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 , известной также как эндергонический процесс. [3] Анаболизм – это наращивающий аспект метаболизма , тогда как катаболизм – это аспект разрушения. Анаболизм обычно является синонимом биосинтеза .
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 .
Анаболизм основан на катаболизме, при котором крупные молекулы распадаются на более мелкие части и затем используются в клеточном дыхании . Многие анаболические процессы происходят за счет расщепления аденозинтрифосфата (АТФ) . [5] Анаболизм обычно включает в себя снижение и уменьшение энтропии , что делает его невыгодным без затрат энергии. [6] Исходные материалы, называемые молекулами-предшественниками, соединяются с использованием химической энергии , получаемой в результате гидролиза АТФ, восстановления кофакторов НАД + , НАДФ + и ФАД или выполнения других благоприятных побочных реакций. [7] Иногда это также может быть обусловлено энтропией без затрат энергии, в таких случаях, как образование фосфолипидного бислоя клетки, когда гидрофобные взаимодействия агрегируют молекулы. [8]
Восстановители НАДН , НАДФН и ФАДН 2 [9] , а также ионы металлов [4] действуют как кофакторы на различных этапах анаболических путей. НАДН, НАДФН и ФАДН 2 действуют как переносчики электронов , в то время как заряженные ионы металлов в ферментах стабилизируют заряженные функциональные группы на субстратах .
Субстратами анаболизма в основном являются промежуточные продукты, полученные из катаболических путей в периоды высокого энергетического заряда в клетке. [10]
Анаболические процессы строят органы и ткани . Эти процессы вызывают рост и дифференцировку клеток и увеличение размеров тела — процесс, который включает синтез сложных молекул . Примеры анаболических процессов включают рост и минерализацию костей , а также увеличение мышечной массы.
Эндокринологи традиционно классифицируют гормоны на анаболические и катаболические, в зависимости от того, какую часть метаболизма они стимулируют. Классическими анаболическими гормонами являются анаболические стероиды , которые стимулируют синтез белка и рост мышц, и инсулин .
Фотосинтетический синтез углеводов у растений и некоторых бактерий представляет собой анаболический процесс, в ходе которого из CO 2 образуются глюкоза , целлюлоза , крахмал , липиды и белки . [6] Он использует энергию, вырабатываемую в результате световых реакций фотосинтеза, и создает предшественников этих больших молекул посредством ассимиляции углерода в фотосинтетическом цикле восстановления углерода , также известном как цикл Кальвина. [10]
Все аминокислоты образуются из промежуточных продуктов катаболических процессов гликолиза , цикла лимонной кислоты или пентозофосфатного пути . В результате гликолиза глюкозо-6-фосфат является предшественником гистидина ; 3-фосфоглицерат является предшественником глицина и цистеина ; фосфоенолпируват в сочетании с 3-фосфоглицерат -производным 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 , а затем в глутамин , пролин и аргинин ; оксалоацетат превращается в аспартат , а затем в аспарагин , метионин , треонин и лизин . [10]
В периоды высокого уровня сахара в крови глюкозо-6-фосфат из гликолиза направляется на путь накопления гликогена. Под действием фосфоглюкомутазы он превращается в глюкозо-1-фосфат , а затем под действием УТФ-глюкозо-1-фосфатуридилилтрансферазы на УДФ-глюкозу . Гликогенсинтаза добавляет эту УДФ-глюкозу к гликогеновой цепи. [10]
Глюкагон традиционно является катаболическим гормоном, но он также стимулирует анаболический процесс глюконеогенеза в печени и, в меньшей степени, в коре почек и кишечнике во время голодания, чтобы предотвратить низкий уровень сахара в крови . [9] Это процесс превращения пирувата в глюкозу. Пируват может возникать в результате распада глюкозы, лактата , аминокислот или глицерина . [11] Путь глюконеогенеза имеет много обратимых ферментативных процессов, общих с гликолизом, но это не процесс гликолиза в обратном направлении. Он использует различные необратимые ферменты, чтобы гарантировать, что весь путь идет только в одном направлении. [11]
Анаболизм оперирует отдельными ферментами катализа, которые в какой-то момент своего пути претерпевают необратимые этапы. Это позволяет клетке регулировать скорость производства и предотвращать образование бесконечной петли, также известной как бесполезный цикл , при катаболизме. [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, тогда как избыток АДФ замедляет анаболизм и способствует катаболизму. [10] Эти пути также регулируются циркадными ритмами , при этом такие процессы, как гликолиз , колеблются в соответствии с нормальными периодами активности животного в течение дня. [12]
Слово анаболизм имеет неолатинское происхождение и имеет греческие корни : ἁνά «вверх» и βάλλειν «бросить».
{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)