ANABOLISME: FUNCTIES, PROCESSEN, VERSCHILLEN MET KATABOLISME - BIOLOGIE - 2024

Het anabolisme is een deel van het metabolisme, inclusief vormingsreacties van grote moleculen van kleinere. Om deze reeks reacties te laten plaatsvinden, is een energiebron nodig en in het algemeen is dit ATP (adenosinetrifosfaat).

Anabolisme, en zijn metabolische inverse, katabolisme, zijn gegroepeerd in een reeks reacties die metabolische routes worden genoemd of routes die voornamelijk worden georkestreerd en gereguleerd door hormonen. Elke kleine stap wordt gecontroleerd zodat er een geleidelijke overdracht van energie plaatsvindt.

Bron: www.publicdomainpictures.net

Anabole processen kunnen de basiseenheden nemen waaruit biomoleculen bestaan ​​- aminozuren, vetzuren, nucleotiden en suikermonomeren - en meer gecompliceerde verbindingen genereren, zoals eiwitten, lipiden, nucleïnezuren en koolhydraten als uiteindelijke energieproducenten.

Kenmerken

Metabolisme is een term die alle chemische reacties omvat die in het lichaam plaatsvinden. De cel lijkt op een microscopisch kleine fabriek waar continu synthese en afbraakreacties plaatsvinden.

De twee doelen van metabolisme zijn: ten eerste om de chemische energie die in voedsel is opgeslagen te gebruiken en ten tweede om structuren of stoffen te vervangen die niet langer in het lichaam werken. Deze gebeurtenissen vinden plaats volgens de specifieke behoeften van elk organisme en worden geleid door chemische boodschappers die hormonen worden genoemd.

Energie komt voornamelijk uit de vetten en koolhydraten die we via de voeding binnenkrijgen. Bij een tekort kan het lichaam eiwitten gebruiken om het tekort aan te vullen.

Regeneratieprocessen zijn ook nauw verbonden met anabolisme. De regeneratie van weefsels is een conditio sine qua non om een ​​gezond lichaam te behouden en goed te werken. Anabolisme is verantwoordelijk voor het produceren van alle cellulaire verbindingen die ervoor zorgen dat ze blijven functioneren.

Er is een delicaat evenwicht in de cel tussen metabolische processen. Grote moleculen kunnen door katabole reacties worden afgebroken tot hun kleinste componenten en het omgekeerde proces - van klein naar groot - kan plaatsvinden via anabolisme.

Anabole processen

Anabolisme omvat in het algemeen alle reacties die worden gekatalyseerd door enzymen (kleine eiwitmoleculen die de snelheid van chemische reacties met verschillende ordes van grootte versnellen) die verantwoordelijk zijn voor de "constructie" of synthese van cellulaire componenten.

Het overzicht van anabole routes omvat de volgende stappen: Eenvoudige moleculen die als tussenproducten deelnemen aan de Krebs-cyclus, worden ofwel geamineerd of chemisch omgezet in aminozuren. Deze worden later samengevoegd tot meer complexe moleculen.

Deze processen vereisen chemische energie, afkomstig van katabolisme. Tot de belangrijkste anabole processen behoren: vetzuursynthese, cholesterolsynthese, nucleïnezuursynthese (DNA en RNA), eiwitsynthese, glycogeensynthese en aminozuursynthese.

De rol van deze moleculen in het lichaam en hun syntheseroutes zullen hieronder kort worden beschreven:

Vetzuursynthese

Lipiden zijn zeer heterogene biomoleculen die bij oxidatie een grote hoeveelheid energie kunnen genereren, met name triacylglycerolmoleculen.

Vetzuren zijn de archetypische lipiden. Ze bestaan ​​uit een kop en een staart gemaakt van koolwaterstoffen. Deze kunnen onverzadigd of verzadigd zijn, afhankelijk van het feit of ze al dan niet dubbele bindingen aan de staart hebben.

Lipiden zijn de essentiële componenten van alle biologische membranen, naast het deelnemen als reservestof.

Vetzuren worden in het cytoplasma van de cel gesynthetiseerd uit een voorlopermolecuul genaamd malonyl-CoA, afgeleid van acetyl-CoA en bicarbonaat. Dit molecuul schenkt drie koolstofatomen om de groei van het vetzuur op gang te brengen.

Na de vorming van malonil verloopt de synthesereactie in vier essentiële stappen:

-De condensatie van acetyl-ACP met malonyl-ACP, een reactie die acetoacetyl-ACP produceert en kooldioxide afgeeft als afvalstof.

-De tweede stap is de reductie van acetoacetyl-ACP, door NADPH tot D-3-hydroxybutyryl-ACP.

-Een daaropvolgende dehydratatiereactie vindt plaats die het vorige product (D-3-hydroxybutyryl-ACP) omzet in crotonyl-ACP.

-Tenslotte wordt crotonyl-ACP verminderd en is het eindproduct butyryl-ACP.

Cholesterolsynthese

Cholesterol is een sterol met een typische 17-koolstof sterans-kern. Het heeft verschillende rollen in de fysiologie, aangezien het functioneert als een voorloper van een verscheidenheid aan moleculen zoals galzuren, verschillende hormonen (inclusief seksuele) en essentieel is voor de synthese van vitamine D.

Synthese vindt plaats in het cytoplasma van de cel, voornamelijk in levercellen. Deze anabole route kent drie fasen: eerst wordt de isopreeneenheid gevormd, vervolgens vindt de progressieve assimilatie van de eenheden plaats om squaleen te produceren, dit gaat over in lanosterol en tenslotte wordt cholesterol verkregen.

De activiteit van de enzymen in deze route wordt voornamelijk gereguleerd door de relatieve verhouding van de hormonen insuline: glucagon. Naarmate deze verhouding toeneemt, neemt de activiteit van de route proportioneel toe.

Nucleotidesynthese

Nucleïnezuren zijn DNA en RNA, de eerste bevat alle informatie die nodig is voor de ontwikkeling en instandhouding van levende organismen, terwijl de tweede de functies van DNA aanvult.

Zowel DNA als RNA zijn samengesteld uit lange ketens van polymeren waarvan de fundamentele eenheid nucleotiden is. Nucleotiden bestaan ​​op hun beurt uit een suiker, een fosfaatgroep en een stikstofbase. De voorloper van purines en pyrimidines is ribose-5-fosfaat.

Purines en pyrimidines worden in de lever geproduceerd uit precursors zoals onder meer kooldioxide, glycine, ammoniak.

Nucleïnezuursynthese

Nucleotiden moeten worden samengevoegd tot lange DNA- of RNA-ketens om hun biologische functie te vervullen. Het proces omvat een reeks enzymen die de reacties katalyseren.

Het enzym dat verantwoordelijk is voor het kopiëren van DNA om meer DNA-moleculen met identieke sequenties te genereren, is DNA-polymerase. Dit enzym kan geen de novo synthese initiëren, dus een klein stukje DNA of RNA, een primer genaamd, moet deelnemen, waardoor de ketting kan worden gevormd.

Dit evenement vereist de deelname van extra enzymen. De helicase helpt bijvoorbeeld bij het openen van de dubbele DNA-helix zodat het polymerase kan werken en de topoisomerase de topologie van het DNA kan wijzigen, hetzij door het te verwarren of te ontrafelen.

Evenzo neemt RNA-polymerase deel aan de synthese van RNA uit een DNA-molecuul. In tegenstelling tot het vorige proces, vereist RNA-synthese de genoemde primer niet.

Eiwitsynthese

Eiwitsynthese is een cruciale gebeurtenis in alle levende organismen. Eiwitten vervullen een grote verscheidenheid aan functies, zoals het transporteren van stoffen of het spelen van structurele eiwitten.

Volgens het centrale 'dogma' van de biologie wordt DNA, nadat het is gekopieerd naar boodschapper-RNA (zoals beschreven in de vorige paragraaf), op zijn beurt door ribosomen vertaald in een polymeer van aminozuren. In RNA wordt elk triplet (drie nucleotiden) geïnterpreteerd als een van de twintig aminozuren.

Synthese vindt plaats in het cytoplasma van de cel, waar ribosomen worden gevonden. Het proces verloopt in vier fasen: activering, initiatie, verlenging en beëindiging.

Activering bestaat uit het binden van een bepaald aminozuur aan het overeenkomstige transfer-RNA. Initiatie omvat de binding van het ribosoom aan het 3'-terminale deel van boodschapper-RNA, ondersteund door "initiatiefactoren".

Verlenging omvat de toevoeging van aminozuren volgens de RNA-boodschap. Ten slotte stopt het proces met een specifieke sequentie in het boodschapper-RNA, genaamd terminatiecondooms: UAA, UAG of UGA.

Glycogeensynthese

Glycogeen is een molecuul dat bestaat uit zich herhalende glucose-eenheden. Het werkt als een energiereservesubstantie en is meestal overvloedig aanwezig in de lever en spieren.

De syntheseroute wordt glycogenese genoemd en vereist de deelname van het enzym glycogeensynthase, ATP en UTP. De route begint met de fosforylering van glucose naar glucose-6-fosfaat en vervolgens naar glucose-1-fosfaat. De volgende stap omvat de toevoeging van een UDP om UDP-glucose en anorganisch fosfaat te verkrijgen.

Het UDP-glucosemolecuul voegt zich via een alfa 1-4-binding aan de glucoseketen, waardoor het UDP-nucleotide vrijkomt. In het geval dat er vertakkingen optreden, worden deze gevormd door alfa 1-6 bindingen.

Synthese van aminozuren

Aminozuren zijn eenheden waaruit eiwitten bestaan. In de natuur zijn er 20 soorten, elk met unieke fysische en chemische eigenschappen die de uiteindelijke eigenschappen van het eiwit bepalen.

Niet alle organismen kunnen alle 20 soorten synthetiseren. Mensen kunnen bijvoorbeeld alleen 11 synthetiseren, de overige 9 moeten in het dieet worden opgenomen.

Elk aminozuur heeft zijn eigen route. Ze zijn echter afkomstig van precursormoleculen zoals onder andere alfa-ketoglutaraat, oxaalacetaat, 3-fosfoglyceraat, pyruvaat.

Regulatie van anabolisme

Zoals we eerder vermeldden, wordt het metabolisme gereguleerd door stoffen die hormonen worden genoemd en die worden uitgescheiden door gespecialiseerde weefsels, hetzij glandulair hetzij epitheliaal. Deze functioneren als boodschappers en hun chemische aard is behoorlijk heterogeen.

Insuline is bijvoorbeeld een hormoon dat wordt uitgescheiden door de alvleesklier en heeft een groot effect op de stofwisseling. Na maaltijden met veel koolhydraten werkt insuline als een stimulans van de anabole routes.

Het hormoon is dus verantwoordelijk voor het activeren van de processen die de synthese van opslagstoffen zoals vetten of glycogeen mogelijk maken.

Er zijn levensperioden waarin anabole processen overheersen, zoals de kindertijd, de adolescentie, tijdens de zwangerschap of tijdens training gericht op spiergroei.

Verschillen met katabolisme

Alle chemische processen en reacties die in ons lichaam plaatsvinden - met name in onze cellen - staan ​​wereldwijd bekend als metabolisme. We kunnen lichaamswarmte groeien, ontwikkelen, reproduceren en behouden dankzij deze zeer gecontroleerde reeks evenementen.

Synthese versus afbraak

Metabolisme omvat het gebruik van biomoleculen (eiwitten, koolhydraten, lipiden of vetten en nucleïnezuren) om alle essentiële reacties van een levend systeem in stand te houden.

Het verkrijgen van deze moleculen is afkomstig van het voedsel dat we elke dag eten en ons lichaam kan ze tijdens het verteringsproces "afbreken" in kleinere eenheden.

Eiwitten (die bijvoorbeeld uit vlees of eieren kunnen komen) worden bijvoorbeeld afgebroken tot hun hoofdbestanddelen: aminozuren. Op dezelfde manier kunnen we koolhydraten verwerken tot kleinere eenheden suiker, meestal glucose, een van de koolhydraten die het meest door ons lichaam worden gebruikt.

Ons lichaam kan deze kleine eenheden - onder andere aminozuren, suikers, vetzuren - gebruiken om nieuwe grotere moleculen te bouwen in de configuratie die ons lichaam nodig heeft.

Het proces van desintegratie en het verkrijgen van energie wordt katabolisme genoemd, terwijl de vorming van nieuwe, meer complexe moleculen anabolisme is. Syntheseprocessen zijn dus geassocieerd met anabolisme en afbraakprocessen met katabolisme.

Als geheugensteuntje kunnen we de "c" in het woord katabolisme gebruiken en deze relateren aan het woord "cut".

Gebruik van energie

Anabole processen hebben energie nodig, terwijl afbraakprocessen deze energie produceren, voornamelijk in de vorm van ATP - bekend als de energiemunt van de cel.

Deze energie is afkomstig van katabole processen. Laten we ons voorstellen dat we een pak kaarten hebben, als we alle kaarten netjes hebben gestapeld en we ze op de grond gooien, doen ze dat spontaan (analoog aan katabolisme).

Als we ze echter opnieuw willen bestellen, moeten we energie op het systeem toepassen en ze uit de grond halen (analoog aan anabolisme).

In sommige gevallen hebben de katabole routes een "injectie van energie" nodig in hun eerste stappen om het proces op gang te krijgen. Glycolyse of glycolyse is bijvoorbeeld de afbraak van glucose. Deze route vereist het gebruik van twee ATP-moleculen om te beginnen.

Balans tussen anabolisme en katabolisme

Om een ​​gezond en adequaat metabolisme te behouden, is het noodzakelijk dat er een evenwicht is tussen de processen van anabolisme en katabolisme. In het geval dat de processen van anabolisme die van katabolisme overtreffen, zijn de synthesegebeurtenissen degene die de overhand hebben. Wanneer het lichaam daarentegen meer energie ontvangt dan nodig, overheersen de katabole routes.

Wanneer het lichaam tegenslag ervaart, noem het ziekte of periodes van langdurig vasten, concentreert het metabolisme zich op afbraakpaden en gaat het in een katabole toestand.

Bron: door Alejandro Porto, van Wikimedia Commons

Referenties

1. Chan, YK, Ng, KP, & Sim, DSM (Eds.). (2015). Farmacologische basis van acute zorg. Springer International Publishing.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Uitnodiging voor biologie. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Moleculaire celbiologie. Macmillan.
4. Ronzio, RA (2003). De encyclopedie van voeding en een goede gezondheid. Infobase Publishing.
5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, CW (2007). Fundamenten van biochemie: leven op moleculair niveau. Panamerican Medical Ed.