ANABOLISMUS: FUNKTIONEN, PROZESSE, UNTERSCHIEDE ZUM KATABOLISMUS - BIOLOGIE - 2025

Der Anabolismus ist eine Aufteilung des Stoffwechsels, einschließlich der Bildungsreaktionen großer Moleküle aus kleineren. Für diese Reihe von Reaktionen ist eine Energiequelle erforderlich, und im Allgemeinen handelt es sich um ATP (Adenosintriphosphat).

Der Anabolismus und seine metabolische Umkehrung, der Katabolismus, werden in eine Reihe von Reaktionen eingeteilt, die als Stoffwechselwege oder Wege bezeichnet werden, die hauptsächlich durch Hormone koordiniert und reguliert werden. Jeder kleine Schritt wird so gesteuert, dass eine allmähliche Energieübertragung stattfindet.

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Anabole Prozesse können die Grundeinheiten, aus denen Biomoleküle bestehen - Aminosäuren, Fettsäuren, Nukleotide und Zuckermonomere - und kompliziertere Verbindungen wie Proteine, Lipide, Nukleinsäuren und Kohlenhydrate als Endenergieerzeuger erzeugen.

Eigenschaften

Stoffwechsel ist ein Begriff, der alle chemischen Reaktionen umfasst, die im Körper auftreten. Die Zelle ähnelt einer mikroskopischen Fabrik, in der ständig Synthese- und Abbaureaktionen stattfinden.

Die beiden Ziele des Stoffwechsels sind: erstens die Nutzung der in Lebensmitteln gespeicherten chemischen Energie und zweitens den Ersatz von Strukturen oder Substanzen, die im Körper nicht mehr funktionieren. Diese Ereignisse treten entsprechend den spezifischen Bedürfnissen jedes Organismus auf und werden von chemischen Botenstoffen gesteuert, die als Hormone bezeichnet werden.

Energie kommt hauptsächlich aus den Fetten und Kohlenhydraten, die wir in Lebensmitteln verbrauchen. Im Falle eines Mangels kann der Körper Protein verwenden, um den Mangel auszugleichen.

Auch Regenerationsprozesse sind eng mit dem Anabolismus verbunden. Die Regeneration von Geweben ist eine unabdingbare Voraussetzung, um einen gesunden Körper zu erhalten und richtig zu arbeiten. Der Anabolismus ist verantwortlich für die Produktion aller zellulären Verbindungen, die sie funktionsfähig halten.

In der Zelle besteht ein empfindliches Gleichgewicht zwischen Stoffwechselprozessen. Große Moleküle können durch katabolische Reaktionen in ihre kleinsten Bestandteile zerlegt werden, und der umgekehrte Prozess - von klein zu groß - kann durch Anabolismus erfolgen.

Anabole Prozesse

Der Anabolismus umfasst im Allgemeinen alle Reaktionen, die durch Enzyme (kleine Proteinmoleküle, die die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen um mehrere Größenordnungen beschleunigen) katalysiert werden und für die "Konstruktion" oder Synthese zellulärer Komponenten verantwortlich sind.

Die Übersicht über anabole Stoffwechselwege umfasst die folgenden Schritte: Einfache Moleküle, die als Vermittler am Krebszyklus beteiligt sind, werden entweder aminiert oder chemisch in Aminosäuren umgewandelt. Diese werden später zu komplexeren Molekülen zusammengesetzt.

Diese Prozesse erfordern chemische Energie, die aus dem Katabolismus stammt. Zu den wichtigsten anabolen Prozessen gehören: Fettsäuresynthese, Cholesterinsynthese, Nukleinsäuresynthese (DNA und RNA), Proteinsynthese, Glykogensynthese und Aminosäuresynthese.

Die Rolle dieser Moleküle im Körper und ihre Synthesewege werden nachstehend kurz beschrieben:

Fettsäuresynthese

Lipide sind sehr heterogene Biomoleküle, die bei Oxidation eine große Energiemenge erzeugen können, insbesondere Triacylglycerinmoleküle.

Fettsäuren sind die archetypischen Lipide. Sie bestehen aus einem Kopf und einem Schwanz aus Kohlenwasserstoffen. Diese können ungesättigt oder gesättigt sein, je nachdem, ob sie Doppelbindungen am Schwanz haben oder nicht.

Lipide sind neben ihrer Beteiligung als Reservesubstanz die wesentlichen Bestandteile aller biologischen Membranen.

Fettsäuren werden im Zytoplasma der Zelle aus einem Vorläufermolekül namens Malonyl-CoA synthetisiert, das von Acetyl-CoA und Bicarbonat abgeleitet ist. Dieses Molekül spendet drei Kohlenstoffatome, um das Wachstum der Fettsäure zu starten.

Nach der Bildung von Malonil wird die Synthesereaktion in vier wesentlichen Schritten fortgesetzt:

-Die Kondensation von Acetyl-ACP mit Malonyl-ACP, eine Reaktion, die Acetoacetyl-ACP erzeugt und Kohlendioxid als Abfallstoff freisetzt.

-Der zweite Schritt ist die Reduktion von Acetoacetyl-ACP durch NADPH zu D-3-Hydroxybutyryl-ACP.

- Eine nachfolgende Dehydratisierungsreaktion tritt auf, die das vorherige Produkt (D-3-Hydroxybutyryl-ACP) in Crotonyl-ACP umwandelt.

-Finally wird Crotonyl-ACP reduziert und das Endprodukt ist Butyryl-ACP.

Cholesterinsynthese

Cholesterin ist ein Sterol mit einem typischen Sterankern mit 17 Kohlenstoffatomen. Es hat unterschiedliche Rollen in der Physiologie, da es als Vorläufer einer Vielzahl von Molekülen wie Gallensäuren, verschiedenen Hormonen (einschließlich sexueller) fungiert und für die Synthese von Vitamin D essentiell ist.

Die Synthese erfolgt im Zytoplasma der Zelle, hauptsächlich in Leberzellen. Dieser anabole Weg besteht aus drei Phasen: Zuerst wird die Isopreneinheit gebildet, dann erfolgt die fortschreitende Assimilation der Einheiten, um Squalen zu erzeugen, dies geht zu Lanosterol über und schließlich wird Cholesterin erhalten.

Die Aktivität der Enzyme auf diesem Weg wird hauptsächlich durch das relative Verhältnis der Hormone Insulin: Glucagon reguliert. Wenn dieses Verhältnis zunimmt, nimmt die Aktivität des Weges proportional zu.

Nukleotidsynthese

Nukleinsäuren sind DNA und RNA, die erste enthält alle Informationen, die für die Entwicklung und Erhaltung lebender Organismen erforderlich sind, während die zweite die Funktionen der DNA ergänzt.

Sowohl DNA als auch RNA bestehen aus langen Ketten von Polymeren, deren Grundeinheit Nukleotide sind. Nukleotide bestehen wiederum aus einem Zucker, einer Phosphatgruppe und einer stickstoffhaltigen Base. Der Vorläufer von Purinen und Pyrimidinen ist Ribose-5-phosphat.

Purine und Pyrimidine werden in der Leber unter anderem aus Vorläufern wie Kohlendioxid, Glycin und Ammoniak hergestellt.

Nukleinsäuresynthese

Nukleotide müssen zu langen DNA- oder RNA-Ketten verbunden werden, um ihre biologische Funktion zu erfüllen. Der Prozess beinhaltet eine Reihe von Enzymen, die die Reaktionen katalysieren.

Das Enzym, das für das Kopieren von DNA verantwortlich ist, um mehr DNA-Moleküle mit identischen Sequenzen zu erzeugen, ist DNA-Polymerase. Dieses Enzym kann die De-novo-Synthese nicht initiieren, daher muss ein kleines Stück DNA oder RNA, das als Primer bezeichnet wird, teilnehmen, was die Bildung der Kette ermöglicht.

Diese Veranstaltung erfordert die Teilnahme zusätzlicher Enzyme. Die Helikase hilft beispielsweise dabei, die DNA-Doppelhelix zu öffnen, so dass die Polymerase wirken kann und die Topoisomerase die Topologie der DNA modifizieren kann, indem sie sie entweder verwickelt oder entwirrt.

In ähnlicher Weise ist die RNA-Polymerase an der Synthese von RNA aus einem DNA-Molekül beteiligt. Im Gegensatz zum vorherigen Verfahren erfordert die RNA-Synthese nicht den genannten Primer.

Proteinsynthese

Die Proteinsynthese ist ein entscheidendes Ereignis in allen lebenden Organismen. Proteine ​​erfüllen eine Vielzahl von Funktionen, z. B. den Transport von Substanzen oder die Rolle von Strukturproteinen.

Nach dem zentralen „Dogma“ der Biologie wird DNA nach dem Kopieren in Messenger-RNA (wie im vorherigen Abschnitt beschrieben) wiederum durch Ribosomen in ein Polymer aus Aminosäuren übersetzt. In der RNA wird jedes Triplett (drei Nukleotide) als eine der zwanzig Aminosäuren interpretiert.

Die Synthese findet im Zytoplasma der Zelle statt, wo sich Ribosomen befinden. Der Prozess erfolgt in vier Phasen: Aktivierung, Initiierung, Verlängerung und Beendigung.

Die Aktivierung besteht in der Bindung einer bestimmten Aminosäure an die entsprechende Transfer-RNA. Die Initiierung beinhaltet die Bindung des Ribosoms an den 3'-terminalen Teil der Messenger-RNA, unterstützt durch "Initiationsfaktoren".

Die Verlängerung beinhaltet die Zugabe von Aminosäuren gemäß der RNA-Nachricht. Schließlich stoppt der Prozess mit einer bestimmten Sequenz in der Messenger-RNA, die als Terminationskondome bezeichnet wird: UAA, UAG oder UGA.

Glykogensynthese

Glykogen ist ein Molekül, das aus sich wiederholenden Glukoseeinheiten besteht. Es wirkt als Energiereservesubstanz und kommt hauptsächlich in Leber und Muskel vor.

Der Syntheseweg heißt Glykogenogenese und erfordert die Beteiligung des Enzyms Glykogensynthase, ATP und UTP. Der Weg beginnt mit der Phosphorylierung von Glucose zu Glucose-6-phosphat und dann zu Glucose-1-phosphat. Der nächste Schritt beinhaltet die Zugabe eines UDP, um UDP-Glucose und anorganisches Phosphat zu ergeben.

Das UDP-Glucosemolekül addiert sich über eine Alpha-1-4-Bindung zur Glucosekette und setzt das UDP-Nucleotid frei. Falls Verzweigungen auftreten, werden diese durch Alpha-1-6-Bindungen gebildet.

Synthese von Aminosäuren

Aminosäuren sind Einheiten, aus denen Proteine ​​bestehen. In der Natur gibt es 20 Typen mit jeweils einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften, die die endgültigen Eigenschaften des Proteins bestimmen.

Nicht alle Organismen können alle 20 Typen synthetisieren. Zum Beispiel kann der Mensch nur 11 synthetisieren, die restlichen 9 müssen in die Ernährung aufgenommen werden.

Jede Aminosäure hat ihren eigenen Weg. Sie stammen jedoch unter anderem aus Vorläufermolekülen wie Alpha-Ketoglutarat, Oxalacetat, 3-Phosphoglycerat, Pyruvat.

Regulation des Anabolismus

Wie bereits erwähnt, wird der Stoffwechsel durch Substanzen reguliert, die als Hormone bezeichnet werden und von spezialisierten Geweben, entweder Drüsen- oder Epithelgeweben, ausgeschieden werden. Diese fungieren als Botenstoffe und ihre chemische Natur ist ziemlich heterogen.

Zum Beispiel ist Insulin ein Hormon, das von der Bauchspeicheldrüse ausgeschüttet wird und einen großen Einfluss auf den Stoffwechsel hat. Nach kohlenhydratreichen Mahlzeiten wirkt Insulin als Stimulans für die anabolen Bahnen.

Somit ist das Hormon für die Aktivierung der Prozesse verantwortlich, die die Synthese von Speichersubstanzen wie Fetten oder Glykogen ermöglichen.

Es gibt Lebensabschnitte, in denen anabole Prozesse vorherrschen, wie Kindheit, Jugend, während der Schwangerschaft oder während des Trainings, das sich auf das Muskelwachstum konzentriert.

Unterschiede zum Katabolismus

Alle chemischen Prozesse und Reaktionen, die in unserem Körper - insbesondere in unseren Zellen - ablaufen, werden weltweit als Stoffwechsel bezeichnet. Dank dieser stark kontrollierten Reihe von Ereignissen können wir die Körperwärme wachsen, entwickeln, reproduzieren und aufrechterhalten.

Synthese versus Abbau

Beim Stoffwechsel werden Biomoleküle (Proteine, Kohlenhydrate, Lipide oder Fette sowie Nukleinsäuren) verwendet, um alle wesentlichen Reaktionen eines lebenden Systems aufrechtzuerhalten.

Die Gewinnung dieser Moleküle erfolgt aus der Nahrung, die wir jeden Tag zu uns nehmen, und unser Körper kann sie während des Verdauungsprozesses in kleinere Einheiten "zerlegen".

Zum Beispiel werden Proteine ​​(die zum Beispiel aus Fleisch oder Eiern stammen können) in ihre Hauptkomponenten zerlegt: Aminosäuren. Auf die gleiche Weise können wir Kohlenhydrate zu kleineren Zuckereinheiten verarbeiten, im Allgemeinen zu Glukose, einem der von unserem Körper am häufigsten verwendeten Kohlenhydrate.

Unser Körper kann diese kleinen Einheiten - Aminosäuren, Zucker, Fettsäuren ua - verwenden, um neue größere Moleküle in der Konfiguration aufzubauen, die unser Körper benötigt.

Der Prozess des Zerfalls und der Energiegewinnung wird als Katabolismus bezeichnet, während die Bildung neuer komplexerer Moleküle Anabolismus ist. Somit sind Synthesevorgänge mit Anabolismus und Abbauprozesse mit Katabolismus verbunden.

Als mnemonische Regel können wir das "c" im Wort "Katabolismus" verwenden und es mit dem Wort "Schnitt" in Beziehung setzen.

Energieverbrauch

Anabole Prozesse benötigen Energie, während Abbauprozesse diese Energie hauptsächlich in Form von ATP - der so genannten Energiewährung der Zelle - produzieren.

Diese Energie stammt aus katabolen Prozessen. Stellen wir uns vor, wir haben ein Kartenspiel, wenn wir alle Karten ordentlich gestapelt haben und sie auf den Boden werfen, tun sie dies spontan (analog zum Katabolismus).

Wenn wir sie jedoch erneut bestellen möchten, müssen wir Energie an das System anlegen und sie vom Boden sammeln (analog zum Anabolismus).

In einigen Fällen benötigen die katabolen Pfade in ihren ersten Schritten eine "Injektion von Energie", um den Prozess zu starten. Zum Beispiel ist Glykolyse oder Glykolyse der Abbau von Glucose. Dieser Weg erfordert die Verwendung von zwei ATP-Molekülen, um loszulegen.

Gleichgewicht zwischen Anabolismus und Katabolismus

Um einen gesunden und angemessenen Stoffwechsel aufrechtzuerhalten, muss ein Gleichgewicht zwischen den Prozessen des Anabolismus und des Katabolismus bestehen. Für den Fall, dass die Prozesse des Anabolismus die des Katabolismus übersteigen, sind die Syntheseereignisse diejenigen, die vorherrschen. Wenn der Körper dagegen mehr Energie als nötig erhält, überwiegen die katabolen Pfade.

Wenn der Körper Widrigkeiten, Krankheit oder längere Fastenperioden hat, konzentriert sich der Stoffwechsel auf Abbauwege und tritt in einen katabolen Zustand ein.

Quelle: Von Alejandro Porto aus Wikimedia Commons

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