אנבוליזם: פונקציות, תהליכים, הבדלים עם קטבוליזם - ביולוגיה - 2025

אנאבוליזם היא חטיבה של חילוף חומרים כולל תגובות היווצרות של מולקולות גדולות מן קטן. כדי שתתרחש סדרת תגובות זו, מקור אנרגיה נחוץ ובאופן כללי הוא ATP (אדנוזין טריפוספט).

אנאבוליזם, וההיפוך המטבולי שלו, קטבוליזם, מקובצים לסדרת תגובות הנקראות מסלולי מטבוליות או מסלולי סדורה ומוסדרים בעיקר על ידי הורמונים. כל שלב קטן נשלט כך שתתרחש העברת אנרגיה הדרגתית.

מקור: www.publicdomainpictures.net

תהליכים אנבוליים יכולים לקחת את היחידות הבסיסיות המרכיבות ביו-מולקולות - חומצות אמינו, חומצות שומן, נוקלאוטידים ומונומרים סוכר - ולייצר תרכובות מורכבות יותר, כמו חלבונים, ליפידים, חומצות גרעין ופחמימות כמפיקות אנרגיה סופיות.

מאפיינים

מטבוליזם הוא מונח המקיף את כל התגובות הכימיות המתרחשות בגוף. התא דומה למפעל מיקרוסקופי בו כל הזמן מתרחשות תגובות סינתזה והשפלות.

שתי מטרות המטבוליזם הן: ראשית, השימוש באנרגיה הכימית המאוחסנת במזון, ושנית, החלפת מבנים או חומרים שכבר אינם מתפקדים בגוף. אירועים אלה מתרחשים על פי הצרכים הספציפיים של כל אורגניזם ומכוונים על ידי שליחים כימיים הנקראים הורמונים.

האנרגיה מגיעה בעיקר מהשומנים והפחמימות שאנו צורכים במזון. במקרה של חסר, הגוף יכול להשתמש בחלבון כדי לפצות על המחסור.

כמו כן, תהליכי התחדשות קשורים קשר הדוק לאנבוליזם. התחדשות הרקמות היא מצב שאיננו סיבית לשמירה על גוף בריא ופועל כראוי. אנבוליזם אחראי לייצור כל התרכובות הסלולריות השומרות על תפקודן.

יש איזון עדין בתא בין תהליכים מטבוליים. ניתן לפרק מולקולות גדולות למרכיביהן הקטנים ביותר על ידי תגובות קטבוליות והתהליך ההפוך - מקטן לגדול - יכול להתרחש באמצעות אנאבוליזם.

תהליכים אנבוליים

אנאבוליזם כולל, באופן כללי, את כל התגובות המוזרמות על ידי אנזימים (מולקולות חלבון קטנות שמזרזות את מהירות התגובות הכימיות בכמה סדרי גודל) האחראים ל"בנייה "או לסינתזה של רכיבים תאיים.

סקירת המסלולים האנאבוליים כוללת את הצעדים הבאים: מולקולות פשוטות שמשתתפות כחומר ביניים במחזור קרבס מועברות או הופכות כימית לחומצות אמינו. אלה מורכבים מאוחר יותר למולקולות מורכבות יותר.

תהליכים אלה דורשים אנרגיה כימית המגיעה מהקטבוליזם. בין התהליכים האנבוליים החשובים ביותר הם: סינתזת חומצות שומן, סינתזת כולסטרול, סינתזת חומצות גרעין (DNA ו- RNA), סינתזת חלבונים, סינתזת גליקוגן וסינתזת חומצות אמינו.

תפקיד מולקולות אלה בגוף ודרכי הסינתזה שלהם יתואר בקצרה להלן:

סינתזת חומצות שומניות

ליפידים הם ביומולקולות ביולוגיות הטרוגניות ביותר המסוגלות לייצר כמות גדולה של אנרגיה כאשר הן מתחמצנות, במיוחד מולקולות טריאציל-גליצרול.

חומצות שומן הן השומנים הארכיטיפיים. הם מורכבים מראש וזנב עשוי פחמימנים. אלה יכולים להיות בלתי רוויים או רוויים, תלוי אם יש להם קשרים כפולים על הזנב או לא.

ליפידים הם המרכיבים החיוניים בכל הממברנות הביולוגיות, בנוסף להשתתפות כחומר מילואים.

חומצות שומן מסונתזות בציטופלזמה של התא ממולקולת קודמת הנקראת מלוניל-קוא, שמקורן באצטיל-קוא וביקרבונט. מולקולה זו תורמת שלושה אטומי פחמן כדי להתחיל בצמיחת חומצת השומן.

לאחר היווצרות המלוניל, תגובת הסינתזה נמשכת בארבעה צעדים חיוניים:

-העיבוי של אצטיל-ACP עם מלוניל-ACP, תגובה המייצרת acetoacetyl-ACP ומשחררת פחמן דו חמצני כחומר פסולת.

השלב השני הוא הפחתה של acetoacetyl-ACP, על ידי NADPH ל- D-3-hydroxybutyryl-ACP.

- מתרחשת תגובה התייבשות עוקבת שממירה את המוצר הקודם (D-3-hydroxybutyryl-ACP) לקרוטוניל-ACP.

בסופו של דבר, קרוטוניל-ACP מצטמצם והמוצר הסופי הוא בוטיריל-ACP.

סינתזת כולסטרול

כולסטרול הוא סטרול בעל גרעין סטרני מסוג 17 פחמן. יש לו תפקידים שונים בפיזיולוגיה, מכיוון שהוא מתפקד כמבשר למולקולות שונות כמו חומצות מרה, הורמונים שונים (כולל מיניים) והוא חיוני לסינתזה של ויטמין D.

סינתזה מתרחשת בציטופלזמה של התא, בעיקר בתאי כבד. מסלול אנאבולי זה כולל שלושה שלבים: תחילה נוצרת יחידת האיזופרן, ואז מתרחשת ההטמעה הפרוגרסיבית של היחידות שמקורן סקוואלין, זה עובר ללנוסטרול ולבסוף מתקבלת הכולסטרול.

פעילות האנזימים במסלול זה מוסדרת בעיקר על ידי היחס היחסי של ההורמונים אינסולין: גלוקגון. ככל שיחס זה עולה, פעילות המסלול עולה באופן יחסי.

סינתזה של נוקלאוטידים

חומצות גרעין הן DNA ו- RNA, הראשונה מכילה את כל המידע הדרוש להתפתחות ותחזוקה של אורגניזמים חיים, ואילו השנייה משלימה את תפקידי ה- DNA.

גם DNA וגם RNA מורכבים משרשראות ארוכות של פולימרים שהיחידה הבסיסית שלהם היא נוקלאוטידים. נוקלאוטידים, בתורם, מורכבים מסוכר, מקבוצת פוספטים ובסיס חנקני. המבשר לפורינים ופירימידינים הוא ריבוז-5-פוספט.

פורינים ופירימידינים מיוצרים בכבד מקודמים כמו פחמן דו חמצני, גליצין, אמוניה, בין היתר.

סינתזה של חומצת גרעין

יש לחבר נוקלאוטידים לשרשראות ארוכות DNA או RNA על מנת למלא את תפקודן הביולוגי. התהליך כולל סדרה של אנזימים המזרזים את התגובות.

האנזים האחראי על העתקת DNA לייצור מולקולות DNA נוספות עם רצפים זהים הוא פולימראז DNA. אנזים זה אינו יכול ליזום סינתזת דה נובו, ולכן על חלק קטן של DNA או RNA המכונה פריימר להשתתף, המאפשר היווצרות השרשרת.

אירוע זה מחייב השתתפות של אנזימים נוספים. המסוק, למשל, מסייע בפתיחת הסליל הכפול של ה- DNA כך שהפולימראז יכול לפעול והטופואיזומראז מסוגל לשנות את הטופולוגיה של ה- DNA, בין אם על ידי הסתבכותו או על ידי התרתו.

באופן דומה, פולימראז RNA משתתף בסינתזה של RNA ממולקולת DNA. בניגוד לתהליך הקודם, סינתזת RNA אינה דורשת את הפריימר שהוזכר.

סינתזת חלבונים

סינתזת חלבונים היא אירוע מכריע בכל האורגניזמים החיים. חלבונים מבצעים מגוון רחב של פונקציות, כמו למשל הובלת חומרים או מילוי תפקידם של חלבונים מבניים.

על פי ה"דוגמה "המרכזית של הביולוגיה, לאחר שה- DNA מועתק ל- RNA שליח (כמתואר בסעיף הקודם), זה בתורו מתורגם על ידי ריבוזומים לפולימר של חומצות אמינו. ב- RNA כל שלישיה (שלושה נוקלאוטידים) מתפרשת כאחת מעשרים חומצות האמינו.

סינתזה מתרחשת בציטופלסמה של התא, שם נמצאים ריבוזומים. התהליך מתרחש בארבעה שלבים: הפעלה, התחלה, התארכות והפסקה.

ההפעלה מורכבת מהקשר של חומצה אמינית מסוימת ל- RNA ההעברה המקביל. חניכה כוללת קשירה של הריבוזום לחלק הטרמינלי של ה- RNA המסנג'ר, בסיוע "גורמי חניכה".

התארכות כוללת תוספת של חומצות אמינו על פי הודעת ה- RNA. לבסוף, התהליך נפסק עם רצף ספציפי ב- RNA המסנג'ר, הנקרא קונדומי סיום: UAA, UAG, או UGA.

סינתזה של גליקוגן

גליקוגן הוא מולקולה המורכבת מיחידות גלוקוז חוזרות. זה משמש כחומר עתודות אנרגיה והוא לרוב בשפע בכבד ובשריר.

מסלול הסינתזה נקרא גליקוגנוגנזה ומחייב השתתפות של הסינתז האנזים גליקוגן, ATP ו- UTP. המסלול מתחיל בזרחן של גלוקוז לגלוקוז-6-פוספט ואז לגלוקוז-1-פוספט. השלב הבא כולל תוספת של UDP שתניב גלוקוזה UDP ופוספט אנאורגני.

מולקולת הגלוקוזה UDP מוסיפה לשרשרת הגלוקוזה באמצעות קשר אלפא 1-4, ומשחררת את נוקליאוטידי UDP. במקרה של סניפים, אלה נוצרים על ידי קשרים אלפא 1-6.

סינתזה של חומצות אמינו

חומצות אמינו הן יחידות המרכיבות חלבונים. בטבע ישנם 20 סוגים, שלכל אחד מהם תכונות פיזיקליות וכימיות ייחודיות שקובעים את המאפיינים הסופיים של החלבון.

לא כל האורגניזמים יכולים לסנתז את כל 20 הסוגים. לדוגמא, בני אדם יכולים רק לסנתז 11, את 9 הנותרים יש לשלב בתזונה.

לכל חומצת אמינו מסלול משלה. עם זאת, הם מגיעים ממולקולות קודמות כמו אלפא-קטוגלוטרט, אוקסאלואצטט, 3-פוספוגליצרט, פירובט, בין היתר.

ויסות אנבוליזם

כפי שציינו קודם, חילוף החומרים מוסדר על ידי חומרים הנקראים הורמונים, המופרשים על ידי רקמות מיוחדות, או בלוטות או אפיתל. אלה מתפקדים כשליחים ואופיים הכימי הוא הטרוגני למדי.

לדוגמא, אינסולין הוא הורמון המופרש על ידי הלבלב ומשפיע בעיקר על חילוף החומרים. לאחר ארוחות עשירות בפחמימות, האינסולין פועל כממריץ את המסלולים האנאבוליים.

כך, ההורמון אחראי להפעלת התהליכים המאפשרים סינתזה של חומרי אחסון כמו שומנים או גליקוגן.

יש תקופות בחיים בהן תהליכים אנבוליים הם השולטים, כמו ילדות, גיל ההתבגרות, במהלך ההיריון או במהלך אימונים המתמקדים בצמיחת השרירים.

הבדלים עם קטבוליזם

כל התהליכים הכימיים והתגובות המתרחשים בגופנו - במיוחד בתוך התאים שלנו - ידועים בכל העולם כמטבוליזם. אנו יכולים לצמוח, לפתח, להתרבות ולשמור על חום הגוף בזכות סדרת אירועים מבוקרת מאוד זו.

סינתזה לעומת השפלה

מטבוליזם כרוך בשימוש בביולקולקולות (חלבונים, פחמימות, ליפידים או שומנים וחומצות גרעין) כדי לשמור על כל התגובות החיוניות של מערכת חיה.

השגת מולקולות אלה מגיעה מהמזון שאנו אוכלים כל יום וגופנו מסוגל "לפרק" אותם ליחידות קטנות יותר במהלך תהליך העיכול.

לדוגמא, חלבונים (שיכולים להגיע מבשר או מביצים למשל) מתפרקים למרכיביהם העיקריים: חומצות אמינו. באותו אופן, אנו יכולים לעבד פחמימות ליחידות קטנות יותר של סוכר, בדרך כלל גלוקוזה, אחת הפחמימות שהגוף שלנו הכי משמש בהן.

גופנו מסוגל להשתמש ביחידות קטנות אלה - חומצות אמינו, סוכרים, חומצות שומן, בין השאר - בכדי לבנות מולקולות גדולות יותר בתצורה שגופנו זקוק לו.

תהליך ההתפוררות וקבלת האנרגיה נקרא קטבוליזם, בעוד היווצרות מולקולות חדשות יותר מורכבות היא אנבוליזם. לפיכך, תהליכי סינתזה קשורים לתהליכי אנבוליזם ותהליכי השפלה עם קטבוליזם.

ככלל ממנומוני אנו יכולים להשתמש ב- "c" במילה קטבוליזם ולקשר אותו למילה "חתך".

שימוש באנרגיה

תהליכים אנבוליים דורשים אנרגיה ואילו תהליכי השפלה מייצרים אנרגיה זו, בעיקר בצורה של ATP - המכונה מטבע האנרגיה של התא.

אנרגיה זו מגיעה מתהליכים קטבוליים. בואו נדמיין שיש לנו חפיסת קלפים, אם כל הקלפים מוערמים בצורה מסודרת ואנחנו זורקים אותם על האדמה הם עושים זאת באופן ספונטני (בדומה לקטבוליזם).

עם זאת, במקרה שנרצה להזמין אותם שוב עלינו להחיל אנרגיה על המערכת ולאסוף אותם מהקרקע (מקביל לאנבוליזם).

במקרים מסוימים המסלולים הקטבוליים זקוקים ל"זריקת אנרגיה "בצעדים הראשונים שלהם כדי להתחיל את התהליך. לדוגמא, גליקוליזה או גליקוליזה הם פירוק הגלוקוזה. מסלול זה מחייב שימוש בשתי מולקולות ATP כדי להתחיל.

איזון בין אנבוליזם לקטבוליזם

כדי לשמור על חילוף חומרים בריא והולם, יש צורך באיזון בין תהליכי אנבוליזם וקטבוליזם. במקרה בו תהליכי האנבוליזם חורגים מתהליכי הקטבוליזם, אירועי הסינתזה הם אלה השוררים. לעומת זאת, כאשר הגוף מקבל יותר אנרגיה מהנדרש, המסלולים הקטבוליים שולטים בעיקר.

כאשר הגוף חווה מצוקה, קרא לו מחלה או תקופות של צום ממושך, המטבוליזם מתמקד במסלולי השפלה ונכנס למצב קטבולי.

מקור: מאת אלחנדרו פורטו, מ- Wikimedia Commons

הפניות

1. צ'אן, YK, Ng, KP, ו- Sim, DSM (Edds). (2015). הבסיס הפרמקולוגי לטיפול חריף. הוצאת ספרינגר בינלאומית.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). הזמנה לביולוגיה. מקמילן.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). ביולוגיה מולקולרית של התא. מקמילן.
4. Ronzio, RA (2003). האנציקלופדיה של תזונה ובריאות טובה. הוצאת אינפובייס.
5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, CW (2007). יסודות הביוכימיה: חיים ברמה המולקולרית. פנמריקנית רפואית אד.