Inhalt
- Stoffwechsel im Überblick
- Substrate des Stoffwechsels
- Was ist anaboler Stoffwechsel?
- Was ist der katabolische Stoffwechsel?
- Balance zwischen anabolem und katabolem Stoffwechsel halten
- Körperliche Bewegung: Muskelwachstum und Fettabbau
Zellen sind die kleinsten Einheiten von Lebewesen, die alle mit dem Leben verbundenen Eigenschaften aufweisen. Eines dieser bestimmenden Merkmale ist Stoffwechseloder die Verwendung von Molekülen oder Energie aus der Umwelt, um die biochemischen Reaktionen durchzuführen, die erforderlich sind, um am Leben zu bleiben und sich letztendlich zu reproduzieren.
Stoffwechselvorgänge, die oft als Stoffwechselwege bezeichnet werden, lassen sich in solche einteilen anabol, oder das beinhaltet die Synthese neuer Moleküle, und diejenigen, die sind katabolisch, die den Abbau bestehender Moleküle beinhalten.
Umgangssprachlich geht es bei anabolen Prozessen darum, ein Haus zu bauen und Dinge wie Fenster und Dachrinnen nach Bedarf auszutauschen, und bei katabolen Prozessen geht es darum, abgenutzte oder kaputte Teile des Hauses zum Bordstein zu bringen. Wenn diese im richtigen Tempo im Konzert stattfinden, wird das Haus in einem möglichst stabilen Zustand existieren, jedoch niemals passiv.
Stoffwechsel im Überblick
Zellen und das Gewebe, das sie bilden, werden ständig "bidirektional" metabolisiert, was bedeutet, dass einige Dinge in einer anabolen Richtung fließen, während andere in die entgegengesetzte Richtung gehen.
Dies zeigt sich vielleicht deutlicher auf der Ebene ganzer Organismen: Wenn Sie durchbrennen Glucose Während Sie singen, um Ihren Hund einzuholen (katabolischer Prozess), heilt das Papier, das Sie am Vortag geschnitten haben, weiter (anabolischer Prozess). Die gleiche Dichotomie ist jedoch in einzelnen Zellen wirksam.
Zelluläre Reaktionen werden durch spezielle globuläre Proteinmoleküle namens katalysiert Enzyme, die per definitionem an chemischen Reaktionen teilnehmen, ohne sich am Ende selbst zu verändern. Sie beschleunigen die Reaktionen erheblich - manchmal um einen Faktor von weit über tausend - und wirken somit als Katalysatoren.
Anabole Reaktionen benötigen in der Regel einen Energieeintrag und sind daher endothermisch (locker übersetzt "Wärme nach innen"). Das macht Sinn; Sie können nicht wachsen oder Muskeln aufbauen, es sei denn, Sie essen, wobei Ihre Nahrungsaufnahme normalerweise auf die Intensität und Dauer einer bestimmten Aktivität skaliert.
Katabolische Reaktionen sind normalerweise exotherm ("Wärme nach außen") und setzen Energie frei, die zum großen Teil von der Zelle in Form von Adenosintriphosphat (ATP) genutzt und für andere Stoffwechselprozesse genutzt wird.
Substrate des Stoffwechsels
Die Hauptstrukturelemente des Körpers und die Moleküle, die er für den Brennstoff benötigt, sowie das Wachstum und den Ersatz von Gewebe bestehen aus Monomereoder kleine sich wiederholende Einheiten innerhalb eines größeren Ganzen, genannt a Polymer.
Diese Einheiten können identisch sein wie die Glucosemoleküle, die in langen Ketten des Speicherkraftstoffs angeordnet sind Glykogenoder sie können ähnlich sein und in "Geschmacksrichtungen" vorliegen, wie bei Nukleinsäuren und den Nukleotiden, aus denen sie bestehen.
Die drei großen Makronährstoff Klassen von Makromolekülen in der menschlichen Ernährung, genannt Kohlenhydrate, Proteine und Fettebestehen jeweils aus einem eigenen Monomertyp.
Glukose ist das Grundsubstrat allen Lebens auf der Erde, und jede lebende Zelle kann es zu Energie umwandeln. Wie bereits erwähnt, können Glucosemoleküle zu "Ketten" verknüpft werden, um Glycogen zu bilden, das beim Menschen hauptsächlich in Muskeln und in der Leber vorkommt. Proteine bestehen aus Monomeren, die aus einem Beutel mit 20 verschiedenen Aminosäuren entnommen wurden.
Fette sind keine Polymere, da sie aus drei Fettsäuren bestehen, die an ein "Rückgrat" des Dreikohlenstoffmoleküls gebunden sind Glycerin. Wenn sie wachsen oder schrumpfen, geschieht dies durch Hinzufügen oder Entfernen von Atomen an den Enden der Fettsäureketten, ähnlich einem großen "E", wobei der vertikale Teil die gleiche Größe hat, die horizontalen Balken jedoch unterschiedlich lang sind.
Was ist anaboler Stoffwechsel?
Erwägen Sie eine Schachtel mit Spielzeugbausteinen von unbegrenzter Größe. Viele sind identisch, außer in ihrer Farbe; andere sind unterschiedlich groß, können aber zusammengefügt werden; Wieder andere sollen unabhängig von der ausgewählten Konfiguration keine Verbindung herstellen. Sie können identische Konstrukte erstellen, die beispielsweise drei bis fünf Teile enthalten, und diese so miteinander verknüpfen, dass auch die Verbindungen dieser Konstrukte identisch sind.
Dies ist im Wesentlichen anabolen Stoffwechsel in Aktion. Die einzelnen Gruppen von drei bis fünf Spielzeugstücken stellen "Monomere" dar und das Endprodukt ist analog zu "Polymer". Und in Zellen leiten Enzyme den Prozess, anstatt dass Ihre Hände die Arbeit des Zusammenfügens der Teile erledigen. In beiden Fällen ist der Schlüsselaspekt ein Energieeintrag, um Moleküle mit größerer Komplexität (und normalerweise auch größerer Größe) zu erzeugen.
Beispiele für anabole Prozesse sind neben der Proteinsynthese Glukoneogenese (die Synthese von Glucose aus verschiedenen vorgeschalteten Substraten), die Synthese von Fettsäuren, Lipogenese (die Synthese von Fetten aus Fettsäuren und Glycerin) und die Bildung von Harnstoff und Ketonkörper.
Was ist der katabolische Stoffwechsel?
Meistens sind katabolische Prozesse auf der Ebene einzelner Reaktionen nicht einfach die entsprechenden anabolen Reaktionen, die umgekehrt ablaufen, obwohl viele von ihnen gleich sind. In der Regel sind verschiedene Enzyme beteiligt.
Zum Beispiel der erste Schritt in Glykolyse (der Glukosekatabolismus) ist die Addition einer Phosphatgruppe an die Glukose, mit freundlicher Genehmigung des Enzyms Hexokinase, um Glucose-6-phosphat zu bilden. Der letzte Schritt der Glukoneogenese, die Entfernung des Phosphats aus Glucose-6-phosphat zur Bildung von Glucose, wird jedoch durch Glucose-6-phosphatase katalysiert.
Andere lebenswichtige katabolische Prozesse, die in Ihrem Körper ablaufen, sind Glykogenolyse (der Abbau von Glykogen in Muskel oder Leber), Lipolyse (die Entfernung von Fettsäuren aus Glycerin), Beta-Oxidation (das "Verbrennen" von Fettsäuren) und den Abbau von Ketonen, Proteinen oder einzelnen Aminosäuren.
Balance zwischen anabolem und katabolem Stoffwechsel halten
Um den Körper in Echtzeit auf seine Bedürfnisse einzustellen, ist ein hohes Maß an Reaktionsfähigkeit und Koordination erforderlich. Die Raten von anabolen und katabolen Reaktionen können durch Variieren der Menge an Enzym oder Substrat, die für einen bestimmten Teil der Zelle mobilisiert ist, oder durch Steuern gesteuert werden Rückkopplungshemmung, bei dem die Anreicherung eines Produktes die Reaktion stromaufwärts signalisiert, langsamer voranzuschreiten.
Unter dem Gesichtspunkt der ganzheitlichen Visualisierung des Stoffwechsels können Substrate von einem Makronährstoffweg bei Bedarf auch in einen anderen überführt werden.
Ein Beispiel für diese Integration von Signalwegen ist, dass die Aminosäuren Alanin und Glutamin nicht nur als Bausteine von Proteinen dienen, sondern auch in die Glukoneogenese eintreten können. Dazu müssen sie ihren Stickstoff abgeben, der von den so genannten Enzymen gehandhabt wird Transaminasen.
Körperliche Bewegung: Muskelwachstum und Fettabbau
Körperliche Fitness ist in Ländern, in denen Menschen oft den Luxus haben, sich freiwillig zu bewegen, ein großes öffentliches Anliegen.
Viele der gebräuchlichen Modalitäten zielen stark auf den einen oder anderen Prozess ab, z. B. das Heben von Gewichten, um Muskelmasse aufzubauen (anabole Übungen) oder die Verwendung eines Ellipsentrainers oder Laufbands für "Cardio" und den Abbau von magerer oder fettiger Körpermasse (oder Körper) zur Gewichtsreduktion (katabolische Übungen).
Ein Beispiel für beide Systeme in Aktion ist ein Marathonläufer, der ein 42,2 km langes Rennen vorbereitet und ausführt. In der Woche zuvor haben viele Menschen absichtlich kohlenhydratreiche Lebensmittel zu sich genommen, während sie sich für die Anstrengung ausruhten.
Aufgrund ihres täglichen Lauftrainings und der ständigen Notwendigkeit, abgebauten Kraftstoff zu ersetzen, weisen diese Athleten ein hohes Maß an Aktivität des Enzyms Glykogensynthase auf, das es ihren Muskeln und der Leber ermöglicht, Glykogen mit ungewöhnlicher Begierde zu synthetisieren.
Während des Marathons wird dieses Glykogen in Glukose umgewandelt, um den Läufer stundenlang mit Energie zu versorgen, obwohl diese Athleten während der gesamten Veranstaltung normalerweise auch Glukosequellen (z. B. Sportgetränke) zu sich nehmen, um zu verhindern, dass sie gegen die Wand schlagen.