Anabolikus és katabolikus (sejt metabolizmus): meghatározás és példák

A sejtek az élőlények legkisebb egységei, amelyek az élethez kapcsolódó összes tulajdonsággal büszkélkedhetnek. E meghatározó jellemzők egyike az anyagcsere, vagy a környezetből összegyűjtött molekulák vagy energia felhasználása az életben maradáshoz és végül a szaporodáshoz szükséges biokémiai reakciók végrehajtásához.

Az anyagcsere-folyamatokat, amelyeket gyakran metabolikus utaknak neveznek, fel lehet osztani azokra, amelyek anabolikus, vagy amelyek magukban foglalják az új molekulák és azok molekuláinak szintézisét katabolikus, amelyek a meglévő molekulák lebontásával járnak.

Köznyelven az anabolikus folyamatok egy ház építéséről és az olyan dolgok cseréjéről szólnak, mint az ablakok és az ereszcsatornák, ha szükséges, és a katabolikus folyamatok arról szólnak, hogy a ház elhasználódott vagy elszakadt darabjait elviszik járdaszegély. Ha ezeket megfelelő ütemben, összehangoltan hajtják végre, akkor a ház a lehető legstabilabb állapotban fog létezni, de soha nem passzívan.

A sejtek és az általuk képzett szövetek folyamatosan "kétirányúak" anyagcsere, ami azt jelenti, hogy míg egyes dolgok anabolikus irányban folynak, mások ellenkező irányba haladnak.

Ez talán egész szervezetek szintjén nyilvánvalóbb: Ha átégsz szőlőcukor miközben sprintel, hogy utolérje kutyáját (katabolikus folyamat), az előző nap kezére vágott papír tovább gyógyul (anabolikus folyamat). De ugyanaz a dichotómia működik az egyes sejtekben.

A sejtreakciókat az úgynevezett speciális globuláris fehérjemolekulák katalizálják enzimekamelyek definíciójuk szerint vesznek részt a kémiai reakciókban anélkül, hogy a végén maguk változtatnának. Nagyban felgyorsítják a reakciókat - néha jóval több mint ezerszeresével -, és így működnek katalizátorok.

Anabolikus reakciók általában energiabevitelt igényelnek és ezért endoterm (lazán lefordítva: "belülre melegít"). Ennek van értelme; nem tud növekedni vagy izomzatot felépíteni, ha nem eszel, és a táplálékfelvétel általában az adott tevékenység intenzitására és időtartamára változik.

Katabolikus reakciók általában hőtermelő ("hő a külsőre") és felszabadítja az energiát, amelynek nagy részét a sejt hasznosítja adenozin-trifoszfát (ATP) és más anyagcsere folyamatokhoz használják.

A test fő szerkezeti elemei és az üzemanyaghoz szükséges molekulák plusz a szövetek növekedése és pótlása monomerek, vagy kisebb ismétlődő egységek egy nagyobb egészben, az úgynevezett a polimer.

Ezek az egységek azonosak lehetnek, mint a tároló üzemanyag hosszú láncaiba rendezett glükózmolekulákkal glikogén, vagy lehetnek hasonlóak és "ízűek" lehetnek, mint a nukleinsavak és az őket alkotó nukleotidok.

A három fő makrotápanyag osztályok makrómolekulák az emberi táplálkozásban, ún szénhidrátok, fehérjék és zsírok, mindegyik a saját monomer típusából áll.

A glükóz az egész földi élet alapvető szubsztrátja, minden élő sejt képes metabolizálni energiává. Amint megjegyeztük, a glükózmolekulák "láncokká" kapcsolhatók, így glikogén képződik, amely az emberekben elsősorban az izmokban és a májban található meg. A fehérjék monomerekből állnak, amelyek 20 különböző markolatból készülnek aminosavak.

A zsírok nem polimerek, mert háromból állnak zsírsavak a három szénatomos molekula "gerincéhez" kapcsolódik glicerin. Amikor növekednek vagy zsugorodnak, ez atomok hozzáadásával vagy eltávolításával történik a zsírsavlánc végein, mint egy "E" nagybetű, ahol a függőleges rész ugyanolyan méretű marad, de a vízszintes sávok változnak hossz.

Fontolja meg, hogy kap egy doboz korlátlan méretű játéképítő elemet. Sokan azonosak, kivéve színüket; mások különböző méretűek, de összekapcsolhatók; mások nem a csatlakozást jelentik, függetlenül a kiválasztott konfigurációtól. Létrehozhat azonos konstrukciókat, amelyek mondjuk három-öt darabot tartalmaznak, és összekapcsolhatja ezeket oly módon, hogy ezeknek a konstrukcióknak a csomópontjai is azonosak legyenek.

Ez lényegében anabolikus anyagcsere működik. A három-öt játékdarab egyes csoportjai "monomereket" képviselnek, és a késztermék analóg "polimer." A sejtekben pedig ahelyett, hogy a kezed végezné a darabok összerakását, enzimek vezetik a folyamat. Mindkét esetben a legfontosabb szempont egy energiabevitel, amely nagyobb komplexitású (és általában nagyobb méretű) molekulák előállításához szükséges.

Az anabolikus folyamatok például a fehérjeszintézis mellett glükoneogenezis (különböző upstream szubsztrátokból származó glükóz szintézise), zsírsavak szintézise, lipogenezis (zsírok szintetizálása zsírsavakból és glicerinből) és ezek képződése karbamid és keton testek.

A katabolikus folyamatok legtöbbször az egyedi reakciók szintjén nem egyszerűen a megfelelő anabolikus reakciók fordulnak fordítva, bár sokuk megegyezik. Általában különböző enzimek vesznek részt.

Például az első lépés glikolízis (a glükóz katabolizmusa) egy foszfátcsoport hozzáadása a glükózhoz, az enzim jóvoltából hexokináz, hogy glükóz-6-foszfátot képezzen. De a glükoneogenezis utolsó lépését, a foszfát eltávolítását a glükóz-6-foszfátból glükóz képződéséért, a glükóz-6-foszfatáz katalizálja.

A testében zajló egyéb létfontosságú katabolikus folyamatok glikogenolízis (a glikogén lebomlása az izmokban vagy a májban), lipolízis (zsírsavak eltávolítása a glicerinből), béta-oxidáció (a zsírsavak "égése"), valamint a ketonok, fehérjék vagy egyes aminosavak lebomlása.

A test valós időben való megfeleléséhez nagyfokú reagálókészség és koordináció szükséges. Az anabolikus és katabolikus reakciók sebessége szabályozható a sejt adott részére mobilizált enzim vagy szubsztrát mennyiségének változtatásával, vagy visszacsatolás gátlása, amelyben egy termék felhalmozódása jelzi a reakciót az áramlási irány felé, hogy lassabban haladjon.

Ezenkívül és ami az anyagcsere holisztikus vizualizálása szempontjából fontos, az egyik makrotápanyag útvonalból származó szubsztrátok szükség szerint tolhatók a másikéba.

Az útvonalak ilyen integrációjára példa, hogy az alanin és a glutamin aminosavak amellett, hogy a fehérjék építőkövei, glükoneogenezisbe is bekerülhetnek. Ahhoz, hogy ez megtörténjen, ki kell bocsátaniuk nitrogént, amelyet az úgynevezett enzimek kezelnek transzaminázok.

• A glicerin, a lipolízis terméke, szintén bejuthat a glükoneogenezis útvonalába, amely laza értelemben a zsírból származó cukor megszerzésének egyik módja. A mai napig azonban nincs bizonyíték arra, hogy a zsírsav oxidáció termékei glükoneogenezisbe kerülnének.

A fizikai erőnlét komoly lakossági aggodalomra ad okot azokban az országokban, ahol az emberek gyakran élvezik a választható testmozgás luxusát.

Számos általános módozat erősen irányul egyik vagy másik folyamat irányában, például a súlyemelés az izomtömeg növelése érdekében (anabolikus gyakorlatok), vagy elliptikus edző vagy futópad használata a "kardióhoz", valamint a sovány vagy zsíros testtömeg (vagy testtömeg) leadása a fogyáshoz (katabolikus feladatok).
A két működő rendszer egyik példája egy maratonfutó, aki 42,2 km-es (26,2 mérföldes) versenyre készül és fut. Az előző héten sokan szándékosan töltik fel a szénhidrátban gazdag ételeket, miközben pihennek az erőfeszítésekért.

Mindennapi futóedzésük és a katabolizált üzemanyag pótlásának állandó igénye miatt ezek a sportolók magas szintűek a glikogén-szintáz enzim aktivitása, amely lehetővé teszi izmaik és májuk számára, hogy szokatlan módon szintetizálják a glikogént mohóság.

A maraton során ez a glikogén glükózzá alakul, hogy a futót órákon át működtesse, bár ezek a sportolók általában a glükóz forrásait (például sportitalokat) veszik fel az esemény során, hogy megakadályozzák a " fal."

• A szénhidrátokat kritikusnak tekintik a test képtelensége a zsírsavakból glükóz előállítására nagy intenzitású, tartós testmozgás, mivel a zsírsavak béta-oxidációja nem eredményez elegendő ATP-t, hogy lépést tudjon tartani vele anyagcsere igények.