Анаболические и катаболические (клеточный метаболизм): определение и примеры

Клетки - это самые маленькие единицы живых существ, которые обладают всеми свойствами, связанными с жизнью. Одна из этих определяющих характеристик - метаболизмили использование молекул или энергии, собранных из окружающей среды, для проведения биохимических реакций, необходимых для сохранения жизни и, в конечном итоге, для воспроизводства.

Метаболические процессы, часто называемые метаболическими путями, можно разделить на следующие: анаболический, или которые включают синтез новых молекул, и те, которые катаболический, которые включают разрушение существующих молекул.

Говоря простым языком, анаболические процессы связаны со строительством дома и заменой таких вещей, как окна и водосточные желоба по мере необходимости, а катаболические процессы заключаются в переносе изношенных или сломанных частей дома в бордюр. Если все это делается согласованно и в правильном темпе, дом будет существовать в максимально стабильном состоянии, но никогда не будет пассивным.

Клетки и ткани, которые они образуют, постоянно подвергаются «двунаправленному» воздействию.

Возможно, это более очевидно на уровне целых организмов: если вы прожигаете глюкоза во время бега, чтобы догнать вашу собаку (катаболический процесс), бумага, порезанная на вашей руке накануне, продолжает заживать (анаболический процесс). Но та же дихотомия действует и в отдельных клетках.

Клеточные реакции катализируются специальными глобулярными белковыми молекулами, называемыми ферменты, которые по определению участвуют в химических реакциях, не изменяясь в конце концов. Они значительно ускоряют реакцию - иногда более чем в тысячу раз - и, таким образом, действуют как катализаторы.

Анаболические реакции обычно требуют ввода энергии и поэтому эндотермический (в вольном переводе «тепло изнутри»). Это имеет смысл; вы не сможете нарастить или нарастить мышцы, если не поедите, при этом потребление пищи обычно зависит от интенсивности и продолжительности определенного вида деятельности.

Катаболические реакции обычно экзотермический («тепло наружу») и высвобождает энергию, большая часть которой используется клеткой в ​​виде аденозинтрифосфат (АТФ) и используется для других метаболических процессов.

Основные структурные элементы тела и молекулы, необходимые для топлива, а также роста и замены тканей, состоят из мономеры, или небольшие повторяющиеся единицы внутри большего целого, называемые полимер.

Эти единицы могут быть идентичными, как с молекулами глюкозы, расположенными в длинные цепочки запаса топлива. гликоген, или они могут быть похожими и иметь "ароматы", например нуклеиновые кислоты и нуклеотиды, из которых они состоят.

Три основных макроэлемент классы макромолекулы в питании человека, называемый углеводы, белки а также жиры, каждый состоит из своего типа мономера.

Глюкоза - это фундаментальный субстрат всей жизни на Земле, и каждая живая клетка способна метаболизировать ее для получения энергии. Как уже отмечалось, молекулы глюкозы могут быть связаны в «цепочки» с образованием гликогена, который у человека находится в основном в мышцах и печени. Белки состоят из мономеров, взятых из мешка с 20 различными аминокислоты.

Жиры не являются полимерами, потому что состоят из трех жирные кислоты связаны с «основой» трехуглеродной молекулы глицерин. Когда они растут или сжимаются, это происходит за счет добавления или удаления атомов на концах цепей жирных кислот, скорее как заглавная буква "E" с вертикальной частью того же размера, но горизонтальными полосами разного размера. длина.

Представьте, что вам дали коробку с игрушечными строительными блоками неограниченного размера. Многие из них идентичны, за исключением цвета; другие имеют разные размеры, но могут быть соединены вместе; третьи не предназначены для подключения, независимо от выбранной вами конфигурации. Вы можете создавать идентичные конструкции, которые включают, скажем, от трех до пяти частей, и связывать их вместе таким образом, чтобы соединения этих конструкций также были идентичными.

По сути, это анаболический метаболизм в действии. Отдельные группы от трех до пяти игрушек представляют собой «мономеры», а готовый продукт аналогичен «полимер». И в клетках, вместо того, чтобы делать работу по соединению частей вместе, ферменты направляют процесс. В обоих случаях ключевым аспектом является ввод энергии для генерации молекул большей сложности (и, как правило, большего размера).

Примеры анаболических процессов включают, помимо синтеза белка, глюконеогенез (синтез глюкозы из различных вышестоящих субстратов), синтез жирных кислот, липогенез (синтез жиров из жирных кислот и глицерина) и образование мочевина а также кетоновые тела.

В большинстве случаев катаболические процессы на уровне индивидуальных реакций - это не просто соответствующие анаболические реакции, протекающие в обратном направлении, хотя многие из них одинаковы. Обычно задействованы разные ферменты.

Например, первый шаг в гликолиз (катаболизм глюкозы) - это добавление фосфатной группы к глюкозе благодаря ферменту гексокиназа, с образованием глюкозо-6-фосфата. Но заключительный этап глюконеогенеза, удаление фосфата из глюкозо-6-фосфата с образованием глюкозы, катализируется глюкозо-6-фосфатазой.

Другие жизненно важные катаболические процессы, происходящие в вашем теле: гликогенолиз (распад гликогена в мышцах или печени), липолиз (удаление жирных кислот из глицерина), бета-окисление («сжигание» жирных кислот) и разложение кетонов, белков или отдельных аминокислот.

Чтобы поддерживать организм в соответствии со своими потребностями в режиме реального времени, требуется высокая степень отзывчивости и координации. Скорость анаболических и катаболических реакций можно контролировать, варьируя количество фермента или субстрата, мобилизованного в данной части клетки, или путем подавление обратной связи, в котором накопление продукта сигнализирует о том, что реакция выше по потоку протекает медленнее.

Кроме того, что важно с точки зрения целостной визуализации метаболизма, субстраты из одного пути макроэлементов могут быть шунтированы в путь другого по мере необходимости.

Примером такой интеграции путей является то, что аминокислоты аланин и глутамин, помимо того, что служат строительными блоками белков, также могут вступать в глюконеогенез. Чтобы это произошло, им необходимо избавиться от азота, который обрабатывается ферментами, называемыми трансаминазы.

• Глицерин, продукт липолиза, также может вступать в путь глюконеогенеза, который в широком смысле является одним из способов получения сахара из жира. Однако на сегодняшний день нет доказательств того, что продукты окисления жирных кислот могут вступать в глюконеогенез.

Физическая подготовка является серьезной общественной проблемой в странах, где люди часто могут позволить себе роскошь выполнять дополнительные упражнения.

Многие из распространенных методов сильно нацелены на тот или иной процесс, например, поднятие тяжестей для наращивания мышечной массы (анаболическое упражнения) или использование эллиптического тренажера или беговой дорожки для «кардио» и снижения мышечной или жировой массы тела (или массы тела) для снижения веса (катаболический упражнения).
Одним из примеров работы обеих систем является марафонский бегун, который готовится к забегу на 42,2 км (26,2 мили) и пробегает его. За неделю до этого многие люди намеренно употребляют продукты, богатые углеводами, во время отдыха для физических упражнений.

Из-за ежедневных беговых тренировок и постоянной потребности в замене катаболизированного топлива у этих спортсменов высокий уровень активности фермента гликогенсинтазы, который позволяет мышцам и печени синтезировать гликоген с необычным жадность.

Во время марафона этот гликоген превращается в глюкозу, чтобы бегун работал часами напролет, хотя эти спортсмены обычно употребляют источники глюкозы (например, спортивные напитки) на протяжении всего соревнования, чтобы предотвратить стена."

• Неспособность организма вырабатывать глюкозу из жирных кислот является причиной того, что углеводы считаются критически важными для высокоинтенсивные, продолжительные упражнения, так как бета-окисление жирных кислот не приводит к выработке достаточного количества АТФ, чтобы идти в ногу с метаболические потребности.