Katabolismsfunktioner, kataboliska processer, skillnader med anabolism



den katabolism omfattar alla reaktioner av nedbrytning av substanser i kroppen. Förutom att "disintegrerar" komponenterna i biomolekylerna i sina mindre enheter producerar kataboliska reaktioner energi, huvudsakligen i form av ATP..

De kataboliska vägarna är ansvariga för att försämra molekylerna som kommer från mat: kolhydrater, proteiner och lipider. Under processen frigörs den kemiska energi som finns i bindningarna för att användas i cellulära aktiviteter som kräver det.

Några exempel på välkända kataboliska vägar är: Krebs-cykeln, beta-oxidation av fettsyror, glykolys och oxidativ fosforylering.

De enkla molekylerna som produceras av katabolism används av cellen för att bygga de nödvändiga elementen, även med hjälp av den energi som tillhandahålls av samma process. Denna syntesväg är katabolismantagonisten och kallas anabolism.

Metabolismen av en organism innefattar både syntes- och nedbrytningsreaktionerna, som uppträder samtidigt och kontrolleras inom cellen.

index

  • 1 Funktioner
  • 2 kataboliska processer
    • 2.1 Ureacykeln
    • 2.2 Krebs-cykeln eller citronsyracykeln
    • 2.3 Glykolys
    • 2.4 Oxidativ fosforylering
    • 2,5 p-oxidation av fettsyror         
  • 3 Förordning av katabolism
    • 3,1 kortisol
    • 3.2 Insulin
  • 4 Skillnader med anabolism
    • 4.1 Syntes och nedbrytning av molekyler
    • 4.2 Användning av energi
  • 5 referenser

funktioner

Katabolism har huvudsyftet att oxidera näringsämnen som kroppen använder som "bränsle", kallad kolhydrater, proteiner och fetter. Nedbrytningen av dessa biomolekyler genererar energi och avfallsprodukter, främst koldioxid och vatten.

En serie enzymer deltar i katabolism, vilka är proteiner som är ansvariga för att accelerera hastigheten på kemiska reaktioner som uppträder i cellen.

Bränsleämnen är de livsmedel som vi konsumerar dagligen. Vår kost består av proteiner, kolhydrater och fetter som bryts ned av kataboliska vägar. Kroppen använder fett och kolhydrater företrädesvis, men i situationer av brist kan det tillgripa nedbrytningen av proteiner.

Den energi som extraheras av katabolism finns i de kemiska bindningarna av de nämnda biomolekylerna.

När vi konsumerar någon mat tuggar vi det för att göra det lättare att smälta. Denna process är analog med katabolism, där kroppen är ansvarig för att "smälta" partiklarna på mikroskopisk nivå så att de kan utnyttjas av syntetiska eller anabola vägar.

Kataboliska processer

Ruttarna eller kataboliska vägar inkluderar alla processer av nedbrytning av ämnen. Vi kan skilja tre steg i processen:

- De olika biomolekylerna som finns i cellen (kolhydrater, fetter och proteiner) försämras i de grundläggande enheterna som utgör dem (respektive sockerarter, fettsyror och aminosyror).

- Produkterna från steg I passerar till enklare beståndsdelar, som konvergerar på en gemensam mellanprodukt som heter acetyl-CoA.

- Slutligen kommer denna förening in i Krebs-cykeln, där den fortsätter sin oxidation för att ge molekyler av koldioxid och vatten - de slutliga molekylerna erhållna i någon katabolisk reaktion.

Bland de mest framträdande är urea-cykeln, Krebs-cykeln, glykolys, oxidativ fosforylering och beta-oxidation av fettsyror. Nästa kommer vi att beskriva var och en av de nämnda rutorna:

Ureacykeln

Ureacykeln är en katabolisk väg som uppträder i mitokondrier och i cytosolen i leverceller. Det är ansvarigt för bearbetningen av proteinderivat och den slutliga produkten därav är urea.

Cykeln börjar med inmatningen av den första aminogruppen från matrisen av mitokondrier, men kan också komma in i levern genom tarmen.

Den första reaktionen involverar passage av ATP, bikarbonatjoner (HCO)3-) och ammonium (NH4+) i karbomoylfosfat, ADP och Pjag. Det andra steget är bindningen av karbomoylfosfat och ornitin för att ge en molekyl citrullin och Pjag. Dessa reaktioner uppträder i mitokondriematrisen.

Cykeln fortsätter i cytosolen, där citrullin och aspartat kondenseras tillsammans med ATP för att alstra argininosuccinat, AMP och PPjag. Argininosuccinat passerar till arginin och fumarat. Aminosyraargininet kombinerar med vatten för att ge ornitin och slutligen urea.

Denna cykel är sammankopplad med Krebs-cykeln, eftersom metabolitenfumarat deltar i båda metaboliska vägarna. Varje cykel fungerar emellertid självständigt.

De kliniska patalogías som är relaterade till denna väg hindrar patienten att ta en diet rik på proteiner.

Krebs-cykeln eller citronsyracykeln

Krebs-cykeln är en väg som deltar i cellulär andning av alla organismer. Rumsligt förekommer det i mitokondrier av eukaryota organismer.

Cyklens föregångare är en molekyl som heter acetylko-enzym A, som kondenseras med en oxaloacetatmolekyl. Denna union genererar en förening av sex kolatomer. I varje revolution ger cykeln två molekyler koldioxid och en molekyl oxaloacetat.

Cykeln börjar med en isomeriseringsreaktion katalyserad av akonitas, där citrat passerar till cis-akonit och vatten. På motsvarande sätt katalyserar akonitas passagen av cis-aconit i isocitrat.

Isocytrat oxideras till oxalosuccinat genom isocitrat dehydrogenas. Denna molekyl dekarboxyleras i alfa-ketoglutarat av samma enzym, isocitratdehydrogenas. Alfa-ketoglutarat passerar till succinyl-CoA genom verkan av alfa-ketoglutarat-dehydrogenas.

Succinyl-CoA passerar till succinat, som oxideras till fumarat genom succinatdehydrogenas. Därefter övergår fumarat till l-malat och slutligen passerar malmalat till oxalacetat.

Cykeln kan sammanfattas i följande ekvation: Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + BNP + Pi + 2 H2O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH2 + GTP + 2 CO2.

glykolys

Glykolys, även kallad glykolys, är en avgörande vägen som är närvarande nästan i alla levande organismer, från mikroskopiska bakterier till stora däggdjur. Ruten består av 10 enzymatiska reaktioner som bryter ner glukos till pyruvsyra.

Processen börjar med fosforyleringen av glukosmolekylen med enzymet hexokinas. Tanken med detta steg är att "aktivera" glukos och fälla det inuti cellen, eftersom glukos-6-fosfat inte har en transportör genom vilken den kan fly.

Glukos-6-fosfatisomeras tar glukos-6-fosfat och omarrangerar det i sin fruktos-6-fosfatisomer. Det tredje steget katalyseras av fosfofructokinas och produkten är fruktos-1,6-bisfosfat.

Därefter klyver aldolas ovanstående förening i dihydroxiacetonfosfat och glyceraldehyd-3-fosfat. Det finns en balans mellan dessa två föreningar katalyserade av triosfosfatisomeras.

Glyceraldehyd-3-fosfatdehydrogenas enzymet producerar 1,3-bisfosfoglycerat som omvandlas till 3-fosfoglycerat i nästa steg av fosfoglyceratkinas. Fosforglyceratmutasen förändrar kolets position och ger 2-fosfoglycerat.

Enolas tar denna sista metabolit och omvandlar den till fosfololpyruvat. Det sista steget i vägen katalyseras av pyruvatkinas och slutprodukten är pyruvat.

Oxidativ fosforylering

Oxidativ fosforylering är en process för bildning av ATP tack vare överföringen av elektroner från NADH eller FADH2 upp till syre och är det sista steget i cellulär andningsprocesser. Det förekommer i mitokondrier och är huvudkällan för ATP-molekyler i organismer med aerob andning.

Dess betydelse är obestridligt eftersom 26 av 30 molekyler ATP som alstras som en produkt av fullständig oxidation av glukos till vatten och koldioxid uppträder genom oxidativ fosforylering.

Konceptuellt kopplar oxidativ fosforylering oxidationen och syntesen av ATP med ett flöde av protoner genom membransystemet.

Således är NADH eller FADH2 genereras i olika vägar, kallas glykolys eller oxidation av fettsyror för att reducera syre och den fria energi som genereras i processen används för syntesen av ATP.

p-oxidation av fettsyror         

B-oxidation är en uppsättning reaktioner som tillåter oxidation av fettsyror att producera höga mängder energi.

Processen involverar den periodiska frisättningen av fettsyraregioner från två kolatomer per reaktion tills det fullständigt försämrar fettsyran. Slutprodukten är acetyl-CoA-molekyler som kan komma in i Krebs-cykeln för fullständigt oxidation.

Före oxidation, måste fettsyra aktiveras, där det binder till koenzym A. karnitin transportör är ansvarig för transloka molekyler till den mitokondriella matrisen.

Efter dessa tidigare steg börjar β-oxidation i sig med processerna för oxidation, hydratisering, oxidation av NAD+ och tiolysen.

Förordning av katabolism

Det måste finnas en serie processer som reglerar de olika enzymatiska reaktionerna, eftersom dessa inte kan fungera hela tiden med maximal hastighet. Sålunda regleras metabolismens vägar av en serie faktorer som inkluderar hormoner, neuronkontroller, substrattillgänglighet och enzymatisk modifiering.

I varje rutt måste det finnas minst en irreversibel reaktion (det vill säga en i en riktning) och som styr hela vägens hastighet. Detta möjliggör att reaktionerna arbetar med den hastighet som krävs av cellen och förhindrar syntes- och nedbrytningsvägarna att fungera samtidigt.

Hormoner är särskilt viktiga ämnen som fungerar som kemiska budbärare. Dessa syntetiseras i de olika endokrina körtlarna och släpps ut i blodet för att agera. Några exempel är:

kortisol

Cortisol verkar genom att minska syntesprocesserna och öka de kataboliska vägarna i muskeln. Denna effekt uppstår genom frisättning av aminosyror i blodet.

insulin

Däremot finns hormoner som har motsatt effekt och minskar katabolism. Insulin är ansvarig för att öka syntesen av proteiner och minskar samtidigt katabolismen av dem. I detta fall ökar proteolysen, vilket underlättar utgången av aminosyror i muskeln.

Skillnader med anabolism

Anabolism och katabolism är antagonistiska processer som inkluderar totaliteten av metaboliska reaktioner som uppträder i en organism.

Båda processerna kräver flera kemiska reaktioner som katalyseras av enzymer och är under strikt hormonell kontroll som kan utlösa eller sakta ner vissa reaktioner. Men de skiljer sig åt i följande grundläggande aspekter:

Syntes och nedbrytning av molekyler

Anabolism omfattar syntesreaktionerna medan katabolism är ansvarig för nedbrytningen av molekyler. Även om dessa processer är inversa, är de kopplade i det delikata balansen i ämnesomsättningen.

Det sägs att anabolism är en divergerande process, eftersom det tar enkla föreningar och omvandlar dem till större föreningar. I motsats till katabolism, som klassificeras som en konvergerande process, genom att erhålla små molekyler, såsom koldioxid, ammoniak och vatten, från stora molekyler.

De olika kataboliska vägarna tar de makromolekyler som bildar maten och reducerar den till sina mindre beståndsdelar. De anabola vägarna å andra sidan kan ta dessa enheter och bygga igen mer utarbetade molekyler.

Med andra ord måste kroppen "ändra konfigurationen" av de element som utgör maten som ska användas i de processer som kräver.

Processen är analog med Legos populäraste spel, där huvudkomponenterna kan bilda olika strukturer med ett stort antal rumsliga arrangemang.

Användning av energi

Katabolism ansvarar för att extrahera den energi som finns i kemiska bindningar av mat, så dess huvudsakliga mål är att generera energi. Denna nedbrytning sker i de flesta fall av oxidativa reaktioner.

Det är emellertid inte konstigt att de kataboliska vägarna kräver att man lägger energi i sina första steg, som vi såg i glykolytisk vägen, vilket kräver omvandling av ATP-molekylerna.

Å andra sidan är anabolism ansvarig för att tillsätta den fria energi som produceras i katabolism för att uppnå sammansättningen av föreningar av intresse. Både anabolism och katabolism förekommer ständigt och samtidigt i cellen.

I allmänhet är ATP molekylen som används för att överföra energi. Detta kan diffundera till de områden där det är nödvändigt och när den hydrolyseras frigörs den kemiska energi som finns i molekylen. På samma sätt kan energi transporteras som väteatomer eller elektroner.

Dessa molekyler kallas koenzymer och inkluderar NADP, NADPH och FMNH2. De verkar genom reduktionsreaktioner. Dessutom kan de överföra reduktionskapaciteten i ATP.

referenser

  1. Chan, Y. K., Ng, K. P., & Sim, D. S. M. (Eds.). (2015). Farmakologisk grund för akut vård. Springer International Publishing.
  2. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Inbjudan till biologi. Macmillan.
  3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J. E., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Molecular cell biology. Macmillan.
  4. Ronzio, R. A. (2003). Encyklopedi av näring och god hälsa. Infobase Publishing.
  5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, C.W. (2007). Grundämnen för biokemi: Livet på molekylär nivå. Ed. Panamericana Medical.