Anaboliczny kontra kataboliczny (metabolizm komórkowy): definicja i przykłady

Komórki są najmniejszymi jednostkami żywych istot, które posiadają wszystkie właściwości związane z życiem. Jedną z tych definiujących cech jest: metabolizmlub wykorzystanie molekuł lub energii zebranej ze środowiska do przeprowadzenia reakcji biochemicznych wymaganych do przetrwania i ostatecznie rozmnażania się.

Procesy metaboliczne, często nazywane szlakami metabolicznymi, można podzielić na te, które są: anaboliczny, lub które obejmują syntezę nowych cząsteczek i tych, które są kataboliczny, które obejmują rozpad istniejących cząsteczek.

Potocznie procesy anaboliczne polegają na budowie domu i wymianie rzeczy takich jak okna i rynny w razie potrzeby, a procesy kataboliczne polegają na zabieraniu zużytych lub połamanych części domu do krawężnik. Jeśli są one wykonywane wspólnie w odpowiednim tempie, dom będzie istniał w możliwie stabilnym stanie, ale nigdy pasywnie.

Komórki i tkanki, które tworzą, nieustannie podlegają „dwukierunkowemu” metabolizm, co oznacza, że ​​podczas gdy niektóre rzeczy płyną w kierunku anabolicznym, inne zmierzają w przeciwnym kierunku.

Być może jest to bardziej widoczne na poziomie całych organizmów: jeśli przepalasz się glukoza podczas sprintu, aby dogonić psa (proces kataboliczny), papier odcięty na Twojej dłoni z poprzedniego dnia nadal się goi (proces anaboliczny). Ale ta sama dychotomia działa w poszczególnych komórkach.

Reakcje komórkowe są katalizowane przez specjalne kuliste cząsteczki białka zwane enzymy, które z definicji uczestniczą w reakcjach chemicznych, nie ulegając ostatecznie zmianie. Znacznie przyspieszają reakcje – czasami znacznie ponad tysiąc – i dlatego działają jako katalizatory.

Reakcje anaboliczne zwykle wymagają wkładu energii i dlatego są endotermiczny (w wolnym tłumaczeniu „ciepło do środka”). To ma sens; nie możesz rosnąć ani budować mięśni, jeśli nie jesz, a spożycie jedzenia zwykle dostosowuje się do intensywności i czasu trwania danej czynności.

Reakcje kataboliczne są zazwyczaj egzotermiczny („ciepło na zewnątrz”) i uwolnić energię, której znaczna część jest wykorzystywana przez komórkę w postaci trifosforan adenozyny (ATP) i wykorzystywane do innych procesów metabolicznych.

Składają się z głównych elementów strukturalnych organizmu i molekuł potrzebnych do wzrostu i wymiany tkanki monomery, czyli małe powtarzające się jednostki w większej całości, zwane a polimer.

Jednostki te mogą być identyczne, jak cząsteczki glukozy ułożone w długie łańcuchy paliwa magazynowego glikogen, lub mogą być podobne i mieć „smaki”, jak w przypadku kwasy nukleinowe i nukleotydy, które je tworzą.

Trzy główne makroskładniki klasy makrocząsteczki w żywieniu człowieka, tzw węglowodany, białka i tłuszcze, każdy składa się z własnego rodzaju monomeru.

Glukoza jest podstawowym substratem wszelkiego życia na Ziemi, a każda żywa komórka jest zdolna do jej metabolizowania na energię. Jak zauważono, cząsteczki glukozy można łączyć w „łańcuchy”, tworząc glikogen, który u ludzi występuje głównie w mięśniach i wątrobie. Białka składają się z monomerów pobranych z torebki zawierającej 20 różnych aminokwasy.

Tłuszcze nie są polimerami, ponieważ składają się z trzech Kwasy tłuszczowe połączone z „kręgosłupem” cząsteczki trójwęglowej glicerol. Kiedy rosną lub kurczą się, następuje to poprzez dodanie lub usunięcie atomów na końcach łańcuchów kwasów tłuszczowych, raczej jak duże „E” z pionową częścią pozostającą tej samej wielkości, ale poziome paski różniące się długość.

Zastanów się nad otrzymaniem pudełka z klockami do zabawy o nieograniczonych rozmiarach. Wiele z nich jest identycznych, z wyjątkiem koloru; inne mają różne rozmiary, ale można je łączyć; jeszcze inne nie są przeznaczone do łączenia bez względu na wybraną konfigurację. Możesz tworzyć identyczne konstrukcje, które zawierają, powiedzmy, od trzech do pięciu elementów, i łączyć je ze sobą w taki sposób, aby połączenia tych konstrukcji również były identyczne.

Jest to zasadniczo metabolizm anaboliczny w działaniu. Poszczególne grupy od trzech do pięciu zabawek reprezentują „monomery”, a gotowy produkt jest analogiczny do "polimer." A w komórkach, zamiast rąk wykonujących pracę polegającą na łączeniu kawałków, kierują nimi enzymy proces. W obu przypadkach kluczowym aspektem jest wkład energii w celu wygenerowania cząsteczek o większej złożoności (i zwykle również o większym rozmiarze).

Przykłady procesów anabolicznych obejmują, oprócz syntezy białek, glukoneogeneza (synteza glukozy z różnych substratów wstępnych), synteza kwasów tłuszczowych, lipogeneza (synteza tłuszczów z kwasów tłuszczowych i glicerolu) oraz tworzenie mocznik i ciała ketonowe.

W większości przypadków procesy kataboliczne na poziomie poszczególnych reakcji nie są po prostu odwrotnymi reakcjami anabolicznymi, chociaż wiele z nich jest takich samych. Zwykle zaangażowane są różne enzymy.

Na przykład pierwszy krok w glikoliza (katabolizm glukozy) to dodanie grupy fosforanowej do glukozy dzięki enzymowi heksokinaza, z wytworzeniem glukozo-6-fosforanu. Ale ostatni etap glukoneogenezy, usunięcie fosforanu z glukozo-6-fosforanu w celu wytworzenia glukozy, jest katalizowany przez glukozo-6-fosfatazę.

Inne ważne procesy kataboliczne zachodzące w twoim ciele to glikogenoliza (rozpad glikogenu w mięśniach lub wątrobie), lipoliza (usunięcie kwasów tłuszczowych z glicerolu), beta-utlenianie („spalanie” kwasów tłuszczowych) oraz rozkład ketonów, białek lub poszczególnych aminokwasów.

Utrzymywanie ciała w zgodzie z jego potrzebami w czasie rzeczywistym wymaga wysokiego stopnia reakcji i koordynacji. Szybkość reakcji anabolicznych i katabolicznych można kontrolować poprzez zmianę ilości enzymu lub substratu zmobilizowanego do danej części komórki lub poprzez hamowanie sprzężenia zwrotnego, w którym akumulacja produktu sygnalizuje wolniejszą reakcję poprzedzającą.

Ponadto, co jest ważne z punktu widzenia holistycznej wizualizacji metabolizmu, substraty z jednego szlaku makroskładników odżywczych można w razie potrzeby przerzucić na inny.

Przykładem tej integracji szlaków jest to, że aminokwasy alanina i glutamina, oprócz tego, że służą jako budulec białek, mogą również wchodzić w glukoneogenezę. Aby tak się stało, muszą pozbyć się azotu, który jest obsługiwany przez enzymy zwane transaminazy.

• Glicerol, produkt lipolizy, może również wchodzić w szlak glukoneogenezy, co jest jednym ze sposobów, w luźnym sensie, uzyskania cukru z tłuszczu. Do chwili obecnej nie ma jednak dowodów na to, że produkty utleniania kwasów tłuszczowych mogą wchodzić w proces glukoneogenezy.

Sprawność fizyczna jest głównym problemem publicznym w krajach, w których ludzie często mają luksus opcjonalnych ćwiczeń.

Wiele popularnych metod jest silnie ukierunkowanych na ten czy inny proces, np. podnoszenie ciężarów w celu budowania masy mięśniowej (anaboliczne ćwiczenia) lub korzystanie z orbitreka lub bieżni do „kardio” i zrzucanie beztłuszczowej lub otłuszczonej masy ciała (lub masy ciała) w celu utraty wagi ( ćwiczenia).
Jednym z przykładów działania obu systemów jest maratończyk przygotowujący się do wyścigu o długości 42,2 km (26,2 mil). Tydzień wcześniej wiele osób celowo ładuje pokarmy bogate w węglowodany, odpoczywając w celu wysiłku.

Ze względu na codzienne treningi biegowe i ciągłą potrzebę uzupełniania katabolizowanego paliwa, sportowcy ci mają wysoki poziom aktywności enzymu syntazy glikogenu, który pozwala mięśniom i wątrobie syntetyzować glikogen z niezwykłym chciwość.

Podczas maratonu ten glikogen jest przekształcany w glukozę, aby napędzać biegacza przez wiele godzin, chociaż te sportowcy zazwyczaj przyjmują źródła glukozy (np. napoje dla sportowców) przez cały czas trwania imprezy, aby zapobiec „uderzeniu w Ściana."

• Niezdolność organizmu do wytwarzania glukozy z kwasów tłuszczowych jest powodem, dla którego węglowodany są uważane za kluczowe dla intensywne, długotrwałe ćwiczenia, ponieważ beta-oksydacja kwasów tłuszczowych nie zapewnia wystarczającej ilości ATP, aby nadążyć za potrzeby metaboliczne.