Az anyagcsere általános elvei

Fotó: Holger Link az Unsplash-on

Általánosságban elmondható, hogy az anyagcsere a következőképpen működik: A tápanyagokat a test igényeinek megfelelően használják fel, és olyan termékek jönnek létre, amelyeket az emberi test nem használhat tovább. Ezek az anyagok ezt követően légzéssel, vizelettel, ürülékkel és izzadsággal ürülnek ki. Heterotróp élőlényként az embernek kívülről kell táplálékokat fogyasztania. Nem képes önmagáról gondoskodni, mint a növények a fotoszintézis révén.

Az anyagcsere folyamatok többnyire összetett biokémiai reakcióláncok, amelyek során vagy nagy energiájú anyagokat állítanak elő tárolásra, vagy ezeket energia-előállítás céljából lebontják. Tehát egyensúly van a biomassza felhalmozódása és lebontása között, amelynek fókusza a test aktuális igényeihez igazodik.

Az anyagcserében fontos alapelv a reakcióciklusok, vagyis a körökben futó reakcióláncok (pl. A citromsavciklus). A kezdő és a végső szubsztrátumok azonos anyagok. További reakciók kapcsolódnak az anyagok egymásba történő átalakulásához, amelyben az energiát, az anyagok kovalens kötéseit más formában tárolják, vagy ez felszabadul.

Az adenozin-trifoszfát (ATP) az anyagcsere központi molekulája. Úgyszólván ez a test energiavalutája. Az ATP energiaforrásként részt vesz szinte az összes anyagcsere folyamatban. Az ATP ezért az energiaforrás a test összes izomzatának összehúzódásához is.

A hormonok döntő szerepet játszanak az anyagcsere szabályozásában. Ez különösen nyilvánvalóvá válik azoknál a betegségeknél, amelyekben a hormontermelés vagy megnő, vagy csökken.

Alapfogalmak: metabolizmus, katabolizmus, anabolizmus, intermedierek, metabolitok (rövid meghatározások)

anyagcsere: A metabolizmus az anyagcsere szinonimája.

Katabolizmus: A katabolizmus kifejezés magában foglal minden olyan anyagcsere-folyamatot, amelynek során a biomassza lebomlik. A komplex molekulákat egyszerűbb molekulákra bontják. Ezeknek a folyamatoknak a célja a biomasszában tárolt energia felszabadítása (pl. Zsír vagy glikogén). Ez katabolikus anyagcsere-helyzetekhez vezet éhség vagy fizikai megterhelés alatt. A glükagon és az adrenalin erős katabolikus hatású hormonok.

Anabolizmus: A katabolizmus ellentéte az anabolizmus. Itt a biomassza felépül az élelmiszer elfogyasztása után. Egyszerű molekuláris szerkezetekből kiindulva összetettebb anyagok szintetizálódnak. Az étel energiája a lehető legsűrítettebb formában tárolódik. Például felépül a zsír és a glikogén. Az inzulin egy klasszikus anabolikus hormon.

Közbülső: Az anyagcsere úgy van felépítve, hogy több anyagcsere útnak vagy van egy bizonyos molekulája végtermékként, vagy ezzel a molekulával indul. Ezek az úgynevezett köztitermékek (pl. Acetil-CoA) közbenső állomásokat képviselnek. Az aktuális helyzettől függően (katabolikus vagy anabolikus) a következő utakat választjuk meg ezekről az állomásokról.

Például az ételből származó zsírok és aminosavak acetil-CoA-ra bonthatók. Ha a test jelenleg pihen (anabolikus helyzet), akkor a vegyületben található energiát az endogén zsírok (zsírsavszintézis) és a glikogén (glikogénszintézis) szintéziséhez használják fel. Az energia tárolódik. Ha a test stresszben van (katabolikus helyzet), acetil-CoA kerül a citromsav körforgásba, és ATP termelődik.

Metabolitok: A metabolitok olyan anyagok, amelyek az anyagcsere során fordulnak elő a sejten belül. Enzimatikus katalizált reakciók révén keletkeznek, és a későbbi reakciókban is előfordulhatnak.

Az anyagcsere szervezése

Az anyagcsere nagyobb csoportokra osztható. Tehát ott van a szénhidrát, a zsír és a fehérje anyagcsere. Ezt a három területet nem szabad elkülönítve tekinteni, mivel az intermedierek képződése révén egyes pontokon egyesülhetnek. Számos más anyagcsere út létezik, de ez a három csoport különösen fontos.

Mindhárom esetben megfigyelhető a rendkívül összetett struktúrák egyszerű molekulákká szerveződése (vagy fordítva). A szénhidrát-anyagcserében a bevitt cukrok raktározódnak a májban és az izmokban, például erősen elágazó glikogén formájában. Ha energiára van szükség, a glükóz felszabadul a glikogénből, és a glikolízis létrehozza az acetil-CoA köztiterméket. Ez aztán felhasználható a citromsav-ciklusban. Végül víz képződik a mitokondrium légzési láncában, amely egyszerű molekula az anyagcsere út végén.

Az a tény, hogy az olyan köztitermékek, mint az acetil-CoA, összekapcsolódnak a metabolikus utak között, abból a tényből határozható meg, hogy a zsír bomlása a komplex triacil-gliceridekből és néhány hasonlóan nagyon összetett tercier szerkezetű fehérjéből ennek a molekulának a termeléséhez vezet. Ugyanakkor a zsírsavszintézis kiindulópontja is. Például, ha különösen nagy mennyiségű szénhidrátot fogyaszt, és nem fogyasztja az energiát, az acetil-CoA felhalmozódik és a zsírsavszintézis stimulálódik. Itt látható a szénhidráttól a zsíranyagcseréig tartó átmenet.

A fontos szerves reakciók áttekintése

Különösen fontos reakciók lépnek fel minden anyagcsereútban. Ezek általában olyan reakciók, amelyek a reakciólánc elején vannak. A legtöbb esetben erősen exergonikusak és ezért visszafordíthatatlanok. Ha az ezeket a pacemaker reakciókat katalizáló enzimek gátlásra kerülnek, az anyagcsere útjai szabályozhatók. Ez természetesen vonzó a farmakológia számára.

Az egyik ilyen reakció például a fruktóz-6-foszfát foszforilezése az 1. helyzetben a foszfofruktokináz enzimmel. Ez a sebességkorlátozó lépés a glikolízisben. Az ilyen reakciók további példái az acetil-CoA karboxilezése a zsírsavszintézissel összefüggésben és a glükóz-6-foszfát dehidrogénezése a pentóz-foszfát útján.

ATP és a szerves foszfátok funkciója (rövid magyarázat)

Mint már említettük, az ATP a biokémia legfontosabb energiahordozója. Ez az adenozin nukleotid, amely három foszfátcsoporthoz kapcsolódik (α, β, γ). A foszfátcsoportok sorban kapcsolódnak egymáshoz, és fokozatosan szétválaszthatók. A nagy energiájú savanhidrid-kötés hasítása energiát szabadít fel, amely felhasználható a további reakciókhoz.

Ez lehetővé teszi az izomban lévő miozinfej megdőlését, ami az izom összehúzódását okozza. Az ATP fontos funkciója az is, hogy lehetővé tegye a pozitív ΔG reakciókat. A savas anhidridkötés erősen negatív ΔG-vel való összekapcsolódása miatt mindkét reakció ΔG összege negatívvá válik, és ezáltal lehetővé válik.

Ezenkívül az ATP, GTP, CTP és TTP nukleotidok oxigénmentes formában a DNS építőkövei. A foszfátokra a biokémiában is szükség van a fehérjék szabályozásához. A kinázok átvihetik a foszfátokat a fehérjékbe, és ezáltal aktiválhatják vagy gátolhatják őket. A foszfatázok azok az ellenfelek, amelyek képesek ismét eltávolítani a foszfátcsoportokat.

Népszerű kérdések

A helyes válaszok a referenciák alatt találhatók.

1. Mi vonatkozik az acetil-CoA-ra?

Az anyagcserében nem lehet tovább feldolgozni.
Számos anyagcsere út köztes területe, és így több utat köt össze.
Ez a glükoneogenezis végterméke.
Nem játszik szerepet a zsíranyagcserében.
Ez egy fehérje.

2. Mi nem vonatkozik az ATP-re?

A foszfátcsoportok közötti savas anhidrid kötések sok energiát hordoznak.
Az ATP felosztásával erős endergonikus reakciók lehetségesek.
Az ATP központi szerepet játszik az izmok összehúzódásában.
Segít felépíteni a DNS-t.
A glükóz az ATP része