The katabolismus zahrnuje všechny degradační reakce látek v těle. Kromě „rozpadu“ složek biomolekul na jejich nejmenší jednotky produkují katabolické reakce energii, hlavně ve formě ATP..
Katabolické cesty jsou zodpovědné za degradaci molekul pocházejících z potravy: sacharidy, bílkoviny a lipidy. V průběhu procesu se uvolňuje chemická energie obsažená ve vazbách, aby mohla být použita v buněčných činnostech, které ji vyžadují..
Některé příklady známých katabolických cest jsou: Krebsův cyklus, beta oxidace mastných kyselin, glykolýza a oxidační fosforylace..
Jednoduché molekuly produkované katabolismem jsou používány buňkou k vytváření potřebných prvků, rovněž s využitím energie poskytované stejným procesem. Tato syntéza je antagonistou katabolismu a nazývá se anabolismus..
Metabolismus organismu zahrnuje jak syntézu, tak degradaci, které probíhají současně a kontrolovaně v buňce..
Rejstřík článků
Hlavním cílem katabolismu je oxidace živin, které tělo používá jako „palivo“, které se nazývá sacharidy, bílkoviny a tuky. Odbourávání těchto biomolekul generuje energii a odpadní produkty, zejména oxid uhličitý a vodu..
Na katabolismu se podílí řada enzymů, což jsou proteiny odpovědné za zrychlení rychlosti chemických reakcí, ke kterým v buňce dochází..
Palivové látky jsou potraviny, které denně konzumujeme. Naše strava se skládá z bílkovin, sacharidů a tuků, které jsou štěpeny katabolickými cestami. Tělo přednostně využívá tuky a sacharidy, i když v případě nedostatku se může uchýlit k rozpadu bílkovin.
Energie získaná katabolismem je obsažena v chemických vazbách výše uvedených biomolekul..
Když konzumujeme jakoukoli potravinu, žvýkáme ji, aby byla lépe stravitelná. Tento proces je analogický s katabolismem, kdy tělo má na starosti „trávení“ částic na mikroskopické úrovni tak, aby byly použity syntézou nebo anabolickými cestami.
Katabolické dráhy nebo dráhy zahrnují všechny procesy rozkladu látek. Můžeme rozlišit tři fáze procesu:
- Různé biomolekuly nacházející se v buňce (uhlohydráty, tuky a bílkoviny) se odbourávají v základních jednotkách, které je tvoří (cukry, mastné kyseliny a aminokyseliny)..
- Produkty z fáze I přecházejí na jednodušší složky, které se sbíhají na běžném meziproduktu zvaném acetyl-CoA.
- Nakonec tato sloučenina vstupuje do Krebsova cyklu, kde pokračuje v oxidaci za vzniku molekul oxidu uhličitého a vody - konečných molekul získaných při jakékoli katabolické reakci..
Mezi nejvýznamnější patří močovinový cyklus, Krebsův cyklus, glykolýza, oxidativní fosforylace a beta oxidace mastných kyselin. Níže popíšeme každou ze zmíněných cest:
Cyklus močoviny je katabolická cesta, která se vyskytuje v mitochondriích a v cytosolu jaterních buněk. Je odpovědný za zpracování proteinových derivátů a konečným produktem je močovina.
Cyklus začíná vstupem první aminoskupiny z matrix mitochondrií, i když může také vstoupit do jater střevem.
První reakce zahrnuje průchod ATP, hydrogenuhličitanových iontů (HCO3-) a amonný (NH4+) v karbomoylfosfátu, ADP a Pi. Druhý krok spočívá ve spojení karbomoylfosfátu a ornithinu za vzniku molekuly citrulinu a Pi. Tyto reakce se vyskytují v mitochondriální matrici.
Cyklus pokračuje v cytosolu, kde kondenzuje citrulin a aspartát spolu s ATP za vzniku argininosukcinátu, AMP a PP.i. Argininosukcinát přechází na arginin a fumarát. Aminokyselina arginin se spojí s vodou a získá ornithin a nakonec močovinu.
Tento cyklus je propojen s Krebsovým cyklem, protože fumarátový metabolit se účastní obou metabolických drah. Každý cyklus však jedná nezávisle.
Klinické patologie spojené s touto cestou brání pacientovi jíst stravu bohatou na bílkoviny..
Krebsův cyklus je cesta, která se účastní buněčného dýchání všech organismů. Prostorově se vyskytuje v mitochondriích eukaryotických organismů.
Předchůdcem cyklu je molekula zvaná acetyl koenzym A, která kondenzuje s molekulou oxaloacetátu. Toto spojení vytváří sloučeninu se šesti uhlíky. V každé revoluci cyklus poskytuje dvě molekuly oxidu uhličitého a jednu molekulu oxaloacetátu..
Cyklus začíná isomerační reakcí katalyzovanou akonitázou, kdy citrát přechází na cis-akonitát a vodu. Podobně akonitáza katalyzuje průchod cis-akonitátu na isocitrát.
Isocitrát je oxidován na oxalosukcinát isocitrát dehydrogenázou. Tato molekula je dekarboxylována na alfa-ketoglutarát stejným enzymem, isocitrát dehydrogenázou. Alfa-ketoglutarát se stává sukcinyl-CoA působením alfa-ketoglutarát dehydrogenázy.
Sukcinyl-CoA se stává sukcinátem, který je oxidován na fumarát sukcinátdehydrogenázou. Fumarát se postupně stává l-malátem a nakonec l-malát se stává oxaloacetátem.
Cyklus lze shrnout do následující rovnice: Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 HdvaO → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADHdva + GTP + 2 COdva.
Glykolýza, nazývaná také glykolýza, je zásadní cestou, která je přítomna prakticky ve všech živých organismech, od mikroskopických bakterií až po velké savce. Cesta sestává z 10 enzymatických reakcí, které štěpí glukózu na kyselinu pyrohroznovou..
Proces začíná fosforylací molekuly glukózy enzymem hexokináza. Myšlenkou tohoto kroku je „aktivovat“ glukózu a zachytit ji uvnitř buňky, protože glukóza-6-fosfát nemá transportér, kterým by mohl uniknout.
Glukóza-6-fosfát izomeráza bere glukóza-6-fosfát a přeskupuje jej na svůj izomer fruktóza-6-fosfátu. Třetí krok je katalyzován fosfofruktokinázou a produktem je fruktóza-1,6-bisfosfát.
Potom aldoláza štěpí výše uvedenou sloučeninu na dihydroxyacetonfosfát a glyceraldehyd-3-fosfát. Mezi těmito dvěma sloučeninami existuje rovnováha katalyzovaná triosa fosfát izomerázou.
Enzym glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenáza produkuje 1,3-bisfosfoglycerát, který se v dalším kroku převádí na fosfoglycerátkinázu na 3-fosfoglycerát. Fosfoglycerát mutáza mění polohu uhlíku a poskytuje 2-fosfoglycerát.
Eoláza přijímá druhý metabolit a převádí jej na fosfoenolpyruvát. Poslední krok v dráze je katalyzován pyruvátkinázou a konečným produktem je pyruvát..
Oxidační fosforylace je proces tvorby ATP díky přenosu elektronů z NADH nebo FADHdva až do kyslíku a je posledním krokem v procesech buněčného dýchání. Vyskytuje se v mitochondriích a je hlavním zdrojem molekul ATP v aerobně dýchajících organismech.
Jeho význam je nepopiratelný, protože 26 z 30 molekul ATP, které jsou generovány jako produkt úplné oxidace glukózy na vodu a oxid uhličitý, se vyskytuje oxidační fosforylací..
Koncepčně oxidativní fosforylace spojuje oxidaci a syntézu ATP s tokem protonů membránovým systémem..
Tedy NADH nebo FADHdva generované různými způsoby, nazýváme to glykolýza nebo oxidace mastných kyselin, používá se ke snížení kyslíku a volná energie generovaná v procesu se používá k syntéze ATP.
Β-oxidace je sada reakcí, které umožňují oxidaci mastných kyselin produkovat velké množství energie.
Tento proces zahrnuje periodické uvolňování oblastí dvou uhlíkových mastných kyselin reakcí, dokud se mastná kyselina úplně nerozloží. Konečným produktem jsou molekuly acetyl-CoA, které mohou vstoupit do Krebsova cyklu, aby byly plně oxidovány.
Před oxidací musí být mastná kyselina aktivována, kde se váže na koenzym A. Transportér karnitinu je zodpovědný za přemístění molekul do matrice mitochondrií..
Po těchto předchozích krocích začíná samotná β-oxidace procesy oxidace, hydratace, oxidace pomocí NAD+ a thiolýza.
Musí existovat řada procesů, které regulují různé enzymatické reakce, protože tyto nemohou fungovat stále při své maximální rychlosti. Metabolické dráhy jsou tedy regulovány řadou faktorů, včetně hormonů, neuronálních kontrol, dostupnosti substrátu a modifikace enzymů..
Na každé trase musí být alespoň jedna nevratná reakce (to znamená, že nastává pouze v jednom směru), která řídí rychlost celé trasy. To umožňuje, aby reakce fungovaly rychlostí požadovanou buňkou, a zabrání se tomu, aby syntetické a degradační dráhy fungovaly současně..
Hormony jsou zvláště důležité látky, které působí jako chemičtí poslové. Ty jsou syntetizovány v různých endokrinních žlázách a uvolňovány do krevního řečiště, aby mohly jednat. Některé příklady jsou:
Kortizol působí zpomalením procesů syntézy a zvýšením katabolických cest ve svalu. Tento účinek nastává uvolňováním aminokyselin do krevního řečiště..
Naproti tomu existují hormony, které mají opačný účinek a snižují katabolismus. Inzulin je zodpovědný za zvýšení syntézy bílkovin a současně snižuje jejich katabolismus. V tomto případě se zvyšuje proteolýza, která usnadňuje výdej aminokyselin do svalu..
Anabolismus a katabolismus jsou antagonistické procesy, které zahrnují veškeré metabolické reakce, ke kterým v organismu dochází..
Oba procesy vyžadují více chemických reakcí katalyzovaných enzymy a jsou pod přísnou hormonální kontrolou schopnou spustit nebo zpomalit určité reakce. Liší se však v následujících základních aspektech:
Anabolismus zahrnuje reakce syntézy, zatímco katabolismus je zodpovědný za degradaci molekul. I když jsou tyto procesy obrácené, jsou spojeny v jemné rovnováze metabolismu..
Anabolismus je považován za divergentní proces, který bere jednoduché sloučeniny a transformuje je na větší sloučeniny. Na rozdíl od katabolismu, který je klasifikován jako konvergentní proces, získáváním malých molekul, jako je oxid uhličitý, amoniak a voda, z velkých molekul.
Různé katabolické dráhy berou makromolekuly, které tvoří potravu, a redukují je na své nejmenší složky. Anabolické cesty jsou zatím schopny tyto jednotky přijmout a znovu vytvořit složitější molekuly..
Jinými slovy, tělo musí „změnit konfiguraci“ prvků, z nichž se skládá jídlo, aby byly použity v procesech, které vyžaduje..
Proces je obdobou populární hry Lego, kde hlavní složky mohou vytvářet různé struktury s širokou škálou prostorových uspořádání..
Katabolismus je odpovědný za extrakci energie obsažené v chemických vazbách potravin, proto je jeho hlavním cílem výroba energie. K této degradaci dochází ve většině případů oxidačními reakcemi.
Není však divu, že katabolické dráhy vyžadují přidání energie v jejich počátečních krocích, jak jsme viděli v glykolytické cestě, která vyžaduje inverzi molekul ATP..
Na druhou stranu je anabolismus zodpovědný za přidání volné energie vyrobené v katabolismu k dosažení shromáždění sledovaných sloučenin. Jak anabolismus, tak katabolismus se v buňce vyskytují neustále a současně.
Obecně je ATP molekula používaná k přenosu energie. To může difundovat do oblastí, kde je to nutné, a když to hydrolyzuje, je uvolněna chemická energie obsažená v molekule. Podobně může být energie transportována jako atomy vodíku nebo elektrony.
Tyto molekuly se nazývají koenzymy a zahrnují NADP, NADPH a FMNH.dva. Působí prostřednictvím redukčních reakcí. Kromě toho mohou přenášet redukční kapacitu do ATP.
Zatím žádné komentáře