ANABOLISM: FUNCȚII, PROCESE, DIFERENȚE CU CATABOLISMUL - BIOLOGIE - 2025

Anabolismul este o divizie a metabolismului incluzând reacțiile de formare a moleculelor mari de la cele mai mici. Pentru ca această serie de reacții să apară, este necesară o sursă de energie și, în general, este ATP (adenozina trifosfat).

Anabolismul și inversul său metabolic, catabolismul, sunt grupate într-o serie de reacții numite căi metabolice sau căi orchestrate și reglate în primul rând de hormoni. Fiecare pas mic este controlat astfel încât să se producă un transfer treptat de energie.

Sursa: www.publicdomainpictures.net

Procesele anabolice pot lua unitățile de bază care alcătuiesc biomolecule - aminoacizi, acizi grași, nucleotide și monomeri de zahăr - și generează compuși mai complicați, precum proteine, lipide, acizi nucleici și carbohidrați ca producători finali de energie.

Caracteristici

Metabolismul este un termen care cuprinde toate reacțiile chimice care apar în interiorul organismului. Celula seamănă cu o fabrică microscopică în care au loc în mod constant reacții de sinteză și degradare.

Cele două obiective ale metabolismului sunt: ​​în primul rând, utilizarea energiei chimice stocate în alimente și în al doilea rând, înlocuirea structurilor sau substanțelor care nu mai funcționează în organism. Aceste evenimente apar în funcție de nevoile specifice ale fiecărui organism și sunt direcționate de mesageri chimici numiți hormoni.

Energia provine în principal din grăsimile și carbohidrații pe care îi consumăm în alimente. În caz de deficiență, organismul poate utiliza proteine ​​pentru a compensa deficiența.

De asemenea, procesele de regenerare sunt strâns legate de anabolism. Regenerarea țesuturilor este o condiție sine qua non pentru a menține un corp sănătos și pentru a funcționa corect. Anabolismul este responsabil pentru producerea tuturor compușilor celulari care îi mențin în funcțiune.

Există un echilibru delicat în celulă între procesele metabolice. Moleculele mari pot fi descompuse la componentele lor cele mai mici prin reacții catabolice și procesul invers - de la mic la mare - poate apărea prin anabolism.

Procese anabolice

Anabolismul include, într-un mod general, toate reacțiile catalizate de enzime (mici molecule de proteine ​​care accelerează viteza reacțiilor chimice cu mai multe ordine de mărime) responsabile de „construcția” sau sinteza componentelor celulare.

Prezentarea generală a căilor anabolice include următoarele etape: Moleculele simple care participă ca intermediari în ciclul Krebs sunt fie aminate, fie transformate chimic în aminoacizi. Acestea sunt mai târziu asamblate în molecule mai complexe.

Aceste procese necesită energie chimică, provenită din catabolism. Printre cele mai importante procese anabolice se numără: sinteza acidului gras, sinteza colesterolului, sinteza acidului nucleic (ADN și ARN), sinteza proteinelor, sinteza glicogenului și sinteza aminoacizilor.

Rolul acestor molecule în corp și rutele lor de sinteză vor fi descrise succint mai jos:

Sinteza de acizi grași

Lipidele sunt biomolecule extrem de eterogene capabile să genereze o cantitate mare de energie atunci când sunt oxidate, în special molecule de triacilglicerol.

Acizii grași sunt lipidele arhetipale. Sunt alcătuite dintr-un cap și o coadă din hidrocarburi. Acestea pot fi nesaturate sau saturate, în funcție de faptul dacă au sau nu legături duble pe coadă.

Lipidele sunt componentele esențiale ale tuturor membranelor biologice, pe lângă participarea ca substanță de rezervă.

Acizii grași sunt sintetizați în citoplasma celulelor dintr-o moleculă precursoare numită malonil-CoA, derivată din acetil-CoA și bicarbonat. Această moleculă donează trei atomi de carbon pentru a începe creșterea acidului gras.

După formarea malonilului, reacția de sinteză continuă în patru etape esențiale:

-Condensarea acetil-ACP cu malonil-ACP, o reacție care produce acetoacetil-ACP și eliberează dioxid de carbon ca substanță reziduală.

-A doua etapă este reducerea acetoacetil-ACP, de NADPH la D-3-hidroxibutiril-ACP.

-O reacție de deshidratare ulterioară are loc care transformă produsul anterior (D-3-hidroxibutiril-ACP) în crotonil-ACP.

-În final, crotonil-ACP este redus, iar produsul final este butiril-ACP.

Sinteza de colesterol

Colesterolul este un sterol cu ​​un nucleu tipic sterans de 17 carbon. Are roluri diferite în fiziologie, deoarece funcționează ca un precursor al unei varietăți de molecule precum acizii biliari, diferiți hormoni (inclusiv cei sexuali) și este esențial pentru sinteza vitaminei D.

Sinteza are loc în citoplasma celulei, în principal în celulele hepatice. Această cale anabolică are trei faze: mai întâi se formează unitatea de izopren, apoi se realizează asimilarea progresivă a unităților care provoacă squalen, aceasta trece la lanosterol și în final se obține colesterolul.

Activitatea enzimelor din această cale este reglată în principal de raportul relativ dintre hormonii insulină: glucagon. Pe măsură ce acest raport crește, activitatea căii crește proporțional.

Sinteza nucleotidelor

Acizii nucleici sunt ADN și ARN, primul conține toate informațiile necesare pentru dezvoltarea și întreținerea organismelor vii, în timp ce al doilea completează funcțiile ADN-ului.

Atât ADN-ul cât și ARN sunt compuse din lanțuri lungi de polimeri a căror unitate fundamentală este nucleotidele. La rândul lor, nucleotidele sunt alcătuite dintr-un zahăr, o grupare fosfat și o bază azotată. Precursorul purinelor și pirimidinelor este riboza-5-fosfat.

Purinele și pirimidinele sunt produse în ficat din precursori precum dioxid de carbon, glicină, amoniac, printre altele.

Sinteza acidului nucleic

Nucleotidele trebuie unite în catene lungi de ADN sau ARN pentru a-și îndeplini funcția biologică. Procesul implică o serie de enzime care catalizează reacțiile.

Enzima responsabilă de copierea ADN-ului pentru a genera mai multe molecule de ADN cu secvențe identice este ADN-polimerază. Această enzimă nu poate iniția sinteza de novo, așa că trebuie să participe o bucată mică de ADN sau ARN numită grund, care permite formarea lanțului.

Acest eveniment necesită participarea unor enzime suplimentare. Helicaza, de exemplu, ajută la deschiderea dublei helixuri a ADN-ului, astfel încât polimeraza să poată acționa și topoizomeraza este capabilă să modifice topologia ADN-ului, fie prin împrăștiere, fie dezvelind-o.

În mod similar, ARN polimeraza participă la sinteza ARN dintr-o moleculă de ADN. Spre deosebire de procesul anterior, sinteza ARN nu necesită grundul menționat.

Sinteza proteinei

Sinteza proteinelor este un eveniment crucial în toate organismele vii. Proteinele îndeplinesc o mare varietate de funcții, cum ar fi transportul substanțelor sau joacă rolul proteinelor structurale.

Conform „dogmei” centrale a biologiei, după ce ADN-ul este copiat în ARN-ul mesager (așa cum este descris în secțiunea precedentă), este tradus la rândul său de ribozomi într-un polimer de aminoacizi. În ARN, fiecare triplă (trei nucleotide) este interpretată ca unul dintre cei douăzeci de aminoacizi.

Sinteza are loc în citoplasma celulei, unde se găsesc ribozomi. Procesul are loc în patru faze: activare, inițiere, alungire și încheiere.

Activarea constă în legarea unui anumit aminoacid la ARN-ul de transfer corespunzător. Inițierea implică legarea ribozomului la porțiunea 3 'terminal a ARN mesager, asistată de „factori de inițiere”.

Alungirea implică adăugarea de aminoacizi conform mesajului ARN. În cele din urmă, procesul se oprește cu o secvență specifică în ARN-ul mesager, numită prezervative de terminare: UAA, UAG sau UGA.

Sinteza glicogenului

Glicogenul este o moleculă formată din unități de glucoză repetate. Acționează ca o substanță de rezervă de energie și este în mare parte abundentă în ficat și mușchi.

Calea de sinteză se numește glicogenogeneză și necesită participarea enzimei glicogen sintază, ATP și UTP. Calea începe cu fosforilarea glucozei la glucoză-6-fosfat și apoi a glucozei-1-fosfatului. Următorul pas implică adăugarea unui UDP pentru a produce UDP-glucoză și fosfat anorganic.

Molecula UDP-glucoză se adaugă la lanțul de glucoză printr-o legătură alfa 1-4, eliberând nucleotida UDP. În cazul în care apar ramuri, acestea sunt formate din legături alfa 1-6.

Sinteza aminoacizilor

Aminoacizii sunt unități care alcătuiesc proteine. În natură există 20 de tipuri, fiecare cu proprietăți unice fizice și chimice care determină caracteristicile finale ale proteinei.

Nu toate organismele pot sintetiza toate cele 20 de tipuri. De exemplu, oamenii nu pot sintetiza decât 11, restul de 9 trebuie să fie încorporați în dietă.

Fiecare aminoacid are propria sa cale. Cu toate acestea, provin din molecule precursoare, cum ar fi alfa-cetoglutarat, oxaloacetat, 3-fosfoglicerat, piruvat, printre altele.

Reglarea anabolismului

Așa cum am menționat anterior, metabolismul este reglat de substanțe numite hormoni, secretate de țesuturi specializate, fie glandulare, fie epiteliale. Acestea funcționează ca mesageri și natura lor chimică este destul de eterogenă.

De exemplu, insulina este un hormon secretat de pancreas și are un efect major asupra metabolismului. După mese bogate în carbohidrați, insulina funcționează ca stimulent al căilor anabolice.

Astfel, hormonul este responsabil de activarea proceselor care permit sinteza substanțelor de stocare, cum ar fi grăsimile sau glicogenul.

Există perioade de viață în care procesele anabolice sunt predominante, cum ar fi copilăria, adolescența, în timpul sarcinii sau în timpul antrenamentelor axate pe creșterea mușchilor.

Diferențe cu catabolismul

Toate procesele chimice și reacțiile care apar în corpul nostru - în special în celulele noastre - sunt cunoscute la nivel mondial sub numele de metabolism. Putem crește, dezvolta, reproduce și menține căldura corporală datorită acestei serii de evenimente extrem de controlate.

Sinteză versus degradare

Metabolismul presupune utilizarea biomoleculelor (proteine, carbohidrați, lipide sau grăsimi și acizi nucleici) pentru a menține toate reacțiile esențiale ale unui sistem viu.

Obținerea acestor molecule provine din alimentele pe care le consumăm în fiecare zi, iar corpul nostru este capabil să le „descompună” în unități mai mici în timpul procesului de digestie.

De exemplu, proteinele (care pot proveni din carne sau ouă, de exemplu) sunt defalcate în principalele lor componente: aminoacizii. În același mod, putem prelucra carbohidrații în unități mai mici de zahăr, în general glucoză, unul dintre carbohidrații cel mai folosit de organismul nostru.

Corpul nostru este capabil să folosească aceste mici unități - aminoacizi, zaharuri, acizi grași, printre altele - pentru a construi noi molecule mai mari în configurația de care organismul nostru are nevoie.

Procesul de dezintegrare și obținere a energiei se numește catabolism, în timp ce formarea de noi molecule mai complexe este anabolismul. Astfel, procesele de sinteză sunt asociate cu procesele de anabolizare și degradare cu catabolismul.

Ca regulă mnemonică, putem folosi „c” în cuvântul catabolism și să-l raportăm la cuvântul „tăiat”.

Utilizarea energiei

Procesele anabolice necesită energie, în timp ce procesele de degradare produc această energie, în principal sub forma ATP - cunoscută sub numele de moneda energetică a celulei.

Această energie provine din procesele catabolice. Să ne imaginăm că avem un pachet de cărți, dacă avem toate cărțile stivuite bine și le aruncăm pe pământ, ele fac acest lucru spontan (analog cu catabolismul).

Cu toate acestea, în cazul în care dorim să le comandăm din nou, trebuie să aplicăm energie sistemului și să le colectăm de la sol (analog anabolismului).

În unele cazuri, căile catabolice au nevoie de o „injecție de energie” în primii lor pași pentru a începe procesul. De exemplu, glicoliza sau glicoliza este descompunerea glucozei. Această cale necesită utilizarea a două molecule de ATP pentru a începe.

Echilibru între anabolism și catabolism

Pentru a menține un metabolism sănătos și adecvat, este necesar să existe un echilibru între procesele de anabolism și catabolism. În cazul în care procesele de anabolism le depășesc pe cele ale catabolismului, evenimentele de sinteză sunt cele care prevalează. În schimb, atunci când organismul primește mai multă energie decât este necesar, căile catabolice predomină.

Când organismul prezintă adversități, numindu-l boală sau perioade de post prelungit, metabolismul se concentrează pe căile de degradare și trece într-o stare catabolică.

Sursa: De Alejandro Porto, de la Wikimedia Commons

Referințe

1. Chan, YK, Ng, KP, & Sim, DSM (Eds.). (2015). Bazele farmacologice ale îngrijirii acute. Editura Springer International.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Invitație la biologie. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, … și Matsudaira, P. (2008). Biologia celulelor moleculare. Macmillan.
4. Ronzio, RA (2003). Enciclopedia nutriției și a sănătății bune. Editura Infobase.
5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, CW (2007). Bazele biochimiei: Viața la nivel molecular. Editura Medicală Panamericană.