ฟังก์ชั่น catabolism กระบวนการ catabolic ความแตกต่างกับ anabolism



catabolism ครอบคลุมปฏิกิริยาทั้งหมดของการย่อยสลายสารในร่างกาย นอกเหนือจากการ "สลายตัว" ส่วนประกอบของสารชีวโมเลกุลในหน่วยที่เล็กลงปฏิกิริยา catabolic จะสร้างพลังงานส่วนใหญ่ในรูปแบบของ ATP.

เส้นทาง catabolic มีหน้าที่ในการย่อยสลายโมเลกุลที่มาจากอาหาร: คาร์โบไฮเดรตโปรตีนและไขมัน ในระหว่างกระบวนการพลังงานเคมีที่มีอยู่ในพันธบัตรจะถูกปล่อยออกมาเพื่อใช้ในกิจกรรมของเซลล์ที่ต้องการ.

ตัวอย่างของเส้นทาง catabolic ที่รู้จักกันดีคือ: วงจร Krebs, การเกิดออกซิเดชันเบต้าของกรดไขมัน, glycolysis และ oxidative phosphorylation.

โมเลกุลอย่างง่ายที่ผลิตโดย catabolism นั้นถูกใช้โดยเซลล์เพื่อสร้างองค์ประกอบที่จำเป็นรวมทั้งใช้พลังงานที่ได้จากกระบวนการเดียวกัน เส้นทางการสังเคราะห์นี้เป็นปฏิปักษ์ catabolism และเรียกว่า anabolism.

เมแทบอลิซึมของสิ่งมีชีวิตนั้นรวมถึงทั้งการสังเคราะห์และปฏิกิริยาการสลายซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกันและควบคุมภายในเซลล์.

ดัชนี

  • 1 ฟังก์ชั่น
  • 2 กระบวนการ Catabolic
    • 2.1 วงจรยูเรีย
    • 2.2 วงจร Krebs หรือวงจรกรดซิตริก
    • 2.3 Glycolysis
    • 2.4 ฟอสฟอรัสออกซิเดชั่น
    • 2.5 β-oxidation ของกรดไขมัน         
  • 3 ระเบียบของ catabolism
    • 3.1 Cortisol
    • 3.2 อินซูลิน
  • 4 ความแตกต่างกับ anabolism
    • 4.1 การสังเคราะห์และการสลายตัวของโมเลกุล
    • 4.2 การใช้พลังงาน
  • 5 อ้างอิง

ฟังก์ชั่น

Catabolism มีวัตถุประสงค์หลักในการออกซิไดซ์สารอาหารที่ร่างกายใช้เป็น "เชื้อเพลิง" เรียกว่าคาร์โบไฮเดรตโปรตีนและไขมัน การย่อยสลายของสารชีวโมเลกุลเหล่านี้สร้างพลังงานและของเสียส่วนใหญ่คือคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ.

ชุดของเอนไซม์มีส่วนร่วมใน catabolism ซึ่งเป็นโปรตีนที่รับผิดชอบในการเร่งความเร็วของปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นในเซลล์.

สารเชื้อเพลิงเป็นอาหารที่เราบริโภคทุกวัน อาหารของเราประกอบด้วยโปรตีนคาร์โบไฮเดรตและไขมันที่ย่อยสลายโดยวิถีทาง catabolic ร่างกายใช้ไขมันและคาร์โบไฮเดรตเป็นพิเศษแม้ว่าในสถานการณ์ที่มีความขาดแคลน แต่ก็สามารถใช้ในการย่อยสลายโปรตีนได้.

พลังงานที่สกัดด้วย catabolism นั้นมีอยู่ในพันธะเคมีของสารชีวโมเลกุลที่กล่าวถึง.

เมื่อเรากินอาหารเราเคี้ยวมันเพื่อทำให้ย่อยง่ายขึ้น กระบวนการนี้คล้ายคลึงกับ catabolism ซึ่งร่างกายมีหน้าที่รับผิดชอบในการ "ย่อย" อนุภาคในระดับจุลภาคเพื่อให้สามารถใช้ประโยชน์จากเส้นทางสังเคราะห์หรืออะนาโบลิก.

กระบวนการ Catabolic

เส้นทางหรือทางเดิน catabolic รวมถึงกระบวนการทั้งหมดของการย่อยสลายสาร เราสามารถแยกความแตกต่างสามขั้นตอนในกระบวนการ:

- โมเลกุลชีวโมเลกุลต่าง ๆ ที่พบในเซลล์ (คาร์โบไฮเดรตไขมันและโปรตีน) จะถูกย่อยสลายในหน่วยพื้นฐานที่ประกอบด้วย (น้ำตาล, กรดไขมันและกรดอะมิโนตามลำดับ).

- ผลิตภัณฑ์ของระยะที่ฉันผ่านไปยังองค์ประกอบที่เรียบง่ายซึ่งรวมตัวกันบนสื่อกลางทั่วไปที่เรียกว่า acetyl-CoA.

- ในที่สุดสารประกอบนี้จะเข้าสู่วงจร Krebs ซึ่งยังคงออกซิเดชันของมันเพื่อให้โมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ - โมเลกุลสุดท้ายที่ได้รับในปฏิกิริยา catabolic.

ในบรรดาที่โดดเด่นที่สุดคือวงจรยูเรีย, วงจร Krebs, glycolysis, oxidative phosphorylation และเบต้าออกซิเดชันของกรดไขมัน ต่อไปเราจะอธิบายเส้นทางที่กล่าวถึงแต่ละเส้นทาง:

วงจรยูเรีย

วัฏจักรยูเรียเป็นเส้นทาง catabolic ที่เกิดขึ้นใน mitochondria และใน cytosol ของเซลล์ตับ มันมีหน้าที่ในการประมวลผลของอนุพันธ์โปรตีนและผลิตภัณฑ์สุดท้ายของมันคือยูเรีย.

วัฏจักรเริ่มต้นด้วยการเข้ามาของกลุ่มอะมิโนกลุ่มแรกจากเมทริกซ์ของไมโตคอนเดรีย แต่ยังสามารถเข้าสู่ตับผ่านทางลำไส้.

ปฏิกิริยาแรกเกี่ยวข้องกับเส้นทางของ ATP, ไบคาร์บอเนตไอออน (HCO)3-) และแอมโมเนียม (NH)4+) ใน carbomoyl ฟอสเฟต, ADP และ Pผม. ขั้นตอนที่สองคือการผูกพันของ carbomoyl ฟอสเฟตและ ornithine เพื่อให้โมเลกุลของ citrulline และ Pผม. ปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นในเมทริกซ์ยล.

วัฏจักรยังคงดำเนินต่อไปในไซโตซอลโดยที่ซิทรูลีนและแอสพาเททจะถูกรวมเข้าด้วยกันกับ ATP เพื่อสร้างอาร์จิโนซัลไพน์, AMP และ PPผม. argininosuccinate ส่งผ่านไปยัง arginine และ fumarate กรดอะมิโนอาร์จินีนรวมกับน้ำเพื่อให้ ornithine และในที่สุดยูเรีย.

วัฏจักรนี้เชื่อมโยงกับวัฏจักร Krebs เพราะเมตาโบไลต์ฟูมาเรตมีส่วนร่วมในเส้นทางเมแทบอลิซึมทั้งสอง อย่างไรก็ตามแต่ละรอบทำหน้าที่อย่างอิสระ.

ลักษณะทางคลินิกที่เกี่ยวข้องกับเส้นทางนี้ป้องกันไม่ให้ผู้ป่วยรับประทานอาหารที่อุดมด้วยโปรตีน.

วงจร Krebs หรือวงจรกรดซิตริก

วงจร Krebs เป็นเส้นทางที่มีส่วนร่วมในการหายใจของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด เชิงพื้นที่มันเกิดขึ้นในไมโทคอนเดรียของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต.

สารตั้งต้นของวัฏจักรนั้นคือโมเลกุลที่เรียกว่า acetyl coenzyme A ซึ่งควบแน่นกับโมเลกุลออกซาโลเซเตท การรวมกันนี้สร้างสารประกอบของคาร์บอนหกชนิด ในการปฏิวัติแต่ละครั้งวัฏจักรให้ผลผลิตสองโมเลกุลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และหนึ่งโมเลกุลของ oxaloacetate.

วัฏจักรเริ่มต้นด้วยปฏิกิริยาไอโซเมอไรเซชันโดยเร่งปฏิกิริยา aconitase ซึ่งซิเตรตผ่านเข้าไปใน cis-aconite และน้ำ ในทำนองเดียวกัน aconitase เร่งให้ทางเดินของ cis-aconite เข้าสู่ isocitrate.

Isocytrate จะถูกออกซิไดซ์เป็น oxalosuccinate โดย isocitrate dehydrogenase โมเลกุลนี้ถูก decarboxylated ใน alpha-ketoglutarate โดยเอนไซม์เดียวกัน isocitrate dehydrogenase Alpha-ketoglutarate ส่งผ่านไปยัง succinyl-CoA โดยการกระทำของ alpha-ketoglutarate dehydrogenase.

Succinyl-CoA ส่งผ่านไปยัง succinate ซึ่งถูกออกซิไดซ์เพื่อ fumarate โดย succinate dehydrogenase จากนั้น fumarate จะผ่านไปยัง l-malate และในที่สุดก็จะผ่านไปยัง l-malate ไปยัง oxalacetate.

รอบสามารถสรุปได้ในสมการต่อไปนี้: Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH2 + GTP + 2 CO2.

glycolysis

Glycolysis หรือที่เรียกว่า glycolysis เป็นเส้นทางที่สำคัญที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดตั้งแต่แบคทีเรียขนาดเล็กจนถึงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดใหญ่ เส้นทางประกอบด้วยปฏิกิริยาของเอนไซม์ 10 อันที่ทำให้น้ำตาลกลูโคสลดลงเป็นกรดไพรรูวิค.

กระบวนการเริ่มต้นด้วยฟอสโฟรีเลชั่นของโมเลกุลกลูโคสโดยเอนไซม์เฮกซาไคเนส แนวคิดของขั้นตอนนี้คือการ "เปิดใช้งาน" กลูโคสและดักจับภายในเซลล์เนื่องจากกลูโคส -6- ฟอสเฟตไม่มีตัวลำเลียงผ่านซึ่งมันสามารถหลบหนีได้.

isomerase กลูโคส -6- ฟอสเฟตใช้กลูโคส -6- ฟอสเฟตและจัดเรียงใหม่ใน isomer ฟรุกโตส -6- ฟอสเฟต ขั้นตอนที่สามถูกเร่งปฏิกิริยาโดย phosphofructokinase และผลิตภัณฑ์คือฟรุกโตส -16-bisphosphate.

จากนั้นอัลโดเลสจะกำจัดสารประกอบดังกล่าวในไดไฮโดรไซซีโทนโทนฟอสเฟตและไกลโคเจนดีไฮด์ -3 ฟอสเฟต มีความสมดุลระหว่างสารทั้งสองนี้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาโดย isosease triose ฟอสเฟต.

เอนไซม์ glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase ผลิต 1,3-biphosphoglycerate ซึ่งจะถูกแปลงเป็น 3-phosphoglycerate ในขั้นตอนต่อไปโดย kinase phosphoglycerate phosphoglycerate mutase เปลี่ยนตำแหน่งของคาร์บอนและให้ผล 2-phosphoglycerate.

Enolase ใช้เมตาโบไลต์ตัวสุดท้ายนี้และแปลงเป็นฟอสโฟ ขั้นตอนสุดท้ายของทางเดินนั้นถูกเร่งโดย pyruvate kinase และผลิตภัณฑ์สุดท้ายคือ pyruvate.

phosphorylation ออกซิเดชัน

Oxidative phosphorylation เป็นกระบวนการสร้าง ATP เนื่องจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจาก NADH หรือ FADH2 จนถึงออกซิเจนและเป็นขั้นตอนสุดท้ายของกระบวนการหายใจของเซลล์ มันเกิดขึ้นในไมโทคอนเดรียและเป็นแหล่งหลักของโมเลกุล ATP ในสิ่งมีชีวิตที่มีการหายใจแบบใช้ออกซิเจน.

ความสำคัญของมันคือปฏิเสธไม่ได้เนื่องจากโมเลกุล 26 ของ 30 ของ ATP ที่สร้างขึ้นเป็นผลิตภัณฑ์ของการเกิดออกซิเดชันที่สมบูรณ์ของน้ำตาลกลูโคสกับน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์เกิดขึ้นจาก oxidative phosphorylation.

ตามแนวคิดแล้ว oxidative phosphorylation จับคู่กับการเกิดออกซิเดชันและการสังเคราะห์ ATP ด้วยการไหลของโปรตอนผ่านระบบเมมเบรน.

ดังนั้น NADH หรือ FADH2 สร้างขึ้นในเส้นทางที่แตกต่างกันเรียก glycolysis หรือออกซิเดชันของกรดไขมันที่ใช้ในการลดออกซิเจนและพลังงานฟรีที่เกิดขึ้นในกระบวนการที่ใช้สำหรับการสังเคราะห์ ATP.

β-oxidation ของกรดไขมัน         

oxid-oxidation เป็นชุดของปฏิกิริยาที่ทำให้เกิดการออกซิเดชั่นของกรดไขมันเพื่อผลิตพลังงานจำนวนมาก.

กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการปล่อยบริเวณที่เป็นกรดไขมันเป็นระยะจากอะตอมคาร์บอนสองตัวต่อปฏิกิริยาจนกว่าจะสลายตัวกรดไขมันอย่างสมบูรณ์ ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายคือโมเลกุล acetyl-CoA ที่สามารถเข้าสู่วงจร Krebs เพื่อออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์.

ก่อนออกซิเดชั่นกรดไขมันจะต้องถูกกระตุ้นซึ่งมันจะจับกับโคเอ็นไซม์เอตัวส่งคาร์นิทีนมีหน้าที่ในการเปลี่ยนโมเลกุลให้เป็นเมทริกซ์ของไมโทคอนเดรีย.

หลังจากขั้นตอนก่อนหน้านี้ oxid-oxidation เองเริ่มต้นด้วยกระบวนการออกซิเดชั่นไฮเดรชั่นออกซิเดชันโดย NAD+ และ thiolysis.

ระเบียบของ catabolism

จะต้องมีชุดของกระบวนการที่ควบคุมปฏิกิริยาของเอนไซม์ที่แตกต่างกันเนื่องจากสิ่งเหล่านี้ไม่สามารถทำงานได้ตลอดเวลาด้วยความเร็วสูงสุด ดังนั้นเส้นทางของการเผาผลาญจะถูกควบคุมโดยชุดของปัจจัยที่รวมถึงฮอร์โมนควบคุมเซลล์ประสาทความพร้อมใช้งานของพื้นผิวและการปรับเปลี่ยนเอนไซม์.

ในทุกเส้นทางจะต้องมีปฏิกิริยาตอบโต้กลับไม่ได้อย่างน้อยหนึ่งรายการ (นั่นคือหนึ่งในทิศทางเดียว) และนั่นจะเป็นตัวกำหนดความเร็วของถนนทั้งหมด สิ่งนี้จะช่วยให้ปฏิกิริยาตอบสนองทำงานที่ความเร็วที่เซลล์ต้องการและป้องกันการสังเคราะห์และเส้นทางการเสื่อมสภาพจากการทำงานในเวลาเดียวกัน.

ฮอร์โมนเป็นสารสำคัญอย่างยิ่งที่ทำหน้าที่เป็นสารเคมี เหล่านี้ถูกสังเคราะห์ในต่อมไร้ท่อต่าง ๆ และปล่อยเข้าสู่กระแสเลือดเพื่อทำหน้าที่ ตัวอย่างบางส่วนคือ:

คอร์ติซอ

คอร์ติซอลทำหน้าที่ลดกระบวนการสังเคราะห์และเพิ่มเส้นทางการสลายของกล้ามเนื้อ ผลกระทบนี้เกิดขึ้นจากการปล่อยกรดอะมิโนเข้าสู่กระแสเลือด.

อินซูลิน

ในทางตรงกันข้ามมีฮอร์โมนที่มีผลตรงกันข้ามและลด catabolism อินซูลินมีหน้าที่รับผิดชอบในการเพิ่มการสังเคราะห์โปรตีนและในเวลาเดียวกันลดการสลายของพวกเขา ในกรณีนี้การเพิ่มขึ้นของการสลายโปรตีนซึ่งช่วยให้กรดอะมิโนออกไปยังกล้ามเนื้อดีขึ้น.

ความแตกต่างกับ anabolism

Anabolism และ catabolism เป็นกระบวนการที่เป็นปฏิปักษ์ซึ่งรวมถึงจำนวนทั้งสิ้นของปฏิกิริยาการเผาผลาญที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิต.

ทั้งสองกระบวนการต้องการปฏิกิริยาทางเคมีหลายอย่างที่เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์และอยู่ภายใต้การควบคุมของฮอร์โมนอย่างเข้มงวดซึ่งสามารถกระตุ้นหรือชะลอปฏิกิริยาบางอย่าง อย่างไรก็ตามพวกเขาแตกต่างกันในด้านพื้นฐานต่อไปนี้:

การสังเคราะห์และการสลายตัวของโมเลกุล

Anabolism ประกอบด้วยปฏิกิริยาสังเคราะห์ในขณะที่ catabolism มีหน้าที่ในการสลายตัวของโมเลกุล แม้ว่ากระบวนการเหล่านี้จะกลับกัน แต่ก็มีการเชื่อมต่อในสมดุลที่ละเอียดอ่อนของการเผาผลาญ.

ได้มีการกล่าวว่า anabolism เป็นกระบวนการที่แตกต่างเนื่องจากใช้สารประกอบง่าย ๆ และเปลี่ยนเป็นสารที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ตรงกันข้ามกับ catabolism ซึ่งจัดเป็นกระบวนการรวมตัวโดยรับโมเลกุลขนาดเล็กเช่นคาร์บอนไดออกไซด์แอมโมเนียและน้ำจากโมเลกุลขนาดใหญ่.

วิถีทาง catabolic ที่แตกต่างกันนั้นใช้โมเลกุลของแมคโครโมเลกุลที่ก่อตัวเป็นอาหารและลดลงไปสู่องค์ประกอบที่เล็กกว่า ในทางกลับกันเส้นทางอนาโบลิกสามารถใช้หน่วยเหล่านี้และสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อนมากขึ้นอีกครั้ง.

กล่าวอีกนัยหนึ่งร่างกายต้อง "เปลี่ยนการกำหนดค่า" ขององค์ประกอบที่ประกอบขึ้นเป็นอาหารที่จะใช้ในกระบวนการที่ต้องการ.

กระบวนการนี้คล้ายคลึงกับเกมยอดนิยมของ legos ซึ่งองค์ประกอบหลักสามารถสร้างโครงสร้างที่แตกต่างกันด้วยการจัดเรียงเชิงพื้นที่ที่หลากหลาย.

การใช้พลังงาน

Catabolism มีหน้าที่ในการสกัดพลังงานที่มีอยู่ในพันธะเคมีของอาหารดังนั้นเป้าหมายหลักคือการสร้างพลังงาน การสลายตัวนี้เกิดขึ้นในกรณีส่วนใหญ่โดยปฏิกิริยาออกซิเดชั่น.

อย่างไรก็ตามมันไม่แปลกที่เส้นทาง catabolic ต้องการการเพิ่มพลังงานในขั้นตอนเริ่มต้นดังที่เราเห็นใน glycolytic pathway ซึ่งต้องการการผกผันของโมเลกุล ATP.

ในอีกทางหนึ่ง, anabolism มีหน้าที่ในการเพิ่มพลังงานฟรีที่ผลิตใน catabolism เพื่อให้บรรลุการชุมนุมของสารประกอบที่น่าสนใจ. ทั้ง anabolism และ catabolism เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและพร้อมกันในเซลล์.

โดยทั่วไป ATP เป็นโมเลกุลที่ใช้ในการถ่ายโอนพลังงาน สิ่งนี้สามารถกระจายไปยังพื้นที่ที่ต้องการและเมื่อไฮโดรไลซ์พลังงานเคมีที่มีอยู่ในโมเลกุลถูกปล่อยออกมา ในทำนองเดียวกันพลังงานสามารถขนส่งได้เช่นอะตอมไฮโดรเจนหรืออิเล็กตรอน.

โมเลกุลเหล่านี้เรียกว่าโคเอ็นไซม์และรวมถึง NADP, NADPH และ FMNH2. พวกมันทำหน้าที่ลดปฏิกิริยา นอกจากนี้พวกเขาสามารถถ่ายโอนกำลังการผลิตลดลงใน ATP.

การอ้างอิง

  1. Chan, Y. K. , Ng, K. P. , & Sim, D. S. M. (Eds.) (2015). พื้นฐานทางเภสัชวิทยาของการดูแลแบบเฉียบพลัน. สำนักพิมพ์นานาชาติของสปริงเกอร์.
  2. Curtis, H. , & Barnes, N. S. (1994). ขอเชิญทางชีววิทยา. Macmillan.
  3. Lodish, H. , Berk, A. , Darnell, J.E. , ไกเซอร์, C.A. , Krieger, M. , Scott, M.P. , ... & Matsudaira, P. (2008). ชีววิทยาของเซลล์ระดับโมเลกุล. Macmillan.
  4. Ronzio, R. A. (2003). สารานุกรมของโภชนาการและสุขภาพที่ดี. การเผยแพร่ Infobase.
  5. Voet, D. , Voet, J. , & Pratt, C. W. (2007). ความรู้พื้นฐานทางชีวเคมี: ชีวิตในระดับโมเลกุล. Ed. Panamericana การแพทย์.