وظائف الابتنائية ، عمليات الابتنائية ، الاختلافات مع الهدم

ال ابتناء إنه تقسيم للأيض يتضمن تفاعلات تكوين جزيئات كبيرة من جزيئات أصغر. من أجل حدوث هذه السلسلة من التفاعلات ، يكون مصدر الطاقة ضروريًا ، وهو عمومًا ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات).

يتم تجميع الابتنائية ، وعكسه الاستقلابي ، هدم ، في سلسلة من ردود الفعل تسمى مسارات التمثيل الغذائي أو الطرق التي تنظمها وتنظمها الهرمونات بشكل رئيسي. يتم التحكم في كل خطوة صغيرة بحيث يحدث انتقال تدريجي للطاقة.

يمكن أن تأخذ عمليات الابتنائية الوحدات الأساسية التي تتكون منها الجزيئات الحيوية - الأحماض الأمينية والأحماض الدهنية والنيوكليوتيدات ومونومرات السكر - وتولد مركبات أكثر تعقيدًا ، مثل البروتينات والدهون والأحماض النووية والكربوهيدرات كمنتج نهائي للطاقة.

مؤشر

• 1 وظائف
• 2 عمليات الابتنائية
  • 2.1 تخليق الأحماض الدهنية
  • 2.2 توليف الكوليسترول
  • 2.3 تخليق النوكليوتيدات
  • 2.4 تخليق الحمض النووي
  • 2.5 تخليق البروتين
  • 2.6 تخليق الجليكوجين
  • 2.7 تخليق الأحماض الأمينية
• 3 تنظيم الابتنائية
• 4 الاختلافات مع هدم
  • 4.1 التوليف مقابل التدهور
  • 4.2 استخدام الطاقة
  • 4.3 التوازن بين الابتنائية وهدم
• 5 المراجع

وظائف

الأيض هو مصطلح يشمل جميع التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل الجسم. تشبه الخلية مصنعًا مجهريًا حيث تحدث تفاعلات التجميع والتدهور بشكل دائم.

الهدفان من عملية الأيض هما: أولاً ، استخدام الطاقة الكيميائية المخزنة في الطعام ، والثاني ، لاستبدال الهياكل أو المواد التي لم تعد تعمل في الجسم. تحدث هذه الأحداث وفقًا للاحتياجات المحددة لكل كائن حي ويتم توجيهها بواسطة رسل كيميائي يسمى الهرمونات.

تأتي الطاقة أساسًا من الدهون والكربوهيدرات التي نستهلكها في الطعام. في حالة وجود نقص ، يمكن للجسم استخدام البروتينات لتعويض النقص.

وبالمثل ، ترتبط عمليات التجديد ارتباطًا وثيقًا بعملية الابتنائية. تجديد الأنسجة هو شرط شرط لا غنى عنه للحفاظ على كائن حي صحي والعمل بشكل صحيح. الابتنائية هي المسؤولة عن إنتاج جميع المركبات الخلوية التي تبقيها تعمل.

هناك توازن دقيق في الخلية بين عمليات التمثيل الغذائي. يمكن أن تتحلل الجزيئات الكبيرة إلى مكوناتها الأصغر بواسطة تفاعلات تقويضية ويمكن أن تحدث العملية المعاكسة - من الصغيرة إلى الكبيرة - عن طريق الابتنائية..

عمليات الابتنائية

يشمل الابتنائية ، بشكل عام ، جميع التفاعلات التي تحفزها الإنزيمات (جزيئات صغيرة ذات طبيعة بروتينية تسرع من سرعة التفاعلات الكيميائية بعدة أوامر من الحجم) المسؤولة عن "البناء" أو توليف المكونات الخلوية.

تتضمن الرؤية العامة للطرق الابتنائية الخطوات التالية: الجزيئات البسيطة التي تشارك كوسطاء في دورة كريبس هي الأحماض الأمينية أو تتحول كيميائيا إلى أحماض أمينية. يتم تجميعها لاحقًا في جزيئات أكثر تعقيدًا.

هذه العمليات تتطلب طاقة كيميائية ، قادمة من الهدم. من بين أهم عمليات الابتنائية: تخليق الأحماض الدهنية ، تخليق الكوليسترول ، تخليق الأحماض النووية (DNA و RNA) ، تخليق البروتين ، تخليق الجليكوجين وتخليق الأحماض الأمينية.

سيتم وصف دور هذه الجزيئات في الكائن الحي وطرق تركيبه بإيجاز أدناه:

تخليق الأحماض الدهنية

الدهون هي جزيئات حيوية غير متجانسة للغاية قادرة على توليد كمية كبيرة من الطاقة عندما تتأكسد ، ولا سيما جزيئات ثلاثي الجلسرين.

الأحماض الدهنية هي الدهون الأصلية. وهي تتكون من رأس وذيل يتكون من الهيدروكربونات. هذه يمكن أن تكون غير مشبعة أو مشبعة ، وهذا يتوقف على ما إذا كان لديهم روابط مزدوجة في الذيل أم لا.

الدهون هي المكونات الأساسية لجميع الأغشية البيولوجية ، بالإضافة إلى المشاركة كمادة احتياطية.

يتم تصنيع الأحماض الدهنية في السيتوبلازم في الخلية من جزيء السلائف المسمى malonyl-CoA ، من acetyl-CoA و bicarbonate. يتبرع هذا الجزيء بثلاث ذرات كربون لبدء نمو الأحماض الدهنية.

بعد تكوين malonil ، يستمر تفاعل التوليف في أربع خطوات أساسية:

-تكثيف الأسيتيل - ACP مع malonyl-ACP ، وهو تفاعل ينتج الأسيتيل - ACP ويطلق ثاني أكسيد الكربون كمادة نفايات.

-والخطوة الثانية هي الحد من أسيتوسيتيل ACP ، بواسطة NADPH إلى D-3-hydroxybutyryl-ACP.

-بعد ذلك يحدث تفاعل للجفاف يحول المنتج السابق (D-3-hydroxybutyryl-ACP) إلى crotonil-ACP.

-أخيرًا ، يتم تقليل crotonil-ACP والمنتج النهائي هو butiryl-ACP.

توليف الكوليسترول

الكوليسترول هو ستيرول ذو نواة نموذجية مكونة من 17 الكربون. له أدوار مختلفة في علم وظائف الأعضاء ، حيث أنه يمثل مقدمة لمجموعة من الجزيئات مثل الأحماض الصفراوية والهرمونات المختلفة (بما في ذلك الجنس) وهو ضروري لتوليف فيتامين (د).

يحدث التوليف في السيتوبلازم في الخلية ، وخاصة في خلايا الكبد. هذا المسار الابتنائية يتكون من ثلاث مراحل: أولاً يتم تشكيل وحدة الأيزوبرين ، ثم الاستيعاب التدريجي للوحدات لتكوين السكوالين ، وهذا يحدث للانوستيرول وأخيراً يتم الحصول على الكوليسترول.

ينظم نشاط الإنزيمات في هذا المسار بشكل أساسي النسبة النسبية لهرمونات الأنسولين: الجلوكاجون. كلما زادت هذه النسبة ، زادت نسبة نشاط الطريق بشكل متناسب.

تخليق النوكليوتيدات

الأحماض النووية الحمض النووي والحمض النووي الريبي ، الأول يحتوي على جميع المعلومات اللازمة لتطوير وصيانة الكائنات الحية في حين أن الثاني يكمل وظائف الحمض النووي.

يتكون كل من DNA و RNA من سلاسل طويلة من البوليمرات تكون وحدتها الأساسية هي النيوكليوتيدات. تتكون النيوكليوتيدات بدورها من سكر ومجموعة فوسفات وقاعدة نيتروجينية. سلائف البيورينات والبيريميدين هو الريبوز - 5 - الفوسفات.

يتم إنتاج البيورينات و البيريميدين في الكبد من السلائف مثل ثاني أكسيد الكربون ، الجلايسين ، الأمونيا ، وغيرها..

تخليق الحمض النووي

يجب ضم النيوكليوتيدات في خيوط طويلة من الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي من أجل أداء وظيفتها البيولوجية. تتضمن العملية سلسلة من الإنزيمات التي تحفز التفاعلات.

الإنزيم المسؤول عن نسخ الحمض النووي لتوليد المزيد من جزيئات الحمض النووي مع تسلسل متطابق هو بوليميريز الحمض النووي. هذا الانزيم لا يمكن أن تبدأ التوليف دي نوفو, لذلك يجب أن تشارك جزء صغير من الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي الذي يُسمى التمهيدي الذي يسمح بتكوين السلسلة.

هذا الحدث يتطلب مشاركة إنزيمات إضافية. الهيليز ، على سبيل المثال ، يساعد على فتح الحلزون المزدوج للحمض النووي بحيث يمكن للبوليميريز أن يعمل وتكون قادرة على تعديل طوبولوجيا الحمض النووي ، إما عن طريق تشابكها أو كشفها.

وبالمثل ، يشارك بوليميريز الحمض النووي الريبي في تخليق الحمض النووي الريبي من جزيء الحمض النووي. على عكس العملية السابقة ، لا يتطلب تركيب الحمض النووي الريبي التمهيدي المذكور أعلاه.

تخليق البروتين

تخليق البروتين هو حدث حاسم هو كل الكائنات الحية. تنفذ البروتينات مجموعة واسعة من الوظائف ، مثل نقل المواد أو عمل دور البروتينات الهيكلية.

وفقًا لـ "العقيدة" المركزية في علم الأحياء ، بعد نسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي messenger (كما هو موضح في القسم السابق) ، يتم ترجمة هذا بدوره بواسطة الريبوسومات إلى بوليمر من الأحماض الأمينية. في الحمض النووي الريبي ، يتم تفسير كل ثلاثية (ثلاثة نيوكليوتيدات) كواحد من الأحماض الأمينية العشرين.

يحدث التوليف في السيتوبلازم في الخلية ، حيث توجد الريبوسومات. تحدث العملية على أربع مراحل: التنشيط ، والبدء ، والاستطالة ، والإنهاء.

يتكون التنشيط من ربط حمض أميني معين بنقل الحمض النووي الريبي الذي يتوافق معه. تتضمن البداية ربط الريبوسوم بالجزء الطرفي 3 من الحمض النووي الريبي للرسول ، بمساعدة "عوامل البدء".

استطالة ينطوي على إضافة الأحماض الأمينية وفقا لرسالة الحمض النووي الريبي. أخيرًا ، تتوقف العملية بتسلسل محدد في RNA للرسول ، يسمى الواقي الذكري الإنهاء: UAA ، UAG ، أو UGA.

تخليق الجليكوجين

الجليكوجين هو جزيء يتكون من وحدات متكررة من الجلوكوز. وهو بمثابة مادة احتياطي للطاقة وفيرة إلى حد كبير في الكبد والعضلات.

يسمى مسار التوليف بالجليكوجين ويتطلب مشاركة إنزيم الجليكوجين سينسيز ، ATP و UTP. يبدأ المسار بالفسفرة من الجلوكوز إلى الجلوكوز - 6 - الفوسفات ثم ينتقل إلى الجلوكوز - 1 - الفوسفات. تتضمن الخطوة التالية إضافة UDP لإنتاج UDP- الجلوكوز والفوسفات غير العضوي.

يضاف جزيء الجلوكوز UDP إلى سلسلة الجلوكوز عن طريق رابطة ألفا 1-4 ، لإطلاق النوكليوتيدات UDP. في حالة حدوث تداعيات ، يتم تكوينها بواسطة روابط ألفا 1-6.

تخليق الأحماض الأمينية

الأحماض الأمينية هي الوحدات التي تشكل البروتينات. في الطبيعة ، هناك 20 نوعًا ، ولكل منها خصائص فيزيائية وكيميائية فريدة تحدد الخصائص النهائية للبروتين.

ليست كل الكائنات قادرة على تجميع الأنواع العشرين. على سبيل المثال ، لا يمكن للكائن البشري أن يجمع سوى 11 ، ويجب إدراج الـ 9 الباقية في النظام الغذائي.

كل حمض أميني له طريقه الخاص. ومع ذلك ، فإنها تأتي من جزيئات السلائف مثل alpha-ketoglutarate ، oxaloacetate ، 3-phosphoglycerate ، pyruvate ، من بين أشياء أخرى..

تنظيم الابتنائية

كما ذكرنا سابقًا ، يتم تنظيم عملية الأيض بواسطة مواد تسمى الهرمونات ، تفرزها أنسجة متخصصة سواء كانت غدية أو طلائية. هذه الأعمال كرسل وطبيعتها الكيميائية غير متجانسة للغاية.

على سبيل المثال ، الأنسولين هو هرمون يفرزه البنكرياس ويكون له تأثير مهم على عملية التمثيل الغذائي. بعد وجبات الطعام التي تحتوي على نسبة عالية من الكربوهيدرات ، يعمل الأنسولين كمنشط للطرق المنشطة.

وبالتالي ، فإن الهرمون مسؤول عن تنشيط العمليات التي تسمح بتوليف مواد التخزين مثل الدهون أو الجليكوجين.

هناك فترات من العمر تكون فيها عمليات الابتنائية هي السائدة ، مثل الطفولة أو المراهقة أو أثناء الحمل أو أثناء التدريب الذي يركز على نمو العضلات.

الاختلافات مع هدم

جميع العمليات والتفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل الجسم - وتحديدا داخل خلايانا - معروفة عالميا باسم الأيض. يمكننا تنمية وتطوير وإعادة إنتاج والحفاظ على حرارة الجسم بفضل هذه السلسلة من الأحداث ذات التحكم العالي.

التوليف مقابل التدهور

الأيض ينطوي على استخدام الجزيئات الحيوية (البروتينات والكربوهيدرات والدهون أو الدهون والأحماض النووية) للحفاظ على جميع ردود الفعل الأساسية للنظام الحي.

الحصول على هذه الجزيئات يأتي من الطعام الذي نستهلكه يوميًا ، ويمكن لأجسامنا "تفكيكها" إلى وحدات أصغر أثناء عملية الهضم..

على سبيل المثال ، البروتينات (التي قد تأتي من اللحوم أو البيض ، على سبيل المثال) مجزأة في مكوناتها الرئيسية: الأحماض الأمينية. بنفس الطريقة ، يمكننا معالجة الكربوهيدرات في وحدات أصغر من السكر ، عادة في الجلوكوز ، واحدة من أكثر الكربوهيدرات استخدامًا في الجسم.

يمكن لجسمنا استخدام هذه الوحدات الصغيرة - الأحماض الأمينية والسكريات والأحماض الدهنية وغيرها - لبناء جزيئات جديدة أكبر في التكوين الذي يحتاجه جسمنا..

وتسمى عملية التفكك والحصول على الطاقة هدم ، في حين أن تكوين جزيئات جديدة أكثر تعقيدا هو الابتنائية. وبالتالي ، ترتبط عمليات التوليف مع الابتنائية وتلك التدهور مع هدم.

كقاعدة عامة ، يمكننا استخدام "c" لكلمة التهدئة وربطها بكلمة "cut".

استخدام الطاقة

تتطلب عمليات الابتنائية الطاقة ، في حين أن عمليات التحلل تنتج هذه الطاقة ، بشكل رئيسي في شكل ATP - المعروف باسم عملة الطاقة للخلية.

هذه الطاقة تأتي من عمليات الهدم. تخيل أن لدينا مجموعة من البطاقات ، إذا كان لدينا جميع البطاقات مكدسة بدقة ورميها على الأرض يفعلون ذلك تلقائيًا (يشبه التهدم).

ومع ذلك ، في حالة رغبتنا في طلبها مرة أخرى ، يجب أن نستخدم الطاقة في النظام وجمعها من الأرض (تشبه الابتنائية).

في بعض الحالات ، تحتاج طرق التقوية إلى "حقن الطاقة" في خطواتها الأولى لتحقيق بدء العملية. على سبيل المثال ، تحلل السكر أو تحلل السكر هو تدهور الجلوكوز. يتطلب هذا الطريق استخدام جزيئين من ATP للبدء.

التوازن بين الابتنائية وهدم

للحفاظ على التمثيل الغذائي الصحي والكافي ، فمن الضروري أن يكون هناك توازن بين عمليات الابتنائية وهدم. في حال تجاوزت عمليات الابتنائية عمليات الهدم ، فإن أحداث التوليف هي تلك التي تسود. في المقابل ، عندما يتلقى الجسم طاقة أكثر من اللازم ، تسود مسارات تقويضية.

عندما يتعرض الجسم لحالات الشدائد ، أو يطلق عليه الأمراض أو فترات الصيام الطويلة ، يركز التمثيل الغذائي على مسارات التحلل ويدخل في حالة تقويضية..

مراجع

1. Chan، Y. K.، Ng، K. P.، & Sim، D. S. M. (Eds.). (2015). الأساس الدوائي للرعاية الحادة. سبرينغر الدولية للنشر.
2. Curtis، H.، & Barnes، N. S. (1994). دعوة إلى علم الأحياء. ماكميلان.
3. Lodish، H.، Berk، A.، Darnell، J.E، Kaiser، C.A.، Krieger، M.، Scott، M.P.، ... & Matsudaira، P. (2008). بيولوجيا الخلية الجزيئية. ماكميلان.
4. رونزيو ، ر. أ. (2003). موسوعة التغذية والصحة الجيدة. Infobase النشر.
5. Voet، D.، Voet، J.، & Pratt، C. W. (2007). أساسيات الكيمياء الحيوية: الحياة على المستوى الجزيئي. Ed. Panamericana Medical.