ANABOLISME: FUNKSJONER, PROSESSER, FORSKJELLER MED KATABOLISME - BIOLOGI - 2026

Den anabolisme er en divisjon av metabolisme inkludert dannelsesreaksjoner av store molekyler fra små. For at denne reaksjonsserien skal skje, er en energikilde nødvendig, og generelt er den ATP (adenosintrifosfat).

Anabolisme, og dets metaboliske inverse, katabolisme, er gruppert i en serie reaksjoner som kalles metabolske veier eller veier orkestrert og regulert primært av hormoner. Hvert lite trinn styres slik at en gradvis overføring av energi skjer.

Kilde: www.publicdomainpictures.net

Anabole prosesser kan ta de grunnleggende enhetene som utgjør biomolekyler - aminosyrer, fettsyrer, nukleotider og sukkermonomerer - og generere mer kompliserte forbindelser, som proteiner, lipider, nukleinsyrer og karbohydrater som endelige energiprodusenter.

Egenskaper

Metabolisme er et begrep som omfatter alle kjemiske reaksjoner som oppstår i kroppen. Cellen ligner en mikroskopisk fabrikk der syntese og nedbrytningsreaksjoner stadig foregår.

De to målene for metabolisme er: for det første å bruke den kjemiske energien som er lagret i maten, og for det andre å erstatte strukturer eller stoffer som ikke lenger fungerer i kroppen. Disse hendelsene skjer i samsvar med de spesifikke behovene til hver organisme og blir regissert av kjemiske budbringere som kalles hormoner.

Energi kommer hovedsakelig fra fett og karbohydrater som vi bruker i mat. Ved mangel kan kroppen bruke protein for å kompensere for mangelen.

Fornyelsesprosesser er også nært knyttet til anabolisme. Foryngelse av vev er en sin qua non tilstand for å opprettholde en sunn kropp og fungere ordentlig. Anabolisme er ansvarlig for å produsere alle cellulære forbindelser som gjør at de fungerer.

Det er en delikat balanse i cellen mellom metabolske prosesser. Store molekyler kan brytes ned til deres minste komponenter ved katabolske reaksjoner, og den omvendte prosessen - fra liten til stor - kan oppstå gjennom anabolisme.

Anabole prosesser

Anabolisme inkluderer på en generell måte alle reaksjonene katalysert av enzymer (små proteinmolekyler som akselererer hastigheten på kjemiske reaksjoner med flere størrelsesordener) som er ansvarlige for "konstruksjon" eller syntese av cellulære komponenter.

Oversikten over anabole veier inkluderer følgende trinn: Enkle molekyler som deltar som mellomprodukter i Krebs-syklusen blir enten aminert eller kjemisk omdannet til aminosyrer. Disse blir senere satt sammen til mer komplekse molekyler.

Disse prosessene krever kjemisk energi som kommer fra katabolisme. Blant de viktigste anabole prosessene er: fettsyresyntese, kolesterolsyntese, nukleinsyresyntese (DNA og RNA), proteinsyntese, glykogensyntese og aminosyresyntese.

Rollen til disse molekylene i kroppen og deres synteseruter vil bli kort beskrevet nedenfor:

Fettsyresyntese

Lipider er sterkt heterogene biomolekyler som er i stand til å generere en stor mengde energi når de oksideres, spesielt triacylglycerolmolekyler.

Fettsyrer er de arketypiske lipidene. De består av et hode og en hale laget av hydrokarboner. Disse kan være umettede eller mettede, avhengig av om de har dobbeltbindinger på halen eller ikke.

Lipider er de essensielle komponentene i alle biologiske membraner, i tillegg til at de deltar som reservestoff.

Fettsyrer syntetiseres i cellens cytoplasma fra et forløpermolekyl kalt malonyl-CoA, avledet fra acetyl-CoA og bikarbonat. Dette molekylet donerer tre karbonatomer for å starte veksten av fettsyren.

Etter dannelsen av malonil fortsetter syntesereaksjonen i fire viktige trinn:

-Kondensasjonen av acetyl-ACP med malonyl-ACP, en reaksjon som produserer acetoacetyl-ACP og frigjør karbondioksid som avfallsstoff.

-Det andre trinnet er reduksjon av acetoacetyl-ACP, med NADPH til D-3-hydroxybutyryl-ACP.

-En påfølgende dehydratiseringsreaksjon oppstår som konverterer det forrige produktet (D-3-hydroxybutyryl-ACP) til crotonyl-ACP.

Endelig reduseres crotonyl-ACP og sluttproduktet er butyryl-ACP.

Kolesterolsyntese

Kolesterol er en sterol med en typisk 17-karbon steranskjerne. Det har forskjellige roller i fysiologi, siden det fungerer som en forløper for en rekke molekyler som gallesyrer, forskjellige hormoner (inkludert seksuelle) og er avgjørende for syntesen av D-vitamin.

Syntese skjer i cytoplasma av cellen, først og fremst i leverceller. Denne anabole traseen har tre faser: først blir isoprenenheten dannet, deretter skjer den progressive assimilering av enhetene for å stamme squalen, dette overføres til lanosterol og til slutt oppnås kolesterol.

Aktiviteten til enzymene i denne veien reguleres hovedsakelig av det relative forholdet mellom hormonene insulin: glukagon. Når dette forholdet øker, øker aktiviteten til stien proporsjonalt.

Nukleotidsyntese

Nukleinsyrer er DNA og RNA, den første inneholder all nødvendig informasjon for utvikling og vedlikehold av levende organismer, mens den andre utfyller funksjonene til DNA.

Både DNA og RNA er sammensatt av lange kjeder av polymerer hvis grunnleggende enhet er nukleotider. Nukleotider består på sin side av en sukker, en fosfatgruppe og en nitrogenholdig base. Forløperen til puriner og pyrimidiner er ribose-5-fosfat.

Puriner og pyrimidiner produseres i leveren fra forløpere som blant annet karbondioksid, glysin, ammoniakk.

Nukleinsyresyntese

Nukleotider må forbindes til lange DNA- eller RNA-kjeder for å oppfylle deres biologiske funksjon. Prosessen involverer en serie enzymer som katalyserer reaksjonene.

Enzymet som har ansvaret for å kopiere DNA for å generere flere DNA-molekyler med identiske sekvenser er DNA-polymerase. Dette enzymet kan ikke starte de novo-syntese, så et lite stykke DNA eller RNA som kalles en primer må delta, noe som tillater dannelse av kjeden.

Denne hendelsen krever deltakelse av ytterligere enzymer. Helikasen, for eksempel, hjelper til med å åpne DNA-dobbeltspiral slik at polymerasen kan virke og topoisomerasen er i stand til å modifisere topologien til DNAet, enten ved å vikle det inn eller fjerne det.

Tilsvarende deltar RNA-polymerase i syntesen av RNA fra et DNA-molekyl. I motsetning til forrige prosess, krever RNA-syntese ikke den nevnte primeren.

Protein syntese

Proteinsyntese er en avgjørende hendelse i alle levende organismer. Proteiner utfører en rekke funksjoner, for eksempel å transportere stoffer eller spille rollen som strukturelle proteiner.

I henhold til den sentrale "dogmen" i biologien, etter at DNA er kopiert til messenger-RNA (som beskrevet i forrige avsnitt), blir det igjen oversatt av ribosomer til en polymer av aminosyrer. I RNA tolkes hver triplett (tre nukleotider) som en av de tjue aminosyrene.

Syntese skjer i cytoplasma av cellen, der ribosomer finnes. Prosessen skjer i fire faser: aktivering, initiering, forlengelse og avslutning.

Aktivering består av bindingen av en bestemt aminosyre til det tilsvarende overførings-RNA. Initiering involverer binding av ribosomet til den 3 'terminale delen av messenger-RNA, assistert av "initieringsfaktorer".

Forlengelse innebærer tilsetning av aminosyrer i henhold til RNA-meldingen. Til slutt stopper prosessen med en spesifikk sekvens i messenger-RNA, kalt termineringskondomer: UAA, UAG eller UGA.

Glykogensyntese

Glykogen er et molekyl som består av repeterende glukoseenheter. Det fungerer som et energireservstoff og er stort sett rikelig i leveren og muskelen.

Synteseruten kalles glykogenogenese og krever deltakelse av enzymet glykogensyntase, ATP og UTP. Veien begynner med fosforylering av glukose til glukose-6-fosfat og deretter til glukose-1-fosfat. Det neste trinnet involverer tilsetning av en UDP for å gi UDP-glukose og uorganisk fosfat.

UDP-glukosemolekylet tilfører glukosekjeden via en alfa 1-4-binding, og frigjør UDP-nukleotidet. I tilfelle det oppstår grener, dannes disse av alfa 1-6 bindinger.

Syntese av aminosyrer

Aminosyrer er enheter som utgjør proteiner. I naturen er det 20 typer, hver med unike fysiske og kjemiske egenskaper som bestemmer proteinets endelige egenskaper.

Ikke alle organismer kan syntetisere alle 20 typene. For eksempel kan mennesker bare syntetisere 11, de resterende 9 må innarbeides i kostholdet.

Hver aminosyre har sin egen vei. Imidlertid kommer de fra forløpermolekyler som alfa-ketoglutarat, oksaloacetat, 3-fosfoglyserat, blant andre pyruvat.

Regulering av anabolisme

Som vi nevnte tidligere, er metabolismen regulert av stoffer som kalles hormoner, som skilles ut av spesialiserte vev, enten kjertel- eller epitel. Disse fungerer som budbringere og deres kjemiske natur er ganske heterogen.

For eksempel er insulin et hormon som skilles ut i bukspyttkjertelen og har stor innvirkning på stoffskiftet. Etter måltider med høyt karbohydrat fungerer insulin som et stimulerende middel til de anabole traséene.

Dermed er hormonet ansvarlig for å aktivere prosessene som tillater syntese av lagringsstoffer som fett eller glykogen.

Det er perioder i livet der anabole prosesser er dominerende, som barndom, ungdom, under graviditet eller under trening med fokus på muskelvekst.

Forskjeller med katabolisme

Alle de kjemiske prosessene og reaksjonene som skjer i kroppen vår - spesifikt i cellene våre - er globalt kjent som metabolisme. Vi kan vokse, utvikle, reprodusere og opprettholde kroppsvarme takket være denne sterkt kontrollerte hendelsesserien.

Syntese versus degradering

Metabolisme innebærer bruk av biomolekyler (proteiner, karbohydrater, lipider eller fett og nukleinsyrer) for å opprettholde alle essensielle reaksjoner i et levende system.

Innhenting av disse molekylene kommer fra maten vi spiser hver dag, og kroppen vår er i stand til å "bryte" dem ned i mindre enheter under fordøyelsesprosessen.

Proteiner (som for eksempel kan komme fra kjøtt eller egg) blir brutt ned i hovedkomponentene deres: aminosyrer. På samme måte kan vi behandle karbohydrater til mindre sukkerenheter, vanligvis glukose, en av karbohydratene som kroppen bruker mest.

Kroppen vår er i stand til å bruke disse små enhetene - blant annet aminosyrer, sukker, fettsyrer - for å bygge nye større molekyler i den konfigurasjonen som kroppen vår trenger.

Prosessen med å gå i oppløsning og få energi kalles katabolisme, mens dannelsen av nye mer komplekse molekyler er anabolisme. Dermed er synteseprosesser assosiert med anabolisme og nedbrytningsprosesser med katabolisme.

Som en mnemonisk regel kan vi bruke "c" i ordet katabolisme og relatere det til ordet "kutt".

Bruk av energi

Anabole prosesser krever energi, mens nedbrytningsprosesser produserer denne energien, hovedsakelig i form av ATP - kjent som cellenes energivaluta.

Denne energien kommer fra katabolske prosesser. La oss forestille oss at vi har et kortstokk, hvis vi har alle kortene stablet pent og kaster dem på bakken gjør de det spontant (analogt med katabolisme).

Imidlertid, i tilfelle vi ønsker å bestille dem igjen, må vi bruke energi på systemet og samle dem opp fra bakken (analogt med anabolisme).

I noen tilfeller trenger de kataboliske traséene en "injeksjon av energi" i de første trinnene for å få prosessen i gang. For eksempel er glykolyse eller glykolyse nedbrytning av glukose. Denne veien krever bruk av to ATP-molekyler for å komme i gang.

Balanse mellom anabolisme og katabolisme

For å opprettholde en sunn og tilstrekkelig metabolisme er det nødvendig at det er en balanse mellom prosessene med anabolisme og katabolisme. I tilfelle prosessene med anabolisme overstiger katabolismens prosess, er syntesebegivenhetene de som råder. Derimot, når kroppen mottar mer energi enn nødvendig, dominerer de katabolske traséene.

Når kroppen opplever motgang, kaller det sykdom eller perioder med langvarig faste, fokuserer stoffskiftet på nedbrytningsveier og går inn i en katabolisk tilstand.

Kilde: Av Alejandro Porto, fra Wikimedia Commons

referanser

1. Chan, YK, Ng, KP, & Sim, DSM (Eds.). (2015). Farmakologisk grunnlag for akutt omsorg. Springer International Publishing.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Invitasjon til biologi. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molekylær cellebiologi. Macmillan.
4. Ronzio, RA (2003). Oppslagsverket for ernæring og god helse. Infobase Publishing.
5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, CW (2007). Grunnlag for biokjemi: Liv på molekylært nivå. Panamerican Medical Ed.