Katabolisme funktioner, kataboliske processer, forskelle med anabolisme

den katabolisme omfatter alle reaktioner af nedbrydning af stoffer i kroppen. Ud over at "disintegreres" komponenterne i biomolekyler i deres mindre enheder producerer kataboliske reaktioner energi, hovedsagelig i form af ATP..

De kataboliske ruter er ansvarlige for nedbrydning af de molekyler, der kommer fra mad: kulhydrater, proteiner og lipider. Under processen frigives den kemiske energi indeholdt i obligationerne til anvendelse i cellulære aktiviteter, der kræver det.

Nogle eksempler på velkendte kataboliske veje er: Krebs-cyklen, beta-oxidation af fedtsyrer, glycolyse og oxidativ phosphorylering.

De enkle molekyler, der produceres af katabolisme, anvendes af cellen til at opbygge de nødvendige elementer, også ved hjælp af den energi, der tilvejebringes af den samme proces. Denne syntetiske vej er katabolismens antagonist og kaldes anabolisme.

Metabolismen af ​​en organisme indbefatter både syntese- og nedbrydningsreaktionerne, som forekommer samtidigt og kontrolleres i cellen.

indeks

• 1 funktioner
• 2 kataboliske processer
  • 2.1 Ureacyklusen
  • 2.2 Krebs cyklus eller citronsyre cyklus
  • 2.3 Glykolyse
  • 2.4 Oxidativ phosphorylering
  • 2,5 β-oxidation af fedtsyrer         
• 3 Forordning af katabolisme
  • 3.1 Cortisol
  • 3.2 Insulin
• 4 Forskelle med anabolisme
  • 4.1 Syntese og nedbrydning af molekyler
  • 4.2 Brug af energi
• 5 referencer

funktioner

Katabolisme har hovedformålet med at oxidere de næringsstoffer, som kroppen anvender som "brændstof", kaldet kulhydrater, proteiner og fedtstoffer. Nedbrydningen af ​​disse biomolekyler genererer energi og affaldsprodukter, hovedsageligt kuldioxid og vand.

En række enzymer deltager i katabolisme, som er proteiner, der er ansvarlige for at fremskynde hastigheden af ​​kemiske reaktioner, der forekommer i cellen.

Brændstofstoffer er de fødevarer, vi forbruger dagligt. Vores kost består af proteiner, kulhydrater og fedtstoffer, der nedbrydes af kataboliske veje. Kroppen bruger fedtstoffer og kulhydrater fortrinsvis, selvom de i knaphedssituationer kan tyde på nedbrydning af proteiner.

Energien ekstraheret af katabolisme er indeholdt i de kemiske bindinger af de nævnte biomolekyler.

Når vi bruger noget mad tygger vi det for at gøre det nemmere at fordøje. Denne proces er analog med katabolisme, hvor kroppen er ansvarlig for at "fordøje" partiklerne på mikroskopisk niveau, så de kan udnyttes af syntetiske eller anabolske ruter.

Kataboliske processer

Ruterne eller kataboliske veje indbefatter alle processer for nedbrydning af stoffer. Vi kan skelne mellem tre faser:

- De forskellige biomolekyler, der findes i cellen (kulhydrater, fedtstoffer og proteiner) nedbrydes i de grundlæggende enheder, der udgør dem (henholdsvis sukkerarter, fedtsyrer og aminosyrer).

- Produkterne fra fase I overføres til enklere bestanddele, der konvergerer på et fælles mellemprodukt kaldet acetyl-CoA.

- Endelig kommer denne forbindelse ind i Krebs-cyklen, hvor den fortsætter sin oxidation for at give molekyler af carbondioxid og vand - de endelige molekyler opnået i en katabolisk reaktion.

Blandt de mest fremtrædende er urinstofcyklusen, Krebs-cyklen, glycolysen, oxidativ phosphorylering og beta-oxidation af fedtsyrer. Næste vil vi beskrive hver af de nævnte ruter:

Urea-cyklusen

Urea-cyklusen er en katabolisk vej, der forekommer i mitokondrier og i cytosol i leverceller. Det er ansvarligt for behandlingen af ​​proteinderivater, og det endelige produkt deraf er urinstof.

Cyklusen begynder med indgangen af ​​den første aminogruppe fra mitokondrierens matrix, men kan også komme ind i leveren gennem tarmen.

Den første reaktion involverer passage af ATP, bicarbonationer (HCO)₃^-) og ammonium (NH₄⁺) i carbomoylphosphat, ADP og P_jeg. Det andet trin er bindingen af ​​carbomoylphosphat og ornithin for at give et molekyle citrullin og P_jeg. Disse reaktioner forekommer i mitokondrie matrixen.

Cyklusen fortsætter i cytosolet, hvor citrullin og aspartat kondenseres sammen med ATP for at danne argininosuccinat, AMP og PP_jeg. Argininosuccinatet passerer til arginin og fumarat. Aminosyreargininen kombineres med vand for at give ornithin og endelig urea.

Denne cyklus er indbyrdes forbundet med Krebs-cyklen, fordi metabolittenfumarat deltager i begge metaboliske veje. Hver cyklus virker dog selvstændigt.

De kliniske patalogías relateret til denne rute forhindrer patienten i at tage en diæt rig på proteiner.

Krebs cyklus eller citronsyre cyklus

Krebs-cyklen er en vej, der deltager i cellulær respiration af alle organismer. Rumligt forekommer det i mitokondrier af eukaryote organismer.

Forløberen af ​​cyklussen er et molekyle kaldet acetylco-enzym A, som kondenseres med et oxaloacetatmolekyle. Denne union genererer en forbindelse af seks carbonatomer. I hver revolution giver cyklussen to molekyler carbondioxid og et molekyle oxaloacetat.

Cyklussen begynder med en isomeriseringsreaktion katalyseret af aconitase, hvor citrat passerer til cis-aconit og vand. Tilsvarende katalyserer aconitase passagen af ​​cis-aconit i isocitrat.

Isocytat oxideres til oxalosuccinat ved isocitrat dehydrogenase. Dette molekyle dekarboxyleres i alfa-ketoglutarat med det samme enzym, isocitrat dehydrogenase. Alfa-ketoglutarat passerer til succinyl-CoA ved virkningen af ​​alfa-ketoglutarat-dehydrogenase.

Succinyl-CoA passerer til succinat, som oxideres til fumarat med succinatdehydrogenase. Derefter passerer fumarat til l-malat, og endelig passerer malmalat til oxalacetat.

Cyklen kan opsummeres i følgende ligning: Acetyl-CoA + 3 NAD⁺ + FAD + BNP + Pi + 2 H₂O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH₂ + GTP + 2 CO₂.

glykolyse

Glykolyse, også kaldet glycolyse, er en afgørende vej, der er til stede næsten i alle levende organismer, fra mikroskopiske bakterier til store pattedyr. Ruten består af 10 enzymatiske reaktioner, der nedbryder glucose til pyrodruesyre.

Processen begynder med phosphoryleringen af ​​glucosemolekylet med enzymet hexokinase. Ideen om dette trin er at "aktivere" glukose og fælde det inde i cellen, da glucose-6-phosphat ikke har en transportør, hvorigennem det kan slippe ud.

Glucose-6-phosphatisomerase tager glucose-6-phosphatet og omarrangerer det i sin fructose-6-phosphatisomer. Det tredje trin katalyseres af phosphofructokinase, og produktet er fructose-1,6-bisphosphat.

Derefter spalter aldolase ovennævnte forbindelse i dihydroxyacetonphosphat og glyceraldehyd-3-phosphat. Der er en balance mellem disse to forbindelser katalyseret af triosephosphatisomerasen.

Glyceraldehyd-3-phosphat-dehydrogenase-enzym producerer 1,3-bisphosphoglycerate, der omdannes til 3-phosphoglycerat i det næste trin af phosphoglyceratkinase. Fosforglyceratmutasen ændrer carbonens position og giver 2-phosphoglycerat.

Enolase tager denne sidste metabolit og konverterer den til phosphoenolpyruvat. Det sidste trin i stien er katalyseret af pyruvatkinase, og det endelige produkt er pyruvat.

Oxidativ phosphorylering

Oxidativ phosphorylering er en proces med dannelse af ATP takket være overførslen af ​​elektroner fra NADH eller FADH₂ op til ilt og er det sidste trin i cellulære respirationsprocesser. Det forekommer i mitokondrier og er den vigtigste kilde til ATP molekyler i organismer med aerob åndedræt.

Dens betydning er ubestridelig, som 26 30 molekyler ATP genereres som følge af den fuldstændige oxidation af glucose til vand og carbondioxid opstår ved oxidativ phosphorylering.

Konceptuelt kobler oxidativ phosphorylering oxidationen og syntesen af ​​ATP med en strøm af protoner gennem membransystemet.

Således er NADH eller FADH₂ frembragt i forskellige veje, kaldes glykolyse eller oxidation af fedtsyrer til at reducere ilt, og den frie energi, der genereres i processen, anvendes til syntesen af ​​ATP.

β-oxidation af fedtsyrer         

B-oxidation er et sæt reaktioner, der tillader oxidation af fedtsyrer at producere store mængder energi.

Processen involverer den periodiske frigivelse af fedtsyreregioner fra to carbonatomer pr. Reaktion, indtil den fuldstændigt nedbryder fedtsyren. Slutproduktet er acetyl-CoA-molekyler, der kan komme ind i Krebs-cyklen for fuldstændig oxidation.

Før oxidering, skal fedtsyren aktiveres, når det binder til coenzym A. carnitin transporter er ansvarlig for at translokere molekyler til den mitokondrielle matrix.

Efter disse tidligere trin begynder β-oxidation selv med oxidations-, hydrering, oxidationsprocessen ved NAD⁺ og thiolysen.

Regulering af katabolisme

Der skal være en række processer, der regulerer de forskellige enzymatiske reaktioner, da disse ikke kan arbejde hele tiden med deres maksimale hastighed. Metabolisternes veje reguleres således af en række faktorer, der indbefatter hormoner, neuronale kontroller, substrattilgængelighed og enzymatisk modifikation.

I hver rute skal der være mindst en irreversibel reaktion (det vil sige en i en retning) og der styrer hele vejs hastighed. Dette gør det muligt for reaktionerne at arbejde med den hastighed, der kræves af cellen, og forhindre syntese- og nedbrydningspasserne i at fungere på samme tid.

Hormoner er især vigtige stoffer, der fungerer som kemiske budbringere. Disse syntetiseres i de forskellige endokrine kirtler og frigives i blodbanen til handling. Nogle eksempler er:

kortisol

Cortisol virker ved at mindske synteseprocesserne og øge de kataboliske veje i musklen. Denne virkning sker ved frigivelse af aminosyrer i blodbanen.

insulin

Derimod er der hormoner, der har den modsatte virkning og reducerer katabolisme. Insulin er ansvarlig for at øge syntesen af ​​proteiner og samtidig nedsætte katabolismen af ​​dem. I dette tilfælde øges proteolysen, hvilket letter udgangen af ​​aminosyrer til musklen.

Forskelle med anabolisme

Anabolisme og katabolisme er antagonistiske processer, der indbefatter totaliteten af ​​metaboliske reaktioner, der forekommer i en organisme.

Begge processer kræver flere kemiske reaktioner katalyseret af enzymer og er under streng hormonal kontrol, der er i stand til at udløse eller bremse visse reaktioner. Men de adskiller sig i følgende grundlæggende aspekter:

Syntese og nedbrydning af molekyler

Anabolisme omfatter syntesereaktionerne, mens katabolisme er ansvarlig for nedbrydningen af ​​molekyler. Selvom disse processer er omvendte, er de forbundet i den delikate balance i metabolismen.

Det siges, at anabolisme er en divergerende proces, da det tager enkle forbindelser og omdanner dem til større forbindelser. I modsætning til katabolisme, som klassificeres som en konvergent proces ved at opnå små molekyler som kuldioxid, ammoniak og vand fra store molekyler.

De forskellige kataboliske veje tager de makromolekyler, der danner fødevaren, og reducerer den til de mindre bestanddele. De anabolske ruter, derimod, er i stand til at tage disse enheder og bygge igen mere udførlige molekyler.

Med andre ord skal kroppen "ændre konfigurationen" af de elementer, der udgør fødevaren, der skal anvendes i de processer, der kræver det.

Processen er analog med Legos populære spil, hvor hovedkomponenterne kan danne forskellige strukturer med en lang række rumlige arrangementer.

Brug af energi

Katabolisme er ansvarlig for at udvinde den energi, der er indeholdt i fødevarernes kemiske bindinger, så hovedmålet er energigenerering. Denne nedbrydning forekommer i de fleste tilfælde ved oxidative reaktioner.

Det er imidlertid ikke mærkeligt, at de kataboliske ruter kræver at tilføje energi i deres indledende trin, som vi så i den glycolytiske vej, som kræver inversion af ATP-molekylerne.

På den anden side er anabolisme ansvarlig for at tilsætte den frie energi produceret i katabolisme for at opnå samlingen af ​​forbindelserne af interesse. Både anabolisme og katabolisme opstår konstant og samtidigt i cellen.

Generelt er ATP molekylet anvendt til at overføre energi. Dette kan diffunde til de områder, hvor det er nødvendigt, og når hydrolyseret frigives den kemiske energi indeholdt i molekylet. På samme måde kan energi transporteres som hydrogenatomer eller elektroner.

Disse molekyler kaldes coenzymer og omfatter NADP, NADPH og FMNH₂. De virker ved reduktionsreaktioner. Derudover kan de overføre reduktionskapaciteten i ATP.

referencer

1. Chan, Y. K., Ng, K. P., & Sim, D. S. M. (Eds.). (2015). Farmakologisk basis for akut behandling. Springer International Publishing.
2. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Invitation til biologi. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J. E., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Molekylcellebiologi. Macmillan.
4. Ronzio, R. A. (2003). Ernæringsens encyklopædi og et godt helbred. Infobase Publishing.
5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, C. W. (2007). Grundlag for biokemi: Liv på molekylær niveau. Ed. Panamericana Medical.