Katabolické funkce, katabolické procesy, rozdíly s anabolismem



katabolismus zahrnuje všechny reakce degradace látek v těle. Kromě "dezintegrace" složek biomolekul v jejich menších jednotkách, katabolické reakce produkují energii, zejména ve formě ATP..

Katabolické cesty jsou zodpovědné za degradaci molekul, které pocházejí z potravin: sacharidů, proteinů a lipidů. Během procesu se uvolňuje chemická energie obsažená ve vazbách, která se používá v buněčných činnostech, které to vyžadují.

Některé příklady dobře známých katabolických drah jsou: Krebsův cyklus, beta oxidace mastných kyselin, glykolýza a oxidační fosforylace.

Jednoduché molekuly produkované katabolismem jsou používány buňkou k budování nezbytných prvků, a to i využitím energie poskytované stejným procesem. Tato cesta syntézy je antagonista katabolismu a nazývá se anabolismus.

Metabolismus organismu zahrnuje jak syntézu, tak i degradační reakce, které se vyskytují současně a řízené uvnitř buňky.

Index

  • 1 Funkce
  • 2 Katabolické procesy
    • 2.1 Cyklus močoviny
    • 2.2 Krebsův cyklus nebo cyklus kyseliny citrónové
    • 2.3 Glykolýza
    • 2.4 Oxidační fosforylace
    • 2,5 β-oxidace mastných kyselin         
  • 3 Regulace katabolismu
    • 3.1 Kortizol
    • 3.2 Inzulín
  • 4 Rozdíly s anabolismem
    • 4.1 Syntéza a degradace molekul
    • 4.2 Využití energie
  • 5 Odkazy

Funkce

Katabolismus má hlavní cíl oxidovat živiny, které tělo používá jako "palivo", tzv. Sacharidy, bílkoviny a tuky. Degradace těchto biomolekul vytváří energii a odpadní produkty, především oxid uhličitý a vodu.

Řada enzymů se účastní katabolismu, což jsou proteiny zodpovědné za urychlení rychlosti chemických reakcí, které se vyskytují v buňce.

Palivové látky jsou potraviny, které konzumujeme denně. Naše strava se skládá z bílkovin, sacharidů a tuků, které jsou degradovány katabolickými cestami. Tělo přednostně využívá tuky a sacharidy, i když v situacích nedostatku se může uchýlit k degradaci proteinů.

Energie extrahovaná katabolismem je obsažena v chemických vazbách zmíněných biomolekul.

Když konzumujeme nějaké jídlo, žvýkáme ho, aby bylo lépe strávitelné. Tento proces je analogický s katabolismem, kde tělo je zodpovědné za "trávení" částic na mikroskopické úrovni, takže mohou být využívány syntetickými nebo anabolickými cestami..

Katabolické procesy

Cesty nebo katabolické cesty zahrnují všechny procesy degradace látek. V procesu můžeme rozlišit tři fáze:

- Různé biomolekuly nalezené v buňce (sacharidy, tuky a proteiny) jsou degradovány v základních jednotkách, které je tvoří (cukry, mastné kyseliny a aminokyseliny)..

- Produkty fáze I přecházejí na jednodušší složky, které se sbíhají na běžném meziproduktu nazývaném acetyl-CoA.

- Konečně tato sloučenina vstupuje do Krebsova cyklu, kde pokračuje ve své oxidaci za vzniku molekul oxidu uhličitého a vody - konečné molekuly získané v jakékoliv katabolické reakci.

Mezi nejvýznamnější patří močovinový cyklus, Krebsův cyklus, glykolýza, oxidační fosforylace a beta oxidace mastných kyselin. Dále popíšeme každou z uvedených tras:

Cyklus močoviny

Cyklus močoviny je katabolická cesta, ke které dochází v mitochondriích a v cytosolu jaterních buněk. Je zodpovědný za zpracování proteinových derivátů a jejich finálním produktem je močovina.

Cyklus začíná vstupem první aminoskupiny z matice mitochondrií, ale může také vstoupit do jater přes střevo.

První reakce zahrnuje průchod ATP, hydrogenuhličitanových iontů (HCO)3-) a amoniaku (NH.)4+) v karbomoyl fosfátu, ADP a Pi. Druhým krokem je vazba karbomoyl fosfátu a ornithinu na molekulu citrulinu a Pi. Tyto reakce se vyskytují v mitochondriální matrici.

Cyklus pokračuje v cytosolu, kde citrulin a aspartát kondenzují společně s ATP za vzniku argininosukcinátu, AMP a PPi. Argininosukcinát přechází na arginin a fumarát. Aminokyselina arginin se kombinuje s vodou za vzniku ornitinu a nakonec močoviny.

Tento cyklus je propojen s Krebsovým cyklem, protože metabolit fumarát se účastní obou metabolických drah. Každý cyklus však funguje nezávisle.

Klinické patalogie související s touto cestou brání pacientovi, aby si vzal dietu bohatou na proteiny.

Krebsův cyklus nebo cyklus kyseliny citrónové

Krebsův cyklus je cesta, která se účastní buněčného dýchání všech organismů. Prostorně se vyskytuje v mitochondriích eukaryotických organismů.

Prekurzorem cyklu je molekula zvaná acetylkoenzym A, který je kondenzován s molekulou oxaloacetátu. Toto spojení vytváří sloučeninu šesti uhlíků. V každé revoluci poskytuje cyklus dvě molekuly oxidu uhličitého a jednu molekulu oxaloacetátu.

Cyklus začíná izomerační reakcí katalyzovanou aconitasou, kde citrát přechází do cis-akonitu a vody. Podobně aconitáza katalyzuje průchod cis-akonitu do isocitrátu.

Isocytrát se oxiduje na oxalosukcinát isocitrátdehydrogenázou. Tato molekula je dekarboxylována v alfa-ketoglutarátu stejným enzymem, isocitrátdehydrogenázou. Alfa-ketoglutarát přechází na sukcinyl-CoA působením alfa-ketoglutarát dehydrogenázy.

Sukcinyl-CoA přechází na sukcinát, který je oxidován na fumarát sukcinátdehydrogenázou. Následně fumarát přechází na l-malát a nakonec l-malát přechází na oxalacetát.

Cyklus může být shrnut v následující rovnici: Acetyl-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH2 + GTP + 2 CO2.

Glykolýza

Glykolýza, nazývaná také glykolýza, je klíčovou cestou, která je přítomna prakticky ve všech živých organismech, od mikroskopických bakterií po velké savce. Cesta sestává z 10 enzymatických reakcí, které degradují glukózu na kyselinu pyrohroznovou.

Proces začíná fosforylací molekuly glukózy enzymem hexokinasou. Myšlenka tohoto kroku je "aktivovat" glukózu a zachytit ji uvnitř buňky, protože glukóza-6-fosfát nemá transportér, kterým by mohl uniknout.

Glukóza-6-fosfát izomeráza bere glukóza-6-fosfát a přeskupuje ji v isomerech fruktosa-6-fosfátu. Třetí krok je katalyzován fosfofruktokinázou a produktem je fruktóza-1,6-bisfosfát..

Potom aldoláza štěpí výše uvedenou sloučeninu v dihydroxyaceton fosfátu a glyceraldehyd-3-fosfátu. Mezi těmito dvěma sloučeninami katalyzovanými triosefosfátovou izomerázou existuje rovnováha.

Glyceraldehyd-3-fosfát dehydrogenáza enzym produkuje 1,3-bisfosfoglycerát, který je převeden na 3-fosfoglycerát v dalším kroku na fosfoglycerát kinázy. Mutáza mění polohu uhlíku a získá se 2-fosfoglycerát.

Enolasa užívá tento poslední metabolit a převádí ho na fosfoenolpyruvát. Poslední krok dráhy je katalyzován pyruvátkinázou a finálním produktem je pyruvát.

Oxidační fosforylace

Oxidační fosforylace je proces tvorby ATP díky přenosu elektronů z NADH nebo FADH2 až do kyslíku a je posledním krokem buněčných dýchacích procesů. Vyskytuje se v mitochondriích a je hlavním zdrojem ATP molekul v organismech s aerobním dýcháním.

Jeho význam je nepopiratelný, jako 26 30 molekul ATP je generován jako výsledek úplnou oxidaci glukózy na vodu a oxid uhličitý dochází oxidativní fosforylace.

Koncepčně oxidační fosforylace spojuje oxidaci a syntézu ATP s proudem protonů přes membránový systém.

Tak, NADH nebo FADH2 K redukci kyslíku se používá glykolýza nebo oxidace mastných kyselin, které jsou generovány v různých cestách, a volná energie vznikající v procesu se používá pro syntézu ATP..

β-oxidace mastných kyselin         

Β-oxidace je soubor reakcí, které umožňují oxidaci mastných kyselin za vzniku vysokého množství energie.

Způsob zahrnuje periodické uvolňování oblastí mastných kyselin ze dvou atomů uhlíku na jednu reakci, dokud mastná kyselina úplně neodbourá. Konečným produktem jsou molekuly acetyl-CoA, které mohou vstoupit do Krebsova cyklu, aby se zcela oxidovaly.

Před oxidaci, musí být aktivován mastná kyselina, kde se váže na koenzym A. karnitinu transportéru je zodpovědný za translokaci molekuly na mitochondriální matrix.

Po těchto předchozích krocích začíná samotná β-oxidace procesy oxidace, hydratace, oxidace NAD+ a thiolysis.

Regulace katabolismu

Musí existovat řada procesů, které regulují různé enzymatické reakce, protože tyto nemohou pracovat po celou dobu při své maximální rychlosti. Cesty metabolismu jsou tedy regulovány řadou faktorů, které zahrnují hormony, neuronální kontroly, dostupnost substrátu a enzymatickou modifikaci..

V každé trase musí být alespoň jedna nevratná reakce (tj. Jedna v jednom směru) a směrující rychlost celé silnice. To umožňuje, aby reakce pracovaly rychlostí, kterou buňka vyžaduje, a zabraňují tomu, aby současně fungovaly cesty syntézy a degradace.

Hormony jsou zvláště důležité látky, které působí jako poslové chemie. Tito jsou syntetizováni v různých endokrinních žlázách a propuštěni do krevního oběhu k aktu. Některé příklady jsou:

Kortizol

Kortizol působí tak, že snižuje procesy syntézy a zvyšuje katabolické dráhy ve svalu. K tomuto efektu dochází uvolněním aminokyselin do krevního oběhu.

Inzulín

Naproti tomu existují hormony, které mají opačný účinek a snižují katabolismus. Inzulín je zodpovědný za zvýšení syntézy proteinů a zároveň snižuje jejich katabolismus. V tomto případě se zvyšuje proteolýza, což usnadňuje výstup aminokyselin do svalu.

Rozdíly s anabolismem

Anabolismus a katabolismus jsou antagonistické procesy, které zahrnují úplnost metabolických reakcí, které se vyskytují v organismu.

Oba procesy vyžadují více chemických reakcí katalyzovaných enzymy a jsou pod přísnou hormonální kontrolou, která je schopna vyvolat nebo zpomalit určité reakce. Liší se však v následujících základních aspektech:

Syntéza a degradace molekul

Anabolismus zahrnuje syntézu, zatímco katabolismus je zodpovědný za degradaci molekul. I když jsou tyto procesy inverzní, jsou spojeny v jemné rovnováze metabolismu.

Říká se, že anabolismus je divergentní proces, protože má jednoduché sloučeniny a transformuje je na větší sloučeniny. Na rozdíl od katabolismu, který je klasifikován jako konvergentní proces, získáváním malých molekul, jako je oxid uhličitý, čpavek a voda, z velkých molekul.

Různé katabolické dráhy berou makromolekuly, které tvoří potravu a redukují ji na menší složky. Anabolické cesty, na druhé straně, jsou schopny vzít tyto jednotky a znovu vytvořit propracovanější molekuly.

Jinými slovy, tělo musí „změnit konfiguraci“ prvků, které tvoří potravu, která má být použita v procesech, které vyžadují.

Proces je analogický s populární hrou legos, kde hlavní složky mohou tvořit různé struktury se širokou paletou prostorových uspořádání.

Využití energie

Katabolismus je zodpovědný za získávání energie obsažené v chemických vazbách potravin, takže jejím hlavním cílem je výroba energie. K této degradaci dochází ve většině případů oxidačními reakcemi.

Není však divné, že katabolické cesty vyžadují přidání energie ve svých počátečních krocích, jak jsme viděli v glykolytické dráze, která vyžaduje inverzi molekul ATP.

Na druhé straně, anabolismus je zodpovědný za přidání volné energie vyrobené v katabolismu pro dosažení shromáždění sloučenin zájmu. Anabolismus i katabolismus se v buňce vyskytují neustále a současně.

Obecně je ATP molekula používaná k přenosu energie. To může difundovat do oblastí, kde je požadováno, a při hydrolýze se uvolňuje chemická energie obsažená v molekule. Stejným způsobem lze energii přenášet jako atomy vodíku nebo elektrony.

Tyto molekuly se nazývají koenzymy a zahrnují NADP, NADPH a FMNH2. Působí redukčními reakcemi. Kromě toho mohou přenášet redukční kapacitu v ATP.

Odkazy

  1. Chan, Y. K., Ng, K. P., & Sim, D. S. M. (Eds.). (2015). Farmakologický základ akutní péče. Springer International Publishing.
  2. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Pozvánka na biologii. Macmillan.
  3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Molekulární buněčná biologie. Macmillan.
  4. Ronzio, R. A. (2003). Encyklopedie výživy a dobrého zdraví. Infobase Publishing.
  5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, C. W. (2007). Základy biochemie: Život na molekulární úrovni. Panamericana Medical.