Anabole vs katabolske (cellemetabolisme): definisjon og eksempler

Celler er de minste enhetene av levende ting som kan skryte av alle egenskapene som er forbundet med livet. En av disse definerende egenskapene er metabolisme, eller bruk av molekyler eller energi samlet fra miljøet for å utføre de biokjemiske reaksjonene som kreves for å forbli i live og til slutt reprodusere.

Metabolske prosesser, ofte kalt metabolske veier, kan deles inn i de som er anabole, eller som involverer syntesen av nye molekyler, og de som er katabolisk, som involverer nedbrytning av eksisterende molekyler.

I det vanlige handler anabole prosesser om å bygge et hus og erstatte ting som vinduer og takrenner etter behov, og katabolske prosesser handler om å ta utslitte eller ødelagte biter av huset til fortauskant. Hvis disse gjøres i konsert i riktig tempo, vil huset eksistere i en så jevn tilstand som mulig, men aldri passivt.

Celler og vevet de danner gjennomgår kontinuerlig "toveis" metabolisme, noe som betyr at mens noen ting flyter i en anabole retning, går andre i motsatt retning.

Dette er kanskje mer tydelig på nivået av hele organismer: Hvis du brenner gjennom glukose mens du sprinter for å ta igjen hunden din (katabolsk prosess), fortsetter papiret som er kuttet på hånden din fra dagen før, til å gro (anabole prosessen). Men den samme dikotomien er i arbeid i individuelle celler.

Cellularreaksjoner katalyseres av spesielle kuleproteinmolekyler som kalles enzymer, som per definisjon deltar i kjemiske reaksjoner uten å bli endret selv til slutt. De fremskynder reaksjonene sterkt - noen ganger med en faktor på godt over tusen - og fungerer dermed som katalysatorer.

Anabole reaksjoner krever vanligvis energiinngang og er derfor endotermisk (løst oversatt, "varme til innsiden"). Dette gir mening; du kan ikke vokse eller bygge muskler med mindre du spiser, og matinntaket skaleres vanligvis til intensiteten og varigheten av en gitt aktivitet.

Katabolske reaksjoner er vanligvis eksoterm ("varme til utsiden") og frigjør energi, hvorav mye utnyttes av cellen i form av adenosintrifosfat (ATP) og brukes til andre metabolske prosesser.

De viktigste strukturelle elementene i kroppen og molekylene den trenger for drivstoff pluss vevsvekst og erstatning er sammensatt av monomerer, eller små repeterende enheter i en større helhet, kalt a polymer.

Disse enhetene kan være identiske, som med glukosemolekylene ordnet i lange kjeder av lagringsdrivstoffet glykogen, eller de kan være like og komme i "smaker", som med nukleinsyrer og nukleotidene som utgjør dem.

De tre store makronæringsstoff klasser av makromolekyler i menneskelig ernæring, kalt karbohydrater, proteiner og fettbestår hver av sin egen type monomer.

Glukose er det grunnleggende substratet for hele livet på jorden, med hver levende celle som er i stand til å metabolisere den for energi. Som nevnt kan glukosemolekyler kobles til "kjeder" for å danne glykogen, som hos mennesker hovedsakelig finnes i muskler og lever. Proteiner består av monomerer hentet fra en gripepose på 20 forskjellige aminosyrer.

Fett er ikke polymerer fordi de består av tre fettsyrer knyttet til en "ryggrad" i tre-karbonmolekylet glyserol. Når de vokser eller krymper, skjer dette via tilsetning eller fjerning av atomer til endene av fettsyrekjedene, snarere som en stor "E" med den vertikale delen igjen av samme størrelse, men de horisontale stolpene varierer i lengde.

Vurder å få en boks med lekebyggesteiner i ubegrenset størrelse. Mange er identiske bortsett fra i fargen; andre har forskjellige størrelser, men kan settes sammen; andre er ikke ment å koble til uansett konfigurasjon du velger. Du kan lage identiske konstruksjoner som inkluderer si, tre til fem stykker, og knytte disse sammen på en slik måte at kryssene til disse konstruksjonene også er identiske.

Dette er egentlig anabole metabolismen i aksjon. De individuelle gruppene på tre til fem leketøystykker representerer "monomerer" og det ferdige produktet er analogt med "polymer." Og i celler, i stedet for at hendene dine gjør arbeidet med å sette brikkene sammen, styrer enzymer prosess. I begge tilfeller er nøkkelaspektet tilførsel av energi for å generere molekyler med større kompleksitet (og vanligvis også større størrelse).

Eksempler på anabole prosesser inkluderer, i tillegg til proteinsyntese, glukoneogenese (syntese av glukose fra forskjellige oppstrøms substrater), syntese av fettsyrer, lipogenese (syntesen av fett fra fettsyrer og glyserol) og dannelsen av urea og ketonlegemer.

Mesteparten av tiden er katabolske prosesser, på nivået av individuelle reaksjoner, ikke bare de tilsvarende anabole reaksjonene som kjøres omvendt, selv om mange av dem er de samme. Vanligvis er forskjellige enzymer involvert.

For eksempel det første trinnet i glykolyse (katabolismen av glukose) er tilsetning av en fosfatgruppe til glukose, takket være enzymet heksokinasefor å danne glukose-6-fosfat. Men det siste trinnet av glukoneogenese, fjerning av fosfat fra glukose-6-fosfat for å danne glukose, katalyseres av glukose-6-fosfatase.

Andre viktige katabolske prosesser som skjer i kroppen din er glykogenolyse (nedbryting av glykogen i muskler eller lever), lipolyse (fjerning av fettsyrer fra glyserol), beta-oksidasjon ("forbrenning" av fettsyrer), og nedbrytning av ketoner, proteiner eller individuelle aminosyrer.

Å holde kroppen i tråd med behovene i sanntid krever høy grad av respons og koordinering. Hastighetene for anabole og katabolske reaksjoner kan kontrolleres ved å variere mengden enzym eller substrat mobilisert til en gitt del av cellen, eller ved tilbakemeldingshemming, hvor akkumulering av et produkt signaliserer reaksjonen oppstrøms for å gå saktere.

Også, og viktigere fra synspunktet om å visualisere metabolismen helhetlig, kan substrater fra en makronæringsvei skiftes inn i den til en annen etter behov.

Et eksempel på denne integrasjonen av baner er at aminosyrene alanin og glutamin, i tillegg til å tjene som byggesteiner for proteiner, også kan gå inn i glukoneogenese. For at dette skal skje, må de kaste nitrogenet sitt, som håndteres av enzymer som kalles transaminaser.

• Glyserol, et produkt av lipolyse, kan også komme inn i glukoneogeneseveien, som er en måte å, i løs forstand, få sukker fra fett. Til dags dato er det imidlertid ingen bevis for at produkter av fettsyreoksidasjon kan komme inn i glukoneogenese.

Fysisk kondisjon er et stort publikum i land der folk ofte har luksusen av valgfri trening.

Mange av de vanlige modalitetene er rettet sterkt i retning av en eller annen prosess, for eksempel løfte vekter for å bygge muskelmasse (anabole øvelser) eller bruke en elliptisk trener eller tredemølle for "kardio" og kaste mager eller fet kroppsmasse (eller kroppsvekt) for vekttap (katabolisk øvelser).
Et eksempel på begge systemene i aksjon er en maratonløper som forbereder seg på og kjører et løp på 42,2 km. Uken før laster mange med vilje på karbohydratrike matvarer mens de hviler for innsatsen.

På grunn av den daglige løpetreningen og det konstante behovet for å erstatte katabolisert drivstoff, har disse idrettsutøverne høye nivåer aktivitet av enzymet glykogensyntase, som gjør at muskler og lever kan syntetisere glykogen med uvanlig aviditet.

Under maraton omdannes dette glykogenet til glukose for å drive løperen i timevis, selv om disse idrettsutøvere tar vanligvis inn kilder til glukose (f.eks. sportsdrikker) gjennom hele arrangementet, for å forhindre "å treffe vegg."

• Kroppens manglende evne til å generere glukose fra fettsyrer er årsaken til at karbohydrater anses kritiske for høy intensitet, vedvarende trening, da beta-oksidasjon av fettsyrer ikke resulterer i nok ATP til å holde tritt med metabolske behov.