Prezentare generală a reacțiilor metabolice Anatomie și fiziologie II

Până la sfârșitul acestei secțiuni, veți putea:

Descrieți procesul prin care polimerii sunt descompuși în monomeri
Descrieți procesul prin care monomerii sunt combinați în polimeri
Discutați despre rolul ATP în metabolism
Explicați reacțiile de oxidare-reducere
Descrieți hormonii care reglează reacțiile anabolice și catabolice

Procesele metabolice au loc în mod constant în organism. Metabolism este suma tuturor reacțiilor chimice care sunt implicate în catabolism și anabolism. Reacțiile care guvernează defalcarea alimentelor pentru a obține energie se numesc reacții catabolice. În schimb, reacțiile anabolice utilizează energia produsă de reacțiile catabolice pentru a sintetiza molecule mai mari din cele mai mici, cum ar fi atunci când corpul formează proteine prin înșirarea aminoacizilor. Ambele seturi de reacții sunt esențiale pentru menținerea vieții.

Deoarece reacțiile catabolice produc energie, iar reacțiile anabolice folosesc energie, în mod ideal, utilizarea energiei ar echilibra energia produsă. Dacă schimbarea energiei nete este pozitivă (reacțiile catabolice eliberează mai multă energie decât folosesc reacțiile anabolice), atunci corpul stochează excesul de energie construind molecule de grăsime pentru stocare pe termen lung. Pe de altă parte, dacă schimbarea energiei nete este negativă (reacțiile catabolice eliberează mai puțină energie decât folosesc reacțiile anabolice), organismul folosește energia stocată pentru a compensa deficiența energiei eliberate de catabolism.

Reacții catabolice

Reacții catabolice descompune moleculele organice mari în molecule mai mici, eliberând energia conținută în legăturile chimice. Aceste degajări de energie (conversii) nu sunt 100% eficiente. Cantitatea de energie eliberată este mai mică decât cantitatea totală conținută în moleculă. Aproximativ 40% din energia obținută din reacțiile catabolice este transferată direct la molecula cu energie ridicată adenozin trifosfat (ATP). ATP, moneda energetică a celulelor, poate fi utilizată imediat pentru alimentarea mașinilor moleculare care susțin funcția celulelor, a țesuturilor și a organelor. Aceasta include construirea de țesut nou și repararea țesutului deteriorat. ATP poate fi, de asemenea, stocat pentru a satisface cerințele de energie viitoare. Restul de 60 la sută din energia eliberată de reacțiile catabolice se degajă sub formă de căldură, pe care țesuturile și fluidele corporale o absorb.

Structural, moleculele ATP constau dintr-o adenină, o riboză și trei grupări fosfat. Legătura chimică dintre a doua și a treia grupare fosfat, denumită o legătură cu energie ridicată, reprezintă cea mai mare sursă de energie dintr-o celulă. Este prima legătură pe care enzimele catabolice se rup atunci când celulele necesită energie pentru a lucra. Produsele acestei reacții sunt o moleculă de adenozin difosfat (ADP) și o grupă de fosfat singuratic (Pi). ATP, ADP și Pi sunt în mod constant ciclate prin reacții care construiesc ATP și stochează energie și reacții care descompun ATP și eliberează energie.

Figura 1. Adenozin trifosfatul (ATP) este molecula de energie a celulei. În timpul reacțiilor catabolice, ATP este creat și energia este stocată până când este nevoie în timpul reacțiilor anabolice.

Energia din ATP conduce toate funcțiile corpului, cum ar fi contractarea mușchilor, menținerea potențialului electric al celulelor nervoase și absorbția alimentelor în tractul gastro-intestinal. Reacțiile metabolice care produc ATP provin din diverse surse.

Figura 2. În timpul reacțiilor catabolice, proteinele sunt descompuse în aminoacizi, lipidele sunt descompuse în acizi grași, iar polizaharidele sunt descompuse în monozaharide. Aceste elemente de bază sunt apoi utilizate pentru sinteza moleculelor în reacțiile anabolice.

Dintre cele patru grupuri macromoleculare majore (carbohidrați, lipide, proteine și acizi nucleici) care sunt procesate prin digestie, glucidele sunt considerate cea mai comună sursă de energie pentru alimentarea organismului. Acestea iau forma fie a glucidelor complexe, a polizaharidelor, cum ar fi amidonul și glicogenului, fie a zaharurilor simple (monozaharide), cum ar fi glucoza și fructoza. Catabolismul zahărului descompune polizaharidele în monozaharidele lor individuale. Dintre monozaharide, glucoza este cel mai frecvent combustibil pentru producerea de ATP în celule și, ca atare, există o serie de mecanisme de control endocrin pentru a regla concentrația de glucoză în fluxul sanguin. Excesul de glucoză este fie stocat ca rezervă energetică în ficat și mușchii scheletici ca polimer glicogen complex, fie este transformat în grăsimi (trigliceride) în celulele adipoase (adipocite).

Dintre lipide (grăsimi), trigliceridele sunt cel mai des utilizate pentru energie printr-un proces metabolic numit β-oxidare. Aproximativ jumătate din excesul de grăsime este depozitat în adipocite care se acumulează în țesutul subcutanat sub piele, în timp ce restul este depozitat în adipocite în alte țesuturi și organe.

Proteinele, care sunt polimeri, pot fi descompuse în monomeri, aminoacizi individuali. Aminoacizii pot fi folosiți ca blocuri de proteine noi sau defalcați în continuare pentru producerea de ATP. Când cineva este înfometat cronic, această utilizare a aminoacizilor pentru producerea de energie poate duce la o irosire a corpului, deoarece tot mai multe proteine sunt descompuse.

Acizii nucleici sunt prezenți în majoritatea alimentelor pe care le consumați. În timpul digestiei, acizii nucleici, inclusiv ADN-ul și diferiți ARN-uri, sunt descompuși în nucleotidele lor constitutive. Aceste nucleotide sunt ușor absorbite și transportate pe tot corpul pentru a fi utilizate de celule individuale în timpul metabolismului acidului nucleic.

Reacții anabolice

Spre deosebire de reacțiile catabolice, reacții anabolice implică îmbinarea moleculelor mai mici în cele mai mari. Reacțiile anabolice combină monozaharidele pentru a forma polizaharide, acizii grași pentru a forma trigliceride, aminoacizii pentru a forma proteine și nucleotidele pentru a forma acizi nucleici. Aceste procese necesită energie sub formă de molecule de ATP generate de reacțiile catabolice. Reacții anabolice, numite și reacții de biosinteză, creează noi molecule care formează celule și țesuturi noi și revitalizează organele.