Katabolisme functies, katabolische processen, verschillen met anabolisme

de katabolisme omvat alle reacties van degradatie van stoffen in het lichaam. Naast het "desintegreren" van de componenten van biomoleculen in hun kleinere eenheden, produceren katabolische reacties energie, voornamelijk in de vorm van ATP..

De katabole routes zijn verantwoordelijk voor het afbreken van de moleculen die uit voedsel komen: koolhydraten, eiwitten en lipiden. Tijdens het proces wordt de chemische energie in de bindingen vrijgegeven om te worden gebruikt bij cellulaire activiteiten die dit vereisen.

Enkele voorbeelden van bekende katabolische routes zijn: de Krebs-cyclus, bèta-oxidatie van vetzuren, glycolyse en oxidatieve fosforylering.

De eenvoudige moleculen geproduceerd door katabolisme worden door de cel gebruikt om de noodzakelijke elementen te bouwen, waarbij ook de energie wordt gebruikt die door hetzelfde proces wordt verschaft. Deze syntheseweg is de katabolisme-antagonist en wordt anabolisme genoemd.

Het metabolisme van een organisme omvat zowel de synthese als afbraakreacties die gelijktijdig plaatsvinden en binnen de cel worden geregeld.

index

• 1 Functies
• 2 Katabolische processen
  • 2.1 De ureumcyclus
  • 2.2 De Krebs-cyclus of citroenzuurcyclus
  • 2.3 Glycolyse
  • 2.4 Oxidatieve fosforylatie
  • 2.5 β-oxidatie van vetzuren         
• 3 Regulering van katabolisme
  • 3.1 Cortisol
  • 3.2 Insuline
• 4 Verschillen met anabolisme
  • 4.1 Synthese en degradatie van moleculen
  • 4.2 Gebruik van energie
• 5 Referenties

functies

Katabolisme heeft als belangrijkste doel de voedingsstoffen die het lichaam gebruikt als "brandstof" te oxideren, koolhydraten, eiwitten en vetten genoemd. De afbraak van deze biomoleculen genereert energie en afvalproducten, voornamelijk koolstofdioxide en water.

Een reeks enzymen neemt deel aan katabolisme, eiwitten die verantwoordelijk zijn voor het versnellen van de snelheid van chemische reacties die in de cel optreden.

Brandstofsubstanties zijn de voedingsmiddelen die we dagelijks consumeren. Ons dieet bestaat uit eiwitten, koolhydraten en vetten die worden afgebroken door katabolische routes. Het lichaam gebruikt bij voorkeur vetten en koolhydraten, maar in situaties van schaarste kan het zijn toevlucht nemen tot de afbraak van eiwitten.

De door katabolisme geëxtraheerde energie zit vervat in de chemische bindingen van de genoemde biomoleculen.

Wanneer we voedsel consumeren, kauwen we het om het gemakkelijker te verteren. Dit proces is analoog aan katabolisme, waarbij het orgaan verantwoordelijk voor "digest" de deeltjes microscopisch worden uitgebuit door syntheseroutes of anabole.

Katabolische processen

De routes of katabolische routes omvatten alle processen van afbraak van stoffen. We kunnen drie stadia in het proces onderscheiden:

- Verschillende biomoleculen in de cel (koolhydraten, vetten en eiwitten) worden afgebroken in de fundamentele eenheden die vormen (suikers, vetzuren en aminozuren, respectievelijk).

- De producten van fase I gaan over naar eenvoudiger bestanddelen, die samenkomen op een gemeenschappelijk tussenproduct, acetyl-CoA genaamd.

- Ten slotte deze verbinding de Krebs-cyclus waar verdere geoxideerde moleculen kooldioxide en water opleveren - laatste moleculen verkregen in een reactie katabolische.

Tot de meest opvallende behoren de ureumcyclus, de Krebs-cyclus, glycolyse, oxidatieve fosforylering en bèta-oxidatie van vetzuren. Vervolgens zullen we elk van de genoemde routes beschrijven:

De ureumcyclus

De ureumcyclus is een katabolische route die voorkomt in mitochondriën en in het cytosol van levercellen. Het is verantwoordelijk voor de verwerking van eiwitderivaten en het eindproduct daarvan is ureum.

De cyclus begint met het binnenkomen van de eerste aminogroep uit de matrix van de mitochondriën, maar kan ook via de darm de lever binnenkomen.

De eerste reactie omvat de passage van ATP, bicarbonaat-ionen (HCO)₃^-) en ammonium (NH₄⁺) in carbomoylfosfaat, ADP en P_ik. De tweede stap is de binding van carbomoylfosfaat en ornithine om een ​​molecuul citrulline en P te verkrijgen_ik. Deze reacties komen voor in de mitochondriale matrix.

De cyclus gaat verder in het cytosol, waar citrulline en aspartaat worden gecondenseerd samen met ATP om argininosuccinaat, AMP en PP te genereren_ik. Het argininosuccinaat gaat over naar arginine en fumaraat. Het aminozuur arginine combineert met water om ornithine en ten slotte ureum te geven.

Deze cyclus is verbonden met de Krebs-cyclus omdat het metabolietfumaraat deelneemt aan beide metabole routes. Elke cyclus werkt echter onafhankelijk.

De klinische patalogias gerelateerd aan deze route voorkomen dat de patiënt een dieet neemt dat rijk is aan eiwitten.

De Krebs-cyclus of citroenzuurcyclus

De Krebs-cyclus is een pad dat deelneemt aan de cellulaire ademhaling van alle organismen. Ruimtelijk komt het voor in de mitochondria van eukaryote organismen.

De voorloper van de cyclus is een molecuul dat acetyl co-enzym A wordt genoemd, dat is gecondenseerd met een oxaloacetaat molecuul. Deze unie genereert een verbinding van zes koolstofatomen. In elke omwenteling levert de cyclus twee moleculen koolstofdioxide en één molecuul oxaalacetaat op.

De cyclus begint met een isomerisatiereactie gekatalyseerd door aconitase, waarbij citraat overgaat in cis-aconiet en water. Evenzo katalyseert aconitase de passage van cis-aconiet in isocitraat.

Isocytraat wordt geoxideerd tot oxalosuccinaat door isocitraatdehydrogenase. Dit molecuul is gedecarboxyleerd in alfa-ketoglutaraat door hetzelfde enzym, isocitraat dehydrogenase. Alfa-ketoglutaraat gaat over naar succinyl-CoA door de werking van alfa-ketoglutaraatdehydrogenase.

Succinyl-CoA gaat over in succinaat, dat wordt geoxideerd tot fumaraat door succinaat dehydrogenase. Vervolgens gaat fumaraat over naar l-malaat en tenslotte gaat l-malaat over in oxalacetaat.

De cyclus kan worden samengevat in de volgende vergelijking: Acetyl-CoA + 3 NAD⁺ + FAD + GDP + Pi + 2 H₂O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH₂ + GTP + 2 CO₂.

glycolyse

Glycolyse, ook wel glycolyse genoemd, is een cruciale route die vrijwel in alle levende organismen aanwezig is, van microscopische bacteriën tot grote zoogdieren. De route bestaat uit 10 enzymatische reacties die glucose tot pyrodruivenzuur afbreken.

Het proces begint met de fosforylering van het glucosemolecuul door het enzym hexokinase. Het idee van deze stap is om glucose te "activeren" en op te sluiten in de cel, omdat glucose-6-fosfaat geen transporter heeft waardoor het kan ontsnappen.

Glucose-6-fosfaatisomerase neemt het glucose-6-fosfaat en herschikt het in zijn fructose-6-fosfaatisomeer. De derde stap wordt gekatalyseerd door fosfofructokinase en het product is fructose-1,6-bisfosfaat.

Vervolgens splitst aldolase de bovengenoemde verbinding in dihydroxyacetonfosfaat en glyceraldehyde-3-fosfaat. Er is een balans tussen deze twee verbindingen die worden gekatalyseerd door de triosefosfaatisomerase.

Glyceraldehyde-3-fosfaat dehydrogenase enzym produceert 1,3-bisphosphoglycerate die wordt omgezet in 3-fosfoglyceraat in de volgende stap de fosfoglyceraat kinase. Mutase verandert de koolstofpositie en levert 2-fosfoglyceraat.

Enolase neemt deze laatste metaboliet en zet deze om in fosfoenolpyruvaat. De laatste stap van de route wordt gekatalyseerd door pyruvaatkinase en het eindproduct is pyruvaat.

Oxidatieve fosforylatie

Oxidatieve fosforylatie is een proces van vorming van ATP dankzij de overdracht van elektronen van NADH of FADH₂ tot zuurstof en is de laatste stap van cellulaire respiratieprocessen. Het komt voor in de mitochondriën en is de belangrijkste bron van ATP-moleculen in organismen met aerobe ademhaling.

Het belang onmiskenbaar, zoals 26 30 moleculen ATP worden gegenereerd als gevolg van de volledige oxidatie van glucose tot water en kooldioxide vindt plaats door oxidatieve fosforylering.

Conceptueel koppelt oxidatieve fosforylatie de oxidatie en synthese van ATP met een stroom van protonen door het membraansysteem.

Dus de NADH of de FADH₂ gegenereerd in verschillende routes, bel glycolyse of oxidatie van vetzuren wordt gebruikt om zuurstof en vrije energie opgewekt in het proces te verminderen wordt gebruikt voor de synthese van ATP.

β-oxidatie van vetzuren         

Β -oxidatie is een reeks reacties die de oxidatie van vetzuren mogelijk maken om grote hoeveelheden energie te produceren.

Het proces omvat de periodieke afgifte van vetzuurgebieden van twee koolstofatomen per reactie totdat het het vetzuur volledig afbreekt. Het eindproduct zijn acetyl-CoA-moleculen die de Krebs-cyclus kunnen binnenkomen om volledig te oxideren.

Vóór oxidatie dient het vetzuur worden geactiveerd, wanneer het bindt aan coenzym A carnitine transporteur verantwoordelijk voor transloceren moleculen met het mitochondriale matrix.

Na deze voorgaande stappen begint de P-oxidatie zelf met de processen van oxidatie, hydratatie, oxidatie door NAD⁺ en de thiolyse.

Regulatie van katabolisme

Er moet een reeks processen zijn die de verschillende enzymatische reacties reguleren, omdat deze niet altijd op hun maximale snelheid kunnen werken. Aldus worden de metabolisme routes gereguleerd door een reeks factoren die hormonen, neuronale controles, substraatbeschikbaarheid en enzymatische modificatie omvatten.

In elke route moet er minstens één onomkeerbare reactie zijn (dat wil zeggen één in één richting) en die de snelheid van de hele weg bepaalt. Hierdoor kunnen de reacties werken met de snelheid die de cel vereist en voorkomen dat de synthese en degradatiepaden tegelijkertijd werken.

Hormonen zijn bijzonder belangrijke stoffen die fungeren als chemische boodschappers. Deze worden gesynthetiseerd in de verschillende endocriene klieren en vrijgegeven in de bloedbaan om te werken. Enkele voorbeelden zijn:

cortisol

Cortisol werkt door de syntheseprocessen te verminderen en de katabolische routes in de spier te vergroten. Dit effect treedt op door de afgifte van aminozuren in de bloedbaan.

insuline

Daarentegen zijn er hormonen die het tegenovergestelde effect hebben en het katabolisme verminderen. Insuline is verantwoordelijk voor het verhogen van de synthese van eiwitten en vermindert tegelijkertijd het katabolisme ervan. In dit geval neemt de proteolyse toe, wat de uittreding van aminozuren naar de spier vergemakkelijkt.

Verschillen met anabolisme

Anabolisme en katabolisme zijn antagonistische processen die de totaliteit van metabole reacties omvatten die in een organisme voorkomen.

Beide processen vereisen meerdere chemische reacties die worden gekatalyseerd door enzymen en zijn onder strikte hormonale controle, in staat om bepaalde reacties te triggeren of te vertragen. Ze verschillen echter in de volgende fundamentele aspecten:

Synthese en degradatie van moleculen

Anabolisme omvat de synthesereacties, terwijl katabolisme verantwoordelijk is voor de afbraak van moleculen. Hoewel deze processen omgekeerd zijn, zijn ze verbonden in het delicate evenwicht van het metabolisme.

Er wordt gezegd dat anabolisme een uiteenlopend proces is, omdat het eenvoudige verbindingen vereist en ze omzet in grotere verbindingen. In tegenstelling tot katabolisme, dat is geclassificeerd als een convergent proces, door het verkrijgen van kleine moleculen zoals koolstofdioxide, ammoniak en water, van grote moleculen.

De verschillende katabolische routes nemen de macromoleculen die het voedsel vormen en reduceren het tot zijn kleinere bestanddelen. De anabole routes daarentegen zijn in staat om deze eenheden te nemen en opnieuw meer uitgebreide moleculen te bouwen.

Met andere woorden, het lichaam moet "de configuratie veranderen" van de elementen waaruit het voedsel bestaat dat moet worden gebruikt in de processen die nodig zijn.

Het proces is analoog aan het populaire legospel, waarbij de hoofdbestanddelen verschillende structuren kunnen vormen met een grote verscheidenheid aan ruimtelijke ordeningen.

Gebruik van energie

Katabolisme is verantwoordelijk voor het extraheren van de energie die zit in de chemische bindingen van voedsel, dus het hoofddoel is het genereren van energie. Deze afbraak vindt in de meeste gevallen plaats door oxidatieve reacties.

Het is echter niet vreemd dat de katabole routes het toevoegen van energie in hun initiële stappen vereisen, zoals we zagen in de glycolytische route, die de inversie van de ATP-moleculen vereist..

Aan de andere kant is anabolisme verantwoordelijk voor het toevoegen van de vrije energie geproduceerd in katabolisme om de assemblage van de verbindingen van belang te bereiken. Zowel anabolisme als katabolisme komen constant en gelijktijdig in de cel voor.

Over het algemeen is ATP het molecuul dat wordt gebruikt om energie over te brengen. Dit kan diffunderen naar de gebieden waar het nodig is en wanneer het wordt gehydrolyseerd, wordt de chemische energie in het molecuul vrijgegeven. Op dezelfde manier kan energie worden getransporteerd als waterstofatomen of elektronen.

Deze moleculen worden co-enzymen genoemd en omvatten NADP, NADPH en FMNH₂. Ze handelen door reductiereacties. Bovendien kunnen ze de reductiecapaciteit in ATP overbrengen.

referenties

1. Chan, Y. K., Ng, K.P., & Sim, D. S. M. (red.). (2015). Farmacologische basis van acute zorg. Springer International Publishing.
2. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Uitnodiging voor biologie. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Moleculaire celbiologie. Macmillan.
4. Ronzio, R. A. (2003). De encyclopedie van voeding en een goede gezondheid. Infobase-publicaties.
5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, C. W. (2007). Fundamentals of Biochemistry: Life op moleculair niveau. Ed. Panamericana Medical.