Анаболизм – это тип биохимической реакции в биологии, при которой происходит синтез сложных молекул из простых предшественников.
Понятие об обмене веществ в биологии
Все химические реакции в живых организмах обобщенно называют метаболизмом. Внутри клетки находится более 5 тыс. типов химических соединений, которые участвуют в разнообразных реакциях.
О метаболизме можно сказать и по-другому, что это сумма 3 основных функций:
- преобразование пищи в энергию;
- преобразование пищи в строительные блоки для организма;
- устранение метаболических отходов.
Метаболизм делится на 2 стадии:
- Катаболизм — это распад органического вещества. Например, во время клеточного дыхания глюкоза распадается на 2модели пирувата.
- Анаболизм – это наращивание клеточных компонентов. Например, производство клеткой белков и нуклеиновых кислот.
При распаде веществ энергия высвобождается, а при образовании веществ энергия расходуется. Если взять для примера жир, то когда жир расщепляется, высвобождается энергия. Но когда в теле имеется избыточное количество энергии, тело откладывает ее обратно в виде жира.
Что такое анаболизм
При анаболизме строятся сложные молекулы из простых, что требует дополнительной энергии. Одним из примеров является создание глюкозы из двуокиси углерода. Другие примеры включают синтез белков из аминокислот или цепей ДНК из строительных блоков нуклеиновых кислот (нуклеотидов).
Анаболизм — это в биологии естественный процесс пластического обмена, при котором более мелкие и простые молекулы объединяются в более крупные и сложные вещества. Используя энергию, тело может конструировать сложные химические вещества, в которых оно нуждается, путём комбинирования небольших молекул, полученных из продуктов, которые потребляет человек.
Что такое катаболизм
Катаболизм — это процесс, при котором крупные и сложные вещества, полученные из продуктов, распадаются на мелкие и простые молекулы. При этом высвобождается энергия.
Сложные молекулы, содержащиеся в пищевых продуктах, расщепляются, поэтому организм может использовать их части для сборки новых структур и веществ, необходимых для жизни. Это процесс деструктивный, при котором энергия высвобождается в виде кинетической энергии. Примеры: клеточное дыхание, пищеварение, экскреция.
Взаимосвязь анаболизма и катаболизма
Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена — она может только изменять форму.
Основная функция организма — потреблять (поглощать) энергию и молекулы из продуктов, преобразовывать часть ее в топливо для движения, поддерживать функции тела, а также строить и поддерживать структуры тела. Это достигается 2-я типами реакций: анаболической и катаболической.
Связь между 2 процессами существует на 3 уровнях:
- Источники углерода. Промежуточные продукты катаболизма становятся основой анаболических реакций.
- Энергетический уровень. Вырабатывается метаболическая энергия в процессе катаболизма в форме АТФЙ.
- Восстановительная взаимосвязь. Процессы катаболизма являются окислительными и становятся донорами высокоэнергетических электронов.
И анаболизм, и катаболизм происходят одновременно и постоянно, в результате чего человек живет. В совокупности это 2 незаменимых компонента метаболизма.
Функции анаболизма
При катаболизме питательные вещества из продуктов расщепляются на небольшие блоки. В процессе анаболизма, путем образования химических связей между блоками или молекулами-предшественниками, образуются макромолекулы, которые в дальнейшем используются для создания новых клеток или их структурирования. Анаболизм необходим для поддержания, роста и развития клетки.
С помощью анаболических процессов, которые вызывают рост и дифференциацию клеток, происходит строительство органов и тканей. Например, при синтезе сложных молекул происходит увеличение роста тела, расширение и минерализация костей, увеличение мышечной массы.
Что происходит в процессе анаболизма?
Анаболизм – это в биологии набор метаболических процессов, в которых синтез сложных молекул активируется энергией, высвобождаемой в результате катаболизма. Сложные большие молекулы производятся в ходе систематического процесса из небольших и простых молекул-предшественников.
Например, анаболическая реакция может начинаться с относительно простых молекул-предшественников (созданных ранее в результате катаболических реакций) и заканчиваться довольно сложными продуктами, такими как сахар, определенные липиды или даже ДНК, которая имеет чрезвычайно сложную физическую структуру.
Повышенная сложность продуктов, полученных в результате анаболических реакций, также означает, что они имеют больший запас энергии, чем их простые предшественники.
Анаболические реакции представляют собой расходящиеся процессы. Это значит, что из относительно небольшого количества молекул-предшественников путем синтеза создается широкий спектр конечных продуктов. Анаболические процессы отвечают за дифференциацию клеток и увеличение размеров тела. Этим процессам приписывается минерализация костей и увеличение мышечной массы.
В процессе биосинтеза производятся:
- пептиды;
- белки;
- полисахариды;
- липиды;
- нуклеиновые кислоты.
Перечисленные молекулы включают в себя все материалы живых клеток: мембраны и хромосомы, а также специализированные продукты определенных типов клеток, такие как ферменты, антитела, гормоны и нейротрансмиттеры.
Стадии анаболизма
В молекулярной биологии выделяют 3 стадии анаболизма, это:
- Создание клеток-предшественников: моносахаридов, нуклеотидов, аминокислот, изопренов.
- Преобразование предшественников в реактивные формы с помощью энергии от АТФ (вещества, поставляющего энергию для большинства биохимических реакций, происходящих в клетке).
- Создание из предшественников сложных молекул: полисахаридов, нуклеиновых кислот, белков, липидов.
Примеры анаболических процессов
При анаболизме происходят процессы синтеза моносахаридов, нуклеиновых, аминовых, жирных кислот, АТФ. Питательные вещества, поступающие в организм, являются кирпичиками для создания свойственных телу белков, жиров и углеводов.
Синтез белка
Строительство белков живыми клетками происходит при помощи синтеза.
В активном процессе участвуют:
- ферменты и рибосомы;
- РНК или рибонуклеиновые кислоты;
- ДНК или дезоксирибонуклеиновая кислота.
Сложный процесс проходит в 2 этапа. На первом, который называется транскрипция, молекулы ДНК передают в своем ядре генетические инструкции мРНК (информационная рибонуклеиновая кислота).
После обработки информация передается рибосоме, рРНК, в цитоплазме.
На втором этапе, который называется трансляция, рРНК считывает информацию, формирует связь между аминокислотами, образуя полипептидную связь. После того как полипептидная цепь синтезирована, она проходит дополнительную обработку с образованием готового белка. Коротко процесс происходит по следующей схеме: ДНК → РНК → белок.
Примеры белков:
| Волокнистые | Коллаген, кератин, миозин, тубулин, эластин |
| Глобулярные | Альбумин, гамма-глобулин, ингибитор протеина, сывороточный альбумин |
| Мембранные | Рецептор эстрогена, мускариновый рецептор ацетилхолина, калиевый канал, трансферазы |
Белки являются строительными материалами для клеточных структур. Они переносят кислород, строят ткани, копируют ДНК для следующего поколения.
Синтез ДНК
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это генетический материал живого организма. Синтез ДНК происходит в ядре клетки до её деления и относится к анаболическому процессу.
Он включает распаковку двойных цепей ДНК, присоединение новых нуклеотидов, в каждой из которых содержится ½ часть старой цепи ДНК. Таким образом, обеспечивается воспроизведение генома организма в клетках, которые в ходе своей жизнедеятельности разделяются.
Рост костей и мышц
Минерализация костей — типичный пример анаболизма. Во время процесса минеральные кристаллы организованно откладываются на органический внеклеточный матрикс.
Кость образуется из определенного типа клеток, остеокластов. Остеобласты, другой тип клеток, минерализуют кость. Во время минерализации остеобласты производят кристаллы фосфата кальция. Эти структуры встраиваются в кость, делая её прочной и твердой. В результате биосинтеза происходит рост мышечных волокон путём накопления энергии.
Синтез углеводов
Углеводы обеспечивают организм энергией, особенно за счет глюкозы, простого сахара, который содержится во многих основных продуктах питания. Углеводы содержат растворимые и нерастворимые элементы. Нерастворимая часть, клетчатка, способствует регулярному опорожнению кишечника, регулирует уровень потребления глюкозы в крови, а также помогает вывести из организма избыток холестерина.
Как непосредственный источник энергии, глюкоза расщепляется в процессе клеточного дыхания, в результате чего образуется АТФ, энергетическая единица клетки. Биологические макромолекулы — это большие молекулы, которые необходимы для жизни и состоят из более мелких органических молекул.
Одним из основных классов биологических макромолекул являются углеводы, которые делятся на три подтипа: моносахариды, дисахариды и полисахариды. Углеводы обеспечивают организм энергией, особенно за счет глюкозы, простого сахара, который является компонентом крахмала и ингредиентом многих основных продуктов питания.
Формирование глюкозы
Распад и синтез глюкозы — важнейший процесс в организме человека. Глюкоза обеспечивает необходимые субстраты для аэробного и анаэробного метаболизма. Обмен глюкозы в основном контролируется гормонами инсулин и глюкагон. Первый высвобождается для анаболического метаболизма, когда глюкоза расщепляется и превращается в запасные формы (например, гликоген, жир).
Синтез гликогена
Гликоген является дополнительным источником глюкозы и действует как резервная батарея для организма, обеспечивая быстрый источник глюкозы, когда это необходимо, и предоставляя место для хранения избыточной глюкозы, когда концентрация вещества в крови повышается. Печень и скелетные мышцы являются основными местами в организме, где находится гликоген.
Гликогеногез, представляет собой процесс анаболического синтеза гликогена. Молекулы глюкозы фосфорилируются и добавляются к цепям гликогена для хранения.
Синтез нуклеотидов и жирных кислот
Нуклеотиды являются крупными мономерами, которые производит клетка, и их синтез включает в себя множество этапов и большое количество энергии. Биосинтез нуклеотидов находится под жестким регуляторным контролем клетки. Организмы должны производить только нужное количество каждой основы.
Если производится слишком много, энергия тратится впустую, если слишком мало – репликация ДНК и клеточный метаболизм останавливаются.
Липогенез, синтез жирных кислот и их реакция до глицерина с образованием триацилглицеринов, происходит в основном в печени. При этом пищевые углеводы являются основным источником углерода. Синтез жирных кислот — важнейший анаболический путь для большинства организмов.
Помимо того, что жирные кислоты являются основным компонентом мембран, они являются важными молекулами хранения энергии. Жирные ацильные КоА-производные используются в различных модификациях белков на заключительном этапе трансляции. Биосинтез жирных кислот важен для роста, дифференциации и гомеостаза клеток.
Как можно повлиять на скорость анаболизма?
Анаболизм – это в биологии, как молекулярной науке, рассматривается совокупностью химических превращений веществ, включая тестостерон, эстроген и соматотропин.
Трудно постоянно поддерживать анаболическое состояние, но существует множество способов усилить процесс за счет увеличения производства этих химических веществ:
- Хорошо отдыхать ночью.
- Придерживаться правильного питания. Это включает в себя сбалансированную диету, наполненную всеми витаминами, питательными веществами и минералами, необходимыми для наращивания и поддержания массы.
- Сосредоточиться на упражнениях высокой интенсивности с короткими периодами отдыха. Было доказано, что выпады, подтягивания, приседания и другие сложные многосуставные упражнения, выполняемые с высокой интенсивностью с короткими перерывами между подходами, увеличивают соматотропин, тестостерон и IGF-1, химические вещества, которые играют роль в анаболизме.
- Принимать после тренировки протеиновый коктейль, который помимо белков должен содержать и углеводы.
- Свести к минимуму или полностью исключить курение и алкоголь. Алкоголь может резко снизить уровень тестостерона, соматотропина и других химических веществ, участвующих в синтезе белка.
- Найти конструктивные способы уменьшить стресс или справиться с ним. Избыточный стресс вызывает выработку кортизола, который снижает уровень тестостерона и соматотропина.
Какая связь между сном и анаболизмом?
Полноценный сон не только помогает телу отдыхать, но и вводит его в состояние анаболизма. В течение первого часа сна в теле повышается уровень соматотропина (гормон роста), что способствует более быстрому метаболизму белков. Исследования показывают, что плохой сон, бессонница, способствуют катаболизму.
Влияние спортивного питания на процесс анаболизма
Спортивное питание направлено на улучшение работоспособности, выносливости, увеличение мышечной массы или уменьшение жировых отложений. Синергетический эффект совместного приема основных аминокислот и углеводов максимизирует анаболическую реакцию тренировок сопротивления.
Клинические исследования последних лет показали, что важнейшие аминокислоты могут произвести значительные анаболические эффекты за счет увеличения синтеза белка и чистого баланса азота. Наиболее эффективный период приема посттренировочных добавок в виде спортивного питания называют «анаболическим окном возможностей».
Это время охватывает первые 30-40 мин после тренировок. Сочетание углеводов и аминокислот, принятых в это время, стимулируют в организме быстрое восстановление утраченных мышечных тканей, силы, выносливости.
Анаболические стероиды
Анаболические стероиды — это общий термин для ряда препаратов, которые используются для ускорения наращивания мышечной структуры. Они вызывают положительный азотный баланс и, таким образом, создают метаболическую ситуацию, которая способствует наращиванию мышечной массы.
Лучший путь – это регуляция собственного синтеза белка в организме, что значительно ускоряет наращивание мускульной массы. Но массу тела можно увеличить путём потребления синтетических анаболических стероидов.
У стероидов имеются отрицательные свойства, они могут повлиять на структуру сердца, давление, уровень холестерина, печень.
Ни одна из биологических форм энергии — анаболизм или катаболизм — не является полностью хорошей или плохой. Но для достижения энергетического равновесия человеку необходимы обе формы метаболизма.
Видео о метаболизме
Метаболизм — рост и обмен веществ: