ANABOLISMUS: FUNKCE, PROCESY, ROZDÍLY S KATABOLISMEM - BIOLOGIE - 2025

Anabolismus je rozdělení metabolismu, včetně tvorby reakcí velkých molekul z menších. K tomu, aby došlo k této sérii reakcí, je nutný zdroj energie a obecně je to ATP (adenosintrifosfát).

Anabolismus a jeho metabolický inverzní efekt, katabolismus, jsou seskupeny do řady reakcí nazývaných metabolické dráhy nebo cesty organizované a regulované primárně hormony. Každý malý krok je řízen tak, aby došlo k postupnému přenosu energie.

Zdroj: www.publicdomainpictures.net

Anabolické procesy mohou brát základní jednotky, které tvoří biomolekuly - aminokyseliny, mastné kyseliny, nukleotidy a cukrové monomery - a vytvářet složitější sloučeniny, jako jsou proteiny, lipidy, nukleové kyseliny a uhlohydráty, jako koneční výrobci energie.

Funkce

Metabolismus je termín, který zahrnuje všechny chemické reakce, které se vyskytují v těle. Buňka se podobá mikroskopické továrně, kde neustále probíhají syntézní a degradační reakce.

Dva cíle metabolismu jsou: za prvé, použití chemické energie uložené v potravě, a za druhé, k nahrazení struktur nebo látek, které již v těle nefungují. Tyto události se objevují podle specifických potřeb každého organismu a jsou řízeny chemickými posly zvanými hormony.

Energie pochází hlavně z tuků a uhlohydrátů, které konzumujeme v potravinách. V případě nedostatku může tělo použít nedostatek bílkovin.

Také regenerační procesy jsou úzce spojeny s anabolismem. Regenerace tkání je podmínkou sine qua non, která udržuje zdravé tělo a funguje správně. Anabolismus je zodpovědný za produkci všech buněčných sloučenin, které udržují jejich fungování.

Mezi metabolickými procesy je v buňce jemná rovnováha. Velké molekuly lze rozložit na jejich nejmenší složky katabolickými reakcemi a zpětný proces - od malých až po velké - se může objevit prostřednictvím anabolismu.

Anabolické procesy

Anabolismus obecně zahrnuje všechny reakce katalyzované enzymy (malé proteinové molekuly, které urychlují rychlost chemických reakcí o několik řádů) a které jsou odpovědné za „konstrukci“ nebo syntézu buněčných složek.

Přehled anabolických drah zahrnuje následující kroky: Jednoduché molekuly, které se účastní jako meziprodukty v Krebsově cyklu, jsou buď aminovány nebo chemicky přeměněny na aminokyseliny. Ty jsou později sestaveny do složitějších molekul.

Tyto procesy vyžadují chemickou energii pocházející z katabolismu. Mezi nejdůležitější anabolické procesy patří: syntéza mastných kyselin, syntéza cholesterolu, syntéza nukleových kyselin (DNA a RNA), syntéza proteinů, syntéza glykogenu a syntéza aminokyselin.

Role těchto molekul v těle a způsoby jejich syntézy budou stručně popsány níže:

Syntéza mastných kyselin

Lipidy jsou vysoce heterogenní biomolekuly schopné oxidovat velké množství energie, zejména molekuly triacylglycerolu.

Mastné kyseliny jsou archetypální lipidy. Jsou složeny z hlavy a ocasu z uhlovodíků. Ty mohou být nenasycené nebo nasycené, v závislosti na tom, zda mají dvojité vazby na ocasu.

Lipidy jsou kromě účasti jako rezervní látky také nezbytnou součástí všech biologických membrán.

Mastné kyseliny jsou syntetizovány v cytoplazmě buňky z prekurzorové molekuly zvané malonyl-CoA, odvozené od acetyl-CoA a bikarbonátu. Tato molekula daruje tři atomy uhlíku pro zahájení růstu mastné kyseliny.

Po vytvoření malonilu pokračuje syntézní reakce ve čtyřech základních krocích:

- Kondenzace acetyl-ACP s malonyl-ACP, reakce, která produkuje acetoacetyl-ACP a uvolňuje oxid uhličitý jako odpadní látku.

- Druhým krokem je redukce acetoacetyl-ACP pomocí NADPH na D-3-hydroxybutyryl-ACP.

- Následná dehydratační reakce, která převádí předchozí produkt (D-3-hydroxybutyryl-ACP) na krotonyl-ACP.

- Konečně, krotonyl-ACP je snížen a konečný produkt je butyryl-ACP.

Syntéza cholesterolu

Cholesterol je sterol s typickým jádrem 17-uhlíkových steranů. Má různé role ve fyziologii, protože funguje jako předchůdce řady molekul, jako jsou žlučové kyseliny, různé hormony (včetně sexuálních) a je nezbytný pro syntézu vitamínu D.

Syntéza nastává v cytoplazmě buňky, primárně v jaterních buňkách. Tato anabolická cesta má tři fáze: nejprve se vytvoří isoprenová jednotka, potom dojde k progresivní asimilaci jednotek, aby se vytvořil skvalen, který přechází na lanosterol a nakonec se získá cholesterol.

Aktivita enzymů v této cestě je regulována hlavně relativním poměrem hormonů inzulín: glukagon. Jak se tento poměr zvyšuje, aktivita dráhy se úměrně zvyšuje.

Syntéza nukleotidů

Nukleové kyseliny jsou DNA a RNA, první obsahuje všechny informace nezbytné pro vývoj a údržbu živých organismů, zatímco druhá doplňuje funkce DNA.

DNA i RNA jsou složeny z dlouhých řetězců polymerů, jejichž základní jednotkou jsou nukleotidy. Nukleotidy jsou zase tvořeny cukrem, fosfátovou skupinou a dusíkatou bází. Prekurzorem purinů a pyrimidinů je ribóza-5-fosfát.

Puriny a pyrimidiny se vyrábějí v játrech mimo jiné z prekurzorů, jako je oxid uhličitý, glycin, amoniak.

Syntéza nukleových kyselin

Nukleotidy musí být spojeny do dlouhých řetězců DNA nebo RNA, aby mohly plnit svou biologickou funkci. Tento proces zahrnuje řadu enzymů, které katalyzují reakce.

Enzymem zodpovědným za kopírování DNA za vzniku více molekul DNA se stejnými sekvencemi je DNA polymeráza. Tento enzym nemůže iniciovat syntézu de novo, takže se musí účastnit malý kousek DNA nebo RNA nazývaný primer, který umožňuje tvorbu řetězce.

Tato událost vyžaduje účast dalších enzymů. Helikáza například pomáhá otevřít dvojitou spirálu DNA, takže polymeráza může působit a topoisomeráza je schopna modifikovat topologii DNA buď zamotáním nebo rozmotáním.

Podobně se RNA polymeráza účastní syntézy RNA z molekuly DNA. Na rozdíl od předchozího postupu syntéza RNA nevyžaduje uvedený primer.

Proteosyntéza

Syntéza proteinů je zásadní událostí ve všech živých organismech. Proteiny vykonávají celou řadu funkcí, jako je transport látek nebo hraní strukturálních proteinů.

Podle ústředního „dogmatu“ biologie se DNA po zkopírování do messengerové RNA (jak je popsáno v předchozí části) převádí ribozomy do polymeru aminokyselin. V RNA je každý triplet (tři nukleotidy) interpretován jako jedna z dvaceti aminokyselin.

K syntéze dochází v cytoplazmě buňky, kde se nacházejí ribozomy. Proces probíhá ve čtyřech fázích: aktivace, iniciace, prodloužení a ukončení.

Aktivace sestává z vazby konkrétní aminokyseliny na odpovídající transferovou RNA. Zahájení zahrnuje vazbu ribozomu na 3 'koncovou část messengerové RNA, za pomoci „iniciačních faktorů“.

Prodloužení zahrnuje přidání aminokyselin podle zprávy RNA. Nakonec se proces zastaví specifickou sekvencí v messengerové RNA, nazývanou terminační kondomy: UAA, UAG nebo UGA.

Syntéza glykogenu

Glykogen je molekula tvořená opakujícími se glukózovými jednotkami. Působí jako energetická rezervní látka a je většinou hojná v játrech a svalu.

Cesta syntézy se nazývá glykogenogeneze a vyžaduje účast enzymu glykogen syntáza, ATP a UTP. Cesta začíná fosforylací glukózy na glukózu-6-fosfát a poté na glukózu-1-fosfát. Další krok zahrnuje přidání UDP za vzniku UDP-glukózy a anorganického fosfátu.

Molekula UDP-glukózy se přidává k glukózovému řetězci prostřednictvím alfa 1-4 vazby a uvolňuje nukleotid UDP. V případě výskytu větví se vytvoří vazby alfa 1-6.

Syntéza aminokyselin

Aminokyseliny jsou jednotky, které tvoří proteiny. V přírodě existuje 20 typů, z nichž každý má jedinečné fyzikální a chemické vlastnosti, které určují konečné vlastnosti proteinu.

Ne všechny organismy dokážou syntetizovat všech 20 typů. Například lidé mohou syntetizovat pouze 11, zbývajících 9 musí být začleněno do stravy.

Každá aminokyselina má svou vlastní cestu. Pocházejí však mimo jiné z prekurzorových molekul, jako jsou alfa-ketoglutarát, oxaloacetát, 3-fosfoglycerát, pyruvát.

Regulace anabolismu

Jak jsme již zmínili dříve, metabolismus je regulován látkami nazývanými hormony, které jsou vylučovány specializovanými tkáněmi, buď žlázovými nebo epiteliálními. Fungují jako poslové a jejich chemická povaha je velmi heterogenní.

Například inzulín je hormon vylučovaný pankreasem a má hlavní účinek na metabolismus. Po jídle s vysokým obsahem uhlohydrátů působí inzulín jako stimulátor anabolických drah.

Hormon je tedy zodpovědný za aktivaci procesů, které umožňují syntézu ukládacích látek, jako jsou tuky nebo glykogen.

Existují období života, kde převažují anabolické procesy, jako je dětství, dospívání, během těhotenství nebo během tréninku zaměřené na růst svalů.

Rozdíly s katabolismem

Všechny chemické procesy a reakce, které se vyskytují v našem těle - konkrétně v našich buňkách - jsou globálně známé jako metabolismus. Díky této vysoce kontrolované řadě událostí můžeme růst, vývoj, reprodukci a udržování tělesného tepla.

Syntéza versus degradace

Metabolismus zahrnuje použití biomolekul (bílkoviny, uhlohydráty, lipidy nebo tuky a nukleové kyseliny) k udržení všech základních reakcí živého systému.

Získání těchto molekul pochází z potravin, které jíme každý den, a naše tělo je dokáže během trávicího procesu „rozložit“ na menší jednotky.

Například proteiny (které mohou pocházet například z masa nebo vajec) jsou rozděleny na hlavní složky: aminokyseliny. Stejným způsobem můžeme zpracovat uhlohydráty na menší jednotky cukru, obvykle glukózy, jednoho z nejužívanějších sacharidů v našem těle.

Naše tělo je schopné tyto malé jednotky - mezi jinými aminokyseliny, cukry, mastné kyseliny - použít k vytváření nových větších molekul v konfiguraci, kterou naše tělo potřebuje.

Proces rozpadu a získání energie se nazývá katabolismus, zatímco vznik nových komplexnějších molekul je anabolismus. Syntetické procesy jsou tedy spojeny s anabolismem a degradační procesy s katabolismem.

Jako mnemonické pravidlo můžeme použít slovo „c“ ve slově katabolismus a spojit jej se slovem „řez“.

Využití energie

Anabolické procesy vyžadují energii, zatímco degradační procesy ji produkují, hlavně ve formě ATP - známé jako energetická měna buňky.

Tato energie pochází z katabolických procesů. Představme si, že máme balíček karet, pokud máme všechny karty naskládané úhledně a hodíme je na zem, dělají to spontánně (analogicky katabolismu).

Pokud je však chceme znovu objednat, musíme do systému vložit energii a sbírat je ze země (analogicky jako anabolismus).

V některých případech vyžadují katabolické dráhy „vstřikování energie“ v prvních krocích, aby byl proces zahájen. Například glykolýza nebo glykolýza je rozklad glukózy. Tato cesta vyžaduje použití dvou molekul ATP, abyste mohli začít.

Rovnováha mezi anabolismem a katabolismem

Pro udržení zdravého a přiměřeného metabolismu je nezbytné, aby byla rovnováha mezi procesy anabolismu a katabolismu. V případě, že procesy anabolismu převyšují procesy katabolismu, převládají syntézní události. Naopak, když tělo dostává více energie, než je nutné, převažují katabolické dráhy.

Když tělo zažije protivenství, nazývá to nemocí nebo obdobím dlouhodobého půstu, metabolismus se zaměřuje na degradační dráhy a přechází do katabolického stavu.

Zdroj: Alejandro Porto, z Wikimedia Commons

Reference

1. Chan, YK, Ng, KP a Sim, DSM (Eds.). (2015). Farmakologické základy akutní péče. Springer International Publishing.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Pozvánka k biologii. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Biologie molekulárních buněk. Macmillan.
4. Ronzio, RA (2003). Encyklopedie výživy a dobrého zdraví. Infobase Publishing.
5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, CW (2007). Základy biochemie: Život na molekulární úrovni. Panamerican Medical Ed.