Stanice su najmanje jedinice živih bića koje se mogu pohvaliti svim svojstvima povezanim sa životom. Jedna od tih definirajućih karakteristika je metabolizam, ili uporaba molekula ili energije prikupljene iz okoliša za provođenje biokemijskih reakcija potrebnih da bi se ostalo živo i, u konačnici, razmnožavalo.
Metaboličke procese, koji se često nazivaju metaboličkim putovima, možemo podijeliti na one koji jesu anabolički, ili koji uključuju sintezu novih molekula i onih koje jesu katabolički, koji uključuju razgradnju postojećih molekula.
Kolokvijalno se anabolički procesi odnose na izgradnju kuće i zamjenu stvari poput prozora i po potrebi oluka, a katabolički procesi odnose se na odnošenje istrošenih ili slomljenih dijelova kuće obuzdati. Ako se to radi u dogovoru pravim tempom, kuća će postojati u što stabilnijem stanju, ali nikada pasivno.
Pregled metabolizma
Stanice i tkiva koja formiraju neprestano su u "dvosmjernom" smjeru metabolizam, što znači da dok neke stvari teku u anaboličkom smjeru, druge idu u suprotnom smjeru.
To je možda očiglednije na razini cijelih organizama: Ako izgarate glukoza dok sprintate kako biste sustigli svog psa (katabolički proces), papir izrezan na vašoj ruci od prethodnog dana i dalje zarasta (anabolički proces). Ali ista je podvojenost na djelu i u pojedinim stanicama.
Stanične reakcije kataliziraju posebne globularne molekule proteina tzv enzimi, koji po definiciji sudjeluju u kemijskim reakcijama, a da se na kraju ne promijene. Oni uvelike ubrzavaju reakcije - ponekad i više od tisuću puta - i tako funkcioniraju kao katalizatori.
Anaboličke reakcije obično zahtijevaju unos energije i zato su endotermički (u slobodnom prijevodu, "zagrijavanje iznutra"). Ovo ima smisla; ne možete rasti ili graditi mišiće ako ne jedete, a unos hrane obično se prilagođava intenzitetu i trajanju određene aktivnosti.
Kataboličke reakcije su obično egzotermno ("zagrijavanje prema van") i oslobađaju energiju, od koje većina stanice iskorištava u obliku adenozin trifosfat (ATP) i koristi se za druge metaboličke procese.
Supstrati metabolizma
Sastoje se od glavnih strukturnih elemenata tijela i molekula potrebnih za gorivo, plus rast i zamjenu tkiva monomera, ili male ponavljajuće jedinice unutar veće cjeline, nazvane a polimer.
Te jedinice mogu biti identične, kao kod molekula glukoze raspoređenih u duge lance goriva za skladištenje glikogen, ili su možda slični i dolaze u "okusima", kao kod nukleinske kiseline i nukleotidi koji ih čine.
Tri glavna makronutrijent klase makromolekule u ljudskoj prehrani, tzv ugljikohidrati, bjelančevine i masti, svaki se sastoji od svoje vrste monomera.
Glukoza je temeljni supstrat cijelog života na Zemlji, sa svakom živom stanicom koja je sposobna metabolizirati u energiju. Kao što je napomenuto, molekule glukoze mogu se povezati u "lance" da bi stvorili glikogen, koji se kod ljudi nalazi prvenstveno u mišićima i jetri. Proteini se sastoje od monomera izvučenih iz 20 različitih vrećica aminokiseline.
Masti nisu polimeri jer se sastoje od tri masne kiseline povezan sa "okosnicom" molekule s tri ugljika glicerol. Kada rastu ili se smanjuju, to se događa dodavanjem ili uklanjanjem atoma na krajevima lanaca masnih kiselina, radije poput velikog "E", pri čemu vertikalni dio ostaje iste veličine, ali vodoravne trake se razlikuju duljina.
Što je anabolički metabolizam?
Razmislite o tome da vam daju kutiju blokova za igračke neograničene veličine. Mnogi su identični, osim u boji; drugi su različitih veličina, ali se mogu spojiti; još nekima nije namijenjeno povezivanje bez obzira na konfiguraciju koju odaberete. Možete stvoriti identične konstrukcije koji uključuju recimo tri do pet dijelova i povezati ih na takav način da su spojevi tih konstrukcija također identični.
Ovo je u osnovi anabolički metabolizam u akciji. Pojedine skupine od tri do pet komada igračaka predstavljaju "monomere", a gotov proizvod je analogan "polimer." A u stanicama, umjesto da vaše ruke sastavljaju dijelove, enzimi vode postupak. U oba slučaja ključni aspekt je unos energije za stvaranje molekula veće složenosti (a obično i veće veličine).
Primjeri anaboličkih procesa uključuju, osim sinteze proteina, glukoneogeneza (sinteza glukoze iz različitih uzvodnih supstrata), sinteza masnih kiselina, lipogeneza (sinteza masti iz masnih kiselina i glicerola) i stvaranje urea i ketonska tijela.
Što je katabolički metabolizam?
Većinu vremena katabolički procesi na razini pojedinačnih reakcija nisu jednostavno odgovarajuće anaboličke reakcije koje se odvijaju obrnuto, iako su mnoge od njih iste. Obično su uključeni različiti enzimi.
Na primjer, prvi korak u glikoliza (katabolizam glukoze) je dodavanje fosfatne skupine glukozi, zahvaljujući enzimu heksokinazada nastane glukoza-6-fosfat. Ali posljednji korak glukoneogeneze, uklanjanje fosfata iz glukoza-6-fosfata da bi se stvorio glukoza, katalizira glukoza-6-fosfataza.
Ostali vitalni katabolički procesi koji se događaju u vašem tijelu jesu glikogenoliza (razgradnja glikogena u mišićima ili jetri), lipoliza (uklanjanje masnih kiselina iz glicerola), beta-oksidacija ("sagorijevanje" masnih kiselina) i razgradnja ketona, proteina ili pojedinih aminokiselina.
Održavanje ravnoteže anaboličkog i kataboličkog metabolizma
Održavanje tijela u skladu sa svojim potrebama u stvarnom vremenu zahtijeva visok stupanj reakcije i koordinacije. Stope anaboličkih i kataboličkih reakcija mogu se kontrolirati promjenom količine enzima ili supstrata mobiliziranog na određeni dio stanice ili inhibicija povratne sprege, u kojem nakupljanje proizvoda signalizira da se reakcija uzvodno odvija sporije.
Također, i što je važno sa stajališta holističke vizualizacije metabolizma, supstrati s jednog puta makronutrijenata mogu se prema potrebi pretvoriti u drugi.
Primjer ove integracije putova je da aminokiseline alanin i glutamin, osim što služe kao građevni blokovi proteina, mogu također ući u glukoneogenezu. Da bi se to dogodilo, oni trebaju izbaciti dušik, kojim upravljaju enzimi tzv transaminaze.
- Glicerol, proizvod lipolize, također može ući u put glukoneogeneze, što je jedan od načina da se, u labavom smislu, dobije šećer iz masti. Do danas, međutim, nema dokaza da proizvodi oksidacije masnih kiselina mogu ući u glukoneogenezu.
Tjelesna vježba: rast mišića i gubitak masti
Fizička spremnost glavna je briga javnosti u zemljama u kojima ljudi često imaju luksuz neobaveznog vježbanja.
Mnogi uobičajeni modaliteti usmjereni su snažno u smjeru jednog ili drugog procesa, poput dizanja utega za izgradnju mišićne mase (anabolički vježbe) ili pomoću eliptičnog trenažera ili trake za trčanje za "kardio" i uklanjanje mršave ili masne tjelesne mase (ili tjelesne težine) za mršavljenje (kataboličke vježbe).
Jedan od primjera oba sustava u akciji je maratonac koji se priprema i trči utrku od 42,2 km (26,2 milje). Tjedan prije, mnogi su se ljudi namjerno opteretili hranom bogatom ugljikohidratima, odmarajući se zbog napora.
Zbog svakodnevnog treninga trčanja i stalne potrebe za zamjenom kataboliziranog goriva, ovi sportaši imaju visoku razinu aktivnosti enzima glikogen sintaze, koji omogućava njihovim mišićima i jetri da sintetiziraju glikogen s neobičnim avidnost.
Tijekom maratona ovaj se glikogen pretvara u glukozu da satima pokreće trkača, premda i on sportaši obično uzimaju izvore glukoze (npr. sportska pića) tijekom cijelog događaja kako bi spriječili "udaranje zid."
- Nesposobnost tijela da generira glukozu iz masnih kiselina razlog je zbog kojeg se ugljikohidrati smatraju kritičnim dugotrajno vježbanje visokog intenziteta, jer beta-oksidacija masnih kiselina ne rezultira dovoljnim ATP-om da bi se održao korak metaboličke potrebe.