Катаболизм это что в биологии, этапы, примеры, таблица

Анаболизм и катаболизм, как можно узнать из курса молекулярной биологии – это 2 фазы промежуточного метаболизма. Процессы тесно взаимосвязаны и необходимы для поддержания жизненных функций.

Понятие об обмене веществ в биологии

Обмен веществ означает поглощение, транспортировку и химическое преобразование веществ в организме, а также выход метаболических конечных продуктов в окружающую среду.

Метаболизм работает следующим образом: питательные вещества расходуются в зависимости от потребностей организма, и создаются продукты, которые человеческое тело не может использовать дальше.

Затем эти вещества выводятся через:

• дыхание;
• мочу;
• фекалии;
• пот.

Как гетеротропное живое существо, люди должны получать питательные вещества извне. Они не могут позаботиться о себе, как растения, посредством фотосинтеза.

Метаболические процессы представляют собой сложные цепочки биохимических реакций, в ходе которых либо производятся богатые энергией вещества для хранения, либо они расщепляются для получения энергии. Таким образом, существует баланс между накоплением и распадом биомассы, который адаптируется к текущим потребностям организма.

Катаболизм – это в биологии процесс метаболического распада, поэтому основным его принципом являются реакционные циклы, то есть цепочки реакций, идущие по кругу (например, цикл лимонной кислоты). Аденозинтрифосфат (АТФ) — центральная молекула в метаболизме. Это основная валюта энергии тела. АТФ участвует в качестве источника энергии практически во всех метаболических процессах.

Гормоны играют решающую роль в регулировании метаболизма. Это становится особенно очевидным в процессе заболеваний, при которых выработка гормонов либо повышена, либо снижена.

Метаболизм структурирован таким образом, что некоторые метаболические пути либо имеют определенную молекулу в качестве конечного продукта, либо начинаются с этой молекулы.

Эти так называемые промежуточные соединения (например, ацетил-КоА) представляют собой промежуточные станции, от которых, в зависимости от текущей ситуации (катаболической или анаболической), выбираются необходимые пути. Процесс обмена веществ делится на 2 стадии: анаболическую и катаболическую.

Что такое анаболизм

В процессе анаболизма происходит синтез сложных молекул на основе простых и это сопровождается большими затратами энергии. Вся биомасса накапливается после приема пищи. Исходя из простых молекулярных структур, синтезируются более сложные вещества. Энергия пищи хранится в максимально сжатой форме. Например, накапливаются жир и гликоген. Инсулин — классический анаболический гормон.

Что такое катаболизм

Катаболизм – это (в биологии описаны пути разделения) метаболический процесс, при котором биомасса расщепляется. Сложные молекулы разбиваются на более простые.

Целью этих процессов является высвобождение энергии, хранящейся в биомассе (например, жира или гликогена). Это приводит к катаболическим ситуациям во время голода или физических нагрузок. Глюкагон и адреналин — гормоны с сильным катаболическим действием

Взаимосвязь анаболизма и катаболизма

Связь между катаболизмом и анаболизмом проявляется на 3 уровнях:

• На уровне источников углерода. Анаболические реакции, в процессе которых синтезируются макромолекулы, происходят с помощью субстратов, полученных от продуктов катаболизма.
• На энергетическом уровне. В процессе катаболизма происходит выработка энергии в форме АТФ.
• На уровне восстановительной способности. Катаболические процессы являются окислительными и служат донорами высокоэнергетических электронов.

Суть процесса катаболизма

Катаболизм — это распад продуктов метаболизма с образованием низкомолекулярных соединений. Жиры расщепляются на жирные кислоты и глицерин, углеводы — на сахар, а белки — на аминокислоты. Это приводит к высвобождению высокоэнергетических соединений.

В молекулярной биологии описывается процесс расщепление больших молекул, таких как полисахариды, липиды, нуклеиновые кислоты и белки, на более мелкие единицы, такие как моносахариды, жирные кислоты, нуклеотиды и аминокислоты, соответственно.

Катаболические процессы противоположны анаболическим процессам. Они используются для выработки энергии для анаболизма, высвобождения небольших молекул для других целей, детоксикации химических веществ и регулирования метаболических путей.

Физиология

Преобразование пищи в клеточную энергию (в виде АТФ) происходит в 3 этапа:

1. Переваривание углеводов. Процесс начинается во рту, где происходит расщепление гликозидных, что связей дает смесь декстринов, мальтозы и глюкозы. Примешанная к пище α-амилаза остается активной по мере прохождения пищи через пищевод, но быстро инактивируется в кислой среде желудка. Основным местом переваривания углеводов является тонкий кишечник. Секреция α-амилазы в тонком кишечнике превращает любые оставшиеся молекулы крахмала, а также декстрины в мальтозу. Затем мальтоза расщепляется мальтазой на 2 молекулы глюкозы. Дисахариды, такие как сахароза и лактоза, не перевариваются до тех пор, пока не достигнут тонкого кишечника, где на них действуют сахароза и лактаза соответственно. Основными продуктами полного гидролиза дисахаридов и полисахаридов являются 3 моносахаридных звена: глюкоза, фруктоза и галактоза. Они всасываются через стенку тонкой кишки в кровоток.
2. Переваривание белков. Начинается в желудке, где действие желудочного сока гидролизует около 10% пептидных связей. Желудочный сок представляет собой смесь воды (более 99%), неорганических ионов, соляной кислоты, различных ферментов и других белков. Основным пищеварительным компонентом желудочного сока является пепсиноген, неактивный фермент, вырабатываемый клетками, расположенными в стенке желудка. Когда пища попадает в желудок после периода голодания, пепсиноген превращается в свою активную форму – пепсин. Фермент катализирует гидролиз пептидных связей внутри белковых молекул. Переваривание белков завершается в тонком кишечнике. Панкреатический сок, поступающий из поджелудочной железы через проток, содержит неактивные ферменты, такие как трипсиноген и химотрипсиноген. Они активируются в тонком кишечнике. Сок поджелудочной железы также содержит прокарбоксипептидазу, которая расщепляется трипсином до карбоксипептидазы. Аминокислоты, высвобождаемые при переваривании белка, всасываются через стенку кишечника в систему кровообращения, где они могут использоваться для синтеза белка в процессе анаболизма.
3. Переваривание липидов. Начинается в верхней части тонкой кишки. Гормон, секретируемый в этой области, стимулирует желчный пузырь выделять желчь в двенадцатиперстную кишку. Основными составляющими желчи являются соли желчных кислот, которые эмульгируют большие нерастворимые в воде липидные капли. Другой гормон способствует секреции панкреатического сока. Липазы в соке поджелудочной железы катализируют переваривание триглицеридов сначала до диглицеридов, а затем до 2 ‑ моноглицеридов и жирных кислот. Моноглицериды и жирные кислоты проникают через слизистую оболочку кишечника в кровоток, где они повторно синтезируются в триглицериды и транспортируются в виде липопротеиновых комплексов, известных как хиломикроны. Фосфолипиды и сложные эфиры холестерина подвергаются аналогичному гидролизу в тонком кишечнике, и их составляющие молекулы также всасываются через слизистую оболочку кишечника.

Этапы

Катаболизм можно разбить на 3 основных этапа: переваривание, высвобождение энергии, накопление энергии. Важно отметить, что катаболические пути сходятся, вливаясь на третьей стадии в общий путь — цикл лимонной кислоты.

Первый этап

На стадии I углеводы, жиры и белки расщепляются на отдельные мономерные единицы: углеводы на простые сахара, жиры на жирные кислоты и глицерин, а белки на аминокислоты.

Одна из частей I стадии катаболизма называется перевариванием – это распад молекул пищи в результате реакций гидролиза на отдельные мономерные единицы, который происходит во рту, желудке и тонком кишечнике.

Второй этап

На стадии II мономерные звенья (или строительные блоки) расщепляются по различным путям.

Один из которых производит АТФ, с образованием общего конечного продукта, который затем может быть использован на стадии III для производства еще большего количества АТФ.

Третий этап

На этом этапе происходит сохранение высвободившейся энергии. Этот процесс обеспечивает химическую энергию, необходимую для поддержания и роста клеток.

Некоторые примеры катаболических процессов включают гликолиз, цикл лимонной кислоты, расщепление мышечного белка с целью использования аминокислот в качестве субстратов для глюконеогенеза, расщепление жира в жировой ткани до жирных кислот и окислительное дезаминирование нейротрансмиттеров моноамином оксидаза.

Признаки катаболического состояния

Катаболизм – это в биологии обозначенный процесс, который может временно находиться в равновесии с анаболизмом или преобладать над ним. Катаболические состояния вызываются чрезмерными тренировками при отсутствии правильного питания, уменьшения доли белковых продуктов в рационе.

Расстройство приводит к нежелательным симптомам, поскольку тесно связано с катаболическим гормоном кортизолом:

• усталости;
• боли в суставах и мышцах;
• бессоннице.

Повышенные, интенсивные тренировки, способствуют увеличенной выработке кортизола надпочечниками. Гормон восполняет потерю мышечной ткани. Многие люди думают, что несколько часов тренировок помогли им нарастить мышцы, но на самом деле потерянная энергия компенсируется кортизолом.

Это причина того, почему потребление белков и углеводов играет важную роль в наращивании мышечной массы. Перетренированность также приведет к ослаблению организма и иммунной системы, что в итоге приведет к гриппу, простуде и другим заболеваниям.

Интенсивные тренировки требуют большого количества белков и углеводов, потому что во время напряженной тренировки теряется много мышечной ткани.

Как замедлить или избежать катаболизма?

Чтобы избежать катаболического состояния, можно предпринять некоторые простые меры. Протеиновый напиток может быть полезен после нескольких серьезных тренировок.

Прием углеводов и белков примерно за 1-2 ч до и после тренировки поможет взбодриться.

В настоящее время доказано, что существует ряд протеиновых напитков, которые помогают избежать катаболического состояния. Эти напитки содержат аминокислоты, такие как гамма-аминомасляная кислота или ГАМК, которая отвечает за выработку гормонов роста или восстановление мышечной массы.

Продукты для замедления катаболизма

Катаболизм – это в биологии, как молекулярной науке, иногда описывается в виде деструктивного процесса, разрушающего запас энергии в организме, который был ранее создан. В результате могут начаться неприятные симптомы. Уменьшение энергии начинается с гликогенных запасов.

Чтобы этого не происходило, следует обратить внимание на следующие продукты, не приносящие пользу здоровью:

Фруктовый сок	Употребление соков и других продуктов с большим содержанием сахара разрушают тело, нарушают обмен веществ, в том числе вызывают вялость, тягу к еде и воспаление.
Рафинированное зерно	Употребление большого количества рафинированного зерна также может повлиять на метаболизм и усилия по снижению веса. Многие продукты, которые кажутся «цельнозерновыми» и, следовательно, считаются полезными для здоровья, могут вносить в рацион множество пустых калорий. Исследования показывают, что высокое потребление очищенного зерна связано с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний, а также с концентрацией воспалительного белка.
Обработанные растительные масла	Большинство имеющихся в продаже растительных масел часто сочетаются с растворителями, такими как гексан, в процессе их производства, и из данных не ясно, существуют ли долгосрочные риски для здоровья, связанные с употреблением этих растворителей. При использовании в обработанных пищевых продуктах эти масла могут окисляться, что приводит к развитию воспалению во всем организме, нарушая гормоны и метаболизм.
Искусственные подсластители	Аспартам и сукралоза могут стимулировать аппетит и усиливать тягу к углеводам. «Экономия» калорий за счет употребления продуктов, подслащенных аспартамом, в итоге не дает никакой экономии из-за увеличения аппетита и, следовательно, потребления калорий.
Ароматизированные йогурты	Эти простые углеводы, наполненные сахаром и красителями, быстро перевариваются, и вскоре после этого чувствуется голод.
Обычные яблоки	В настоящее время существует определенный тип фунгицида, который используется для обработки свежих фруктов и овощей, что приводит к увеличению веса.
Соль	Хлорид натрия скрывается во множестве продуктов. Это увеличивает приток крови, тем самым создавая дополнительную нагрузку на почки. Нарушение работы этого органа приводит к замедлению метаболизма.

Предотвратить расщепление мышц помогут сложные углеводы, а продукты насыщенные «хорошим холестерином» активизируют анаболические процессы.

Правила тренировок для замедления процесса

Последние исследования показывают, что разнообразие упражнений замедляет разрушительный процесс. Сочетание функциональных тренировок (упражнения, имитирующие движения повседневной активности), интервальных тренировок высокой интенсивности (чередование высокоэнергетических движений с активным отдыхом) и тренировок на гибкость — лучший способ добиться восстановления мышечной массы.

Предотвратить разрушение мышц помогут стрессовые тренировки, которые следует проводить не чаще 1 раза в 3 недели. Хорошо продуманный фитнес-режим может повлиять на здоровье и благополучие и даже сыграть большую роль, чем лекарства.

Витамин С

Витамин С жизненно важен для укрепления иммунной системы и в значительной степени способствует поддержанию анаболического состояния. Витамин С выполняет множество функций: действует как кофермент или как кофактор в организме, помогает нормально функционировать клеточным единицам и субклеточным структурам.

В метаболизме витамин принимает и отдает водород, играет важную роль в синтезе нейротрансмиттеров, соединений, которые обеспечивают передачу нервных импульсов между нервными аксонами.

В биологической структуре тела анаболизм и катаболизм необходимы для лучшей функциональности организма. Они противоположны, однако при отсутствии какого-либо из них нарушается обмен веществ, и организм перестает работать должным образом.

Видео о катаболизме

Катаболизм и анаболизм — роль процесса в организме: