Chức năng dị hóa, quá trình dị hóa, sự khác biệt với quá trình đồng hóa

các dị hóa bao gồm tất cả các phản ứng phân hủy các chất trong cơ thể. Ngoài việc "phân rã" các thành phần của các phân tử sinh học trong các đơn vị nhỏ hơn của chúng, các phản ứng dị hóa tạo ra năng lượng, chủ yếu ở dạng ATP..

Các tuyến dị hóa có trách nhiệm làm suy giảm các phân tử đến từ thực phẩm: carbohydrate, protein và lipid. Trong quá trình này, năng lượng hóa học có trong các liên kết được giải phóng sẽ được sử dụng trong các hoạt động của tế bào đòi hỏi nó.

Một số ví dụ về con đường dị hóa nổi tiếng là: chu trình Krebs, oxy hóa beta các axit béo, glycolysis và phosphoryl hóa oxy hóa.

Các phân tử đơn giản được tạo ra bởi quá trình dị hóa được sử dụng bởi tế bào để xây dựng các yếu tố cần thiết, cũng sử dụng năng lượng được cung cấp bởi quá trình tương tự. Con đường tổng hợp này là chất đối kháng dị hóa và được gọi là đồng hóa.

Sự trao đổi chất của một sinh vật bao gồm cả các phản ứng tổng hợp và thoái hóa, xảy ra đồng thời và được kiểm soát trong tế bào.

Chỉ số

• 1 chức năng
• 2 quá trình dị hóa
  • 2.1 Chu trình urê
  • 2.2 Chu trình Krebs hoặc chu trình axit citric
  • 2.3 Glycolysis
  • 2.4 Phosphoryl hóa oxy hóa
  • 2,5-oxy hóa axit béo         
• 3 Điều hòa dị hóa
  • 3.1 Cortisol
  • 3.2 Insulin
• 4 sự khác biệt với quá trình đồng hóa
  • 4.1 Tổng hợp và suy thoái các phân tử
  • 4.2 Sử dụng năng lượng
• 5 tài liệu tham khảo

Chức năng

Quá trình dị hóa có mục tiêu chính là oxy hóa các chất dinh dưỡng mà cơ thể sử dụng làm "nhiên liệu", được gọi là carbohydrate, protein và chất béo. Sự xuống cấp của các phân tử sinh học này tạo ra các sản phẩm năng lượng và chất thải, chủ yếu là carbon dioxide và nước.

Một loạt các enzyme tham gia vào quá trình dị hóa, là các protein chịu trách nhiệm thúc đẩy tốc độ của các phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào.

Các chất nhiên liệu là thực phẩm mà chúng ta tiêu thụ hàng ngày. Chế độ ăn uống của chúng tôi bao gồm protein, carbohydrate và chất béo bị suy thoái theo con đường dị hóa. Cơ thể sử dụng chất béo và carbohydrate tốt hơn, mặc dù trong tình huống khan hiếm, nó có thể dùng đến sự thoái hóa của protein.

Năng lượng được chiết xuất từ ​​quá trình dị hóa được chứa trong các liên kết hóa học của các phân tử sinh học đã đề cập.

Khi chúng ta tiêu thụ bất kỳ thực phẩm nào, chúng ta nhai nó để dễ tiêu hóa hơn. Quá trình này tương tự như quá trình dị hóa, trong đó cơ thể chịu trách nhiệm "tiêu hóa" các hạt ở cấp độ hiển vi để chúng có thể được khai thác bằng con đường tổng hợp hoặc đồng hóa.

Quá trình dị hóa

Các tuyến đường hoặc con đường dị hóa bao gồm tất cả các quá trình phân hủy các chất. Chúng ta có thể phân biệt ba giai đoạn trong quy trình:

- Các phân tử sinh học khác nhau được tìm thấy trong tế bào (carbohydrate, chất béo và protein) bị phân hủy trong các đơn vị cơ bản cấu thành chúng (đường, axit béo và axit amin, tương ứng).

- Các sản phẩm của giai đoạn I chuyển đến các thành phần đơn giản hơn, hội tụ trên một chất trung gian phổ biến được gọi là acetyl-CoA.

- Cuối cùng, hợp chất này bước vào chu trình Krebs, nơi nó tiếp tục quá trình oxy hóa để tạo ra các phân tử carbon dioxide và nước - các phân tử cuối cùng thu được trong bất kỳ phản ứng dị hóa nào.

Nổi bật nhất là chu trình urê, chu trình Krebs, glycolysis, phosphoryl hóa oxy hóa và oxy hóa beta của axit béo. Tiếp theo chúng tôi sẽ mô tả từng tuyến đường được đề cập:

Chu trình urê

Chu trình urê là một con đường dị hóa xảy ra trong ty thể và trong cytosol của tế bào gan. Nó chịu trách nhiệm xử lý các dẫn xuất protein và sản phẩm cuối cùng là urê.

Chu kỳ bắt đầu với sự xâm nhập của nhóm amino đầu tiên từ ma trận của ty thể, nhưng cũng có thể đi vào gan qua ruột.

Phản ứng đầu tiên liên quan đến sự đi qua của ATP, các ion bicarbonate (HCO)₃^-) và amoni (NH₄⁺) trong carbomoyl phosphate, ADP và P_tôi. Bước thứ hai là liên kết của carbomoyl phosphate và ornithine để tạo ra một phân tử citrulline và P_tôi. Những phản ứng này xảy ra trong ma trận ty thể.

Chu kỳ tiếp tục trong cytosol, trong đó citrulline và aspartate được ngưng tụ cùng với ATP để tạo ra argininosuccine, AMP và PP_tôi. Các argininosuccine chuyển đến arginine và fumarate. Axit amin arginine kết hợp với nước để cung cấp cho ornithine và cuối cùng là urê.

Chu trình này được kết nối với chu trình Krebs vì chất chuyển hóa fumarate tham gia vào cả hai quá trình trao đổi chất. Tuy nhiên, mỗi chu kỳ hoạt động độc lập.

Các dấu hiệu lâm sàng liên quan đến tuyến đường này ngăn ngừa bệnh nhân thực hiện chế độ ăn giàu protein.

Chu trình Krebs hoặc chu trình axit citric

Chu trình Krebs là một con đường tham gia vào quá trình hô hấp tế bào của tất cả các sinh vật. Về mặt không gian, nó xảy ra trong ty thể của sinh vật nhân chuẩn.

Tiền thân của chu trình là một phân tử gọi là acetyl coenzyme A, được ngưng tụ với một phân tử oxaloacetate. Liên minh này tạo ra một hợp chất gồm sáu nguyên tử cacbon. Trong mỗi cuộc cách mạng, chu trình tạo ra hai phân tử carbon dioxide và một phân tử oxaloacetate.

Chu trình bắt đầu với phản ứng đồng phân hóa được xúc tác bởi aconitase, trong đó citrate đi vào cis-aconite và nước. Tương tự, aconitase xúc tác sự chuyển cis-aconite thành isocitrate.

Isocytrate bị oxy hóa thành oxalosuccine bởi isocitrate dehydrogenase. Phân tử này được khử carboxyl hóa trong alpha-ketoglutarate bởi cùng một enzyme, isocitrate dehydrogenase. Alpha-ketoglutarate chuyển đến succinyl-CoA do tác dụng của alpha-ketoglutarate dehydrogenase.

Succinyl-CoA chuyển đến succinate, được oxy hóa thành fumarate bởi succinate dehydrogenase. Sau đó fumarate chuyển đến l-malate và cuối cùng l-malate chuyển đến oxalacetate.

Chu trình có thể được tóm tắt trong phương trình sau: Acetyl-CoA + 3 NAD⁺ + FAD + GDP + Pi + 2 H₂O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH₂ + GTP + 2 CO₂.

Glycolysis

Glycolysis, còn được gọi là glycolysis, là một con đường quan trọng có mặt hầu như trong tất cả các sinh vật sống, từ vi khuẩn siêu nhỏ đến động vật có vú lớn. Tuyến đường bao gồm 10 phản ứng enzyme phân giải glucose thành axit pyruvic.

Quá trình bắt đầu với sự phosphoryl hóa phân tử glucose nhờ enzyme hexokinase. Ý tưởng của bước này là "kích hoạt" glucose và giữ nó bên trong tế bào, vì glucose-6-phosphate không có chất vận chuyển mà qua đó nó có thể thoát ra.

Glucose-6-phosphate isomerase lấy glucose-6-phosphate và sắp xếp lại nó trong đồng phân fructose-6-phosphate của nó. Bước thứ ba được xúc tác bởi phosphofurationokinase và sản phẩm là fructose-1,6-bisphosphate.

Sau đó, aldolase tách hợp chất trên trong dihydroxyacetone phosphate và glyceraldehyd-3-phosphate. Có một sự cân bằng giữa hai hợp chất được xúc tác bởi bộ ba phosphat isomease.

Enzyme glyceraldehyd-3-phosphate dehydrogenase tạo ra 1,3-biphosphoglycerate được chuyển thành 3-phosphoglycerate trong bước tiếp theo bởi phosphoglycerate kinase. Các mutase phosphoglycerate thay đổi vị trí của carbon và tạo ra 2-phosphoglycerate.

Enolase lấy chất chuyển hóa cuối cùng này và chuyển đổi nó thành phosphoenolpyruvate. Bước cuối cùng của con đường được xúc tác bởi pyruvate kinase và sản phẩm cuối cùng là pyruvate.

Phosphoryl hóa oxy hóa

Phosphoryl hóa oxy hóa là một quá trình hình thành ATP nhờ sự chuyển điện tử từ NADH hoặc FADH₂ lên đến oxy và là bước cuối cùng của quá trình hô hấp tế bào. Nó xảy ra trong ty thể và là nguồn chính của các phân tử ATP trong các sinh vật có hô hấp hiếu khí.

Tầm quan trọng của nó là không thể phủ nhận, vì 26 trong số 30 phân tử ATP được tạo ra như là một sản phẩm của quá trình oxy hóa hoàn toàn glucose thành nước và carbon dioxide xảy ra bởi quá trình phosphoryl oxy hóa.

Về mặt khái niệm, quá trình phosphoryl hóa oxy hóa kết hợp quá trình oxy hóa và tổng hợp ATP với dòng proton qua hệ thống màng.

Do đó, NADH hoặc FADH₂ được tạo ra trong các tuyến khác nhau, gọi glycolysis hoặc oxy hóa axit béo được sử dụng để giảm oxy và, năng lượng tự do được tạo ra trong quá trình được sử dụng để tổng hợp ATP.

-oxy hóa axit béo         

Quá trình oxy hóa là tập hợp các phản ứng cho phép quá trình oxy hóa axit béo tạo ra năng lượng cao.

Quá trình này bao gồm việc giải phóng định kỳ các vùng axit béo từ hai nguyên tử carbon trên mỗi phản ứng cho đến khi nó làm thoái hóa hoàn toàn axit béo. Sản phẩm cuối cùng là các phân tử acetyl-CoA có thể đi vào chu trình Krebs để oxy hóa hoàn toàn.

Trước khi oxy hóa, axit béo phải được kích hoạt, nơi nó liên kết với coenzyme A. Chất vận chuyển Carnitine chịu trách nhiệm chuyển các phân tử vào ma trận của ty thể.

Sau các bước trước đó, quá trình oxy hóa itself bắt đầu bằng các quá trình oxy hóa, hydrat hóa, oxy hóa bằng NAD⁺ và thiolysis.

Điều hòa dị hóa

Phải có một loạt các quy trình điều chỉnh các phản ứng enzyme khác nhau, vì chúng không thể hoạt động mọi lúc với tốc độ tối đa của chúng. Do đó, con đường chuyển hóa được điều chỉnh bởi một loạt các yếu tố bao gồm hormone, kiểm soát tế bào thần kinh, sự sẵn có của chất nền và sửa đổi enzyme.

Trong mỗi tuyến đường phải có ít nhất một phản ứng không thể đảo ngược (nghĩa là một hướng một) và điều đó chỉ đạo tốc độ của toàn bộ con đường. Điều này cho phép các phản ứng hoạt động ở tốc độ mà tế bào yêu cầu và ngăn chặn quá trình tổng hợp và suy thoái hoạt động cùng một lúc.

Hormone là những chất đặc biệt quan trọng đóng vai trò là sứ giả hóa học. Chúng được tổng hợp trong các tuyến nội tiết khác nhau và được giải phóng vào máu để hoạt động. Một số ví dụ là:

Cortisol

Cortisol hoạt động bằng cách giảm các quá trình tổng hợp và tăng các con đường dị hóa trong cơ bắp. Tác dụng này xảy ra do giải phóng axit amin vào máu.

Insulin

Ngược lại, có những hormone có tác dụng ngược lại và làm giảm quá trình dị hóa. Insulin chịu trách nhiệm tăng tổng hợp protein và đồng thời làm giảm quá trình dị hóa của chúng. Trong trường hợp này, sự phân giải protein tăng lên, tạo điều kiện cho sự thoát ra của các axit amin đến cơ bắp.

Sự khác biệt với đồng hóa

Đồng hóa và dị hóa là các quá trình đối kháng bao gồm tổng số các phản ứng trao đổi chất xảy ra trong một sinh vật.

Cả hai quá trình đòi hỏi nhiều phản ứng hóa học được xúc tác bởi các enzyme và được kiểm soát nội tiết nghiêm ngặt có khả năng kích hoạt hoặc làm chậm các phản ứng nhất định. Tuy nhiên, chúng khác nhau ở các khía cạnh cơ bản sau:

Tổng hợp và suy thoái các phân tử

Sự đồng hóa bao gồm các phản ứng tổng hợp trong khi quá trình dị hóa chịu trách nhiệm cho sự phân hủy của các phân tử. Mặc dù các quá trình này là nghịch đảo, chúng được kết nối trong sự cân bằng tinh tế của quá trình trao đổi chất.

Người ta nói rằng đồng hóa là một quá trình khác nhau, vì nó cần các hợp chất đơn giản và biến chúng thành các hợp chất lớn hơn. Trái ngược với quá trình dị hóa, được phân loại là một quá trình hội tụ, bằng cách thu được các phân tử nhỏ như carbon dioxide, amoniac và nước, từ các phân tử lớn.

Các con đường dị hóa khác nhau lấy các đại phân tử tạo thành thức ăn và giảm nó thành các thành phần nhỏ hơn của nó. Mặt khác, các tuyến đồng hóa có thể lấy các đơn vị này và xây dựng lại các phân tử phức tạp hơn.

Nói cách khác, cơ thể phải "thay đổi cấu hình" của các yếu tố tạo nên thực phẩm được sử dụng trong các quy trình yêu cầu.

Quá trình này tương tự như trò chơi legos phổ biến, nơi các thành phần chính có thể tạo thành các cấu trúc khác nhau với nhiều cách sắp xếp không gian.

Sử dụng năng lượng

Quá trình dị hóa chịu trách nhiệm trích xuất năng lượng có trong các liên kết hóa học của thực phẩm, vì vậy mục tiêu chính của nó là tạo ra năng lượng. Sự xuống cấp này xảy ra, trong hầu hết các trường hợp, bởi các phản ứng oxy hóa.

Tuy nhiên, không có gì lạ khi các tuyến dị hóa đòi hỏi phải bổ sung năng lượng trong các bước ban đầu của chúng, như chúng ta đã thấy trong con đường glycolytic, đòi hỏi sự đảo ngược của các phân tử ATP.

Mặt khác, đồng hóa có trách nhiệm bổ sung năng lượng tự do được tạo ra trong quá trình dị hóa để đạt được sự lắp ráp các hợp chất quan tâm. Cả quá trình đồng hóa và dị hóa xảy ra liên tục và đồng thời trong tế bào.

Thông thường, ATP là phân tử được sử dụng để truyền năng lượng. Điều này có thể khuếch tán đến các khu vực cần thiết và khi thủy phân năng lượng hóa học có trong phân tử được giải phóng. Theo cách tương tự, năng lượng có thể được vận chuyển dưới dạng nguyên tử hydro hoặc electron.

Các phân tử này được gọi là coenzyme và bao gồm NADP, NADPH và FMNH₂. Họ hành động bằng các phản ứng giảm. Ngoài ra, họ có thể chuyển công suất giảm trong ATP.

Tài liệu tham khảo

1. Chan, Y. K., Ng, K. P., & Sim, D. S. M. (biên soạn). (2015). Cơ sở dược lý của chăm sóc cấp tính. Nhà xuất bản quốc tế Springer.
2. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Mời sinh học. Máy xay sinh tố.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Sinh học tế bào phân tử. Máy xay sinh tố.
4. Ronzio, R. A. (2003). Bách khoa toàn thư về dinh dưỡng và sức khỏe tốt. Xuất bản Infobase.
5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, C. W. (2007). Nguyên tắc cơ bản của hóa sinh: Sự sống ở cấp độ phân tử. Ed. Panamericana Y tế.