Анаболічний та катаболічний (клітинний метаболізм): визначення та приклади

Клітини - це найменші одиниці живих істот, які можуть похвалитися всіма властивостями, пов’язаними з життям. Однією з таких визначальних характеристик є обмін речовин, або використання молекул або енергії, зібраних із навколишнього середовища, для здійснення біохімічних реакцій, необхідних для збереження життя і, зрештою, для відтворення.

Метаболічні процеси, які часто називають метаболічними шляхами, можна розділити на такі, що є анаболічний, або які передбачають синтез нових молекул, і таких, які є катаболічний, які передбачають розпад існуючих молекул.

Розмовно, анаболічні процеси стосуються будівництва будинку та заміни таких речей, як вікна та жолоби за потребою, а катаболічні процеси стосуються вивезення зношених або поламаних частин будинку бордюр. Якщо це буде зроблено узгоджено у правильному темпі, будинок буде існувати в максимально стійкому стані, наскільки це можливо, але ніколи пасивно.

Клітини та тканини, які вони утворюють, постійно зазнають «двонаправленого»

Це, мабуть, більш очевидно на рівні цілих організмів: якщо ви прогораєте глюкоза під час спринту, щоб наздогнати свою собаку (катаболічний процес), папір, вирізаний на вашій руці за день до цього, продовжує заживати (анаболічний процес). Але така ж роздвоєність діє і в окремих клітинах.

Клітинні реакції каталізуються спеціальними кулястими молекулами білка, які називаються ферменти, які за визначенням беруть участь у хімічних реакціях, не змінюючись у підсумку. Вони значно прискорюють реакції - іноді приблизно в тисячу разів - і, отже, функціонують як каталізатори.

Анаболічні реакції зазвичай вимагають введення енергії і тому ендотермічний (у вільному перекладі «нагрівання всередину»). Це має сенс; Ви не можете нарощувати або нарощувати м’язи, якщо не їсте, при цьому споживання їжі зазвичай масштабується відповідно до інтенсивності та тривалості певної діяльності.

Катаболічні реакції зазвичай екзотермічний ("нагрівання назовні") і виділяють енергію, більшу частину якої клітина використовує у вигляді аденозинтрифосфат (АТФ) і використовується для інших обмінних процесів.

Складаються основні структурні елементи тіла та молекули, необхідні йому для палива, а також ріст і заміна тканин мономери, або невеликі повторювані одиниці у більшому цілому, які називаються a полімер.

Ці одиниці можуть бути ідентичними, як і у молекул глюкози, розташованих у довгі ланцюги накопичувального палива глікоген, або вони можуть бути подібними та мати "аромати", як і в нуклеїнові кислоти і нуклеотиди, що їх складають.

Три основні макроелементи класи макромолекули в харчуванні людини, називається вуглеводи, білки і жири, кожен складається з власного типу мономеру.

Глюкоза є основним субстратом усього життя на Землі, і кожна жива клітина здатна метаболізувати її для отримання енергії. Як уже зазначалося, молекули глюкози можуть з’єднуватися в «ланцюжки», утворюючи глікоген, який у людини міститься насамперед у м’язах та печінці. Білки складаються з мономерів, взятих із захоплюючого мішка з 20 різними амінокислоти.

Жири не є полімерами, оскільки складаються з трьох жирні кислоти пов'язаний з "хребтом" молекули трьох вуглеців гліцерин. Коли вони ростуть або зменшуються, це відбувається шляхом додавання або видалення атомів до кінців ланцюгів жирних кислот, швидше як велика "Е", вертикальна частина якої залишається однаковою, але горизонтальні смуги змінюються довжина.

Подумайте, як вам подарують коробку з іграшковими будівельними блоками необмеженого розміру. Багато ідентичні, за винятком кольору; інші мають різні розміри, але їх можна з’єднати; інші не призначені для підключення незалежно від вибраної конфігурації. Ви можете створити однакові конструкції, які включають, скажімо, три-п’ять частин, і зв’язати їх між собою таким чином, щоб стики цих конструкцій також були однаковими.

Це, по суті, анаболічний метаболізм у дії. Окремі групи з трьох до п’яти іграшкових деталей представляють "мономери", а готовий продукт є аналогом "полімер". А в клітинах замість того, щоб ваші руки виконували роботу зі складання шматочків, ферменти направляють процес. В обох випадках ключовим аспектом є введення енергії для утворення молекул більшої складності (і, як правило, також більших розмірів).

Приклади анаболічних процесів включають, крім синтезу білка, глюконеогенез (синтез глюкози з різних субстратів), синтез жирних кислот, ліпогенез (синтез жирів з жирних кислот та гліцерину) та утворення сечовина і кетонові тіла.

Здебільшого катаболічні процеси на рівні окремих реакцій - це не просто відповідні анаболічні реакції, які йдуть в зворотному напрямку, хоча багато з них однакові. Зазвичай беруть участь різні ферменти.

Наприклад, перший крок у гліколіз (катаболізм глюкози) - це додавання фосфатної групи до глюкози, люб’язно надано ферментом гексокіназа, утворюючи глюкозо-6-фосфат. Але останній етап глюконеогенезу, видалення фосфату з глюкозо-6-фосфату з утворенням глюкози, каталізується глюкозо-6-фосфатазою.

Іншими життєво важливими катаболічними процесами, що відбуваються у вашому тілі, є глікогеноліз (розпад глікогену в м’язах або печінці), ліполіз (видалення жирних кислот з гліцерину), бета-окислення («спалювання» жирних кислот), а також деградація кетонів, білків або окремих амінокислот.

Щоб тіло відповідало його потребам у режимі реального часу, потрібна висока ступінь реагування та координації. Швидкість анаболічних і катаболічних реакцій можна контролювати, змінюючи кількість ферменту або субстрату, мобілізованого до певної частини клітини, або шляхом гальмування зворотного зв'язку, при якому накопичення продукту сигналізує про те, що реакція вгору тече повільніше.

Крім того, що важливо з точки зору цілісної візуалізації метаболізму, субстрати з одного шляху макроелементів можуть за необхідності перетворюватися на шлях іншого.

Прикладом такої інтеграції шляхів є те, що амінокислоти аланін і глутамін, крім того, що служать будівельними блоками білків, можуть також потрапляти в глюконеогенез. Щоб це сталося, їм потрібно виділяти азот, який обробляється під назвою ферментів трансамінази.

• Гліцерин, продукт ліполізу, також може потрапити на шлях глюконеогенезу, що є одним із способів отримати в жирному сенсі цукор. На сьогоднішній день, однак, немає доказів того, що продукти окислення жирних кислот можуть потрапляти в глюконеогенез.

Фізична підготовленість є основною проблемою громадськості в країнах, де люди часто мають розкіш необов’язкових фізичних вправ.

Багато загальноприйнятих методів спрямовані сильно в напрямку того чи іншого процесу, наприклад, підняття тягарів для нарощування м'язової маси (анаболічні вправи) або за допомогою еліптичного тренажера або бігової доріжки для "кардіотренування" і пролиття нежирної або жирної маси тіла (або маси тіла) для схуднення (катаболічна вправи).
Одним із прикладів дії обох систем є марафонець, який готується до бігу на 42,2 км (26,2 милі) та бігу. За тиждень до цього багато людей навмисно завантажуються продуктами, багатими вуглеводами, відпочиваючи, докладаючи зусиль.

Через щоденні бігові тренування та постійну потребу у заміні катаболізованого палива ці спортсмени мають високий рівень активності ферменту глікогенсинтази, що дозволяє їх м’язам і печінці синтезувати глікоген з незвичними спритність.

Під час марафону цей глікоген перетворюється на глюкозу, щоб живити бігуна годинами поспіль, хоча і ці спортсмени зазвичай беруть джерела глюкози (наприклад, спортивні напої) протягом усього заходу, а також для запобігання "потрапляння в організм" стіна ".

• Нездатність організму виробляти глюкозу з жирних кислот є причиною, по якій вуглеводи вважаються критичними високоінтенсивні, тривалі фізичні вправи, оскільки бета-окислення жирних кислот не призводить до достатньої кількості АТФ, щоб йти в ногу з метаболічні потреби.