ANABOLISME: FUNCIONS, PROCESSOS, DIFERÈNCIES AMB CATABOLISME - BIOLOGIA - 2025

L' anabolisme és una divisió de l'metabolisme que inclou reaccions de formació de molècules grans a partir d'altres més petites. Perquè aquesta sèrie de reaccions passin, és necessària una font d'energia i, generalment, és l'ATP (adenosina trifosfat).

El anabolisme, i el seu invers metabòlic, el catabolisme, s'agrupen en una sèrie de reaccions anomenades vies o rutes metabòliques orquestrades i regulades per les hormones principalment. Cada petit pas és controlat perquè passi una transferència gradual de l'energia.

Font: www.publicdomainpictures.net

Els processos anabòlics poden prendre les unitats bàsiques que componen a les biomolècules - aminoàcids, àcids grassos, nucleòtids i monòmers de sucre - i generar compostos més complicats, com les proteïnes, lípids, àcids nucleics i carbohidrats com a productor energètics finals.

funcions

El metabolisme és un terme que engloba totes les reaccions químiques que ocorren dins de el cos. La cèl·lula s'assembla a una fàbrica microscòpica on estan passant permanentment reaccions de síntesi i de degradació.

Els dos objectius de l'metabolisme són: primer, fer servir l'energia química emmagatzemada en l'aliment, i segon, reemplaçar les estructures o substàncies que ja no funcionen en el cos. Aquests esdeveniments ocorren d'acord amb les necessitats específiques de cada organisme i està dirigit per missatgers químics anomenats hormones.

L'energia prové principalment dels greixos i carbohidrats que consumim en els aliments. En cas que hi hagi alguna deficiència, el cos pot utilitzar les proteïnes per compensar la falta.

Així mateix, els processos de regeneració estan estretament lligats a l'anabolisme. La regeneració dels teixits és una condició sine qua non per mantenir a un organisme sa i treballant adequadament. L'anabolisme és l'encarregat de produir tots els compostos cel·lulars que els manté en funcionament.

Hi ha un equilibri delicat en la cèl·lula entre els processos metabòlics. Les molècules grans poden ser degradades als seus components més petits per reaccions catabòliques i el procés contrari - de petites a grans - pot ocórrer per anabolisme.

processos anabòlics

El anabolisme inclou, de manera general, totes les reaccions catalitzades per enzims (petites molècules de naturalesa proteica que acceleren en diversos ordres de magnitud la velocitat de les reaccions químiques) encarregats de la "construcció" o síntesi dels components cel·lulars.

La visió general de les rutes anabòliques inclouen els següents passos: les molècules simples que participen com a intermediaris en el cicle de Krebs són aminats o transformats químicament en aminoàcids. Posteriorment aquestes són ensamblades en molècules més complexes.

Aquests processos requereixen d'energia química, provinent de l'catabolisme. Entre els processos anabòlics més importants ressalten: síntesi d'àcids grassos, síntesi de colesterol, síntesi d'àcids nucleics (ADN i ARN), síntesi de proteïnes, síntesi de glicogen i síntesi d'aminoàcids.

A continuació es descriuran breument el paper d'aquestes molècules en l'organisme i les seves rutes de síntesi:

Síntesi d'àcids grassos

Els lípids són biomolècules molt heterogènies capaços de generar una gran quantitat d'energia quan són oxidades, particularment les molècules de triacilglicerol.

Els àcids grassos són els lípids arquetípics. Es componen d'un cap i una cua formada d'hidrocarburs. Aquests poden ser insaturats o saturats, depenent de si tenen o no dobles enllaços a la cua.

Els lípids són els components essencials de totes les membranes biològiques, a més de participar com a substància de reserva.

Els àcids grassos són sintetitzats en el citoplasma de la cèl·lula a partir d'una molècula precursora anomenada malonil-CoA, provinent de l'acetil-CoA i bicarbonat. Aquesta molècula dóna tres àtoms de carboni perquè comenci el creixement de l'àcid gras.

Després de la formació de l'malonil, la reacció de síntesi continua en quatre passos essencials:

-La condensació de l'acetil-ACP amb el malonil-ACP, reacció que produeix acetoacetil-ACP i allibera com a substància de rebuig diòxid de carboni.

-El segon pas és la reducció de l'acetoacetil-ACP, pel NADPH a D-3-hidroxibutiril-ACP.

-Posteriorment ocorre una reacció de deshidratació que converteix el producte anterior (D-3-hidroxibutiril-ACP) a crotonil-ACP.

-Per últim, es redueix el crotonil-ACP i el producte final és el butiril-ACP.

Síntesi de colesterol

El colesterol és un esterol amb un típic nucli de esteranos amb 17 carbonis. Té diferents papers en la fisiologia, ja que funciona com a precursor d'una diversitat de molècules com els àcids biliars, diferents hormones (entre elles les sexuals) i és indispensable per a la síntesi de la vitamina D.

La síntesi ocorre en el citoplasma de la cèl·lula, principalment en les cèl·lules de fetge. Aquesta via anabòlica posseeix tres fases: primer es forma la unitat de isoprè, després passa l'assimilació progressiva de les unitats per originar l'esqualè, aquest passa a lanosterol i finalment s'obté el colesterol.

L'activitat dels enzims d'aquesta via estan regulades principalment per la proporció relativa de les hormones insulina: glucagó. A mesura que aquesta proporció augmenta, s'incrementa proporcionalment l'activitat de la via.

Síntesi de nucleòtids

Els àcids nucleics són l'ADN i l'ARN, el primer conté tota la informació necessària per al desenvolupament i manteniment dels organismes vius mentre que el segon complementa les funcions de l'ADN.

Tant l'ADN com l'ARN estan compostos per llargues cadenes de polímers la unitat fonamental són els nucleòtids. Els nucleòtids, al seu torn, estan formats d'un sucre, un grup fosfat i una base nitrogenada. El precursor de les purines i de les pirimidines és la ribosa-5-fosfat.

Les purines i la pirimidines són produïdes en el fetge a partir de precursors com diòxid de carboni, glicina, amoníac, entre d'altres.

Síntesi d'àcids nucleics

Els nucleòtids han de ser units en llargues cadenes d'ADN o ARN per poder complir amb la seva funció biològica. El procés involucra una sèrie d'enzims que catalitzen les reaccions.

L'enzim encarregada de copiar l'ADN per generar més molècules d'ADN amb seqüències idèntiques és l'ADN polimerasa. Aquest enzim no pot iniciar la síntesi de novo, per això ha de participar un petit fragment d'ADN o ARN anomenat cebador que permet la formació de la cadena.

Aquest esdeveniment requereix de la participació d'enzims addicionals. La helicasa, per exemple, ajuda a obrir la doble hèlix d'ADN perquè la polimerasa pugui actuar i la topoisomerasa és capaç de modificar la topologia de l'ADN, ja sigui enredándolo o desenredándolo.

De la mateixa manera, l'ARN polimerasa participa la síntesi d'ARN a partir d'una molècula d'ADN. Al diferència de el procés anterior, la síntesi d'ARN no requereix de l'encebador esmentat.

Síntesi de proteïnes

La síntesi de proteïnes és un esdeveniment crucial és tots els organismes vius. Les proteïnes duen a terme una àmplia diversitat de funcions, com el transport de substàncies o fer el paper de proteïnes estructurals.

Segons el "dogma" central de la biologia, després que l'ADN és copiat a ARN missatger (com es va descriure en la secció anterior), aquest al seu torn és traduït pels ribosomes en un polímer d'aminoàcids. En l'ARN, cada triplet (tres nucleòtids) és interpretat com un dels vint aminoàcids.

La síntesi ocorre en el citoplasma de la cèl·lula, on es troben els ribosomes. El procés ocorre en quatre fases: activació, iniciació, elongació i terminació.

L'activació consisteix en la unió d'un aminoàcid particular a l'ARN de transferència que li correspon. La iniciació involucra la unió de l'ribosoma a la porció 3'terminal de l'ARN missatger, assistit pels "factors d'iniciació".

L'elongació involucra l'addició dels aminoàcids d'acord amb el missatge de l'ARN. Finalment, el procés s'atura amb una seqüència específica en l'ARN missatger, anomenats condons de terminació: UAA, UAG, o UGA.

Síntesi de glicogen

El glucogen és un molècula composta d'unitats repetides de glucosa. Actua com a substància de reserva d'energia i és majorment abundant en el fetge i en el múscul.

La ruta de síntesi s'anomena Glucogenogènesi i requereix de la participació de l'enzim glicogen sintasa, d'ATP i de UTP. La via s'inicia amb la fosforilació de la glucosa a glucosa-6-fosfat i després passa a glucosa-1-fosfat. El següent pas involucra l'addició d'un UDP per retre UDP-glucosa i fosfat inorgànic.

La molècula d'UDP-glucosa s'addiciona a la cadena de glucosa per mitjà d'un enllaç alfa 1-4, alliberant el nucleòtid UDP. En el cas que es produeixin ramificacions, aquestes es formen mitjançant enllaços alfa 1-6.

Síntesi d'aminoàcids

Els aminoàcids són unitats que componen les proteïnes. En la naturalesa existeixen 20 tipus, cadascun amb propietats físiques i química úniques que determinen les característiques finals de la proteïna.

No tots els organismes poden sintetitzar els 20 tipus. Per exemple, l'ésser humà només pot sintetitzar 11, els 9 restants han de ser incorporats obligatòriament en la dieta.

Cada aminoàcid té la seva ruta particular. No obstant això, provenen de molècula precursores com l'alfa-cetoglutarato, l'oxalacetat, 3-fosfoglicerat, piruvat, entre d'altres.

Regulació de l'anabolisme

Com hem dit anteriorment, el metabolisme està regulat per substàncies anomenades hormones, secretades per teixits especialitzats ja sigui glandular o epitelial. Aquestes funcionen com a missatgers i la seva naturalesa química és bastant heterogènia.

Per exemple, la insulina és una hormona secretada pel pàncrees i té un efecte important en el metabolisme. Després de menjars altes en carbohidrats, la insulina treballa com un estimulant de les rutes anabòliques.

Així, l'hormona s'encarrega d'activar els processos que permeten la síntesi de substàncies d'emmagatzematge com greixos o com glucogen.

Existeixen períodes de la vida on els processos anabòlics són predominants, com la infantesa, l'adolescència, durant un embaràs o durant l'entrenament enfocat en el creixement dels músculs.

Diferències amb catabolisme

Tots els processos i reaccions químiques que ocorren dins del nostre cos - específicament a l'interior de les nostres cèl·lules - es coneixen globalment com metabolisme. Podem créixer, desenvolupar-nos, reproduir-nos i mantenir la calor corporal gràcies a aquesta sèrie d'esdeveniments altament controlats.

Síntesi versus degradació

El metabolisme involucra la utilització de les biomolècules (proteïnes, carbohidrats, lípids o greixos i àcids nucleics) per mantenir totes les reaccions indispensables d'un sistema viu.

L'obtenció d'aquestes molècules provenen dels aliments que consumim diàriament i els nostres cos és capaç de "desintegrar" en unitats més petites durant el procés de digestió.

Per exemple, les proteïnes (que poden venir de la carn o els ous, per exemple) són fragmentades en els seus components principals: els aminoàcids. De la mateixa manera, els carbohidrats els podem processar en unitats més petites de sucre, generalment en glucosa, un dels hidrats de carbonis més usats pel nostre organisme.

El nostre cos és capaç d'utilitzar aquestes unitats petites - aminoàcids, sucres, àcids grassos, entre d'altres - per construir noves molècules més grans en la configuració que el nostre cos ho necessita.

El procés de desintegració i obtenció d'energia és denominat catabolisme, mentre que la formació de noves molècules més complexes és l'anabolisme. Així, els processos de síntesi es associació amb el anabolisme i els de degradació amb el catabolisme.

Com a regla mnemotècnica podem usar la "c" de la paraula catabolisme i relacionar-la amb la paraula "tallar".

Utilització d'energia

Els processos anabòlics requereixen d'energia, mentre que els processos de degradació produeixen aquesta energia, principalment en forma d'ATP - coneguda com la moneda energètica de la cèl·lula.

Aquesta energia prové dels processos catabòlics. Imaginem que tenim un mall de cartes, si tenim totes les cartes apilades ordenadament i les llancem a terra ho fan de manera espontània (anàleg a l'catabolisme).

No obstant això, en cas que vulguem ordenar-novament hem d'aplicar energia a el sistema i recollir-les de terra (anàleg a l'anabolisme).

En alguns casos les rutes catabòliques necessiten una "injecció d'energia" en els seus primers passos per aconseguir la iniciació de l'procés. Per exemple, la glicòlisi o glucòlisi és la degradació de la glucosa. Aquesta via requereix d'l'ús de dues molècules d'ATP per poder començar.

Equilibri entre anabolisme i catabolisme

Per mantenir un metabolisme sa i adequat cal que hi hagi un equilibri entre els processos de anabolisme i catabolisme. En el cas que els processos d'anabolisme superen als de catabolisme, els esdeveniments de síntesi són els que prevalen. En contrast, quan el cos està rebent més energia de la necessària, predominen les vies catabòliques.

Quan el cos experimenta situacions d'adversitat, es digui malalties o períodes de dejunis prolongats, el metabolisme s'enfoca en rutes de degradació i entra en un estat catabòlic.

Font: By Alejandro Porto, from Wikimedia Commons

referències

1. Chan, YK, Ng, KP, & Sim, DSM (Eds.). (2015). Pharmacological Basis of Acute Care. Springer International Publishing.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Invitation to biology. Macmillan.
3. Lodish et, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molecular cell biology. Macmillan.
4. Ronzio, RA (2003). The encyclopedia of nutrition and good health. Infobase Publishing.
5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, CW (2007). Fonaments de Bioquímica: La vida a nivell molecular. Ed. Mèdica Panamericana.