Общи принципи на метаболизма
Снимка от Holger Link на Unsplash
Най-общо метаболизмът работи по следния начин: Хранителните вещества се използват според нуждите на тялото и се създават продукти, които човешкото тяло не може да използва повече. След това тези вещества се екскретират чрез дишане, урина, изпражнения и пот. Като хетеротропно живо същество, хората трябва да поглъщат хранителни вещества отвън. Не може да се грижи за себе си, както растенията чрез фотосинтеза.
Метаболитните процеси са предимно сложни биохимични реакционни вериги, в хода на които или богатите на енергия вещества се произвеждат за съхранение, или те се разграждат, за да генерират енергия. Така че има баланс между натрупването и разграждането на биомасата, фокусът на който е адаптиран към текущите нужди на организма.
Важен принцип в метаболизма са реакционните цикли, т.е.реакционните вериги, които се движат в кръгове (например цикъла на лимонената киселина). Началната и крайната подложки са един и същ материал. По-нататъшните реакции са свързани с превръщането на веществата една в друга, при което енергията, ковалентните връзки на веществата се съхраняват в друга форма или това се освобождава.
Аденозин трифосфатът (АТФ) е централна молекула в метаболизма. Това е, така да се каже, енергийната валута на тялото. АТФ участва като енергиен източник в почти всички метаболитни процеси. Следователно АТФ е и енергийният източник за свиване на всички мускули в тялото.
Хормоните играят решаваща роля в регулирането на метаболизма. Това става особено ясно при заболявания, при които производството на хормони се увеличава или намалява.
Основни термини: метаболизъм, катаболизъм, анаболизъм, междинни продукти, метаболити (кратки определения)
метаболизъм: Метаболизмът е синоним на метаболизъм.
Катаболизъм: Терминът катаболизъм включва всички метаболитни процеси, при които биомасата се разгражда. Сложните молекули се разделят на по-прости молекули. Целта на тези процеси е да освободят енергията, съхранявана в тази биомаса (например мазнини или гликоген). Това води до катаболни метаболитни ситуации по време на глад или физическо натоварване. Глюкагонът и адреналинът са хормони със силен катаболен ефект.
Анаболизъм: Обратното на катаболизма е анаболизмът. Тук биомасата се натрупва след поглъщане на храна. Започвайки от прости молекулярни структури, се синтезират по-сложни вещества. Енергията на храната се съхранява във възможно най-кондензираната форма. Така е напр. Натрупват мазнини и гликоген. Инсулинът е класически анаболен хормон.
Междинен: Метаболизмът е структуриран по такъв начин, че няколко метаболитни пътя или имат определена молекула като краен продукт, или започват с тази молекула. Тези така наречени междинни продукти (напр. Acetyl-CoA) представляват междинни станции. В зависимост от текущата ситуация (катаболна или анаболна), следващите пътища след това се поемат от тези станции.
Например мазнините и аминокиселините от храната могат да се разградят до ацетил-КоА. Ако тялото в момента си почива (анаболна ситуация), енергията, съдържаща се в това съединение, се използва за синтеза на ендогенни мазнини (синтез на мастни киселини) и гликоген (синтез на гликоген). Енергията се съхранява. Ако тялото е в стрес (катаболна ситуация), ацетил-КоА се въвежда в цикъла на лимонената киселина и се произвежда АТФ.
Метаболити: Метаболитите са вещества, които се появяват в хода на метаболизма в клетката. Те възникват чрез ензимно катализирани реакции и могат да възникнат при последващи реакции.
Организация на метаболизма
Метаболизмът може да бъде разделен на по-големи групи. Така че има метаболизъм на въглехидратите, мазнините и протеините. Тези три области не трябва да се разглеждат изолирано, тъй като те могат да се слеят една в друга в някои точки чрез образуването на междинни продукти. Съществуват редица други метаболитни пътища, но тези три групи са особено важни.
И в трите случая може да се наблюдава организация на силно сложни структури в прости молекули (или обратно). При метаболизма на въглехидратите погълнатите захари се съхраняват в черния дроб и мускулите, например под формата на силно разклонен гликоген. Ако се изисква енергия, глюкозата се освобождава от гликогена и гликолизата създава междинен ацетил-КоА. След това може да се използва в цикъла на лимонената киселина. И накрая, водата се образува в дихателната верига в митохондрията, която е проста молекула в края на този метаболитен път.
Фактът, че междинните продукти като ацетил-КоА са връзката между метаболитните пътища, може да се определи от факта, че разграждането на мазнините от сложните триацилглицериди и някои протеини със също толкова сложна третична структура води до производството на тази молекула. В същото време това е и отправна точка за синтеза на мастни киселини.Ако например консумирате особено голям брой въглехидрати и не изразходвате енергията, ацетил-КоА се натрупва и се стимулира синтеза на мастни киселини. Тук може да се види преходът от метаболизъм на въглехидрати към мазнини.
Преглед на важни органични реакции
Има особено важни реакции във всеки метаболитен път. Обикновено това са реакции, които са в началото на реакционната верига. В повечето случаи те са силно ексергонични и следователно необратими. Ако ензимите, които катализират тези реакции на пейсмейкъра, са инхибирани, метаболитните пътища могат да бъдат регулирани. Това разбира се е привлекателно за фармакологията.
Една такава реакция е например фосфорилирането на фруктоза-6-фосфат в позиция 1 от ензима фосфофруктокиназа. Това е ограничаващата скоростта стъпка в гликолизата. Допълнителни примери за такива реакции са карбоксилирането на ацетил-КоА в контекста на синтеза на мастни киселини и дехидрирането на глюкозо-6-фосфат по пътя на пентозата фосфат.
АТФ и функцията на органичните фосфати (кратко обяснение)
Както вече споменахме, АТФ е най-важният енергиен носител в биохимията. Това е нуклеотидът аденозин, който е свързан с три фосфатни групи (α, β, γ). Фосфатните групи са свързани последователно една с друга и могат да бъдат разделени постепенно. Разцепването на високоенергийната киселинна анхидридна връзка освобождава енергия, която може да се използва за по-нататъшни реакции.
Това позволява на главата на миозина в мускула да се наклони, което води до свиване на мускула. Също така е важна функция на АТФ да позволи протичането на реакции с положителен ΔG. Поради свързването към разцепването на киселинната анхидридна връзка със силно отрицателен ΔG, сумата от ΔG и на двете реакции става отрицателна и по този начин става възможна.
В допълнение, нуклеотидите ATP, GTP, CTP и TTP в тяхната деоксигенирана форма са градивните елементи на ДНК. Фосфатите са необходими и в биохимията за регулиране на протеините. Киназите могат да прехвърлят фосфати към протеини и по този начин да ги активират или инхибират. Фосфатазите са противниците, които могат да отстранят фосфатните групи отново.
Популярни въпроси
Точните отговори могат да бъдат намерени под препратките.
1. Какво се отнася за ацетил-КоА?
- Не може да се обработва допълнително в метаболизма.
- Той е междинен продукт на много метаболитни пътища и по този начин свързва няколко пътища.
- Той е краен продукт на глюконеогенезата.
- Той не играе роля в метаболизма на мазнините.
- Това е протеин.
2. Какво не се отнася за ATP?
- Киселинните анхидридни връзки между фосфатните групи носят много енергия.
- Чрез разделяне на АТФ могат да бъдат възможни силни ендергонични реакции.
- АТФ играе централна роля в мускулната контракция.
- Той помага за изграждането на ДНК.
- Глюкозата е част от АТФ