ANABOLIZMUS: FUNKCIE, PROCESY, ROZDIELY S KATABOLIZMOM - BIOLÓGIE - 2025

Anabolizmus je rozdelenie metabolizmu, vrátane tvorby reakcií veľkých molekúl z menších. Aby k tejto sérii reakcií došlo, je potrebný zdroj energie a vo všeobecnosti je to ATP (adenozíntrifosfát).

Anabolizmus a jeho metabolický inverzný katabolizmus sú zoskupené do série reakcií nazývaných metabolické dráhy alebo dráhy organizované a regulované primárne hormónmi. Každý malý krok je riadený tak, aby došlo k postupnému prenosu energie.

Zdroj: www.publicdomainpictures.net

Anabolické procesy môžu brať základné jednotky tvoriace biomolekuly - aminokyseliny, mastné kyseliny, nukleotidy a cukrové monoméry - a vytvárať zložitejšie zlúčeniny, ako sú proteíny, lipidy, nukleové kyseliny a uhľohydráty, ako koneční výrobcovia energie.

Vlastnosti

Metabolizmus je termín, ktorý zahŕňa všetky chemické reakcie, ktoré sa vyskytujú v tele. Bunka pripomína mikroskopickú továreň, v ktorej neustále prebiehajú syntézne a degradačné reakcie.

Dva ciele metabolizmu sú: po prvé, použitie chemickej energie uloženej v potrave a po druhé, nahradenie štruktúr alebo látok, ktoré už v tele nefungujú. Tieto udalosti sa vyskytujú podľa špecifických potrieb každého organizmu a sú riadené chemickými posolmi nazývanými hormóny.

Energia pochádza hlavne z tukov a uhľohydrátov, ktoré konzumujeme v potrave. V prípade nedostatku môže telo na odstránenie nedostatku použiť proteín.

Procesy regenerácie sú tiež úzko spojené s anabolizmom. Regenerácia tkanív je podmienkou sine qua non na udržanie zdravého tela a správne fungovanie. Anabolizmus je zodpovedný za výrobu všetkých bunkových zlúčenín, ktoré ich udržiavajú funkčné.

Medzi metabolickými procesmi je v bunke jemná rovnováha. Veľké molekuly sa môžu rozložiť na svoje najmenšie zložky katabolickými reakciami a opačný proces - od malých po veľké - sa môže vyskytnúť prostredníctvom anabolizmu.

Anabolické procesy

Anabolizmus všeobecne zahŕňa všetky reakcie katalyzované enzýmami (malé proteínové molekuly, ktoré zrýchľujú rýchlosť chemických reakcií o niekoľko rádov) zodpovedné za „konštrukciu“ alebo syntézu bunkových zložiek.

Prehľad anabolických dráh zahŕňa nasledujúce kroky: Jednoduché molekuly, ktoré sa zúčastňujú ako sprostredkovatelia v Krebsovom cykle, sú buď aminované alebo chemicky transformované na aminokyseliny. Tieto sa neskôr zostavia do zložitejších molekúl.

Tieto procesy vyžadujú chemickú energiu, ktorá pochádza z katabolizmu. Medzi najdôležitejšie anabolické procesy patria: syntéza mastných kyselín, syntéza cholesterolu, syntéza nukleových kyselín (DNA a RNA), syntéza proteínov, syntéza glykogénov a syntéza aminokyselín.

Úloha týchto molekúl v tele a spôsoby ich syntézy budú stručne opísané nižšie:

Syntéza mastných kyselín

Lipidy sú vysoko heterogénne biomolekuly schopné oxidovať veľké množstvo energie, najmä molekuly triacylglycerolu.

Mastné kyseliny sú archetypálne lipidy. Sú tvorené hlavou a chvostom z uhľovodíkov. Môžu byť nenasýtené alebo nasýtené v závislosti od toho, či majú alebo nesú dvojité väzby na chvoste.

Lipidy sú popri účasti ako rezervná látka podstatnou súčasťou všetkých biologických membrán.

Mastné kyseliny sa syntetizujú v cytoplazme bunky z prekurzorovej molekuly nazývanej malonyl-CoA, odvodenej od acetyl-CoA a bikarbonátu. Táto molekula daruje tri atómy uhlíka na začatie rastu mastnej kyseliny.

Po vytvorení malonilu pokračuje syntéza v štyroch základných krokoch:

- Kondenzácia acetyl-ACP s malonyl-ACP, reakcia, ktorá produkuje acetoacetyl-ACP a uvoľňuje oxid uhličitý ako odpadovú látku.

- Druhým krokom je redukcia acetoacetyl-ACP pomocou NADPH na D-3-hydroxybutyryl-ACP.

- nastane následná dehydratačná reakcia, ktorá prevádza predchádzajúci produkt (D-3-hydroxybutyryl-ACP) na krotonyl-ACP.

- Nakoniec je redukovaný krotonyl-ACP a konečný produkt je butyryl-ACP.

Syntéza cholesterolu

Cholesterol je sterol s typickým jadrom 17-uhlíkových steránov. Má rôzne úlohy vo fyziológii, pretože funguje ako prekurzor rôznych molekúl, ako sú žlčové kyseliny, rôzne hormóny (vrátane sexuálnych) a je nevyhnutný pre syntézu vitamínu D.

Syntéza sa vyskytuje v cytoplazme bunky, predovšetkým v pečeňových bunkách. Táto anabolická dráha má tri fázy: najskôr sa vytvorí izoprénová jednotka, potom dôjde k postupnej asimilácii jednotiek, ktorá vytvorí skvalén, prechádza na lanosterol a nakoniec sa získa cholesterol.

Aktivita enzýmov v tejto ceste je regulovaná hlavne relatívnym pomerom hormónov inzulín: glukagón. Keď sa tento pomer zvyšuje, aktivita dráhy sa úmerne zvyšuje.

Syntéza nukleotidov

Nukleové kyseliny sú DNA a RNA, prvá obsahuje všetky informácie potrebné na vývoj a udržiavanie živých organizmov, zatiaľ čo druhá dopĺňa funkcie DNA.

DNA aj RNA sú zložené z dlhých reťazcov polymérov, ktorých základnou jednotkou sú nukleotidy. Nukleotidy sú zase vyrobené z cukru, fosfátovej skupiny a dusíkatej bázy. Prekurzorom purínov a pyrimidínov je ribóza-5-fosfát.

Puríny a pyrimidíny sa vyrábajú v pečeni z iných prekurzorov, ako je oxid uhličitý, glycín, amoniak.

Syntéza nukleových kyselín

Nukleotidy sa musia spojiť do dlhých reťazcov DNA alebo RNA, aby plnili svoju biologickú funkciu. Tento proces zahrnuje rad enzýmov, ktoré katalyzujú reakcie.

Enzýmom zodpovedným za kopírovanie DNA za vzniku viacerých molekúl DNA s identickými sekvenciami je DNA polymeráza. Tento enzým nemôže iniciovať syntézu de novo, takže sa musí zúčastniť malý kúsok DNA alebo RNA nazývaný primer, ktorý umožňuje tvorbu reťazca.

Táto udalosť si vyžaduje účasť ďalších enzýmov. Napríklad helikáza pomáha otvárať dvojitú špirálu DNA, takže polymeráza môže pôsobiť a topoizomeráza je schopná modifikovať topológiu DNA buď jej zamotaním alebo rozmotaním.

Podobne sa RNA polymeráza podieľa na syntéze RNA z molekuly DNA. Na rozdiel od predchádzajúceho postupu syntéza RNA nevyžaduje uvedený primer.

Syntézy bielkovín

Syntéza proteínov je zásadnou udalosťou všetkých živých organizmov. Proteíny vykonávajú širokú škálu funkcií, ako napríklad transport látok alebo zohrávanie úlohy štruktúrnych proteínov.

Podľa centrálnej „dogmy“ biológie sa DNA po skopírovaní do messengerovej RNA (ako je opísané v predchádzajúcej časti) preloží ribozómami na polymér aminokyselín. V RNA je každý triplet (tri nukleotidy) interpretovaný ako jedna z dvadsiatich aminokyselín.

K syntéze dochádza v cytoplazme bunky, kde sa nachádzajú ribozómy. Proces prebieha v štyroch fázach: aktivácia, iniciácia, predĺženie a ukončenie.

Aktivácia spočíva vo väzbe konkrétnej aminokyseliny na zodpovedajúcu transferovú RNA. Iniciácia zahŕňa väzbu ribozómu na 3 'koncovú časť messengerovej RNA, podporovanú „iniciačnými faktormi“.

Predĺženie zahŕňa pridanie aminokyselín podľa správy RNA. Nakoniec sa proces končí špecifickou sekvenciou v messengerovej RNA, ktorá sa nazýva terminačné kondómy: UAA, UAG alebo UGA.

Syntéza glykogénu

Glykogén je molekula vytvorená z opakujúcich sa jednotiek glukózy. Pôsobí ako energetická rezervná látka a väčšinou sa vyskytuje v pečeni a svaloch.

Syntetická cesta sa nazýva glykogenogenéza a vyžaduje účasť enzýmu glykogénsyntázy, ATP a UTP. Cesta začína fosforyláciou glukózy na glukózu-6-fosfát a potom na glukózu-1-fosfát. Ďalší krok zahŕňa pridanie UDP za vzniku UDP-glukózy a anorganického fosfátu.

Molekula UDP-glukóza sa pridáva k glukózovému reťazcu prostredníctvom alfa 1-4 väzby a uvoľňuje nukleotid UDP. V prípade výskytu vetiev sú tvorené väzbami alfa 1-6.

Syntéza aminokyselín

Aminokyseliny sú jednotky, ktoré tvoria proteíny. V prírode existuje 20 typov, z ktorých každý má jedinečné fyzikálne a chemické vlastnosti, ktoré určujú konečné vlastnosti proteínu.

Nie všetky organizmy dokážu syntetizovať všetkých 20 typov. Napríklad ľudia môžu syntetizovať iba 11, zvyšných 9 musí byť začlenených do stravy.

Každá aminokyselina má svoju vlastnú cestu. Pochádzajú však okrem iného z prekurzorových molekúl, ako sú napríklad alfa-ketoglutarát, oxaloacetát, 3-fosfoglycerát, pyruvát.

Regulácia anabolizmu

Ako sme už uviedli, metabolizmus je regulovaný látkami nazývanými hormóny, ktoré sú vylučované špecializovanými tkanivami, buď žľazovými alebo epiteliálnymi. Tieto fungujú ako poslovia a ich chemická podstata je dosť rôznorodá.

Napríklad inzulín je hormón vylučovaný pankreasom a má hlavný vplyv na metabolizmus. Po jedle s vysokým obsahom uhľohydrátov inzulín pôsobí ako stimulátor anabolických ciest.

Hormón je teda zodpovedný za aktiváciu procesov, ktoré umožňujú syntézu skladovacích látok, ako sú tuky alebo glykogén.

Existujú obdobia života, v ktorých prevládajú anabolické procesy, ako je detstvo, dospievanie, počas tehotenstva alebo počas tréningu zamerané na rast svalov.

Rozdiely v katabolizme

Všetky chemické procesy a reakcie, ktoré sa vyskytujú v našom tele - konkrétne v našich bunkách - sú všeobecne známe ako metabolizmus. Vďaka tejto vysoko riadenej sérii udalostí môžeme rásť, vyvíjať, reprodukovať a udržiavať telesné teplo.

Syntéza verzus degradácia

Metabolizmus zahŕňa použitie biomolekúl (bielkovín, uhľohydrátov, tukov alebo tukov a nukleových kyselín) na udržanie všetkých základných reakcií živého systému.

Získanie týchto molekúl pochádza z potravín, ktoré jeme každý deň, a naše telo ich dokáže počas procesu trávenia "rozložiť" na menšie jednotky.

Napríklad bielkoviny (ktoré môžu pochádzať napríklad z mäsa alebo vajec) sú rozdelené na hlavné zložky: aminokyseliny. Rovnakým spôsobom môžeme spracovať uhľohydráty na menšie jednotky cukru, zvyčajne glukózy, jedného z najbežnejšie používaných uhľohydrátov v tele.

Naše telo dokáže tieto malé jednotky - okrem iného aminokyseliny, cukry, mastné kyseliny - použiť na vytváranie nových väčších molekúl v konfigurácii, ktorú naše telo potrebuje.

Proces rozpadu a získavania energie sa nazýva katabolizmus, zatiaľ čo tvorba nových komplexnejších molekúl je anabolizmus. Syntetické procesy sú teda spojené s procesmi anabolizmu a degradácie s katabolizmom.

Ako mnemotechnické pravidlo môžeme použiť slovo „c“ v slove katabolizmus a spojiť ho so slovom „rez“.

Využitie energie

Anabolické procesy vyžadujú energiu, zatiaľ čo procesy degradácie produkujú túto energiu, hlavne vo forme ATP - známej ako energetická mena bunky.

Táto energia pochádza z katabolických procesov. Predstavme si, že máme balíček kariet, ak máme všetky karty naskladané úhľadne a vyhodíme ich na zem, robia to spontánne (analogicky katabolizmu).

Ak ich však chceme znovu objednať, musíme do systému vložiť energiu a zhromaždiť ich zo zeme (analogicky anabolizmu).

V niektorých prípadoch potrebujú katabolické dráhy „injekciu energie“ v prvých krokoch, aby sa proces začal. Napríklad glykolýza alebo glykolýza je rozklad glukózy. Táto cesta si vyžaduje použitie dvoch molekúl ATP.

Rovnováha medzi anabolizmom a katabolizmom

Na udržanie zdravého a adekvátneho metabolizmu je potrebné, aby bola rovnováha medzi procesmi anabolizmu a katabolizmu. V prípade, že procesy anabolizmu presahujú procesy katabolizmu, prevládajú syntézne udalosti. Naopak, keď telo dostáva viac energie, ako je potrebné, prevládajú katabolické dráhy.

Keď telo prežíva nepriaznivý stav, nazýva sa ním ochorenie alebo obdobia dlhého pôstu, metabolizmus sa zameriava na degradačné dráhy a vstupuje do katabolického stavu.

Zdroj: Alejandro Porto, z Wikimedia Commons

Referencie

1. Chan, YK, Ng, KP a Sim, DSM (Eds.). (2015). Farmakologický základ akútnej starostlivosti. Springer International Publishing.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Pozvánka do biológie. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molekulárna bunková biológia. Macmillan.
4. Ronzio, RA (2003). Encyklopédia výživy a dobrého zdravia. Infobase Publishing.
5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, CW (2007). Základy biochémie: Život na molekulárnej úrovni. Panamerican Medical Ed.