Анаболен срещу катаболен (клетъчен метаболизъм): Определение и примери

Клетките са най-малките единици живи същества, които могат да се похвалят с всички свойства, свързани с живота. Една от тези определящи характеристики е метаболизъм, или използването на молекули или енергия, събрана от околната среда, за осъществяване на биохимичните реакции, необходими, за да останат живи и в крайна сметка да се възпроизведат.

Метаболитните процеси, често наричани метаболитни пътища, могат да бъдат разделени на тези, които са анаболен, или които включват синтеза на нови молекули, и тези, които са катаболен, които включват разграждане на съществуващи молекули.

Разговорно, анаболните процеси са свързани с изграждането на къща и подмяната на неща като прозорци и улуци, ако е необходимо, и катаболните процеси са свързани с изнасянето на износени или счупени парчета от къщата бордюр. Ако те се правят съгласувано с правилното темпо, къщата ще съществува във възможно най-стабилно състояние, но никога пасивно.

Клетките и тъканите, които те образуват, са непрекъснато подложени на „двупосочно“

Това може би е по-очевидно на нивото на цели организми: Ако изгаряте глюкоза докато спринтирате, за да настигнете кучето си (катаболен процес), хартията, отрязана на ръката ви от предния ден, продължава да зараства (анаболен процес). Но същата дихотомия действа и в отделни клетки.

Клетъчните реакции се катализират от специални кълбовидни протеинови молекули, наречени ензими, които по дефиниция участват в химични реакции, без да се променят в крайна сметка. Те значително ускоряват реакциите - понякога с фактор много над хиляда - и по този начин функционират като катализатори.

Анаболни реакции обикновено изискват влагане на енергия и следователно са ендотермичен (свободно преведено, "топлина отвътре"). Това има смисъл; не можете да растете или да изграждате мускули, освен ако не се храните, като приемът на храна обикновено се мащабира според интензивността и продължителността на дадена дейност.

Катаболни реакции обикновено са екзотермичен ("топлина навън") и освобождават енергия, голяма част от която се впряга от клетката под формата на аденозин трифосфат (АТФ) и се използва за други метаболитни процеси.

Основните структурни елементи на тялото и молекулите, необходими му за гориво, плюс растеж и заместване на тъканите се състоят от мономери, или малки повтарящи се единици в по-голямо цяло, наречени a полимер.

Тези единици могат да бъдат идентични, както при молекулите на глюкозата, подредени в дълги вериги на горивото за съхранение гликоген, или те могат да бъдат подобни и да се предлагат в "вкусове", както при нуклеинова киселина и нуклеотидите, които ги изграждат.

Трите основни макронутриент класове на макромолекули в човешкото хранене, т.нар въглехидрати, протеини и мазнини, всеки се състои от свой собствен тип мономер.

Глюкозата е основният субстрат на целия живот на Земята, като всяка жива клетка е способна да я метаболизира за енергия. Както беше отбелязано, молекулите на глюкозата могат да бъдат свързани в „вериги“, за да образуват гликоген, който при хората се намира предимно в мускулите и черния дроб. Протеините се състоят от мономери, извлечени от 20 различни различни чанти аминокиселини.

Мазнините не са полимери, защото се състоят от три мастни киселини свързани с "гръбнака" на тривъглеродната молекула глицерол. Когато те растат или се свиват, това се случва чрез добавяне или отстраняване на атоми в краищата на веригите на мастните киселини, по-скоро като главна буква "Е", като вертикалната част остава със същия размер, но хоризонталните ленти варират в дължина.

Помислете дали да ви бъде дадена кутия с градивни играчки с неограничен размер. Много от тях са идентични, с изключение на цвета си; други са с различни размери, но могат да бъдат обединени; други не са предназначени за свързване, независимо от конфигурацията, която изберете. Можете да създадете идентични конструкции, които включват да речем, три до пет парчета, и да ги свържете по такъв начин, че кръстовищата на тези конструкции също да са идентични.

Това е по същество анаболен метаболизъм в действие. Отделните групи от три до пет парчета играчки представляват "мономери" и крайният продукт е аналог на „полимер“. И в клетките, вместо ръцете ви да вършат работата по сглобяването на парчетата, ензимите ги насочват процес. И в двата случая ключовият аспект е влагането на енергия за генериране на молекули с по-голяма сложност (и обикновено също по-голям размер).

Примери за анаболни процеси включват, освен синтеза на протеин, глюконеогенеза (синтеза на глюкоза от различни субстрати нагоре по веригата), синтеза на мастни киселини, липогенеза (синтеза на мазнини от мастни киселини и глицерол) и образуването на урея и кетонни тела.

По-голямата част от времето катаболните процеси на нивото на отделните реакции не са просто съответните анаболни реакции, протичащи обратно, въпреки че много от тях са еднакви. Обикновено участват различни ензими.

Например първата стъпка в гликолиза (катаболизмът на глюкозата) е добавянето на фосфатна група към глюкозата, благодарение на ензима хексокиназа, за да се образува глюкозо-6-фосфат. Но последният етап на глюконеогенезата, отстраняването на фосфата от глюкозо-6-фосфат за образуване на глюкоза, се катализира от глюкозо-6-фосфатаза.

Други жизненоважни катаболни процеси, протичащи в тялото ви са гликогенолиза (разграждане на гликоген в мускулите или черния дроб), липолиза (отстраняване на мастни киселини от глицерол), бета-окисляване („изгарянето“ на мастни киселини) и разграждането на кетони, протеини или отделни аминокиселини.

Поддържането на тялото в съответствие с нуждите му в реално време изисква висока степен на отзивчивост и координация. Скоростите на анаболни и катаболни реакции могат да бъдат контролирани чрез промяна на количеството ензим или субстрат, мобилизирани към дадена част от клетката, или чрез инхибиране на обратната връзка, при което натрупването на продукт сигнализира реакцията нагоре по течението да протече по-бавно.

Също така, и което е важно от гледна точка на цялостното визуализиране на метаболизма, субстратите от един път на макроелементи могат да бъдат шунтирани в този на друг, ако е необходимо.

Пример за тази интеграция на пътищата е, че аминокиселините аланин и глутамин, освен че служат като градивни елементи на протеините, могат да влязат и в глюконеогенезата. За да се случи това, те трябва да отделят азота си, който се обработва от ензимите, наречени трансаминази.

• Глицеролът, продукт на липолиза, също може да навлезе в пътя на глюконеогенезата, което е един от начините за получаване на захар от мазнини. Към днешна дата обаче няма доказателства, че продуктите от окисляването на мастните киселини могат да навлязат в глюконеогенезата.

Физическата годност е основна обществена грижа в страните, в които хората често имат лукса на незадължителните упражнения.

Много от често срещаните модалности са насочени силно в посока на един или друг процес, като вдигане на тежести за изграждане на мускулна маса (анаболен упражнения) или с помощта на елиптичен тренажор или бягаща пътека за „кардио“ и проливане на чиста или мастна телесна маса (или телесно тегло) за отслабване (катаболно упражнения).
Един пример за двете системи в действие е маратонец, който се подготвя и избягва състезание от 42,2 км (26,2 мили). Предишната седмица много хора умишлено се зареждат с богати на въглехидрати храни, докато си почиват за усилията.

Поради ежедневната си тренировка за бягане и постоянната нужда от подмяна на катаболизираното гориво, тези спортисти имат високи нива на активността на ензима гликоген синтаза, който позволява на мускулите и черния дроб да синтезират гликоген с необичайно авидност.

По време на маратона този гликоген се превръща в глюкоза, за да захранва бегача с часове, макар и тези спортистите обикновено приемат източници на глюкоза (напр. спортни напитки) през цялото събитие, за да предотвратят „удряне на стена. "

• Неспособността на организма да генерира глюкоза от мастни киселини е причината въглехидратите да се считат за критични висока интензивност, продължително упражнение, тъй като бета-окислението на мастни киселини не води до достатъчно АТФ, за да е в крак с метаболитни нужди.