АНАБОЛИЗЪМ: ФУНКЦИИ, ПРОЦЕСИ, РАЗЛИКИ С КАТАБОЛИЗЪМ - БИОЛОГИЯ - 2025

В анаболизъм е подразделение на метаболизъм, включително реакции на образуване на големи молекули от по-малки. За да се появят тази серия от реакции, е необходим източник на енергия и като цяло това е АТФ (аденозин трифосфат).

Анаболизмът и неговият метаболитен обрат, катаболизъм, са групирани в серия от реакции, наречени метаболитни пътища или пътища, организирани и регулирани главно от хормони. Всяка малка стъпка се контролира така, че да се постигне постепенно прехвърляне на енергия.

Източник: www.publicdomainpictures.net

Анаболните процеси могат да заемат основните единици, които съставят биомолекули - аминокиселини, мастни киселини, нуклеотиди и захарни мономери - и генерират по-сложни съединения, като протеини, липиди, нуклеинови киселини и въглехидрати като крайни енергийни производители.

Характеристика

Метаболизмът е термин, който обхваща всички химически реакции, протичащи в организма. Клетката прилича на микроскопична фабрика, където непрекъснато протичат реакции на синтез и разграждане.

Двете цели на метаболизма са: първо, да се използва химическата енергия, съхранявана в храната, и второ, да се заменят структури или вещества, които вече не функционират в организма. Тези събития настъпват според специфичните нужди на всеки организъм и се ръководят от химически пратеници, наречени хормони.

Енергията идва главно от мазнините и въглехидратите, които консумираме в храната. В случай на дефицит тялото може да използва протеин, за да компенсира дефицита.

Също така процесите на регенерация са тясно свързани с анаболизма. Регенерацията на тъканите е задължително условие за поддържане на здраво тяло и нормална работа. Анаболизмът е отговорен за производството на всички клетъчни съединения, които ги поддържат да функционират.

В клетката има деликатен баланс между метаболитните процеси. Големите молекули могат да бъдат разградени до най-малките си компоненти чрез катаболни реакции и обратният процес - от малки до големи - може да се случи чрез анаболизъм.

Анаболни процеси

Анаболизмът включва най-общо всички реакции, катализирани от ензими (малки протеинови молекули, които ускоряват скоростта на химичните реакции с няколко порядъка), отговорни за "изграждането" или синтеза на клетъчни компоненти.

Прегледът на анаболните пътища включва следните стъпки: Простите молекули, които участват като посредници в цикъла на Кребс, се аминират или химически се трансформират в аминокиселини. По-късно те се сглобяват в по-сложни молекули.

Тези процеси изискват химическа енергия, идваща от катаболизъм. Сред най-важните анаболни процеси са: синтез на мастни киселини, синтез на холестерол, синтез на нуклеинови киселини (ДНК и РНК), синтез на протеини, синтез на гликоген и синтез на аминокиселини.

Ролята на тези молекули в организма и техните пътища на синтез ще бъдат описани накратко по-долу:

Синтез на мастни киселини

Липидите са силно хетерогенни биомолекули, способни да генерират голямо количество енергия при окисляване, по-специално триацилглицеролови молекули.

Мастните киселини са архетипните липиди. Те са съставени от глава и опашка, изработени от въглеводороди. Те могат да бъдат ненаситени или наситени, в зависимост от това дали имат или не двойни връзки на опашката.

Липидите са основните компоненти на всички биологични мембрани, освен че участват като резервно вещество.

Мастните киселини се синтезират в цитоплазмата на клетката от молекула-предшественик, наречена малонил-КоА, получена от ацетил-КоА и бикарбонат. Тази молекула дарява три въглеродни атома, за да започне растежа на мастната киселина.

След образуването на малонил, реакцията на синтез продължава в четири основни етапа:

Кондензацията на ацетил-АСР с малонил-АСР, реакция, която произвежда ацетоацетил-АСР и освобождава въглероден диоксид като отпадъчно вещество.

-Вторият етап е редукцията на ацетоацетил-АСР, от NADPH до D-3-хидроксибутирил-АСР.

-Последваща реакция на дехидратация, която превръща предишния продукт (D-3-хидроксибутирил-АСР) в кротонил-АСР.

-В крайна сметка кротонил-АСР се редуцира и крайният продукт е бутирил-АСР.

Синтез на холестерол

Холестеролът е стерол с типично ядро ​​за 17-въглеродни стерани. Той има различни роли във физиологията, тъй като функционира като предшественик на различни молекули като жлъчни киселини, различни хормони (включително сексуални) и е от съществено значение за синтеза на витамин D.

Синтезът се осъществява в цитоплазмата на клетката, главно в чернодробните клетки. Този анаболен път има три фази: първо се формира изопреновата единица, след това става прогресивното асимилиране на единиците, за да възникне сквален, това преминава към ланостерол и накрая се получава холестерол.

Активността на ензимите по този път се регулира основно от относителното съотношение на хормоните инсулин: глюкагон. С увеличаване на това съотношение, активността на пътя нараства пропорционално.

Нуклеотиден синтез

Нуклеиновите киселини са ДНК и РНК, първата съдържа цялата информация, необходима за развитието и поддържането на живите организми, докато втората допълва функциите на ДНК.

И ДНК, и РНК са съставени от дълги вериги от полимери, чиято основна единица са нуклеотидите. Нуклеотидите от своя страна се състоят от захар, фосфатна група и азотна основа. Предшественик на пурини и пиримидини е рибоза-5-фосфат.

Пурините и пиримидините се произвеждат в черния дроб от прекурсори като въглероден диоксид, глицин, амоняк и др.

Синтез на нуклеинова киселина

Нуклеотидите трябва да бъдат съединени в дълги ДНК или РНК вериги, за да изпълнят биологичната си функция. Процесът включва серия от ензими, които катализират реакциите.

Ензимът, който отговаря за копирането на ДНК за генериране на повече ДНК молекули с еднакви последователности, е ДНК полимераза. Този ензим не може да инициира синтез de novo, затова трябва да участва малко парче ДНК или РНК, наречено праймер, което позволява образуването на веригата.

Това събитие изисква участието на допълнителни ензими. Хеликазата например помага за отваряне на двойната спирала на ДНК, така че полимеразата да може да действа и топоизомеразата да е в състояние да модифицира топологията на ДНК, или като я заплита или разплита.

По подобен начин РНК полимеразата участва в синтеза на РНК от молекула на ДНК. За разлика от предишния процес, синтеза на РНК не изисква споменатия грунд.

Синтез на протеини

Синтезът на протеини е решаващо събитие във всички живи организми. Протеините изпълняват голямо разнообразие от функции, като транспортиране на вещества или играеща роля на структурни протеини.

Според централната „догма“ на биологията, след като ДНК се копира в месинджърната РНК (както е описано в предишния раздел), тя от своя страна се превежда от рибозомите в полимер на аминокиселини. В РНК всеки триплет (три нуклеотида) се интерпретира като една от двадесетте аминокиселини.

Синтезът се осъществява в цитоплазмата на клетката, където са открити рибозоми. Процесът протича в четири фази: активиране, иницииране, удължаване и прекратяване.

Активирането се състои в свързването на определена аминокиселина със съответната трансферна РНК. Инициацията включва свързването на рибозомата към 3 'терминалната част на месинджърната РНК, подпомогната от "фактори на инициация".

Удължаването включва добавяне на аминокиселини съгласно съобщението на РНК. И накрая, процесът спира със специфична последователност в месинговата РНК, наречена терминация за прекратяване: UAA, UAG или UGA.

Синтез на гликоген

Гликогенът е молекула, съставена от повтарящи се глюкозни единици. Действа като енергийно запасно вещество и най-вече е в изобилие в черния дроб и мускулите.

Пътят на синтеза се нарича гликогеногенеза и изисква участието на ензима гликоген синтаза, ATP и UTP. Пътят започва с фосфорилиране на глюкоза до глюкоза-6-фосфат и след това към глюкоза-1-фосфат. Следващата стъпка включва добавяне на UDP за получаване на UDP-глюкоза и неорганичен фосфат.

UDP-глюкозната молекула се добавя към глюкозната верига чрез алфа 1-4 връзка, освобождавайки UDP нуклеотида. В случай, че се появят клонове, те се формират от алфа 1-6 връзки.

Синтез на аминокиселини

Аминокиселините са единици, които изграждат протеини. В природата има 20 вида, всеки с уникални физични и химични свойства, които определят крайните характеристики на протеина.

Не всички организми могат да синтезират всички 20 вида. Например, хората могат да синтезират само 11, останалите 9 трябва да бъдат включени в диетата.

Всяка аминокиселина има свой собствен път. Те обаче идват от молекули прекурсори, като алфа-кетоглутарат, оксалоацетат, 3-фосфоглицерат, пируват.

Регулация на анаболизма

Както споменахме по-рано, метаболизмът се регулира от вещества, наречени хормони, секретирани от специализирани тъкани, или жлезисти, или епителни. Те функционират като пратеници и тяхната химическа природа е доста разнородна.

Например, инсулинът е хормон, секретиран от панкреаса и има голям ефект върху метаболизма. След хранене с високо съдържание на въглехидрати, инсулинът действа като стимулатор на анаболните пътища.

По този начин хормонът е отговорен за активирането на процесите, които позволяват синтеза на вещества за съхранение като мазнини или гликоген.

Има периоди от живота, в които преобладават анаболните процеси, като детството, юношеството, по време на бременност или по време на тренировки, фокусирани върху растежа на мускулите.

Разлики с катаболизъм

Всички химични процеси и реакции, които протичат в нашето тяло - по-специално в нашите клетки - са световно известни като метаболизъм. Ние можем да растеме, развиваме, възпроизвеждаме и поддържаме телесната топлина благодарение на тази силно контролирана серия от събития.

Синтез срещу разграждане

Метаболизмът включва използването на биомолекули (протеини, въглехидрати, липиди или мазнини и нуклеинови киселини) за поддържане на всички основни реакции на жива система.

Получаването на тези молекули идва от храната, която ядем всеки ден и тялото ни е в състояние да ги „разгради“ на по-малки единици по време на процеса на храносмилане.

Например, протеините (които могат да идват например от месо или яйца) се разграждат до основните им компоненти: аминокиселини. По същия начин можем да преработваме въглехидратите в по-малки единици захар, обикновено глюкоза, един от въглехидратите, които се използват най-много от нашето тяло.

Нашето тяло е в състояние да използва тези малки единици - аминокиселини, захари, мастни киселини, наред с други, - за да изгради нови по-големи молекули в конфигурацията, от която тялото ни се нуждае.

Процесът на разпадане и получаване на енергия се нарича катаболизъм, докато образуването на нови по-сложни молекули е анаболизъм. Така процесите на синтез се свързват с анаболизма, а деградационните процеси - с катаболизма.

Като мнемонично правило можем да използваме „c“ в думата катаболизъм и да го свържем с думата „рязане“.

Използване на енергия

Анаболните процеси изискват енергия, докато процесите на разграждане произвеждат тази енергия, главно под формата на АТФ - известна като енергийна валута на клетката.

Тази енергия идва от катаболни процеси. Нека си представим, че имаме тесте карти, ако всички карти сме подредени спретнато и ги хвърлим на земята, те правят това спонтанно (аналогично на катаболизма).

Ако обаче искаме да ги поръчаме отново, трябва да приложим енергия към системата и да ги събираме от земята (аналогично на анаболизма).

В някои случаи катаболните пътища се нуждаят от „инжектиране на енергия“ в първите си стъпки, за да започнат процеса. Например, гликолизата или гликолизата е разграждането на глюкозата. Този път изисква използването на две молекули ATP, за да започнете.

Баланс между анаболизъм и катаболизъм

За поддържане на здравословен и адекватен метаболизъм е необходимо да има баланс между процесите на анаболизъм и катаболизъм. В случай, че процесите на анаболизъм надхвърлят тези на катаболизма, синтезните събития са тези, които преобладават. За разлика от това, когато тялото получава повече енергия, отколкото е необходимо, катаболните пътища преобладават.

Когато тялото изпитва неблагополучие, наречете го заболяване или периоди на продължително гладуване, метаболизмът се фокусира върху пътищата на разграждане и преминава в катаболно състояние.

Източник: От Алехандро Порто, от Wikimedia Commons

Препратки

1. Chan, YK, Ng, KP, & Sim, DSM (ред.). (2015). Фармакологични основи на остра грижа. Springer International Publishing
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Покана за биология. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Молекулярно-клетъчна биология. Macmillan.
4. Ronzio, RA (2003). Енциклопедия на храненето и доброто здраве. Издаване на база данни
5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, CW (2007). Основи на биохимията: живот на молекулярно ниво. Panamerican Medical Ed.