Všeobecné zásady metabolizmu

Foto Holger Link na Unsplash

Všeobecne platí, že metabolizmus funguje nasledovne: Živiny sa používajú v závislosti od potrieb tela a vytvárajú sa produkty, ktoré ľudské telo nemôže ďalej využívať. Tieto látky sa potom vylučujú dýchaním, močom, stolicou a potom. Ako heterotropná živá bytosť musia ľudia prijímať živiny zvonku. Nemôže sa o seba postarať tak, ako to robia rastliny prostredníctvom fotosyntézy.

Metabolické procesy sú väčšinou zložité biochemické reakčné reťazce, pri ktorých sa buď vyrábajú vysokoenergetické látky na skladovanie, alebo sa štiepia na energiu. Existuje teda rovnováha medzi hromadením a rozkladom biomasy, ktorej zameranie je prispôsobené aktuálnym potrebám tela.

Dôležitým princípom v metabolizme sú reakčné cykly, to znamená reakčné reťazce, ktoré prebiehajú v kruhoch (napr. Cyklus kyseliny citrónovej). Počiatočný a koncový substrát sú z rovnakého materiálu. Ďalšie reakcie sú spojené s premenou látok na inú látku, pri ktorej sa energia, kovalentné väzby látok, ukladajú v inej forme alebo sa táto uvoľňuje.

Adenozíntrifosfát (ATP) je centrálnou molekulou v metabolizme. Je to takpovediac energetická mena tela. ATP sa podieľa ako zdroj energie na takmer všetkých metabolických procesoch. ATP je teda tiež zdrojom energie pre kontrakciu všetkých svalov v tele.

Hormóny majú rozhodujúcu úlohu pri regulácii metabolizmu. Toto sa prejaví obzvlášť zreteľne pri chorobách, pri ktorých je produkcia hormónov buď zvýšená alebo znížená.

Základné pojmy: metabolizmus, katabolizmus, anabolizmus, medziprodukty, metabolity (krátke definície)

metabolizmus: Metabolizmus je synonymom pre metabolizmus.

Katabolizmus: Pojem katabolizmus zahŕňa všetky metabolické procesy, pri ktorých sa rozkladá biomasa. Komplexné molekuly sa štiepia na jednoduchšie molekuly. Cieľom týchto procesov je uvoľniť energiu uloženú v tejto biomase (napr. Tuk alebo glykogén). To vedie ku katabolickým metabolickým situáciám počas hladu alebo fyzickej námahy. Glukagón a adrenalín sú hormóny so silným katabolickým účinkom.

Anabolizmus: Opakom katabolizmu je anabolizmus. Tu sa biomasa hromadí po požití potravy. Počnúc jednoduchými molekulárnymi štruktúrami sa syntetizujú zložitejšie látky. Energia jedla sa uchováva v čo najkondenzovanejšej forme. Napríklad sa vytvára tuk a glykogén. Inzulín je klasický anabolický hormón.

Stredne pokročilý: Metabolizmus je štruktúrovaný takým spôsobom, že niekoľko metabolických dráh má buď určitú molekulu ako konečný produkt, alebo začína s touto molekulou. Tieto takzvané medziprodukty (napr. Acetyl-CoA) predstavujú medzistanice. V závislosti od aktuálnej situácie (katabolické alebo anabolické) sa z týchto staníc potom odoberajú ďalšie cesty.

Napríklad tuky a aminokyseliny z potravy sa môžu štiepiť na acetyl-CoA. Ak telo momentálne odpočíva (anabolická situácia), energia obsiahnutá v tejto zlúčenine sa použije na syntézu endogénnych tukov (syntéza mastných kyselín) a glykogénu (syntéza glykogénu). Energia sa ukladá. Ak je telo v strese (katabolická situácia), acetyl-CoA sa zavádza do cyklu kyseliny citrónovej a produkuje sa ATP.

Metabolity: Metabolity sú látky, ktoré sa vyskytujú v priebehu metabolizmu v bunke. Vznikajú enzymatickými katalyzovanými reakciami a môžu sa vyskytnúť v nasledujúcich reakciách.

Organizácia metabolizmu

Metabolizmus je možné rozdeliť do väčších skupín. Existuje teda metabolizmus uhľohydrátov, tukov a bielkovín. Tieto tri oblasti by sa nemali brať do úvahy izolovane, pretože sa môžu v niektorých bodoch zlúčiť do seba tvorbou medziproduktov. Existuje celý rad ďalších metabolických ciest, ale tieto tri skupiny sú obzvlášť dôležité.

Vo všetkých troch prípadoch možno pozorovať organizáciu veľmi zložitých štruktúr do jednoduchých molekúl (alebo naopak). Pri metabolizme uhľohydrátov sa prijaté cukry ukladajú v pečeni a svaloch, napríklad vo forme vysoko rozvetveného glykogénu. Ak je energia potrebná, glukóza sa uvoľní z glykogénu a glykolýza vytvorí medziprodukt acetyl-CoA. To sa potom môže použiť v cykle kyseliny citrónovej. Nakoniec sa voda vytvorí v dýchacom reťazci v mitochondriách, čo je jednoduchá molekula na konci tejto metabolickej cesty.

Skutočnosť, že medziprodukty, ako je acetyl-CoA, sú spojnicou medzi metabolickými dráhami, sa dá zistiť zo skutočnosti, že odbúravanie tuku z komplexných triacylglyceridov a niektorých proteínov s podobne vysoko komplexnou terciárnou štruktúrou vedie k produkcii tejto molekuly. Zároveň je to tiež východiskový bod pre syntézu mastných kyselín. Ak napríklad konzumujete obzvlášť veľké množstvo sacharidov a nespotrebujete energiu, akumuluje sa acetyl-CoA a stimuluje sa syntéza mastných kyselín. Tu je vidieť prechod z metabolizmu sacharidov na tuky.

Prehľad dôležitých organických reakcií

V každej metabolickej ceste sú obzvlášť dôležité reakcie. Spravidla ide o reakcie, ktoré sú na začiatku reakčného reťazca. Vo väčšine prípadov sú silne exergonické, a preto nezvratné. Ak sú inhibované enzýmy, ktoré katalyzujú tieto reakcie kardiostimulátora, je možné regulovať metabolické dráhy. To je samozrejme atraktívne pre farmakológiu.

Jednou z takýchto reakcií je napríklad fosforylácia fruktóza-6-fosfátu v polohe 1 enzýmom fosfofruktokinázou. Je to krok obmedzujúci rýchlosť glykolýzy. Ďalšími príkladmi takýchto reakcií sú karboxylácia acetyl-CoA v súvislosti so syntézou mastných kyselín a dehydrogenácia glukóza-6-fosfátu pentózo-fosfátovou cestou.

ATP a funkcia organických fosfátov (stručné vysvetlenie)

Ako už bolo spomenuté, ATP je najdôležitejším nosičom energie v biochémii. Je to nukleotid adenozín, ktorý je naviazaný na tri fosfátové skupiny (α, β, γ). Fosfátové skupiny sú navzájom spojené v sérii a môžu sa postupne oddeľovať. Odštiepením väzby anhydridu kyseliny s vysokou energiou sa uvoľní energia, ktorá sa môže použiť na ďalšie reakcie.

Toto umožňuje naklonenie hlavy myozínu vo svale, čo spôsobí jeho stiahnutie. Dôležitou funkciou ATP je tiež umožnenie uskutočnenia reakcií s pozitívnym ΔG. Vďaka väzbe na štiepenie anhydridovej väzby kyseliny so silne negatívnym ΔG sa súčet ΔG obidvoch reakcií stáva negatívnym, a tak je možný.

Okrem toho sú stavebnými kameňmi DNA nukleotidy ATP, GTP, CTP a TTP v deoxygenovanej forme. Fosfáty sú tiež potrebné v biochémii na reguláciu bielkovín. Kinázy môžu prenášať fosfáty na proteíny a tým ich aktivovať alebo inhibovať. Fosfatázy sú oponenti, ktorí môžu opäť odstraňovať fosfátové skupiny.

Populárne otázky

Správne odpovede nájdete pod odkazmi.

1. Čo sa týka Acetyl-CoA?

Nemôže sa ďalej metabolizovať.
Je medziproduktom mnohých metabolických dráh a spája tak niekoľko dráh.
Je to konečný produkt glukoneogenézy.
Nehrá rolu v metabolizme lipidov.
Je to bielkovina.

2. Čo sa nevzťahuje na ATP?

Anhydridové väzby kyselín medzi fosfátovými skupinami nesú veľa energie.
Rozdelením ATP možno dosiahnuť silné endergonické reakcie.
ATP hrá ústrednú úlohu pri kontrakcii svalov.
Pomáha vytvárať DNA.
Glukóza je súčasťou ATP