Katabolizmo funkcijos, kataboliniai procesai, skirtumai su anabolizmu



The katabolizmas apima visas medžiagų skilimo organizme reakcijas. Katabolinės reakcijos ne tik „išsklaido“ biomolekulių komponentus mažesnėse dalyse, bet ir gamina energiją, daugiausia ATP forma..

Kataboliniai keliai yra atsakingi už molekulių, gaunamų iš maisto: angliavandenių, baltymų ir lipidų, skilimą. Proceso metu obligacijose esanti cheminė energija išleidžiama, kad ją būtų galima naudoti ląstelių veikloje, kuriai reikia.

Kai kurie gerai žinomi kataboliniai keliai yra: Krebso ciklas, riebalų rūgščių beta oksidacija, glikolizė ir oksidacinis fosforilinimas..

Ląstelės naudoja paprastas molekules, pagamintas katabolizmo būdu, kad sukurtų būtinus elementus, taip pat naudojant tą patį procesą. Šis sintezės kelias yra katabolizmo antagonistas ir vadinamas anabolizmu.

Organizmo metabolizmas apima tiek sintezės, tiek skaidymo reakcijas, kurios atsiranda tuo pačiu metu ir kontroliuojamos ląstelėje.

Indeksas

  • 1 Funkcijos
  • 2 Kataboliniai procesai
    • 2.1. Karbamido ciklas
    • 2.2 Krebso ciklas arba citrinų rūgšties ciklas
    • 2.3 Glikolizė
    • 2.4 Oksidacinis fosforilinimas
    • 2.5 riebalų rūgščių β oksidacija         
  • 3 Katabolizmo reguliavimas
    • 3.1 Kortizolis
    • 3.2 Insulinas
  • 4 Skirtumai nuo anabolizmo
    • 4.1. Molekulių sintezė ir skaidymas
    • 4.2 Energijos naudojimas
  • 5 Nuorodos

Funkcijos

Katabolizmas turi pagrindinį tikslą - oksiduoti maistines medžiagas, kurias organizmas naudoja kaip „degalus“, vadinamus angliavandeniais, proteinais ir riebalais. Šių biomolekulių skilimas generuoja energiją ir atliekas, daugiausia anglies dioksidą ir vandenį.

Katabolizme dalyvauja keletas fermentų, kurie yra baltymai, atsakingi už ląstelėje atsirandančių cheminių reakcijų greitį..

Kuro medžiagos yra maisto produktai, kuriuos vartojame kasdien. Mūsų mityba susideda iš baltymų, angliavandenių ir riebalų, kurie yra pažeisti kataboliniais keliais. Pirmenybė teikiama organizmui riebalams ir angliavandeniams, nors trūkumų atveju ji gali pasinaudoti baltymų skaidymu..

Katabolizmu išgaunama energija yra minėtų biomolekulių cheminėse jungtyse.

Kai vartojame bet kokį maistą, jį kramtome, kad būtų lengviau virškinti. Šis procesas yra analogiškas katabolizmui, kai organizmas yra atsakingas už dalelių skaidymą mikroskopiniame lygyje, kad juos būtų galima panaudoti sintetiniais arba anaboliniais būdais.

Kataboliniai procesai

Maršrutai arba kataboliniai keliai apima visus medžiagų skilimo procesus. Mes galime išskirti tris proceso etapus:

- Įvairios ląstelėje randamos biomolekulės (angliavandeniai, riebalai ir baltymai) yra suskaidomi pagrindiniuose jų sudedamosiose dalyse (atitinkamai cukrūs, riebalų rūgštys ir amino rūgštys).

- I etapo produktai pereina prie paprastesnių sudedamųjų dalių, kurios susilieja su bendru tarpiniu junginiu, vadinamu acetil-CoA.

- Galiausiai, šis junginys patenka į Krebso ciklą, kuriame jis oksiduojasi, kad gautų anglies dioksido ir vandens molekules - galutines molekules, gautas bet kokioje katabolinėje reakcijoje..

Tarp ryškiausių yra karbamido ciklas, Krebso ciklas, glikolizė, oksidacinis fosforilinimas ir riebalų rūgščių beta oksidavimas. Toliau aprašysime kiekvieną iš minėtų maršrutų:

Karbamido ciklas

Karbamido ciklas yra katabolinis kelias, vykstantis mitochondrijose ir kepenų ląstelių citozolyje. Jis yra atsakingas už baltymų darinių apdorojimą ir galutinis jo produktas yra karbamidas.

Šis ciklas prasideda įvedus pirmąją amino grupę iš mitochondrijų matricos, bet taip pat gali patekti į kepenis per žarnyną..

Pirmoji reakcija apima ATP, bikarbonato jonų (HCO) perėjimą.3-) ir amonio (NH4+) karbomoilfosfate, ADP ir Pi. Antrasis etapas yra karbomoilfosfato ir ornitino surišimas, siekiant gauti citrulino ir P molekulėsi. Šios reakcijos atsiranda mitochondrijų matricoje.

Ciklas tęsiasi citozolyje, kur citrulinas ir aspartatas kondensuojami kartu su ATP, kad gautų argininosukcinatą, AMP ir PP.i. Argininosukcinatas patenka į argininą ir fumaratą. Aminorūgštis argininas sujungia su vandeniu, kad gautų ornitiną ir, galiausiai, karbamido.

Šis ciklas yra susietas su Krebso ciklu, nes metabolitas fumaratas dalyvauja abiejuose metaboliniuose keliuose. Tačiau kiekvienas ciklas veikia nepriklausomai.

Su šiuo maršrutu susiję klinikiniai patalogiai neleidžia pacientui vartoti daug baltymų turinčios dietos.

Krebso ciklas arba citrinų rūgšties ciklas

Krebso ciklas yra kelias, kuriame dalyvauja visų organizmų ląstelių kvėpavimas. Erdviniu požiūriu jis vyksta eukariotinių organizmų mitochondrijose.

Ciklo pirmtakas yra molekulė, vadinama acetilo koenzimu A, kuris yra kondensuotas su oksaloacetato molekule. Ši sąjunga sukuria šešių anglies junginių junginį. Kiekvienoje revoliucijoje ciklas du du anglies dioksido molekules ir vieną oksaloacetato molekulę.

Šis ciklas prasideda izomerizacijos reakcija, kurią katalizuoja aconitazė, kur citratas patenka į cis-aconitą ir vandenį. Panašiai, aconitazė katalizuoja cis-aconito patekimą į izocitratą.

Izocitratas oksiduojamas oksonukcinatu, izocitratu dehidrogenaze. Ši molekulė yra dekarboksilinama alfa-ketoglutarate tuo pačiu fermentu, izocitratu dehidrogenaze. Alfa-ketoglutaratas pereina į sukcinil-CoA, veikdamas alfa-ketoglutarato dehidrogenazę.

Succinyl-CoA patenka į sukcinatą, kuris oksiduojamas į fumaratą sukcinato dehidrogenazės būdu. Vėliau fumaratas patenka į l-malatą ir galiausiai l-malatas patenka į oksalacetatą.

Ciklą galima apibendrinti šia lygtimi: Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + BVP + Pi + 2 H2O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH2 + GTP + 2 CO2.

Glikolizė

Glikolizė, taip pat vadinama glikolizė, yra esminis kelias, kuris yra beveik visuose gyvuose organizmuose - nuo mikroskopinių bakterijų iki didelių žinduolių. Maršrutas susideda iš 10 fermentinių reakcijų, kurios degraduoja gliukozę į pirovinę rūgštį.

Procesas prasideda nuo gliukozės molekulės fosforilinimo fermento heksokinaze. Šio žingsnio idėja yra „suaktyvinti“ gliukozę ir gaudyti jį ląstelės viduje, nes gliukozės-6-fosfatas neturi vežėjo, per kurį jis gali pabėgti.

Gliukozės-6-fosfato izomerazė užima gliukozės-6-fosfatą ir pertvarko jį į fruktozės-6-fosfato izomerą. Trečiąjį etapą katalizuoja fosfofrukokinazė ir produktas yra fruktozė-1,6-bisfosfatas.

Tada aldolazė suskaido aukščiau minėtą junginį dihidroksacetono fosfatu ir gliceraldehido-3-fosfatu. Šių dviejų junginių, kuriuos katalizuoja triozės fosfato izomerazė, pusiausvyra.

Gliceraldehido-3-fosfato dehidrogenazės fermentas gamina 1,3-bifosogliceratą, kuris per kitą fazę fosfoglicerato kinaze paverčiamas į 3-fosfogliceratą. Fosoglicerato mutacija keičia anglies padėtį ir duoda 2-fosfogliceratą.

Enolazė užima šį paskutinį metabolitą ir paverčia jį fosfololpiruvatu. Paskutinį kelio etapą katalizuoja piruvato kinazė, o galutinis produktas yra piruvatas.

Oksidacinis fosforilinimas

Oksidacinis fosforilinimas yra ATP formavimo procesas, nes elektronai perkeliami iš NADH arba FADH2 iki deguonies ir yra paskutinė ląstelių kvėpavimo procesų pakopa. Jis pasireiškia mitochondrijose ir yra pagrindinis ATP molekulių šaltinis organizmuose su aerobiniu kvėpavimu.

Jo svarba yra neabejotina, nes 26 iš 30 ATP molekulių, susidarančių kaip visiškas gliukozės oksidacijos į vandenį ir anglies dioksido oksidacijos produktas, atsiranda oksidacijos būdu..

Konceptualiai, oksidacinis fosforilinimas susieja ATP oksidaciją ir sintezę su protonų srautu per membraninę sistemą.

Taigi, NADH arba FADH2 susidaro skirtingais būdais, skambina glikolizė arba riebalų rūgščių oksidacija yra naudojama deguonies kiekiui mažinti, o proceso metu sukurta laisva energija naudojama ATP sintezei..

riebalų rūgščių β-oksidacija         

Oxid-oksidacija yra reakcijų rinkinys, leidžiantis oksiduoti riebalų rūgštis gaminant didelius energijos kiekius.

Procesas apima periodišką riebalų rūgščių regionų išleidimą iš dviejų anglies atomų reakcijos metu, kol jis visiškai suyra riebalų rūgštį. Galutinis produktas yra acetil-CoA molekulės, kurios gali patekti į Krebso ciklą, kad visiškai oksiduotųsi.

Prieš oksidaciją riebalų rūgštis turi būti suaktyvinta, kai ji jungiasi su koenzimu A. Karnitino transporteris yra atsakingas už molekulių perkėlimą į mitochondrijos matricą..

Po šių ankstesnių žingsnių β-oksidacija prasideda oksidacijos, hidratacijos, NAD oksidacijos procesais+ ir tiolizė.

Katabolizmo reguliavimas

Turi būti keletas procesų, reguliuojančių skirtingas fermentines reakcijas, nes jos negali dirbti visą laiką maksimaliu greičiu. Taigi metabolizmo kelius reguliuoja daug veiksnių, apimančių hormonus, neuronų kontrolę, substrato prieinamumą ir fermentinį modifikavimą.

Kiekviename maršrute turi būti bent viena negrįžtama reakcija (ty viena viena kryptimi) ir nukreipia viso kelio greitį. Tai leidžia reakcijoms veikti esant reikiamam ląstelės greičiui ir užkirsti kelią sintezės ir degradacijos kelio veikimui vienu metu.

Hormonai yra ypač svarbios medžiagos, veikiančios kaip cheminiai pasiuntiniai. Jie sintezuojami įvairiose endokrininėse liaukose ir išleidžiami į kraujotaką. Keletas pavyzdžių:

Kortizolis

Kortizolis veikia mažindamas sintezės procesus ir didindamas raumenų katabolinius kelius. Šis poveikis atsiranda išleidžiant aminorūgštis į kraują.

Insulinas

Priešingai, yra hormonų, kurie turi priešingą poveikį ir mažina katabolizmą. Insulinas yra atsakingas už baltymų sintezės didinimą ir tuo pačiu sumažina jų katabolizmą. Tokiu atveju padidėja proteolizė, kuri palengvina aminorūgščių išėjimą į raumenis.

Skirtumai nuo anabolizmo

Anabolizmas ir katabolizmas yra antagonistiniai procesai, apimantys visą metabolinių reakcijų organizme atsiradimą.

Abu procesai reikalauja daug cheminių reakcijų, kurias katalizuoja fermentai, ir yra griežtai kontroliuojami hormonais, galinčiais sukelti arba sulėtinti tam tikras reakcijas. Tačiau jie skiriasi šiais pagrindiniais aspektais:

Molekulių sintezė ir skaidymas

Anabolizmą sudaro sintezės reakcijos, o katabolizmas yra atsakingas už molekulių skaidymą. Nors šie procesai yra atvirkštiniai, jie yra susieti su subtilia medžiagų apykaitos pusiausvyra.

Sakoma, kad anabolizmas yra skirtingas procesas, nes jis užima paprastus junginius ir paverčia juos didesniais junginiais. Priešingai katabolizmui, kuris klasifikuojamas kaip konvergencinis procesas, gaunant mažas molekules, pvz., Anglies dioksidą, amoniaką ir vandenį, iš didelių molekulių.

Įvairūs kataboliniai keliai ima makromolekules, kurios sudaro maistą ir sumažina jį iki mažesnių sudedamųjų dalių. Anaboliniai maršrutai, kita vertus, gali priimti šiuos vienetus ir sukurti dar sudėtingesnes molekules.

Kitaip tariant, organizmas turi „keisti elementų, sudarančių maisto produktus, kuriuos reikia naudoti procesuose, konfigūraciją“.

Šis procesas yra panašus į populiarų legos žaidimą, kuriame pagrindinės sudedamosios dalys gali sudaryti skirtingas struktūras su įvairiais erdviniais išdėstymais.

Energijos naudojimas

Katabolizmas yra atsakingas už energijos, esančios cheminių maisto produktų junginiuose, išgavimą, todėl jo pagrindinis tikslas yra energijos generavimas. Šis degradavimas daugeliu atvejų vyksta oksidacinėmis reakcijomis.

Tačiau nėra keista, kad kataboliniai keliai reikalauja, kad jų pradiniuose žingsniuose būtų pridedama energija, kaip matėme glikolitiniame take, kuriam reikia ATP molekulių inversijos.

Kita vertus, anabolizmas yra atsakingas už laisvą energiją, sukurtą katabolizmui, kad susidarytų įdomių junginių surinkimas. Anabolizmas ir katabolizmas ląstelėje vyksta nuolat ir tuo pačiu metu.

Apskritai, ATP yra molekulė, naudojama perduoti energiją. Tai gali išsisklaidyti tose vietose, kur jos yra reikalingos, ir hidrolizuojant molekulėje esančią cheminę energiją. Taip pat energija gali būti transportuojama kaip vandenilio atomai arba elektronai.

Šios molekulės vadinamos koenzimais ir apima NADP, NADPH ir FMNH2. Jie veikia redukcijos reakcijomis. Be to, jie gali perkelti ATP mažinimo pajėgumus.

Nuorodos

  1. Chan, Y. K., Ng, K. P. & Sim, D. S. M. (Ed.). (2015). Farmakologinis ūminės priežiūros pagrindas. „Springer International“ leidyba.
  2. Curtis, H., ir Barnes, N. S. (1994). Kvietimas į biologiją. Macmillan.
  3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Molekulinės ląstelės biologija. Macmillan.
  4. Ronzio, R. A. (2003). Mitybos ir geros sveikatos enciklopedija. „Infobase“ leidyba.
  5. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. W. (2007). Biochemijos pagrindai: gyvenimas molekuliniu lygiu. Red. Panamericana Medical.