Αναβολικά έναντι Καταβολικού (Κυτταρικός Μεταβολισμός): Ορισμός & Παραδείγματα

Τα κύτταρα είναι οι μικρότερες μονάδες ζωντανών όντων που διαθέτουν όλες τις ιδιότητες που σχετίζονται με τη ζωή. Ένα από αυτά τα καθοριστικά χαρακτηριστικά είναι μεταβολισμός, ή τη χρήση μορίων ή ενέργειας που συλλέγονται από το περιβάλλον για την πραγματοποίηση των βιοχημικών αντιδράσεων που απαιτούνται για να παραμείνει ζωντανή και, τελικά, να αναπαραχθεί.

Οι μεταβολικές διεργασίες, που συχνά ονομάζονται μεταβολικές οδοί, μπορούν να χωριστούν σε αυτές που είναι αναβολικά, ή που περιλαμβάνουν τη σύνθεση νέων μορίων, και εκείνων που είναι καταβολικός, που συνεπάγονται τη διάσπαση των υπαρχόντων μορίων.

Συνήθως, οι αναβολικές διεργασίες αφορούν την οικοδόμηση ενός σπιτιού και την αντικατάσταση πραγμάτων όπως παράθυρα και υδρορροές, όπως απαιτείται, και οι καταβολικές διεργασίες αφορούν τη λήψη φθαρμένων ή σπασμένων κομματιών του σπιτιού χαλιναγώγηση. Εάν αυτά γίνονται σε συναυλία με το σωστό ρυθμό, το σπίτι θα υπάρχει σε όσο το δυνατόν πιο σταθερή κατάσταση, αλλά ποτέ παθητικά.

Τα κύτταρα και οι ιστοί που σχηματίζουν υπόκεινται συνεχώς σε «αμφίδρομη» μεταβολισμός, που σημαίνει ότι ενώ ορισμένα πράγματα ρέουν προς αναβολική κατεύθυνση, άλλα πηγαίνουν προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Αυτό είναι ίσως πιο εμφανές στο επίπεδο ολόκληρων οργανισμών: Εάν καίτε γλυκόζη ενώ σπριντάρετε για να καλύψετε το σκυλί σας (καταβολική διαδικασία), το χαρτί που κόβεται στο χέρι σας από την προηγούμενη μέρα συνεχίζει να επουλώνεται (αναβολική διαδικασία). Αλλά η ίδια διχοτομία λειτουργεί σε μεμονωμένα κύτταρα.

Οι κυτταρικές αντιδράσεις καταλύονται από ειδικά μόρια σφαιρικής πρωτεΐνης που ονομάζονται ένζυμα, οι οποίες εξ ορισμού συμμετέχουν σε χημικές αντιδράσεις χωρίς να αλλάξουν οι ίδιοι στο τέλος. Επιταχύνουν πολύ τις αντιδράσεις - μερικές φορές με παράγοντα πάνω από χίλια - και έτσι λειτουργούν ως καταλύτες.

Αναβολικές αντιδράσεις Συνήθως απαιτούν είσοδο ενέργειας και επομένως είναι ενδοθερμική (χαλαρά μεταφρασμένο, "θερμότητα στο εσωτερικό"). Αυτό βγάζει νόημα; δεν μπορείτε να μεγαλώσετε ή να χτίσετε μυς εκτός εάν τρώτε, με την πρόσληψη τροφής σας συνήθως να αυξάνεται η ένταση και η διάρκεια μιας δεδομένης δραστηριότητας.

Καταβολικές αντιδράσεις είναι συνήθως εξώθερμος ("θερμότητα προς τα έξω") και απελευθερώνει ενέργεια, μεγάλο μέρος της οποίας αξιοποιείται από το κελί με τη μορφή τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP) και χρησιμοποιείται για άλλες μεταβολικές διεργασίες.

Τα βασικά δομικά στοιχεία του σώματος και τα μόρια που απαιτούνται για καύσιμο συν ανάπτυξη και αντικατάσταση ιστών αποτελούνται από μονομερή, ή μικρές επαναλαμβανόμενες μονάδες σε ένα μεγαλύτερο σύνολο, που ονομάζεται a πολυμερές.

Αυτές οι μονάδες μπορεί να είναι πανομοιότυπες, όπως με τα μόρια γλυκόζης διατεταγμένα σε μεγάλες αλυσίδες του καυσίμου αποθήκευσης γλυκογόνο, ή μπορεί να είναι παρόμοια και να έρχονται σε "γεύσεις", όπως με νουκλεϊκά οξέα και τα νουκλεοτίδια που τα συνθέτουν.

Οι τρεις μεγάλες μακροθρεπτικά συστατικά τάξεις του μακρομόρια στην ανθρώπινη διατροφή, που ονομάζεται υδατάνθρακες, πρωτεΐνες και λίπη, το καθένα αποτελείται από τον δικό του τύπο μονομερούς.

Η γλυκόζη είναι το θεμελιώδες υπόστρωμα όλης της ζωής στη Γη, με κάθε ζωντανό κύτταρο ικανό να το μεταβολίζει για ενέργεια. Όπως σημειώθηκε, τα μόρια γλυκόζης μπορούν να συνδεθούν σε «αλυσίδες» για να σχηματίσουν γλυκογόνο, το οποίο στους ανθρώπους βρίσκεται κυρίως στους μυς και στο ήπαρ. Οι πρωτεΐνες αποτελούνται από μονομερή που προέρχονται από μια σακούλα 20 διαφορετικών αμινοξέα.

Τα λίπη δεν είναι πολυμερή επειδή αποτελούνται από τρία λιπαρά οξέα συνδέεται με ένα «ραχοκοκαλιά» του μορίου τριών άνθρακα γλυκερόλη. Όταν μεγαλώνουν ή συρρικνώνονται, αυτό συμβαίνει μέσω της προσθήκης ή της αφαίρεσης ατόμων στα άκρα των αλυσίδων λιπαρών οξέων, μάλλον σαν κεφαλαίο "E" με το κατακόρυφο τμήμα να παραμένει στο ίδιο μέγεθος αλλά οι οριζόντιες ράβδοι ποικίλλουν σε μήκος.

Σκεφτείτε να σας δοθεί ένα κουτί με δομικά στοιχεία παιχνιδιού απεριόριστου μεγέθους. Πολλά είναι πανομοιότυπα εκτός από το χρώμα τους. Άλλοι είναι διαφορετικά μεγέθη, αλλά μπορούν να ενωθούν. Ακόμα άλλοι δεν προορίζονται για σύνδεση ανεξάρτητα από τη διαμόρφωση που επιλέγετε. Μπορείτε να δημιουργήσετε πανομοιότυπες δομές που περιλαμβάνουν, ας πούμε, τρία έως πέντε κομμάτια, και να τις συνδέσετε μεταξύ τους με τέτοιο τρόπο ώστε οι ενώσεις αυτών των κατασκευών να είναι ταυτόσημες.

Αυτό είναι ουσιαστικά αναβολικός μεταβολισμός σε δράση. Οι μεμονωμένες ομάδες τριών έως πέντε κομματιών παιχνιδιών αντιπροσωπεύουν "μονομερή" και το τελικό προϊόν είναι ανάλογο με αυτό "πολυμερές." Και στα κελιά, αντί για τα χέρια σας να κάνουν τη δουλειά της συνένωσης των κομματιών, τα ένζυμα καθοδηγούν το επεξεργάζομαι, διαδικασία. Και στις δύο περιπτώσεις, η βασική πτυχή είναι η εισαγωγή ενέργειας για τη δημιουργία μορίων μεγαλύτερης πολυπλοκότητας (και συνήθως μεγαλύτερου μεγέθους επίσης).

Παραδείγματα αναβολικών διεργασιών περιλαμβάνουν, εκτός από τη σύνθεση πρωτεϊνών, γλυκονεογένεση (η σύνθεση γλυκόζης από διάφορα ανάντη υποστρώματα), η σύνθεση λιπαρών οξέων, λιπογένεση (η σύνθεση λιπών από λιπαρά οξέα και γλυκερόλη) και ο σχηματισμός ουρία και κετόνες.

Τις περισσότερες φορές, οι καταβολικές διεργασίες, στο επίπεδο των μεμονωμένων αντιδράσεων, δεν είναι απλώς οι αντίστοιχες αναβολικές αντιδράσεις που εκτελούνται αντίστροφα, αν και πολλές από αυτές είναι ίδιες. Συνήθως, εμπλέκονται διαφορετικά ένζυμα.

Για παράδειγμα, το πρώτο βήμα γλυκόλυση (ο καταβολισμός της γλυκόζης) είναι η προσθήκη μιας φωσφορικής ομάδας στη γλυκόζη, ευγενική προσφορά του ενζύμου εξακινάση, για να σχηματίσει 6-φωσφορική γλυκόζη. Όμως, το τελικό βήμα της γλυκονεογένεσης, η απομάκρυνση του φωσφορικού από γλυκόζη-6-φωσφορικό σε σχηματισμό γλυκόζης, καταλύεται από γλυκόζη-6-φωσφατάση.

Άλλες ζωτικές καταβολικές διεργασίες που συμβαίνουν στο σώμα σας είναι γλυκογονόλυση (η διάσπαση του γλυκογόνου στους μυς ή στο συκώτι), λιπόλυση (η απομάκρυνση των λιπαρών οξέων από τη γλυκερόλη), βήτα-οξείδωση (η «καύση» λιπαρών οξέων) και η αποικοδόμηση κετονών, πρωτεϊνών ή μεμονωμένων αμινοξέων.

Η διατήρηση του σώματος σε συντονισμό με τις ανάγκες του σε πραγματικό χρόνο απαιτεί υψηλό βαθμό ανταπόκρισης και συντονισμού. Τα ποσοστά αναβολικών και καταβολικών αντιδράσεων μπορούν να ελεγχθούν μεταβάλλοντας την ποσότητα ενζύμου ή υποστρώματος που κινητοποιείται σε ένα δεδομένο μέρος του κυττάρου ή αναστολή ανατροφοδότησης, στην οποία η συσσώρευση ενός προϊόντος σηματοδοτεί την αντίδραση προς τα πάνω για να προχωρήσει πιο αργά.

Επίσης, και κυρίως από την άποψη της οπτικής οπτικοποίησης του μεταβολισμού, τα υποστρώματα από μια οδό μακροθρεπτικών συστατικών μπορούν να απομακρυνθούν από εκείνα ενός άλλου, όπως απαιτείται.

Ένα παράδειγμα αυτής της ολοκλήρωσης των οδών είναι ότι τα αμινοξέα αλανίνη και γλουταμίνη, εκτός από το ότι χρησιμεύουν ως δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών, μπορούν επίσης να εισέλθουν σε γλυκονογένεση. Για να συμβεί αυτό, πρέπει να ρίξουν το άζωτο τους, το οποίο αντιμετωπίζεται από τα ένζυμα που ονομάζονται τρανσαμινάσες.

• Η γλυκερόλη, ένα προϊόν λιπόλυσης, μπορεί επίσης να εισέλθει στην οδό γλυκονεογένεσης, η οποία είναι ένας τρόπος, με μια χαλαρή έννοια, να πάρει ζάχαρη από λίπος. Μέχρι σήμερα, ωστόσο, δεν υπάρχουν ενδείξεις ότι προϊόντα οξείδωσης λιπαρών οξέων μπορούν να εισέλθουν στη γλυκονεογένεση.

Η σωματική φυσική κατάσταση αποτελεί μείζονα ανησυχία του κοινού σε χώρες όπου οι άνθρωποι έχουν συχνά την πολυτέλεια της προαιρετικής άσκησης.

Πολλές από τις κοινές μεθόδους στοχεύουν έντονα στην κατεύθυνση της μιας ή της άλλης διαδικασίας, όπως η άρση βαρών για την οικοδόμηση μυϊκής μάζας (αναβολική ασκήσεις) ή χρησιμοποιώντας ελλειπτικό εκπαιδευτή ή διάδρομο για "καρδιο" και ρίχνοντας άπαχη ή λιπαρή μάζα σώματος (ή σωματικό βάρος) για απώλεια βάρους (καταβολική γυμνάσια).
Ένα παράδειγμα και των δύο συστημάτων σε δράση είναι ένας δρομέας μαραθωνίου που προετοιμάζεται και εκτελεί έναν αγώνα 42,2 χλμ. (26,2 μίλια). Την προηγούμενη εβδομάδα, πολλοί άνθρωποι σκόπιμα φορτώνουν τροφές πλούσιες σε υδατάνθρακες ενώ ξεκουράζονται για την προσπάθεια.

Λόγω της καθημερινής τους προπόνησης και της συνεχούς ανάγκης αντικατάστασης καταβολισμένου καυσίμου, αυτοί οι αθλητές έχουν υψηλά επίπεδα δραστηριότητας του ενζύμου συνθάσης γλυκογόνου, το οποίο επιτρέπει στους μυς και το συκώτι τους να συνθέτουν γλυκογόνο με ασυνήθιστα απληστία.

Κατά τη διάρκεια του μαραθωνίου, αυτό το γλυκογόνο μετατρέπεται σε γλυκόζη για να τροφοδοτήσει τον δρομέα μαζί για ώρες στο τέλος, αν και αυτά Οι αθλητές συνήθως λαμβάνουν πηγές γλυκόζης (π.χ. αθλητικά ποτά) καθ 'όλη τη διάρκεια της εκδήλωσης, για να αποτρέψουν το "χτύπημα" τείχος."

• Η αδυναμία του σώματος να παράγει γλυκόζη από λιπαρά οξέα είναι ο λόγος για τον οποίο οι υδατάνθρακες θεωρούνται κρίσιμοι υψηλή ένταση, συνεχής άσκηση, καθώς η βήτα-οξείδωση των λιπαρών οξέων δεν έχει ως αποτέλεσμα αρκετό ATP για να συμβαδίσει με μεταβολικές ανάγκες.