Anabolizm i katabolizm to procesy zachodzące w naszym organizmie. Niektóre z nich to procesy budowlane (anaboliczne), inne to procesy degradacji lub niszczenia (kataboliczne). Zapewne wielu z Was powie, że ważniejsze są procesy anaboliczne, a procesy kataboliczne należy ograniczyć do minimum.

Prawdą jest jednak, że procesy budowy i degradacji w organizmie są od siebie zależne, komórka nie może istnieć, jeśli tylko przyswaja substancje, nie syntetyzując nowych i odwrotnie. Procesy anaboliczne i kataboliczne budują jedną biochemiczną i energetyczną esencję metabolizmu.

Zapewne wiele osób wciąż nie wie, że podczas treningu pobudzamy procesy kataboliczne naszego organizmu, które niszczą nasze tkanki mięśniowe. Dla niektórych może się to wydawać dziwne, ale jeśli się nad tym zastanowimy, dostrzeżemy logikę. Nie możemy mieć procesów budulcowych, jeśli się im nie sprzeciwiamy i są one spowodowane właśnie treningiem mięśni.

Krótko mówiąc, rozkładamy mięśnie, aby mogły się odbudować i stać się większe i silniejsze. Warto wiedzieć, jak na procesy anaboliczne wpływa katabolizm i odwrotnie, bo im lepiej znamy ich zależność, tym lepsze wyniki osiągamy na siłowni!

Procesy anaboliczne

Jak powiedzieliśmy, procesy anaboliczne inicjują procesy kataboliczne. Podczas treningu i codziennych czynności nasz organizm jest pod napięciem i znajduje się w fazie katabolicznej. Normalną odpowiedzią organizmu na procesy kataboliczne są procesy budowlane.

Procesy anaboliczne są wytwarzane w organizmie z energii ze spożywanego pokarmu, wystarczającej ilości odpoczynku i hormonów: somatotropiny, insulinopodobnego czynnika wzrostu, insuliny, testosteronu, estradiolu. Proces ten można podzielić na trzy etapy: synteza półproduktów, synteza jednostek monomerowych oraz synteza polimerów i monomerów. Mówiąc najprościej, ruch od prostego do złożonego z wykorzystaniem dostępnej energii ciała.

procesy kataboliczne

Katabolizm (degradacja) to proces uwalniania energii podczas degradacji substancji. Definiuje je wartość opałowa oznaczana jako kcal/g (kcal/g substancji). Pod wpływem procesów katabolicznych główne składniki odżywcze (białka, tłuszcze i węglowodany) ulegają degradacji do produktów końcowych: wody, CO2, amoniaku, mocznika, kwasu moczowego itp., które następnie są wydalane z organizmu przez układ wydalniczy.

Powiązany artykuł: Czym jest seks duchowy?

Procesy kataboliczne zachodzą podczas aktywność fizyczna i faktycznie są winowajcami w budowaniu silniejszych mięśni i usuwaniu podskórnego tłuszczu.

Bilansowanie procesów

Wiele osób próbuje zatrzymać procesy kataboliczne lub przesadzić z nimi (na treningu) w celu uzyskania maksymalnych rezultatów. To nie jest dobre podejście, ponieważ procesy są od siebie zależne. Aby zmaksymalizować efekty konieczne jest zrównoważenie procesów anabolizmu i katabolizmu.

Musimy napinać mięśnie i degradować wiele substancji, aby uwolnić energię, ale musimy także pozwolić naszemu ciału wystarczająco długo odpoczywać i otrzymywać niezbędne składniki odżywcze, aby odnieść sukces w naprawie tkanek i budowaniu nowych i silniejszych. Kiedy osoba trenuje zbyt często i nie śpi lub nie je wystarczająco dużo, ciało nie ma innego wyjścia, jak pozostać dłużej w fazie katabolicznej, a wyniki spadają, a nawet przechodzą od postępu do regresji!

Jak zachować równowagę

Najważniejszą rzeczą jest monitorowanie postępów, aby wiedzieć, czy jesteśmy na dobrej drodze (dobrze wyważeni). Podzielmy się kilkoma rzeczami, o których należy pamiętać i które pomogą zminimalizować straty.

• Nie przepracuj się. Często zawstydzeni przez znajomych, przyjaciół lub czasopisma, zmieniamy program tak, aby nasz organizm nie przestawał ćwiczyć 7 dni w tygodniu. Większość ludzi pomyśli, że ćwicząc każdego dnia, uzyskają lepsze wyniki. Może to być prawdą tylko wtedy, gdy pozwolisz swojemu ciału odpocząć i zregenerować się, co jest trudne do zrobienia, jeśli jesteś ciężki i długi, śpisz mało lub nie jesz wystarczająco dużo.
• Nie próbuj tłumić procesów katabolicznych. Ponieważ, jak już kilkakrotnie mówiliśmy, są dla Ciebie tak samo ważne jak anaboliczne.
• Jeśli zmniejszysz trening lub intensywność, Twój organizm będzie miał bardzo słaby katabolizm i nie będzie potrzeby tworzenia procesów budowania mięśni. Jeśli trenujesz regularnie i poważnie, to nie przesadzaj, pozwól swojemu organizmowi wykorzystać maksymalne okno anaboliczne. Staraj się iść spać przed 23:00, aby wstać wcześnie o 7 rano. Nasze ciała są zaprojektowane tak, aby po zachodzie słońca przechodziło w fazę anaboliczną, a gdy słońce wschodzi rano, anabolizm przechodzi w katabolizm, który trwa przez cały dzień.
• Unikaj pokarmów estrogennych (produkty żywieniowe zawierające hormon estrogen): soja, żywność poddana działaniu pestycydów, wołowina z rzeźników (estrogen jest dodawany do diety krów i gromadzi się odpowiednio w komórkach ciała oraz w mięsie, które można znaleźć w sklepach mięsnych). Agencja ds. Żywności i Leków twierdzi, że nie zezwala na stosowanie dodanych hormonów w wieprzowinie lub drobiu (kurczak, jaja, indyk), więc produkty te nie mogą zawierać estrogenu. Rodzaj pokarmu z estrogenami przechyli organizm na korzyść procesów katabolicznych, zmniejszając ilość hormonów anabolicznych (np. testosteronu) w kierunku estrogenu.
• Zrelaksować się. Duży wpływ na procesy zachodzące w organizmie ma stres fizyczny i psychiczny. Spróbuj wyjść z tych sytuacji, a jeśli nie możesz ich uniknąć, spróbuj się zrelaksować.
• Unikaj papierosów, alkoholu i oczywiście wszelkiego rodzaju narkotyki. Nie tylko spowalniają twoje postępy, ale jak wszyscy wiemy, jest to szkodliwe dla twojego zdrowia.
• Jedz pokarmy bogate w błonnik(pełne ziarna

pola_tekstowe

pola_tekstowe

strzałka_w górę

Metabolizm i energia - to zespół fizycznych, chemicznych i fizjologicznych procesów przemian substancji i energii w ludzkim ciele oraz wymiany substancji i energii między ciałem a środowisko .

Ciągła wymiana materii i energii między organizmem a środowiskiem jest jednym z najistotniejszych przejawów życia.

Do podtrzymania procesów życiowych dostarcza metabolizm i energia Plastikowy oraz energia potrzeby ciała. Osiąga się to poprzez wydobywanie energii z energii wchodzącej do ciała. składniki odżywcze i przekształcenie go do postaci makroergiczny(ATP i inne cząsteczki) oraz odrestaurowany(NADP-N - amid nikotyny - fosforan dinukleotydu adeninowego). Ich energia jest wykorzystywana do syntezy białek, kwasów nukleinowych, lipidów, a także składników błon komórkowych i organelli komórkowych, do wykonywania prac mechanicznych, chemicznych, osmotycznych i elektrycznych oraz transportu jonów. W trakcie metabolizmu do organizmu dostarczane są plastyczne substancje niezbędne do biosyntezy, budowy i odnowy struktur biologicznych.

Anabolizm i katabolizm

pola_tekstowe

pola_tekstowe

strzałka_w górę

W metabolizmie (metabolizm) i energię wyróżniają dwa powiązane ze sobą, ale wielokierunkowe procesy:

1. Anabolizm, który opiera się na procesach asymilacji,

2. Katabolizm, który opiera się na procesach dysymilacji.

Anabolizm - jest to zestaw procesów biosyntezy substancji organicznych, składników komórkowych i innych struktur narządów i tkanek. Anabolizm zapewnia wzrost, rozwój, odnowę struktur biologicznych, a także ciągłą resyntezę makroergów i akumulację substratów energetycznych.

katabolizm - jest to zespół procesów rozpadu złożonych cząsteczek, składników komórek, narządów i tkanek do substancji prostych, z wykorzystaniem niektórych z nich jako prekursorów biosyntezy, oraz do końcowych produktów rozpadu z wytworzeniem związków makroergicznych i zredukowanych. Połączenie głównych funkcjonalnych elementów metabolizmu pokazano na ryc. 10.1.

Z wykresu wynika, że ​​związek między procesami katabolizmu i anabolizmu opiera się na jedności przemian biochemicznych, które dostarczają energii dla wszystkich procesów życiowych i ciągłej odnowy tkanek organizmu.. Siłą napędową życia jest katabolizm. Można przeprowadzić koniugację procesów anabolicznych i katabolicznych różne substancje, ale główną rolę odgrywa ATP, NADP-N. W przeciwieństwie do innych mediatorów przemian metabolicznych, ATP ulega cyklicznej refosforylacji, a NADP-H zostaje przywrócony.

Dostarczanie energii do procesów życiowych odbywa się dzięki: beztlenowy oraz aerobik katabolizm białek, tłuszczów i węglowodanów dostających się do organizmu wraz z pożywieniem.

Podczas beztlenowego trawienia glukozy(glikoliza) lub jego rezerwowy glikogen substratu (glikogenoliza), przekształcenie 1 mola glukozy w 2 mole mleczanu prowadzi do powstania 2 moli ATP. Energia wytwarzana podczas metabolizmu beztlenowego nie wystarcza do przeprowadzenia procesów życiowych organizmów zwierzęcych. Dzięki glikolizie beztlenowej możliwe jest zaspokojenie jedynie ograniczonych krótkoterminowych potrzeb energetycznych komórki. Wiadomo na przykład, że dojrzały erytrocyt ssaków w pełni zaspokaja swoje potrzeby energetyczne poprzez glikolizę.

W organizmie zwierząt i ludzi w procesie metabolizmu tlenowego prawie wszystkie substancje organiczne, w tym produkty metabolizmu beztlenowego, całkowicie rozkładają się na CO 2 i H 2 O. Całkowita liczba cząsteczek ATP powstałych podczas całkowitego utlenienia 1 mola glukozy do CO 2 i H 2 O wynosi 25,5 moli. Wraz z całkowitym utlenianiem cząsteczki tłuszczu powstaje więcej moli ATP niż przy utlenianiu cząsteczki węglowodanu. Tak więc przy całkowitym utlenieniu 1 mola kwasu palmitynowego powstaje 91,8 moli ATP. Liczba moli ATP powstających podczas całkowitego utleniania aminokwasów i węglowodanów jest w przybliżeniu taka sama. ATP pełni w organizmie rolę wewnętrznej „waluty energetycznej”, nośnika i akumulatora energii chemicznej.

Głównym źródłem energii regeneracyjnej dla reakcji biosyntezy kwasów tłuszczowych, cholesterolu, aminokwasów, hormonów steroidowych, prekursorów do syntezy nukleotydów i kwasów nukleinowych jest NADP-H. Powstawanie tej substancji odbywa się w cytoplazmie komórki w procesie fosfoglukonianowego szlaku katabolizmu glukozy. Przy takim rozszczepieniu 1 mola glukozy powstaje 12 moli NADP-H.

Procesy anabolizmu i katabolizmu zachodzą w organizmie w stanie dynamicznej równowagi lub przewagi jednego z nich.. Przewaga procesów anabolicznych nad katabolicznymi prowadzi do wzrostu, gromadzenia masy tkankowej, a przewaga procesów katabolicznych prowadzi do częściowego zniszczenia struktur tkankowych, uwolnienia energii. Stan równowagi lub nierównowagowy stosunek anabolizmu do katabolizmu zależy od wieku (przewaga anabolizmu w dzieciństwie, równowaga u dorosłych, przewaga katabolizmu w starszym wieku), stanu zdrowia, wykonywanego obciążenia fizycznego lub psycho-emocjonalnego przez ciało.

13.4.1. Reakcje cyklu Krebsa są trzecim etapem katabolizmu składników odżywczych i zachodzą w mitochondriach komórki. Reakcje te należą do ogólnej ścieżki katabolizmu i są charakterystyczne dla rozpadu wszystkich klas składników odżywczych (białek, lipidów i węglowodanów).

Główną funkcją cyklu jest utlenianie reszty acetylowej z wytworzeniem czterech cząsteczek zredukowanych koenzymów (trzech cząsteczek NADH i jednej cząsteczki FADH2), a także wytworzenie cząsteczki GTP poprzez fosforylację substratu. Atomy węgla reszty acetylowej są uwalniane jako dwie cząsteczki CO2.

13.4.2. Cykl Krebsa obejmuje 8 kolejnych etapów, zwracając szczególną uwagę na reakcje odwodornienia substratów:

Rysunek 13.6. Reakcje cyklu Krebsa, w tym tworzenie α-ketoglutaranu

a) kondensacja acetylo-CoA ze szczawiooctanem, w wyniku czego powstaje cytrynian (ryc. 13.6, reakcja 1); więc cykl Krebsa jest również nazywany cykl cytrynianowy. W tej reakcji węgiel metylowy grupy acetylowej oddziałuje z grupą ketonową szczawiooctanu; rozerwanie wiązania tioeterowego następuje jednocześnie. Reakcja uwalnia CoA-SH, który może brać udział w oksydacyjnej dekarboksylacji następnej cząsteczki pirogronianu. Reakcja jest katalizowana syntaza cytrynianowa, jest enzymem regulatorowym, hamują go wysokie stężenia NADH, sukcynylo-CoA, cytrynianu.

b) przekształcenie cytrynianu w izocytrynian poprzez pośrednie tworzenie cis-akonitynianu. Cytrynian powstały w pierwszej reakcji cyklu zawiera trzeciorzędową grupę hydroksylową i nie jest zdolny do utleniania się w warunkach komórkowych. Pod działaniem enzymu akonitaza następuje rozszczepienie cząsteczki wody (odwodnienie), a następnie jej dodanie (uwodnienie), ale w inny sposób (ryc. 13.6, reakcje 2-3). W wyniku tych przekształceń grupa hydroksylowa przesuwa się do pozycji sprzyjającej jej późniejszemu utlenianiu.

w) odwodornienie izocytrynianowe następnie uwolnienie cząsteczki CO2 (dekarboksylacja) i utworzenie α-ketoglutaranu (ryc. 13.6, reakcja 4). Jest to pierwsza reakcja redoks w cyklu Krebsa, w wyniku której powstaje NADH. dehydrogenaza izocytrynianowa, który katalizuje reakcję, jest enzymem regulatorowym, aktywowanym przez ADP. Nadmiar NADH hamuje enzym.

Rysunek 13.7. Reakcje cyklu Krebsa rozpoczynające się od α-ketoglutaranu.

G) dekarboksylacja oksydacyjna α-ketoglutaranu, katalizowany przez kompleks multienzymatyczny (ryc. 13.7, reakcja 5), ​​któremu towarzyszy uwalnianie CO2 i tworzenie drugiej cząsteczki NADH. Ta reakcja jest podobna do reakcji dehydrogenazy pirogronianowej. Inhibitorem jest produkt reakcji, sukcynylo-CoA.

mi) fosforylacja substratu na poziomie sukcynylo-CoA, podczas którego energia uwalniana podczas hydrolizy wiązania tioeterowego jest magazynowana w postaci cząsteczki GTP. W przeciwieństwie do fosforylacji oksydacyjnej proces ten przebiega bez tworzenia potencjału elektrochemicznego błony mitochondrialnej (ryc. 13.7, reakcja 6).

mi) odwodornienie bursztynianu z tworzeniem fumaranu i cząsteczki FADH2 (ryc. 13.7, reakcja 7). Enzym dehydrogenaza bursztynianowa jest ściśle związany z wewnętrzną błoną mitochondrialną.

oraz) uwodnienie fumaranu, w wyniku czego w cząsteczce produktu reakcji pojawia się łatwo utleniająca się grupa hydroksylowa (ryc. 13.7, reakcja 8).

h) odwodornienie jabłczanu, co prowadzi do powstania szczawiooctanu i trzeciej cząsteczki NADH (ryc. 13.7, reakcja 9). Szczawiooctan powstały w reakcji można ponownie wykorzystać w reakcji kondensacji z następną cząsteczką acetylo-CoA (ryc. 13.6, reakcja 1). Dlatego ten proces jest cykliczny.

13.4.3. Tak więc w wyniku opisanych reakcji reszta acetylowa ulega całkowitemu utlenieniu CH3 -CO-. Liczba cząsteczek acetylo-CoA przekształcanych w mitochondriach w jednostce czasu zależy od stężenia szczawiooctanu. Główne sposoby na zwiększenie stężenia szczawiooctanu w mitochondriach (odpowiednie reakcje zostaną omówione później):

13.4.4. Niektóre metabolity cyklu Krebsa można wykorzystać do: synteza cegiełki do budowy złożonych cząsteczek. Tak więc szczawiooctan można przekształcić w aminokwas asparaginian, a α-ketoglutaran można przekształcić w glutaminian aminokwasu. Sukcynylo-CoA bierze udział w syntezie hemu, protetycznej grupy hemoglobiny. Tym samym reakcje cyklu Krebsa mogą uczestniczyć zarówno w procesach katabolizmu jak i anabolizmu, czyli cykl Krebsa wykonuje funkcja amfiboliczna(patrz 13.1).

W żywym organizmie zachodzą różne procesy, które zapewniają jego żywotną aktywność. Jednym z nich jest metabolizm (metabolizm), który zamienia spożywane jedzenie w energię. Chodzi o metabolizm, który zostanie omówiony w tym artykule. Zastanowimy się nad istotą procesów metabolicznych, wyjaśnimy ich etapy i odpowiemy na pytanie - czym jest katabolizm i anabolizm.

Istota metabolizmu i jego rola dla organizmów żywych

Aby organizmy żywe mogły rosnąć, regenerować się i rozmnażać natura obdarzyła je niezwykle ważną zdolnością do przekształcania kalorii pochodzących z pożywienia pochodzącego z zewnątrz w cenną i niezbędną do życia energię. Całość tych procesów biochemicznych nazywa się metabolizmem lub metabolizmem.

Metabolizm każdego osobnika można wyrazić za pomocą współczynnika ilościowego, który określa tempo, w jakim organizm przekształca żywność w energię użytkową. Ustalono, że na aktywność procesów metabolicznych wpływa szereg czynników:

• Piętro. U mężczyzn tempo przemiany materii jest o 10-20% wyższe niż u kobiet.
• Wiek. Ogólnie przemiana materii (anabolizm, katabolizm) przebiega szybciej w pierwszych 25-30 latach życia, po czym co dekadę następuje spadek tempa metabolizmu o 3%.
• Nadwaga prowadzi do szybkiego wchłaniania składników odżywczych, które w postaci tłuszczu odkładają się w tkance mięśniowej i wątrobie.
• Aktywność fizyczna przyspiesza przemianę materii w kolejnej progresji – o 20% w ciągu pierwszych 2-3 godzin, aw kolejnym dniu – o 5%.

Procesy metaboliczne w organizmach żywych nieuchronnie przebiegają w dwóch przeciwstawnych formach: dyssymilacji (katabolizm) i asymilacji (anabolizm). Następnie omówimy te procesy bardziej szczegółowo.

Dowiedz się więcej o tym, czym jest katabolizm

Katabolizm to proces, podczas którego złożone substancje, w postaci kombinacji komórek, tkanek, narządów i innych rzeczy, są rozkładane na prostsze. Procesom katabolizmu nieodzownie towarzyszy tworzenie i wzbogacanie komórek energetycznych w postaci ATP, które następnie można przeznaczyć na syntezę i inne procesy życiowe, takie jak ruch.

Na katabolizm, a raczej tempo rozpadu złożonych substancji wpływają następujące hormony:

• kortyzol – wytwarzany w organizmie w wyniku stresujących sytuacji;
• adrenalina, której stężenie można zwiększyć w czasie postu, a także przy silnych emocjach;
• glukagon jest hormonem spalającym tłuszcz, który jest aktywnie wytwarzany poprzez ograniczanie spożycia węglowodanów z pożywienia (w żywieniu jest to możliwe dzięki dietom z przewagą pokarmów białkowych).

Etapy katabolizmu

Dysymilacja związków złożonych przechodzi przez kilka kolejnych etapów, w tym:

1. Rozkład organicznych cząsteczek tłuszczów, białek i złożonych węglowodanów na monomery (na przykład kwas tłuszczowy, aminokwasy, cukry proste). Proces odbywa się poza komórką - w przewodzie pokarmowym.
2. Wnikanie monomerów za pomocą krążenia krwi i limfy do komórek tkankowych, gdzie proces rozszczepiania trwa aż do powstania mniejszych struktur, takich jak grupa acetylowa koenzymów.
3. Utlenianie pod wpływem tlenu w procesie oddychania związków niskocząsteczkowych, w wyniku czego powstaje dwutlenek węgla i wody, a także akumulacja energii komórkowej ATP.

Jak zachodzi anabolizm?

Po zastanowieniu się, czym jest katabolizm, właściwe będzie podanie pojęcia jego przeciwnej postaci – anabolizmu. Jeśli więc katabolizm jest procesem rozszczepiania polimerów, to anabolizm to nic innego jak synteza prostych substancji w złożone związki, z których zbudowane są nowe komórki i tkanki ciała.

Anabolizm zapewnia wzrost, rozwój i regenerację wszystkich rodzajów tkanek ciała.

Metabolizm asymilacyjny również przebiega w trzech etapach:

• Początkowo związki o niskiej masie cząsteczkowej tworzą cząsteczki prekursorowe.
• W kolejnym etapie molekuły te przekształcane są w formy aktywne, a energia komórkowa nagromadzona podczas katabolizmu zostaje wydatkowana.
• Ostatni etap obejmuje proces powstawania budulca organizmu - polimerów, w postaci białek, węglowodanów i tłuszczów.

Związek między katabolizmem a anabolizmem

Katabolizm i anabolizm są ściśle powiązanymi procesami. Pierwsza zapewnia rozpad związków organicznych na substancje proste i akumulację energii, która jest niezbędna do metabolizmu asymilacyjnego. Drugi zaopatruje procesy kataboliczne w niezbędne enzymy.

Te dwie formy wymiany stale występują w organizmach żywych i mogą występować w dwóch wariantach interakcji:

• w stanie równowagi;
• w przewadze jednego gatunku nad drugim.

Zachowanie lub brak równowagi procesów metabolicznych zależy od wieku i stanu psycho-emocjonalnego organizmu. Na przykład u dzieci, zwłaszcza w pierwszym roku życia, występuje przewaga anabolizmu nad katabolizmem, a u osób starszych wręcz przeciwnie.

Stan stresu i aktywność fizyczna prowadzą również do przesunięcia równowagi procesów metabolicznych w kierunku dysymilacji. W końcu czym jest katabolizm? W praktycznym sensie jest to utrata wagi i spalanie kalorii.

Anabolizm i katabolizm to główne procesy metaboliczne.

Katabolizm to enzymatyczny rozkład złożonych związków organicznych, który zachodzi wewnątrz komórki w wyniku reakcji utleniania. Katabolizmowi towarzyszy uwalnianie energii i jej magazynowanie w wysokoenergetycznych wiązaniach fosforanowych ATP.

Anabolizm to synteza złożonych związków organicznych – białek, kwasów nukleinowych, polisacharydów – z prostych prekursorów, które dostają się do komórki ze środowiska lub powstają w procesie katabolizmu. Procesy syntezy związane są ze zużyciem darmowej energii, którą dostarcza ATP (rys. 31).

Ryż. 31 Schemat szlaków metabolicznych w komórce bakteryjnej

W zależności od biochemii procesu dysymilacji (katabolizmu) rozróżnia się oddychanie i fermentację.

Oddech jest złożonym procesem biologicznego utleniania różnych związków), związanym z powstawaniem dużej ilości energii skumulowanej w postaci wiązań makroergicznych w strukturze ATP (adenozynotrójfosforanu), UTP (urydynotrójfosforanu) itp. oraz tworzenie dwutlenku węgla i wody. Rozróżnij oddychanie tlenowe i beztlenowe.

Fermentacja- niecałkowity rozkład związków organicznych z wytworzeniem niewielkiej ilości produktów energetycznych i wysokoenergetycznych.

Anabolizm obejmuje procesy syntezy, które wykorzystują energię wytworzoną w procesie katabolizmu. W żywej komórce procesy katabolizmu i anabolizmu przebiegają jednocześnie i nieprzerwanie. Wiele reakcji i półproduktów jest dla nich wspólnych.

Żywe organizmy są klasyfikowane według źródła energii lub węgla, z których korzystają. Węgiel jest głównym składnikiem żywej materii. Odgrywa wiodącą rolę w konstruktywnym metabolizmie.

W zależności od źródła węgla komórkowego wszystkie organizmy, w tym prokariota, dzieli się na autotrofy i heterotrofy.

Autotrofy używaj CO 2 jako jedynego źródła węgla, redukując go wodorem, który jest oddzielany od wody lub innej substancji. Syntetyzują substancje organiczne z prostych związków nieorganicznych w procesie foto- lub chemosyntezy.

Heterotrofy uzyskać węgiel ze związków organicznych.

Żywe organizmy mogą wykorzystywać światło lub energię chemiczną. Organizmy żyjące z energii światła nazywane są fototroficzny. Syntetyzują substancje organiczne, pochłaniając promieniowanie elektromagnetyczne Słońca (światło). Należą do nich rośliny, sinice, zielone i fioletowe bakterie siarkowe.

Organizmy, które otrzymują energię z substratów, źródeł pożywienia (energia utleniania substancji nieorganicznych) nazywane są chemotrofy. Do chemoheterotrofy obejmują większość bakterii, a także grzybów i zwierząt.

Jest mała grupa chemoautotrofy. Do takich mikroorganizmów chemosyntetycznych należą bakterie nitryfikacyjne, które utleniając amoniak do kwasu azotawego uwalniają energię niezbędną do syntezy. Chemosyntetyki obejmują również bakterie wodorowe, które pozyskują energię w procesie utleniania wodoru cząsteczkowego.

Węglowodany jako źródło energii

W większości organizmów rozkład substancji organicznych zachodzi w obecności tlenu - metabolizm tlenowy. W wyniku tej wymiany pozostają ubogie energetycznie produkty końcowe (CO 2 i H 2 O), ale uwalniana jest duża ilość energii. Proces metabolizmu tlenowego nazywa się oddychaniem, beztlenowym - fermentacją.

Węglowodany są głównym materiałem energetycznym, który komórki wykorzystują głównie do wytwarzania energii chemicznej. Ponadto podczas oddychania można również stosować białka i tłuszcze, a podczas fermentacji można również stosować alkohole i kwasy organiczne.

Organizmy rozkładają węglowodany na różne sposoby, przy czym najważniejszym produktem pośrednim jest kwas pirogronowy (pirogronian). Pirogronian ma kluczowe znaczenie dla metabolizmu podczas oddychania i fermentacji. Istnieją trzy główne mechanizmy powstawania PVC.

1. Difosforan fruktozy (glikoliza) lub szlak Embden-Meyerhof-Parnas jest uniwersalnym sposobem.

Proces rozpoczyna się fosforylacją (ryc. 32). Przy udziale enzymu heksokinazy i ATP glukoza ulega fosforylacji przy szóstym atomie węgla z utworzeniem glukozo-6-fosforanu. Jest aktywną formą glukozy. Służy jako produkt wyjściowy do rozkładu węglowodanów na jeden z trzech sposobów.

Podczas glikolizy glukozo-6-fosforan izomeryzuje do fruktozo-6-fosforanu, a następnie pod wpływem 6-fosfofruktokinazy ulega fosforylacji na pierwszym atomie węgla. Powstały fruktozo-1,6-difosforan pod wpływem enzymu aldolazy łatwo rozkłada się na dwie triozy: aldehyd fosfoglicerynowy i fosforan dihydroksyacetonu. Dalsza konwersja węglowodanów C 3 odbywa się dzięki przeniesieniu reszt wodorowych i fosforowych przez szereg kwasów organicznych przy udziale swoistych dehydrogenaz. Wszystkie reakcje tego szlaku, z wyjątkiem trzech obejmujących heksokinazę, 6-fosfofruktokinazę i kinazę pirogronianową, są całkowicie odwracalne. Na etapie powstawania kwasu pirogronowego kończy się beztlenowa faza konwersji węglowodanów.

Maksymalna ilość energii otrzymanej przez komórkę podczas utleniania jednej cząsteczki węglowodanów na drodze glikolitycznej wynosi 2 10 5 J.

Rys.32. Ścieżka difosforanu fruktozy do rozkładu glukozy

2. Pentozofosforan (Warburg-Dickens-Horeker)ścieżka jest również charakterystyczny dla większości organizmów (w większym stopniu dla roślin, a dla mikroorganizmów pełni rolę pomocniczą). W przeciwieństwie do glikolizy szlak PF nie tworzy pirogronianu.

Glukozo-6-fosforan jest przekształcany w 6-fosfoglukolakton, który ulega dekarboksylacji (ryc. 33). W tym przypadku powstaje rybulozo-5-fosforan, na którym kończy się proces utleniania. Kolejne reakcje są traktowane jako procesy konwersji fosforanów pentoz do fosforanów heksoz i odwrotnie, tj. powstaje cykl. Uważa się, że szlak pentozofosforanowy na jednym z etapów przechodzi w glikolizę.

Przechodząc przez ścieżkę PF każdych sześciu cząsteczek glukozy, jedna cząsteczka glukozo-6-fosforanu jest całkowicie utleniona do CO2, a 6 cząsteczek NADP+ zostaje zredukowanych do NADP·H2. Jako mechanizm pozyskiwania energii szlak ten jest dwa razy mniej wydajny niż szlak glikolityczny: na każdą cząsteczkę glukozy powstaje 1 cząsteczka ATP.

Ryż. 33. Szlak rozszczepiania pentoz-fosforanu glukozo-6-fosforanu

Głównym celem tego szlaku jest dostarczenie pentoz niezbędnych do syntezy kwasów nukleinowych oraz zapewnienie powstawania większości NAD H 2 niezbędnej do syntezy kwasów tłuszczowych, steroidów.

3. Szlak Entnera-Doudoroffa (szlak ketodeoksyfosfoglukonianowy lub KDPG) znalezione tylko w bakteriach. Glukoza jest fosforylowana przez cząsteczkę ATP przy udziale enzymu heksokinazy (ryc. 34).

Rys.34. Szlak Entnera-Doudora rozkładu glukozy

Produkt fosforylacji, glukozo-6-fosforan, jest odwadniany do 6-fosfoglukonianu. Pod wpływem enzymu dehydrogenazy fosfoglukonianowej odszczepia się z niej woda i powstaje 2-keto-3-deoksy-6-fosfoglukonian (KDPG). Ten ostatni jest rozszczepiany przez specyficzną aldolazę na pirogronian i gliceraldehydo-3-fosforan. Aldehyd glicerynowy jest dalej eksponowany na enzymy szlaku glikolitycznego i przekształcany w drugą cząsteczkę pirogronianu. Ponadto szlak ten dostarcza komórce 1 cząsteczkę ATP i 2 cząsteczki NAD·H2.

Tak więc głównym produktem pośrednim rozkładu oksydacyjnego węglowodanów jest kwas pirogronowy, który przy udziale enzymów przekształca się w różne substancje. PVC utworzony przez jedną ze ścieżek w komórce ulega dalszemu utlenianiu. Uwolniony węgiel i wodór są usuwane z ogniwa. Węgiel uwalniany jest w postaci CO 2 , wodór jest przenoszony do różnych akceptorów. Co więcej, można przenieść albo jon wodorowy, albo elektron, więc przeniesienie wodoru jest równoznaczne z przeniesieniem elektronu. W zależności od końcowego akceptora wodoru (elektronu) rozróżnia się oddychanie tlenowe, oddychanie beztlenowe i fermentację.

Oddech

Oddychanie to proces redoks, który towarzyszy tworzeniu ATP; Związki organiczne lub nieorganiczne pełnią w nim rolę donorów wodoru (elektronów), natomiast związki nieorganiczne pełnią w większości przypadków rolę akceptorów wodoru (elektronów).

Jeśli ostatecznym akceptorem elektronów jest tlen cząsteczkowy, nazywa się proces oddychania oddychanie aerobowe. W niektórych mikroorganizmach związki takie jak azotany, siarczany i węglany służą jako końcowy akceptor elektronów. Ten proces nazywa się oddychanie beztlenowe.

Oddychanie aerobowe- proces całkowitego utleniania substratów do CO 2 i H 2 O z wytworzeniem dużej ilości energii w postaci ATP.

Całkowite utlenienie kwasu pirogronowego zachodzi w warunkach tlenowych w cyklu kwasów trikarboksylowych (cykl CTC lub Krebsa) oraz w łańcuchu oddechowym.

Oddychanie tlenowe składa się z dwóch faz:

jeden). Powstający podczas glikolizy pirogronian jest utleniany do acetylo-CoA, a następnie do CO2, a uwolnione atomy wodoru przechodzą do akceptorów. Tak działa CTC.

2). Atomy wodoru odcięte przez dehydrogenazy są akceptowane przez koenzymy dehydrogenaz beztlenowych i tlenowych. Następnie są przenoszone wzdłuż łańcucha oddechowego, w którym w niektórych częściach powstaje znaczna ilość energii swobodnej w postaci wysokoenergetycznych fosforanów.

Cykl kwasów trikarboksylowych (cykl Krebsa, CTC)

Powstający w procesie glikolizy pirogronian przy udziale wieloenzymatycznego kompleksu dehydrogenazy pirogronianowej ulega dekarboksylacji do aldehydu octowego. Aldehyd octowy w połączeniu z koenzymem jednego z enzymów oksydacyjnych – koenzymu A (CoA-SH) tworzy „aktywowany kwas octowy” – acetylo-CoA – związek wysokoenergetyczny.

Acetyl-CoA pod wpływem syntetazy cytrynianowej reaguje z kwasem szczawiooctowym (szczawiooctanem), tworząc kwas cytrynowy (cytrynian C6), który jest głównym ogniwem w cyklu TCA (ryc. 35). Cytrynian po izomeryzacji zamienia się w izocytrynian. Następnie następuje oksydacyjna (rozszczepienie H) dekarboksylacja (rozszczepienie CO2) izocytrynianu, którego produktem jest 2-oksoglutaran (C 5). Pod wpływem kompleksu enzymatycznego dehydrogenazy α-ketoglutaranu z aktywną grupą NAD przekształca się w bursztynian, tracąc CO 2 i dwa atomy wodoru. Bursztynian jest następnie utleniany do fumaranu (C4), a ten ostatni jest uwadniany (dodatek H2O) do jabłczanu. W końcowej reakcji cyklu Krebsa jabłczan jest utleniany, co prowadzi do regeneracji szczawiooctanu (C 4). Szczawiooctan reaguje z acetylo-CoA i cykl się powtarza. Każda z 10 reakcji TCA, z wyjątkiem jednej, jest łatwo odwracalna. Dwa atomy węgla wchodzą w cykl w postaci acetylo-CoA i taka sama liczba atomów węgla opuszcza ten cykl w postaci CO 2 .

Ryż. 35. Cykl Krebsa (według V.L. Kretovicha):

1, 6 – system dekarboksylacji oksydacyjnej; 2 - syntetaza cytrynianowa, koenzym A; 3, 4 - hydrataza akonitowa; 5 - dehydrogenaza izocytrynianowa; 7 - dehydrogenaza bursztynianowa; 8 - hydrataza fumaranowa; 9 - dehydrogenaza jabłczanowa; 10 - spontaniczna transformacja; 11 - karboksylaza pirogronianowa

W wyniku czterech reakcji redoks cyklu Krebsa, trzy pary elektronów zostają przeniesione do NAD, a jedna para elektronów do FAD. Odtworzone w ten sposób nośniki elektronów NAD i FAD są następnie utleniane już w łańcuchu transportu elektronów. Cykl wytwarza jedną cząsteczkę ATP, 2 cząsteczki CO2 i 8 atomów wodoru.

Biologiczne znaczenie cyklu Krebsa polega na tym, że jest potężnym dostawcą energii i „cegiełek” do procesów biosyntezy. Cykl Krebsa działa tylko w warunkach tlenowych, w warunkach beztlenowych jest otwarty na poziomie dehydrogenazy α-ketoglutaranu.

łańcuch oddechowy

Ostatnim etapem katabolizmu jest fosforylacja oksydacyjna. Podczas tego procesu uwalniana jest większość energii metabolicznej.

Nośniki elektronów NAD i FAD zredukowane w cyklu Krebsa ulegają utlenianiu w łańcuchu oddechowym lub transportu elektronów. Cząsteczki nośnika to dehydrogenazy, chinony i cytochromy.

Oba układy enzymatyczne u prokariontów znajdują się w błonie komórkowej, au eukariotów - w błonie wewnętrznej mitochondriów. Elektrony z atomów wodoru (NAD, FAD) przechodzą przez złożony łańcuch nośników do tlenu cząsteczkowego, redukując go i powstaje woda.

Saldo. Obliczenia bilansu energetycznego wykazały, że podczas rozpadu glukozy na drodze glikolitycznej i cyklu Krebsa, po którym następuje utlenianie w łańcuchu oddechowym do CO 2 i H 2 O, na każdą cząsteczkę glukozy powstaje 38 cząsteczek ATP. Ponadto maksymalna ilość ATP powstaje w łańcuchu oddechowym - 34 cząsteczki, 2 cząsteczki - w szlaku EMT i 2 cząsteczki - w TCA (ryc. 36).

Niepełne utlenianie związków organicznych

Oddychanie jest zwykle związane z całkowitym utlenieniem substratu organicznego, tj. końcowymi produktami rozkładu są CO 2 i H 2 O.

Jednak niektóre bakterie i szereg grzybów nie utleniają całkowicie węglowodanów. Produktami końcowymi niecałkowitego utlenienia są kwasy organiczne: octowy, cytrynowy, fumarowy, glukonowy itp., które gromadzą się w medium. Ten proces utleniania jest wykorzystywany przez mikroorganizmy do pozyskiwania energii. Jednak całkowita wydajność energetyczna w tym przypadku jest znacznie niższa niż przy całkowitym utlenieniu. Część energii wyjściowego utlenianego substratu jest magazynowana w powstałych kwasach organicznych.

Mikroorganizmy, które rozwijają się dzięki energii niepełnego utleniania, są wykorzystywane w przemyśle mikrobiologicznym do otrzymywania kwasów organicznych i aminokwasów.