KATABOLISMI: KATABOLISET TOIMINNOT JA PROSESSIT - BIOLOGIA - 2026

Hajoamista kattaa kaikki hajoaminen reaktioita aineita elimistössä. Sen lisäksi, että kataboliset reaktiot "hajottavat" biomolekyylien komponentit pienimmiksi yksiköiksi, ne tuottavat energiaa, pääasiassa ATP: n muodossa.

Kataboliset reitit ovat vastuussa ruoasta peräisin olevien molekyylien hajoamisesta: hiilihydraatit, proteiinit ja lipidit. Prosessin aikana sidosten sisältämä kemiallinen energia vapautuu käytettäväksi sitä vaativissa solutoiminnoissa.

Lähde: EsquemaCatabolismo.svg: minä; pienten virheiden korjaus: Basquetteurderirative työ: Gustavocarra (EsquemaCatabolismo.svg), Wikimedia Commonsin kautta

Joitakin esimerkkejä tunnetuista katabolisista reiteistä ovat: Krebs-sykli, rasvahappojen beetahapetus, glykolyysi ja oksidatiivinen fosforylaatio.

Solut käyttävät katabolismin tuottamia yksinkertaisia ​​molekyylejä tarvittavien elementtien rakentamiseen, käyttäen myös saman prosessin tuottamaa energiaa. Tämä synteesireitti on katabolismin antagonisti ja sitä kutsutaan anabolismiksi.

Organismin metabolia käsittää sekä synteesi- että hajoamisreaktiot, jotka tapahtuvat samanaikaisesti ja hallitusti solussa.

ominaisuudet

Katabolismin päätavoite on hapettaa ravintoaineet, joita elimistö käyttää "polttoaineena", nimeltään hiilihydraatit, proteiinit ja rasvat. Näiden biomolekyylien hajoaminen tuottaa energiaa ja jätetuotteita, pääasiassa hiilidioksidia ja vettä.

Sarja entsyymejä osallistuu kataboliaan, jotka ovat proteiineja, jotka vastaavat nopeuttamaan solussa tapahtuvien kemiallisten reaktioiden nopeutta.

Polttoaineet ovat ruoka, jota kulutamme päivittäin. Ruokavaliomme koostuu proteiineista, hiilihydraateista ja rasvoista, jotka hajoavat katabolisesti. Keho käyttää mieluiten rasvoja ja hiilihydraatteja, vaikka niukkuuden tilanteissa se voi turvautua proteiinien hajoamiseen.

Katabolismin avulla uutettu energia sisältyy mainittujen biomolekyylien kemiallisiin sidoksiin.

Kun syöt mitään ruokaa, pureskella sitä helpottaa sulattamista. Tämä prosessi on analoginen katabolismille, jossa kehon tehtävänä on "sulauttaa" hiukkaset mikroskooppisella tasolla siten, että niitä käytetään synteesin tai anabolisten reittien avulla.

Kataboliset prosessit

Kataboliset reitit tai reitit sisältävät kaikki aineiden hajoamisprosessit. Voimme erottaa prosessin kolme vaihetta:

- Solusta löytyvät erilaiset biomolekyylit (hiilihydraatit, rasvat ja proteiinit) hajoavat niitä muodostavissa perusyksiköissä (sokerit, rasvahapot ja aminohapot).

- Vaiheen I tuotteet siirtyvät yksinkertaisemmille aineosille, jotka yhdistyvät yhteisessä välituotteessa, nimeltään asetyyli-CoA.

- Lopuksi, tämä yhdiste siirtyy Krebs-kiertoon, jossa se jatkaa hapettumistaan, kunnes se tuottaa hiilidioksidin ja veden molekyylejä - lopulliset molekyylit, jotka saadaan missä tahansa katabolisessa reaktiossa.

Näkyvimpiä ovat ureasykli, Krebs-sykli, glykolyysi, oksidatiivinen fosforylointi ja rasvahappojen beetahapetus. Seuraavassa kuvaamme kutakin mainituista reiteistä:

Ureasykli

Ureasykli on katabolinen reitti, jota esiintyy mitokondrioissa ja maksasolujen sytosolissa. Se vastaa proteiinijohdannaisten prosessoinnista, ja sen lopputuote on urea.

Jakso alkaa ensimmäisen aminoryhmän pääsyllä mitokondrioiden matriisista, vaikka se voi myös päästä maksaan suoliston kautta.

Ensimmäinen reaktiovaihe käsittää ATP: tä, bikarbonaatti-ioneja (HCO ₃ ^-) ja ammoniumformiaattia (NH ₄ ⁺) karbamoyyli fosfaatti, ADP: n ja P- _i. Toinen vaihe koostuu karbomoyylifosfaatin ja ornitiinin yhdistyksestä, jolloin saadaan sitrulliini- ja P _i- molekyyli. Nämä reaktiot tapahtuvat mitokondrioissa.

Jakso jatkuu sytosolissa, jossa sitrulliini ja aspartaatti tiivistyvät yhdessä ATP: n kanssa argininosukkinaattien, AMP: n ja PP _{i: n tuottamiseksi}. Argininosukkinaatti erittyy arginiiniksi ja fumaraatiksi. Arginiini aminohappo yhdistyy veteen, jolloin saadaan ornitiinia ja lopulta ureaa.

Tämä sykli on yhteydessä Krebs-sykliin, koska fumaraattimetaboliitti osallistuu molempiin metaboliareitteihin. Jokainen jakso toimii kuitenkin itsenäisesti.

Tähän polkuun liittyvät kliiniset patologiat estävät potilasta syömästä runsaasti proteiinia sisältävää ruokavaliota.

Krebs-sykli tai sitruunahapposykli

Krebs-sykli on polku, joka osallistuu kaikkien organismien soluhengitykseen. Spatiaalisesti sitä esiintyy eukaryoottisten organismien mitokondrioissa.

Syklin edeltäjä on asetyylikoentsyymi A -niminen molekyyli, joka kondensoituu oksaloasetaattimolekyylin kanssa. Tämä liitto tuottaa kuuden hiilen yhdisteen. Kussakin kierrossa sykli tuottaa kaksi hiilidioksidimolekyyliä ja yhden oksaloasetaattimolekyylin.

Sykli alkaa isomerointireaktiolla, jota katalysoi akonitaasi, jolloin sitraatti kulkee cis-akonaatiksi ja veteen. Samoin aconitaasi katalysoi cis-aconaatin kulkeutumista isositraatiksi.

Isositraatti hapetetaan oksosukkinaatiksi isositraattidehydrogenaasilla. Tämä molekyyli dekarboksyloidaan alfa-ketoglutaraatiksi samalla entsyymillä, isositraattidehydrogenaasilla. Alfa-ketoglutaraatti muuttuu sukkinyyli-CoA: ksi alfa-ketoglutaraattidehydrogenaasin vaikutuksella.

Sukkinyyli-CoA: sta tulee sukkinaatti, joka hapetetaan fumaraatiksi sukkinaattidehydrogenaasilla. Peräkkäin fumaraatista tulee l-malaattia ja lopulta l-malaatista tulee oksoasetaatti.

Sykli voidaan tiivistää seuraavan yhtälön: asetyyli-CoA + 3 NAD ⁺ + FAD + BKT + Pi + 2 H ₂ O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH ₂ + GTP + 2 CO ₂.

Glykolyysivaiheen

Glycolysis, jota kutsutaan myös glycolysis, on tärkeä reitti, jota esiintyy käytännössä kaikissa elävissä organismeissa, mikroskooppisista bakteereista suuriin nisäkkäisiin. Reitti koostuu 10 entsymaattisesta reaktiosta, jotka hajottavat glukoosin pyruvichapoksi.

Prosessi alkaa glukoosimolekyylin fosforyloinnilla heksokinaasi-entsyymin avulla. Tämän vaiheen tarkoituksena on "aktivoida" glukoosi ja vangita se solun sisään, koska glukoosi-6-fosfaatilla ei ole kuljetinta, jonka läpi se voi paeta.

Glukoosi-6-fosfaatti-isomeraasi vie glukoosi-6-fosfaatin ja järjestää sen uudelleen fruktoosi-6-fosfaatti-isomeeriin. Kolmatta vaihetta katalysoi fosfofruktokinaasi ja tuote on fruktoosi-1,6-bisfosfaatti.

Sitten aldolaasi pilkkoo edellä mainitun yhdisteen dihydroksiasetonifosfaatiksi ja glyserraldehydi-3-fosfaatiksi. Näiden kahden yhdisteen välillä on tasapaino, jota katalysoi trioosifosfaatti-isomeraasi.

Glyseryraldehydi-3-fosfaattidehydrogenaasi-entsyymi tuottaa 1,3-bisfosfoglyseraattia, joka muunnetaan 3-fosfoglyseraatiksi seuraavassa vaiheessa fosfoglyseraattikinaasin avulla. Fosfoglyseraattimutaasi muuttaa hiilen sijaintia ja tuottaa 2-fosfoglyseraatin.

Eolaasi ottaa jälkimmäisen metaboliitin ja muuntaa sen fosfoenolipyruvaatiksi. Viimeistä vaiheen etenemisvaihetta katalysoi pyruvaattikinaasi ja lopputuote on pyruvaatti.

Oksidatiivinen fosforylaatio

Oksidatiivinen fosforylaatio on ATP: n muodostumisprosessi, joka johtuu elektronien siirtymisestä NADH: sta tai FADH _2: sta happea ja muodostaa viimeisen vaiheen solujen hengitysprosesseissa. Sitä esiintyy mitokondrioissa ja se on tärkein ATP-molekyylien lähde aerobisissa hengitysorganismeissa.

Sen merkitys on kiistaton, koska 26: ta 30: sta ATP-molekyylistä, jotka muodostuvat glukoosin täydellisen hapettumisen vedeksi ja hiilidioksidiksi, tapahtuu oksidatiivisella fosforylaatiolla.

Käsitteellisesti oksidatiivinen fosforylaatio yhdistää ATP: n hapettumisen ja synteesin protonivirtauksella membraanijärjestelmän läpi.

Siten, NADH: n tai FADH ₂ syntyy eri reittejä, kutsuvat sitä glykolyysin tai rasvahappojen hapettumista, käytetään vähentämään hapen ja vapaan energian tuotettu prosessissa käytetään ATP: n synteesiin.

Rasvahappojen β-hapettuminen

Β -hapetus on joukko reaktioita, jotka sallivat rasvahappojen hapettumisen tuottaa suuria määriä energiaa.

Menetelmä käsittää kahta hiiltä sisältävän rasvahapon alueiden jaksottaisen vapautumisen reaktiolla, kunnes rasvahappo on kokonaan hajonnut. Lopputuote on asetyyli-CoA-molekyylit, jotka voivat siirtyä Krebs-sykliin täysin hapettuneina.

Ennen hapettumista rasvahappo on aktivoitava, missä se sitoutuu koentsyymiin A. Karnitiinin kuljettaja vastaa molekyylien siirtämisestä mitokondrioiden matriisiin.

Näiden aikaisempien vaiheiden jälkeen β-hapetus alkaa itse hapetus-, hydratointi-, hapetus NAD ⁺ -prosessilla ja tiolyysi.

Katabolismin säätely

On oltava joukko prosesseja, jotka säätelevät erilaisia ​​entsymaattisia reaktioita, koska ne eivät voi toimia koko ajan suurimmalla nopeudella. Siten metabolisia reittejä säätelee joukko tekijöitä, mukaan lukien hormonit, hermosolujen kontrollit, substraatin saatavuus ja entsymaattinen modifikaatio.

Jokaisella reitillä on oltava ainakin yksi peruuttamaton reaktio (ts. Se tapahtuu vain yhteen suuntaan) ja joka ohjaa koko reitin nopeutta. Tämä sallii reaktioiden toimia solun vaatimalla nopeudella ja estää synteesi- ja hajoamisteitä toimimasta samanaikaisesti.

Hormonit ovat erityisen tärkeitä aineita, jotka toimivat kemiallisina lähettiläinä. Ne syntetisoidaan erilaisissa endokriinisissä rauhasissa ja vapautetaan verenkiertoon toimimaan. Joitakin esimerkkejä ovat:

kortisoli

Kortisoli vaikuttaa hidastamalla synteesiprosesseja ja lisäämällä lihasten katabolisia reittejä. Tämä vaikutus ilmenee vapauttamalla aminohappoja verenkiertoon.

insuliini

Sitä vastoin on olemassa hormoneja, joilla on päinvastainen vaikutus ja jotka vähentävät katabolismia. Insuliini on vastuussa proteiinisynteesin lisäämisestä ja vähentää samalla niiden katabolismia. Tässä tapauksessa proteolyysi lisääntyy, mikä helpottaa aminohappojen tuottoa lihakseen.

Erot anabolismissa

Anabolismi ja katabolismi ovat antagonistisia prosesseja, jotka käsittävät kaiken organismissa tapahtuvien metabolisten reaktioiden.

Molemmat prosessit vaativat useita kemiallisia reaktioita, joita entsyymit katalysoivat, ja ne ovat tiukassa hormonaalisessa valvonnassa, joka kykenee laukaista tai hidastaa tiettyjä reaktioita. Ne eroavat kuitenkin seuraavista perustavanlaatuisista näkökohdista:

Molekyylien synteesi ja hajoaminen

Anabolismi käsittää synteesireaktiot, kun taas katabolismi vastaa molekyylien hajoamisesta. Vaikka nämä prosessit ovat päinvastaisia, ne ovat yhteydessä aineenvaihdunnan herkään tasapainoon.

Anabolian sanotaan olevan hajauttava prosessi, joka ottaa yksinkertaisia ​​yhdisteitä ja muuttaa ne suuremmiksi yhdisteiksi. Vastoin katabolismia, joka luokitellaan konvergenssiksi prosessiksi, johtuen pienten molekyylien, kuten hiilidioksidin, ammoniakin ja veden, saamisesta suurista molekyyleistä.

Eri katabooliset reitit kulkevat ruuan muodostavat makromolekyylit ja pelkistävät ne pienimmiksi ainesosiksi. Anaboliset reitit puolestaan ​​kykenevät ottamaan nämä yksiköt ja rakentamaan uudelleen yksityiskohtaisempia molekyylejä.

Toisin sanoen kehon on "muutettava ruokaa muodostavien elementtien kokoonpano" siten, että niitä käytetään sen vaativissa prosesseissa.

Prosessi on analoginen suositulle Lego-pelille, jossa pääosat voivat muodostaa erilaisia ​​rakenteita monenlaisilla alueellisilla järjestelyillä.

Energian käyttö

Katabolismi vastaa elintarvikkeiden kemiallisiin sidoksiin sisältyvän energian uuttamisesta, joten sen päätavoite on energian tuottaminen. Tämä hajoaminen tapahtuu useimmissa tapauksissa oksidatiivisilla reaktioilla.

Ei ole kuitenkaan yllättävää, että kataboliset reitit vaativat energian lisäämistä alkuvaiheissaan, kuten näimme glykolyyttisessä reitissä, joka vaatii ATP-molekyylien kääntämistä.

Toisaalta anabolismi on vastuussa katabolismissa tuotetun vapaan energian lisäämisestä kiinnostavien yhdisteiden kokoonpanon aikaansaamiseksi. Sekä anabolismia että katabolismia esiintyy jatkuvasti ja samanaikaisesti solussa.

Yleensä ATP on molekyyli, jota käytetään energian siirtoon. Tämä voi levitä alueille, missä sitä tarvitaan, ja kun se hydrolysoi, molekyylin sisältämä kemiallinen energia vapautuu. Samoin energiaa voidaan kuljettaa vetyatomeina tai elektroneina.

Nämä molekyylit ovat nimeltään koentsyymejä ja ovat NADP, NADPH, ja FMNH ₂. Ne toimivat pelkistysreaktioiden kautta. Lisäksi ne voivat siirtää pelkistävän kapasiteetin ATP: hen.

Viitteet

1. Chan, YK, Ng, KP ja Sim, DSM (toim.). (2015). Akuutin hoidon farmakologiset perusteet. Springer International Publishing.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Kutsu biologiaan. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molekyylisolubiologia. Macmillan.
4. Ronzio, RA (2003). Ravitsemuksen ja hyvän terveyden tietosanakirja. Infobase-julkaisu.
5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, CW (2007). Biokemian perusteet: Elämä molekyylitasolla. Panamerican Medical Ed.