Анаболизм это кратко в биологии
Обновлено: 05.07.2024
АНАБОЛИ́ЗМ (от греч. ἀναβολή – подъём, букв. – бросок вверх), ассимиляция, совокупность химич. процессов в живом организме, направленных на образование и обновление структурных частей клеток и тканей и накопление запасов, используемых в качестве источника энергии. При А. синтез сложных молекул из более простых ведёт к накоплению энергии в форме химич. связей. А., наряду с катаболизмом , при котором происходит расщепление сложных органич. веществ с высвобождением и накоплением энергии, гл. обр. в форме АТФ, – составляющие обмена веществ . Интенсивность А. и его соотношение с катаболизмом существенно различаются как у отд. организмов, так и в течение жизни одной особи. Наиболее интенсивно он протекает во время роста: у животных и человека – в молодом возрасте, у растений – в течение вегетационного периода. Анаболитич. процессом, имеющим планетарное значение и играющим решающую роль в синтезе органич. веществ, является фотосинтез .
В анаболизм это раздел метаболизма, который включает реакции образования больших молекул из более мелких. Для того чтобы произошла эта серия реакций, необходим источник энергии, обычно это АТФ (аденозинтрифосфат).
Анаболизм и его метаболическая инверсия, катаболизм, сгруппированы в серию реакций, называемых метаболическими путями или путями, которые организуются и регулируются главным образом гормонами. Каждый маленький шаг контролируется таким образом, что происходит постепенная передача энергии.
Анаболические процессы могут использовать основные единицы, из которых состоят биомолекулы - аминокислоты, жирные кислоты, нуклеотиды и мономеры сахаров - и генерировать более сложные соединения, такие как белки, липиды, нуклеиновые кислоты и углеводы, в качестве конечных производителей энергии.
Характеристики
Метаболизм - это термин, который охватывает все химические реакции, происходящие в организме. Клетка напоминает микроскопическую фабрику, где постоянно происходят реакции синтеза и распада.
Две цели метаболизма: во-первых, использовать химическую энергию, хранящуюся в пище, и, во-вторых, заменить структуры или вещества, которые больше не функционируют в организме. Эти события происходят в соответствии с конкретными потребностями каждого организма и управляются химическими посредниками, называемыми гормонами.
Энергия поступает в основном из жиров и углеводов, которые мы потребляем с пищей. В случае дефицита организм может использовать белок, чтобы восполнить дефицит.
Также процессы регенерации тесно связаны с анаболизмом. Регенерация тканей - это условие sine qua non для поддержания здорового тела и правильной работы. Анаболизм отвечает за производство всех клеточных соединений, которые поддерживают их функционирование.
В клетке существует тонкий баланс между метаболическими процессами. Большие молекулы могут быть разложены на мельчайшие компоненты катаболическими реакциями, а обратный процесс - от малых до больших - может происходить через анаболизм.
Анаболические процессы
Обзор анаболических путей включает следующие шаги: Простые молекулы, которые участвуют в качестве посредников в цикле Кребса, либо аминируются, либо химически превращаются в аминокислоты. Позже они собираются в более сложные молекулы.
Эти процессы требуют химической энергии, происходящей из катаболизма. Среди наиболее важных анаболических процессов: синтез жирных кислот, синтез холестерина, синтез нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), синтез белка, синтез гликогена и синтез аминокислот.
Роль этих молекул в организме и пути их синтеза будут кратко описаны ниже:
Синтез жирных кислот
Липиды - это очень гетерогенные биомолекулы, способные генерировать большое количество энергии при окислении, особенно молекулы триацилглицерина.
Жирные кислоты - это типичные липиды. Они состоят из головы и хвоста из углеводородов. Они могут быть ненасыщенными или насыщенными, в зависимости от того, есть ли у них двойные связи на хвосте.
Липиды являются важными компонентами всех биологических мембран, помимо того, что они участвуют в качестве резервного вещества.
Жирные кислоты синтезируются в цитоплазме клетки из молекулы-предшественника, называемой малонил-КоА, производной от ацетил-КоА и бикарбоната. Эта молекула отдает три атома углерода, чтобы начать рост жирной кислоты.
После образования малонила реакция синтеза продолжается в четыре основных этапа:
-Конденсация ацетил-ACP с малонил-ACP, реакция, которая производит ацетоацетил-ACP и выделяет углекислый газ в качестве отработанного вещества.
-Второй этап - восстановление ацетоацетил-АПФ с помощью НАДФН до D-3-гидроксибутирил-АПФ.
- Происходит последующая реакция дегидратации, которая превращает предыдущий продукт (D-3-гидроксибутирил-ACP) в кротонил-ACP.
-Наконец, кротонил-АСФ восстанавливается, и конечным продуктом является бутирил-АСФ.
Синтез холестерина
Холестерин - это стерол с типичным 17-углеродным стерановым ядром. Он играет разные роли в физиологии, поскольку действует как предшественник множества молекул, таких как желчные кислоты, различные гормоны (в том числе половые), и необходим для синтеза витамина D.
Синтез происходит в цитоплазме клетки, прежде всего в клетках печени. Этот анаболический путь состоит из трех этапов: сначала образуется изопреновая единица, затем происходит постепенная ассимиляция единиц с образованием сквалена, он переходит в ланостерин и, наконец, получается холестерин.
Активность ферментов этого пути регулируется в основном относительным соотношением гормонов инсулин: глюкагон. По мере увеличения этого соотношения активность пути увеличивается пропорционально.
Синтез нуклеотидов
Нуклеиновые кислоты - это ДНК и РНК, первая содержит всю информацию, необходимую для развития и поддержания живых организмов, а вторая дополняет функции ДНК.
И ДНК, и РНК состоят из длинных цепей полимеров, основной единицей которых являются нуклеотиды. Нуклеотиды, в свою очередь, состоят из сахара, фосфатной группы и азотистого основания. Предшественником пуринов и пиримидинов является рибозо-5-фосфат.
Пурины и пиримидины производятся в печени из таких предшественников, как диоксид углерода, глицин, аммиак и другие.
Синтез нуклеиновых кислот
Нуклеотиды должны быть соединены в длинные цепи ДНК или РНК, чтобы выполнять свою биологическую функцию. В процессе участвует ряд ферментов, которые катализируют реакции.
Фермент, отвечающий за копирование ДНК для создания большего количества молекул ДНК с идентичными последовательностями, - это ДНК-полимераза. Этот фермент не может инициировать синтез de novoСледовательно, должен участвовать небольшой фрагмент ДНК или РНК, называемый праймером, что позволяет формировать цепь.
Это событие требует участия дополнительных ферментов. Хеликаза, например, помогает открыть двойную спираль ДНК, чтобы полимераза могла действовать, а топоизомераза могла изменять топологию ДНК, запутывая или распутывая ее.
Точно так же РНК-полимераза участвует в синтезе РНК из молекулы ДНК. В отличие от предыдущего процесса, синтез РНК не требует упомянутого праймера.
Синтез белка
Синтез белка - важнейшее событие для всех живых организмов. Белки выполняют широкий спектр функций, например, транспортируют вещества или играют роль структурных белков.
Синтез происходит в цитоплазме клетки, где находятся рибосомы. Процесс проходит в четыре фазы: активация, начало, удлинение и завершение.
Синтез гликогена
Гликоген - это молекула, состоящая из повторяющихся единиц глюкозы. Он действует как запас энергии и в основном содержится в печени и мышцах.
Путь синтеза называется гликогенезом и требует участия фермента гликогенсинтазы, АТФ и УТФ. Путь начинается с фосфорилирования глюкозы до глюкозо-6-фосфата, а затем до глюкозо-1-фосфата. Следующий шаг включает добавление UDP для получения UDP-глюкозы и неорганического фосфата.
Молекула UDP-глюкозы присоединяется к цепи глюкозы через альфа-связь 1-4, высвобождая нуклеотид UDP. В случае возникновения ответвлений они образованы альфа-связями 1-6.
Синтез аминокислот
Аминокислоты - это единицы, из которых состоят белки. В природе существует 20 типов, каждый из которых обладает уникальными физическими и химическими свойствами, которые определяют конечные характеристики белка.
Не все организмы могут синтезировать все 20 типов. Например, человек может синтезировать только 11, остальные 9 необходимо включить в рацион.
У каждой аминокислоты свой путь. Однако они происходят из молекул-предшественников, таких как альфа-кетоглутарат, оксалоацетат, 3-фосфоглицерат, пируват и другие.
Регулирование анаболизма
Как мы упоминали ранее, метаболизм регулируется веществами, называемыми гормонами, секретируемыми специализированными тканями, железистыми или эпителиальными. Они действуют как посланники, и их химическая природа весьма неоднородна.
Например, инсулин - это гормон, вырабатываемый поджелудочной железой и оказывающий большое влияние на обмен веществ. После еды с высоким содержанием углеводов инсулин действует как стимулятор анаболических путей.
Таким образом, гормон отвечает за активацию процессов, которые позволяют синтезировать запасные вещества, такие как жиры или гликоген.
Есть периоды жизни, в которых преобладают анаболические процессы, например, детство, юность, во время беременности или во время тренировок, направленных на рост мышц.
Различия с катаболизмом
Все химические процессы и реакции, происходящие в нашем теле, особенно внутри наших клеток, во всем мире известны как метаболизм. Мы можем расти, развиваться, воспроизводить и поддерживать тепло тела благодаря этой строго контролируемой серии событий.
Синтез против разложения
Метаболизм включает использование биомолекул (белков, углеводов, липидов или жиров и нуклеиновых кислот) для поддержания всех основных реакций живой системы.
Например, белки (например, из мяса или яиц) разбиты на свои основные компоненты: аминокислоты. Таким же образом мы можем перерабатывать углеводы в более мелкие единицы сахара, как правило, в глюкозу, один из углеводов, наиболее используемых нашим организмом.
Наше тело может использовать эти небольшие единицы - аминокислоты, сахара, жирные кислоты и другие - для создания новых более крупных молекул в конфигурации, которая нужна нашему организму.
Процесс распада и получения энергии называется катаболизмом, а образование новых более сложных молекул - анаболизмом. Таким образом, процессы синтеза связаны с анаболизмом, а процессы деградации - с катаболизмом.
Использование энергии
Анаболические процессы требуют энергии, в то время как процессы деградации производят эту энергию, главным образом в форме АТФ, известного как энергетическая валюта клетки.
Эта энергия поступает из катаболических процессов. Давайте представим, что у нас есть колода карт, если у нас все карты аккуратно сложены, и мы бросаем их на землю, они делают это спонтанно (аналогично катаболизму).
Однако, если мы хотим заказать их снова, мы должны приложить энергию к системе и собрать их с земли (аналогично анаболизму).
Баланс между анаболизмом и катаболизмом
Чтобы поддерживать здоровый и адекватный обмен веществ, должен быть баланс между процессами анаболизма и катаболизма. В случае, если анаболические процессы превышают катаболизм, преобладают события синтеза. Напротив, когда организм получает больше энергии, чем необходимо, преобладают катаболические пути.
Когда организм испытывает невзгоды, называемые болезнями или периодами длительного голодания, метаболизм сосредотачивается на путях деградации и входит в катаболическое состояние.
Анаболизм – есть сборное понятие, означающее синтез чего-либо нового. Применительно к силовым видам спорта анаболизм – это процесс непосредственного роста мышечной ткани. Хотя, разумеется, параллельно происходит укрепление связок, сухожилий, хрящей – всего опорно-двигательного аппарата.
Что такое анаболизм
Если взглянуть на суть анаболизма с точки зрения физиологии, выяснится, что в организме в определенный период происходит определенная адаптивная реакция со стороны центральной нервной системы, которая и приводит к увеличению мышечной массы.
Для проявления максимального силового потенциала нужен соответствующий нервный импульс, передающийся к мышцам из головного мозга. Если максимально упростить понятие, то анаболизм – это то, ради чего люди, собственно, и занимаются силовыми видами спорта, поскольку именно большие мышцы становятся результатом всей совокупности процессов, объединенных понятием “анаболизм”.
Стадии анаболизма
Строго говоря, нельзя выделить какие-либо конкретные стадии анаболизма. Однако если углубиться в вопрос, что происходит в процессе анаболизма, можно условно разделить этот процесс на следующие фазы:
Гормональная стадия
Пройдя через клеточную мембрану (подробнее об этом читаем далее), гормоны проходят к ядру клетки.
Стадия активации ДНК
Связь анаболизма и катаболизма
Понятие метаболизм подразумевает под собой органичное сочетание процессов анаболизма и катаболизма, имеющих целью сохранить постоянство внутренней среды организма – гомеостаз. У не тренирующегося человека до 30 лет эти процессы уравновешены, в дальнейшем начинает преобладать катаболизм, приводя нас к старости к практически полному отсутствию мышц на теле. Как следствие, мы получаем больные суставы, хрупкие кости, нестабильное кровообращение.
Наши мышцы содержат в себе большой сосудистый объём: при распаде мышечной ткани и ее уменьшении больший объём крови уходит в сосуды, вызывая такую неприятную болезнь, как гипертония. А последняя приносит с собой целый ряд проблем – нарушения ритма сердца, ускоренное образование атеросклеротических бляшек, поражение почек и глаз.
Казалось бы, исходя из вышесказанного, катаболизм – однозначное зло. Но не все так просто в физиологии человека.
Анаболизм в зрелом возрасте невозможен без катаболизма. Весь вопрос в том, насколько последний будет выражен. В процессе тренировки мы вызываем интенсивное мышечное повреждение. Именно поэтому мышцы болят после физических нагрузок – множественные микротравмы вызывают воспалительный процесс в мышечной ткани. Так что воспаление – это не всегда плохо. В нашем случае как раз наоборот.
Воспаление имеет три фазы:
- Повреждения. Это то, что мы делаем в процессе тяжелой тренировки – повреждаем мышцы.
- Экссудативная, она же фаза отека. Последствия именно этой фазы мы испытываем на следующее утро после тренировки.
- Анаболическая. Это тоже часть воспаления. По-другому эту фазу можно назвать заживление. Так вот, воспаление в мышцах заканчивается их ростом. Но при соблюдении нескольких условий: повреждение не должно быть чрезмерным, должно быть поставлено адекватное количество макро и микронутриентов для обеспечения заживления и увеличения мышечной массы.
И еще несколько слов о роли катаболизма
Какая связь между сном и анаболизмом?
Сон – сложный нейрофизиологический процесс. Есть множество эффектов, которые сон оказывает на состояние человека, однако они не выступают предметами рассмотрения этой статьи. Здесь мы рассмотрим только ассоциацию процесса анаболизма и сна.
Процесс анаболизма обусловлен не только половыми гормонами. Соматотропин, он же гормон роста, играет в этом процессе далеко не последнюю роль. А время, когда он выделяется в наибольшем количестве – это ночь.
Вывод: сон весьма позитивно влияет на процесс анаболизма.
Влияние спортивного питания на процесс анаболизма
Для тех, кто внимательно прочитал вышеизложенную информацию, не станет откровением, что для обеспечения третьей фазы анаболизма нам нужны аминокислоты, получаемые из белка. Следовательно, дополнительный прием того или другого в виде пищевой добавки будет оказывать позитивный эффект на процесс анаболизма. Но только в том случае, если в вашем основном рационе достаточно белка, углеводов и жиров. Плюс, вы должны успевать восстанавливаться между тренировками. Так что, с одной стороны, ответ очевиден, спортпит для анаболизма будет крайне полезен. Но при более глубоком рассмотрении все относительно – для анаболизма важны все факторы в совокупности, а не какой-то один.
Эксперт проекта. Стаж тренировок - 12 лет. Хорошая теоретическая база по процессу тренировок и правильному питанию, которую с удовольствием применяю на практике. Нужна рекомендация? Это ко мне :)
В биологии метаболизм – это совокупность тесно взаимосвязанных процессов, обеспечивающих связь живых организмов с окружающей средой. Цель метаболизма – создание сложных веществ и снабжение организма энергией.
Определение
Метаболизм клетки включает множество химических реакций, происходящих в органеллах и необходимых для поддержания жизни.
Обмен веществ включает два процесса:
- катаболизм(диссимиляция, энергетический обмен) – совокупность химических реакций, направленных на распад сложных веществ с образованием энергии;
- анаболизм(ассимиляция, пластический обмен) – реакции биосинтеза, при которых с затратой энергии образуются сложные органические вещества.
Рис. 1. Катаболизм и анаболизм.
Оба процесса происходят одновременно и находятся в равновесии. Вещества, участвующие в анаболизме и катаболизме, поступают из внешней среды. Для нормального протекания метаболизма в животной клетке необходимы белки, жиры, углеводы, кислород, вода. В растения должны поступать вода, кислород и солнечный свет.
Диссимиляция и ассимиляция – взаимосвязанные процессы, не происходящие в разрыве друг от друга. Чтобы происходил анаболизм, необходима энергия, которая выделяется в процессе катаболизма. Для расщепления (диссимиляции) необходимы ферменты, которые синтезируются в процессе ассимиляции.
Катаболизм и анаболизм
Диссимиляция может происходить в присутствии или в отсутствии кислорода.
По отношению к кислороду все организмы делятся на два типа:
- аэробы– живут только в присутствии кислорода (животные, растения, некоторые грибы);
- анаэробы– могут существовать в отсутствии кислорода (некоторые бактерии и грибы).
При поглощении кислорода происходит процесс окисления, и сложные вещества распадаются на более простые. В бескислородной среде происходит брожение. В результате двух этих процессов высвобождается большое количество энергии.
Для аэробных организмов катаболизм проходит в три этапа, описанных в таблице.
Что происходит
Где происходит
Энергия
Ферментативное расщепление органических соединений: белки расщепляются до аминокислот, крахмал – до глюкозы, жиры – до жирных кислот и глицерина
У одноклеточных организмов – в лизосомах, у многоклеточных – в желудочно-кишечном тракте
Небольшое количество рассеивается в виде тепла
Глюкоза расщепляется до двух молекул пировиноградной кислоты (ПВК). При дальнейшем отсутствии кислорода ПВК в процессе брожения распадается либо до этилового спирта (спиртовое брожение), либо до молочной кислоты (молочнокислое брожение) Образование двух молекул АТФ
В цитоплазме клетки
Затраты в виде глюкозы в процессе гликолиза
Окисление ПВК до углекислого газа и воды
Затраты энергии на образование молекул АТФ
Рис. 2. Процесс гликолиза.
Метаболизм анаэробов включает два первых этапа.
которые читают вместе с этой
Анаболизм происходит после подготовительного этапа. Из более простых организмов синтезируются сложные органические вещества, характерные для организма. Например, из аминокислот образуются ферменты, белки-переносчики, пигменты, нуклеиновые кислоты и т.д. Образованные вещества способствуют катаболизму.
В растениях фотосинтез является анаболизмом, а дыхание – катаболизмом. В процессе фотосинтеза образуется глюкоза, которая запасается в качестве энергии и расходуется на построение организма. Дыхание или окисление способствует высвобождению энергии путём расщепления глюкозы до воды и углекислого газа, которые в дальнейшем используются в процессе фотосинтеза.
Рис. 3. Фотосинтез и дыхание растений.
Что мы узнали?
Метаболизм включает энергетический и пластический обмен. В результате первого процесса образуются простые вещества, второй процесс направлен на создание сложных органических веществ, участвующих в катаболизме. Оба процесса параллельны и проходят с затратой энергии.
Читайте также: