Arten von Katabolismus
Katabolismus ist die Menge von Stoffwechselprozessen, die große Moleküle abbauen.
Lernziele
Fassen Sie verschiedene Arten von Katabolismus zusammen, die im Stoffwechsel enthalten sind (Katabolismus von Kohlenhydraten, Proteinen und Fetten)
Key Takeaways
Key Points
- Der Zweck der katabolen Reaktionen besteht darin, die Energie und Komponenten bereitzustellen, die für anabole Reaktionen benötigt werden.,
- Mikroben scheiden einfach Verdauungsenzyme in ihre Umgebung aus, während Tiere diese Enzyme nur aus spezialisierten Zellen in ihrem Darm absondern.
- Fette werden durch Hydrolyse zu freien Fettsäuren und Glycerin katabolisiert.
- Aminosäuren werden entweder zur Synthese von Proteinen und anderen Biomolekülen verwendet oder als Energiequelle zu Harnstoff und Kohlendioxid oxidiert.
- Kohlenhydrate werden normalerweise in Zellen aufgenommen, sobald sie zu Monosacchariden verdaut und dann über Glykolyse in der Zelle verarbeitet wurden.,
Schlüsselbegriffe
- Polymer: Ein langes oder größeres Molekül, das aus einer Kette oder einem Netzwerk von vielen sich wiederholenden Einheiten besteht, die durch chemische Bindung vieler identischer oder ähnlicher kleiner Moleküle, sogenannte Monomere, gebildet werden. Ein Polymer wird durch Polymerisation gebildet, die Verbindung vieler Monomermoleküle.
- acetyl-CoA: Acetyl-Coenzym A oder acetyl-CoA ist ein wichtiges Molekül im Stoffwechsel, in vielen biochemischen Reaktionen. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Kohlenstoffatome innerhalb der Acetylgruppe in den Zitronensäurekreislauf (Krebs-Zyklus) zu befördern, der zur Energieproduktion oxidiert werden soll.,
- Katabolismus: Destruktiver Stoffwechsel, beinhaltet normalerweise die Freisetzung von Energie und den Abbau von Materialien.
Überblick über den Katabolismus
Der Katabolismus ist die Menge der Stoffwechselprozesse, die große Moleküle abbauen. Dazu gehören der Abbau und die Oxidation von Lebensmittelmolekülen. Der Zweck von katabolen Reaktionen besteht darin, die Energie und Komponenten bereitzustellen, die für anabole Reaktionen benötigt werden. Die genaue Art dieser katabolen Reaktionen unterscheidet sich von Organismus zu Organismus; Organismen können anhand ihrer Energie-und Kohlenstoffquellen, ihrer primären Ernährungsgruppen, klassifiziert werden., Organische Moleküle werden von Organotrophen als Energiequelle verwendet, während Lithotrophe anorganische Substrate verwenden und Phototrophen Sonnenlicht als chemische Energie einfangen.
All diese verschiedenen Formen des Stoffwechsels hängen von Redoxreaktionen ab, bei denen Elektronen von reduzierten Donormolekülen wie organischen Molekülen, Wasser, Ammoniak, Schwefelwasserstoff oder Eisenionen auf Akzeptormoleküle wie Sauerstoff, Nitrat oder Sulfat übertragen werden. Bei Tieren werden bei diesen Reaktionen komplexe organische Moleküle zu einfacheren Molekülen wie Kohlendioxid und Wasser abgebaut., In photosynthetischen Organismen wie Pflanzen und Cyanobakterien setzen diese Elektronentransferreaktionen keine Energie frei, sondern dienen zur Speicherung der vom Sonnenlicht absorbierten Energie.
Die häufigsten katabolen Reaktionen bei Tieren können in drei Hauptstadien unterteilt werden. In der ersten werden große organische Moleküle wie Proteine, Polysaccharide oder Lipide in ihre kleineren Bestandteile außerhalb der Zellen verdaut. Als nächstes werden diese kleineren Moleküle von Zellen aufgenommen und in noch kleinere Moleküle umgewandelt, normalerweise das Acetyl-Coenzym A (Acetyl-CoA), das etwas Energie freisetzt., Schließlich wird die Acetylgruppe auf dem CoA zu Wasser und Kohlendioxid im Zitronensäurekreislauf und in der Elektronentransportkette oxidiert, wobei die gespeicherte Energie freigesetzt wird, indem das Coenzym Nicotinamidadenindinukleotid (NAD+) in NADH reduziert wird.
Makromoleküle wie Stärke, Cellulose oder Proteine können von Zellen nicht schnell aufgenommen werden und müssen in ihre kleineren Einheiten zerlegt werden, bevor sie im Zellstoffwechsel eingesetzt werden können. Mehrere gängige Klassen von Enzymen verdauen diese Polymere., Diese Verdauungsenzyme umfassen Proteasen, die Proteine in Aminosäuren verdauen, sowie Glykosidhydrolasen, die Polysaccharide in Monosaccharide verdauen. Mikroben sezernieren Verdauungsenzyme in ihre Umgebung, während Tiere diese Enzyme nur aus spezialisierten Zellen in ihren Eingeweiden sezernieren. Die Aminosäuren oder Zucker, die von diesen extrazellulären Enzymen freigesetzt werden, werden dann durch spezifische aktive Transportproteine in Zellen gepumpt. Ein vereinfachtes Schema des Katabolismus von Kohlenhydraten, Proteinen und Fetten ist in gezeigt.,
Katabolismus: Ein vereinfachter Überblick über den Katabolismus von Proteinen, Kohlenhydraten und Fetten
Kohlenhydratkatabolismus
Kohlenhydratkatabolismus ist der Abbau von Kohlenhydraten in kleinere Einheiten. Kohlenhydrate werden normalerweise in Zellen aufgenommen, sobald sie zu Monosacchariden verdaut wurden. Sobald sie sich im Inneren befinden, ist der Hauptabbauweg die Glykolyse, bei der Zucker wie Glukose und Fruktose in Pyruvat umgewandelt und etwas ATP erzeugt wird., Pyruvat ist ein Zwischenprodukt in mehreren Stoffwechselwegen, aber die Mehrheit wird in Acetyl-CoA umgewandelt und in den Zitronensäurekreislauf eingespeist. Obwohl im Zitronensäurekreislauf etwas mehr ATP erzeugt wird, ist NADH das wichtigste Produkt, das aus NAD+ hergestellt wird, da das Acetyl-CoA oxidiert wird. Diese Oxidation setzt Kohlendioxid als Abfallprodukt frei. Unter anaeroben Bedingungen produziert die Glykolyse Laktat durch das Enzym Lactatdehydrogenase, das NADH zur Wiederverwendung in der Glykolyse wieder oxidiert.,
Der Pentosephosphatweg
Ein alternativer Weg zum Glukoseabbau ist der Pentosephosphatweg, der das Coenzym NADPH reduziert und Pentosezucker wie Ribose, die Zuckerkomponente von Nukleinsäuren, produziert. Fette werden durch Hydrolyse zu freien Fettsäuren und Glycerin katabolisiert. Das Glycerin initiiert die Glykolyse und die Fettsäuren werden durch Beta-Oxidation abgebaut, um Acetyl-CoA freizusetzen, das dann in den Zitronensäurekreislauf eingespeist wird. Fettsäuren setzen bei der Oxidation mehr Energie frei als Kohlenhydrate, da Kohlenhydrate mehr Sauerstoff in ihren Strukturen enthalten.,
Aminosäuren werden entweder zur Synthese von Proteinen und anderen Biomolekülen verwendet oder als Energiequelle zu Harnstoff und Kohlendioxid oxidiert. Der Oxidationspfad beginnt mit der Entfernung der Aminogruppe durch eine Transaminase. Die Aminogruppe wird in den Harnstoffkreislauf eingespeist und hinterlässt ein desaminiertes Kohlenstoffskelett in Form einer Ketosäure. Einige dieser Ketosäuren sind Zwischenprodukte im Zitronensäurekreislauf, beispielsweise bildet die Desaminierung von Glutamat α-Ketoglutarat. Die glucogenen Aminosäuren können auch in Glucose umgewandelt werden, durch Gluconeogenese.