КАТАБОЛИЗАМ: КАТАБОЛИЧКЕ ФУНКЦИЈЕ И ПРОЦЕСИ - БИОЛОГИЈА - 2025

Катаболизам обухвата све реакције разградње материја у телу. Поред тога што „разбијају“ компоненте биомолекула у њихове најмање јединице, катаболичке реакције производе и енергију, углавном у облику АТП-а.

Катаболички путеви су одговорни за разградњу молекула које потичу из хране: угљених хидрата, протеина и липида. Током процеса, хемијска енергија садржана у везама се ослобађа да би се користила у ћелијским активностима које то захтевају.

Извор: Аутор ЕскуемаЦатаболисмо.свг: себе; Исправљање малих грешака: Баскеттерски дериватни рад: Густавоцарра (ЕскуемаЦатаболисмо.свг), виа Викимедиа Цоммонс

Неки примери добро познатих катаболичких путева су: Кребсов циклус, бета оксидација масних киселина, гликолиза и оксидативна фосфорилација.

Једноставне молекуле произведене катаболизмом ћелија користи за изградњу потребних елемената, такође користећи енергију добијену истим процесом. Овај пут синтезе је антагонист катаболизма и назива се анаболизмом.

Метаболизам организма обухвата и реакције синтезе и разградње, које се одвијају истовремено и на контролисан начин у ћелији.

Карактеристике

Главни циљ катаболизма је оксидација хранљивих материја које тело користи као "гориво", које се називају угљени хидрати, протеини и масти. Разградњом ових биомолекула стварају се енергија и отпадни производи, углавном угљен диоксид и вода.

Низ ензима учествује у катаболизму, који су протеини одговорни за убрзање брзине хемијских реакција које се дешавају у ћелији.

Супстанце за гориво су храна коју конзумирамо свакодневно. Наша исхрана је састављена од протеина, угљених хидрата и масти које се разграђују катаболичким путевима. Тело преферирано користи масти и угљене хидрате, мада се у ситуацијама несташице може затећи и на разградњу протеина.

Енергија извучена катаболизмом садржи хемијске везе наведених биомолекула.

Кад конзумирамо било коју храну, жвачемо је да бисмо је лакше пробавили. Овај процес је аналоган катаболизму, где је тело задужено за "варење" честица на микроскопском нивоу тако да се оне користе синтетским или анаболичким путем.

Катаболички процеси

Катаболички путеви или путеви укључују све процесе разградње супстанци. Можемо разликовати три фазе у процесу:

- Различите биомолекуле које се налазе у ћелији (угљени хидрати, масти и протеини) разграђују се у основним јединицама које их чине (шећери, масне киселине и аминокиселине, респективно).

- Производи фазе И прелазе на једноставније састојке, који се конвертују у заједнички интермедијар који се зове ацетил-ЦоА.

- Коначно, ово једињење улази у Кребсов циклус, где наставља оксидацију све док не добије молекуле угљен-диоксида и воде - крајње молекуле добијене у било којој катаболичкој реакцији.

Међу најистакнутије су циклус урее, Кребсов циклус, гликолиза, оксидативна фосфорилација и бета оксидација масних киселина. У наставку ћемо описати сваку од наведених рута:

Циклус урее

Циклус урее је катаболички пут који се јавља у митохондријама и у цитосолу ћелија јетре. Одговорна је за прераду протеинских деривата, а крајњи продукт ње је уреа.

Циклус започиње уласком прве амино групе из матрикса митохондрија, иако он такође може ући у јетру кроз црева.

Први реакциони корак укључује АТП, бикарбоната јоне (ХЦО ₃ ^- ) и амонијум (НХ ₄ ⁺ ) карбамоил фосфат, АДП и П _и . Други корак се састоји од спајања карбомоил фосфата и орнитина да би се добио молекул цитрулина и П _и . Те се реакције јављају у митохондријалном матриксу.

Циклус се наставља у цитосолу, где се цитрулин и аспартат кондензују заједно са АТП да би се створио аргининосукцинат, АМП и ПП _и . Аргининосукцинат прелази у аргинин и фумарат. Аминокиселина аргинин комбинује се са водом да би се добио орнитин и на крају уреа.

Овај циклус је међусобно повезан са Кребсовим циклусом, јер фумаратни метаболит учествује у оба метаболичка пута. Међутим, сваки циклус делује независно.

Клиничке патологије повезане са овим путем спречавају пацијента да једе дијету богату протеинима.

Кребсов циклус или циклус лимунске киселине

Кребсов циклус је пут који учествује у ћелијском дисању свих организама. Просторно се јавља у митохондријама еукариотских организама.

Прекурс циклуса је молекул који се зове ацетил коензим А, који се кондензује са молекулом оксалоацетата. Ова унија ствара једињење са шест угљеника. У свакој револуцији, циклус даје два молекула угљен-диоксида и један молекул оксалоацетата.

Циклус започиње реакцијом изомеризације коју катализује аконитаза, при чему цитрат прелази у цис-аконитат и воду. Слично томе, аконитаза катализује прелазак цис-аконитата у изоцитрат.

Изоцитрат се оксидује у оксалосукцинат изоцитрат дехидрогеназом. Овај молекул се декарбоксилира у алфа-кетоглутарат истим ензимом, изоцитрат дехидрогеназом. Алфа-кетоглутарат се претвара у сукцинил-ЦоА дејством алфа-кетоглутарата дехидрогеназе.

Сукцинил-ЦоА постаје сукцинат, који се оксидује у фумарат сукцинатом дехидрогеназом. Сукцесивно фумарат постаје л-малат и на крају л-малат постаје оксалоацетат.

Циклус се може сумирати у следећу једначину: Ацетил-ЦоА + 3 НАД ⁺ + ФАД + БДП + Пи + 2 Х ₂ О → ЦоА-СХ + 3 (НАДХ + Х +) + ФАДХ ₂ + ГТП + 2 ЦО ₂ .

Гликолиза

Гликолиза, која се такође назива гликолиза, је пресудан пут који је присутан у готово свим живим организмима, од микроскопских бактерија до великих сисара. Пут се састоји од 10 ензимских реакција које разграђују глукозу до пируичне киселине.

Процес започиње фосфорилацијом молекула глукозе ензимом хекокиназом. Идеја овог корака је „активирање“ глукозе и заробљавање у ћелији, јер глукоза-6-фосфат нема транспортер кроз који може да побегне.

Глукозно-6-фосфатна изомераза узима глукозу-6-фосфат и преуређује је у свој изомер фруктозе-6-фосфата. Трећи корак катализује фосхофруктокиназа и производ је фруктоза-1,6-бисфосфат.

Затим, алдолаза цепи горње једињење у дихидроксиацетон фосфат и глицералдехид-3-фосфат. Постоји равнотежа између ова два једињења катализирана триозном фосфатном изомеразом.

Ензим глицералдехид-3-фосфат дехидрогеназа ствара 1,3-бисфосфоглицерат који се у следећем кораку претвара у фосфоглицерат фосфоглицерат киназом. Фосфоглицератна мутаза мења положај угљеника и даје 2-фосфоглицерат.

Еолаза узима потоњи метаболит и претвара га у фосфоенолпируват. Последњи корак у путу катализује пируват киназа, а крајњи продукт је пируват.

Оксидативне фосфорилације

Оксидативна фосфорилација је процес формирања АТП захваљујући преносу електрона из НАДХ или ФАДХ ₂ у кисеоник и представља последњи корак у ћелијским процесима дисања. Јавља се у митохондријама и главни је извор АТП молекула у организмима аеробног дисања.

Његов значај је неспоран, јер се 26 од 30 молекула АТП-а који настају као продукт потпуне оксидације глукозе у воду и угљен-диоксида одвија оксидативном фосфорилацијом.

Концептуално, оксидативна фосфорилација повезује оксидацију и синтезу АТП-а с протоком протона кроз мембрански систем.

Тако се НАДХ или ФАДХ ₂ генерисани на различите начине, називају га гликолиза или оксидација масних киселина, користе за смањење кисеоника, а слободна енергија добијена у процесу се користи за синтезу АТП-а.

β-оксидација масних киселина

Β-оксидација је скуп реакција које омогућавају оксидацији масних киселина да производе велике количине енергије.

Процес укључује периодично ослобађање региона дво-угљеничне масне киселине реакцијом док се масна киселина потпуно не разгради. Крајњи производ су ацетил-ЦоА молекули који могу ући у Кребсов циклус да би били у потпуности оксидирани.

Пре оксидације, масна киселина мора бити активирана, где се веже на коензим А. Транспортер карнитина је одговоран за преношење молекула у матрицу митохондрија.

Након ових претходних корака, β-оксидација почиње са процесима оксидације, хидратације, оксидације НАД ⁺ и тиолизе.

Регулација катаболизма

Мора постојати низ процеса који регулишу различите ензимске реакције, јер оне не могу радити цијело вријеме својом максималном брзином. Дакле, метаболички путеви су регулисани бројним факторима, укључујући хормоне, неуронске контроле, доступност супстрата и ензимске модификације.

У сваком правцу мора постојати барем једна неповратна реакција (тј. Одвија се у само једном смјеру) и усмјерава брзину цијеле руте. То омогућава реакцијама да раде брзином коју захтева ћелија и спречава да истовремено раде и путеви синтезе и разградње.

Хормони су посебно важне супстанце које делују као хемијски гласници. Они се синтетишу у различитим ендокриним жлездама и пуштају се у крвоток да би деловали. Неки примери су:

Кортизол

Кортизол делује успоравајући процесе синтезе и повећавајући катаболичке путеве у мишићима. Овај ефекат настаје отпуштањем аминокиселина у крвоток.

Инсулин

Супротно томе, постоје хормони који имају супротан ефекат и смањују катаболизам. Инсулин је одговоран за повећање синтезе протеина и истовремено смањује њихов катаболизам. У овом случају протеолиза се повећава, што олакшава излаз аминокиселина у мишић.

Разлике са анаболизмом

Анаболизам и катаболизам су антагонистички процеси који обухватају укупност метаболичких реакција које се одвијају у организму.

Оба процеса захтевају више хемијских реакција које катализују ензими и под строгом су хормонском контролом способни да покрену или успоравају одређене реакције. Међутим, оне се разликују у следећим основним аспектима:

Синтеза и разградња молекула

Анаболизам обухвата реакције синтезе док је катаболизам одговоран за разградњу молекула. Иако су ти процеси обрнути, повезани су у деликатној равнотежи метаболизма.

За анаболизам се каже да је различит процес, узимајући једноставна једињења и претварајући их у већа једињења. Супротно катаболизму, који је класификован као конвергентни процес, због добијања малих молекула попут угљендиоксида, амонијака и воде из великих молекула.

Различити катаболички путеви узимају макромолекуле које чине храну и смањују их на њихове најмање састојке. У међувремену, анаболички путеви су способни да преузму ове јединице и поново граде сложеније молекуле.

Другим речима, тело мора да "промени конфигурацију" елемената који чине храну тако да се они користе у процесима који су му потребни.

Процес је аналоган популарној Лего игри, где главни састојци могу формирати различите структуре са широким распоном просторних распореда.

Употреба енергије

Катаболизам је одговоран за вађење енергије садржане у хемијским везама хране, па је његов главни циљ стварање енергије. До ове деградације долази, у већини случајева, оксидативним реакцијама.

Међутим, није изненађујуће да катаболички путеви захтевају додавање енергије у својим почетним корацима, као што смо видели у гликолитичком путу, за шта је потребна инверзија АТП молекула.

С друге стране, анаболизам је одговоран за додавање слободне енергије произведене катаболизмом како би се постигло склапање интересантних једињења. И анаболизам и катаболизам јављају се стално и истовремено у ћелији.

АТП је молекул који се користи за пренос енергије. Ово се може проширити на подручја где је потребно и када се хидролизује хемијска енергија која се налази у молекули ослобађа се. Слично томе, енергија се може транспортовати као атоми водоника или електрони.

Ови молекули се називају коенцими и укључују НАДП, НАДПХ и ФМНХ ₂ . Они делују кроз реакције редукције. Надаље, они могу пренијети смањење капацитета у АТП.

Референце

1. Цхан, ИК, Нг, КП, & Сим, ДСМ (ур.). (2015). Фармаколошке основе акутне неге. Спрингер Интернатионал Публисхинг.
2. Цуртис, Х., Барнес, НС (1994). Позив на биологију. Мацмиллан.
3. Лодисх, Х., Берк, А., Дарнелл, ЈЕ, Каисер, Калифорнија, Криегер, М., Сцотт, МП,… & Матсудаира, П. (2008). Молекуларна ћелијска биологија. Мацмиллан.
4. Ронзио, РА (2003). Енциклопедија исхране и доброг здравља. Инфобасе Публисхинг
5. Воет, Д., Воет, Ј., и Пратт, ЦВ (2007). Основе биохемије: живот на молекуларном нивоу. Панамерицан Медицал Ед.