الابتنائية مقابل التقويضية (التمثيل الغذائي للخلايا): التعريف والأمثلة

الخلايا هي أصغر وحدات الكائنات الحية التي تتباهى بكل الخصائص المرتبطة بالحياة. واحدة من هذه الخصائص المميزة هي التمثيل الغذائي، أو استخدام الجزيئات أو الطاقة التي تم جمعها من البيئة لإجراء التفاعلات الكيميائية الحيوية اللازمة للبقاء على قيد الحياة والتكاثر في نهاية المطاف.

يمكن تقسيم عمليات التمثيل الغذائي ، التي غالبًا ما تسمى مسارات التمثيل الغذائي ، إلى تلك الموجودة الابتنائية، أو التي تنطوي على تخليق جزيئات جديدة ، وتلك الموجودة الهدم، والتي تنطوي على انهيار الجزيئات الموجودة.

بالعامية ، تتمحور العمليات الابتنائية حول بناء منزل واستبدال أشياء مثل النوافذ و المزاريب حسب الحاجة ، وعمليات التقويض تدور حول أخذ القطع البالية أو المكسورة من المنزل إليها تطويق. إذا تم إجراء ذلك بالتنسيق مع السرعة الصحيحة ، فسيكون المنزل في حالة مستقرة قدر الإمكان ، ولكن ليس بشكل سلبي أبدًا.

الخلايا والأنسجة التي تشكلها تخضع باستمرار "ثنائية الاتجاه" التمثيل الغذائي، مما يعني أنه في حين أن بعض الأشياء تتدفق في اتجاه ابتنائي ، فإن البعض الآخر يسير في الاتجاه المعاكس.

ربما يكون هذا أكثر وضوحًا على مستوى الكائنات الحية الكاملة: إذا كنت تحترق

يتم تحفيز التفاعلات الخلوية بواسطة جزيئات بروتين كروية خاصة تسمى الانزيمات، والتي بحكم تعريفها تشارك في التفاعلات الكيميائية دون أن تتغير نفسها في النهاية. إنها تسرع ردود الفعل بشكل كبير - أحيانًا بعامل يزيد عن الألف - وبالتالي تعمل على أنها المحفزات.

ردود الفعل الابتنائية عادة ما تتطلب مدخلات من الطاقة وبالتالي فهي ماص للحرارة (ترجم بشكل فضفاض ، "الحرارة إلى الداخل"). هذا يبدو منطقيا؛ لا يمكنك أن تنمو أو تبني العضلات إلا إذا كنت تأكل ، وعادة ما يرتفع مدخولك من الطعام إلى شدة ومدة نشاط معين.

تفاعلات تقويضية عادة طارد للحرارة ("الحرارة إلى الخارج") وتحرر الطاقة ، والتي يتم تسخير الكثير منها بواسطة الخلية في شكل ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP) وتستخدم لعمليات التمثيل الغذائي الأخرى.

تتكون العناصر الهيكلية الرئيسية للجسم والجزيئات التي يحتاجها للوقود بالإضافة إلى نمو الأنسجة واستبدالها مونومرات، أو وحدات مكررة صغيرة داخل كل أكبر ، تسمى أ بوليمر.

قد تكون هذه الوحدات متطابقة ، كما هو الحال مع جزيئات الجلوكوز المرتبة في سلاسل طويلة من وقود التخزين الجليكوجين، أو قد تكون متشابهة وتأتي "بنكهات" ، كما هو الحال مع احماض نووية والنيوكليوتيدات التي تتكون منها.

الثلاثة الكبرى المغذيات الكبيرة فئات الجزيئات الكبيرة في تغذية الإنسان ، ودعا الكربوهيدرات, البروتينات و الدهون، كل منها يتكون من نوع مونومر خاص به.

الجلوكوز هو الركيزة الأساسية لجميع أشكال الحياة على الأرض ، مع كل خلية حية قادرة على استقلابها للحصول على الطاقة. كما لوحظ ، يمكن ربط جزيئات الجلوكوز في "سلاسل" لتكوين الجليكوجين ، والذي يوجد في الإنسان بشكل أساسي في العضلات والكبد. تتكون البروتينات من مونومرات مأخوذة من 20 كيسًا مختلفًا أحماض أمينية.

الدهون ليست بوليمرات لأنها تتكون من ثلاثة أحماض دهنية مرتبط بـ "العمود الفقري" لجزيء ثلاثي الكربون الجلسرين. عندما تنمو أو تتقلص ، يحدث ذلك عن طريق إضافة أو إزالة الذرات إلى نهايات سلاسل الأحماض الدهنية ، بدلاً من ذلك مثل حرف "E" كبير مع بقاء الجزء الرأسي بنفس الحجم ولكن الأشرطة الأفقية متفاوتة الطول.

ضع في اعتبارك أن تحصل على صندوق من اللبنات الأساسية للألعاب بحجم غير محدود. كثير منها متطابق إلا في لونها. والبعض الآخر أحجام مختلفة ، ولكن يمكن ضمها معًا ؛ لا يزال البعض الآخر غير مخصص للاتصال بغض النظر عن التكوين الذي تحدده. يمكنك إنشاء بنيات متطابقة تتضمن ، على سبيل المثال ، ثلاث إلى خمس قطع ، وربطها معًا بطريقة تجعل تقاطعات هذه التركيبات متطابقة أيضًا.

هذا هو في الأساس عملية التمثيل الغذائي الابتنائية في العمل. تمثل المجموعات الفردية المكونة من ثلاث إلى خمس قطع لعبة "المونومرات" ويكون المنتج النهائي مشابهًا لها "بوليمر". وفي الخلايا ، بدلاً من قيام يديك بعمل تجميع القطع معًا ، تقوم الإنزيمات بتوجيه عملية. في كلتا الحالتين ، يكون الجانب الرئيسي هو إدخال الطاقة لتوليد جزيئات ذات تعقيد أكبر (وعادة ما يكون حجمها أكبر أيضًا).

تشمل أمثلة عمليات الابتنائية ، بالإضافة إلى تخليق البروتين ، استحداث السكر (تخليق الجلوكوز من مختلف ركائز المنبع) ، تخليق الأحماض الدهنية ، تكون الدهون (تخليق الدهون من الأحماض الدهنية والجلسرين) وتكوين اليوريا و أجسام خلونية.

في معظم الأحيان ، لا تكون عمليات التقويض ، على مستوى التفاعلات الفردية ، مجرد تفاعلات بنائية مقابلة تعمل في الاتجاه المعاكس ، على الرغم من أن العديد منها متماثل. عادة ، تشارك إنزيمات مختلفة.

على سبيل المثال ، الخطوة الأولى في تحلل السكر (تقويض الجلوكوز) هو إضافة مجموعة فوسفات إلى الجلوكوز ، من باب المجاملة للإنزيم هيكسوكينازلتكوين الجلوكوز 6 فوسفات. لكن الخطوة الأخيرة لتكوين الجلوكوز ، وهي إزالة الفوسفات من الجلوكوز 6 فوسفات لتكوين الجلوكوز ، يتم تحفيزها بواسطة الجلوكوز 6 فوسفاتاز.

عمليات تقويضية حيوية أخرى تحدث في جسمك هي تحلل الجليكوجين (انهيار الجليكوجين في العضلات أو الكبد) ، تحلل الدهون (إزالة الأحماض الدهنية من الجلسرين) ، أكسدة بيتا ("حرق" الأحماض الدهنية) ، وتدهور الكيتونات أو البروتينات أو الأحماض الأمينية الفردية.

يتطلب الحفاظ على تناغم الجسم مع احتياجاته في الوقت الفعلي درجة عالية من الاستجابة والتنسيق. يمكن التحكم في معدلات التفاعلات الابتنائية والتقويضية عن طريق تغيير كمية الإنزيم أو الركيزة المعبأة إلى جزء معين من الخلية ، أو عن طريق منع ردود الفعل، حيث يشير تراكم المنتج إلى رد الفعل في المنبع للمضي قدمًا بشكل أبطأ.

أيضًا ، والأهم من ذلك من وجهة نظر تصور التمثيل الغذائي بشكل شامل ، يمكن تحويل الركائز من مسار المغذيات الكبيرة إلى مسار آخر حسب الحاجة.

مثال على تكامل المسارات هذا هو أن الأحماض الأمينية ألانين والجلوتامين ، بالإضافة إلى كونها بمثابة اللبنات الأساسية للبروتينات ، يمكن أن تدخل أيضًا في تكوين الجلوكوز. ولكي يحدث هذا ، يحتاجون إلى التخلص من النيتروجين ، الذي يتم التعامل معه بواسطة إنزيمات تسمى الترانساميناسات.

• يمكن أن يدخل الجلسرين ، وهو أحد منتجات تحلل الدهون ، إلى مسار تكوين الجلوكوز ، وهو أحد الطرق ، بمعنى فضفاض ، للحصول على السكر من الدهون. ومع ذلك ، لا يوجد حتى الآن دليل على أن منتجات أكسدة الأحماض الدهنية يمكن أن تدخل في تكوين السكر.

تعد اللياقة البدنية مصدر قلق عام رئيسي في البلدان التي يتمتع فيها الناس غالبًا برفاهية ممارسة التمارين الرياضية الاختيارية.

تهدف العديد من الأساليب الشائعة بقوة في اتجاه عملية أو أخرى ، مثل رفع الأثقال لبناء كتلة العضلات (الابتنائية تمارين رياضية) أو استخدام جهاز تمرين بيضاوي أو جهاز المشي من أجل "القلب" والتخلص من كتلة الجسم النحيلة أو الدهنية (أو وزن الجسم) لفقدان الوزن (تقويضي تمارين).
أحد الأمثلة على كلا النظامين قيد التشغيل هو عداء ماراثون يستعد لسباق بطول 42.2 كيلومتر (26.2 ميل) ويديره. في الأسبوع السابق ، قام العديد من الأشخاص عن قصد بتناول الأطعمة الغنية بالكربوهيدرات أثناء الراحة من أجل بذل الجهد.

بسبب تدريبهم اليومي على الجري والحاجة المستمرة لاستبدال الوقود المعطل ، يتمتع هؤلاء الرياضيون بمستويات عالية من نشاط إنزيم الجليكوجين سينثيز ، والذي يسمح لعضلاتهم وكبدهم بتخليق الجليكوجين مع غير عادي شغف.

خلال سباق الماراثون ، يتم تحويل هذا الجليكوجين إلى جلوكوز لتشغيل العداء لساعات متتالية ، على الرغم من ذلك عادةً ما يأخذ الرياضيون مصادر الجلوكوز (على سبيل المثال ، المشروبات الرياضية) طوال الحدث أيضًا لمنع "الوصول إلى حائط."

• عدم قدرة الجسم على إنتاج الجلوكوز من الأحماض الدهنية هو السبب في اعتبار الكربوهيدرات أمرًا بالغ الأهمية تمرين عالي الكثافة ومستمر ، لأن أكسدة بيتا للأحماض الدهنية لا ينتج عنها ما يكفي من ATP لمواكبة احتياجات التمثيل الغذائي.