Функции катаболизма, катаболические процессы, различия с анаболизмом



катаболизм охватывает все реакции разложения веществ в организме. Помимо «распада» компонентов биомолекул в их меньших единицах, катаболические реакции производят энергию, главным образом в форме АТФ..

Катаболические пути ответственны за разрушение молекул, которые поступают из пищи: углеводов, белков и липидов. Во время процесса химическая энергия, содержащаяся в связях, высвобождается для использования в клеточной деятельности, которая требует этого.

Некоторые примеры известных катаболических путей: цикл Кребса, бета-окисление жирных кислот, гликолиз и окислительное фосфорилирование.

Простые молекулы, образующиеся в результате катаболизма, используются клеткой для создания необходимых элементов, также используя энергию, обеспечиваемую тем же процессом. Этот путь синтеза является антагонистом катаболизма и называется анаболизмом.

Метаболизм организма включает как реакции синтеза, так и реакции разложения, которые происходят одновременно и контролируются внутри клетки..

индекс

  • 1 Функции
  • 2 Катаболические процессы
    • 2.1 Цикл мочевины
    • 2.2 Цикл Кребса или цикл лимонной кислоты
    • 2.3 Гликолиз
    • 2.4 Окислительное фосфорилирование
    • 2,5 β-окисление жирных кислот         
  • 3 Регуляция катаболизма
    • 3.1 Кортизол
    • 3.2 Инсулин
  • 4 Различия с анаболизмом
    • 4.1 Синтез и деградация молекул
    • 4.2 Использование энергии
  • 5 ссылок

функции

Катаболизм имеет основную цель окисления питательных веществ, которые организм использует в качестве «топлива», называемых углеводами, белками и жирами. Деградация этих биомолекул приводит к образованию энергии и отходов, главным образом углекислого газа и воды.

Ряд ферментов участвуют в катаболизме, которые являются белками, ответственными за ускорение скорости химических реакций, происходящих в клетке..

Топливные вещества - это продукты, которые мы потребляем ежедневно. Наша диета состоит из белков, углеводов и жиров, которые разрушаются в результате катаболизма. Организм использует жиры и углеводы преимущественно, хотя в ситуациях дефицита он может прибегнуть к деградации белков.

Извлеченная катаболизмом энергия содержится в химических связях указанных биомолекул..

Когда мы потребляем какую-либо еду, мы жуем ее, чтобы ее было легче переваривать. Этот процесс аналогичен катаболизму, когда организм отвечает за «переваривание» частиц на микроскопическом уровне, чтобы их можно было использовать синтетическим или анаболическим путем..

Катаболические процессы

Маршруты или катаболические пути включают в себя все процессы разложения веществ. Мы можем выделить три этапа в этом процессе:

- Различные биомолекулы, содержащиеся в клетке (углеводы, жиры и белки), разлагаются на составляющие их основные единицы (сахара, жирные кислоты и аминокислоты, соответственно).

- Продукты стадии I переходят в более простые составляющие, которые сходятся в общем промежуточном соединении, называемом ацетил-КоА..

- Наконец, это соединение входит в цикл Кребса, где оно продолжает свое окисление с образованием молекул углекислого газа и воды - конечных молекул, полученных в любой катаболической реакции.

Среди наиболее значимых - цикл мочевины, цикл Кребса, гликолиз, окислительное фосфорилирование и бета-окисление жирных кислот. Далее мы опишем каждый из упомянутых маршрутов:

Цикл мочевины

Цикл мочевины - это катаболический путь, который происходит в митохондриях и в цитозоле клеток печени. Отвечает за переработку производных белков и конечный продукт - мочевину..

Цикл начинается с входа первой аминогруппы из матрицы митохондрий, но также может проникать в печень через кишечник.

Первая реакция включает прохождение АТФ, бикарбонат-ионов (HCO)3-) и аммоний (NH)4+) в карбомоилфосфате, АДФ и РЯ. Второй этап - связывание карбомоилфосфата и орнитина с образованием молекулы цитруллина и РЯ. Эти реакции происходят в митохондриальном матриксе.

Цикл продолжается в цитозоле, где цитруллин и аспартат конденсируются вместе с АТФ с образованием аргининосукцината, AMP и PPЯ. Аргининосукцинат переходит в аргинин и фумарат. Аминокислота аргинин в сочетании с водой дает орнитин и, наконец, мочевину.

Этот цикл связан с циклом Кребса, потому что метаболит фумарат участвует в обоих метаболических путях. Однако каждый цикл действует независимо.

Клинические патологии, связанные с этим путем, не позволяют пациенту соблюдать диету, богатую белками..

Цикл Кребса или цикл лимонной кислоты

Цикл Кребса - это путь, который участвует в клеточном дыхании всех организмов. Пространственно, это происходит в митохондриях эукариотических организмов.

Предшественником цикла является молекула, называемая ацетил-кофермент А, которая конденсируется с молекулой оксалоацетата. Этот союз генерирует соединение из шести атомов углерода. В каждом обороте цикл дает две молекулы углекислого газа и одну молекулу оксалоацетата.

Цикл начинается с реакции изомеризации, катализируемой аконитазой, где цитрат переходит в цис-аконит и воду. Аналогично, аконитаза катализирует прохождение цис-аконита в изоцитрат..

Изоцитрат окисляется до оксалосукцината изоцитратдегидрогеназой. Эта молекула декарбоксилируется в альфа-кетоглутарате тем же ферментом, изоцитратдегидрогеназой. Альфа-кетоглутарат переходит в сукцинил-КоА под действием альфа-кетоглутаратдегидрогеназы.

Сукцинил-КоА переходит в сукцинат, который окисляется до фумарата сукцинатдегидрогеназой. Впоследствии фумарат переходит в l-малат и, наконец, l-малат переходит в оксалацетат.

Цикл можно суммировать в следующем уравнении: ацетил-КоА + 3 NAD+ + FAD + ВВП + Pi + 2 H2O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH2 + ГТП + 2 СО2.

гликолиз

Гликолиз, также называемый гликолизом, является критическим путем, который присутствует практически во всех живых организмах, от микроскопических бактерий до крупных млекопитающих. Маршрут состоит из 10 ферментативных реакций, которые разлагают глюкозу до пировиноградной кислоты.

Процесс начинается с фосфорилирования молекулы глюкозы ферментом гексокиназой. Идея этого шага состоит в том, чтобы «активировать» глюкозу и задержать ее внутри клетки, поскольку глюкозо-6-фосфат не имеет переносчика, через который он может вырваться.

Глюкозо-6-фосфат-изомераза берет глюкозо-6-фосфат и перестраивает его в своем фруктозо-6-фосфатном изомере. Третья стадия катализируется фосфофруктокиназой и продуктом является фруктоза-1,6-бисфосфат.

Затем альдолаза расщепляет указанное выше соединение в дигидроксиацетонфосфате и глицеральдегид-3-фосфате. Существует баланс между этими двумя соединениями, катализируемыми триозофосфатизомеразой.

Фермент глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа продуцирует 1,3-бифосфоглицерат, который на следующем этапе превращается в фосфоглицерат киназу в 3-фосфоглицерат. Фосфоглицерат мутаза изменяет положение углерода и дает 2-фосфоглицерат.

Enolase принимает этот последний метаболит и превращает его в фосфоенолпируват. Последняя стадия пути катализируется пируваткиназой, а конечным продуктом является пируват..

Окислительное фосфорилирование

Окислительное фосфорилирование - это процесс образования АТФ благодаря переносу электронов из NADH или FADH2 до кислорода и является последним этапом процессов клеточного дыхания. Встречается в митохондриях и является основным источником молекул АТФ в организмах с аэробным дыханием.

Его важность бесспорна, поскольку 26 из 30 молекул АТФ, которые образуются в результате полного окисления глюкозы в воде и углекислого газа, происходят в результате окислительного фосфорилирования..

Концептуально окислительное фосфорилирование сочетает окисление и синтез АТФ с потоком протонов через мембранную систему.

Таким образом, NADH или FADH2 генерируемые различными путями, называемые гликолизом или окислением жирных кислот, используются для восстановления кислорода, а свободная энергия, генерируемая в процессе, используется для синтеза АТФ..

β-окисление жирных кислот         

Β-окисление представляет собой набор реакций, которые позволяют окислению жирных кислот производить большое количество энергии.

Процесс включает периодическое высвобождение областей жирных кислот от двух атомов углерода на реакцию до тех пор, пока оно полностью не разложит жирную кислоту. Конечным продуктом являются молекулы ацетил-КоА, которые могут вступить в цикл Кребса для полного окисления..

Перед окислением жирная кислота должна быть активирована, где она связывается с коферментом А. Транспортер карнитина отвечает за перемещение молекул в матрицу митохондрий..

После этих предыдущих этапов само β-окисление начинается с процессов окисления, гидратации, окисления NAD+ и тиолиз.

Регуляция катаболизма

Должен быть ряд процессов, которые регулируют различные ферментативные реакции, поскольку они не могут работать все время с максимальной скоростью. Таким образом, пути метаболизма регулируются рядом факторов, которые включают гормоны, нейронный контроль, доступность субстрата и ферментативную модификацию..

На каждом маршруте должна быть хотя бы одна необратимая реакция (то есть, одна в одном направлении), которая определяет скорость всей дороги. Это позволяет реакциям работать со скоростью, необходимой клетке, и предотвращать одновременное функционирование путей синтеза и деградации..

Гормоны являются особенно важными веществами, которые действуют как химические посредники. Они синтезируются в различных желез внутренней секреции и выпускаются в кровоток для действия. Вот некоторые примеры:

кортизол

Кортизол действует, уменьшая процессы синтеза и увеличивая катаболические пути в мышцах. Этот эффект происходит при выбросе аминокислот в кровь.

инсулин

Напротив, есть гормоны, которые оказывают противоположное действие и уменьшают катаболизм. Инсулин отвечает за увеличение синтеза белков и одновременно снижает их катаболизм. В этом случае увеличивается протеолиз, что облегчает выход аминокислот в мышцу.

Различия с анаболизмом

Анаболизм и катаболизм являются антагонистическими процессами, которые включают в себя совокупность метаболических реакций, которые происходят в организме..

Оба процесса требуют многочисленных химических реакций, катализируемых ферментами, и находятся под строгим гормональным контролем, способным вызывать или замедлять определенные реакции. Тем не менее, они отличаются в следующих основных аспектах:

Синтез и деградация молекул

Анаболизм включает реакции синтеза, в то время как катаболизм ответственен за деградацию молекул. Хотя эти процессы являются обратными, они связаны в тонком балансе обмена веществ.

Говорят, что анаболизм - это расходящийся процесс, поскольку он принимает простые соединения и превращает их в более крупные соединения. В отличие от катаболизма, который классифицируется как конвергентный процесс, путем получения малых молекул, таких как диоксид углерода, аммиак и вода, из больших молекул.

Различные катаболические пути принимают макромолекулы, которые образуют пищу, и уменьшают ее до более мелких составляющих. Анаболические пути, с другой стороны, способны взять эти единицы и построить более сложные молекулы.

Другими словами, организм должен «изменить конфигурацию» элементов, из которых состоит пища, для использования в процессах, которые требуют.

Процесс аналогичен популярной игре Legos, где основные составляющие могут образовывать различные структуры с большим разнообразием пространственных расположений..

Использование энергии

Катаболизм отвечает за извлечение энергии, содержащейся в химических связях пищи, поэтому его основной целью является производство энергии. Эта деградация происходит, в большинстве случаев, в результате окислительных реакций..

Однако не удивительно, что катаболические маршруты требуют добавления энергии на своих начальных этапах, как мы видели на гликолитическом пути, который требует инверсии молекул АТФ..

С другой стороны, анаболизм ответственен за добавление свободной энергии, получаемой при катаболизме, для достижения сборки интересующих соединений. Как анаболизм, так и катаболизм происходят постоянно и одновременно в клетке..

Обычно АТФ - это молекула, используемая для передачи энергии. Это может распространяться в области, где это требуется, и при гидролизе выделяется химическая энергия, содержащаяся в молекуле. Таким же образом энергия может транспортироваться как атомы водорода или электроны..

Эти молекулы называются коферментами и включают NADP, NADPH и FMNH.2. Они действуют путем восстановительных реакций. Кроме того, они могут передавать восстанавливающую способность в АТФ.

ссылки

  1. Chan, Y.K., Ng, K.P. & Sim, D.S.M. (Eds.). (2015). Фармакологические основы неотложной помощи. Springer International Publishing.
  2. Curtis, H. & Barnes, N.S. (1994). Приглашение к биологии. Macmillan.
  3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Молекулярно-клеточная биология. Macmillan.
  4. Ронцио, Р. А. (2003). Энциклопедия питания и здоровья. Infobase Publishing.
  5. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. W. (2007). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне. Ed. Panamericana Medical.