ANABOLISM: FUNKTIONER, PROCESSER, SKILLNADER MED KATABOLISM - BIOLOGI - 2025

Den anabolism är en division av metabolism inklusive bildningsreaktioner av stora molekyler från mindre. För att denna serie reaktioner ska inträffa är en energikälla nödvändig och i allmänhet är den ATP (adenosintrifosfat).

Anabolism, och dess metaboliska inversa, katabolism, grupperas i en serie reaktioner som kallas metabola vägar eller vägar orkestrerade och regleras främst av hormoner. Varje litet steg styrs så att en gradvis energiöverföring sker.

Källa: www.publicdomainpictures.net

Anabola processer kan ta de basenheter som utgör biomolekyler - aminosyror, fettsyror, nukleotider och sockermonomerer - och generera mer komplicerade föreningar, såsom proteiner, lipider, nukleinsyror och kolhydrater som slutliga energiproducenter.

Funktioner

Metabolism är en term som omfattar alla kemiska reaktioner som inträffar i kroppen. Cellen liknar en mikroskopisk fabrik där syntes och nedbrytningsreaktioner ständigt äger rum.

De två målen för metabolism är: för det första att använda den kemiska energin som lagras i maten, och för det andra att ersätta strukturer eller ämnen som inte längre fungerar i kroppen. Dessa händelser inträffar enligt de specifika behoven hos varje organisme och styrs av kemiska budbärare som kallas hormoner.

Energi kommer främst från de fetter och kolhydrater som vi konsumerar i maten. Vid brist kan kroppen använda protein för att kompensera för bristen.

Regenereringsprocesser är också nära kopplade till anabolism. Vävnadsregenerering är en sin qua non villkor för att upprätthålla en frisk kropp och fungera korrekt. Anabolism ansvarar för att producera alla cellulära föreningar som gör att de fungerar.

Det finns en känslig balans i cellen mellan metaboliska processer. Stora molekyler kan brytas ner till sina minsta komponenter genom kataboliska reaktioner och den omvända processen - från liten till stor - kan uppstå genom anabolism.

Anabola processer

Anabolism inkluderar på ett allmänt sätt alla reaktioner katalyserade av enzymer (små proteinmolekyler som påskyndar hastigheten för kemiska reaktioner med flera storleksordningar) som är ansvariga för "konstruktion" eller syntes av cellulära komponenter.

Översikten över anabola vägar inkluderar följande steg: Enkla molekyler som deltar som mellanprodukter i Krebs-cykeln antingen amineras eller kemiskt omvandlas till aminosyror. Dessa samlas senare i mer komplexa molekyler.

Dessa processer kräver kemisk energi som kommer från katabolism. Bland de viktigaste anabola processerna är: fettsyrasyntes, kolesterolsyntes, nukleinsyrasyntes (DNA och RNA), proteinsyntes, glykogensyntes och aminosyrasyntes.

Dessa molekylers roll i kroppen och deras syntesvägar kommer att beskrivas kort nedan:

Fettsyrasyntes

Lipider är mycket heterogena biomolekyler som kan generera en stor mängd energi när de oxideras, särskilt triacylglycerolmolekyler.

Fettsyror är de arketypiska lipiderna. De består av ett huvud och en svans gjord av kolväten. Dessa kan vara omättade eller mättade, beroende på om de har dubbelbindningar på svansen eller inte.

Lipider är de väsentliga komponenterna i alla biologiska membran, förutom att de deltar som reservämne.

Fettsyror syntetiseras i cellens cytoplasma från en prekursormolekyl som kallas malonyl-CoA, härrörande från acetyl-CoA och bikarbonat. Denna molekyl donerar tre kolatomer för att starta tillväxten av fettsyran.

Efter bildningen av malonil fortsätter syntesreaktionen i fyra väsentliga steg:

-Kondensationen av acetyl-ACP med malonyl-ACP, en reaktion som producerar acetoacetyl-ACP och frisätter koldioxid som avfallsämne.

-Det andra steget är reduktionen av acetoacetyl-ACP, med NADPH till D-3-hydroxibutyryl-ACP.

-En efterföljande dehydratiseringsreaktion inträffar som omvandlar den tidigare produkten (D-3-hydroxibutyryl-ACP) till crotonyl-ACP.

-Slutligen reduceras crotonyl-ACP och slutprodukten är butyryl-ACP.

Kolesterolsyntes

Kolesterol är en sterol med en typisk 17-kol sterans kärna. Det har olika roller inom fysiologi, eftersom det fungerar som en föregångare för en mängd olika molekyler, t.ex. gallsyror, olika hormoner (inklusive sexuella) och är avgörande för syntesen av D-vitamin.

Syntes sker i cellens cytoplasma, främst i leverceller. Denna anabola väg har tre faser: först bildas isoprenenheten, sedan sker den progressiva assimilationen av enheterna för att komma från skvalen, detta övergår till lanosterol och slutligen erhålles kolesterol.

Aktiviteten hos enzymerna i denna väg regleras huvudsakligen av det relativa förhållandet mellan hormonerna insulin: glukagon. När detta förhållande ökar ökar aktiviteten för vägen proportionellt.

Nukleotidsyntes

Nukleinsyror är DNA och RNA, den första innehåller all information som är nödvändig för utveckling och underhåll av levande organismer, medan den andra kompletterar funktionerna hos DNA.

Både DNA och RNA består av långa kedjor av polymerer vars grundläggande enhet är nukleotider. Nukleotider består i sin tur av ett socker, en fosfatgrupp och en kvävehaltig bas. Prekursorn för puriner och pyrimidiner är ribos-5-fosfat.

Puriner och pyrimidiner produceras i levern från föregångare såsom koldioxid, glycin, ammoniak, bland andra.

Nukleinsyrasyntes

Nukleotider måste sammanfogas i långa DNA- eller RNA-kedjor för att uppfylla deras biologiska funktion. Processen involverar en serie enzymer som katalyserar reaktionerna.

Enzymet som ansvarar för att kopiera DNA för att generera fler DNA-molekyler med identiska sekvenser är DNA-polymeras. Detta enzym kan inte initiera de novo-syntes, så en liten bit DNA eller RNA som kallas en primer måste delta, vilket möjliggör bildandet av kedjan.

Denna händelse kräver deltagande av ytterligare enzymer. Helikaset hjälper till exempel att öppna DNA-dubbel spiralen så att polymeraset kan verka och topoisomeraset kan modifiera topologin hos DNA, antingen genom att trassla in det eller ta bort det.

På liknande sätt deltar RNA-polymeras i syntesen av RNA från en DNA-molekyl. Till skillnad från den tidigare processen kräver RNA-syntes inte den nämnda primern.

Proteinsyntes

Proteinsyntes är en avgörande händelse i alla levande organismer. Proteiner utför en mängd olika funktioner, såsom att transportera ämnen eller fungera som strukturella proteiner.

Enligt biologiens centrala "dogme", efter att DNA har kopierats till messenger-RNA (som beskrivits i föregående avsnitt), översätts det i sin tur av ribosomer till en polymer av aminosyror. I RNA tolkas varje triplett (tre nukleotider) som en av de tjugo aminosyrorna.

Syntes sker i cellens cytoplasma, där ribosomer finns. Processen sker i fyra faser: aktivering, initiering, förlängning och avslutning.

Aktivering består av bindningen av en viss aminosyra till motsvarande överförings-RNA. Initiering involverar bindning av ribosomen till den 3'-terminala delen av messenger-RNA, med hjälp av "initieringsfaktorer".

Förlängning innebär tillsats av aminosyror enligt RNA-meddelandet. Slutligen slutar processen med en specifik sekvens i messenger-RNA, som kallas avslutningskondomer: UAA, UAG eller UGA.

Glykogensyntes

Glykogen är en molekyl som består av upprepande glukosenheter. Det fungerar som ett energireserverande ämne och är mestadels rikligt i levern och musklerna.

Syntesvägen kallas glykogenogenes och kräver deltagande av enzymet glykogensyntas, ATP och UTP. Vägen börjar med fosforylering av glukos till glukos-6-fosfat och sedan till glukos-1-fosfat. Nästa steg involverar tillsatsen av en UDP för att ge UDP-glukos och oorganiskt fosfat.

UDP-glukosmolekylen lägger till glukoskedjan via en alfa 1-4-bindning, vilket frisätter UDP-nukleotiden. I händelse av att grenar inträffar bildas dessa av alfa 1-6 bindningar.

Syntes av aminosyror

Aminosyror är enheter som utgör proteiner. I naturen finns det 20 typer, var och en med unika fysikaliska och kemiska egenskaper som bestämmer proteinets slutliga egenskaper.

Inte alla organismer kan syntetisera alla 20 typer. Till exempel kan människor bara syntetisera 11, de återstående 9 måste införlivas i kosten.

Varje aminosyra har sin egen väg. Emellertid kommer de från prekursormolekyler såsom alfa-ketoglutarat, oxaloacetat, 3-fosfoglycerat, bland annat pyruvat.

Reglering av anabolism

Som vi nämnde tidigare, regleras ämnesomsättningen av ämnen som kallas hormoner, utsöndras av specialiserade vävnader, antingen körtel eller epitel. Dessa fungerar som budbärare och deras kemiska natur är ganska heterogen.

Till exempel är insulin ett hormon som utsöndras av bukspottkörteln och har en stor effekt på ämnesomsättningen. Efter höga kolhydratmåltider fungerar insulin som ett stimulerande medel för de anabola vägarna.

Således är hormonet ansvarigt för att aktivera de processer som möjliggör syntes av lagringsämnen såsom fetter eller glykogen.

Det finns perioder i livet där anabola processer är dominerande, till exempel barndom, tonår, under graviditet eller under träning med fokus på muskeltillväxt.

Skillnader med katabolism

Alla kemiska processer och reaktioner som inträffar i vår kropp - specifikt i våra celler - är globalt kända som metabolism. Vi kan växa, utveckla, reproducera och upprätthålla kroppsvärme tack vare denna mycket kontrollerade serie av händelser.

Syntes kontra nedbrytning

Metabolism innebär användning av biomolekyler (proteiner, kolhydrater, lipider eller fetter och nukleinsyror) för att upprätthålla alla väsentliga reaktioner i ett levande system.

Att få dessa molekyler kommer från maten vi äter varje dag och vår kropp kan "bryta ner" dem i mindre enheter under matsmältningsprocessen.

Proteiner (som till exempel kan komma från kött eller ägg) delas upp i deras huvudkomponenter: aminosyror. På samma sätt kan kolhydrater bearbetas till mindre enheter av socker, i allmänhet glukos, en av de kolhydrater som mest används av vår kropp.

Vår kropp kan använda dessa små enheter - bland annat aminosyror, socker, fettsyror - för att bygga nya större molekyler i den konfiguration som vår kropp behöver.

Processen för sönderdelning och att erhålla energi kallas katabolism, medan bildandet av nya mer komplexa molekyler är anabolism. Således är syntesprocesser associerade med anabolism och nedbrytningsprocesser med katabolism.

Som en mnemonisk regel kan vi använda "c" i ordet katabolism och relatera det till ordet "klipp".

Användning av energi

Anabola processer kräver energi, medan nedbrytningsprocesser producerar denna energi, främst i form av ATP - känd som cellens energivaluta.

Denna energi kommer från kataboliska processer. Låt oss föreställa oss att vi har ett kortlek, om vi har alla kort staplade snyggt och vi kastar dem på marken, så gör de det spontant (analogt med katabolism).

Men om vi vill beställa dem igen måste vi applicera energi på systemet och samla dem från marken (analogt med anabolism).

I vissa fall behöver de kataboliska vägarna en "injektion av energi" i sina första steg för att komma igång. Till exempel är glykolys eller glykolys nedbrytning av glukos. Denna väg kräver användning av två ATP-molekyler för att komma igång.

Balans mellan anabolism och katabolism

För att upprätthålla en sund och adekvat metabolism är det nödvändigt att det finns en balans mellan processerna för anabolism och katabolism. I händelse av att anabolismens processer överskrider katabolismens processer, är synteshändelserna de som råder. Däremot dominerar de kataboliska vägarna när kroppen får mer energi än nödvändigt.

När kroppen upplever motgångar, kallar det sjukdom eller perioder med lång fasta fokuserar ämnesomsättningen på nedbrytningsvägar och går in i ett kataboliskt tillstånd.

Källa: Av Alejandro Porto, från Wikimedia Commons

referenser

1. Chan, YK, Ng, KP, & Sim, DSM (Eds.). (2015). Farmakologisk grund för akut vård. Springer International Publishing.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Inbjudan till biologi. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, … & Matsudaira, P. (2008). Molekylär cellbiologi. Macmillan.
4. Ronzio, RA (2003). Uppslagsverket för näring och god hälsa. Infobase-publicering.
5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, CW (2007). Grunder för biokemi: Liv på molekylär nivå. Panamerican Medical Ed.