Fungsi katabolisme, proses katabolik, perbedaan dengan anabolisme



itu katabolisme meliputi semua reaksi degradasi zat dalam tubuh. Selain "menghancurkan" komponen-komponen biomolekul dalam unit yang lebih kecil, reaksi katabolik menghasilkan energi, terutama dalam bentuk ATP..

Rute katabolik bertanggung jawab untuk merendahkan molekul yang berasal dari makanan: karbohidrat, protein dan lipid. Selama proses tersebut, energi kimia yang terkandung dalam obligasi dilepaskan untuk digunakan dalam aktivitas seluler yang membutuhkannya.

Beberapa contoh jalur katabolik yang terkenal adalah: siklus Krebs, beta oksidasi asam lemak, glikolisis dan fosforilasi oksidatif.

Molekul sederhana yang dihasilkan oleh katabolisme digunakan oleh sel untuk membangun unsur-unsur yang diperlukan, juga menggunakan energi yang disediakan oleh proses yang sama. Jalur sintesis ini adalah antagonis katabolisme dan disebut anabolisme.

Metabolisme suatu organisme mencakup reaksi sintesis dan degradasi, yang terjadi secara simultan dan terkontrol di dalam sel.

Indeks

  • 1 fungsi
  • 2 proses katabolik
    • 2.1 Siklus urea
    • 2.2 Siklus Krebs atau siklus asam sitrat
    • 2.3 Glikolisis
    • 2.4 Fosforilasi oksidatif
    • 2,5 β-oksidasi asam lemak         
  • 3 Peraturan katabolisme
    • 3.1 Kortisol
    • 3.2 Insulin
  • 4 Perbedaan dengan anabolisme
    • 4.1 Sintesis dan degradasi molekul
    • 4.2 Penggunaan energi
  • 5 Referensi

Fungsi

Katabolisme memiliki tujuan utama mengoksidasi nutrisi yang digunakan tubuh sebagai "bahan bakar", yang disebut karbohidrat, protein, dan lemak. Degradasi biomolekul ini menghasilkan energi dan produk limbah, terutama karbon dioksida dan air.

Serangkaian enzim berpartisipasi dalam katabolisme, yang merupakan protein yang bertanggung jawab untuk mempercepat kecepatan reaksi kimia yang terjadi dalam sel.

Zat bakar adalah makanan yang kita konsumsi sehari-hari. Makanan kita terdiri dari protein, karbohidrat, dan lemak yang terdegradasi oleh jalur katabolik. Tubuh menggunakan lemak dan karbohidrat secara istimewa, meskipun dalam situasi kelangkaan itu dapat menyebabkan degradasi protein..

Energi yang diekstraksi oleh katabolisme terkandung dalam ikatan kimia biomolekul yang disebutkan.

Saat kita mengonsumsi makanan apa pun, kita mengunyahnya agar lebih mudah dicerna. Proses ini analog dengan katabolisme, di mana tubuh bertanggung jawab untuk "mencerna" partikel pada tingkat mikroskopis sehingga mereka dapat dieksploitasi dengan rute sintetik atau anabolik.

Proses katabolik

Rute atau jalur katabolik mencakup semua proses degradasi zat. Kita dapat membedakan tiga tahap dalam proses:

- Berbagai biomolekul yang ditemukan dalam sel (karbohidrat, lemak, dan protein) terdegradasi dalam unit dasar yang membentuknya (gula, asam lemak, dan asam amino, masing-masing).

- Produk-produk tahap I lolos ke konstituen yang lebih sederhana, yang menyatu pada zat antara yang disebut asetil-KoA.

- Akhirnya, senyawa ini memasuki siklus Krebs, di mana ia melanjutkan oksidasi untuk menghasilkan molekul karbon dioksida dan air - molekul akhir yang diperoleh dalam setiap reaksi katabolik.

Di antara yang paling menonjol adalah siklus urea, siklus Krebs, glikolisis, fosforilasi oksidatif dan beta oksidasi asam lemak. Selanjutnya kita akan menggambarkan masing-masing rute yang disebutkan:

Siklus urea

Siklus urea adalah jalur katabolik yang terjadi di mitokondria dan di sitosol sel hati. Ini bertanggung jawab untuk pemrosesan turunan protein dan produk akhirnya adalah urea.

Siklus dimulai dengan masuknya gugus amino pertama dari matriks mitokondria, tetapi juga bisa masuk ke hati melalui usus..

Reaksi pertama melibatkan lewatnya ATP, ion bikarbonat (HCO)3-) dan amonium (NH4+) dalam karbomoil fosfat, ADP dan Psaya. Langkah kedua adalah pengikatan karbomoil fosfat dan ornithine untuk menghasilkan molekul citrulline dan Psaya. Reaksi-reaksi ini terjadi dalam matriks mitokondria.

Siklus berlanjut dalam sitosol, di mana citrulline dan aspartate terkondensasi bersama dengan ATP untuk menghasilkan argininosuksinat, AMP dan PPsaya. Argininosuksinat berpindah ke arginin dan fumarat. Asam amino arginin bergabung dengan air untuk menghasilkan ornithine dan, akhirnya, urea.

Siklus ini saling berhubungan dengan siklus Krebs karena metabolit fumarat berpartisipasi dalam kedua jalur metabolisme. Namun, setiap siklus bertindak secara independen.

Patalogi klinis yang terkait dengan rute ini mencegah pasien untuk melakukan diet yang kaya protein.

Siklus Krebs atau siklus asam sitrat

Siklus Krebs adalah jalur yang berpartisipasi dalam respirasi seluler semua organisme. Secara spasial, ini terjadi pada mitokondria organisme eukariotik.

Prekursor siklus adalah molekul yang disebut asetil koenzim A, yang terkondensasi dengan molekul oksaloasetat. Persatuan ini menghasilkan senyawa enam karbon. Dalam setiap revolusi, siklus menghasilkan dua molekul karbon dioksida dan satu molekul oksaloasetat.

Siklus dimulai dengan reaksi isomerisasi yang dikatalisis oleh aconitase, di mana sitrat berpindah menjadi cis-aconite dan air. Demikian pula, aconitas mengkatalisasi bagian cis-aconite menjadi isocitrate.

Isocytrate dioksidasi menjadi oxalosucinate oleh isocitrate dehydrogenase. Molekul ini didekarboksilasi dalam alpha-ketoglutarate oleh enzim yang sama, isocitrate dehydrogenase. Alpha-ketoglutarate beralih ke suksinil-CoA dengan aksi alpha-ketoglutarate dehydrogenase.

Suksinil-KoA beralih ke suksinat, yang dioksidasi menjadi fumarat oleh suksinat dehidrogenase. Selanjutnya fumarat berpindah ke l-malat dan akhirnya l-malat berpindah ke oksalat.

Siklus dapat diringkas dalam persamaan berikut: Asetil-KoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH2 + GTP + 2 CO2.

Glikolisis

Glikolisis, juga disebut glikolisis, adalah jalur penting yang hadir secara virtual di semua organisme hidup, dari bakteri mikroskopis hingga mamalia besar. Rute ini terdiri dari 10 reaksi enzimatik yang menurunkan glukosa menjadi asam piruvat.

Prosesnya dimulai dengan fosforilasi molekul glukosa oleh enzim hexokinase. Gagasan dari langkah ini adalah untuk "mengaktifkan" glukosa dan menjebaknya di dalam sel, karena glukosa-6-fosfat tidak memiliki transporter di mana ia dapat melarikan diri.

Glomerose-6-fosfat isomerase mengambil glukosa-6-fosfat dan mengatur ulang dalam isomer fruktosa-6-fosfat. Langkah ketiga dikatalisis oleh fosfofruktokinase dan produknya adalah fruktosa-1,6-bifosfat.

Kemudian, aldolase membelah senyawa di atas dalam dihidroksiaseton fosfat dan gliseraldehida-3-fosfat. Ada keseimbangan antara kedua senyawa yang dikatalisis oleh triose phosphate isomerase.

Enzim gliseraldehida-3-fosfat dehidrogenase menghasilkan 1,3-bifosfogliserat yang dikonversi menjadi 3-fosfogliserat pada langkah selanjutnya oleh kinase fosfogliserat. Mutase phosphoglycerate mengubah posisi karbon dan menghasilkan 2-phosphoglycerate.

Enolase mengambil metabolit terakhir ini dan mengubahnya menjadi fosfoenolpiruvat. Langkah terakhir jalur dikatalisis oleh piruvat kinase dan produk akhirnya adalah piruvat.

Fosforilasi oksidatif

Fosforilasi oksidatif adalah proses pembentukan ATP berkat transfer elektron dari NADH atau FADH2 hingga oksigen dan merupakan langkah terakhir dari proses respirasi seluler. Ini terjadi di mitokondria dan merupakan sumber utama molekul ATP pada organisme dengan respirasi aerobik.

Pentingnya tidak dapat disangkal, karena 26 dari 30 molekul ATP yang dihasilkan sebagai produk dari oksidasi lengkap glukosa menjadi air dan karbon dioksida terjadi oleh fosforilasi oksidatif.

Secara konseptual, fosforilasi oksidatif memasangkan oksidasi dan sintesis ATP dengan aliran proton melalui sistem membran.

Jadi, NADH atau FADH2 dihasilkan dalam rute yang berbeda, sebut glikolisis atau oksidasi asam lemak digunakan untuk mengurangi oksigen dan, energi bebas yang dihasilkan dalam proses tersebut digunakan untuk sintesis ATP.

β-oksidasi asam lemak         

Β-oksidasi adalah serangkaian reaksi yang memungkinkan oksidasi asam lemak menghasilkan energi dalam jumlah besar.

Proses ini melibatkan pelepasan secara berkala daerah asam lemak dari dua atom karbon per reaksi sampai benar-benar menurunkan asam lemak. Produk akhirnya adalah molekul asetil-KoA yang dapat memasuki siklus Krebs untuk sepenuhnya teroksidasi.

Sebelum oksidasi, asam lemak harus diaktifkan, di mana ia berikatan dengan koenzim A. Transporter karnitin bertanggung jawab untuk mentranslokasi molekul ke matriks mitokondria..

Setelah langkah-langkah sebelumnya, β-oksidasi sendiri dimulai dengan proses oksidasi, hidrasi, oksidasi oleh NAD+ dan tiolisis.

Peraturan katabolisme

Harus ada serangkaian proses yang mengatur reaksi enzimatik yang berbeda, karena ini tidak dapat bekerja setiap saat dengan kecepatan maksimum. Dengan demikian, jalur metabolisme diatur oleh serangkaian faktor yang meliputi hormon, kontrol neuron, ketersediaan substrat dan modifikasi enzimatik..

Di setiap rute harus ada setidaknya satu reaksi yang tidak dapat diubah (yaitu, satu dalam satu arah) dan yang mengarahkan kecepatan seluruh jalan. Ini memungkinkan reaksi bekerja pada kecepatan yang dibutuhkan oleh sel dan mencegah jalur sintesis dan degradasi bekerja pada saat yang bersamaan.

Hormon adalah zat yang sangat penting yang bertindak sebagai pembawa pesan kimia. Ini disintesis di berbagai kelenjar endokrin dan dilepaskan ke dalam aliran darah untuk bertindak. Beberapa contoh adalah:

Kortisol

Kortisol bertindak dengan mengurangi proses sintesis dan meningkatkan jalur katabolik di otot. Efek ini terjadi oleh pelepasan asam amino ke dalam aliran darah.

Insulin

Sebaliknya, ada hormon yang memiliki efek sebaliknya dan menurunkan katabolisme. Insulin bertanggung jawab untuk meningkatkan sintesis protein dan pada saat yang sama menurunkan katabolisme protein tersebut. Dalam hal ini peningkatan proteolisis, yang memfasilitasi keluarnya asam amino ke otot.

Perbedaan dengan anabolisme

Anabolisme dan katabolisme adalah proses antagonis yang mencakup totalitas reaksi metabolik yang terjadi dalam suatu organisme.

Kedua proses tersebut membutuhkan beberapa reaksi kimia yang dikatalisis oleh enzim dan berada di bawah kendali hormon yang ketat yang mampu memicu atau memperlambat reaksi tertentu. Namun, mereka berbeda dalam aspek fundamental berikut:

Sintesis dan degradasi molekul

Anabolisme terdiri dari reaksi sintesis sementara katabolisme bertanggung jawab atas degradasi molekul. Meskipun proses ini terbalik, mereka terhubung dalam keseimbangan metabolisme yang halus.

Dikatakan bahwa anabolisme adalah proses yang berbeda, karena mengambil senyawa sederhana dan mengubahnya menjadi senyawa yang lebih besar. Bertentangan dengan katabolisme, yang diklasifikasikan sebagai proses konvergen, dengan memperoleh molekul kecil seperti karbon dioksida, amonia dan air, dari molekul besar.

Jalur katabolik yang berbeda mengambil makromolekul yang membentuk makanan dan menguranginya menjadi konstituen yang lebih kecil. Rute anabolik, di sisi lain, dapat mengambil unit ini dan membangun kembali molekul yang lebih rumit.

Dengan kata lain, tubuh harus "mengubah konfigurasi" unsur-unsur yang membentuk makanan untuk digunakan dalam proses yang membutuhkan.

Proses ini analog dengan permainan lego yang populer, di mana konstituen utama dapat membentuk struktur yang berbeda dengan berbagai pengaturan tata ruang.

Penggunaan energi

Katabolisme bertanggung jawab untuk mengekstraksi energi yang terkandung dalam ikatan kimia makanan, sehingga tujuan utamanya adalah menghasilkan energi. Degradasi ini terjadi, dalam banyak kasus, oleh reaksi oksidatif.

Namun, tidak aneh bahwa rute katabolik membutuhkan penambahan energi pada langkah awalnya, seperti yang kita lihat di jalur glikolitik, yang membutuhkan inversi molekul ATP.

Di sisi lain, anabolisme bertanggung jawab untuk menambahkan energi bebas yang dihasilkan dalam katabolisme untuk mencapai perakitan senyawa yang menarik. Anabolisme dan katabolisme terjadi secara konstan dan simultan di dalam sel.

Secara umum, ATP adalah molekul yang digunakan untuk mentransfer energi. Ini dapat berdifusi ke area di mana ia dibutuhkan dan ketika dihidrolisis, energi kimia yang terkandung dalam molekul dilepaskan. Dengan cara yang sama, energi dapat diangkut sebagai atom atau elektron hidrogen.

Molekul-molekul ini disebut koenzim dan termasuk NADP, NADPH dan FMNH2. Mereka bertindak dengan reaksi reduksi. Selain itu, mereka dapat mentransfer kapasitas pengurangan ATP.

Referensi

  1. Chan, Y. K., Ng, K. P., & Sim, D. S. M. (Eds.). (2015). Dasar Farmakologis Perawatan Akut. Springer International Publishing.
  2. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Undangan untuk biologi. Macmillan.
  3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Biologi sel molekuler. Macmillan.
  4. Ronzio, R. A. (2003). Ensiklopedia nutrisi dan kesehatan yang baik. Penerbitan Infobase.
  5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, C. W. (2007). Dasar-dasar Biokimia: Kehidupan di tingkat molekuler. Ed. Panamericana Medical.