Das Katabolismus Es umfasst alle Abbaureaktionen von Substanzen im Körper. Katabolische Reaktionen "zerfallen" nicht nur die Bestandteile von Biomolekülen in ihre kleinsten Einheiten, sondern erzeugen auch Energie, hauptsächlich in Form von ATP..
Die katabolen Pfade sind für den Abbau der aus der Nahrung stammenden Moleküle verantwortlich: Kohlenhydrate, Proteine und Lipide. Während des Prozesses wird die in den Bindungen enthaltene chemische Energie freigesetzt, um für zelluläre Aktivitäten verwendet zu werden, die dies erfordern..
Einige Beispiele für bekannte katabolische Wege sind: der Krebszyklus, die Beta-Oxidation von Fettsäuren, die Glykolyse und die oxidative Phosphorylierung..
Die einfachen Moleküle, die durch den Katabolismus erzeugt werden, werden von der Zelle verwendet, um die notwendigen Elemente aufzubauen, wobei auch die Energie verwendet wird, die durch denselben Prozess bereitgestellt wird. Dieser Syntheseweg ist der Antagonist des Katabolismus und wird Anabolismus genannt..
Der Metabolismus eines Organismus umfasst sowohl Synthese- als auch Abbaureaktionen, die gleichzeitig und kontrolliert in der Zelle ablaufen..
Artikelverzeichnis
Das Hauptziel des Katabolismus ist die Oxidation der Nährstoffe, die der Körper als "Brennstoff" verwendet, sogenannte Kohlenhydrate, Proteine und Fette. Der Abbau dieser Biomoleküle erzeugt Energie und Abfallprodukte, hauptsächlich Kohlendioxid und Wasser..
Eine Reihe von Enzymen ist am Katabolismus beteiligt. Hierbei handelt es sich um Proteine, die für die Beschleunigung der Geschwindigkeit chemischer Reaktionen in der Zelle verantwortlich sind..
Kraftstoffsubstanzen sind die Lebensmittel, die wir täglich konsumieren. Unsere Ernährung besteht aus Proteinen, Kohlenhydraten und Fetten, die über katabolische Pfade abgebaut werden. Der Körper verwendet bevorzugt Fette und Kohlenhydrate, obwohl er in Situationen der Knappheit auf den Abbau von Proteinen zurückgreifen kann.
Die durch den Katabolismus gewonnene Energie ist in den chemischen Bindungen der vorgenannten Biomoleküle enthalten..
Wenn wir Lebensmittel konsumieren, kauen wir sie, um die Verdauung zu erleichtern. Dieser Prozess ist analog zum Katabolismus, bei dem der Körper dafür verantwortlich ist, die Partikel auf mikroskopischer Ebene zu „verdauen“, damit sie auf dem Synthese- oder anabolen Weg verwendet werden.
Die katabolen Wege oder Wege umfassen alle Abbauprozesse von Substanzen. Wir können drei Phasen des Prozesses unterscheiden:
- Die verschiedenen in der Zelle vorkommenden Biomoleküle (Kohlenhydrate, Fette und Proteine) werden in den Grundeinheiten abgebaut, aus denen sie bestehen (Zucker, Fettsäuren bzw. Aminosäuren)..
- Produkte aus Stufe I bewegen sich zu einfacheren Bestandteilen, die auf einem gemeinsamen Zwischenprodukt namens Acetyl-CoA konvergieren.
- Schließlich tritt diese Verbindung in den Krebszyklus ein, wo sie ihre Oxidation fortsetzt, um Moleküle aus Kohlendioxid und Wasser zu erhalten - die endgültigen Moleküle, die bei jeder katabolen Reaktion erhalten werden..
Zu den bekanntesten zählen der Harnstoffzyklus, der Krebszyklus, die Glykolyse, die oxidative Phosphorylierung und die Beta-Oxidation von Fettsäuren. Nachfolgend beschreiben wir jede der genannten Routen:
Der Harnstoffzyklus ist ein katabolischer Weg, der in den Mitochondrien und im Cytosol von Leberzellen auftritt. Es ist für die Verarbeitung von Proteinderivaten verantwortlich und das Endprodukt davon ist Harnstoff.
Der Zyklus beginnt mit dem Eintritt der ersten Aminogruppe aus der Matrix der Mitochondrien, obwohl sie auch über den Darm in die Leber gelangen kann.
Die erste Reaktion beinhaltet den Durchgang von ATP, Bicarbonationen (HCO)3-) und Ammonium (NH4+) in Carbomoylphosphat, ADP und P.ich. Der zweite Schritt besteht in der Vereinigung von Carbomoylphosphat und Ornithin zu einem Molekül aus Citrullin und P.ich. Diese Reaktionen treten in der mitochondrialen Matrix auf.
Der Zyklus setzt sich im Cytosol fort, wo Citrullin und Aspartat zusammen mit ATP kondensieren, um Argininosuccinat, AMP und PP zu erzeugen.ich. Argininosuccinat geht in Arginin und Fumarat über. Die Aminosäure Arginin verbindet sich mit Wasser zu Ornithin und schließlich zu Harnstoff.
Dieser Zyklus ist mit dem Krebszyklus verbunden, da der Fumaratmetabolit an beiden Stoffwechselwegen beteiligt ist. Jeder Zyklus wirkt jedoch unabhängig.
Die mit diesem Weg verbundenen klinischen Pathologien verhindern, dass der Patient eine proteinreiche Ernährung zu sich nimmt..
Der Krebszyklus ist ein Weg, der an der Zellatmung aller Organismen beteiligt ist. Räumlich kommt es in den Mitochondrien eukaryotischer Organismen vor.
Der Vorläufer des Zyklus ist ein Molekül namens Acetyl-Coenzym A, das mit einem Molekül Oxalacetat kondensiert. Diese Vereinigung erzeugt eine Sechs-Kohlenstoff-Verbindung. In jeder Umdrehung liefert der Zyklus zwei Moleküle Kohlendioxid und ein Molekül Oxalacetat..
Der Zyklus beginnt mit einer durch Aconitase katalysierten Isomerisierungsreaktion, bei der das Citrat in cis-Aconitat und Wasser übergeht. In ähnlicher Weise katalysiert Aconitase den Übergang von cis-Aconitat in Isocitrat.
Isocitrat wird durch Isocitratdehydrogenase zu Oxalosuccinat oxidiert. Dieses Molekül wird durch dasselbe Enzym, Isocitratdehydrogenase, zu Alpha-Ketoglutarat decarboxyliert. Alpha-Ketoglutarat wird durch Einwirkung von Alpha-Ketoglutarat-Dehydrogenase zu Succinyl-CoA.
Succinyl-CoA wird zu Succinat, das durch Succinatdehydrogenase zu Fumarat oxidiert wird. Nacheinander wird das Fumarat zu L-Malat und schließlich wird das L-Malat zu Oxalacetat.
Der Zyklus kann in der folgenden Gleichung zusammengefasst werden: Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + BIP + Pi + 2 H.zweiO → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADHzwei + GTP + 2 COzwei.
Die Glykolyse, auch Glykolyse genannt, ist ein entscheidender Weg, der in praktisch allen lebenden Organismen vorhanden ist, von mikroskopisch kleinen Bakterien bis zu großen Säugetieren. Die Route besteht aus 10 enzymatischen Reaktionen, bei denen Glukose zu Brenztraubensäure abgebaut wird..
Der Prozess beginnt mit der Phosphorylierung des Glucosemoleküls durch das Enzym Hexokinase. Die Idee dieses Schritts ist es, die Glukose zu "aktivieren" und in der Zelle einzufangen, da Glukose-6-phosphat keinen Transporter hat, durch den sie entweichen kann.
Glucose-6-phosphat-Isomerase nimmt Glucose-6-phosphat auf und ordnet es in sein Fructose-6-phosphat-Isomer um. Der dritte Schritt wird durch Phosphofructokinase katalysiert und das Produkt ist Fructose-1,6-bisphosphat.
Dann spaltet die Aldolase die obige Verbindung in Dihydroxyacetonphosphat und Glycerinaldehyd-3-phosphat. Zwischen diesen beiden durch Triose-Phosphat-Isomerase katalysierten Verbindungen besteht ein Gleichgewicht.
Das Enzym Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase erzeugt 1,3-Bisphosphoglycerat, das im nächsten Schritt durch Phosphoglyceratkinase in 3-Phosphoglycerat umgewandelt wird. Phosphoglyceratmutase verändert die Position des Kohlenstoffs und ergibt 2-Phosphoglycerat.
Eolase nimmt den letzteren Metaboliten und wandelt ihn in Phosphoenolpyruvat um. Der letzte Schritt auf dem Weg wird durch Pyruvatkinase katalysiert und das Endprodukt ist Pyruvat..
Die oxidative Phosphorylierung ist ein Prozess der ATP-Bildung dank des Elektronentransfers von NADH oder FADHzwei bis zu Sauerstoff und ist der letzte Schritt in der Zellatmung. Kommt in den Mitochondrien vor und ist die Hauptquelle für ATP-Moleküle in aerob atmenden Organismen.
Ihre Bedeutung ist unbestreitbar, da 26 von 30 ATP-Molekülen, die als Produkt der vollständigen Oxidation von Glucose zu Wasser und Kohlendioxid entstehen, durch oxidative Phosphorylierung entstehen..
Konzeptionell koppelt die oxidative Phosphorylierung Oxidation und ATP-Synthese mit einem Protonenfluss durch das Membransystem..
Also der NADH oder der FADHzwei Auf verschiedenen Wegen erzeugt, Glykolyse oder Oxidation von Fettsäuren genannt, wird es zur Reduzierung von Sauerstoff verwendet und die dabei erzeugte freie Energie wird zur Synthese von ATP verwendet.
Β-Oxidation ist eine Reihe von Reaktionen, die es der Oxidation von Fettsäuren ermöglichen, hohe Energiemengen zu erzeugen.
Das Verfahren beinhaltet die periodische Freisetzung von Regionen der Zwei-Kohlenstoff-Fettsäure durch Reaktion, bis die Fettsäure vollständig abgebaut ist. Das Endprodukt sind Acetyl-CoA-Moleküle, die in den Krebszyklus eintreten können, um vollständig oxidiert zu werden.
Vor der Oxidation muss die Fettsäure aktiviert werden, wo sie an Coenzym A bindet. Der Carnitintransporter ist für die Translokation der Moleküle in die Matrix der Mitochondrien verantwortlich.
Nach diesen vorherigen Schritten beginnt die β-Oxidation selbst mit den Prozessen der Oxidation, Hydratation und Oxidation durch NAD+ und Thiolyse.
Es muss eine Reihe von Prozessen geben, die die verschiedenen enzymatischen Reaktionen regulieren, da diese nicht immer mit maximaler Geschwindigkeit arbeiten können. Somit werden Stoffwechselwege durch eine Reihe von Faktoren reguliert, einschließlich Hormonen, neuronalen Kontrollen, Substratverfügbarkeit und Enzymmodifikation..
Auf jeder Route muss es mindestens eine irreversible Reaktion geben (dh sie tritt nur in einer Richtung auf), die die Geschwindigkeit der gesamten Route steuert. Dies ermöglicht, dass die Reaktionen mit der von der Zelle geforderten Geschwindigkeit ablaufen und verhindert, dass die Synthese- und Abbauwege gleichzeitig ablaufen..
Hormone sind besonders wichtige Substanzen, die als chemische Botenstoffe wirken. Diese werden in den verschiedenen endokrinen Drüsen synthetisiert und in den Blutkreislauf freigesetzt, um zu wirken. Einige Beispiele sind:
Cortisol verlangsamt die Synthesevorgänge und erhöht die katabolen Bahnen im Muskel. Dieser Effekt tritt durch die Freisetzung von Aminosäuren in den Blutkreislauf auf..
Im Gegensatz dazu gibt es Hormone, die den gegenteiligen Effekt haben und den Katabolismus verringern. Insulin ist für die Steigerung der Proteinsynthese verantwortlich und verringert gleichzeitig deren Katabolismus. In diesem Fall nimmt die Proteolyse zu, was die Abgabe von Aminosäuren an den Muskel erleichtert..
Anabolismus und Katabolismus sind antagonistische Prozesse, die die Gesamtheit der in einem Organismus auftretenden Stoffwechselreaktionen umfassen..
Beide Prozesse erfordern mehrere chemische Reaktionen, die durch Enzyme katalysiert werden, und unterliegen einer strengen hormonellen Kontrolle, die bestimmte Reaktionen auslösen oder verlangsamen kann. Sie unterscheiden sich jedoch in folgenden grundlegenden Aspekten:
Der Anabolismus umfasst die Synthesereaktionen, während der Katabolismus für den Abbau von Molekülen verantwortlich ist. Obwohl diese Prozesse umgekehrt sind, hängen sie mit dem empfindlichen Gleichgewicht des Stoffwechsels zusammen..
Anabolismus soll ein divergierender Prozess sein, bei dem einfache Verbindungen genommen und in größere Verbindungen umgewandelt werden. Im Gegensatz zum Katabolismus, der als konvergenter Prozess eingestuft wird, indem kleine Moleküle wie Kohlendioxid, Ammoniak und Wasser aus großen Molekülen gewonnen werden.
Die verschiedenen katabolen Wege nehmen die Makromoleküle, aus denen die Nahrung besteht, auf und reduzieren sie auf ihre kleinsten Bestandteile. Anabole Pfade sind in der Lage, diese Einheiten aufzunehmen und wieder ausgefeiltere Moleküle aufzubauen..
Mit anderen Worten, der Körper muss die Konfiguration der Elemente, aus denen Lebensmittel bestehen, "ändern", damit sie in den erforderlichen Prozessen verwendet werden..
Der Prozess ist analog zum beliebten Lego-Spiel, bei dem die Hauptbestandteile unterschiedliche Strukturen mit einer Vielzahl von räumlichen Anordnungen bilden können..
Der Katabolismus ist für die Gewinnung der Energie verantwortlich, die in den chemischen Bindungen von Lebensmitteln enthalten ist. Daher ist sein Hauptziel die Energieerzeugung. Dieser Abbau erfolgt in den meisten Fällen durch oxidative Reaktionen.
Es ist jedoch nicht überraschend, dass katabolische Pfade in ihren ersten Schritten das Hinzufügen von Energie erfordern, wie wir im glykolytischen Pfad gesehen haben, der die Inversion von ATP-Molekülen erfordert..
Andererseits ist der Anabolismus dafür verantwortlich, die im Katabolismus erzeugte freie Energie hinzuzufügen, um die Anordnung der interessierenden Verbindungen zu erreichen. Sowohl Anabolismus als auch Katabolismus treten ständig und gleichzeitig in der Zelle auf.
Im Allgemeinen ist ATP das Molekül, das zur Energieübertragung verwendet wird. Dies kann in die Bereiche diffundieren, in denen es benötigt wird, und wenn es hydrolysiert, wird die im Molekül enthaltene chemische Energie freigesetzt. Ebenso kann Energie als Wasserstoffatome oder Elektronen transportiert werden.
Diese Moleküle werden Coenzyme genannt und umfassen NADP, NADPH und FMNH.zwei. Sie wirken durch Reduktionsreaktionen. Zusätzlich können sie die Reduktionskapazität in ATP übertragen.
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