekula három szénatomot adományoz, hogy elindítsa a zsírsav növekedését.

A malonil képződése után a szintézis reakció négy alapvető lépésben folytatódik:

-Acetil-ACP kondenzációja malonil-ACP-vel, egy olyan reakció, amely acetoacetil-ACP-t eredményez, és szén-dioxidot bocsát ki hulladékként.

-A második lépés az acetoacetil-ACP redukciója NADPH által D-3-hidroxi-butiril-ACP-re.

-Egyéb dehidratációs reakció következik be, amely az előző terméket (D-3-hidroxi-butiril-ACP) krotonil-ACP -vé alakítja.

-Végül a krotonil-ACP redukálódik, és a végtermék butiril-ACP.

Koleszterin szintézis

A koleszterin egy szterin, tipikus 17 széntartalmú szteranusmaggal. Különböző szerepe van a fiziológiában, mivel különféle molekulák, például epesavak, különféle hormonok (beleértve a szexuálisokat is) előfutáraként működik, és elengedhetetlen a D-vitamin szintéziséhez.

A szintézis a sejt citoplazmájában fordul elő, elsősorban a májsejtekben. Ennek az anabolikus útnak három fázisa van: először az izoprén egység képződik, majd az egységek fokozatos asszimilációja során a szkvalén származik, ez továbbjut a lanosterolhoz és végül megkapja a koleszterint.

Az enzimek aktivitását ezen az úton elsősorban az inzulin: glükagon hormonok relatív aránya szabályozza. Ahogy ez az arány növekszik, az út aktivitása arányosan növekszik.

Nukleotid szintézis

A nukleinsavak a DNS és az RNS, az első az összes információt tartalmazza az élő szervezetek fejlődéséhez és fenntartásához, míg a második kiegészíti a DNS funkcióit.

Mind a DNS, mind az RNS hosszú polimer láncokból áll, amelyek alapvető egysége a nukleotidok. A nukleotidok viszont cukorból, foszfátcsoportból és nitrogénbázisból állnak. A purinek és pirimidinek prekurzora a ribóz-5-foszfát.

A purineket és a pirimidineket a májban prekurzorokból, például szén-dioxidból, glicinből, ammóniából állítják elő.

Nukleinsav szintézis

A nukleotidokat hosszú DNS- vagy RNS-láncokba kell kapcsolni, hogy teljesítsék biológiai funkciójukat. A folyamat olyan enzimek sorozatát foglalja magában, amelyek katalizálják a reakciókat.

A DNS másolásáért felelős enzim, hogy több azonos molekula azonos szekvenciájú DNS-molekulát hozzon létre, a DNS-polimeráz. Ez az enzim nem képes megindítani a de novo szintézist, ezért egy kis részben DNS-nek vagy RNS-nek, amelyet primernek hívnak, részt kell vennie, ami lehetővé teszi a lánc kialakulását.

Ez az esemény további enzimek részvételét igényli. A helikáz például segít megnyitni a DNS kettős spirálját, hogy a polimeráz képes legyen működni, és a topoizomeráz képes legyen módosítani a DNS topológiáját, akár összegabalyodva, akár kibontva azt.

Hasonlóképpen, az RNS polimeráz részt vesz az RNS szintézisében egy DNS molekulából. Az előző eljárással ellentétben az RNS szintézishez nincs szükség az említett primerre.

Protein szintézis

A fehérje szintézis kritikus esemény minden élő szervezetben. A fehérjék sokféle funkciót látnak el, mint például az anyagok szállítása vagy a strukturális fehérjék szerepe.

A biológia központi „dogma” szerint, miután a DNS-t átvitt RNS-be (az előző szakaszban leírtak szerint) másolták, a riboszómák aminosavak polimerré fordítják. Az RNS-ben mindegyik hármast (három nukleotidot) a húsz aminosav egyikének kell értelmezni.

A szintézis a sejt citoplazmájában fordul elő, ahol riboszómák találhatók. A folyamat négy szakaszban zajlik: aktiválás, iniciálás, meghosszabbítás és befejezés.

Az aktiválás egy adott aminosavnak a megfelelő transzfer RNS-hez történő kötéséből áll. Az inicializálás magában foglalja a riboszóma kötődését a messenger RNS 3'-terminális részéhez, amelyet "iniciációs faktorok" segítenek.

A megnyúlás magában foglalja az aminosavak hozzáadását az RNS üzenet szerint. Végül a folyamat megáll egy hordozó RNS-ben levő specifikus szekvenciával, úgynevezett terminális óvszerként: UAA, UAG vagy UGA.

Glikogén szintézis

A glikogén egy ismétlődő glükóz egységekből álló molekula. Energiatartalékként működik, és leginkább a májban és az izomban gazdag.

A szintézis útvonalat glikogéngenezisnek nevezik, és ehhez a glikogén szintáz enzim, az ATP és az UTP részvétele szükséges. Az út a glükóz foszforilezésével kezdődik glükóz-6-foszfáttá, majd glükóz-1-foszfáttá. A következő lépés egy UDP hozzáadása, amely UDP-glükózt és szervetlen foszfátot eredményez.

Az UDP-glükóz molekula hozzáadja a glükóz láncot egy alfa 1-4 kötésen keresztül, felszabadítva az UDP nukleotidot. Abban az esetben, ha ágak fordulnak elő, ezeket alfa 1-6 kötések képezik.

Az aminosavak szintézise

Az aminosavak olyan egységek, amelyek fehérjéket alkotnak. A természetben 20 típus létezik, amelyek mindegyike egyedi fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek meghatározzák a fehérje végső tulajdonságait.

Nem minden szervezet képes szintetizálni mind a 20 típust. Például az emberek csak 11-et szintetizálhatnak, a fennmaradó 9-et be kell építeni az étrendbe.

Minden aminosavnak megvan a maga útja. Ugyanakkor prekurzor molekulákból származnak, mint például alfa-ketoglutarát, oxaloacetát, 3-foszfo-glicerát, piruvát.

Az anabolizmus szabályozása

Mint korábban említettük, az anyagcserét hormonoknak nevezett anyagok szabályozzák, amelyeket speciális szövetek választanak ki, akár mirigyek, akár hámok. Ezek hírvivőként működnek, és kémiai jellege meglehetősen heterogén.

Például az inzulin egy hormon, amelyet a hasnyálmirigy választ ki, és jelentős hatással van az anyagcserére. Magas szénhidráttartalmú étkezés után az inzulin stimulálja az anabolikus útvonalakat.

Így a hormon felelős azoknak a folyamatoknak a aktiválásáért, amelyek lehetővé teszik a tároló anyagok, például a zsírok vagy a glikogén szintézisét.

Vannak olyan életszakok, amikor az anabolikus folyamatok dominálnak, például gyermekkori, serdülőkori, terhesség alatt vagy izmok növekedésére összpontosító edzés során.

Különbségek a katabolizmusban

Az összes kémiai folyamatot és reakciót, amely a testünkben - különösképpen a sejtjeinkben - zajlik, világszerte metabolizmusnak nevezzük. Növekedhetünk, fejlődhetünk, reprodukálhatjuk és fenntarthatjuk a testhőt ennek a rendkívül ellenőrzött eseménysorozatnak köszönhetően.

Szintézis és lebomlás

A metabolizmus magában foglalja a biomolekulák (fehérjék, szénhidrátok, lipidek vagy zsírok és nukleinsavak) felhasználását az élő rendszer összes alapvető reakciójának fenntartására.

Ezeknek a molekuláknak a megszerzése az élelmezésből származik, amelyet minden nap eszünk, és testünk az emésztési folyamat során képes kisebb részekre bontani őket.

Például a fehérjéket (amelyek például húsból vagy tojásból származhatnak) fő alkotóelemeikre bontják: aminosavakra. Ugyanebben a módon a szénhidrátokat kisebb cukor-egységekké, általában glükózzal dolgozhatjuk fel, amely a testünk által leginkább használt szénhidrátok.

A testünk képes felhasználni ezeket a kis egységeket - többek között aminosavakat, cukrokat, zsírsavakat - új nagyobb molekulák építéséhez a testünknek megfelelő konfigurációban.

A szétesés és az energiaszerzés folyamatát katabolizmusnak nevezik, míg új, összetettebb molekulák képződését anabolizmusnak nevezik. Tehát a szintézis folyamatok az anabolizmushoz, a lebontási folyamatok pedig a katabolizmushoz kapcsolódnak.

Mnemonikus szabályként a "c" -et használhatjuk a katabolizmus szóban, és összekapcsolhatjuk a "vágott" szóval.

Energiafelhasználás

Az anabolikus folyamatok energiát igényelnek, míg a lebontási folyamatok ezt az energiát állítják elő, főleg ATP formájában - amelyet a sejt energiadevizájának hívnak.

Ez az energia katabolikus folyamatokból származik. Képzeljük el, hogy van egy pakli kártyánk, ha mindegyik kártyát szépen összerakjuk, és a földre dobjuk, akkor ezt spontán módon teszik (analóg a katabolizmussal).

Abban az esetben azonban, ha újra meg akarjuk rendelni őket, energiát kell felvinni a rendszerre, és össze kell gyűjteni a földről (analóg az anabolizmussal).

Bizonyos esetekben a katabolikus folyamatoknak "energia befecskendezésére" van szükségük a folyamat megkezdéséhez. Például a glikolízis vagy a glikolízis a glükóz lebontása. Ez az út két ATP molekulát igényel az induláshoz.

Egyensúly az anabolizmus és a katabolizmus között

Az egészséges és megfelelő anyagcsere fenntartásához szükséges, hogy egyensúly álljon fenn az anabolizmus és a katabolizmus folyamata között. Abban az esetben, ha az anabolizmus folyamata meghaladja a katabolizmus folyamatait, akkor a szintézis események dominálnak. Ezzel szemben, amikor a test a szükségesnél több energiát vesz fel, a katabolikus útvonalak dominálnak.

Amikor a test hátrányokat tapasztal, betegségnek vagy hosszan tartó böjt periódusnak számít, az anyagcsere a degradációs útvonalakra összpontosít és katabolikus állapotba kerül.

Forrás: Alejandro Porto, a Wikimedia Commonsból

Irodalom

1. Chan, YK, Ng, KP és Sim, DSM (szerk.). (2015). Az akut ellátás farmakológiai alapjai. Springer Nemzetközi Kiadó.
2. Curtis, H. és Barnes, NS (1994). Meghívás a biológiára. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… és Matsudaira, P. (2008). Molekuláris sejtbiológia. Macmillan.
4. Ronzio, RA (2003). A táplálkozás és a jó egészség enciklopédia. Infobase Publishing.
5. Voet, D., Voet, J., és Pratt, CW (2007). A biokémia alapjai: Az élet molekuláris szinten. Panamerican Medical Ed.