KATABOLISMO: MGA PAG-ANDAR AT PROSESO NG CATABOLIC - BIOLOGY - 2025

Ang catabolism ay sumasaklaw sa lahat ng mga marawal na reaksyon ng mga sangkap sa katawan. Bilang karagdagan sa "paghiwa-hiwalayin" ang mga sangkap ng biomolecules sa kanilang pinakamaliit na yunit, ang mga reaksyon ng catabolic ay gumagawa ng enerhiya, higit sa lahat sa anyo ng ATP.

Ang mga landas ng catabolic ay may pananagutan para sa pagpapabagal sa mga molekula na nagmumula sa pagkain: karbohidrat, protina at lipid. Sa panahon ng proseso, ang enerhiya ng kemikal na nilalaman sa mga bono ay pinakawalan upang magamit sa mga aktibidad sa cellular na nangangailangan nito.

Pinagmulan: Ni EsquemaCatabolismo.svg: aking sarili; pagwawasto ng mga maliliit na pagkakamali: Basquetteurderivative work: Gustavocarra (EsquemaCatabolismo.svg), sa pamamagitan ng Wikimedia Commons

Ang ilang mga halimbawa ng mga kilalang landas ng catabolic ay: ang Krebs cycle, beta oksihenasyon ng mga fatty acid, glycolysis, at oxidative phosphorylation.

Ang mga simpleng molekula na ginawa ng catabolism ay ginagamit ng cell upang mabuo ang mga kinakailangang elemento, ginagamit din ang enerhiya na ibinigay ng parehong proseso. Ang landas ng synthesis na ito ay ang antagonist ng catabolism at tinatawag na anabolismo.

Ang metabolismo ng isang organismo ay sumasaklaw sa parehong mga reaksyon ng synthesis at degradation, na nangyayari nang sabay-sabay at sa isang kinokontrol na paraan sa loob ng cell.

Mga Tampok

Ang pangunahing layunin ng Catabolism ay upang ma-oxidize ang mga nutrisyon na ginagamit ng katawan bilang "gasolina", na tinatawag na karbohidrat, protina at taba. Ang pagkasira ng mga biomolecule na ito ay bumubuo ng mga produkto ng enerhiya at basura, pangunahin ang carbon dioxide at tubig.

Ang isang serye ng mga enzyme ay nakikilahok sa catabolism, na mga protina na responsable para sa pabilisin ang bilis ng mga reaksyon ng kemikal na nagaganap sa cell.

Ang mga sangkap na gasolina ay ang pagkain na kinakain natin araw-araw. Ang aming diyeta ay binubuo ng mga protina, karbohidrat at taba na napabagsak ng mga landas ng catabolic. Mas pinipili ng katawan ang mga taba at karbohidrat, bagaman sa mga sitwasyon ng kakulangan maaari itong maisagawa sa pagkasira ng mga protina.

Ang enerhiya na nakuha ng catabolism ay nakapaloob sa mga bono ng kemikal ng nabanggit na biomolecules.

Kapag kumokonsumo tayo ng anumang pagkain, chew namin ito upang mas madaling matunaw. Ang prosesong ito ay magkatulad sa catabolism, kung saan ang katawan ay namamahala ng "digesting" ang mga particle sa antas ng mikroskopiko upang magamit sila ng mga synthetic o anabolic ruta.

Mga proseso ng catabolic

Ang mga catabolic pathways o pathway ay kasama ang lahat ng mga proseso ng marawal na kalagayan. Maaari naming makilala ang tatlong yugto sa proseso:

- Ang iba't ibang mga biomolecules na natagpuan sa cell (karbohidrat, taba at protina) ay nalulumbay sa mga pangunahing yunit na bumubuo sa kanila (mga asukal, fatty acid at amino acid, ayon sa pagkakabanggit).

- Ang mga produkto ng entablado ay ipinapasa ko sa mas simpleng mga nasasakupan, na nakikipag-ugnay sa isang karaniwang intermediate na tinatawag na acetyl-CoA.

- Sa wakas, ang tambalang ito ay pumapasok sa siklo ng Krebs, kung saan ipinagpapatuloy nito ang oksihenasyon hanggang sa magbunga ito ng mga molekula ng carbon dioxide at tubig - ang pangwakas na mga molekula na nakuha sa anumang reaksyon ng catabolic.

Kabilang sa mga pinakaprominente ay ang siklo ng urea, siklo ng Krebs, glycolysis, oxidative phosphorylation at beta oksihenasyon ng mga fatty acid. Sa ibaba ay ilalarawan namin ang bawat isa sa mga nabanggit na ruta:

Ang siklo ng urea

Ang siklo ng urea ay isang catabolic pathway na nangyayari sa mitochondria at sa cytosol ng mga selula ng atay. Ito ay responsable para sa pagproseso ng mga derivatives ng protina at ang pangwakas na produkto nito ay ang urea.

Ang ikot ay nagsisimula sa pagpasok ng unang pangkat ng amino mula sa matrix ng mitochondria, bagaman maaari rin itong makapasok sa atay sa pamamagitan ng bituka.

Ang unang hakbang na reaksyon ay nagsasangkot sa ATP, bicarbonate ions (HCO ₃ ^- ) at ammonium (NH ₄ ⁺ ) carbomoyl phosphate, ADP at P _i . Ang pangalawang hakbang ay binubuo ng unyon ng carbomoyl pospeyt at ornithine upang magbunga ng isang molekula ng citrulline at P _i . Ang mga reaksyon na ito ay nangyayari sa mitochondrial matrix.

Ang siklo ay nagpapatuloy sa cytosol, kung saan ang citrulline at aspartate condense kasama ang ATP upang makabuo ng argininosuccinate, AMP at PP _i . Ang Argininosuccinate ay pumasa sa arginine at fumarate. Ang amino acid arginine ay pinagsasama ng tubig upang magbigay ng ornithine at sa wakas urea.

Ang siklo na ito ay magkakaugnay sa Krebs cycle dahil ang fumarate metabolite ay nakikilahok sa parehong mga metabolic pathway. Gayunpaman, ang bawat siklo ay kumikilos nang nakapag-iisa.

Ang mga klinikal na pathologies na may kaugnayan sa daang ito ay pinipigilan ang pasyente mula sa pagkain ng isang diyeta na mayaman sa protina.

Ang Krebs cycle o citric acid cycle

Ang Krebs cycle ay isang landas na nakikilahok sa cellular respiratory ng lahat ng mga organismo. Spatially, nangyayari ito sa mitochondria ng eukaryotic organism.

Ang hudyat sa pag-ikot ay isang molekula na tinatawag na acetyl coenzyme A, na nagbibigay ng isang molekula ng oxaloacetate. Ang unyon na ito ay bumubuo ng isang anim na carbon compound. Sa bawat rebolusyon, ang siklo ay nagbubunga ng dalawang molekula ng carbon dioxide at isang molekula ng oxaloacetate.

Ang siklo ay nagsisimula sa isang reaksyon ng isomerization na naparalisa ng aconitase, kung saan ang citrate ay pumasa sa cis-aconitate at tubig. Katulad nito, ang aconitase ay catalyzes ang pagpasa ng cis-aconitate sa isocitrate.

Ang Isocitrate ay na-oxidized sa oxalosuccinate sa pamamagitan ng isocitrate dehydrogenase. Ang molekula na ito ay decarboxylated sa alpha-ketoglutarate ng parehong enzyme, isocitrate dehydrogenase. Ang Alpha-ketoglutarate ay na-convert sa succinyl-CoA sa pamamagitan ng pagkilos ng alpha-ketoglutarate dehydrogenase.

Ang Succinyl-CoA ay nagiging succinate, na kung saan ay na-oxidized upang mag-fumarate sa pamamagitan ng succinate dehydrogenase. Ang matagumpay na fumarate ay nagiging l-malate at sa wakas ang l-malate ay nagiging oxaloacetate.

Ang ikot ay maaaring ibubuod sa sumusunod na equation: Acetyl-CoA + 3 NAD ⁺ + FAD + GDP + Pi + 2 H ₂ O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH ₂ + GTP + 2 CO ₂ .

Glycolysis

Ang Glycolysis, na tinawag ding glycolysis, ay isang mahalagang landas na naroroon sa halos lahat ng mga nabubuhay na organismo, mula sa mikroskopikong bakterya hanggang sa malalaking mammal. Ang ruta ay binubuo ng 10 mga reaksiyong enzymatic na nagpapabagsak ng glucose sa pyruvic acid.

Ang proseso ay nagsisimula sa phosphorylation ng glucose ng glucose ng enzyme hexokinase. Ang ideya ng hakbang na ito ay "buhayin" ang glucose at bitag ito sa loob ng cell, dahil ang glucose-6-phosphate ay walang transporter kung saan maaari itong makatakas.

Ang Glucose-6-phosphate isomerase ay tumatagal ng glucose-6-pospeyt at muling binubuo sa ismer ng fructose-6-phosphate na ito. Ang pangatlong hakbang ay catalyzed ng phosphofructokinase at ang produkto ay fructose-1,6-bisphosphate.

Pagkatapos, tinatanggal ng aldolase ang nasa itaas na tambalan sa dihydroxyacetone phosphate at glyceraldehyde-3-phosphate. Mayroong isang balanse sa pagitan ng dalawang mga compound na na-catalyzed ng triose phosphate isomerase.

Ang enzyme glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase ay gumagawa ng 1,3-bisphosphoglycerate na na-convert sa 3-phosphoglycerate sa susunod na hakbang sa pamamagitan ng phosphoglycerate kinase. Ang Phosphoglycerate mutase ay nagbabago sa posisyon ng carbon at nagbubunga ng 2-phosphoglycerate.

Kinukuha ng Eolase ang huli na metabolite at pinapalitan ito sa phosphoenolpyruvate. Ang huling hakbang sa daanan ay naka-catalyzed ng pyruvate kinase at ang dulo ng produkto ay pyruvate.

Oxidative phosphorylation

Ang Oxidative phosphorylation ay isang proseso ng pagbuo ng ATP salamat sa paglipat ng mga electron mula sa NADH o FADH ₂ sa oxygen at bumubuo sa huling hakbang sa mga proseso ng paghinga ng cellular. Nangyayari ito sa mitochondria at ito ang pangunahing pinagmumulan ng mga molekulang ATP sa aerobic respiratory organism.

Ang kahalagahan nito ay hindi maikakaila, dahil 26 sa 30 na mga molekulang ATP na nabuo bilang isang produkto ng kumpletong oksihenasyon ng glucose sa tubig at carbon dioxide ay nangyayari sa pamamagitan ng oxidative phosphorylation.

Nagkataon, ang oxidative phosphorylation ay mag-asawa ang oksihenasyon at synthesis ng ATP na may daloy ng mga proton sa pamamagitan ng lamad ng system.

Kaya, ang NADH o FADH _{2 na} nabuo sa iba't ibang mga ruta, tinatawag itong glycolysis o oksihenasyon ng mga fatty acid, ay ginagamit upang mabawasan ang oxygen at ang libreng enerhiya na nabuo sa proseso ay ginagamit para sa synthesis ng ATP.

β-oksihenasyon ng mga fatty acid

Ang Β-oksihenasyon ay isang hanay ng mga reaksyon na nagbibigay-daan sa oksihenasyon ng mga fatty acid na makagawa ng mataas na dami ng enerhiya.

Ang proseso ay nagsasangkot ng pana-panahong pagpapakawala ng mga rehiyon ng fatty acid na may dalawang mga carbon atoms sa pamamagitan ng reaksyon hanggang sa ganap na mawalan ng kahinaan ang fatty acid. Ang dulo ng produkto ay acetyl-CoA molecules na maaaring makapasok sa Krebs cycle upang maging ganap na na-oxidized.

Bago ang oksihenasyon, ang aktibong fatty acid ay dapat maisaaktibo, kung saan nakasalalay ito sa coenzyme A. Ang carnitine transporter ay may pananagutan sa pag-translate ng mga molekula sa matrix ng mitochondria.

Matapos ang mga nakaraang hakbang na ito, ang β-oksihenasyon mismo ay nagsisimula sa mga proseso ng oksihenasyon, hydration, oksihenasyon ng NAD ⁺ at thiolysis.

Ang regulasyon ng catabolism

Dapat mayroong isang serye ng mga proseso na nag-regulate ng iba't ibang mga reaksyon ng enzymatic, dahil ang mga ito ay hindi maaaring gumana sa lahat ng oras sa kanilang maximum na bilis. Sa gayon, ang mga metabolic pathway ay kinokontrol ng isang bilang ng mga kadahilanan kabilang ang mga hormone, kontrol ng neuronal, pagkakaroon ng substrate, at pagbabago ng enzyme.

Sa bawat ruta ay dapat mayroong hindi bababa sa isang hindi maibabalik na reaksyon (iyon ay, nangyayari ito sa isang direksyon lamang) at nagdidirekta sa bilis ng buong ruta. Pinapayagan nito ang mga reaksyon na gumagana sa bilis na kinakailangan ng cell at pinipigilan ang mga landas ng synthesis at marawal na kalagayan mula sa pagtatrabaho nang sabay.

Ang mga hormone ay partikular na mahalagang sangkap na nagsisilbing messenger messenger. Ang mga ito ay synthesized sa iba't ibang mga glandula ng endocrine at pinakawalan sa agos ng dugo upang kumilos. Ang ilang mga halimbawa ay:

Cortisol

Gumagana ang Cortisol sa pamamagitan ng pagpapabagal sa mga proseso ng synthesis at pagtaas ng mga catabolic pathway sa kalamnan. Ang epekto na ito ay nangyayari sa pamamagitan ng pagpapakawala ng mga amino acid sa daloy ng dugo.

Insulin

Sa kaibahan, may mga hormone na may kabaligtaran na epekto at binawasan ang catabolism. Ang insulin ay may pananagutan para sa pagtaas ng synthesis ng protina at sa parehong oras ay binabawasan ang kanilang catabolism. Sa kaganapang ito, ang pagtaas ng proteolysis, na nagpapadali sa output ng mga amino acid sa kalamnan.

Mga pagkakaiba sa anabolismo

Ang anabolismo at catabolism ay mga proseso ng antagonistic na binubuo ng kabuuan ng mga metabolic reaksyon na nangyayari sa isang organismo.

Ang parehong mga proseso ay nangangailangan ng maramihang mga reaksyon ng kemikal na na-catalyzed ng mga enzymes at sa ilalim ng mahigpit na control ng hormonal na may kakayahang mag-trigger o nagpapabagal sa ilang mga reaksyon. Gayunpaman, naiiba sila sa mga sumusunod na pangunahing aspeto:

Sintesis at pagkasira ng mga molekula

Ang anabolismo ay binubuo ng mga reaksyon ng synthesis habang ang catabolism ay may pananagutan para sa pagkasira ng mga molekula. Bagaman ang mga prosesong ito ay nababaligtad, konektado sila sa pinong balanse ng metabolismo.

Ang anabolismo ay sinasabing isang proseso ng magkakaibang, pagkuha ng mga simpleng compound at binago ang mga ito sa mas malalaking compound. Salungat sa catabolism, na kung saan ay inuri bilang isang proseso ng tagumpay, dahil sa pagkuha ng mga maliit na molekula tulad ng carbon dioxide, ammonia at tubig, mula sa malalaking molekula.

Ang iba't ibang mga landas ng catabolic ay kumukuha ng mga macromolecule na bumubuo ng pagkain at binabawasan ang mga ito sa kanilang pinakamaliit na nasasakupan. Samantala, ang mga landas na anaboliko, ay may kakayahang kunin muli ang mga yunit at pagbuo muli ng mas detalyadong mga molekula.

Sa madaling salita, ang "katawan ay kailangang" baguhin ang pagsasaayos "ng mga elemento na bumubuo ng pagkain upang magamit ang mga ito sa mga proseso na kinakailangan nito.

Ang proseso ay magkatulad sa sikat na larong Lego, kung saan ang pangunahing mga nasasakupan ay maaaring bumuo ng iba't ibang mga istraktura na may malawak na iba't ibang mga pag-aayos ng spatial.

Paggamit ng enerhiya

Ang catabolism ay responsable para sa pagkuha ng enerhiya na nilalaman sa mga bono ng kemikal ng pagkain, samakatuwid ang pangunahing layunin nito ay ang henerasyon ng enerhiya. Ang marawal na kalagayan na ito ay nangyayari, sa karamihan ng mga kaso, sa pamamagitan ng mga reaksyon ng oxidative.

Gayunpaman, hindi nakakagulat na ang mga landas ng catabolic ay nangangailangan ng pagdaragdag ng enerhiya sa kanilang mga unang hakbang, tulad ng nakita namin sa glycolytic pathway, na nangangailangan ng pag-iikot ng mga molekula ng ATP.

Sa kabilang banda, ang anabolismo ay may pananagutan sa pagdaragdag ng libreng enerhiya na ginawa sa catabolism upang makamit ang pagpupulong ng mga compound ng interes. Ang parehong anabolismo at catabolism ay nangyayari nang regular at sabay-sabay sa cell.

Karaniwan, ang ATP ay ang molekula na ginagamit upang maglipat ng enerhiya. Maaari itong magkalat sa mga lugar kung saan ito kinakailangan at kapag binu-hydrolyze nito ang enerhiya ng kemikal na nilalaman sa molekula ay inilabas. Katulad nito, ang enerhiya ay maaaring maipadala bilang hydrogen atoms o elektron.

Ang mga molekong ito ay tinatawag na coenzymes at kasama ang NADP, NADPH, at FMNH ₂ . Kumikilos sila sa pamamagitan ng pagbabawas ng mga reaksyon. Bukod dito, maaari nilang ilipat ang pagbawas ng kapasidad sa ATP.

Mga Sanggunian

1. Chan, YK, Ng, KP, & Sim, DSM (Eds.). (2015). Mga Batayan ng Pharmacological ng Acute Care. Internasyonal na Pag-publish ng Springer.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Imbitasyon sa biyolohiya. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, … & Matsudaira, P. (2008). Biology ng molekular na cell. Macmillan.
4. Ronzio, RA (2003). Ang encyclopedia ng nutrisyon at mabuting kalusugan. Infobase Publishing.
5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, CW (2007). Ang mga pundasyon ng Biochemistry: Buhay sa antas ng molekular. Panamerican Medical Ed.