Katabolické funkcie, katabolické procesy, rozdiely s anabolizmom



katabolizmus zahŕňa všetky reakcie degradácie látok v tele. Okrem "dezintegrácie" zložiek biomolekulov v ich menších jednotkách, katabolické reakcie produkujú energiu, najmä vo forme ATP..

Katabolické cesty sú zodpovedné za degradáciu molekúl pochádzajúcich z potravy: sacharidov, proteínov a lipidov. Počas procesu sa chemická energia obsiahnutá vo väzbách uvoľňuje na použitie v bunkových aktivitách, ktoré si to vyžadujú.

Niektoré príklady dobre známych katabolických dráh sú: Krebsov cyklus, beta oxidácia mastných kyselín, glykolýza a oxidačná fosforylácia.

Jednoduché molekuly produkované katabolizmom používa bunka na budovanie potrebných prvkov, pričom využíva aj energiu poskytnutú tým istým procesom. Táto cesta syntézy je antagonista katabolizmu a nazýva sa anabolizmus.

Metabolizmus organizmu zahŕňa tak syntézu, ako aj degradačné reakcie, ktoré sa vyskytujú súčasne a riadia sa v bunke.

index

  • 1 Funkcie
  • 2 Katabolické procesy
    • 2.1 Cyklus močoviny
    • 2.2 Krebsov cyklus alebo cyklus kyseliny citrónovej
    • 2.3 Glykolýza
    • 2.4 Oxidačná fosforylácia
    • 2,5 β-oxidácia mastných kyselín         
  • 3 Regulácia katabolizmu
    • 3.1 Kortizol
    • 3.2 Inzulín
  • 4 Rozdiely s anabolizmom
    • 4.1 Syntéza a degradácia molekúl
    • 4.2 Využívanie energie
  • 5 Referencie

funkcie

Hlavným cieľom katabolizmu je oxidácia živín, ktoré telo používa ako "palivo", nazývané sacharidy, bielkoviny a tuky. Degradácia týchto biomolekúl vytvára energiu a odpadové produkty, najmä oxid uhličitý a vodu.

Séria enzýmov sa zúčastňuje katabolizmu, čo sú proteíny zodpovedné za urýchlenie rýchlosti chemických reakcií, ktoré sa vyskytujú v bunke.

Palivové látky sú potraviny, ktoré konzumujeme denne. Naša strava pozostáva z proteínov, sacharidov a tukov, ktoré sú degradované katabolickými cestami. Telo využíva prednostne tuky a sacharidy, hoci v situáciách nedostatku sa môže uchýliť k degradácii proteínov.

Energia extrahovaná katabolizmom je obsiahnutá v chemických väzbách uvedených biomolekúl.

Keď konzumujeme akékoľvek jedlo, žujeme ho, aby sme ho ľahšie strávili. Tento proces je analogický s katabolizmom, kde telo je zodpovedné za "trávenie" častíc na mikroskopickej úrovni, takže môžu byť využité syntetickými alebo anabolickými cestami..

Katabolické procesy

Cesty alebo katabolické dráhy zahŕňajú všetky procesy degradácie látok. V procese môžeme rozlišovať tri fázy:

- Rôzne biomolekuly nachádzajúce sa v bunke (sacharidy, tuky a proteíny) sú degradované v základných jednotkách, ktoré ich tvoria (cukry, mastné kyseliny a aminokyseliny)..

- Produkty stupňa I prechádzajú na jednoduchšie zložky, ktoré sa zbiehajú na bežnom medziprodukte nazývanom acetyl-CoA.

- Nakoniec táto zlúčenina vstupuje do Krebsovho cyklu, kde pokračuje vo svojej oxidácii, čím sa získajú molekuly oxidu uhličitého a vody - konečné molekuly získané v akejkoľvek katabolickej reakcii.

Medzi najvýznamnejšie patrí cyklus močoviny, Krebsov cyklus, glykolýza, oxidačná fosforylácia a beta oxidácia mastných kyselín. Ďalej popíšeme každú z uvedených ciest:

Cyklus močoviny

Cyklus močoviny je katabolická dráha, ktorá sa vyskytuje v mitochondriách av cytosóle pečeňových buniek. Je zodpovedný za spracovanie proteínových derivátov a ich finálnym produktom je močovina.

Cyklus začína vstupom prvej aminoskupiny z matice mitochondrií, ale môže tiež vstúpiť do pečene cez črevo..

Prvá reakcia zahŕňa prechod ATP, bikarbonátových iónov (HCO)3-) a amoniaku (NH.)4+) v karbomoyl fosfáte, ADP a Pja. Druhým krokom je viazanie karbomoylfosfátu a ornitínu na molekulu citrulínu a Pja. Tieto reakcie sa vyskytujú v mitochondriálnej matrici.

Cyklus pokračuje v cytozole, kde sa citrulín a aspartát kondenzujú spolu s ATP za vzniku argininosukcinátu, AMP a PP.ja. Argininosukcinát prechádza na arginín a fumarát. Aminokyselina arginín sa kombinuje s vodou za vzniku ornitínu a nakoniec močoviny.

Tento cyklus je prepojený s Krebsovým cyklom, pretože metabolitový fumarát sa zúčastňuje oboch metabolických ciest. Každý cyklus však funguje nezávisle.

Klinické patalogie súvisiace s touto cestou bránia pacientovi užívať si diétu bohatú na proteíny.

Krebsov cyklus alebo cyklus kyseliny citrónovej

Krebsov cyklus je dráha, ktorá sa zúčastňuje na bunkovom dýchaní všetkých organizmov. Priestorovo sa vyskytuje v mitochondriách eukaryotických organizmov.

Prekurzor cyklu je molekula nazývaná acetylkoenzým A, ktorý je kondenzovaný s molekulou oxaloacetátu. Toto spojenie vytvára zlúčeninu šiestich uhlíkov. V každej revolúcii cyklus poskytuje dve molekuly oxidu uhličitého a jednu molekulu oxaloacetátu.

Cyklus začína izomerizačnou reakciou katalyzovanou aconitázou, kde citrát prechádza do cis-akonitu a vody. Podobne akonitáza katalyzuje prechod cis-akonitu do izocitrátu.

Izocytrát sa oxiduje na oxalosukcinát izocitrátdehydrogenázou. Táto molekula je dekarboxylovaná v alfa-ketoglutaráte rovnakým enzýmom, izocitrátdehydrogenázou. Alfa-ketoglutarát prechádza na sukcinyl-CoA pôsobením alfa-ketoglutarát dehydrogenázy.

Sukcinyl-CoA prechádza do sukcinátu, ktorý je oxidovaný na fumarát sukcinátdehydrogenázou. Následne prechádza fumarát do l-malátu a nakoniec l-malát prechádza do oxalacetátu.

Cyklus možno zhrnúť do nasledujúcej rovnice: Acetyl-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH2 + GTP + 2 CO2.

glykolýza

Glykolýza, tiež nazývaná glykolýza, je kľúčovou cestou, ktorá je prítomná prakticky vo všetkých živých organizmoch, od mikroskopických baktérií až po veľké cicavce. Cesta pozostáva z 10 enzymatických reakcií, ktoré degradujú glukózu na kyselinu pyrohroznovú.

Proces začína fosforyláciou molekuly glukózy enzýmom hexokinázou. Myšlienkou tohto kroku je "aktivácia" glukózy a jej zachytenie vo vnútri bunky, pretože glukóza-6-fosfát nemá transportér, cez ktorý môže unikať..

Glukóza-6-fosfát izomeráza berie glukóza-6-fosfát a preskupuje ju do svojho izoméru fruktóza-6-fosfátu. Tretí krok je katalyzovaný fosfofruktokinázou a produktom je fruktóza-1,6-bisfosfát..

Potom aldoláza štiepi vyššie uvedenú zlúčeninu v dihydroxyacetón fosfáte a glyceraldehyd-3-fosfáte. Medzi týmito dvomi zlúčeninami je katalyzovaná rovnováha triosefosfát izomerázy.

Glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenázový enzým produkuje 1,3-bifosfoglycerát, ktorý sa v nasledujúcom kroku konvertuje na 3-fosfoglycerát kinázou fosfoglycerátu. Fosfoglycerátová mutáza mení polohu uhlíka a poskytuje 2-fosfoglycerát.

Enoláza berie tento posledný metabolit a premieňa ho na fosfoenolpyruvát. Posledný krok dráhy je katalyzovaný pyruvátkinázou a konečným produktom je pyruvát.

Oxidačná fosforylácia

Oxidačná fosforylácia je proces tvorby ATP vďaka prenosu elektrónov z NADH alebo FADH2 až do kyslíka a je posledným krokom bunkových respiračných procesov. Vyskytuje sa v mitochondriách a je hlavným zdrojom ATP molekúl v organizmoch s aeróbnym dýchaním.

Jeho význam je nepopierateľný, pretože 26 z 30 molekúl ATP, ktoré sú generované ako produkt úplnej oxidácie glukózy na vodu a oxid uhličitý, nastáva oxidačnou fosforyláciou.

Koncepčne oxidačná fosforylácia spája oxidáciu a syntézu ATP s prúdom protónov cez membránový systém.

NADH alebo FADH2 Na redukciu kyslíka sa používa glykolýza alebo oxidácia mastných kyselín, ktoré sa generujú na rôznych cestách, a voľná energia vytvorená v procese sa používa na syntézu ATP..

β-oxidácia mastných kyselín         

Β-oxidácia je súbor reakcií, ktoré umožňujú oxidáciu mastných kyselín za vzniku veľkého množstva energie.

Spôsob zahŕňa periodické uvoľňovanie oblastí mastných kyselín z dvoch atómov uhlíka na reakciu, až kým úplne neodbúrava mastnú kyselinu. Konečným produktom sú molekuly acetyl-CoA, ktoré môžu vstúpiť do Krebsovho cyklu na úplnú oxidáciu.

Pred oxidáciou sa musí aktivovať mastná kyselina, kde sa viaže na koenzým A. Transportér karnitínu je zodpovedný za translokáciu molekúl do matice mitochondrií.

Po týchto predchádzajúcich krokoch β-oxidácia samotná začína procesmi oxidácie, hydratácie, oxidácie NAD+ a tiolyzis.

Regulácia katabolizmu

Musí existovať rad procesov, ktoré regulujú rôzne enzymatické reakcie, pretože tieto nemôžu pracovať po celú dobu pri svojej maximálnej rýchlosti. Spôsoby metabolizmu sú teda regulované radom faktorov, ktoré zahŕňajú hormóny, neurónové kontroly, dostupnosť substrátu a enzymatickú modifikáciu..

V každej trase musí byť aspoň jedna nezvratná reakcia (to znamená jedna v jednom smere) a smerujúca rýchlosť celej cesty. To umožňuje, aby reakcie pracovali pri rýchlosti požadovanej bunkou a zabránili tomu, aby súčasne fungovali cesty syntézy a degradácie.

Hormóny sú obzvlášť dôležité látky, ktoré pôsobia ako chemickí poslovia. Tieto sa syntetizujú v rôznych endokrinných žliazach a uvoľňujú sa do krvného riečišťa. Niektoré príklady sú:

kortizol

Kortizol pôsobí tak, že znižuje procesy syntézy a zvyšuje katabolické dráhy vo svaloch. Tento účinok sa prejavuje uvoľňovaním aminokyselín do krvného obehu.

inzulín

Na rozdiel od toho existujú hormóny, ktoré majú opačný účinok a znižujú katabolizmus. Inzulín je zodpovedný za zvýšenie syntézy proteínov a zároveň znižuje ich katabolizmus. V tomto prípade sa zvyšuje proteolýza, čo uľahčuje výstup aminokyselín do svalu.

Rozdiely s anabolizmom

Anabolizmus a katabolizmus sú antagonistické procesy, ktoré zahŕňajú súhrn metabolických reakcií, ktoré sa vyskytujú v organizme.

Oba procesy vyžadujú viac chemických reakcií katalyzovaných enzýmami a sú pod prísnou hormonálnou kontrolou schopnou spúšťať alebo spomaľovať určité reakcie. Líšia sa však v týchto základných aspektoch:

Syntéza a degradácia molekúl

Anabolizmus zahŕňa syntézu, zatiaľ čo katabolizmus je zodpovedný za degradáciu molekúl. Hoci tieto procesy sú inverzné, sú spojené v krehkej rovnováhe metabolizmu.

Hovorí sa, že anabolizmus je rozdielny proces, pretože má jednoduché zlúčeniny a premieňa ich na väčšie zlúčeniny. Na rozdiel od katabolizmu, ktorý je klasifikovaný ako konvergentný proces, získaním malých molekúl, ako je oxid uhličitý, amoniak a voda, z veľkých molekúl.

Rôzne katabolické dráhy berú makromolekuly, ktoré tvoria potravu a redukujú ju na menšie zložky. Anabolické cesty sú na druhej strane schopné odoberať tieto jednotky a znovu vytvárať prepracovanejšie molekuly.

Inými slovami, telo musí „zmeniť konfiguráciu“ prvkov, ktoré tvoria potraviny, ktoré sa majú použiť v procesoch, ktoré vyžadujú.

Tento proces je analogický s populárnou hrou legos, kde hlavné zložky môžu tvoriť rôzne štruktúry so širokou škálou priestorových usporiadaní..

Využívanie energie

Katabolizmus je zodpovedný za získavanie energie obsiahnutej v chemických väzbách potravín, takže jej hlavným cieľom je výroba energie. K tejto degradácii dochádza vo väčšine prípadov oxidačnými reakciami.

Nie je však divné, že katabolické cesty vyžadujú pridanie energie vo svojich počiatočných krokoch, ako sme videli v glykolytickej dráhe, ktorá vyžaduje inverziu molekúl ATP.

Na druhej strane, anabolizmus je zodpovedný za pridanie voľnej energie produkovanej katabolizmom, aby sa dosiahlo zostavenie požadovaných zlúčenín. Anabolizmus aj katabolizmus sa v bunke vyskytujú neustále a súčasne.

Všeobecne ATP je molekula používaná na prenos energie. To môže difundovať do oblastí, kde sa vyžaduje, a keď sa hydrolyzuje, chemická energia obsiahnutá v molekule sa uvoľní. Rovnako tak môže byť energia transportovaná ako atómy vodíka alebo elektróny.

Tieto molekuly sa nazývajú koenzýmy a zahŕňajú NADP, NADPH a FMNH2. Pôsobia redukčnými reakciami. Okrem toho môžu prenášať redukčnú kapacitu v ATP.

referencie

  1. Chan, Y. K., Ng, K. P., & Sim, D. S. M. (Eds.). (2015). Farmakologický základ akútnej starostlivosti. Springer International Publishing.
  2. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Pozvánka na biológiu. Macmillan.
  3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Molekulárna bunková biológia. Macmillan.
  4. Ronzio, R. A. (2003). Encyklopédia výživy a dobrého zdravia. Infobase Publishing.
  5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, C. W. (2007). Základy biochémie: Život na molekulárnej úrovni. Panamericana Medical.