Celice so najmanjše enote živih bitij, ki se ponašajo z vsemi lastnostmi, povezanimi z življenjem. Ena od teh značilnosti je presnovo, ali uporaba molekul ali energije, zbrane iz okolja, za izvajanje biokemijskih reakcij, ki so potrebne, da ostanejo živi in se na koncu razmnožijo.
Presnovne procese, ki jih pogosto imenujemo presnovne poti, lahko razdelimo na tiste, ki so anabolični, ali ki vključujejo sintezo novih molekul in tistih, ki so katabolični, ki vključujejo razgradnjo obstoječih molekul.
V pogovoru gre pri anaboličnih procesih za gradnjo hiše in zamenjavo stvari, kot so okna in po potrebi žlebovi, katabolični procesi pa so odnašanje dotrajanih ali polomljenih kosov hiše robnik. Če se to izvaja v dogovoru s pravo hitrostjo, bo hiša obstajala v čim bolj stabilnem stanju, vendar nikoli pasivno.
Pregled presnove
Celice in tkiva, ki jih tvorijo, so nenehno "dvosmerni" presnovo, kar pomeni, da medtem ko nekatere stvari tečejo v anabolični smeri, druge gredo v nasprotni smeri.
To je morda bolj očitno na ravni celotnih organizmov: če goriš skozi
glukoza med šprintanjem, da bi ujeli svojega psa (katabolični postopek), se vam papir, odrezan na roki od prejšnjega dne, še naprej celi (anabolični postopek). Toda enaka dihotomija deluje tudi v posameznih celicah.Celične reakcije katalizirajo posebne globularne beljakovinske molekule, imenovane encimi, ki po definiciji sodelujejo v kemijskih reakcijah, ne da bi se na koncu spremenili. Zelo pospešijo reakcije - včasih tudi za več kot tisoč - in tako delujejo kot katalizatorji.
Anabolične reakcije običajno zahtevajo vnos energije in so zato endotermni (ohlapno prevedeno, "ogrevanje v notranjost"). To je smiselno; ne morete rasti ali graditi mišic, če ne jeste, pri čemer se vnos hrane običajno prilagaja intenzivnosti in trajanju dane dejavnosti.
Katabolne reakcije so običajno eksotermni ("toplota navzven") in sproščajo energijo, ki jo celica v veliki meri izkoristi v obliki adenozin trifosfat (ATP) in se uporablja za druge presnovne procese.
Substrati presnove
Sestavljeni so glavni strukturni elementi telesa in molekule, ki jih potrebuje za gorivo ter rast in nadomestitev tkiva monomerovali majhne ponavljajoče se enote v večji celoti, imenovane a polimer.
Te enote so lahko enake, kot pri molekulah glukoze, razporejenih v dolge verige skladiščnega goriva glikogen, ali pa so si podobni in so v "okusih", kot pri nukleinska kislina in nukleotidi, ki jih tvorijo.
Trije glavni makrohranilo razredi makromolekule v prehrani ljudi, imenovano ogljikovi hidrati, beljakovin in maščobe, vsak je sestavljen iz svoje vrste monomera.
Glukoza je temeljni substrat vsega življenja na Zemlji, saj jo vsaka živa celica lahko presnavlja v energijo. Kot smo že omenili, je mogoče molekule glukoze povezati v "verige", da tvorijo glikogen, ki ga pri ljudeh najdemo predvsem v mišicah in jetrih. Beljakovine so sestavljene iz monomerov, izvlečenih iz 20 različnih vrečk amino kisline.
Maščobe niso polimeri, ker jih sestavljajo trije maščobne kisline povezan z "hrbtenico" molekule treh ogljikov glicerol. Ko rastejo ali se skrčijo, se to zgodi z dodajanjem ali odstranjevanjem atomov na koncih verig maščobnih kislin, prej kot velika črka "E", pri čemer navpični del ostane enake velikosti, vendar se vodoravne črte razlikujejo dolžina.
Kaj je anabolični metabolizem?
Razmislite o tem, da bi dobili škatlo gradnikov igrač neomejene velikosti. Mnogi so enaki, razen po barvi; drugi so različnih velikosti, vendar jih je mogoče združiti; spet drugi niso namenjeni povezovanju ne glede na konfiguracijo, ki jo izberete. Ustvarite lahko enake konstrukcije, ki vključujejo recimo tri do pet kosov, in jih povežete tako, da so tudi stičišča teh konstruktov enaka.
To je v bistvu delujoča anabolična presnova. Posamezne skupine od treh do petih kosov igrač predstavljajo "monomere", končni izdelek pa je analogen "polimer." In v celicah, namesto da bi vaše roke sestavljale koščke, vodijo encimi proces. V obeh primerih je ključni vidik vnos energije za ustvarjanje molekul večje kompleksnosti (in običajno tudi večje velikosti).
Primeri anaboličnih procesov poleg sinteze beljakovin vključujejo: glukoneogeneza (sinteza glukoze iz različnih substratov), sinteza maščobnih kislin, lipogeneza (sinteza maščob iz maščobnih kislin in glicerola) in nastanek sečnina in ketonska telesa.
Kaj je katabolna presnova?
Večinoma katabolični procesi na ravni posameznih reakcij niso le ustrezne anabolične reakcije, ki tečejo v obratni smeri, čeprav so mnogi izmed njih enaki. Običajno gre za različne encime.
Na primer, prvi korak v glikoliza (katabolizem glukoze) je dodajanje fosfatne skupine glukozi z dovoljenjem encima heksokinaza, da nastane glukoza-6-fosfat. Toda zadnji korak glukoneogeneze, odstranjevanje fosfata iz glukoza-6-fosfata, da nastane glukoza, katalizira glukoza-6-fosfataza.
Drugi vitalni katabolični procesi, ki se dogajajo v vašem telesu, so glikogenoliza (razgradnja glikogena v mišicah ali jetrih), lipoliza (odstranjevanje maščobnih kislin iz glicerola), beta-oksidacija ("izgorevanje" maščobnih kislin) in razgradnjo ketonov, beljakovin ali posameznih aminokislin.
Vzdrževanje ravnovesja anaboličnega in kataboličnega metabolizma
Če želite telo sproti usklajevati s svojimi potrebami, je potrebna visoka stopnja odzivnosti in koordinacije. Hitrosti anaboličnih in kataboličnih reakcij je mogoče nadzorovati s spreminjanjem količine encima ali substrata, mobiliziranega na določen del celice, ali z zaviranje povratnih informacij, pri katerem kopičenje proizvoda signalizira, da reakcija proti toku teče počasneje.
In kar je pomembno, z vidika celostne vizualizacije metabolizma, lahko substrate z ene poti makrohranil po potrebi premaknemo na drugo.
Primer te integracije poti je, da lahko aminokisline alanin in glutamin poleg tega, da služijo kot gradniki beljakovin, vstopijo tudi v glukoneogenezo. Da bi se to zgodilo, morajo oddati dušik, s katerim se ukvarjajo imenovani encimi transaminaze.
- Glicerol, produkt lipolize, lahko vstopi tudi v pot glukoneogeneze, kar je eden od načinov, da v ohlapnem smislu dobimo sladkor iz maščob. Do danes pa ni dokazov, da bi produkti oksidacije maščobnih kislin lahko vstopili v glukoneogenezo.
Telesna vadba: rast mišic in izguba maščobe
Fizična pripravljenost je glavna skrb javnosti v državah, kjer imajo ljudje pogosto razkošje neobveznega gibanja.
Številni običajni načini so usmerjeni močno v smeri enega ali drugega procesa, kot je dvigovanje uteži za izgradnjo mišične mase (anabolični vaje) ali z uporabo eliptičnega trenažerja ali tekalne steze za "kardio" in odstranjevanje puste ali maščobne mase (ali telesne teže) za hujšanje (katabolična vaje).
Primer obeh sistemov v akciji je maratonec, ki se pripravlja in teče na 42,2 km (26,2 milje) dirki. Teden prej se je marsikdo namerno obremenjeval z hrano, bogato z ogljikovimi hidrati, medtem ko si je odpočil.
Zaradi vsakodnevnih tekaških treningov in stalne potrebe po zamenjavi kataboliziranega goriva imajo ti športniki visoko raven aktivnosti encima glikogen sintaze, ki njihovim mišicam in jetri omogoča sintezo glikogena z nenavadnimi avidnost.
Med maratonom se ta glikogen pretvori v glukozo, da tekače ure in ure poganja športniki običajno jemljejo vire glukoze (npr. športne pijače) ves čas prireditve, da preprečijo "hitting" zid."
- Zaradi nezmožnosti telesa, da ustvari glukozo iz maščobnih kislin, so ogljikovi hidrati kritični visoko intenzivna, trajna vadba, saj beta-oksidacija maščobnih kislin ne povzroči dovolj ATP, da bi bila v koraku z presnovne potrebe.