Функции на катаболизма, катаболни процеси, различия с анаболизма



на катаболизъм обхваща всички реакции на разграждане на веществата в организма. В допълнение към "разпадането" на компонентите на биомолекулите в по-малките им единици, катаболните реакции произвеждат енергия, главно под формата на АТФ..

Катаболните пътища са отговорни за разграждането на молекулите, които идват от храната: въглехидрати, протеини и липиди. По време на процеса химическата енергия, съдържаща се в връзките, се освобождава, за да се използва в клетъчни дейности, които изискват това.

Някои примери за добре познати катаболични пътища са: цикълът на Кребс, бета окисление на мастни киселини, гликолиза и оксидативно фосфорилиране.

Простите молекули, произведени чрез катаболизъм, се използват от клетката за изграждане на необходимите елементи, като се използва и енергията, осигурена от същия процес. Този път на синтез е антагонист на катаболизма и се нарича анаболизъм.

Метаболизмът на организма включва както реакции на синтез, така и реакции на разграждане, които се случват едновременно и се контролират в клетката.

индекс

  • 1 Функции
  • 2 Катаболни процеси
    • 2.1 Цикъл на урея
    • 2.2 Цикъл на Кребс или цикъл на лимонена киселина
    • 2.3 Гликолиза
    • 2.4 Окислително фосфорилиране
    • 2.5 β-окисление на мастни киселини         
  • 3 Регулиране на катаболизма
    • 3.1. Кортизол
    • 3.2 Инсулин
  • 4 Различия с анаболизма
    • 4.1 Синтез и разграждане на молекули
    • 4.2 Използване на енергия
  • 5 Препратки

функции

Основната цел на катаболизма е окисляването на хранителните вещества, които тялото използва като "гориво", наречено въглехидрати, протеини и мазнини. Разграждането на тези биомолекули генерира енергия и отпадъчни продукти, главно въглероден диоксид и вода.

Серия от ензими участват в катаболизма, който е протеин, отговорен за ускоряване на скоростта на химичните реакции, които се случват в клетката..

Горивните вещества са храните, които консумираме ежедневно. Нашата диета се състои от протеини, въглехидрати и мазнини, които се разграждат от катаболни пътища. Тялото използва мазнини и въглехидрати преференциално, въпреки че в ситуации на недостиг може да прибегне до деградация на протеини..

Енергията, извлечена от катаболизма, се съдържа в химичните връзки на споменатите биомолекули.

Когато консумираме каквато и да е храна, ние я дъвчем, за да стане по-лесно храносмилане. Този процес е аналогичен на катаболизма, където тялото е отговорно за "усвояването" на частиците на микроскопично ниво, така че те могат да бъдат използвани от синтетични или анаболни пътища..

Катаболни процеси

Пътищата или катаболните пътища включват всички процеси на разграждане на веществата. Можем да разграничим три етапа в процеса:

- Различните биомолекули, открити в клетката (въглехидрати, мазнини и протеини), се разграждат в основните единици, които ги съставляват (захари, мастни киселини и аминокиселини, съответно).

- Продуктите от етап I преминават в по-прости съставки, които се сближават в общото междинно съединение, наречено ацетил-CoA.

- И накрая, това съединение влиза в цикъла на Кребс, където продължава своето окисление, за да се получат молекули от въглероден диоксид и вода - крайните молекули, получени при всяка катаболична реакция.

Сред най-изявените са цикъла на урея, цикъла на Кребс, гликолизата, окислителното фосфорилиране и бета окислението на мастни киселини. След това ще опишем всеки един от посочените маршрути:

Цикълът на урея

Цикълът на урея е катаболен път, който се среща в митохондриите и в цитозола на чернодробните клетки. Той е отговорен за обработката на протеинови производни и крайният продукт от него е карбамид.

Цикълът започва с влизането на първата аминогрупа от матрицата на митохондриите, но може да влезе и в черния дроб през червата..

Първата реакция включва преминаването на АТР, бикарбонатни йони (HCO)3-) и амоний (NH4+) в карбомоил фосфат, ADP и Раз. Втората стъпка е свързването на карбомоил фосфат и орнитин за получаване на молекула цитрулин и Раз. Тези реакции се появяват в митохондриалната матрица.

Цикълът продължава в цитозола, където цитрулин и аспартат се кондензират заедно с АТФ, за да се генерират аргининосукцинат, АМР и РРаз. Аргининосукцинатът преминава в аргинин и фумарат. Аминокиселината аргинин се комбинира с вода, за да се получи орнитин и накрая урея.

Този цикъл е свързан с цикъла на Кребс, тъй като метаболитът фумарат участва в двата метаболитни пътя. Все пак всеки цикъл действа независимо.

Клиничният patalogías, свързан с този път, пречи на пациента да приема диета, богата на протеини.

Цикълът на Кребс или цикъла на лимонената киселина

Цикълът на Кребс е път, който участва в клетъчното дишане на всички организми. Пространствено се среща в митохондриите на еукариотните организми.

Прекурсорът на цикъла е молекула, наречена ацетил коензим А, която се кондензира с молекула оксалоацетат. Този съюз генерира съединение от шест въглерода. При всяка революция, цикълът дава две молекули въглероден диоксид и една молекула оксалоацетат.

Цикълът започва с реакция на изомеризация, катализирана от аконитаза, където цитратът преминава в цис-аконит и вода. По подобен начин, аконитазата катализира преминаването на цис-аконит в изоцитрат.

Изоцитратът се окислява до оксалосукцинат чрез изоцитратна дехидрогеназа. Тази молекула се декарбоксилира в алфа-кетоглутарат със същия ензим, изоцитрат дехидрогеназа. Алфа-кетоглутаратът преминава към сукцинил-CoA чрез действието на алфа-кетоглутаратдехидрогеназа.

Succinyl-CoA преминава в сукцинат, който се окислява до фумарат чрез сукцинат дехидрогеназа. Впоследствие фумарат преминава към l-малат и накрая 1-малат преминава в оксалацетат.

Цикълът може да бъде обобщен в следното уравнение: Ацетил-СоА + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2О → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH2 + GTP + 2 CO2.

гликолиза

Гликолизата, наричана още гликолиза, е решаващ път, който присъства практически във всички живи организми, от микроскопични бактерии до големи бозайници. Пътят се състои от 10 ензимни реакции, които разграждат глюкозата до пирувинова киселина.

Процесът започва с фосфорилиране на глюкозната молекула от ензима хексокиназа. Идеята на тази стъпка е да "активира" глюкозата и да я улови във вътрешността на клетката, тъй като глюкозо-6-фосфатът няма транспортер, чрез който може да избяга..

Глюкозо-6-фосфат изомеразата приема глюкозо-6-фосфата и я пренарежда в своя фруктозо-6-фосфатен изомер. Третата стъпка се катализира от фосфофруктокиназа и продуктът е фруктозо-1,6-бисфосфат.

След това, алдолазата разцепва горното съединение в дихидроксиацетон фосфат и глицералдехид-3-фосфат. Съществува баланс между тези две съединения, катализирани от триосфосфат изомеразата.

Ензимът глицералдехид-3-фосфат дехидрогеназа произвежда 1,3-бифосфоглицерат, който се превръща в 3-фосфоглицерат в следващия етап с фосфоглицерат киназа. Фосфоглицератната мутаза променя позицията на въглерода и дава 2-фосфоглицерат.

Енолаза взема този последен метаболит и го превръща в фосфоенолпируват. Последният етап на пътя се катализира от пируват киназа и крайният продукт е пируват.

Окислително фосфорилиране

Окислителното фосфорилиране е процес на образуване на АТР благодарение на пренасянето на електрони от NADH или FADH2 до кислород и е последната стъпка на клетъчните дихателни процеси. Той се среща в митохондриите и е основният източник на АТР молекули в организмите с аеробно дишане.

Неговото значение е неоспоримо, тъй като 26 от 30 молекули АТР, които се генерират като продукт на пълното окисление на глюкоза във вода и въглероден диоксид се получават чрез окислително фосфорилиране.

Концептуално, окислителното фосфорилиране свързва окислението и синтеза на АТР с поток от протони през мембранната система.

Така NADH или FADH2 генерирани по различни начини, се използва гликолиза или окисляване на мастни киселини за намаляване на кислорода и свободната енергия, получена в процеса, се използва за синтеза на АТР.

β-окисление на мастни киселини         

Oxid-окислението е набор от реакции, които позволяват окисляването на мастни киселини да произвеждат големи количества енергия.

Процесът включва периодично освобождаване на области на мастни киселини от два въглеродни атома на реакция, докато напълно разгради мастната киселина. Крайният продукт са ацетил-CoA молекули, които могат да влязат в цикъла на Кребс, за да се окислят напълно.

Преди окисляване, мастната киселина трябва да се активира, когато се свързва с коензим А. Транспортерът на карнитин е отговорен за преместването на молекулите в матрицата на митохондриите..

След тези предишни стъпки, самият β-окисление започва с процесите на окисление, хидратация, окисление от NAD+ и тиолизата.

Регулиране на катаболизма

Трябва да има серия от процеси, които регулират различните ензимни реакции, тъй като те не могат да работят през цялото време при максималната си скорост. По този начин, пътищата на метаболизма се регулират от редица фактори, които включват хормони, невронални контроли, наличност на субстрат и ензимна модификация..

Във всеки маршрут трябва да има поне една необратима реакция (т.е. една в една посока), която насочва скоростта на целия път. Това позволява на реакциите да работят със скоростта, изисквана от клетката, и да предотвратят едновременното функциониране на пътищата на синтез и разграждане..

Хормоните са особено важни вещества, които действат като химически пратеници. Те се синтезират в различни ендокринни жлези и се освобождават в кръвния поток, за да действат. Някои примери са:

кортизол

Кортизолът действа чрез намаляване на синтезните процеси и увеличаване на катаболитните пътища в мускула. Този ефект се проявява чрез освобождаване на аминокиселини в кръвния поток.

инсулин

Обратно, има хормони, които имат обратен ефект и намаляват катаболизма. Инсулинът е отговорен за увеличаване на синтеза на протеини и в същото време намалява катаболизма на тях. В този случай протеолизата се увеличава, което улеснява излизането на аминокиселини в мускула.

Различия с анаболизма

Анаболизмът и катаболизмът са антагонистични процеси, които включват съвкупността от метаболитни реакции, които се срещат в организма.

И двата процеса изискват многобройни химични реакции, катализирани от ензими и са под строг хормонален контрол, способен да задейства или забави някои реакции. Те обаче се различават по следните основни аспекти:

Синтез и разграждане на молекули

Анаболизмът включва реакциите на синтез, докато катаболизмът е отговорен за разграждането на молекулите. Въпреки че тези процеси са обратни, те са свързани в деликатния баланс на метаболизма.

Казва се, че анаболизмът е противоречив процес, тъй като взема прости съединения и ги превръща в по-големи съединения. За разлика от катаболизма, който е класифициран като конвергентна процедура, чрез получаване на малки молекули, като въглероден диоксид, амоняк и вода, от големи молекули.

Различните катаболични пътеки вземат макромолекулите, които образуват храната и я свеждат до по-малките си съставки. От друга страна, анаболните пътища са в състояние да вземат тези единици и да изградят отново по-сложни молекули.

С други думи, тялото трябва да "промени конфигурацията" на елементите, които съставляват храната, която ще се използва в процесите, които изискват.

Процесът е аналогичен на популярната игра на лего, където основните съставки могат да образуват различни структури с голямо разнообразие от пространствени условия..

Използване на енергия

Катаболизмът е отговорен за извличането на енергията, съдържаща се в химическите връзки на храната, така че основната му цел е генерирането на енергия. Това разграждане се наблюдава в повечето случаи от окислителни реакции.

Въпреки това не е странно, че катаболните маршрути изискват добавяне на енергия в техните начални стъпки, както видяхме в гликолитичния път, който изисква инверсия на молекулите АТР..

От друга страна, анаболизмът е отговорен за добавяне на свободната енергия, произведена в катаболизма, за постигане на сглобяването на съединенията, които представляват интерес. Анаболизмът и катаболизмът се случват постоянно и едновременно в клетката.

Като цяло, АТР е молекулата, използвана за пренос на енергия. Това може да се разпространи в зоните, където е необходимо, и когато се хидролизира, химичната енергия, съдържаща се в молекулата, се освобождава. По същия начин енергията може да се транспортира като водородни атоми или електрони.

Тези молекули се наричат ​​коензими и включват NADP, NADPH и FMNH2. Те действат чрез реакции на редукция. Освен това те могат да прехвърлят редуциращия капацитет в АТФ.

препратки

  1. Chan, Y. K., Ng, К. P., & Sim, D. S. M. (ред.). (2015). Фармакологична основа на острата грижа. Springer International Publishing.
  2. Curtis, H., & Barnes, N.S. (1994). Покана за биология. Macmillan.
  3. Lodish, Н., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Молекулярна клетъчна биология. Macmillan.
  4. Ronzio, R. A. (2003). Енциклопедията на храненето и доброто здраве. Издаване на Infobase.
  5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, C.W. (2007). Основи на биохимията: Живот на молекулярно ниво. Ed. Panamericana Medical.