Funkcije katabolizma, katabolički procesi, razlike s anabolizmom



katabolizam obuhvaća sve reakcije razgradnje tvari u tijelu. Osim što "razgrađuju" komponente biomolekula u njihovim manjim jedinicama, kataboličke reakcije proizvode energiju, uglavnom u obliku ATP-a..

Katabolički putovi odgovorni su za razgradnju molekula koje dolaze iz hrane: ugljikohidrati, proteini i lipidi. Tijekom procesa, kemijska energija sadržana u vezama se oslobađa da bi se koristila u staničnim aktivnostima koje to zahtijevaju.

Neki primjeri dobro poznatih kataboličkih putova su: Krebsov ciklus, beta oksidacija masnih kiselina, glikoliza i oksidativna fosforilacija.

Jednostavne molekule proizvedene katabolizmom stanica koristi za izgradnju potrebnih elemenata, također koristeći energiju koju osigurava isti proces. Ovaj put sinteze je antagonist katabolizma i naziva se anabolizam.

Metabolizam organizma uključuje reakcije sinteze i degradacije, koje se odvijaju istovremeno i kontroliraju unutar stanice.

indeks

  • 1 Funkcije
  • 2 Katabolički procesi
    • 2.1 Ciklus ureje
    • 2.2 Krebsov ciklus ili ciklus limunske kiseline
    • 2.3 Glikoliza
    • 2.4 Oksidativna fosforilacija
    • 2.5 P-oksidacija masnih kiselina         
  • 3 Regulacija katabolizma
    • 3.1 Kortizol
    • 3.2 Inzulin
  • 4 Razlike s anabolizmom
    • 4.1 Sinteza i razgradnja molekula
    • 4.2 Uporaba energije
  • 5 Reference

funkcije

Katabolizam ima glavni cilj oksidacije hranjivih tvari koje tijelo koristi kao "gorivo", koje se nazivaju ugljikohidrati, proteini i masti. Degradacija tih biomolekula stvara energiju i otpadne proizvode, uglavnom ugljični dioksid i vodu.

Serija enzima sudjeluje u katabolizmu, a to su proteini odgovorni za ubrzavanje brzine kemijskih reakcija koje se pojavljuju u stanici..

Goriva su namirnice koje svakodnevno konzumiramo. Naša prehrana sastoji se od proteina, ugljikohidrata i masti koje se razgrađuju kataboličkim putevima. Tijelo preferira masti i ugljikohidrate, iako u situacijama oskudice može doći do degradacije proteina.

Energija ekstrahirana katabolizmom sadržana je u kemijskim vezama spomenutih biomolekula.

Kada konzumiramo bilo koju hranu, žvakamo je kako bismo je lakše probavili. Taj je postupak analogan katabolizmu, gdje je tijelo odgovorno za "probavljanje" čestica na mikroskopskoj razini, tako da se mogu iskoristiti sintetskim ili anaboličkim putevima..

Katabolički procesi

Putovi ili katabolički putovi uključuju sve procese razgradnje tvari. Možemo razlikovati tri faze u procesu:

- Različite biomolekule koje se nalaze u ćeliji (ugljikohidrati, masti i proteini) razgrađuju se u temeljnim jedinicama koje ih sačinjavaju (šećeri, masne kiseline i aminokiseline).

- Produkti faze I prelaze u jednostavnije sastojke, koji konvergiraju na zajedničkom intermedijatu zvanom acetil-CoA.

- Konačno, ovaj spoj ulazi u Krebsov ciklus, gdje nastavlja svoju oksidaciju kako bi dao molekule ugljičnog dioksida i vode - konačne molekule dobivene u bilo kojoj kataboličkoj reakciji.

Među najistaknutijima su ciklus ureje, Krebsov ciklus, glikoliza, oksidativna fosforilacija i beta oksidacija masnih kiselina. Zatim ćemo opisati svaku od navedenih ruta:

Ciklus ureje

Ciklus ureje je katabolički put koji se javlja u mitohondrijima iu citosolu stanica jetre. On je odgovoran za preradu derivata proteina i njegov konačni proizvod je urea.

Ciklus počinje unosom prve amino skupine iz matrice mitohondrija, ali također može ući u jetru preko crijeva..

Prva reakcija uključuje prolazak ATP-a, bikarbonatnih iona (HCO)3-i amonijaka (NH4+) u karbomoil fosfatu, ADP i Pja. Drugi korak je vezanje karbomoil fosfata i ornitina da se dobije molekula citrulina i Pja. Te se reakcije javljaju u mitohondrijskom matriksu.

Ciklus se nastavlja u citosolu, gdje se citrulin i aspartat kondenziraju zajedno s ATP kako bi se proizveli argininosukcinat, AMP i PP.ja. Argininosukcinat prelazi u arginin i fumarat. Aminokiselina arginin se kombinira s vodom kako bi se dobio ornitin i konačno, urea.

Ovaj ciklus je povezan s Krebsovim ciklusom jer metabolit fumarat sudjeluje u oba metabolička puta. Međutim, svaki ciklus djeluje neovisno.

Klinički patologi koji se odnose na ovaj put sprječavaju pacijenta da uzima dijetu bogatu proteinima.

Krebsov ciklus ili ciklus limunske kiseline

Krebsov ciklus je put koji sudjeluje u staničnom disanju svih organizama. Prostorno se javlja u mitohondrijama eukariotskih organizama.

Preteča ciklusa je molekula nazvana acetil koenzim A, koja je kondenzirana s molekulom oksaloacetata. Ovaj spoj stvara spoj od šest ugljika. U svakoj revoluciji, ciklus daje dvije molekule ugljičnog dioksida i jednu molekulu oksaloacetata.

Ciklus započinje reakcijom izomerizacije kataliziranom akonitazom, gdje citrat prelazi u cis-akonit i vodu. Slično tome, akonitaza katalizira prolaz cis-akonita u izocitrat.

Izocitrat se oksidira u oksalosukcinat izocitrat dehidrogenazom. Ova molekula je dekarboksilirana u alfa-ketoglutaratu istim enzimom, izocitrat dehidrogenazom. Alfa-ketoglutarat prelazi u sukcinil-CoA djelovanjem alfa-ketoglutarat dehidrogenaze.

Sukcinil-CoA prelazi u sukcinat, koji se oksidira u fumarat sukcinat dehidrogenazom. Nakon toga fumarat prelazi u l-malat i konačno l-malat prelazi u oksalacetat.

Ciklus se može sažeti u sljedećoj jednadžbi: Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH2 + GTP + 2 CO2.

glikoliza

Glikoliza, također poznata kao glikoliza, ključni je put koji je prisutan u svim živim organizmima, od mikroskopskih bakterija do velikih sisavaca. Put se sastoji od 10 enzimskih reakcija koje razgrađuju glukozu u piruvičnu kiselinu.

Proces počinje s fosforilacijom molekule glukoze enzimom heksokinazom. Ideja ovog koraka je "aktivirati" glukozu i uhvatiti je u stanicu, jer glukoza-6-fosfat nema transporter kroz koji može pobjeći..

Glukoza-6-fosfat izomeraza uzima glukozu-6-fosfat i preraspodjeljuje ga u izomer fruktoza-6-fosfata. Treći korak katalizira fosfofruktokinaza i proizvod je fruktoza-1,6-bisfosfat.

Zatim, aldolaza cijepa gornji spoj u dihidroksiaceton fosfatu i gliceraldehid-3-fosfatu. Postoji ravnoteža između ova dva spoja koja katalizira triosefosfat izomeraza.

Enzim gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza proizvodi 1,3-bifosfoglicerat koji se u sljedećem koraku prevodi u 3-fosfoglicerat fosfoglicerat kinazom. Fosfogliceratna mutaza mijenja položaj ugljika i daje 2-fosfoglicerat.

Enolase uzima ovaj zadnji metabolit i pretvara ga u fosfoenolpiruvat. Zadnji korak puta je kataliziran piruvat kinazom, a konačni produkt je piruvat.

Oksidativna fosforilacija

Oksidativna fosforilacija je proces stvaranja ATP-a zahvaljujući prijenosu elektrona iz NADH ili FADH2 do kisika i posljednji je korak procesa staničnog disanja. Pojavljuje se u mitohondrijima i glavni je izvor molekula ATP u organizmima s aerobnim disanjem.

Njegova važnost je neporeciva, jer 26 od 30 molekula ATP koje nastaju kao produkt potpune oksidacije glukoze u vodu i ugljični dioksid nastaju oksidativnom fosforilacijom.

Konceptualno, oksidacijska fosforilacija povezuje oksidaciju i sintezu ATP-a s protokom protona kroz membranski sustav.

Dakle, NADH ili FADH2 generirani na različite načine, glikoliza poziva ili oksidacija masnih kiselina koristi se za smanjenje kisika, a slobodna energija generirana u procesu koristi se za sintezu ATP-a.

β-oksidacija masnih kiselina         

Oxid-oksidacija je skup reakcija koje omogućuju oksidaciju masnih kiselina da proizvode velike količine energije.

Postupak uključuje periodično otpuštanje područja masnih kiselina iz dva ugljikova atoma po reakciji dok se potpuno ne razgradi masna kiselina. Konačni proizvod su acetil-CoA molekule koje mogu ući u Krebsov ciklus kako bi potpuno oksidirale.

Prije oksidacije, masna kiselina mora biti aktivirana, gdje se veže za koenzim A. Transporter karnitina je odgovoran za translokaciju molekula u matriks mitohondrija..

Nakon ovih prethodnih koraka, sama β-oksidacija započinje procesima oksidacije, hidratacije, oksidacije pomoću NAD+ i tiolizu.

Regulacija katabolizma

Mora postojati niz procesa koji reguliraju različite enzimske reakcije, budući da one ne mogu stalno raditi pri maksimalnoj brzini. Prema tome, putevi metabolizma regulirani su nizom faktora koji uključuju hormone, neuronske kontrole, dostupnost supstrata i enzimsku modifikaciju..

Na svakoj ruti mora postojati barem jedna nepovratna reakcija (tj. Jedna u jednom smjeru) koja usmjerava brzinu cijele ceste. To omogućuje da reakcije rade brzinom potrebnom za stanicu i sprječavaju da putevi sinteze i razgradnje rade u isto vrijeme.

Hormoni su posebno važne tvari koje djeluju kao kemijski glasnici. One se sintetiziraju u različitim endokrinim žlijezdama i ispuštaju u krvotok da djeluju. Neki primjeri su:

kortizol

Kortizol djeluje tako što smanjuje procese sinteze i povećava kataboličke puteve u mišiću. Taj se učinak događa otpuštanjem aminokiselina u krvotok.

insulin

Nasuprot tome, postoje hormoni koji imaju suprotan učinak i smanjuju katabolizam. Inzulin je odgovoran za povećanje sinteze proteina i istovremeno smanjuje njihov katabolizam. U tom slučaju povećava se proteoliza, što olakšava izlaz aminokiselina u mišić.

Razlike s anabolizmom

Anabolizam i katabolizam su antagonistički procesi koji uključuju ukupnost metaboličkih reakcija koje se javljaju u organizmu.

Oba procesa zahtijevaju višestruke kemijske reakcije koje kataliziraju enzimi i pod strogom su hormonalnom kontrolom sposobnom za pokretanje ili usporavanje nekih reakcija. Međutim, razlikuju se u sljedećim temeljnim aspektima:

Sinteza i razgradnja molekula

Anabolizam obuhvaća reakcije sinteze dok je katabolizam odgovoran za razgradnju molekula. Iako su ti procesi inverzni, povezani su u osjetljivoj ravnoteži metabolizma.

Rečeno je da je anabolizam divergentan proces, jer uzima jednostavne spojeve i pretvara ih u veće spojeve. Suprotno katabolizmu, koji se klasificira kao konvergentni proces, dobivanjem malih molekula kao što su ugljični dioksid, amonijak i voda iz velikih molekula.

Različiti katabolički putevi uzimaju makromolekule koje tvore hranu i reduciraju je na manje sastojke. Anabolički putevi, s druge strane, mogu uzeti ove jedinice i ponovno izgraditi više razrađenih molekula.

Drugim riječima, tijelo mora "promijeniti konfiguraciju" elemenata koji čine hranu koja će se koristiti u procesima koji zahtijevaju.

Postupak je analogan popularnoj igri legos, gdje glavni sastojci mogu oblikovati različite strukture s velikim brojem prostornih aranžmana..

Korištenje energije

Katabolizam je odgovoran za vađenje energije sadržane u kemijskim vezama hrane, pa je njegov glavni cilj stvaranje energije. Ova degradacija nastaje, u većini slučajeva, oksidativnim reakcijama.

Međutim, nije čudno da katabolički putovi zahtijevaju dodavanje energije u njihovim početnim koracima, kao što smo vidjeli u glikolitičkom putu, koji zahtijeva inverziju molekula ATP-a..

S druge strane, anabolizam je odgovoran za dodavanje slobodne energije proizvedene u katabolizmu kako bi se postiglo sastavljanje spojeva od interesa. I anabolizam i katabolizam javljaju se konstantno i istovremeno u stanici.

Općenito, ATP je molekula koja se koristi za prijenos energije. To se može difundirati u područja gdje je to potrebno i kada se hidrolizira, kemijska energija sadržana u molekuli se oslobađa. Na isti način, energija se može transportirati kao atomi vodika ili elektroni.

Te se molekule nazivaju koenzimi i uključuju NADP, NADPH i FMNH2. Oni djeluju reakcijama redukcije. Osim toga, mogu prenijeti kapacitet smanjenja u ATP.

reference

  1. Chan, Y.K., Ng, K.P., & Sim, D.S.M. (Eds.). (2015). Farmakološka osnova za akutnu njegu. Springer International Publishing.
  2. Curtis, H., i Barnes, N.S. (1994). Poziv na biologiju. Macmillan.
  3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... i Matsudaira, P. (2008). Biologija molekularnih stanica. Macmillan.
  4. Ronzio, R. A. (2003). Enciklopedija prehrane i dobrog zdravlja. Infobase Publishing.
  5. Voet, D., Voet, J., i Pratt, C.W. (2007). Osnove biokemije: Život na molekularnoj razini. Ed Panamericana Medical.