Buňky jsou nejmenší jednotky živých věcí, které se pyšní všemi vlastnostmi spojenými se životem. Jednou z těchto definujících charakteristik je metabolismus, nebo použití molekul nebo energie shromážděné z prostředí k provedení biochemických reakcí potřebných k tomu, aby zůstali naživu a nakonec se množili.
Metabolické procesy, často nazývané metabolické cesty, lze rozdělit na ty, které jsou anabolický, nebo které zahrnují syntézu nových molekul a těch, které jsou katabolický, které zahrnují rozpad existujících molekul.
Hovorově se anabolické procesy týkají stavby domu a výměny věcí, jako jsou okna a žlaby podle potřeby a katabolické procesy spočívají v odvozu opotřebovaných nebo rozbitých částí domu obrubník. Pokud se to děje ve shodě správným tempem, dům bude existovat v co nejstabilnějším stavu, ale nikdy pasivně.
Přehled metabolismu
Buňky a tkáně, které tvoří, neustále procházejí „obousměrně“ metabolismus, což znamená, že zatímco některé věci plynou anabolickým směrem, jiné jdou opačným směrem.
To je patrnější na úrovni celých organismů: Pokud hoříte skrz glukóza zatímco sprintujete, abyste dohonili svého psa (katabolický proces), řez papíru na vaší ruce z předchozího dne se nadále hojí (anabolický proces). Stejná dichotomie však funguje v jednotlivých buňkách.
Buněčné reakce jsou katalyzovány speciálními globulárními molekulami proteinu zvanými enzymy, kteří se podle definice účastní chemických reakcí, aniž by se nakonec sami změnili. Velmi urychlují reakce - někdy i více než tisíc - a tak fungují jako katalyzátory.
Anabolické reakce obvykle vyžadují vstup energie a jsou tedy endotermický (volně přeloženo, „teplo do vnitřku“). To dává smysl; nemůžete růst ani budovat svaly, pokud nejíte, přičemž příjem potravy se obvykle mění podle intenzity a doby trvání dané činnosti.
Katabolické reakce jsou obvykle exotermické („teplo ven“) a uvolňovat energii, z nichž většina je využívána buňkou ve formě adenosintrifosfát (ATP) a používá se pro jiné metabolické procesy.
Substráty metabolismu
Jsou složeny hlavní strukturní prvky těla a molekuly, které vyžaduje pro palivo plus růst a výměna tkání monomery, nebo malé opakující se jednotky ve větším celku, nazývané a polymer.
Tyto jednotky mohou být identické, jako u molekul glukózy uspořádaných do dlouhých řetězců zásobního paliva glykogen, nebo mohou být podobné a mohou mít podobu „chutí“ nukleové kyseliny a nukleotidy, které je tvoří.
Tři hlavní makroživina třídy makromolekuly v lidské výživě, tzv sacharidy, bílkoviny a tuky, každý se skládá z jejich vlastního typu monomeru.
Glukóza je základním substrátem všeho života na Zemi, přičemž každá živá buňka je schopna ji metabolizovat na energii. Jak již bylo uvedeno, molekuly glukózy mohou být spojeny do „řetězců“ za vzniku glykogenu, který se u lidí nachází především ve svalech a játrech. Proteiny se skládají z monomerů získaných z vaku 20 různých aminokyseliny.
Tuky nejsou polymery, protože se skládají ze tří mastné kyseliny spojené s „páteří“ molekuly se třemi uhlíky glycerol. Když rostou nebo se zmenšují, dochází k tomu přidáním nebo odstraněním atomů na koncích řetězců mastných kyselin, spíše jako velké písmeno „E“, přičemž svislá část zůstává stejná, ale vodorovné pruhy se mění v délka.
Co je to anabolický metabolismus?
Zvažte možnost mít krabici stavebnic hraček neomezené velikosti. Mnohé z nich jsou identické kromě své barvy; jiné mají různé velikosti, ale lze je spojit; stále ostatní nejsou určeny k připojení bez ohledu na konfiguraci, kterou vyberete. Můžete vytvořit identické konstrukty, které obsahují řekněme tři až pět kusů, a propojit je dohromady takovým způsobem, že spojení těchto konstruktů jsou také identická.
Jedná se v podstatě o anabolický metabolismus v akci. Jednotlivé skupiny tří až pěti hraček představují „monomery“ a hotový výrobek je obdobou "polymer." A v buňkách místo toho, aby vaše ruce skládaly kousky, vedou enzymy proces. V obou případech je klíčovým aspektem vstup energie pro generování molekul o větší složitosti (a obvykle také o větší velikosti).
Mezi příklady anabolických procesů patří, kromě syntézy proteinů, glukoneogeneze (syntéza glukózy z různých předřazených substrátů), syntéza mastných kyselin, lipogeneze (syntéza tuků z mastných kyselin a glycerolu) a tvorba močovina a ketolátky.
Co je katabolický metabolismus?
Katabolické procesy na úrovni jednotlivých reakcí většinou nejsou jen odpovídajícími anabolickými reakcemi probíhajícími opačně, i když mnohé z nich jsou stejné. Obvykle se jedná o různé enzymy.
Například první krok glykolýza (katabolismus glukózy) je přidání fosfátové skupiny ke glukóze, s laskavým svolením enzymu hexokinázaza vzniku glukózo-6-fosfátu. Ale poslední krok glukoneogeneze, odstranění fosfátu z glukóza-6-fosfátu za vzniku glukózy, je katalyzován glukóza-6-fosfatázou.
Další důležité katabolické procesy probíhající ve vašem těle jsou glykogenolýza (rozklad glykogenu ve svalu nebo játrech), lipolýza (odstranění mastných kyselin z glycerolu), beta-oxidace („spalování“ mastných kyselin) a degradace ketonů, bílkovin nebo jednotlivých aminokyselin.
Udržování rovnováhy anabolického a katabolického metabolismu
Udržování těla v souladu s jeho potřebami v reálném čase vyžaduje vysokou míru reakce a koordinace. Rychlost anabolických a katabolických reakcí lze regulovat změnou množství enzymu nebo substrátu mobilizovaného do dané části buňky nebo inhibice zpětné vazby, ve kterém akumulace produktu signalizuje reakci proti proudu, aby probíhala pomaleji.
A co je důležitější z hlediska holistické vizualizace metabolismu, lze substráty z jedné cesty makronutrientů podle potřeby posunout do cesty jiné.
Příkladem této integrace cest je, že aminokyseliny alanin a glutamin mohou kromě toho, že slouží jako stavební kameny proteinů, také vstoupit do glukoneogeneze. Aby k tomu došlo, musí se zbavit dusíku, který je zpracováván tzv. Enzymy transaminázy.
- Glycerol, produkt lipolýzy, může také vstoupit do dráhy glukoneogeneze, což je jeden způsob, jak ve volném smyslu získat cukr z tuku. Doposud však neexistuje žádný důkaz, že produkty oxidace mastných kyselin mohou vstoupit do glukoneogeneze.
Fyzické cvičení: Růst svalů a ztráta tuků
Fyzická zdatnost je hlavním zájmem veřejnosti v zemích, kde mají lidé často volitelný pohyb.
Mnoho běžných modalit je silně zaměřeno ve směru jednoho či druhého procesu, jako je zvedání závaží za účelem budování svalové hmoty (anabolické cvičení) nebo používání eliptického trenažéru nebo běžeckého pásu pro „kardio“ a zbavování se štíhlé nebo tukové tělesné hmoty (nebo tělesné hmotnosti) pro hubnutí (katabolické cvičení).
Jedním z příkladů obou systémů v akci je maratónský běžec, který se připravuje na 42,2 km dlouhý závod. Týden před tím mnoho lidí úmyslně naložilo na potraviny bohaté na sacharidy, zatímco odpočívalo.
Vzhledem k jejich každodennímu běžeckému tréninku a neustálé potřebě nahrazovat katabolizované palivo mají tito sportovci vysoké úrovně aktivity enzymu glykogensyntázy, který umožňuje jejich svalům a játrům syntetizovat glykogen neobvykle avidita.
Během maratonu se tento glykogen přeměňuje na glukózu, aby běžec pobíhal celé hodiny, i když tyhle sportovci obvykle během akce přijímají zdroje glukózy (např. sportovní nápoje), aby zabránili „zasažení stěna."
- Neschopnost těla vytvářet glukózu z mastných kyselin je důvod, proč jsou sacharidy považovány za kritické vysoce intenzivní a trvalé cvičení, protože beta-oxidace mastných kyselin nevede k dostatečnému množství ATP, aby bylo možné držet krok metabolické potřeby.