Содержание
- Обзор метаболизма
- Субстраты метаболизма
- Что такое анаболический метаболизм?
- Что такое катаболический метаболизм?
- Поддержание баланса анаболического и катаболического метаболизма
- Физические упражнения: рост мышц и потеря жира
Клетки - это самые маленькие единицы живых существ, которые могут похвастаться всеми свойствами, связанными с жизнью. Одна из этих определяющих характеристик метаболизмили использование молекул или энергии, собранных из окружающей среды, для проведения биохимических реакций, необходимых для того, чтобы оставаться живыми и, в конечном счете, размножаться.
Метаболические процессы, часто называемые метаболическими путями, можно разделить на те, которые анаболическийили которые включают синтез новых молекул, и те, которые являются катаболический, которые включают в себя распад существующих молекул.
В разговорной речи анаболические процессы связаны с постройкой дома и заменой таких вещей, как окна и желоба, при необходимости, а катаболические процессы - с извлечением изношенных или сломанных частей дома. Если это будет сделано согласованно в правильном темпе, дом будет существовать в максимально устойчивом состоянии, но не пассивно.
Обзор метаболизма
Клетки и ткани, которые они образуют, постоянно подвергаются «двунаправленному» метаболизму, что означает, что, в то время как некоторые вещи движутся в анаболическом направлении, другие движутся в противоположном направлении.
Это, возможно, более очевидно на уровне целых организмов: если вы прожигаете глюкоза пока поете, чтобы догнать собаку (катаболический процесс), бумага, порезанная на вашей руке, накануне продолжает заживать (анаболический процесс). Но та же дихотомия работает в отдельных клетках.
Клеточные реакции катализируются специальными глобулярными белковыми молекулами, называемыми ферментыкоторые по определению участвуют в химических реакциях, не изменяя себя в конце концов. Они значительно ускоряют реакции - иногда более чем в тысячу раз - и таким образом функционируют как катализаторы.
Анаболические реакции обычно требуют ввода энергии и поэтому эндотермический (в переводе «тепло внутрь»). Это имеет смысл; Вы не можете наращивать или наращивать мышцы, если не едите, при этом потребление пищи обычно зависит от интенсивности и продолжительности данной деятельности.
Катаболические реакции обычно экзотермический («тепло наружу») и высвобождает энергию, большая часть которой используется клеткой в виде аденозинтрифосфата (АТФ) и используется для других метаболических процессов.
Субстраты метаболизма
Основные структурные элементы тела и молекулы, необходимые для топлива и роста и замены тканей, состоят из мономерыили маленькие повторяющиеся единицы внутри большего целого, называемые полимер.
Эти единицы могут быть идентичны, как с молекулами глюкозы, расположенными в длинные цепи хранения топлива гликогенили они могут быть похожими и иметь «вкусовые качества», как в случае нуклеиновых кислот и нуклеотидов, из которых они состоят.
Три основных макроэлементов классы макромолекул в питании человека, называемые углеводы, белки а также жирыкаждый состоит из своего типа мономера.
Глюкоза является фундаментальным субстратом всей жизни на Земле, причем каждая живая клетка способна перерабатывать ее для получения энергии. Как уже отмечалось, молекулы глюкозы могут быть связаны в «цепи» с образованием гликогена, который у людей обнаруживается главным образом в мышцах и печени. Белки состоят из мономеров, взятых из мешка с 20 различными аминокислотами.
Жиры не являются полимерами, потому что они состоят из трех жирных кислот, связанных с «основой» молекулы с тремя углеродами глицерин, Когда они растут или сжимаются, это происходит путем добавления или удаления атомов на концах цепей жирных кислот, скорее как заглавная буква «Е», при этом вертикальная часть остается того же размера, но горизонтальные столбцы различаются по длине.
Что такое анаболический метаболизм?
Подумайте о том, чтобы вам дали коробку игрушечных строительных блоков неограниченного размера. Многие идентичны, за исключением их цвета; другие имеют разные размеры, но могут быть соединены вместе; третьи не предназначены для подключения независимо от выбранной вами конфигурации. Вы можете создать идентичные конструкции, которые включают, скажем, от трех до пяти частей, и связать их вместе таким образом, чтобы соединения этих конструкций также были идентичными.
Это по сути анаболический метаболизм в действии. Отдельные группы из трех-пяти игрушечных игрушек представляют собой «мономеры», а готовый продукт аналогичен «полимеру». И в клетках, вместо того, чтобы ваши руки выполняли работу по соединению частей, ферменты управляют процессом. В обоих случаях ключевым аспектом является расход энергии для генерации молекул большей сложности (и, как правило, большего размера).
Примеры анаболических процессов включают, помимо синтеза белка, глюконеогенез (синтез глюкозы из различных субстратов выше по течению), синтез жирных кислот, липогенез (синтез жиров из жирных кислот и глицерина) и образование мочевина а также кетоновые тела.
Что такое катаболический метаболизм?
В большинстве случаев катаболические процессы на уровне отдельных реакций - это не просто соответствующие анаболические реакции, протекающие в обратном направлении, хотя многие из них одинаковы. Обычно участвуют разные ферменты.
Например, первый шаг в гликолиз (катаболизм глюкозы) представляет собой добавление фосфатной группы к глюкозе, благодаря ферменту Гексокиназный, с образованием глюкозо-6-фосфата. Но последний этап глюконеогенеза, удаление фосфата из глюкозо-6-фосфата с образованием глюкозы, катализируется глюкозо-6-фосфатазой.
Другие жизненно важные катаболические процессы, происходящие в вашем организме гликогенолиз (распад гликогена в мышцах или печени), расщепление жира (удаление жирных кислот из глицерина), бета-окисления («сжигание» жирных кислот) и разложение кетонов, белков или отдельных аминокислот.
Поддержание баланса анаболического и катаболического метаболизма
Поддержание организма в соответствии с его потребностями в режиме реального времени требует высокой степени реагирования и координации. Скорости анаболических и катаболических реакций можно контролировать, варьируя количество фермента или субстрата, мобилизованных в данной части клетки, или путем запрет обратной связигде накопление продукта сигнализирует о том, что реакция выше по течению протекает медленнее.
Кроме того, и, что важно, с точки зрения комплексной визуализации метаболизма субстраты из одного макроэлементного пути могут при необходимости переходить в субстрат другого.
Примером такой интеграции путей является то, что аминокислоты аланин и глютамин, помимо того, что служат строительными блоками белков, также могут вступать в глюконеогенез. Для этого им нужно сбросить азот, который обрабатывается ферментами, называемыми трансаминаз.
Физические упражнения: рост мышц и потеря жира
Физическая подготовка является основной проблемой общества в странах, где люди часто могут позволить себе дополнительные занятия спортом.
Многие из общепринятых модальностей нацелены строго в направлении того или иного процесса, например, поднятие тяжестей для наращивания мышечной массы (анаболические упражнения) или использование эллиптического тренажера или беговой дорожки для «кардио» и сброс мышечной или жировой массы тела (или тела). вес) для похудения (катаболические упражнения).
Одним из примеров обеих систем в действии является марафонец, который готовится к бегу на 42,2 км (26,2 мили). За неделю до этого многие люди намеренно загружают богатые углеводами продукты, отдыхая для усилий.
Из-за ежедневных тренировок и постоянной необходимости замены катаболизированного топлива у этих спортсменов высокий уровень активности фермента гликогенсинтазы, который позволяет их мышцам и печени синтезировать гликоген с необычной авидностью.
Во время марафона этот гликоген превращается в глюкозу для питания бегуна в течение нескольких часов подряд, хотя эти спортсмены обычно принимают источники глюкозы (например, спортивные напитки) на протяжении всего мероприятия, чтобы предотвратить «удары по стене».