Fungsi katabolisme, proses katabolik, perbezaan dengan anabolisme



The katabolisme merangkumi semua tindak balas kemusnahan bahan dalam badan. Sebagai tambahan kepada "memecahkan" komponen-komponen biomolekul dalam unit-unit kecil mereka, reaksi katabolik menghasilkan tenaga, terutamanya dalam bentuk ATP..

Laluan katabolik bertanggungjawab merendahkan molekul yang berasal dari makanan: karbohidrat, protein dan lipid. Semasa proses itu, tenaga kimia yang terkandung dalam bon dilepaskan untuk digunakan dalam aktiviti selular yang memerlukannya.

Beberapa contoh laluan katabolik yang terkenal adalah: kitaran Krebs, pengoksida beta asid lemak, glikolisis dan fosforilasi oksidatif.

Molekul mudah yang dihasilkan oleh katabolisme digunakan oleh sel untuk membina elemen yang diperlukan, juga menggunakan tenaga yang disediakan oleh proses yang sama. Laluan sintesis ini adalah antagonis katabolisme dan dipanggil anabolisme.

Metabolisme organisma termasuk reaksi sintesis dan degradasi, yang berlaku serentak dan terkawal dalam sel.

Indeks

  • 1 Fungsi
  • 2 Proses katabolik
    • 2.1 Kitaran urea
    • 2.2 Kitaran Krebs atau kitaran asid sitrik
    • 2.3 Glikolisis
    • 2.4 fosforilasi oksidatif
    • 2.5 β-pengoksidaan asid lemak         
  • 3 Peraturan katabolisme
    • 3.1 Cortisol
    • 3.2 Insulin
  • 4 Perbezaan dengan anabolisme
    • 4.1 Sintesis dan degradasi molekul
    • 4.2 Penggunaan tenaga
  • 5 Rujukan

Fungsi

Katabolisme mempunyai objektif utama mengoksidasi nutrien yang digunakan oleh tubuh sebagai "bahan bakar", yang dipanggil karbohidrat, protein dan lemak. Degradasi biomolekul ini menjana produk tenaga dan sisa, terutamanya karbon dioksida dan air.

Satu siri enzim yang terlibat dalam katabolisme, yang merupakan protein yang bertanggungjawab untuk mempercepatkan kelajuan tindak balas kimia yang berlaku di dalam sel.

Bahan bahan bakar adalah makanan yang kita makan setiap hari. Diet kami terdiri daripada protein, karbohidrat dan lemak yang direndahkan oleh laluan katabolik. Tubuh menggunakan lemak dan karbohidrat secara sengaja, walaupun dalam keadaan kekurangannya, ia boleh merosakkan protein.

Tenaga yang diekstrak oleh katabolisme terkandung dalam ikatan kimia dari biomolekul tersebut.

Apabila kita memakan apa-apa makanan, kita mengunyahnya supaya lebih mudah dicerna. Proses ini sama dengan katabolisme, di mana badan bertanggungjawab untuk "mencerna" zarah-zarah pada tahap mikroskopik supaya ia dapat dieksploitasi oleh laluan sintetik atau anabolik.

Proses catabolis

Laluan atau laluan katabolik merangkumi semua proses kemusnahan bahan. Kita boleh membezakan tiga peringkat dalam proses:

- Biomolekul yang berbeza yang terdapat di dalam sel (karbohidrat, lemak dan protein) dihina dalam unit-unit asas yang membentuknya (gula, asid lemak dan asid amino).

- Produk-produk dari panggung yang saya lulus ke konstituen yang lebih mudah, yang menumpukan pada perantaraan biasa yang dipanggil acetyl-CoA.

- Akhirnya, sebatian ini memasuki kitaran Krebs, di mana ia meneruskan pengoksidaannya untuk menghasilkan molekul karbon dioksida dan air - molekul terakhir yang diperolehi dalam sebarang reaksi katabolik.

Antara yang paling menonjol ialah kitar urea, kitaran Krebs, glikolisis, fosforilasi oksidatif dan beta pengoksidaan asid lemak. Seterusnya kami akan menerangkan setiap laluan yang disebutkan:

Kitaran urea

Kitaran urea adalah laluan katabolik yang berlaku di mitokondria dan di sitosol sel-sel hati. Ia bertanggungjawab untuk pemprosesan derivatif protein dan produk akhirnya adalah urea.

Kitaran bermula dengan kemasukan kumpulan amino pertama dari matriks mitokondria, tetapi juga boleh memasuki hati melalui usus.

Reaksi pertama melibatkan laluan ATP, ion bikarbonat (HCO)3-) dan ammonium (NH4+) dalam karbomoyl fosfat, ADP dan Pi. Langkah kedua ialah mengikat fosfat karbomoyl dan ornithine untuk menghasilkan molekul citrulline dan Pi. Reaksi ini berlaku dalam matriks mitokondria.

Kitaran berterusan di sitosol, di mana sitrulline dan aspartat dipendekkan bersama-sama dengan ATP untuk menghasilkan argininosuccinate, AMP dan PPi. Argininosuccinate berpindah ke arginine dan fumarate. Arginin asid amino menggabungkan dengan air untuk memberikan ornithine dan, akhirnya, urea.

Kitaran ini saling berkaitan dengan kitaran Krebs kerana metabolit fumarate berpartisipasi dalam kedua-dua laluan metabolik. Walau bagaimanapun, setiap kitaran bertindak secara bebas.

Patalogi klinikal yang berkaitan dengan laluan ini menghalang pesakit mengambil diet yang kaya dengan protein.

Kitaran Krebs atau kitaran asid sitrik

Kitaran Krebs adalah laluan yang menyertai pernafasan selular semua organisma. Secara spatual, ia berlaku di mitokondria organisme eukariotik.

Prekursor kitaran adalah molekul yang dipanggil acetyl coenzyme A, yang dipekatkan dengan molekul oksaloasetat. Kesatuan ini menjana sebatian enam karbon. Dalam setiap revolusi, kitaran menghasilkan dua molekul karbon dioksida dan satu molekul oksaloasetat.

Kitaran bermula dengan reaksi isomerisasi yang dikatalisasi oleh aconitase, di mana sitrat melepasi cis-aconit dan air. Begitu juga, aconitase catalyzes laluan cis-aconit ke isocitrate.

Isocytrate dioksidakan menjadi oxalosuccinate oleh isokitrate dehydrogenase. Molekul ini decarboxylated dalam alfa-ketoglutarate oleh enzim yang sama, isocitrate dehydrogenase. Alpha-ketoglutarate pas kepada succinyl-CoA oleh tindakan alfa-ketoglutarate dehydrogenase.

Succinyl-CoA melepasi untuk mencukupi, yang dioksidakan untuk fumarate oleh succinate dehydrogenase. Selanjutnya fumarate pas ke l-malate dan akhirnya l-malate melewati oxalacetate.

Kitaran boleh diringkaskan dalam persamaan berikut: Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH2 + GTP + 2 CO2.

Glikolisis

Glikolisis, juga dipanggil glikolisis, adalah laluan penting yang terdapat hampir di semua organisma hidup, dari bakteria mikroskopik kepada mamalia besar. Laluan ini terdiri daripada 10 reaksi enzimatik yang merendahkan glukosa kepada asid piruvat.

Proses ini bermula dengan fosforilasi molekul glukosa oleh enzim hexokinase. Idea langkah ini adalah untuk "mengaktifkan" glukosa dan perangkapnya di dalam sel, kerana glukosa-6-fosfat tidak mempunyai pengangkut yang boleh melarikan diri.

Isomerase glukosa-6-fosfat mengambil glukosa-6-fosfat dan menyusunnya semula dalam isomer fruktosa-6-fosfatnya. Langkah ketiga dipangkin oleh phosphofructokinase dan produk fruktosa-1,6-bisfosfat.

Kemudian, aldolase membersihkan sebatian di atas di dihydroxyacetone phosphate dan gliseraldehyde-3-fosfat. Terdapat keseimbangan di antara kedua-dua sebatian ini yang dipangkin oleh isoserase triosfosfat.

Gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenase enzim menghasilkan 1,3-bisphosphoglycerate yang ditukarkan kepada 3-phosphoglycerate dalam langkah seterusnya dengan kinase phosphoglycerate itu. Mutasi phosphoglycerate mengubah kedudukan karbon dan menghasilkan 2-phosphoglycerate.

Enolase mengambil metabolit terakhir ini dan menukarkannya kepada phosphoenolpyruvate. Langkah terakhir laluan dipangkin oleh pyruvate kinase dan produk akhir adalah piruvat.

Fosforilasi oksidatif

Fosforilasi oksidatif adalah proses pembentukan ATP berkat pemindahan elektron dari NADH atau FADH2 sehingga oksigen dan merupakan langkah terakhir proses pernafasan sel. Ia berlaku di mitokondria dan merupakan punca utama molekul ATP dalam organisma dengan respirasi aerobik.

Kepentingannya tidak dapat dinafikan, kerana 26 dari 30 molekul ATP yang dijana sebagai produk pengoksidaan lengkap glukosa ke air dan karbon dioksida berlaku oleh fosforilasi oksidatif.

Secara konseptual, pasangan fosforilasi oksidatif adalah pengoksidaan dan sintesis ATP dengan aliran proton melalui sistem membran.

Oleh itu, NADH atau FADH2 dijana dalam laluan yang berbeza, memanggil glikolisis atau pengoksidaan asid lemak digunakan untuk mengurangkan oksigen dan, tenaga bebas yang dihasilkan dalam proses itu digunakan untuk sintesis ATP.

β-pengoksidaan asid lemak         

Β-pengoksidaan adalah satu set reaksi yang membolehkan pengoksidaan asid lemak menghasilkan jumlah tenaga yang tinggi.

Proses ini melibatkan pelepasan periodik kawasan asid lemak daripada dua atom karbon setiap reaksi sehingga ia benar-benar merendahkan asid lemak. Produk akhir adalah molekul asetil-CoA yang boleh memasuki kitaran Krebs untuk mengoksidakan sepenuhnya.

Sebelum pengoksidaan, asid lemak mesti diaktifkan, di mana ia mengikat kepada koenzim A. Pengangkut karnitina bertanggungjawab untuk mengalihkan molekul ke matriks mitokondria.

Selepas langkah-langkah sebelumnya, pengoksidaan β bermula dengan proses pengoksidaan, penghidratan, pengoksidaan oleh NAD+ dan thiolysis.

Peraturan katabolisme

Perlu ada satu siri proses yang mengawal reaksi enzimatik yang berlainan, kerana ini tidak dapat berfungsi sepanjang masa dengan kelajuan maksimum. Oleh itu, laluan metabolisme dikawal oleh beberapa faktor yang termasuk hormon, kawalan neuron, ketersediaan substrat dan pengubah enzim.

Dalam setiap laluan mesti ada sekurang-kurangnya satu reaksi yang tidak dapat dipulihkan (iaitu satu dalam satu arah) dan yang mengarahkan kelajuan keseluruhan jalan. Ini membolehkan tindak balas untuk bekerja pada kelajuan yang diperlukan oleh sel dan mencegah laluan sintesis dan degradasi dari bekerja pada masa yang sama.

Hormon adalah bahan penting yang bertindak sebagai pengirim kimia. Ini disintesis dalam pelbagai kelenjar endokrin dan dilepaskan ke aliran darah untuk bertindak. Beberapa contoh adalah:

Cortisol

Kortisol bertindak dengan mengurangkan proses sintesis dan meningkatkan laluan katabolik dalam otot. Kesan ini berlaku dengan pembebasan asid amino ke dalam aliran darah.

Insulin

Sebaliknya, terdapat hormon yang mempunyai kesan bertentangan dan mengurangkan katabolisme. Insulin bertanggungjawab untuk meningkatkan sintesis protein dan pada masa yang sama mengurangkan katabolisme mereka. Dalam keadaan ini peningkatan proteinolisis, yang memudahkan keluar dari asid amino ke otot.

Perbezaan dengan anabolisme

Anabolisme dan katabolisme adalah proses antagonistik yang merangkumi keseluruhan tindakbalas metabolik yang berlaku dalam organisma.

Kedua-dua proses memerlukan tindak balas kimia berganda yang dikatalisis oleh enzim dan berada di bawah kawalan hormon ketat yang mampu mencetuskan atau melambatkan tindak balas tertentu. Walau bagaimanapun, mereka berbeza dalam aspek asas berikut:

Sintesis dan degradasi molekul

Anabolisme merangkumi tindak balas sintesis manakala katabolisme bertanggungjawab terhadap kemerosotan molekul. Walaupun proses ini terbalik, mereka disambungkan dalam keseimbangan metabolisme.

Dikatakan bahawa anabolisme adalah proses yang berbeza, kerana ia memerlukan sebatian mudah dan mengubahnya menjadi sebatian yang lebih besar. Bertentangan dengan katabolisme, yang dikelaskan sebagai proses penumpuan, dengan memperoleh molekul kecil seperti karbon dioksida, ammonia dan air, dari molekul besar.

Jalur katabolik yang berbeza mengambil makromolekul yang membentuk makanan dan mengurangkannya kepada unsur-unsur yang lebih kecil. Laluan anabolik, sebaliknya, dapat mengambil unit-unit ini dan membina lagi molekul yang lebih rumit.

Dalam erti kata lain, badan perlu "mengubah konfigurasi" unsur-unsur yang membentuk makanan untuk digunakan dalam proses yang diperlukan.

Proses ini sama dengan permainan popular legos, di mana konstituen utama boleh membentuk struktur yang berbeza dengan pelbagai susunan ruang.

Penggunaan tenaga

Catabolisme bertanggungjawab untuk mengekstrak tenaga yang terkandung dalam ikatan kimia makanan, jadi tujuan utamanya ialah penjanaan tenaga. Degradasi ini berlaku, dalam kebanyakan kes, oleh reaksi oksidatif.

Walau bagaimanapun, adalah tidak pelik bahawa laluan katabolik memerlukan tenaga dalam langkah awal, seperti yang kita lihat dalam laluan glikolitik, yang memerlukan penyongsangan molekul ATP.

Sebaliknya, anabolisme bertanggungjawab untuk menambahkan tenaga bebas yang dihasilkan dalam katabolisme untuk mencapai perhimpunan sebatian kepentingan. Kedua-dua anabolisme dan katabolisme berlaku secara berterusan dan serentak dalam sel.

Secara amnya, ATP adalah molekul yang digunakan untuk memindahkan tenaga. Ini boleh meresap ke kawasan di mana ia diperlukan dan apabila hidrolisis tenaga kimia yang terkandung dalam molekul dilepaskan. Dengan cara yang sama, tenaga boleh diangkut sebagai atom hidrogen atau elektron.

Molekul-molekul ini dipanggil koenzim dan termasuk NADP, NADPH dan FMNH2. Mereka bertindak dengan reaksi pengurangan. Di samping itu, mereka boleh memindahkan kapasiti pengurangan dalam ATP.

Rujukan

  1. Chan, Y. K., Ng, K. P., & Sim, D. S. M. (Eds.). (2015). Asas Farmakologi Penjagaan Akut. Springer International Publishing.
  2. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Jemputan kepada biologi. Macmillan.
  3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Biologi sel molekul. Macmillan.
  4. Ronzio, R. A. (2003). Ensiklopedia pemakanan dan kesihatan yang baik. Infobase Publishing.
  5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, C. W. (2007). Asas-Asas Biokimia: Kehidupan di peringkat molekul. Ed. Panamericana Medical.