Az anabolizmus és a katabolizmus testünkben végbemenő folyamatok. Ezek egy része építési folyamat (anabolikus), míg mások lebomlási vagy pusztulási folyamatok (katabolikus). Valószínűleg sokan mondják majd, hogy az anabolikus folyamatok fontosabbak, és a katabolikus folyamatokat minimálisra kell csökkenteni.

Igaz azonban, hogy a szervezetben zajló szerkezeti és lebomlási folyamatok egymástól függenek, ha csak anyagokat vesz fel anélkül, hogy újakat szintetizálna, és fordítva. Az anabolikus és katabolikus folyamatok egyetlen biokémiai és energikus esszencia anyagcsere.

Amit valószínűleg sokan még mindig nem tudnak, az az, hogy edzés közben serkentjük szervezetünk katabolikus folyamatait, amelyek lebontják az izomszövetünket. Ez egyesek számára furcsának tűnhet, de ha jobban belegondolunk, láthatjuk a logikát. Konstrukciós folyamataink nem lehetnek, hacsak nem ellenezzük, és pontosan az izomtréning okozza.

Röviden: lebontjuk az izmokat, hogy visszaépülhessenek, és nagyobbak és erősebbek legyenek. Jó tudni, hogyan befolyásolja az anabolikus folyamatokat a katabolizmus és fordítva, mert minél jobban megértjük a függőségüket, annál jobb eredményeket érünk el az edzőteremben!

Anabolikus folyamatok

Mint már említettük, az anabolikus folyamatokat katabolikus folyamatok indítják be. Az edzés és a normál napi tevékenységek során testünk feszültség alatt van és katabolikus fázisban van. A szervezet normális válasza a katabolikus folyamatokra a folyamatok felépítése.

Az anabolikus folyamatok a szervezetben a bevitt táplálékból származó energiával, megfelelő mennyiségű pihenéssel és hormonokkal: szomatotropin, inzulinszerű növekedési faktor, inzulin, tesztoszteron, ösztradiol termelődnek. Ez a folyamat három szakaszra osztható: intermedierek szintézise, ​​monomer egységek szintézise, ​​valamint polimerek és monomerek szintézise. Egyszerűen fogalmazva, mozgás az egyszerűtől a bonyolultig a test rendelkezésre álló energiájának felhasználásával.

Katabolikus folyamatok

A katabolizmus (degradáció) az anyagok lebomlása során felszabaduló energia folyamata. Ezeket a fűtőérték határozza meg, kcal/g-ban (kcal/g anyag). A katabolikus folyamatok hatására az esszenciális tápanyagok (fehérjék, zsírok és szénhidrátok) végtermékekké bomlanak le: víz, CO2, ammónia, karbamid, húgysav stb., amelyek ezt követően a kiválasztó rendszeren keresztül távoznak a szervezetből.

Kapcsolódó cikk: Mi a spirituális szex?

közben katabolikus folyamatok mennek végbe a fizikai aktivitásés valójában ők a bűnösök az erősebb izmok felépítésében és a bőr alatti zsír eltávolításában.

Folyamat kiegyensúlyozás

Sokan megpróbálják megállítani vagy túlzásba vinni a katabolikus folyamatokat (edzés közben) az eredmények maximalizálása érdekében. Ez nem jó megközelítés, mert a folyamatok egymástól függenek. Az eredmények maximalizálása érdekében egyensúlyba kell hozni az anabolizmus és a katabolizmus folyamatait.

Meg kell feszítenünk az izmainkat, és sok anyagot le kell bontanunk, hogy energiát szabadítsunk fel, de hagynunk kell testünknek is, hogy elég sokáig pihenjen, és megkapja a szükséges tápanyagokat ahhoz, hogy sikerüljön helyreállítani a szöveteket, és új és erősebb szöveteket építeni. Ha az ember túl gyakran edz, és nem alszik eleget, vagy nem eszik eleget, a szervezetnek nincs más dolga, mint tovább maradni a katabolikus fázisban, és ezért az eredmények csökkennek, vagy akár visszafejlődnek!

Hogyan lehet elérni az egyensúlyt

A legfontosabb dolog az, hogy figyelemmel kísérjük fejlődésünket, hogy tudjuk, jó úton haladunk-e (jól kiegyensúlyozottak). Osszuk meg néhány szem előtt tartandó dolgot, amelyek segítenek minimalizálni a veszteségeket.

• Ne dolgozd túl magad. Gyakran összezavarodnak az ismerősök, barátok vagy magazinok, és odáig változtatjuk a programunkat, hogy testünk ne hagyja abba az edzést heti 7 nap. A legtöbben azt gondolják, hogy ha minden nap gyakorolnak, jobb eredményeket érnek el. Ez csak akkor lehet igaz, ha hagyod a szervezeted pihenni és felépülni, amit nehéz megtenni, ha hosszú ideig keményen dolgozol, keveset alszol vagy nem eszel eleget.
• Ne próbálja elnyomni a katabolikus folyamatokat. Mert ahogy már többször elmondtuk, ezek ugyanolyan fontosak számodra, mint az anabolikusok.
• Ha csökkenti az edzést vagy az intenzitást, akkor szervezete nagyon rossz katabolizmussal rendelkezik, és nem kell izomépítő folyamatokat létrehoznia. Ha rendszeresen és komolyan edz, akkor ne vidd túlzásba, engedd, hogy a szervezeted kihasználja a maximális anabolikus ablakot. Próbálj meg este 23 óra előtt lefeküdni, hogy reggel 7-kor korán kelhess. Szervezetünk úgy van kialakítva, hogy amikor a nap lemegy, anabolikus fázisba kerül, és amikor reggel felkel a nap, az anabolizmus katabolizmusba fordul át, ami egész nap tart.
• Kerülje az ösztrogéntartalmú ételeket (élelmiszer termékekösztrogén hormont tartalmazó): szójabab, növényvédő szerekkel kezelt élelmiszerek, hentesek marhahúsa (az ösztrogént a tehenek étrendjébe adják, és felhalmozódik a szervezet sejtjeiben, így a hentesboltokban található húsban is megtalálható) . Az élelmiszer- és gyógyszerhatóságok azt mondják, hogy nem engedélyezik a hozzáadott hormonok használatát sertés- vagy baromfihúsban (csirke, tojás, pulyka), ezért ezek az élelmiszerek nem tartalmazhatnak ösztrogént. Az ösztrogéntartalmú táplálék típusa a szervezetet a katabolikus folyamatok javára billenti, csökkentve az anabolikus hormonok (például a tesztoszteron) mennyiségét az ösztrogén felé.
• Lazíts. A fizikai és lelki stressz nagy hatással van a szervezet folyamataira. Próbáljon megszabadulni az ilyen helyzetektől, vagy ha nem tudja elkerülni őket, próbáljon meg lazítani.
• Kerülje a cigarettát, alkoholtés természetesen mindenféle drog. Nemcsak lelassítják a fejlődésedet, de mint mindannyian tudjuk, ez káros az egészségedre is.
• Egyél rostban gazdag ételeket(teljes kiőrlésű

text_fields

text_fields

nyíl_felfelé

Anyagcsere és energia - olyan fizikai, kémiai és fiziológiai folyamatok összessége, amelyek során az anyagok és az energia átalakul az emberi szervezetben, valamint az anyagok és az energia cseréje a test és az energia között. környezet .

A test és a környezet közötti folyamatos anyag- és energiacsere az élet egyik leglényegesebb jele.

A létfontosságú folyamatok fenntartásához az anyagcserét és az energiát a műanyagÉs energia test szükségletei. Ezt úgy érik el, hogy energiát vonnak ki a szervezetből tápanyagokés formákká alakítva makroergikus(ATP és egyéb molekulák) és helyreállították(NADP-H - nikotin-amid-adenin-dinukleotid-foszfát) vegyületek. Energiájukat fehérjék, nukleinsavak, lipidek, valamint sejtmembránok és sejtszervecskék komponenseinek szintézisére, mechanikai, kémiai, ozmotikus és elektromos munkák elvégzésére, iontranszport elvégzésére használják fel. Az anyagcsere során a bioszintézishez, a biológiai struktúrák felépítéséhez és megújulásához szükséges műanyagok kerülnek a szervezetbe.

Anabolizmus és katabolizmus

text_fields

text_fields

nyíl_felfelé

Az anyagcserében (anyagcsere)és az energiát két egymással összefüggő, de többirányú folyamat különbözteti meg:

1. Az asszimilációs folyamatokon alapuló anabolizmus,

2. Katabolizmus, amely disszimilációs folyamatokon alapul.

Anabolizmus a szerves anyagok, sejtkomponensek és a szervek és szövetek egyéb struktúráinak bioszintézisének folyamatainak összessége. Az anabolizmus biztosítja a növekedést, fejlődést, a biológiai struktúrák megújulását, valamint a makroergek folyamatos újraszintézisét és az energiahordozók felhalmozódását.

Katabolizmus - ez az összetett molekulák, a sejtek, szervek és szövetek összetevőinek egyszerű anyagokká történő lebontásának folyamatainak összessége, amelyek közül néhányat a bioszintézis prekurzoraiként használnak fel, valamint végső bomlástermékeket nagy energiájú és redukált vegyületek képződésével. Az anyagcsere fő funkcionális elemeinek összekapcsolódását az ábra mutatja be. 10.1.

Az ábra azt mutatja, hogy a katabolizmus és az anabolizmus folyamatai közötti kapcsolat a biokémiai átalakulások egységén alapul, amelyek minden életfolyamatot energiával látnak el, és a testszövetek állandó megújulását.. Az élet mozgatórugója a katabolizmus. Az anabolikus és katabolikus folyamatok összekapcsolása megvalósítható különféle anyagok, de a főszerepet az ATP és a NADP-N játssza. A metabolikus átalakulások más közvetítőitől eltérően az ATP ciklikusan újrafoszforilálódik, és a NADP-H csökken.

Az életfolyamatok energiával való ellátása keresztül történik anaerobÉs aerobic a táplálékkal a szervezetbe jutó fehérjék, zsírok és szénhidrátok katabolizmusa.

A glükóz anaerob emésztése során(glikolízis) vagy annak tartalék szubsztrátja glikogén (glikogenolízis), 1 mol glükóz 2 mol laktáttá alakulása 2 mol ATP képződését eredményezi. Az anaerob anyagcsere során keletkező energia nem elegendő az állati szervezetek létfontosságú folyamatainak lebonyolításához. Az anaerob glikolízis csak korlátozott rövid távú energiaszükségletet képes kielégíteni a sejtben. Ismeretes például, hogy egy érett emlős eritrocita glikolízissel teljesen kielégíti energiaszükségletét.

Az állatok és az emberek szervezetében az aerob anyagcsere folyamatában szinte minden szerves anyag, beleértve az anaerob anyagcsere termékeit is, teljesen lebomlik CO 2 -re és H 2 O-ra. Az 1 mol glükóz teljes CO 2 -dá és H 2 O -dá történő oxidációja során keletkező ATP molekulák teljes száma 25,5 mol. Egy zsírmolekula teljes oxidációja több mol ATP-t termel, mint egy szénhidrátmolekula oxidációja. Így 1 mol palmitinsav teljes oxidációjával 91,8 mol ATP képződik. Az aminosavak és szénhidrátok teljes oxidációja során képződő ATP móljainak száma megközelítőleg azonos. Az ATP belső „energiavaluta” szerepét tölti be a szervezetben, a kémiai energia hordozója és tárolója.

A zsírsavak, a koleszterin, az aminosavak, a szteroid hormonok, a nukleotidok és a nukleinsavak szintézisének prekurzorai bioszintézis-reakciójában a regenerációs energia fő forrása a NADPH-H. Ennek az anyagnak a képződése a sejt citoplazmájában történik a glükóz katabolizmus foszfoglükonát útja során. 1 mol glükóz lebontásával 12 mol NADP-H keletkezik.

Az anabolizmus és a katabolizmus folyamatai a szervezetben dinamikus egyensúlyi állapotban vannak, vagy valamelyikük elterjedt.. Az anabolikus folyamatok túlsúlya a katabolikusokkal szemben a szövettömeg növekedéséhez és felhalmozódásához, a katabolikus folyamatok túlsúlya pedig a szöveti struktúrák részleges pusztulásához és energia felszabadulásához vezet. Az anabolizmus és a katabolizmus egyensúlyi vagy nem egyensúlyi aránya az életkortól (gyermekkori anabolizmus túlsúlya, felnőtteknél egyensúly, időskori katabolizmus túlsúlya), egészségi állapottól, a szervezet által kifejtett fizikai vagy pszicho-érzelmi stressztől függ.

13.4.1. A Krebs-ciklus reakciói a tápanyag-katabolizmus harmadik szakaszába tartoznak, és a sejt mitokondriumaiban fordulnak elő. Ezek a reakciók a katabolizmus általános útjába tartoznak, és minden tápanyagosztály (fehérjék, lipidek és szénhidrátok) lebomlására jellemzőek.

A ciklus fő funkciója az acetil-maradék oxidációja négy redukált koenzim molekula (három molekula NADH és egy molekula FADH2) képződésével, valamint egy GTP molekula képzése szubsztrát foszforilációval. Az acetilmaradék szénatomjai két CO2 molekula formájában szabadulnak fel.

13.4.2. A Krebs-ciklus 8 egymást követő szakaszból áll, különös figyelmet fordítva a szubsztrátok dehidrogénezési reakcióira:

13.6. ábra. A Krebs-ciklus reakciói, beleértve az α-ketoglutarát képződését

A) acetil-CoA kondenzációja oxálacetáttal, melynek eredményeként citrát keletkezik (13.6. ábra, 1. reakció); ezért a Krebs-ciklust is nevezik citrát ciklus. Ebben a reakcióban az acetilcsoport metil-széncsoportja reagál az oxál-acetát ketocsoportjával; Ugyanakkor a tioészter kötés felhasad. A reakció során CoA-SH szabadul fel, amely részt vehet a következő piruvát molekula oxidatív dekarboxilezésében. A reakció katalizálódik citrát szintáz, ez egy szabályozó enzim, a NADH, a szukcinil-CoA és a citrát magas koncentrációja gátolja.

b) a citrát izocitráttá alakul cisz-akonitát közbenső képződése révén. A ciklus első reakciójában keletkező citrát tercier hidroxilcsoportot tartalmaz, és sejtkörülmények között nem képes oxidálódni. Egy enzim hatására akonitáz vízmolekula leszakadása (dehidratáció), majd hozzáadása (hidratálás) történik, de más módon (13.6. ábra, 2-3. reakciók). Ezen átalakulások eredményeként a hidroxilcsoport a későbbi oxidációja szempontjából kedvező helyzetbe kerül.

V) izocitrát dehidrogénezése ezt követi egy CO2 molekula felszabadulása (dekarboxiláció) és α-ketoglutarát képződése (13.6. ábra, 4. reakció). Ez az első redox reakció a Krebs-ciklusban, ami NADH képződését eredményezi. Izocitrát-dehidrogenáz A reakciót katalizáló szabályozó enzim, amelyet az ADP aktivál. A túlzott NADH gátolja az enzim működését.

13.7. ábra. Krebs-ciklus reakciói α-ketoglutaráttal kezdve.

G) az α-ketoglutarát oxidatív dekarboxilezése, amelyet egy multienzim komplex katalizál (13.7. ábra, 5. reakció), CO2 felszabadulása és egy második NADH molekula képződése kíséri. Ez a reakció hasonló a piruvát-dehidrogenáz reakcióhoz. Az inhibitor a reakciótermék - szukcinil-CoA.

d) szubsztrát foszforiláció szukcinil-CoA szintjén, melynek során a tioészter kötés hidrolízise során felszabaduló energia GTP molekula formájában raktározódik. Az oxidatív foszforilációval ellentétben ez a folyamat a mitokondriális membrán elektrokémiai potenciáljának kialakulása nélkül megy végbe (13.7. ábra, 6. reakció).

e) szukcinát dehidrogénezése a fumarát és a FADH2 molekula képződésével (13.7. ábra, 7. reakció). A szukcinát-dehidrogenáz enzim szorosan kötődik a mitokondriumok belső membránjához.

és) fumarát hidratálás, melynek következtében a reakciótermék molekulájában egy könnyen oxidálódó hidroxilcsoport jelenik meg (13.7. ábra, 8. reakció).

h) a malát dehidrogénezése, ami oxálacetát és egy harmadik NADH molekula képződéséhez vezet (13.7. ábra, 9. reakció). A reakcióban keletkezett oxálacetát egy másik acetil-CoA molekulával kondenzációs reakcióban ismét felhasználható (13.6. ábra, 1. reakció). Ezért ez a folyamat az ciklikus jellegű.

13.4.3. Így a leírt reakciók eredményeként az acetil-maradék teljes oxidáción megy keresztül CH3 -CO-. Az egységnyi idő alatt mitokondriumokká átalakuló acetil-CoA molekulák száma az oxálacetát koncentrációjától függ. Az oxálacetát koncentrációjának növelésének fő módjai a mitokondriumokban (a megfelelő reakciókat később tárgyaljuk):

13.4.4. Néhány Krebs-ciklus metabolitja felhasználható szintézisépítőelemek összetett molekulák felépítéséhez. Így az oxál-acetát aszpartát aminosavvá, az α-ketoglutarát pedig glutamát aminosavvá alakítható. A szukcinil-CoA részt vesz a hem, a hemoglobin protéziscsoportjának szintézisében. Így a Krebs-ciklus reakciói részt vehetnek mind a katabolizmus, mind az anabolizmus folyamataiban, azaz a Krebs-ciklus végrehajt amfibolikus funkció(lásd 13.1).

Egy élő szervezetben folyamatosan különböző folyamatok mennek végbe, hogy biztosítsák létfontosságú funkcióit. Az egyik az anyagcsere (metabolizmus), amely az elfogyasztott táplálékot energiává alakítja. Ebben a cikkben az anyagcseréről lesz szó. Megvizsgáljuk az anyagcsere folyamatok lényegét, tisztázzuk azok szakaszait, és válaszolunk a kérdésre - mi a katabolizmus és az anabolizmus.

Az anyagcsere lényege és szerepe az élő szervezetek számára

Az élő szervezetek növekedéséhez, regenerálódásához és szaporodásához a természet rendkívül fontos képességgel ruházta fel őket, hogy a külső táplálékból származó kalóriákat az élethez szükséges értékes energiává alakítsák. Ezeknek a biokémiai folyamatoknak a halmazát anyagcserének vagy anyagcserének nevezik.

Az egyes egyedek anyagcseréje kvantitatív együtthatóval fejezhető ki, amely meghatározza, hogy a szervezet milyen sebességgel alakítja át a táplálékot hasznos energiává. Megállapítást nyert, hogy az anyagcsere-folyamatok aktivitását számos tényező befolyásolja:

• Padló. A férfiaknál 10-20%-kal magasabb az anyagcsere, mint a nőknél.
• Kor. Általánosságban elmondható, hogy az anyagcsere (anabolizmus, katabolizmus) gyorsabban megy végbe az élet első 25-30 évében, majd az anyagcsere sebessége minden évtizedben 3%-kal csökken.
• A túlsúly a tápanyagok gyors felszívódásához vezet, amelyek zsírként raktározódnak az izomszövetben és a májban.
• A fizikai aktivitás felgyorsítja az anyagcserét a következő progresszióban - 20%-kal az első 2-3 órában, és a következő napon - 5%-kal.

Az élő szervezetekben zajló anyagcsere-folyamatok elkerülhetetlenül két ellentétes formában mennek végbe: disszimiláció (katabolizmus) és asszimiláció (anabolizmus). A továbbiakban ezeket a folyamatokat nézzük meg részletesebben.

Olvasson többet arról, hogy mi az a katabolizmus

A katabolizmus egy olyan folyamat, amelynek során az összetett anyagok, sejtek, szövetek, szervek és egyéb dolgok halmaza formájában, egyszerűbbekre bomlanak le. A katabolikus folyamatok szükségszerűen együtt járnak az energiasejtek képződésével és dúsításával ATP formájában, amelyet később szintézisre és más létfontosságú folyamatokra, például mozgásra fordíthatnak.

A következő hormonok befolyásolják a katabolizmust, pontosabban az összetett anyagok lebomlásának sebességét:

• kortizol - stresszes helyzetek miatt a szervezetben termelődik;
• adrenalin, amelynek koncentrációja növelhető böjt közben, valamint akkor, amikor egy személy erős érzelmeket tapasztal;
• A glukagon egy zsírégető hormon, amely akkor termelődik aktívan, ha az élelmiszerekből származó szénhidrátok mennyisége korlátozott (a dietetikában ez a túlnyomórészt fehérjetartalmú élelmiszerek fogyasztásával járó diétáknak köszönhetően lehetséges).

A katabolizmus szakaszai

A komplex vegyületek disszimilációja több egymást követő szakaszon megy keresztül, beleértve:

1. A zsírok, fehérjék és összetett szénhidrátok szerves molekuláinak monomerekké történő lebontása (pl. zsírsav, aminosavak, monoszacharidok). A folyamat a sejten kívül történik - az emésztőrendszerben.
2. A monomerek bejutása a vér- és nyirokkeringésen keresztül a szöveti sejtekbe, ahol a hasítási folyamat egészen kisebb struktúrák kialakulásáig tart, mint például a koenzimek acetilcsoportja.
3. Oxidáció oxigén hatására kis molekulatömegű vegyületek légzése során, ami képződést eredményez szén-dioxidés víz, valamint sejtenergia ATP-t is felhalmoz.

Hogyan történik az anabolizmus?

Miután megvizsgáltuk, mi is az a katabolizmus, helyénvaló lenne ennek ellentétes formájának, az anabolizmusnak a fogalmát megadni. Tehát, ha a katabolizmus a polimerek lebontásának folyamata, akkor az anabolizmus nem más, mint egyszerű anyagok szintézise összetett vegyületekké, amelyekből a test új sejtjei és szövetei épülnek fel.

Az anabolizmus biztosítja a test minden típusú szövetének növekedését, fejlődését és regenerálódását.

Az asszimilációs anyagcsere szintén három szakaszban megy végbe:

• Először is, az alacsony molekulatömegű vegyületek prekurzormolekulákat képeznek.
• A következő szakaszban ezek a molekulák aktív formákká alakulnak, és a katabolizmus során felhalmozódott sejtenergia elhasználódik.
• Az utolsó szakasz magában foglalja az oktatási folyamatot építési anyag a test - polimerek, fehérjék, szénhidrátok és zsírok formájában.

A katabolizmus és az anabolizmus kapcsolata

A katabolizmus és az anabolizmus egymással szorosan összefüggő folyamatok. Az első biztosítja a szerves vegyületek egyszerű anyagokká történő bomlását és az energia felhalmozódását, ami az asszimilációs anyagcseréhez szükséges. A második a katabolikus folyamatokat látja el a szükséges enzimekkel.

Ez a két csereforma folyamatosan előfordul az élő szervezetekben, és kétféle kölcsönhatásban létezhet:

• egyensúlyi állapotban;
• az egyik faj túlsúlya a másikkal szemben.

Az anyagcsere-folyamatok fennmaradása vagy kiegyensúlyozatlansága az életkortól és a szervezet pszicho-érzelmi állapotától függ. Például gyermekeknél, különösen az élet első évében, az anabolizmus dominál a katabolizmussal szemben, és az időseknél - fordítva.

Stresszállapot és testmozgás az anyagcsere-folyamatok egyensúlyának disszimiláció felé való eltolódásához is vezethet. Végül is mi az a katabolizmus? Gyakorlatilag ez a fogyás és a kalóriaégetés.

Az anabolizmus és a katabolizmus a fő anyagcserefolyamatok.

A katabolizmus összetett szerves vegyületek enzimatikus lebontása, amely a sejten belül oxidációs reakciók következtében megy végbe. A katabolizmust az energia felszabadulása és az ATP nagy energiájú foszfátkötéseiben való tárolása kíséri.

Az anabolizmus összetett szerves vegyületek - fehérjék, nukleinsavak, poliszacharidok - szintézise egyszerű prekurzorokból, amelyek a környezetből kerülnek a sejtbe, vagy a katabolizmus folyamata során keletkeznek. A szintézis folyamatokhoz kapcsolódik az ATP által szolgáltatott szabad energia felhasználása (31. ábra).

Rizs. 31 A metabolikus útvonalak sémája egy bakteriális sejtben

A disszimilációs folyamat (katabolizmus) biokémiájától függően megkülönböztetünk légzést és fermentációt.

Lehelet különböző vegyületek biológiai oxidációjának összetett folyamata), amely nagy mennyiségű energia képződésével jár, amely nagy energiájú kötések formájában halmozódik fel az ATP (adenozin-trifoszfát), UTP (uridin-trifoszfát) stb. szerkezetében, és szén-dioxid és víz képződése. Létezik aerob és anaerob légzés.

Erjesztés– a szerves vegyületek tökéletlen lebomlása kis mennyiségű energia és energiadús termékek képződésével.

Az anabolizmus olyan szintézis folyamatokat foglal magában, amelyek a katabolizmus által termelt energiát használják fel. Egy élő sejtben a katabolizmus és az anabolizmus folyamatai egyidejűleg és folyamatosan mennek végbe. Számos reakció és köztes termék közös bennük.

Az élő szervezeteket az általuk használt energia vagy szénforrás szerint osztályozzák. A szén az élő anyag fő eleme. Vezető szerepet játszik a konstruktív anyagcserében.

A celluláris szénforrástól függően minden élőlény, beleértve a prokariótákat is, autotrófokra és heterotrófokra oszlik.

Autotrófok a CO 2-t használja egyedüli szénforrásként, redukálva azt hidrogénnel, amely a vízből vagy más anyagokból válik le. Szerves anyagokat szintetizálnak egyszerű szervetlen vegyületekből a foto- vagy kemoszintézis folyamatában.

Heterotrófok szenet nyernek szerves vegyületekből.

Az élő szervezetek fény- vagy kémiai energiát használhatnak fel. A fényenergiából élő szervezeteket nevezzük fototróf. Szerves anyagokat szintetizálnak a Nap elektromágneses sugárzásának (fény) elnyelésével. Ide tartoznak a növények, kék-zöld algák, zöld és lila kénbaktériumok.

Azokat a szervezeteket, amelyek szubsztrátumokból, táplálékforrásokból kapnak energiát (szervetlen anyagok oxidációs energiája) ún. kemotrófok. NAK NEK kemoheterotrófok közé tartozik a legtöbb baktérium, valamint gombák és állatok.

Van egy kis csoport kemoautotrófok. Ilyen kemoszintetikus mikroorganizmusok közé tartoznak a nitrifikáló baktériumok, amelyek az ammóniát salétromsavvá oxidálva felszabadítják a szintézishez szükséges energiát. A kemoszintetikus anyagok közé tartoznak a hidrogénbaktériumok is, amelyek a molekuláris hidrogén oxidációjával nyernek energiát.

A szénhidrátok mint energiaforrás

A legtöbb szervezetben a szerves anyagok lebomlása oxigén - aerob anyagcsere jelenlétében történik. E csere következtében energiaszegény végtermékek (CO 2 és H 2 O) megmaradnak, de sok energia szabadul fel. Az aerob anyagcsere folyamatát légzésnek, anaerob - fermentációnak nevezik.

A szénhidrátok a fő energiahordozók, amelyeket a sejtek elsősorban kémiai energia előállítására használnak fel. Ezenkívül a fehérjék és zsírok a légzés során, az alkoholok és a szerves savak pedig az erjedés során is felhasználhatók.

Az élőlények különböző módon bontják le a szénhidrátokat, amelyek során a legfontosabb köztes termék a piroszőlősav (piruvát). A piruvát központi szerepet játszik az anyagcserében a légzés és az erjedés során. A PVC képződésének három fő mechanizmusa van.

1. Fruktóz-difoszfát (glikolízis) vagy Embden-Meyerhoff-Parnas útvonal- univerzális út.

A folyamat a foszforilációval kezdődik (32. ábra). A hexokináz és az ATP enzim részvételével a glükóz a hatodik szénatomnál foszforilálódik, és glükóz-6-foszfát keletkezik. Ez a glükóz aktív formája. Kiindulási termékként szolgál a szénhidrátok lebontásához, háromféle módon.

A glikolízis során a glükóz-6-foszfát fruktóz-6-foszfáttá izomerizálódik, majd az első szénatomnál foszforilálódik a 6-foszfofruktokináz hatására. A kapott fruktóz-1,6-bifoszfát az aldoláz enzim hatására könnyen két triózra bomlik: foszfogliceraldehidre és dihidroxi-aceton-foszfátra. A C3-szénhidrátok további átalakítása a hidrogén- és foszformaradékok specifikus dehidrogenázok részvételével számos szerves savan keresztül történő átvitele miatt megy végbe. Ezen az úton minden reakció, kivéve három reakciót, amelyben a hexokináz, a 6-foszfofruktokináz és a piruvát-kináz, teljesen visszafordítható. A piroszőlősav képződésének szakaszában a szénhidrátok átalakulásának anaerob fázisa véget ér.

A maximális energiamennyiség, amelyet egy sejt egy szénhidrátmolekula glikolitikus úton történő oxidációjából kap, 2 × 10 5 J.

32. ábra. Fruktóz-difoszfát út a glükóz lebontásához

2. Pentóz-foszfát (Warburg-Dickens-Horecker)pálya a legtöbb élőlényre is jellemző (leginkább a növényekre, a mikroorganizmusokra pedig kisegítő szerepet tölt be). A glikolízissel ellentétben a PF-útvonal nem termel piruvátot.

A glükóz-6-foszfát 6-foszfoglükolaktonná alakul, amely dekarboxileződik (33. ábra). Ebben az esetben ribulóz-5-foszfát képződik, amely befejezi az oxidációs folyamatot. Az ezt követő reakciók a pentóz-foszfátok hexóz-foszfáttá történő átalakulási folyamatának minősülnek, és fordítva, azaz pl. ciklus alakul ki. Úgy gondolják, hogy a pentóz-foszfát útvonal egy szakaszban glikolízisbe megy át.

Amikor minden hat glükózmolekula áthalad a PF-en, egy glükóz-6-foszfát molekula teljesen CO 2 -dá oxidálódik, és 6 molekula NADP + redukálódik NADP·H 2 -dá. Ez az energiaszerzési mechanizmus kétszer kevésbé hatékony, mint a glikolitikus: minden glükózmolekula után 1 molekula ATP képződik.

Rizs. 33. Pentóz-foszfát útvonal a glükóz-6-foszfát lebontásához

Ennek az útvonalnak a fő célja a nukleinsavak szintéziséhez szükséges pentózok ellátása, valamint a zsírsavak és szteroidok szintéziséhez szükséges NADPH 2 többségének képződése.

3. Entner-Doudoroff útvonal (ketodeoxi-foszfoglükonát vagy KDPG útvonal) csak a baktériumokban található meg. A glükózt az ATP-molekula foszforilezi a hexokináz enzim részvételével (34. ábra).

34. ábra. Entner-Doudoroff útvonal a glükóz lebontásához

A foszforilációs terméket, a glükóz-6-foszfátot 6-foszfoglükonáttá dehidrogénezzük. A foszfoglükonát-dehidrogenáz enzim hatására a víz leválik róla, és 2-keto-3-dezoxi-6-foszfoglükonát (KDPG) keletkezik. Ez utóbbit egy specifikus aldoláz hasítja piruváttá és glicerinaldehid-3-foszfáttá. A gliceraldehid tovább van kitéve enzimeknek a glikolitikus úton, és egy második piruvát molekulává alakul. Ezenkívül ez az útvonal ellátja a sejtet 1 ATP-molekulával és 2 NADH2-molekulával.

Így a szénhidrátok oxidatív lebontásának fő köztes terméke a piroszőlősav, amely enzimek részvételével különféle anyagokká alakul. A sejtben az egyik módon képződött PVK további oxidációnak van kitéve. A felszabaduló szenet és hidrogént eltávolítják a sejtből. A szén CO 2 formájában szabadul fel, a hidrogént különféle akceptorokhoz juttatják. Sőt, akár hidrogéniont, akár elektront lehet átvinni, így a hidrogén átvitele egyenértékű az elektron átadásával. A végső hidrogénakceptortól (elektrontól) függően aerob légzést, anaerob légzést és fermentációt különböztetünk meg.

Lehelet

A légzés egy redox folyamat, amely az ATP képződésével megy végbe; A hidrogén (elektron) donorok szerepét benne a szerves vagy szervetlen vegyületek töltik be, és a legtöbb esetben a szervetlen vegyületek szolgálnak hidrogén (elektron) akceptorként.

Ha a végső elektronakceptor a molekuláris oxigén, a légzési folyamatot ún aerob légzés. Egyes mikroorganizmusokban a végső elektronakceptor olyan vegyületek, mint a nitrátok, szulfátok és karbonátok. Ezt a folyamatot ún anaerob légzés.

Aerob légzés– a szubsztrátok teljes oxidációja CO 2 -vé és H 2 O-vá, nagy mennyiségű energia képződésével ATP formájában.

A piroszőlősav teljes oxidációja aerob körülmények között megy végbe a trikarbonsav-ciklusban (TCA-ciklus vagy Krebs-ciklus) és a légzési láncban.

Az aerob légzés két szakaszból áll:

1). A glikolízis során képződő piruvát acetil-CoA-vá, majd CO 2 -dá oxidálódik, és a felszabaduló hidrogénatomok akceptorokba kerülnek. Így történik a TTC.

2). A dehidrogenázok által eltávolított hidrogénatomokat az anaerob és aerob dehidrogenázok koenzimei fogadják be. Ezután a légzési lánc mentén szállítódnak, amelynek bizonyos szakaszain jelentős mennyiségű szabad energia képződik nagy energiájú foszfátok formájában.

Trikarbonsav-ciklus (Krebs-ciklus, TCA-ciklus)

A glikolízis során keletkező piruvát a piruvát-dehidrogenáz multienzim komplex részvételével acetaldehiddé dekarboxileződik. Az acetaldehid az egyik oxidatív enzim koenzimével - a koenzim A-val (CoA-SH) kombinálva "aktivált ecetsavat" - acetil-CoA - nagy energiájú vegyületet képez.

Az acetil-CoA a citrát-szintetáz hatására oxálecetsavval (oxaloacetáttal) reagál, citromsavat (C6-citrát) képezve, amely a TCA-ciklus fő láncszeme (35. ábra). A citrát izomerizáció után izocitráttá alakul. Ezt követi az oxidatív (H elimináció) dekarboxilezés (CO 2 eliminációja) izocitrát, melynek terméke a 2-oxoglutarát (C 5). A ɑ-ketoglutarát-dehidrogenáz enzimkomplex és a NAD aktív csoport hatására szukcináttá alakul, CO 2 -t és két hidrogénatomot veszítve. A szukcinátot ezután fumaráttá (C4) oxidálják, az utóbbit pedig hidratálják (H2O hozzáadása) maláthoz. A Krebs-ciklus végső reakciójában a malát oxidálódik, ami az oxálacetát (C 4) regenerálódásához vezet. Az oxálacetát reagál az acetil-CoA-val, és a ciklus megismétlődik. Mind a 10 TCA ciklus reakciója egy kivételével könnyen visszafordítható. Két szénatom lép be a körforgásba acetil-CoA formájában, és ugyanennyi szénatom távozik ebből a körforgásból CO 2 formájában.

Rizs. 35. Krebs-ciklus (V.L. Kretovich szerint):

1, 6 – oxidatív dekarboxilező rendszer; 2 – citrát szintetáz, koenzim A; 3, 4 – akonitát hidratáz; 5 – izocitrát-dehidrogenáz; 7 – szukcinát-dehidrogenáz; 8 – fumarát hidratáz; 9 – malát-dehidrogenáz; 10 – spontán átalakulás; 11 - piruvát-karboxiláz

A Krebs-ciklus négy redoxreakciója eredményeként három elektronpár kerül a NAD-ba és egy elektronpár a FAD-ba. Az ily módon redukált NAD és FAD elektronhordozók ezután már az elektrontranszport láncban oxidációnak vannak kitéve. A ciklus egy ATP molekulát, 2 CO 2 molekulát és 8 hidrogénatomot termel.

A Krebs-ciklus biológiai jelentősége abban rejlik, hogy a bioszintetikus folyamatok hatékony energiaszállítója és „építőkövei”. A Krebs-ciklus csak aerob körülmények között működik, anaerob körülmények között, az α-ketoglutarát dehidrogenáz szintjén nyitott.

Légzőlánc

A katabolizmus utolsó szakasza az oxidatív foszforiláció. E folyamat során felszabadul az anyagcsere-energia nagy része.

A Krebs-ciklusban redukált NAD és FAD elektronhordozók oxidációnak vannak kitéve a légzési láncban vagy az elektrontranszport láncban. A hordozó molekulák dehidrogenázok, kinonok és citokrómok.

Mindkét enzimrendszer a prokariótákban a plazmamembránban, az eukariótákban a mitokondriumok belső membránjában található. A hidrogénatomokból (NAD, FAD) származó elektronok összetett hordozóláncon keresztül jutnak el a molekuláris oxigénhez, redukálják azt, és víz keletkezik.

Egyensúly. Az energiamérleg számításai azt mutatták, hogy amikor a glükózt glikolitikusan és a Krebs-cikluson keresztül lebontják, majd a légzőláncban CO 2 -vé és H 2 O -vá oxidálják, minden glükózmolekulához 38 ATP molekula képződik. Ezenkívül a maximális mennyiségű ATP a légzési láncban képződik - 34 molekula, 2 molekula az EMT útvonalon és 2 molekula a TCA ciklusban (36. ábra).

Szerves vegyületek nem teljes oxidációja

A légzés általában a szerves szubsztrát teljes oxidációjával jár, azaz. a végső bomlástermékek CO 2 és H 2 O.

Egyes baktériumok és számos gomba azonban nem oxidálja teljesen a szénhidrátokat. A nem teljes oxidáció végtermékei a közegben felhalmozódó szerves savak: ecetsav, citromsav, fumársav, glükonsav stb. Ezt az oxidatív folyamatot a mikroorganizmusok energiaszerzésre használják fel. A teljes energiahozam azonban lényegesen kisebb, mint teljes oxidáció esetén. Az oxidált kiindulási szubsztrát energiájának egy része a keletkező szerves savakban tárolódik.

A nem teljes oxidáció energiája miatt fejlődő mikroorganizmusokat a mikrobiológiai iparban szerves savak és aminosavak előállítására használják fel.