Анаболизм ( / ə п æ б ə л ɪ с м / ) есть множество метаболических путей , что построить молекулы из более мелких единиц. [1] Эти реакции требуют энергии , они известны также как эндергонический процесс. [2] Анаболизм - это наращивающий аспект метаболизма , тогда как катаболизм - это аспект разрушения. Анаболизм, как правило , ассоциируется с биосинтеза .
Путь
Полимеризация , анаболический путь, используемый для создания макромолекул, таких как нуклеиновые кислоты, белки и полисахариды, использует реакции конденсации для соединения мономеров. [3] Макромолекулы создаются из более мелких молекул с использованием ферментов и кофакторов .
Энергетический ресурс
В основе анаболизма лежит катаболизм, когда большие молекулы распадаются на более мелкие части, а затем используются в клеточном дыхании . Многие анаболические процессы работают за счет расщепления аденозинтрифосфата (АТФ) . [4] Анаболизм обычно включает снижение и уменьшение энтропии , что делает его неблагоприятным без затрат энергии. [5] Исходные материалы, называемые молекулами-предшественниками, соединяются вместе с использованием химической энергии, получаемой в результате гидролиза АТФ, восстановления кофакторов НАД + , НАДФ + и ФАД или проведения других благоприятных побочных реакций. [6] Иногда это также может быть вызвано энтропией без подвода энергии, в таких случаях, как образование фосфолипидного бислоя клетки, где гидрофобные взаимодействия агрегируют молекулы. [7]
Кофакторы
Восстанавливающие агенты NADH , NADPH и FADH 2 , [8] ионы, а также металлов, [3] действуют как кофакторов на различных этапах анаболических путей. НАДН, НАДФН и ФАДН 2 действуют как переносчики электронов , в то время как заряженные ионы металлов внутри ферментов стабилизируют заряженные функциональные группы на субстратах .
Субстраты
Субстраты для анаболизма - это в основном промежуточные продукты, взятые из катаболических путей в периоды высокого энергетического заряда в клетке. [9]
Функции
Анаболические процессы строят органы и ткани . Эти процессы вызывают рост и дифференциацию клеток и увеличение размеров тела, процесс, который включает синтез сложных молекул . Примеры анаболических процессов включают рост и минерализацию костей и увеличение мышечной массы.
Анаболические гормоны
Эндокринологи традиционно классифицируют 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, а также инсулин .
Фотосинтетический синтез углеводов
Фотосинтетический синтез углеводов у растений и некоторых бактерий - это анаболический процесс, который производит глюкозу , целлюлозу , крахмал , липиды и белки из CO 2 . [5] Он использует энергию , произведенную из легких управляемых реакций фотосинтеза, и создает предшественник в эти крупные молекулы с помощью ассимиляции углерода в фотосинтетическом цикле сокращения углерода , иначе цикл Кальвина. [9]
Биосинтез аминокислот
Все аминокислоты образуются из промежуточных продуктов в катаболических процессах 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-фосфоглицератом -производной эритрозой 4-фосфатом , форма триптофана , фенилаланин и тирозин ; а пируват является предшественником аланина , валина , лейцина и изолейцина . Из цикла лимонной кислоты α-кетоглутарат превращается в глутамат, а затем в глутамин , пролин и аргинин ; и оксалоацетат превращается в аспартат, а затем в аспарагин , метионин , треонин и лизин . [9]
Хранение гликогена
В периоды высокого уровня сахара в крови глюкозо-6-фосфат от гликолиза направляется в путь накопления гликогена. Это изменяется на глюкозо-1-фосфат с помощью фосфоглюкомутазов , а затем UDP-глюкоза с помощью UTP - глюкозо-1-фосфата uridylyltransferase . Гликогенсинтаза добавляет эту UDP-глюкозу к цепи гликогена. [9]
Глюконеогенез
Глюкагон традиционно является катаболическим гормоном, но также стимулирует анаболический процесс глюконеогенеза в печени и, в меньшей степени, в коре головного мозга и кишечнике во время голодания, чтобы предотвратить низкий уровень сахара в крови . [8] Это процесс преобразования пирувата в глюкозу. Пируват может образовываться при расщеплении глюкозы, лактата , аминокислот или глицерина . [10] Путь глюконеогенеза имеет много обратимых ферментативных процессов, общих с гликолизом, но это не обратный процесс гликолиза. Он использует различные необратимые ферменты, чтобы гарантировать, что общий путь проходит только в одном направлении. [10]
Регулирование
Анаболизм работает с отдельными ферментами от катализа, которые в какой-то момент проходят необратимые этапы своего пути. Это позволяет клетке регулировать скорость производства и предотвращать образование бесконечного цикла, также известного как бесполезный цикл , при катаболизме. [9]
Баланс между анаболизмом и катаболизмом зависит от АДФ и АТФ, также известного как энергетический заряд клетки. Высокое количество АТФ заставляет клетки благоприятствовать анаболическому пути и замедлять катаболическую активность, в то время как избыток АДФ замедляет анаболизм и способствует катаболизму. [9] Эти пути также регулируются циркадными ритмами , при этом такие процессы, как гликолиз, колеблются, чтобы соответствовать нормальным периодам активности животного в течение дня. [11]
Этимология
Слово анаболизм происходит от новолатинского языка, который получил корни от греческого : ἁνά , «вверх» и βάλλειν , «бросать».
Рекомендации
- ^ Де Поддержи МВт (1997). «Глоссарий терминов, используемых в биоинорганической химии: анаболизм» . Международный союз теоретической и прикладной химии. Архивировано из оригинального 30 октября 2007 года . Проверено 30 октября 2007 .
- ^ Rye C, Wise R, Jurukovski V, Choi J, Avissar Y (2013). Биология . Университет Райса, Хьюстон, Техас: OpenStax. ISBN 978-1-938168-09-3.
- ^ а б Альбертс Б., Джонсон А., Джулиан Л., Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2002). Молекулярная биология клетки (5-е изд.). CRC Press. ISBN 978-0-8153-3218-3. Архивировано из оригинального 27 сентября 2017 года . Проверено 1 ноября 2018 . Альтернативный URL
- ^ Николлс Д.Г., Фергюсон С.Дж. (2002). Биоэнергетика (3-е изд.). Академическая пресса. ISBN 978-0-12-518121-1.
- ^ а б Ахерн К., Раджагопал I (2013). Биохимия бесплатно и легко (PDF) (2-е изд.). Государственный университет Орегона.
- ^ Воет Д., Воет Дж. Г., Пратт С. В. (2013). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне (Четвертое изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Уайли. ISBN 978-0-470-54784-7. OCLC 738349533 .
- ^ Ханин И., Пепеу Г. (11.11.2013). Фосфолипиды: биохимические, фармацевтические и аналитические соображения . Нью-Йорк. ISBN 978-1-4757-1364-0. OCLC 885405600 .
- ^ а б Якубовский Х (2002). «Обзор метаболических путей - анаболизм» . Биохимия онлайн . Колледж Св. Бенедикта, Университет Св. Иоанна: LibreTexts.
- ^ а б в г д е Нельсон Д.Л., Ленингер А.Л., Кокс М.М. (2013). Принципы биохимии . Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-1-4292-3414-6.
- ^ а б Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. (2002). Биохимия (5-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-3051-4. OCLC 48055706 .
- ^ Рэмси К.М., Марчева Б., Кохсака А., Басс Дж. (2007). «Заводной механизм обмена веществ». Ежегодный обзор питания . 27 : 219–40. DOI : 10.1146 / annurev.nutr.27.061406.093546 . PMID 17430084 .