Katabolisma funkcijas, kataboliskie procesi, atšķirības ar anabolismu



The katabolisms aptver visas vielas noārdīšanās reakcijas organismā. Kataboliskās reakcijas papildus biomolekulu sastāvdaļām „mazinās” mazākās vienībās rada enerģiju, galvenokārt ATP formā..

Kataboliskie ceļi ir atbildīgi par pārtikas produktu, piemēram, ogļhidrātu, olbaltumvielu un lipīdu, noārdīšanu. Procesa laikā obligācijās esošā ķīmiskā enerģija tiek izlaista, lai to izmantotu šūnu aktivitātēs, kas to prasa.

Daži pazīstamu katabolisko ceļu piemēri ir: Krebsa cikls, taukskābju beta oksidācija, glikolīze un oksidatīvā fosforilācija..

Katabolisma radītās vienkāršās molekulas šūnas izmanto, lai izveidotu nepieciešamos elementus, arī izmantojot tajā pašā procesā iegūto enerģiju. Šis sintēzes ceļš ir katabolisma antagonists, un to sauc par anabolismu.

Organisma metabolisms ietver gan sintēzes, gan sadalīšanās reakcijas, kas notiek vienlaicīgi un kontrolē šūnā.

Indekss

  • 1 Funkcijas
  • 2 Kataboliskie procesi
    • 2.1. Urīnvielas cikls
    • 2.2 Krebsa cikls vai citronskābes cikls
    • 2.3. Glikolīze
    • 2.4 Oksidatīvā fosforilācija
    • 2.5. Taukskābju β-oksidēšana         
  • 3 Katabolisma regulēšana
    • 3.1. Kortizols
    • 3.2 Insulīns
  • 4 Atšķirības ar anabolismu
    • 4.1. Molekulu sintēze un noārdīšanās
    • 4.2 Enerģijas izmantošana
  • 5 Atsauces

Funkcijas

Katabolismam ir galvenais mērķis - oksidēt barības vielas, ko organisms izmanto kā "degvielu", ko sauc par ogļhidrātiem, proteīniem un taukiem. Šo biomolekulu degradācija rada enerģiju un atkritumus, galvenokārt oglekļa dioksīdu un ūdeni.

Katabolismā piedalās virkne fermentu, kas ir proteīni, kas ir atbildīgi par šūnā notiekošo ķīmisko reakciju ātruma paātrināšanu..

Degvielas vielas ir pārtikas produkti, ko mēs patērējam katru dienu. Mūsu uzturs sastāv no olbaltumvielām, ogļhidrātiem un taukiem, kurus degradē kataboliskie ceļi. Ķermenis parasti izmanto taukus un ogļhidrātus, lai gan nepietiekamās situācijās tas var izmantot proteīnu noārdīšanos..

Enerģiju, kas iegūta ar katabolismu, satur minēto biomolekulu ķīmiskās saites.

Kad mēs patērējam kādu pārtiku, mēs to sakošļojam, lai būtu vieglāk sagremot. Šis process ir analogs katabolismam, kur ķermenis ir atbildīgs par daļiņu "sagremošanu" mikroskopiskā līmenī, lai tos varētu izmantot ar sintētiskiem vai anaboliskiem ceļiem..

Kataboliskie procesi

Maršruti vai kataboliskie ceļi ietver visus vielu noārdīšanās procesus. Mēs varam atšķirt trīs procesa posmus:

- Dažādās šūnā atrastās biomolekulas (ogļhidrāti, tauki un olbaltumvielas) tiek sadalītas pamatvienībās, kas tās veido (attiecīgi cukuri, taukskābes un aminoskābes).

- I posma produkti pāriet uz vienkāršākiem komponentiem, kas saplūst ar kopējo starpproduktu, ko sauc par acetil-CoA.

- Visbeidzot, šis savienojums nonāk Krebsa ciklā, kur tas turpina oksidēties, lai iegūtu oglekļa dioksīda un ūdens molekulas - galīgās molekulas, kas iegūtas kataboliskā reakcijā..

Viens no svarīgākajiem ir urīnvielas cikls, Krebsa cikls, glikolīze, oksidatīvā fosforilācija un taukskābju beta oksidācija. Tālāk mēs aprakstīsim katru no minētajiem maršrutiem:

Urīnvielas cikls

Urīnvielas cikls ir katabolisks ceļš, kas notiek mitohondrijās un aknu šūnu citozolā. Tā ir atbildīga par olbaltumvielu atvasinājumu apstrādi un galaprodukts ir urīnviela.

Cikls sākas ar pirmās aminogrupas ievadīšanu no mitohondriju matricas, bet var arī iekļūt aknās caur zarnu..

Pirmā reakcija ir saistīta ar ATP, bikarbonāta jonu (HCO) \ t3-) un amonija (NH4+) karbomoilfosfātā, ADP un Pi. Otrais solis ir karbomoilfosfāta un ornitīna saistīšanās, lai iegūtu citrulīna un P molekului. Šīs reakcijas rodas mitohondriju matricā.

Ciklā turpinās citozols, kur citrulīns un aspartāts tiek kondensēti kopā ar ATP, lai radītu argininosukcinātu, AMP un PP.i. Ar argininosukcinātu nonāk arginīnam un fumarātam. Aminoskābes arginīns apvieno ar ūdeni, lai iegūtu ornitīnu un, visbeidzot, urīnvielu.

Šis cikls ir saistīts ar Krebsa ciklu, jo metabolīta fumarāts piedalās abos metabolisma ceļos. Tomēr katrs cikls darbojas neatkarīgi.

Ar šo ceļu saistītās klīniskās patalogijas neļauj pacientam lietot diētu ar proteīniem.

Krebsa cikls vai citronskābes cikls

Krebsa cikls ir ceļš, kas piedalās visu organismu šūnu elpināšanā. Telpiski tas notiek eukariotu organismu mitohondrijās.

Cikla prekursors ir molekula, ko sauc par acetilkoenzīma A, kas ir kondensēts ar oksaloacetāta molekulu. Šī savienība ģenerē sešu oglekļa savienojumu. Katrā revolūcijā cikls dod divas oglekļa dioksīda molekulas un vienu oksalacetāta molekulu.

Cikls sākas ar izomerizācijas reakciju, ko katalizē akonitāze, kur citrāts nonāk cis-akonītā un ūdenī. Līdzīgi, aconitāze katalizē cis-akonīta izdalīšanos izocitrātā.

Izocitrāts oksidējas līdz oksalosukcinātam ar izocitrāta dehidrogenāzi. Šī molekula dekarboksilē alfa-ketoglutarātā ar to pašu fermentu, izocitrātu dehidrogenāzi. Alfa-ketoglutarāts nokļūst sukcinil-CoA, izmantojot alfa-ketoglutarāta dehidrogenāzi.

Succinyl-CoA nokļūst sukcinātā, kas oksidējas uz fumarātu ar sukcināta dehidrogenāzi. Pēc tam fumarāts nokļūst l-malātā un beidzot l-malāts nokļūst oksalacetātā.

Ciklu var apkopot šādā vienādojumā: Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + IKP + Pi + 2 H2O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH2 + GTP + 2 CO2.

Glikolīze

Glikolīze, saukta arī par glikolīzi, ir būtisks ceļš, kas praktiski ir visās dzīvajos organismos, sākot no mikroskopiskām baktērijām līdz lieliem zīdītājiem. Maršruts sastāv no 10 fermentatīvām reakcijām, kas noārdās glikozi uz piruvīnskābi.

Process sākas ar glikozes molekulas fosforilēšanu ar fermentu heksokināzi. Šī soļa ideja ir "aktivizēt" glikozi un slazdot to šūnas iekšienē, jo glikozes-6-fosfātam nav pārvadātāja, caur kuru tas var aizbēgt.

Glikozes-6-fosfāta izomerāze aizņem glikozes-6-fosfātu un pārkārto to fruktozes-6-fosfāta izomērā. Trešo soli katalizē fosfofruktokināze, un produkts ir fruktozes-1,6-bisfosfāts.

Tad aldolāze sašķeļ iepriekš minēto savienojumu dihidroksiacetona fosfātā un gliceraldehīda-3-fosfātā. Pastāv līdzsvars starp šiem diviem savienojumiem, ko katalizē triozes fosfāta izomerāze.

Gliceraldehīda-3-fosfāta dehidrogenāzes enzīms ražo 1,3-bifosoglicerātu, kas tiek pārvērsts par 3-fosfoglicerātu nākamajā fāzē ar fosfoglicerāta kināzi. Fosoglicerāta mutāze maina oglekļa pozīciju un dod 2-fosfoglicerātu.

Enolase ņem šo pēdējo metabolītu un pārvērš to par fosoenolpiruvātu. Pēdējo posmu ceļā katalizē piruvāta kināze, un gala produkts ir piruvāts.

Oksidatīvā fosforilācija

Oksidatīvā fosforilācija ir ATP veidošanās process, pateicoties elektronu pārnesei no NADH vai FADH2 līdz skābeklim un ir pēdējais solu elpošanas procesu solis. Tas notiek mitohondrijās un ir galvenais ATP molekulu avots organismos ar aerobo elpošanu.

Tā nozīme ir nenoliedzama, jo 26 no 30 ATP molekulām, kas rodas kā glikozes pilnīgas oksidēšanās produkts uz ūdeni un oglekļa dioksīdu, rodas oksidatīvā fosforilācija..

Konceptuāli oksidatīvā fosforilācija savieno ATP oksidāciju un sintēzi ar protonu plūsmu caur membrānas sistēmu.

Tādējādi NADH vai FADH2 radīts dažādos maršrutos, zvanot glikolīzei vai taukskābju oksidēšanai, lai samazinātu skābekli, un procesā radītā brīvā enerģija tiek izmantota ATP sintēzei..

taukskābju β-oksidēšana         

Oxid-oksidācija ir reakciju kopums, kas ļauj taukskābju oksidēšanos radīt lielu enerģijas daudzumu.

Process ietver taukskābju reģionu periodisku atbrīvošanu no diviem oglekļa atomiem uz reakciju, līdz tas pilnībā noārda taukskābes. Galaprodukts ir acetil-CoA molekulas, kas var nokļūt Krebsa ciklā, lai pilnībā oksidētos.

Pirms oksidēšanās taukskābes ir jāaktivizē, ja tas saistās ar koenzīmu A. Karnitīna transportieris ir atbildīgs par molekulu pārvēršanu mitohondriju matricā..

Pēc šīm iepriekšējām darbībām β-oksidēšanās sākas ar oksidācijas, hidratācijas, NAD oksidācijas procesiem+ un tiolīze.

Katabolisma regulēšana

Ir jābūt virknei procesu, kas regulē dažādas enzīmu reakcijas, jo tās nevar strādāt visu laiku pie maksimālā ātruma. Tādējādi metabolisma ceļus regulē virkne faktoru, kas ietver hormonus, neironu kontroli, substrāta pieejamību un fermentu modifikāciju..

Katrā maršrutā jābūt vismaz vienai neatgriezeniskai reakcijai (tas ir, vienam vienā virzienā), kas novirza visa ceļa ātrumu. Tas ļauj reakcijām strādāt ar šūnu pieprasīto ātrumu un novērst sintēzes un noārdīšanās ceļu darbību vienlaicīgi..

Hormoni ir īpaši svarīgas vielas, kas darbojas kā ķīmiskais kurjers. Tie tiek sintezēti dažādos endokrīnajos dziedzeros un izdalās asinsritē, lai darbotos. Daži piemēri ir:

Kortizols

Kortizols darbojas, samazinot sintēzes procesus un palielinot kataboliskos ceļus muskuļos. Šis efekts rodas, atbrīvojot aminoskābes asinīs.

Insulīns

Turpretī ir hormoni, kuriem ir pretējs efekts un kas samazina katabolismu. Insulīns ir atbildīgs par proteīnu sintēzes palielināšanos un vienlaikus samazina to katabolismu. Šajā gadījumā palielinās proteolīze, kas atvieglo aminoskābju izeju uz muskuļiem.

Atšķirības ar anabolismu

Anabolisms un katabolisms ir antagonistiski procesi, kas ietver organismā notiekošo vielmaiņas reakciju kopumu.

Abiem procesiem ir nepieciešamas vairākas ķīmiskas reakcijas, ko katalizē fermenti, un tām ir stingra hormonālā kontrole, kas spēj izraisīt vai palēnināt noteiktas reakcijas. Tomēr tie atšķiras pēc šādiem pamataspektiem:

Molekulu sintēze un noārdīšanās

Anabolisms ietver sintēzes reakcijas, bet katabolisms ir atbildīgs par molekulu noārdīšanos. Lai gan šie procesi ir apgriezti, tie ir saistīti ar vielmaiņas delikātu līdzsvaru.

Ir teikts, ka anabolisms ir atšķirīgs process, jo tas aizņem vienkāršus savienojumus un pārveido tos par lielākiem savienojumiem. Pretēji katabolismam, kas tiek klasificēts kā konverģents, iegūstot mazas molekulas, piemēram, oglekļa dioksīdu, amonjaku un ūdeni, no lielām molekulām..

Dažādie kataboliskie ceļi ņem makromolekulas, kas veido pārtiku, un samazina to līdz mazākiem komponentiem. No otras puses, anaboliskie ceļi spēj veikt šīs vienības un veidot vēl sarežģītākas molekulas.

Citiem vārdiem sakot, ķermenim ir jāmaina to elementu konfigurācija, kas veido pārtiku, kas jāizmanto procesos, kas prasa.

Šis process ir analogs populārajai lego spēlei, kur galvenās sastāvdaļas var veidot dažādas struktūras ar plašu telpisko izkārtojumu..

Enerģijas izmantošana

Katabolisms ir atbildīgs par pārtikas ķīmiskajās saitēs esošās enerģijas ieguvi, tāpēc tās galvenais mērķis ir enerģijas ražošana. Šī degradācija vairumā gadījumu notiek ar oksidatīvām reakcijām.

Tomēr nav dīvaini, ka kataboliskie ceļi savos sākotnējos posmos prasa enerģiju, kā redzējām glikolītiskajā ceļā, kas prasa ATP molekulu inversiju..

No otras puses, anabolisms ir atbildīgs par brīvās enerģijas pievienošanu katabolismā, lai panāktu interesējošo savienojumu montāžu. Gan anabolisms, gan katabolisms šūnā notiek pastāvīgi un vienlaicīgi.

Parasti ATP ir molekula, ko izmanto enerģijas pārnešanai. Tas var izkliedēties vietās, kur tas ir nepieciešams, un hidrolizējot molekulā esošo ķīmisko enerģiju. Tāpat enerģiju var transportēt kā ūdeņraža atomus vai elektronus.

Šīs molekulas sauc par koenzīmiem un ietver NADP, NADPH un FMNH2. Tās darbojas, samazinot reakcijas. Turklāt tie var pārsūtīt samazinošo jaudu ATP.

Atsauces

  1. Chan, Y. K., Ng, K. P., un Sim, D. S. M. (Eds.). (2015). Akūtās aprūpes farmakoloģiskā bāze. Springer International Publishing.
  2. Curtis, H., un Barnes, N. S. (1994). Ielūgums uz bioloģiju. Macmillan.
  3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Molekulārā šūnu bioloģija. Macmillan.
  4. Ronzio, R. A. (2003). Uztura un labas veselības enciklopēdija. Infobase Publishing.
  5. Voet, D., Voet, J. un Pratt, C. W. (2007). Bioķīmijas pamati: dzīve molekulārā līmenī. Ed. Panamericana Medical.