stringtranslate.com

Анаболизм

Схематическая диаграмма, показывающая анаболизм и катаболизм

Анаболизм ( / ə ˈ n æ b ə l ɪ z ə m / ) — это набор метаболических путей , которые строят макромолекулы , такие как ДНК или РНК, из более мелких единиц. [1] [2] Эти реакции требуют энергии , также известные как эндергонические процессы. [3] Анаболизм — это строительный аспект метаболизма , тогда как катаболизм — это разрушающий аспект. Анаболизм обычно является синонимом биосинтеза .

Путь

Полимеризация , анаболический путь, используемый для создания макромолекул, таких как нуклеиновые кислоты, белки и полисахариды, использует реакции конденсации для соединения мономеров. [4] Макромолекулы создаются из более мелких молекул с использованием ферментов и кофакторов .

Использование АТФ для управления эндергоническим процессом анаболизма.

Источник энергии

Анаболизм приводится в действие катаболизмом, при котором крупные молекулы распадаются на более мелкие части, а затем используются в клеточном дыхании . Многие анаболические процессы приводятся в действие расщеплением аденозинтрифосфата (АТФ) . [5] Анаболизм обычно включает в себя восстановление и уменьшение энтропии , что делает его неблагоприятным без подвода энергии. [6] Исходные материалы, называемые молекулами-предшественниками, соединяются с использованием химической энергии, получаемой при гидролизе АТФ, восстановлении кофакторов НАД + , НАДФ + и ФАД или выполнении других благоприятных побочных реакций. [7] Иногда он также может приводиться в действие энтропией без подвода энергии, в таких случаях, как образование фосфолипидного бислоя клетки, где гидрофобные взаимодействия объединяют молекулы. [8]

Кофакторы

Восстановители NADH , NADPH и FADH 2 [9] , а также ионы металлов [4] действуют как кофакторы на различных этапах анаболических путей. NADH, NADPH и FADH 2 действуют как переносчики электронов , в то время как заряженные ионы металлов внутри ферментов стабилизируют заряженные функциональные группы на субстратах .

Субстраты

Субстратами для анаболизма в основном являются промежуточные продукты, получаемые из катаболических путей в периоды высокого энергетического заряда в клетке. [10]

Функции

Анаболические процессы формируют органы и ткани . Эти процессы вызывают рост и дифференциацию клеток и увеличение размеров тела, процесс, который включает синтез сложных молекул . Примерами анаболических процессов являются рост и минерализация костей и увеличение мышечной массы.

Анаболические гормоны

Эндокринологи традиционно классифицировали гормоны как анаболические или катаболические, в зависимости от того, какую часть метаболизма они стимулируют. Классические анаболические гормоны — это анаболические стероиды , которые стимулируют синтез белка и рост мышц, и инсулин .

Фотосинтетический синтез углеводов

Фотосинтетический синтез углеводов в растениях и некоторых бактериях представляет собой анаболический процесс, в ходе которого из CO2 образуется глюкоза , целлюлоза , крахмал , липиды и белки . [6] Он использует энергию, получаемую в результате реакций фотосинтеза, вызванных светом, и создает предшественников этих больших молекул посредством ассимиляции углерода в фотосинтетическом цикле восстановления углерода , также известном как цикл Кальвина. [10]

Биосинтез аминокислот из промежуточных продуктов гликолиза и цикла лимонной кислоты.

Биосинтез аминокислот

Все аминокислоты образуются из промежуточных продуктов в катаболических процессах гликолиза , цикла лимонной кислоты или пентозофосфатного пути . В гликолизе глюкозо-6-фосфат является предшественником гистидина ; 3-фосфоглицерат является предшественником глицина и цистеина ; фосфоенолпируват в сочетании с производным 3-фосфоглицерата эритрозо -4-фосфатом образует триптофан , фенилаланин и тирозин ; а пируват является предшественником аланина , валина , лейцина и изолейцина . В цикле лимонной кислоты α-кетоглутарат превращается в глутамат и затем в глутамин , пролин и аргинин ; и оксалоацетат преобразуется в аспартат и впоследствии в аспарагин , метионин , треонин и лизин . [10]

Запас гликогена

В периоды высокого уровня сахара в крови глюкозо-6-фосфат из гликолиза перенаправляется в путь хранения гликогена. Он преобразуется в глюкозо-1-фосфат фосфоглюкомутазой , а затем в УДФ-глюкозу УДФ -глюкозо-1-фосфат уридилилтрансферазой . Гликогенсинтаза добавляет эту УДФ-глюкозу к гликогеновой цепи. [10]

Глюконеогенез

Глюкагон традиционно является катаболическим гормоном, но также стимулирует анаболический процесс глюконеогенеза печенью и, в меньшей степени, корковым веществом почек и кишечником во время голодания, чтобы предотвратить низкий уровень сахара в крови . [9] Это процесс превращения пирувата в глюкозу. Пируват может образовываться при расщеплении глюкозы, лактата , аминокислот или глицерина . [11] Путь глюконеогенеза имеет много обратимых ферментативных процессов, общих с гликолизом, но это не процесс гликолиза наоборот. Он использует различные необратимые ферменты, чтобы гарантировать, что общий путь идет только в одном направлении. [11]

Регулирование

Анаболизм работает с отдельными ферментами из катализа, которые в какой-то момент своего пути претерпевают необратимые шаги. Это позволяет клетке регулировать скорость производства и предотвращать образование бесконечного цикла, также известного как бесполезный цикл , с катаболизмом. [10]

Баланс между анаболизмом и катаболизмом чувствителен к АДФ и АТФ, иначе известным как энергетический заряд клетки. Высокое количество АТФ заставляет клетки отдавать предпочтение анаболическому пути и замедлять катаболическую активность, в то время как избыток АДФ замедляет анаболизм и благоприятствует катаболизму. [10] Эти пути также регулируются циркадными ритмами , при этом такие процессы, как гликолиз, колеблются, чтобы соответствовать нормальным периодам активности животного в течение дня. [12]

Этимология

Слово «анаболизм» происходит от новолатинского языка и имеет греческие корни : ἀνά — «вверх» и βάλλειν — «бросать».

Ссылки

  1. ^ Симидзу, Казуюки (2013). «Основной метаболизм». Бактериальные клеточные метаболические системы . Elsevier. стр. 1–54. doi :10.1533/9781908818201.1. ISBN 978-1-907568-01-5.
  2. ^ de Bolster MW (1997). "Глоссарий терминов, используемых в бионеорганической химии: анаболизм". Международный союз теоретической и прикладной химии. Архивировано из оригинала 30 октября 2007 года . Получено 2007-10-30 .
  3. ^ Рай C, Уайз R, Джуруковски V, Чой J, Ависсар Y (2013). Биология. Университет Райса, Хьюстон, Техас: OpenStax. ISBN 978-1-938168-09-3.
  4. ^ ab Alberts B, Johnson A, Julian L, Raff M, Roberts K, Walter P (2002). Молекулярная биология клетки (5-е изд.). CRC Press. ISBN 978-0-8153-3218-3. Архивировано из оригинала 27 сентября 2017 . Получено 2018-11-01 .Альтернативный URL-адрес
  5. ^ Николс Д.Г., Фергюсон С.Дж. (2002). Биоэнергетика (3-е изд.). Academic Press. ISBN 978-0-12-518121-1.
  6. ^ ab Ahern K, Rajagopal I (2013). Биохимия бесплатно и легко (PDF) (2-е изд.). Университет штата Орегон.
  7. ^ Voet D, Voet JG, Pratt CW (2013). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне (четвертое издание). Hoboken, NJ: Wiley. ISBN 978-0-470-54784-7. OCLC  738349533.
  8. ^ Ханин И, Пепеу Г (2013-11-11). Фосфолипиды: биохимические, фармацевтические и аналитические соображения . Нью-Йорк. ISBN 978-1-4757-1364-0. OCLC  885405600.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  9. ^ ab Jakubowski H (2002). "Обзор метаболических путей - анаболизм". Биохимия онлайн . Колледж Св. Бенедикта, Университет Св. Иоанна: LibreTexts.
  10. ^ abcdef Нельсон DL, Ленингер AL, Кокс MM (2013). Принципы биохимии . Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-1-4292-3414-6.
  11. ^ ab Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L (2002). Биохимия (5-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-3051-4. OCLC  48055706.
  12. ^ Ramsey KM, Marcheva B, Kohsaka A, Bass J (2007). «Часовой механизм метаболизма». Annual Review of Nutrition . 27 : 219–40. doi :10.1146/annurev.nutr.27.061406.093546. PMID  17430084.