ĐỒNG HÓA: CHỨC NĂNG, QUÁ TRÌNH, SỰ KHÁC BIỆT VỚI QUÁ TRÌNH DỊ HÓA - SINH HỌC - 2026

Đồng hóa là sự phân chia quá trình trao đổi chất bao gồm các phản ứng hình thành các phân tử lớn từ các phân tử nhỏ hơn. Để chuỗi phản ứng này xảy ra, một nguồn năng lượng là cần thiết và nói chung, đó là ATP (adenosine triphosphate).

Đồng hóa, và nghịch chuyển hóa của nó, dị hóa, được nhóm lại thành một loạt các phản ứng được gọi là con đường chuyển hóa hoặc con đường được điều khiển và điều chỉnh chủ yếu bởi hormone. Mỗi bước nhỏ đều được kiểm soát để xảy ra quá trình truyền dần năng lượng.

Nguồn: www.publicdomainpictures.net

Quá trình đồng hóa có thể lấy các đơn vị cơ bản tạo nên phân tử sinh học - axit amin, axit béo, nucleotit và đơn phân đường - và tạo ra các hợp chất phức tạp hơn, chẳng hạn như protein, lipid, axit nucleic và carbohydrate làm năng lượng cuối cùng.

Đặc trưng

Trao đổi chất là một thuật ngữ bao gồm tất cả các phản ứng hóa học xảy ra trong cơ thể. Tế bào giống như một nhà máy cực nhỏ, nơi các phản ứng tổng hợp và phân hủy liên tục diễn ra.

Hai mục tiêu của quá trình trao đổi chất là: thứ nhất, sử dụng năng lượng hóa học được lưu trữ trong thực phẩm, và thứ hai, để thay thế các cấu trúc hoặc chất không còn hoạt động trong cơ thể. Những sự kiện này xảy ra theo nhu cầu cụ thể của từng sinh vật và được chỉ đạo bởi các sứ giả hóa học gọi là hormone.

Năng lượng chủ yếu đến từ chất béo và carbohydrate mà chúng ta tiêu thụ trong thực phẩm. Trong trường hợp thiếu hụt, cơ thể có thể sử dụng protein để bù đắp lượng thiếu hụt.

Ngoài ra, các quá trình tái tạo được liên kết chặt chẽ với quá trình đồng hóa. Việc tái tạo các mô là một điều kiện không thể thiếu để duy trì một cơ thể khỏe mạnh và hoạt động bình thường. Đồng hóa chịu trách nhiệm sản xuất tất cả các hợp chất tế bào giữ cho chúng hoạt động.

Có một sự cân bằng mong manh trong tế bào giữa các quá trình trao đổi chất. Các phân tử lớn có thể bị phá vỡ thành các thành phần nhỏ nhất của chúng bằng các phản ứng dị hóa và quá trình ngược lại - từ nhỏ đến lớn - có thể xảy ra thông qua quá trình đồng hóa.

Quy trình đồng hóa

Nói chung, đồng hóa bao gồm tất cả các phản ứng được xúc tác bởi các enzym (các phân tử protein nhỏ giúp đẩy nhanh tốc độ của các phản ứng hóa học theo một số bậc lớn) chịu trách nhiệm "xây dựng" hoặc tổng hợp các thành phần tế bào.

Tổng quan về con đường đồng hóa bao gồm các bước sau: Các phân tử đơn giản tham gia với tư cách là trung gian trong chu trình Krebs hoặc là aminat hoặc biến đổi hóa học thành các axit amin. Sau đó chúng được lắp ráp thành các phân tử phức tạp hơn.

Các quá trình này đòi hỏi năng lượng hóa học, đến từ quá trình dị hóa. Trong số các quá trình đồng hóa quan trọng nhất là: tổng hợp axit béo, tổng hợp cholesterol, tổng hợp axit nucleic (DNA và RNA), tổng hợp protein, tổng hợp glycogen và tổng hợp axit amin.

Vai trò của các phân tử này trong cơ thể và lộ trình tổng hợp của chúng sẽ được mô tả ngắn gọn dưới đây:

Tổng hợp axit béo

Lipid là các phân tử sinh học không đồng nhất có khả năng tạo ra một lượng lớn năng lượng khi bị oxy hóa, đặc biệt là các phân tử triacylglycerol.

Axit béo là các chất béo nguyên mẫu. Chúng được tạo thành từ một phần đầu và một phần đuôi làm từ các hydrocacbon. Chúng có thể không bão hòa hoặc bão hòa, tùy thuộc vào việc chúng có liên kết đôi ở đuôi hay không.

Lipid là thành phần thiết yếu của tất cả các màng sinh học, ngoài ra nó còn tham gia như một chất dự trữ.

Axit béo được tổng hợp trong tế bào chất của tế bào từ một phân tử tiền chất được gọi là malonyl-CoA, có nguồn gốc từ acetyl-CoA và bicarbonate. Phân tử này tặng ba nguyên tử cacbon để bắt đầu sự phát triển của axit béo.

Sau khi hình thành malonil, phản ứng tổng hợp tiếp tục theo bốn bước thiết yếu:

-Sự ngưng tụ của acetyl-ACP với malonyl-ACP, một phản ứng tạo ra acetoacetyl-ACP và giải phóng carbon dioxide như một chất thải.

-Bước thứ hai là quá trình khử acetoacetyl-ACP, bởi NADPH thành D-3-hydroxybutyryl-ACP.

- Phản ứng khử nước tiếp theo xảy ra chuyển sản phẩm trước đó (D-3-hydroxybutyryl-ACP) thành crotonyl-ACP.

-Cuối cùng, crotonyl-ACP bị khử và sản phẩm cuối cùng là butyryl-ACP.

Tổng hợp cholesterol

Cholesterol là một sterol có nhân sterans 17 carbon điển hình. Nó có những vai trò khác nhau trong sinh lý học, vì nó hoạt động như một tiền chất của nhiều loại phân tử như axit mật, các hormone khác nhau (bao gồm cả các hormone sinh dục) và cần thiết cho quá trình tổng hợp vitamin D.

Tổng hợp xảy ra trong tế bào chất của tế bào, chủ yếu ở tế bào gan. Con đường đồng hóa này có ba giai đoạn: đầu tiên đơn vị isoprene được hình thành, sau đó quá trình đồng hóa dần dần của các đơn vị xảy ra để tạo ra squalene, điều này chuyển đến lanosterol và cuối cùng là cholesterol.

Hoạt động của các enzym trong con đường này được điều chỉnh chủ yếu bởi tỷ lệ tương đối của các hormone insulin: glucagon. Khi tỷ lệ này tăng lên, hoạt động của đường dẫn tăng tỷ lệ thuận.

Tổng hợp nucleotide

Axit nucleic là DNA và RNA, axit đầu tiên chứa tất cả thông tin cần thiết cho sự phát triển và duy trì các sinh vật sống, trong khi axit thứ hai bổ sung các chức năng của DNA.

Cả DNA và RNA đều được cấu tạo từ các chuỗi polyme dài có đơn vị cơ bản là nucleotide. Lần lượt, các nucleotide được tạo thành từ đường, nhóm phốt phát và bazơ nitơ. Tiền chất của purin và pyrimidine là ribose-5-phosphate.

Purines và pyrimidine được sản xuất trong gan từ các tiền chất như carbon dioxide, glycine, amoniac, trong số những chất khác.

Tổng hợp axit nucleic

Nucleotide phải được nối thành chuỗi DNA hoặc RNA dài để thực hiện chức năng sinh học của chúng. Quá trình này liên quan đến một loạt các enzym xúc tác các phản ứng.

Enzyme chịu trách nhiệm sao chép DNA để tạo ra nhiều phân tử DNA có trình tự giống hệt nhau là DNA polymerase. Enzyme này không thể bắt đầu tổng hợp de novo, do đó, một đoạn DNA hoặc RNA nhỏ được gọi là mồi phải tham gia, điều này cho phép hình thành chuỗi.

Sự kiện này cần có sự tham gia của các enzym bổ sung. Ví dụ, helicase giúp mở chuỗi xoắn kép DNA để polymerase có thể hoạt động và topoisomerase có thể sửa đổi cấu trúc liên kết của DNA, bằng cách quấn hoặc tháo nó ra.

Tương tự, RNA polymerase tham gia vào quá trình tổng hợp RNA từ một phân tử DNA. Không giống như quá trình trước đó, quá trình tổng hợp RNA không cần đến đoạn mồi đã đề cập.

Tổng hợp protein

Tổng hợp protein là một sự kiện quan trọng trong tất cả các cơ thể sống. Protein thực hiện nhiều chức năng khác nhau, chẳng hạn như vận chuyển các chất hoặc đóng vai trò của protein cấu trúc.

Theo “giáo điều” trung tâm của sinh học, sau khi DNA được sao chép thành RNA thông tin (như đã mô tả trong phần trước), nó lần lượt được ribosome dịch mã thành một polyme của các axit amin. Trong RNA, mỗi bộ ba (ba nucleotide) được hiểu là một trong hai mươi axit amin.

Tổng hợp xảy ra trong tế bào chất của tế bào, nơi các ribosome được tìm thấy. Quá trình xảy ra trong bốn giai đoạn: kích hoạt, bắt đầu, kéo dài và kết thúc.

Sự hoạt hóa bao gồm sự liên kết của một axit amin cụ thể với RNA chuyển tương ứng. Sự khởi đầu liên quan đến sự liên kết của ribosome với phần tận cùng 3 'của RNA thông tin, được hỗ trợ bởi "các yếu tố khởi đầu".

Kéo dài liên quan đến việc bổ sung các axit amin theo thông điệp RNA. Cuối cùng, quá trình dừng lại với một trình tự cụ thể trong RNA thông tin, được gọi là bao cao su kết thúc: UAA, UAG hoặc UGA.

Tổng hợp glycogen

Glycogen là một phân tử được tạo thành từ các đơn vị glucose lặp lại. Nó hoạt động như một chất dự trữ năng lượng và hầu hết có nhiều ở gan và cơ.

Con đường tổng hợp được gọi là glycogenogenesis và cần sự tham gia của enzyme glycogen synthase, ATP và UTP. Con đường bắt đầu bằng sự phosphoryl hóa glucose thành glucose-6-phosphate và sau đó là glucose-1-phosphate. Bước tiếp theo bao gồm việc bổ sung UDP để tạo ra UDP-glucose và phosphate vô cơ.

Phân tử UDP-glucose thêm vào chuỗi glucose thông qua liên kết alpha 1-4, giải phóng nucleotide UDP. Trong trường hợp các nhánh xảy ra, chúng được hình thành bởi các liên kết alpha 1-6.

Tổng hợp axit amin

Axit amin là đơn vị cấu tạo nên protein. Trong tự nhiên có 20 loại, mỗi loại có những đặc tính vật lý và hóa học riêng biệt quyết định các đặc tính cuối cùng của protein.

Không phải sinh vật nào cũng có thể tổng hợp được cả 20 loại. Ví dụ, con người chỉ có thể tổng hợp 11, 9 còn lại phải được đưa vào chế độ ăn uống.

Mỗi axit amin có con đường riêng của nó. Tuy nhiên, chúng đến từ các phân tử tiền chất như alpha-ketoglutarate, oxaloacetate, 3-phosphoglycerate, pyruvate, trong số những chất khác.

Quy chế đồng hóa

Như chúng ta đã đề cập trước đó, sự trao đổi chất được điều chỉnh bởi các chất được gọi là hormone, được tiết ra bởi các mô chuyên biệt, tuyến hoặc biểu mô. Chúng có chức năng như sứ giả và bản chất hóa học của chúng khá không đồng nhất.

Ví dụ, insulin là một loại hormone do tuyến tụy tiết ra và có ảnh hưởng chính đến quá trình trao đổi chất. Sau các bữa ăn nhiều carbohydrate, insulin hoạt động như một chất kích thích các con đường đồng hóa.

Do đó, hormone có nhiệm vụ kích hoạt các quá trình cho phép tổng hợp các chất dự trữ như chất béo hoặc glycogen.

Có những giai đoạn trong cuộc đời mà các quá trình đồng hóa là chủ yếu, chẳng hạn như thời thơ ấu, thanh thiếu niên, khi mang thai hoặc trong quá trình đào tạo tập trung vào sự phát triển của cơ bắp.

Sự khác biệt với dị hóa

Tất cả các quá trình hóa học và phản ứng xảy ra trong cơ thể chúng ta - đặc biệt là trong các tế bào của chúng ta - được toàn cầu gọi là sự trao đổi chất. Chúng ta có thể tăng trưởng, phát triển, sinh sản và duy trì thân nhiệt nhờ vào chuỗi sự kiện được kiểm soát chặt chẽ này.

Tổng hợp và suy thoái

Trao đổi chất liên quan đến việc sử dụng các phân tử sinh học (protein, carbohydrate, lipid hoặc chất béo và axit nucleic) để duy trì tất cả các phản ứng thiết yếu của một hệ thống sống.

Việc thu nhận các phân tử này đến từ thực phẩm chúng ta ăn hàng ngày và cơ thể chúng ta có thể "phá vỡ" chúng thành các đơn vị nhỏ hơn trong quá trình tiêu hóa.

Ví dụ, protein (có thể đến từ thịt hoặc trứng chẳng hạn) được chia thành các thành phần chính của chúng: axit amin. Theo cách tương tự, chúng ta có thể chế biến carbohydrate thành các đơn vị đường nhỏ hơn, nói chung là glucose, một trong những loại carbohydrate được cơ thể chúng ta sử dụng nhiều nhất.

Cơ thể chúng ta có thể sử dụng các đơn vị nhỏ này - axit amin, đường, axit béo, trong số những loại khác - để xây dựng các phân tử mới lớn hơn theo cấu hình mà cơ thể chúng ta cần.

Quá trình phân hủy và thu năng lượng được gọi là quá trình dị hóa, trong khi sự hình thành các phân tử mới phức tạp hơn là quá trình đồng hóa. Như vậy, các quá trình tổng hợp gắn liền với quá trình đồng hóa và quá trình thoái hóa với dị hóa.

Như một quy tắc ghi nhớ, chúng ta có thể sử dụng "c" trong từ dị hóa và liên hệ nó với từ "cắt".

Sử dụng năng lượng

Các quá trình đồng hóa đòi hỏi năng lượng, trong khi các quá trình suy thoái tạo ra năng lượng này, chủ yếu ở dạng ATP - được gọi là tiền tệ năng lượng của tế bào.

Năng lượng này đến từ quá trình dị hóa. Hãy tưởng tượng rằng chúng ta có một bộ bài, nếu chúng ta có tất cả các quân bài được xếp ngay ngắn và chúng ta ném chúng xuống đất thì chúng sẽ xảy ra một cách tự nhiên (tương tự như dị hóa).

Tuy nhiên, trong trường hợp chúng ta muốn sắp xếp lại chúng, chúng ta phải áp dụng năng lượng vào hệ thống và thu thập chúng từ mặt đất (tương tự như đồng hóa).

Trong một số trường hợp, các con đường dị hóa cần được "tiêm năng lượng" trong những bước đầu tiên của chúng để bắt đầu quá trình. Ví dụ, đường phân hoặc đường phân là sự phân hủy của glucose. Con đường này yêu cầu sử dụng hai phân tử ATP để bắt đầu.

Cân bằng giữa đồng hóa và dị hóa

Để duy trì một quá trình trao đổi chất lành mạnh và đầy đủ, cần phải có sự cân bằng giữa các quá trình đồng hóa và dị hóa. Trong trường hợp các quá trình đồng hóa vượt quá quá trình dị hóa, thì các sự kiện tổng hợp sẽ chiếm ưu thế. Ngược lại, khi cơ thể nhận được nhiều năng lượng hơn mức cần thiết, các con đường dị hóa sẽ chiếm ưu thế.

Khi cơ thể gặp nghịch cảnh, gọi là bệnh tật hoặc thời gian nhịn ăn kéo dài, quá trình trao đổi chất tập trung vào các con đường suy thoái và chuyển sang trạng thái dị hóa.

Nguồn: Bởi Alejandro Porto, từ Wikimedia Commons

Người giới thiệu

1. Chan, YK, Ng, KP & Sim, DSM (Eds.). (2015). Cơ sở Dược lý của Chăm sóc Cấp tính. Nhà xuất bản Quốc tế Springer.
2. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Lời mời đến sinh học. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Sinh học phân tử tế bào. Macmillan.
4. Ronzio, RA (2003). Bộ bách khoa toàn thư về dinh dưỡng và sức khỏe tốt. Xuất bản Infobase.
5. Voet, D., Voet, J., & Pratt, CW (2007). Cơ sở của Hóa sinh: Sự sống ở cấp độ phân tử. Panamerican Medical Ed.