Αναβολισμός

Αναβολισμός (Anabolism) είναι το σύνολο των μεταβολικών οδών που κατασκευάζουν μόρια από μικρότερες μονάδες. Αυτές οι αντιδράσεις απαιτούν ενέργεια, γνωστή και ως ενδεργονική διαδικασία. Ο αναβολισμός είναι συνήθως συνώνυμος με τη βιοσύνθεση.

 Ο πολυμερισμός, μια αναβολική οδός που χρησιμοποιείται για την κατασκευή μακρομορίων όπως νουκλεϊκά οξέα, πρωτεΐνες και πολυσακχαρίτες, χρησιμοποιεί αντίδραση συμπύκνωσης για να ενώσει μονομερή. Μακρομόρια δημιουργούνται από μικρότερα μόρια χρησιμοποιώντας ένζυμα και συμπαράγοντες. Ο αναβολισμός τροφοδοτείται από τον καταβολισμό, όπου μεγάλα μόρια διασπώνται σε μικρότερα μέρη και στη συνέχεια εξαντλούνται στην κυτταρική αναπνοή. Πολλές αναβολικές διεργασίες τροφοδοτούνται από την διάσπαση της τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP). Ο αναβολισμός συνήθως περιλαμβάνει οξειδοαναγωγή και μειώνει την εντροπία. Τα αρχικά υλικά, που ονομάζονται πρόδρομα μόρια, ενώνονται μαζί χρησιμοποιώντας την χημική ενέργεια που διατίθεται από την υδρόλυση ATP, μειώνοντας τους συμπαράγοντες νικοτιναμιδο-αδενινο-δινουκλεοτίδιο ή NAD + , φωσφορικό νικοτιναμιδο-αδενινο-δινουκλεοτίδιο (Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate ή NADP+) και φλαβινο-αδένινο-δινουκλεοτίδιο (Flavin adenine dinucleotide ή FAD), ή πραγματοποιώντας άλλες ευνοϊκές αντιδράσεις. Περιστασιακά, μπορεί επίσης να οδηγείται από εντροπία χωρίς είσοδο ενέργειας, σε περιπτώσεις όπως ο σχηματισμός της φωσφολιπιδικής διπλής στιβάδας ενός κυττάρου, όπου οι υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις συσσωρεύουν τα μόρια. Οι αναγωγικοί παράγοντες NADH, NADPH και FADH 2, καθώς και τα ιόντα των μετάλλων, ενεργούν ως συμπαράγοντες σε διάφορα στάδια αναβολικών οδών. Τα NADH, NADPH και FADH 2 δρουν ως φορείς ηλεκτρονίων, ενώ τα φορτισμένα μεταλλικά ιόντα εντός των ενζύμων σταθεροποιούν τις φορτισμένες χαρακτηριστικές ομάδες σε υποστρώματα . Τα υποστρώματα για τον αναβολισμό είναι ως επί το πλείστον ενδιάμεσα που λαμβάνονται από καταβολικές οδούς σε περιόδους υψηλού ενεργειακού φορτίου στο κύτταρο. Οι αναβολικές διεργασίες δημιουργούν όργανα και ιστούς. Αυτές οι διαδικασίες παράγουν ανάπτυξη και διαφοροποίηση των κυττάρων και αύξηση του μεγέθους του σώματος, μια διαδικασία που περιλαμβάνει σύνθεση σύνθετων μορίων. Παραδείγματα αναβολικών διεργασιών περιλαμβάνουν την ανάπτυξη και την ανοργανοποίηση των οστών και την αύξηση της μυϊκής μάζας. Οι ενδοκρινολόγοι έχουν παραδοσιακά ταξινομήσει τις ορμόνες ως αναβολικές ή καταβολικές, ανάλογα με το ποιο μέρος του μεταβολισμού διεγείρουν. Οι κλασικές αναβολικές ορμόνες είναι τα αναβολικά στεροειδή, οι οποίες διεγείρουν τη σύνθεση πρωτεϊνών και την ανάπτυξη των μυών και ινσουλίνη. Η φωτοσύνθεση υδατανθράκων σε φυτά και ορισμένα βακτήρια είναι μια αναβολική διαδικασία που παράγει γλυκόζη, κυτταρίνη, άμυλο, λιπίδια και πρωτεΐνες από CO2. Χρησιμοποιεί την ενέργεια που παράγεται από τις φωτεινές αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης, και δημιουργεί τους προδρόμους αυτών των μεγάλων μορίων μέσω αφομοίωσης του άνθρακα στον φωτοσυνθετικό κύκλο αναγωγής του άνθρακα, γνωστό και ως κύκλο Calvin. Όλα τα αμινοξέα σχηματίζονται από ενδιάμεσα στις καταβολικές διεργασίες της γλυκόλυσης, του κύκλου του Κρεμπς ή της οδού της φωσφορικής πεντόζης. Από τη γλυκόλυση, η 6-φωσφορική γλυκόζη είναι πρόδρομη για ιστιδίνη. Το 3-φωσφογλυκερικό οξύ είναι πρόδρομο για γλυκίνη και κυστεΐνη · το φωσφοενολοπυροσταφυλικό, σε συνδυασμό με το 3-φωσφογλυκερικό-παράγωγο 4-φωσφορική ερυθρόζη, σχηματίζει τρυπτοφάνη, φαινυλαλανίνη και τυροσίνη. Το πυροσταφυλικό είναι πρόδρομο για αλανίνη, βαλίνη, λευκίνη και ισολευκίνη. Από τον κύκλο του κιτρικού οξέος, το α-κετογλουταρικό μετατρέπεται σε γλουταμινικό και στη συνέχεια σε γλουταμίνη, προλίνη και αργινίνη · και το οξαλοξικό μετατρέπεται σε ασπαρτικό και στη συνέχεια σε ασπαραγίνη, μεθειονίνη, θρεονίνη και λυσίνη. Κατά τη διάρκεια περιόδων υψηλού σακχάρου στο αίμα, η 6-φωσφορική γλυκόζη από τη γλυκόλυση εκτρέπεται στην οδό αποθήκευσης γλυκογόνου. Αλλάζει σε 1-φωσφορική γλυκόζη από φωσφογλυκομουτάση και μετά σε ουριδινοδιφωσφορική γλυκόζη (UDP-γλυκόζη). Η συνθετάση του γλυκογόνου προσθέτει αυτή τη UDP-γλυκόζη σε μια αλυσίδα γλυκογόνου. Η γλυκαγόνη είναι παραδοσιακά μια καταβολική ορμόνη, αλλά επίσης διεγείρει την αναβολική διαδικασία γλυκονεογένεσης (gluconeogenesis) από το ήπαρ και, σε μικρότερο βαθμό, τον φλοιό των νεφρών και τα έντερα, κατά τη διάρκεια της πείνας για την πρόληψη χαμηλού σακχάρου στο αίμα. Είναι η διαδικασία μετατροπής του πυροσταφυλικού σε γλυκόζη. Το πυροσταφυλικό μπορεί να προέλθει από τη διάσπαση της γλυκόζης, γαλακτικού, αμινοξέων ή γλυκερίνης. Η οδός γλυκονεογένεσης έχει πολλές αναστρέψιμες ενζυματικές διαδικασίες κοινές με τη γλυκόλυση, αλλά δεν είναι η διαδικασία της γλυκόλυσης αντίστροφα. Χρησιμοποιεί διαφορετικά μη αναστρέψιμα ένζυμα για να διασφαλίσει ότι η συνολική πορεία λειτουργεί μόνο προς μία κατεύθυνση. Ο αναβολισμός λειτουργεί με ξεχωριστά ένζυμα από την κατάλυση, τα οποία υποβάλλονται σε μη αναστρέψιμα βήματα σε κάποιο σημείο της οδού τους. Αυτό επιτρέπει στο κύτταρο να ρυθμίζει το ρυθμό παραγωγής και να αποτρέπει έναν άπειρο βρόχο, επίσης γνωστό ως μάταιο κύκλο (futile cycle), από το σχηματισμό με καταβολισμό.Η ισορροπία μεταξύ του αναβολισμού και του καταβολισμού είναι ευαίσθητη στη ADP και το ATP, αλλιώς γνωστό ως το ενεργειακό φορτίο του κυττάρου. Υψηλές ποσότητες ATP προκαλούν τα κύτταρα να ευνοούν την αναβολική οδό και την αργή καταβολική δραστηριότητα, ενώ η περίσσεια ADP επιβραδύνει τον αναβολισμό και ευνοεί τον καταβολισμό. Αυτές οι οδοί ρυθμίζονται επίσης από τον κιρκαδικό ρυθμό, με διεργασίες όπως η γλυκόλυση να κυμαίνονται ώστε να ταιριάζουν με τις φυσιολογικές περιόδους δραστηριότητας ενός ζώου καθ 'όλη τη διάρκεια της ημέρας. Η λέξη αναβολισμός προέρχεται από τα Νέα Λατινικά, με ρίζες από ελληνικά ἁνά 'προς τα πάνω' και βάλλειν 'να πετάξουν'.