Katabolismi funktsioonid, kataboolsed protsessid, erinevused anabolismiga



The katabolism hõlmab kõiki aine organismis lagunemise reaktsioone. Lisaks biomolekulide komponentide "lagunemisele" oma väiksemates üksustes tekitavad kataboolsed reaktsioonid energiat, peamiselt ATP vormis..

Kataboolsed viisid on vastutavad toidust pärinevate molekulide lagundamise eest: süsivesikud, valgud ja lipiidid. Protsessi käigus vabastatakse võlakirjades sisalduv keemiline energia, et seda saaks kasutada rakulistes tegevustes, mis seda nõuavad.

Mõned tuntud kataboolsete radade näited on: Krebsi tsükkel, rasvhapete beetaoksüdatsioon, glükolüüs ja oksüdatiivne fosforüülimine.

Katabolismi poolt toodetud lihtsad molekulid kasutavad rakku vajalike elementide ehitamiseks, kasutades samas samas protsessis pakutavat energiat. See sünteesi rada on katabolismi antagonist ja seda nimetatakse anabolismiks.

Organismi metabolism hõlmab nii sünteesi- kui ka lagunemisreaktsioone, mis esinevad samaaegselt ja rakus kontrollitud.

Indeks

  • 1 Funktsioonid
  • 2 Kataboolsed protsessid
    • 2.1 Uurea tsükkel
    • 2.2 Krebsi tsükkel või sidrunhappe tsükkel
    • 2.3 Glikolüüs
    • 2.4 Oksüdatiivne fosforüülimine
    • 2.5 rasvhapete β-oksüdatsioon         
  • 3 Katabolismi reguleerimine
    • 3.1 Kortisool
    • 3.2 Insuliin
  • 4 Erinevused anabolismiga
    • 4.1 Molekulide süntees ja lagunemine
    • 4.2 Energia kasutamine
  • 5 Viited

Funktsioonid

Katabolismi peamine eesmärk on oksüdeerida toitained, mida keha kasutab "kütusena", mida nimetatakse süsivesikuteks, valkudeks ja rasvadeks. Nende biomolekulide lagunemine tekitab energiat ja jäätmeid, peamiselt süsinikdioksiidi ja vett.

Katabolismis osalevad mitmed ensüümid, mis on valgud, mis kiirendavad rakus esinevate keemiliste reaktsioonide kiirust..

Kütusained on toidud, mida me iga päev tarbime. Meie toit sisaldab valke, süsivesikuid ja rasvu, mida lagundavad kataboolsed radad. Keha kasutab eelistatavalt rasvu ja süsivesikuid, kuigi vähesuse korral võib see kasutada valkude lagunemist..

Katabolismiga ekstraheeritud energia sisaldub nimetatud biomolekulide keemilistes sidemetes.

Kui me tarbime toitu, närime seda, et oleks lihtsam seedida. See protsess on analoogne katabolismiga, kus keha vastutab osakeste "seedimise" eest mikroskoopilisel tasemel, et neid saaks kasutada sünteetiliste või anaboolsete liinide abil..

Kataboolsed protsessid

Marsruutide või kataboolsete radade hulka kuuluvad kõik ainete lagunemise protsessid. Me võime protsessi kolm etappi eristada:

- Rakus leiduvad erinevad biomolekulid (süsivesikud, rasvad ja valgud) lagunevad nende põhilistes ühikutes (vastavalt suhkrud, rasvhapped ja aminohapped)..

- I etapi tooted lähevad lihtsamatele koostisosadele, mis lähenevad tavalisele vaheühendile, mida nimetatakse atsetüül-CoA-ks.

- Lõpuks siseneb see ühend Krebsi tsüklisse, kus ta jätkab oksüdeerumist süsinikdioksiidi ja vee molekulide saamiseks - lõplikud molekulid, mis on saadud mis tahes kataboolses reaktsioonis..

Kõige olulisemate hulka kuuluvad uurea tsükkel, Krebsi tsükkel, glükolüüs, oksüdatiivne fosforüülimine ja rasvhapete beetaoksüdatsioon. Järgnevalt kirjeldame kõiki nimetatud marsruute:

Uurea tsükkel

Uurea tsükkel on kataboolne rada, mis esineb mitokondrites ja maksa rakkude tsütosoolis. Ta vastutab valgu derivaatide töötlemise eest ja selle lõpptoode on uurea.

Tsükkel algab esimese aminorühma kandmisest mitokondrite maatriksist, kuid võib ka siseneda maksa kaudu soolestikus.

Esimene reaktsioon hõlmab ATP, bikarbonaadi ioonide (HCO) läbimist.3-) ja ammoonium (NH4+) karbomoüülfosfaadis, ADP ja Pi. Teine etapp on karbomoüülfosfaadi ja ornitiini seondumine tsitrulliini ja P molekuli saamiseksi. Need reaktsioonid esinevad mitokondriaalses maatriksis.

Tsükool jätkub tsütosoolis, kus tsitrulliin ja aspartaat kondenseeritakse koos ATP-ga argininosuktsinaadi, AMP ja PP saamiseks.i. Argininosuktsinaat liigub arginiinile ja fumaraadile. Aminohape arginiin ühendab veega, et saada ornitiin ja lõpuks karbamiid.

See tsükkel on omavahel seotud Krebsi tsükliga, sest metaboliid fumaraat osaleb mõlemas metaboolses rada. Siiski toimib iga tsükkel iseseisvalt.

Sellega seotud kliinilised patalogías takistavad patsiendil võtta valke sisaldavat dieeti.

Krebsi tsükkel või sidrunhappe tsükkel

Krebsi tsükkel on rada, mis osaleb kõikide organismide rakulises hingamises. Ruumiliselt toimub see eukarüootsete organismide mitokondrites.

Tsükli eelkäijaks on molekul, mida nimetatakse atsetüülkoensüümiks A, mis on kondenseerunud oksaloatsetaadi molekuliga. See liit tekitab kuue süsiniku ühendi. Iga revolutsiooni puhul annab tsükkel kaks süsinikdioksiidi molekuli ja ühe oksaloatsetaadi molekuli.

Tsükkel algab isomerisatsioonireaktsiooniga, mida katalüüsib akonitaas, kus tsitraat läbib cis-akoniidi ja vee. Samamoodi katalüüsib akonitaas cis-akoniidi läbimist isotsitraadiks.

Isotsütraat oksüdeeritakse oksotsuktsinaadiks isotsitraadi dehüdrogenaasi abil. See molekul dekarboksüülitakse alfa-ketoglutaraadis sama ensüümi abil, isotsitraat dehüdrogenaas. Alfa-ketoglutaraat liigub suktsinüül-CoA-le alfa-ketoglutaraadi dehüdrogenaasi toimel.

Suktsinüül-CoA läheb suktsinaadile, mis oksüdeerub suktsinaadi dehüdrogenaasiga fumaraadiks. Seejärel läbib fumaraat l-malaadi ja lõpuks läbib l-malaat oksalatsetaadi.

Tsüklit võib kokku võtta järgmises võrrandis: Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + SKP + Pi + 2 H2O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH2 + GTP + 2 CO2.

Glikolüüs

Glükolüüs, mida nimetatakse ka glükolüüsiks, on otsustav tee, mis on praktiliselt kõigis elusorganismides, alates mikroskoopilistest bakteritest kuni suurte imetajateni. See tee koosneb 10 ensümaatilisest reaktsioonist, mis lagundavad glükoosi püroveenhappeks.

Protsess algab glükoosimolekuli fosforüülimisest ensüümi heksokinaasiga. Selle sammu idee on "aktiveerida" glükoos ja püüda seda rakus sees, kuna glükoos-6-fosfaadil ei ole transportijat, mille kaudu ta saab põgeneda.

Glükoos-6-fosfaat-isomeraas võtab glükoosi-6-fosfaadi ja korraldab selle fruktoos-6-fosfaadi isomeeris. Kolmas etapp katalüüsib fosfofrukokinaasi ja produkt on fruktoos-1,6-bisfosfaat.

Seejärel lõhustab aldolaas eespool nimetatud ühendi dihüdroksüatsetoonfosfaadis ja glütseraldehüüd-3-fosfaadis. Nende kahe ühendi vahel, mis on katalüüsitud triosfosfaadi isomeraasiga, on tasakaal.

Glütseraldehüüdi-3-fosfaatdehüdrogenaasi ensüüm toodab 1,3-bifosfütseriiti, mis muundatakse fosforlütseraadi kinaasi järgmises etapis 3-fosfoglütseraadiks. Fosforlütseraadi mutaas muudab süsiniku positsiooni ja annab 2-fosfoglütseraadi.

Enolaas võtab selle viimase metaboliidi ja muundab selle fosfoenolpüruvaadiks. Raja viimane etapp katalüüsitakse püruvaadi kinaasi poolt ja lõpp-produkt on püruvaat.

Oksüdatiivne fosforüülimine

Oksüdatiivne fosforüülimine on ATP moodustumise protsess tänu elektronide ülekandmisele NADH-st või FADH-st2 kuni hapnikuni ja on rakulise hingamise protsesside viimane etapp. See esineb mitokondrites ja on peamine ATP molekulide allikas aeroobse hingamisega organismides.

Selle tähtsus on vaieldamatu, kuna 30 30 ATP molekulist, mis tekivad glükoosi täieliku oksüdeerumise produktiks veeks ja süsinikdioksiidiks, tekivad oksüdatiivse fosforüülimise teel..

Kontseptuaalselt ühendab oksüdatiivne fosforüülimine ATP oksüdatsiooni ja sünteesi protoonide vooluga läbi membraanisüsteemi.

Seega NADH või FADH2 erinevatel marsruutidel tekkinud hapniku vähendamiseks kasutatakse glükolüüsi või rasvhapete oksüdeerimist ja protsessi käigus tekkinud vaba energiat kasutatakse ATP sünteesiks..

rasvhapete β-oksüdatsioon         

Oxid-oksüdatsioon on reaktsioonide kogum, mis võimaldab rasvhapete oksüdeerumist suure energia koguse saamiseks.

Protsess hõlmab rasvhappe piirkondade perioodilist vabastamist kahest süsinikuaatomist ühe reaktsiooni kohta, kuni see lagundab rasvhappe täielikult. Lõppsaadus on atsetüül-CoA-molekulid, mis võivad siseneda Krebsi tsüklisse, et täielikult oksüdeerida.

Enne oksüdeerimist peab rasvhape aktiveeruma, kui see seondub koensüümiga A. Karnitiini transporter vastutab molekulide ümberpaigutamise eest mitokondrite maatriksisse..

Pärast neid eelmisi samme algab β-oksüdatsioon ise oksüdatsiooni, hüdratatsiooni, NAD-i oksüdatsiooni protsessidega+ ja tiolüüs.

Katabolismi reguleerimine

Peab olema mitmeid protsesse, mis reguleerivad erinevaid ensümaatilisi reaktsioone, kuna need ei suuda oma maksimaalsel kiirusel kogu aeg töötada. Seega reguleeritakse ainevahetuse radasid mitmete tegurite abil, mis hõlmavad hormone, neuronaalseid kontrolle, substraadi kättesaadavust ja ensümaatilist modifikatsiooni..

Igal marsruudil peab olema vähemalt üks pöördumatu reaktsioon (see tähendab üks ühes suunas) ja suunab kogu tee kiirust. See võimaldab reaktsioonidel töötada raku poolt nõutud kiirusel ja takistada sünteesi ja lagunemise radade töötamist samal ajal.

Hormoonid on eriti olulised ained, mis toimivad keemiliste sõnumitoojana. Need sünteesitakse erinevates endokriinsetes näärmetes ja vabastatakse vereringesse toimimiseks. Mõned näited on:

Kortisool

Kortisool toimib, vähendades sünteesiprotsesse ja suurendades lihaste kataboolseid radu. See toime ilmneb aminohapete vabanemisega vereringesse.

Insuliin

Seevastu on olemas hormoone, millel on vastupidine mõju ja mis vähendavad katabolismi. Insuliin vastutab valkude sünteesi suurendamise eest ja samal ajal vähendab nende katabolismi. Sellisel juhul suureneb proteolüüs, mis hõlbustab aminohapete väljumist lihasesse.

Erinevused anabolismiga

Anabolism ja katabolism on antagonistlikud protsessid, mis hõlmavad organismis esinevaid metaboolseid reaktsioone.

Mõlemad protsessid nõuavad mitmesuguseid ensüümide poolt katalüüsitud keemilisi reaktsioone, mis on range hormonaalse kontrolli all, mis on võimelised teatud reaktsioone vallandama või aeglustama. Need erinevad siiski järgmiste põhiaspektide poolest:

Molekulide süntees ja lagunemine

Anabolism hõlmab sünteesireaktsioone, samas kui katabolism vastutab molekulide lagunemise eest. Kuigi need protsessid on vastupidised, on need seotud ainevahetuse õrna tasakaaluga.

On öeldud, et anabolism on erinev protsess, kuna see võtab lihtsaid ühendeid ja muudab need suuremateks ühenditeks. Vastupidiselt katabolismile, mis liigitatakse ühtlaseks protsessiks, saades väikestest molekulidest nagu süsinikdioksiid, ammoniaak ja vesi suurtest molekulidest.

Erinevad kataboolsed radad võtavad toiduaineid moodustavaid makromolekule ja vähendavad selle väiksemateks koostisosadeks. Anaboolsed marsruudid on seevastu võimelised neid üksusi võtma ja ehitama uuesti keerukamaid molekule.

Teisisõnu, keha peab "muutma nende elementide konfiguratsiooni", mis moodustavad vajalikke toiduaineid.

Protsess on analoogne populaarse legos mänguga, kus peamised koostisosad võivad moodustada erinevaid struktuure paljude ruumiliste korraldustega..

Energia kasutamine

Katabolism vastutab toidu keemilistes sidemetes sisalduva energia eraldamise eest, seega on selle peamine eesmärk energia tootmine. See lagunemine toimub enamasti oksüdatiivsete reaktsioonidega.

Siiski ei ole kummaline, et kataboolsed marsruudid nõuavad energia lisamist oma algsetes etappides, nagu nägime glükolüütilises rajal, mis nõuab ATP molekulide inversiooni.

Teisest küljest vastutab anaboolsus katabolismis toodetud vaba energia lisamise eest, et saavutada huvipakkuvate ühendite kokkupanek. Nii anaboolsus kui ka katabolism toimuvad rakus pidevalt ja samaaegselt.

Üldiselt on ATP molekul, mida kasutatakse energia ülekandmiseks. See võib levida piirkondadesse, kus see on vajalik ja hüdrolüüsides molekulis sisalduv keemiline energia vabaneb. Samamoodi saab energiat transportida vesiniku aatomitena või elektronidena.

Neid molekule nimetatakse koensüümideks ja nende hulka kuuluvad NADP, NADPH ja FMNH2. Nad toimivad redutseerimisreaktsioonidega. Lisaks saavad nad vähendada vähendatud võimsust ATP-s.

Viited

  1. Chan, Y. K., Ng, K. P. & Sim, D. S. M. (toim.). (2015). Akuutse ravi farmakoloogiline alus. Springer International Publishing.
  2. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Kutse bioloogiasse. Macmillan.
  3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Molekulaarrakkude bioloogia. Macmillan.
  4. Ronzio, R. A. (2003). Toitumise ja hea tervise entsüklopeedia. Infobase Publishing.
  5. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. W. (2007). Biokeemia alused: elu molekulaarsel tasandil. Ed. Panamericana Medical.