Wat is anabolisme?

Anabolisme is het proces waarbij het lichaam de energie die vrijkomt bij katabolisme gebruikt om complexe moleculen te synthetiseren. Deze complexe moleculen worden vervolgens gebruikt om cellulaire structuren te vormen die zijn gevormd uit kleine en eenvoudige precursoren die als bouwstenen fungeren.

Fasen van anabolisme

Er zijn drie basisfasen van anabolisme.

• Fase 1 omvat de productie van precursoren zoals aminozuren, monosacchariden, isoprenoïden en nucleotiden.
• Stadium 2 omvat de activering van deze precursoren tot reactieve vormen met behulp van energie uit ATP
• Stadium 3 omvat de assemblage van deze precursoren tot complexe moleculen zoals proteïnen, polysacchariden, lipiden en nucleïnezuren.

Energiebronnen voor anabole processen

Verschillende soorten organismen zijn afhankelijk van verschillende energiebronnen. Autotrofen, zoals planten, kunnen de complexe organische moleculen in cellen, zoals polysacchariden en eiwitten, bouwen uit eenvoudige moleculen zoals kooldioxide en water, met behulp van zonlicht als energie.

Heterotrofen daarentegen hebben een bron van complexere stoffen nodig, zoals monosacchariden en aminozuren, om deze complexe moleculen te produceren. Fotoautotrofen en fotoheterotrofen verkrijgen energie uit licht, terwijl chemoautotrofen en chemoheterotrofen energie verkrijgen uit anorganische oxidatiereacties.

Anabolisme van koolhydraten

In deze stappen kunnen eenvoudige organische zuren worden omgezet in monosacchariden zoals glucose en vervolgens worden gebruikt om polysacchariden zoals zetmeel samen te stellen. Glucose wordt gemaakt uit pyruvaat, lactaat, glycerol, glyceraat-3-fosfaat en aminozuren en het proces wordt gluconeogenese genoemd. Gluconeogenese zet pyruvaat om in glucose-6-fosfaat via een reeks tussenproducten, waarvan vele worden gedeeld met de glycolyse.

Over het algemeen kunnen vetzuren die zijn opgeslagen in vetweefsels niet worden omgezet in glucose via gluconeogenese, omdat deze organismen acetyl-CoA niet kunnen omzetten in pyruvaat. Dit is de reden waarom mensen en andere dieren bij langdurige verhongering ketonlichamen uit vetzuren moeten produceren om glucose te vervangen in weefsels zoals de hersenen die geen vetzuren kunnen metaboliseren.

Planten en bacteriën kunnen vetzuren omzetten in glucose en zij maken gebruik van de glyoxylaatcyclus, die de decarboxyleringsstap in de citroenzuurcyclus omzeilt en de omzetting van acetyl-CoA in oxaloacetaat mogelijk maakt. Hieruit wordt glucose gevormd.

Glycanen en polysacchariden zijn complexen van enkelvoudige suikers. Deze toevoegingen worden mogelijk gemaakt door glycosyltransferase van een reactieve suiker-fosfaat donor, zoals uridine difosfaat glucose (UDP-glucose), naar een acceptor hydroxylgroep op het groeiende polysaccharide. De hydroxylgroepen op de ring van het substraat kunnen acceptoren zijn en aldus geproduceerde polysacchariden kunnen rechte of vertakte structuren hebben. Deze aldus gevormde polysacchariden kunnen worden overgedragen op lipiden en eiwitten door enzymen die oligosaccharyltransferasen worden genoemd.

Anabolisme van eiwitten

Proteïnen worden gevormd uit aminozuren. De meeste organismen kunnen enkele van de 20 gebruikelijke aminozuren synthetiseren. De meeste bacteriën en planten kunnen ze alle twintig synthetiseren, maar zoogdieren kunnen alleen de tien niet-essentiële aminozuren synthetiseren.

De aminozuren worden in een keten door peptidebindingen aan elkaar verbonden om polypeptideketens te vormen. Elk verschillend eiwit heeft een unieke volgorde van aminozuurresiduen: dit is zijn primaire structuur. De polypeptideketen ondergaat modificaties, vouwing en structurele veranderingen om het uiteindelijke eiwit te vormen.

Nucleotiden worden gemaakt uit aminozuren, koolstofdioxide en mierenzuur in routes die grote hoeveelheden metabolische energie vergen.

Purines worden gesynthetiseerd als nucleosiden (basen die aan ribose zijn gehecht). Adenine en guanine bijvoorbeeld worden gemaakt van de precursor nucleoside inosine monofosfaat, dat wordt gesynthetiseerd met behulp van atomen uit de aminozuren glycine, glutamine en asparaginezuur, evenals formiaat overgedragen uit het co-enzym tetrahydrofolaat.

Pyrimidines, zoals thymine en cytosine, worden gesynthetiseerd uit de base orotate, die wordt gevormd uit glutamine en aspartaat.

Anabolisme van vetzuren

Vetzuren worden gesynthetiseerd met behulp van vetzuursynthases die polymeriseren en vervolgens acetyl-CoA eenheden reduceren. Deze vetzuren bevatten acylketens die worden verlengd door een cyclus van reacties waarbij de actylgroep wordt toegevoegd, gereduceerd tot een alcohol, gedehydrateerd tot een alkeengroep en vervolgens weer gereduceerd tot een alkaangroep.

In dieren en schimmels worden al deze vetzuursynthase-reacties uitgevoerd door één enkel multifunctioneel type I eiwit. In planten, plasmiden en bacteriën voeren afzonderlijke type II-enzymen elke stap in de route uit.

Andere lipiden zoals terpenen en isoprenoïden omvatten de carotenoïden en vormen de grootste klasse van plantaardige natuurlijke producten. Deze verbindingen worden gemaakt door de assemblage en modificatie van isopreeneenheden die worden gedoneerd uit de reactieve precursors isopentenylpyrofosfaat en dimethylallylpyrofosfaat. In dieren en archaea produceert de mevalonaatroute deze verbindingen uit acetyl-CoA.

Bronnen

Verder lezen

• Alle stofwisselingsinhoud
• Wat is stofwisseling?
• Wetenschap van het metabolisme
• Metabolisme Key Biochemicals
• Metabolisme Katabolisme