ANABOLIZAM: FUNKCIJE, PROCESI, RAZLIKE S KATABOLIZMOM - BIOLOGIJA - 2026

Anabolizam je podjela metabolizma, uključujući reakcije formiranja velikih molekula iz manjih. Da bi se dogodila ova serija reakcija, potreban je izvor energije i, općenito, to je ATP (adenosin trifosfat).

Anabolizam i njegov metabolički inverzni, katabolizam grupirani su u niz reakcija koje se nazivaju metabolički putevi ili putovi orkestrirani i regulirani prvenstveno hormonima. Svaki se mali korak kontrolira tako da dolazi do postupnog prijenosa energije.

Izvor: www.publicdomainpictures.net

Anabolički procesi mogu preuzeti osnovne jedinice koje čine biomolekule - aminokiseline, masne kiseline, nukleotide i šećerne monomere - i stvaraju složenije spojeve, poput proteina, lipida, nukleinskih kiselina i ugljikohidrata kao konačnih proizvođača energije.

Značajke

Metabolizam je izraz koji obuhvaća sve kemijske reakcije koje se događaju u tijelu. Stanica nalikuje mikroskopskoj tvornici u kojoj se neprestano odvijaju reakcije sinteze i razgradnje.

Dva cilja metabolizma su: prvo, koristiti kemijsku energiju pohranjenu u hrani, i drugo, zamijeniti strukture ili tvari koje u tijelu više ne djeluju. Ovi se događaji događaju prema specifičnim potrebama svakog organizma i usmjereni su od kemijskih glasnika koji se nazivaju hormonima.

Energija dolazi uglavnom iz masti i ugljikohidrata koje konzumiramo u hrani. U slučaju nedostatka, tijelo može koristiti protein kako bi nadoknadio nedostatak.

Također, procesi regeneracije usko su povezani s anabolizmom. Regeneracija tkiva je uvjet da je zdravo tijelo i rad ispravno. Anabolizam je odgovoran za proizvodnju svih staničnih spojeva koji ih održavaju u radu.

U stanici postoji osjetljiva ravnoteža između metaboličkih procesa. Velike molekule mogu se razgraditi do njihovih najmanjih sastojaka kataboličkim reakcijama, a obrnuti proces - od malih do velikih - može se dogoditi anabolizmom.

Anabolički procesi

Anabolizam uključuje općenito sve reakcije koje kataliziraju enzimi (male proteinske molekule koje ubrzavaju brzinu kemijskih reakcija za nekoliko stupnjeva veličine) odgovorne za "izgradnju" ili sintezu staničnih komponenata.

Pregled anaboličkih putova uključuje sljedeće korake: Jednostavne molekule koje sudjeluju kao međuprodukti u Krebsovom ciklusu su ili aminirane ili se kemijski transformiraju u aminokiseline. Kasnije se oni sastavljaju u složenije molekule.

Ovi procesi zahtijevaju kemijsku energiju koja dolazi iz katabolizma. Među najvažnije anaboličke procese spadaju: sinteza masnih kiselina, sinteza kolesterola, sinteza nukleinskih kiselina (DNA i RNA), sinteza proteina, sinteza glikogena i sinteza aminokiselina.

Uloga ovih molekula u tijelu i njihovi načini sinteze bit će ukratko opisani u nastavku:

Sinteza masne kiseline

Lipidi su visoko heterogene biomolekule sposobne stvarati veliku količinu energije kad se oksidiraju, posebno molekule triacilglicerola.

Masne kiseline su arhetipski lipidi. Sačinjavaju ih glava i rep od ugljikovodika. To mogu biti nezasićene ili zasićene, ovisno o tome imaju li dvostruke veze na repu ili ne.

Lipidi su ključni sastojci svih bioloških membrana, osim što sudjeluju kao rezervna tvar.

Masne kiseline sintetiziraju se u citoplazmi stanice iz molekule prekursora nazvane malonil-CoA, a dobiva se iz acetil-CoA i bikarbonata. Ova molekula donira tri atoma ugljika za pokretanje rasta masne kiseline.

Nakon stvaranja malonila, reakcija sinteze nastavlja se u četiri osnovna koraka:

Kondenzacija acetil-ACP s malonil-ACP, reakcija koja stvara acetoacetil-ACP i oslobađa ugljični dioksid kao otpadnu tvar.

-Drugi korak je redukcija acetoacetil-ACP, s NADPH na D-3-hidroksibutiril-ACP.

-Za slijedeća reakcija dehidracije dolazi do pretvaranja prethodnog proizvoda (D-3-hidroksibutiril-ACP) u krotonil-ACP.

-Na kraju, krotonil-ACP se smanjuje, a konačni produkt je butiril-ACP.

Sinteza kolesterola

Kolesterol je sterol s tipičnim jezgrom sterana od 17 ugljika. U fiziologiji ima različite uloge, jer djeluje kao prekursor raznih molekula, poput žučnih kiselina, različitih hormona (uključujući i seksualne) i neophodan je za sintezu vitamina D.

Sinteza se događa u citoplazmi stanice, prvenstveno u stanicama jetre. Ovaj anabolički put ima tri faze: najprije se formira izoprenska jedinica, zatim dolazi do progresivne asimilacije jedinica koja potiče skvalen, prelazi u lanosterol i na kraju se dobiva kolesterol.

Aktivnost enzima u tom putu regulirana je uglavnom relativnim omjerom hormona inzulin: glukagon. Kako se taj omjer povećava, aktivnost putanje raste proporcionalno.

Sinteza nukleotida

Nukleinske kiseline su DNA i RNA, prva sadrži sve informacije potrebne za razvoj i održavanje živih organizama, dok druga nadopunjuje funkcije DNK.

I DNK i RNA sastoje se od dugih lanaca polimera čija su temeljna jedinica nukleotidi. Nukleotidi se sastoje od šećera, fosfatne skupine i dušične baze. Prekurs purina i pirimidina je riboza-5-fosfat.

Purini i pirimidini nastaju u jetri iz prekursora poput ugljičnog dioksida, glicina, amonijaka.

Sinteza nukleinske kiseline

Nukleotidi moraju biti spojeni u duge lance DNK ili RNA kako bi ispunili svoju biološku funkciju. Proces uključuje niz enzima koji kataliziraju reakcije.

Enzim koji je zadužen za kopiranje DNK za stvaranje više molekula DNA s identičnim nizovima je DNK polimeraza. Ovaj enzim ne može pokrenuti sintezu de novo, pa mora sudjelovati mali komad DNK ili RNA nazvan primer, koji omogućava formiranje lanca.

Taj događaj zahtijeva sudjelovanje dodatnih enzima. Primjerice, helikaza pomaže u otvaranju dvostruke spirale DNA kako bi polimeraza mogla djelovati, a topoizomeraza je u mogućnosti modificirati topologiju DNK-a, bilo dodirivanjem ili raščlanjivanjem.

Slično, RNA polimeraza sudjeluje u sintezi RNA iz molekule DNA. Za razliku od prethodnog postupka, sinteza RNA ne zahtijeva spomenuti temeljni premaz.

Sinteza proteina

Sinteza proteina ključni je događaj u svim živim organizmima. Proteini obavljaju širok izbor funkcija, poput prijevoza tvari ili igranja strukturnih proteina.

Prema središnjoj "dogmi" biologije, nakon što se DNK kopira u messenger RNA (kao što je opisano u prethodnom odjeljku), ribosomi se zauzvrat pretvaraju u polimer aminokiselina. U RNA se svaki triplet (tri nukleotida) tumači kao jedna od dvadeset aminokiselina.

Sinteza se događa u citoplazmi stanice, gdje se nalaze ribosomi. Proces se odvija u četiri faze: aktiviranje, inicijacija, produžetak i prestanak.

Aktivacija se sastoji u vezivanju određene aminokiseline na odgovarajuću RNA za prijenos. Inicijacija uključuje vezanje ribosoma na 3 'terminalni dio glasnik RNA, potpomognuto "faktorima inicijacije".

Elongacija uključuje dodavanje aminokiselina prema RNA poruci. Konačno, proces se zaustavlja specifičnim redoslijedom u RNA-u glasnika, koji se naziva kondomi za završavanje: UAA, UAG ili UGA.

Sinteza glikogena

Glikogen je molekula sastavljena od ponavljajućih jedinica glukoze. Djeluje kao rezervna tvar energije i uglavnom ih ima u jetri i mišićima.

Put sinteze naziva se glikogenogeneza i zahtijeva sudjelovanje enzima glikogen sintaze, ATP i UTP. Put počinje fosforilacijom glukoze u glukozu-6-fosfat, a zatim na glukozu-1-fosfat. Sljedeći korak uključuje dodavanje UDP-a za dobivanje UDP-glukoze i anorganskog fosfata.

Molekula UDP-glukoze dodaje se u lanac glukoze putem veze alfa 1-4, oslobađajući UDP nukleotid. U slučaju da se pojave grane, one se formiraju alfa 1-6 vezama.

Sinteza aminokiselina

Aminokiseline su jedinice koje čine proteine. U prirodi postoji 20 vrsta, od kojih svaka ima jedinstvena fizička i kemijska svojstva koja određuju konačne karakteristike proteina.

Ne mogu svi organizmi sintetizirati svih 20 vrsta. Na primjer, čovjek može sintetizirati samo 11, preostalih 9 mora biti uključeno u prehranu.

Svaka aminokiselina ima svoj put. Međutim, potječu od molekula prekursora poput alfa-ketoglutarata, oksaloacetata, 3-fosfoglicerata, piruvata.

Regulacija anabolizma

Kao što smo ranije spomenuli, metabolizam je reguliran tvarima zvanim hormonima, koje izlučuju specijalizirana tkiva, bilo žljezdana ili epitelna. Oni funkcioniraju kao glasnici i njihova je kemijska priroda prilično raznolika.

Na primjer, inzulin je hormon koji luči gušterača i ima veliki utjecaj na metabolizam. Nakon obroka s visokim ugljikohidratima, inzulin djeluje kao stimulans anaboličkih putova.

Dakle, hormon je odgovoran za aktiviranje procesa koji omogućuju sintezu skladišnih tvari poput masti ili glikogena.

Postoje razdoblja života u kojima prevladavaju anabolički procesi, poput djetinjstva, adolescencije, tijekom trudnoće ili tijekom treninga usredotočenih na rast mišića.

Razlike s katabolizmom

Svi kemijski procesi i reakcije koji se događaju u našem tijelu - posebno unutar naših stanica - globalno su poznati kao metabolizam. Zahvaljujući ovom vrlo kontroliranom nizu događaja možemo rasti, razvijati se, reproducirati i održavati tjelesnu toplinu.

Sinteza nasuprot degradaciji

Metabolizam uključuje upotrebu biomolekula (proteina, ugljikohidrata, lipida ili masti i nukleinskih kiselina) za održavanje svih bitnih reakcija živog sustava.

Dobivanje ovih molekula dolazi iz hrane koju jedemo svaki dan i naše je tijelo u stanju „razgraditi“ ih na manje jedinice tijekom procesa probave.

Na primjer, proteini (koji mogu proizlaziti iz mesa ili jaja, na primjer) razgrađuju se na njihove glavne komponente: aminokiseline. Na isti način možemo preraditi ugljikohidrate u manje jedinice šećera, općenito glukoze, jednog od ugljikohidrata koji naše tijelo najčešće koristi.

Naše tijelo je u mogućnosti koristiti te male jedinice - aminokiseline, šećere, masne kiseline, između ostalog - za izgradnju novih većih molekula u konfiguraciji koja našem tijelu treba.

Proces raspada i dobivanja energije naziva se katabolizmom, dok je stvaranje novih složenijih molekula anabolizam. Dakle, procesi sinteze povezani su s anabolizmom, a procesi razgradnje katabolizmom.

Kao mnemološko pravilo možemo upotrijebiti "c" u riječi katabolizam i povezati ga s riječju "izrezati".

Korištenje energije

Anabolički procesi zahtijevaju energiju, dok procesi razgradnje proizvode ovu energiju, uglavnom u obliku ATP-a - poznatog kao energetska valuta stanice.

Ta energija dolazi iz kataboličkih procesa. Zamislimo da imamo špil karata, ako smo sve karte uredno složili i bacamo ih na zemlju oni to rade spontano (analogno katabolizmu).

Međutim, u slučaju da ih želimo ponovo naručiti, moramo primijeniti energiju na sustav i skupljati ih iz zemlje (analogno anabolizmu).

U nekim slučajevima katabolički putevi trebaju "injekciju energije" u svojim prvim koracima kako bi započeli proces. Na primjer, glikoliza ili glikoliza je raspad glukoze. Za početak je potrebno koristiti dvije molekule ATP-a.

Ravnoteža između anabolizma i katabolizma

Za održavanje zdravog i adekvatnog metabolizma potrebno je uspostaviti ravnotežu između procesa anabolizma i katabolizma. U slučaju da procesi anabolizma nadiđu procese katabolizma, događaji sinteze su ti koji prevladavaju. Suprotno tome, kada tijelo prima više energije nego što je potrebno, prevladavaju katabolički putevi.

Kada tijelo iskusi nevolje, nazovite to bolešću ili periodima dugotrajnog posta, metabolizam se usredotočuje na razgradne puteve i prelazi u katabolično stanje.

Izvor: Autor Alejandro Porto, iz Wikimedia Commons

Reference

1. Chan, YK, Ng, KP, & Sim, DSM (ur.). (2015). Farmakološke osnove akutne njege. Springer International Publishing.
2. Curtis, H., i Barnes, NS (1994). Poziv na biologiju. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, Kalifornija, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molekularna stanična biologija. Macmillan.
4. Ronzio, RA (2003). Enciklopedija prehrane i dobrog zdravlja. Izdavaštvo Infobase.
5. Voet, D., Voet, J., i Pratt, CW (2007). Temelji biokemije: život na molekularnoj razini. Panamerican Medical Ed.