Celler er de mindste enheder af levende ting, der kan prale af alle de egenskaber, der er forbundet med livet. En af disse definerende egenskaber er stofskifte, eller brugen af molekyler eller energi indsamlet fra miljøet til at udføre de biokemiske reaktioner, der kræves for at forblive i live og i sidste ende reproducere.
Metaboliske processer, ofte betegnet metaboliske veje, kan opdeles i dem der er anabolske, eller som involverer syntesen af nye molekyler, og de der er katabolisk, som involverer nedbrydning af eksisterende molekyler.
I almindelighed handler anabolske processer om at bygge et hus og erstatte ting som vinduer og tagrender efter behov, og kataboliske processer handler om at tage slidte eller ødelagte stykker af huset til kantsten. Hvis disse udføres sammen i det rette tempo, vil huset eksistere i en så stabil tilstand som muligt, men aldrig passivt.
Oversigt over stofskifte
Celler og væv, de danner, gennemgår kontinuerligt "tovejs" stofskifte, hvilket betyder, at mens nogle ting flyder i en anabol retning, går andre i den modsatte retning.
Dette er måske mere tydeligt på niveauet af hele organismer: Hvis du brænder igennem glukose mens du sprinter for at indhente din hund (katabolisk proces), fortsætter papiret, der er skåret på din hånd fra dagen før, med at heles (anabolsk proces). Men den samme dikotomi fungerer i individuelle celler.
Cellularreaktioner katalyseres af specielle globulære proteinmolekyler kaldet enzymer, som pr. definition deltager i kemiske reaktioner uden at blive ændret i sidste ende. De fremskynder reaktioner i høj grad - undertiden med en faktor på godt over tusind - og fungerer således som katalysatorer.
Anabolske reaktioner kræver normalt et input af energi og er derfor endoterm (løst oversat, "varme indefra"). Dette giver mening; du kan ikke vokse eller opbygge muskler, medmindre du spiser, idet dit madindtag normalt skaleres til intensiteten og varigheden af en given aktivitet.
Kataboliske reaktioner er normalt eksoterm ("varme udefra") og frigør energi, hvoraf meget udnyttes af cellen i form af adenosintrifosfat (ATP) og anvendes til andre metaboliske processer.
Substrates of Metabolism
De vigtigste strukturelle elementer i kroppen og de molekyler, det kræver til brændstof plus vævsvækst og udskiftning, er sammensat af monomerer, eller små gentagne enheder inden for en større helhed, kaldet a polymer.
Disse enheder kan være identiske, som med glukosemolekylerne arrangeret i lange kæder af lagerbrændstoffet glykogen, eller de kan være ens og kommer i "smag" som med nukleinsyrer og de nukleotider, der udgør dem.
De tre store makronæringsstof klasser af makromolekyler i menneskelig ernæring, kaldet kulhydrater, proteiner og fedt, består hver af deres egen type monomer.
Glukose er det grundlæggende substrat for hele livet på Jorden, hvor hver levende celle er i stand til at metabolisere den til energi. Som bemærket kan glukosemolekyler forbindes til "kæder" for at danne glykogen, som hos mennesker primært findes i muskler og lever. Proteiner består af monomerer trukket fra en grab-pose på 20 forskellige aminosyrer.
Fedtstoffer er ikke polymerer, fordi de består af tre fedtsyrer bundet til en "rygrad" i tre-carbon-molekylet glycerol. Når de vokser eller krymper, sker dette via tilsætning eller fjernelse af atomer til enderne af fedtsyrekæderne, snarere som en stor "E", hvor den lodrette del forbliver i samme størrelse, men de vandrette bjælker varierer i længde.
Hvad er anabolsk metabolisme?
Overvej at få en kasse med legetøjsbyggesten i ubegrænset størrelse. Mange er identiske undtagen i deres farve; andre har forskellige størrelser, men kan sammenføjes; stadig andre er ikke beregnet til at oprette forbindelse uanset den konfiguration, du vælger. Du kan oprette identiske konstruktioner, der inkluderer f.eks. Tre til fem stykker, og knytte disse sammen på en sådan måde, at krydset mellem disse konstruktioner også er identiske.
Dette er i det væsentlige anabolsk stofskifte i aktion. De enkelte grupper på tre til fem legetøjsstykker repræsenterer "monomerer", og det færdige produkt er analogt med "polymer." Og i celler, i stedet for at dine hænder gør arbejdet med at sætte stykkerne sammen, styrer enzymer behandle. I begge tilfælde er nøgleaspektet et input af energi til generering af molekyler med større kompleksitet (og normalt også større størrelse).
Eksempler på anabolske processer inkluderer, ud over proteinsyntese, glukoneogenese (syntesen af glucose fra forskellige opstrøms substrater), syntesen af fedtsyrer, lipogenese (syntese af fedt fra fedtsyrer og glycerol) og dannelse af urinstof og ketonlegemer.
Hvad er katabolisk metabolisme?
For det meste er kataboliske processer på niveauet for individuelle reaktioner ikke kun de tilsvarende anabolske reaktioner, der kører baglæns, selvom mange af dem er de samme. Normalt er forskellige enzymer involveret.
For eksempel det første trin i glykolyse (katabolismen af glukose) er tilsætningen af en fosfatgruppe til glukosen, takket være enzymet hexokinasetil dannelse af glucose-6-phosphat. Men det sidste trin i gluconeogenese, fjernelse af phosphat fra glucose-6-phosphat til dannelse af glucose, katalyseres af glucose-6-phosphatase.
Andre vitale katabolske processer der foregår i din krop er glykogenolyse (nedbrydning af glykogen i muskler eller lever), lipolyse (fjernelse af fedtsyrer fra glycerol), beta-oxidation ("forbrænding" af fedtsyrer) og nedbrydning af ketoner, proteiner eller individuelle aminosyrer.
Holde en balance mellem anabolsk og katabolisk metabolisme
At holde kroppen i overensstemmelse med dens behov i realtid kræver en høj grad af lydhørhed og koordination. Hastighederne for anabolske og katabolske reaktioner kan styres ved at variere mængden af enzym eller substrat mobiliseret til en given del af cellen eller ved at feedbackhæmning, hvor akkumuleringen af et produkt signalerer, at reaktionen opstrøms forløber langsommere.
Også og vigtigst set fra synspunktet om at visualisere metabolisme holistisk, kan substrater fra en makronæringsvej skiftes ind i en anden efter behov.
Et eksempel på denne integration af veje er, at aminosyrerne alanin og glutamin ud over at fungere som byggesten for proteiner også kan komme ind i glukoneogenese. For at dette kan ske, skal de kaste deres kvælstof, som håndteres af kaldte enzymer transaminaser.
- Glycerol, et produkt fra lipolyse, kan også komme ind i glukoneogenesevejen, hvilket er en måde at få løs sukker fra fedt på en løs måde. Til dato er der imidlertid ingen beviser for, at produkter med fedtsyreoxidation kan komme ind i glukoneogenese.
Fysisk træning: Muskelvækst og tab af fedt
Fysisk kondition er et stort offentligt anliggende i lande, hvor folk ofte har den luksus at have valgfri motion.
Mange af de almindelige modaliteter er rettet stærkt i retning af en eller anden proces, såsom at løfte vægte for at opbygge muskelmasse (anabolsk øvelser) eller ved hjælp af en elliptisk træner eller løbebånd til "cardio" og kaste magert eller fedt kropsmasse (eller kropsvægt) til vægttab (katabolisk øvelser).
Et eksempel på begge systemer i aktion er en maratonløber, der forbereder sig på og løber et løb på 42,2 km. Ugen før fylder mange forsætligt på kulhydratrige fødevarer, mens de hviler for indsatsen.
På grund af deres daglige løbstræning og det konstante behov for at erstatte kataboliseret brændstof har disse atleter høje niveauer af aktiviteten af enzymet glykogensyntase, som gør det muligt for deres muskler og lever at syntetisere glykogen med usædvanligt aviditet.
Under maraton omdannes dette glykogen til glukose for at drive løberen sammen i timevis, selvom disse atleter tager typisk kilder til glukose (f.eks. sportsdrikke) igennem hele begivenheden for at forhindre "at ramme væg."
- Kroppens manglende evne til at generere glukose fra fedtsyrer er grunden til, at kulhydrater betragtes som kritiske for vedvarende træning med høj intensitet, da beta-oxidation af fedtsyrer ikke resulterer i tilstrækkelig ATP til at holde trit med metaboliske behov.