DỊ HÓA: CÁC CHỨC NĂNG VÀ QUÁ TRÌNH DỊ HÓA - SINH HỌC - 2026

Các dị hóa bao gồm tất cả các phản ứng suy thoái của các chất trong cơ thể. Ngoài việc "phá vỡ" các thành phần của phân tử sinh học thành các đơn vị nhỏ nhất của chúng, các phản ứng dị hóa tạo ra năng lượng, chủ yếu ở dạng ATP.

Các con đường dị hóa chịu trách nhiệm phân hủy các phân tử đến từ thực phẩm: carbohydrate, protein và lipid. Trong quá trình này, năng lượng hóa học chứa trong các liên kết được giải phóng để sử dụng cho các hoạt động tế bào đòi hỏi nó.

Nguồn: Bởi EsquemaCatabolismo.svg: bản thân tôi; sửa chữa những lỗi nhỏ: Tác phẩm cải tiến cơ bản: Gustavocarra (EsquemaCatabolismo.svg), thông qua Wikimedia Commons

Một số ví dụ về các con đường dị hóa nổi tiếng là: chu trình Krebs, quá trình oxy hóa beta của axit béo, đường phân và quá trình phosphoryl hóa oxy hóa.

Các phân tử đơn giản do quá trình dị hóa tạo ra được tế bào sử dụng để xây dựng các yếu tố cần thiết, cũng sử dụng năng lượng do quá trình tương tự cung cấp. Con đường tổng hợp này là chất đối kháng của quá trình dị hóa và được gọi là quá trình đồng hóa.

Sự trao đổi chất của một sinh vật bao gồm cả phản ứng tổng hợp và phản ứng thoái hóa, xảy ra đồng thời và có kiểm soát trong tế bào.

Đặc trưng

Mục tiêu chính của dị hóa là oxy hóa các chất dinh dưỡng mà cơ thể sử dụng làm "nhiên liệu", được gọi là carbohydrate, protein và chất béo. Sự suy thoái của các phân tử sinh học này tạo ra năng lượng và các chất thải, chủ yếu là carbon dioxide và nước.

Một loạt các enzym tham gia vào quá trình dị hóa, là các protein có nhiệm vụ đẩy nhanh tốc độ của các phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào.

Chất đốt là thức ăn chúng ta tiêu thụ hàng ngày. Chế độ ăn uống của chúng ta được tạo thành từ protein, carbohydrate và chất béo được phân hủy theo con đường dị hóa. Cơ thể ưu tiên sử dụng chất béo và carbohydrate, mặc dù trong tình huống khan hiếm, nó có thể dùng đến sự phân hủy của protein.

Năng lượng được chiết xuất bởi quá trình dị hóa được chứa trong các liên kết hóa học của các phân tử sinh học đã đề cập.

Khi chúng ta tiêu thụ bất kỳ loại thức ăn nào, chúng ta sẽ nhai nó để giúp tiêu hóa dễ dàng hơn. Quá trình này tương tự như quá trình dị hóa, nơi cơ thể phụ trách “tiêu hóa” các hạt ở cấp độ vi mô để chúng được sử dụng cho quá trình tổng hợp hoặc đồng hóa.

Quá trình dị hóa

Con đường hay con đường dị hóa bao gồm tất cả các quá trình thoái hóa của các chất. Chúng ta có thể phân biệt ba giai đoạn trong quy trình:

- Các phân tử sinh học khác nhau được tìm thấy trong tế bào (carbohydrate, chất béo và protein) bị phân hủy ở các đơn vị cơ bản cấu thành chúng (tương ứng là đường, axit béo và axit amin).

- Các sản phẩm của giai đoạn I chuyển sang các cấu tử đơn giản hơn, chúng tụ lại trong một chất trung gian chung gọi là acetyl-CoA.

- Cuối cùng, hợp chất này đi vào chu trình Krebs, nơi nó tiếp tục quá trình oxy hóa cho đến khi tạo ra các phân tử carbon dioxide và nước - những phân tử cuối cùng thu được trong bất kỳ phản ứng dị hóa nào.

Trong đó nổi bật nhất là chu trình urê, chu trình Krebs, quá trình đường phân, quá trình phosphoryl hóa oxy hóa và quá trình oxy hóa beta của các axit béo. Dưới đây, chúng tôi sẽ mô tả từng tuyến đường được đề cập:

Chu kỳ urê

Chu trình urê là một con đường dị hóa xảy ra trong ti thể và trong bào tương của tế bào gan. Nó chịu trách nhiệm xử lý các dẫn xuất của protein và sản phẩm cuối cùng của nó là urê.

Chu kỳ bắt đầu với sự xâm nhập của nhóm amin đầu tiên từ chất nền của ti thể, mặc dù nó cũng có thể đi vào gan qua ruột.

Bước phản ứng đầu tiên liên quan đến ATP, ion bicacbonat (HCO ₃ ^- ) và amoni (NH ₄ ⁺ ) carbomoyl photphat, ADP và P _i . Bước thứ hai bao gồm sự kết hợp của carbomoyl phosphate và ornithine để tạo ra một phân tử citrulline và P _i . Những phản ứng này xảy ra trong chất nền của ty thể.

Chu trình tiếp tục trong tế bào, nơi citrulline và aspartate ngưng tụ cùng với ATP để tạo ra argininosuccinate, AMP và PP _i . Argininosuccinate chuyển thành arginine và fumarate. Axit amin arginine kết hợp với nước để tạo ra ornithine và cuối cùng là urê.

Chu trình này được kết nối với chu trình Krebs vì chất chuyển hóa fumarate tham gia vào cả hai con đường trao đổi chất. Tuy nhiên, mỗi chu kỳ hoạt động độc lập.

Các bệnh lý lâm sàng liên quan đến con đường này khiến bệnh nhân không thể ăn một chế độ ăn giàu protein.

Chu trình Krebs hoặc chu trình axit xitric

Chu trình Krebs là một con đường tham gia vào quá trình hô hấp tế bào của tất cả các sinh vật. Về mặt không gian, nó xảy ra trong ti thể của sinh vật nhân thực.

Tiền thân của chu trình là một phân tử được gọi là acetyl coenzyme A, ngưng tụ với một phân tử oxaloacetate. Sự kết hợp này tạo ra một hợp chất sáu carbon. Trong mỗi vòng quay, chu trình tạo ra hai phân tử carbon dioxide và một phân tử oxaloacetate.

Chu trình bắt đầu với một phản ứng đồng phân hóa được xúc tác bởi aconitase, nơi citrate chuyển thành cis-aconitate và nước. Tương tự, aconitase xúc tác quá trình chuyển cis-aconitate thành isocitrate.

Isocitrate bị oxy hóa thành oxalosuccinate bởi isocitrate dehydrogenase. Phân tử này được khử cacboxyl hóa thành alpha-ketoglutarate bởi cùng một loại enzyme, isocitrate dehydrogenase. Alpha-ketoglutarate được chuyển đổi thành succinyl-CoA bởi tác dụng của alpha-ketoglutarate dehydrogenase.

Succinyl-CoA trở thành succinate, được oxy hóa thành fumarate bởi succinate dehydrogenase. Liên tiếp fumarate trở thành l-malate và cuối cùng l-malate trở thành oxaloacetate.

Chu trình có thể được tóm tắt trong phương trình sau: Acetyl-CoA + 3 NAD ⁺ + FAD + GDP + Pi + 2 H ₂ O → CoA-SH + 3 (NADH + H +) + FADH ₂ + GTP + 2 CO ₂ .

Glycolysis

Glycolysis, còn được gọi là đường phân, là một con đường quan trọng có ở hầu hết tất cả các sinh vật sống, từ vi khuẩn cực nhỏ đến động vật có vú lớn. Lộ trình này bao gồm 10 phản ứng enzym phân hủy glucose thành axit pyruvic.

Quá trình bắt đầu bằng sự phosphoryl hóa phân tử glucose bởi enzyme hexokinase. Ý tưởng của bước này là "kích hoạt" glucose và giữ nó bên trong tế bào, vì glucose-6-phosphate không có chất vận chuyển để nó có thể thoát ra ngoài.

Glucose-6-phosphate isomerase lấy glucose-6-phosphate và sắp xếp lại thành đồng phân fructose-6-phosphate của nó. Bước thứ ba được xúc tác bởi phosphofructokinase và sản phẩm là fructose-1,6-bisphosphate.

Sau đó, aldolase phân cắt hợp chất trên thành dihydroxyacetone phosphate và glyceraldehyde-3-phosphate. Có một trạng thái cân bằng giữa hai hợp chất này được xúc tác bởi triose phosphate isomerase.

Enzyme glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase tạo ra 1,3-bisphosphoglycerate được chuyển thành 3-phosphoglycerate trong bước tiếp theo bởi phosphoglycerate kinase. Phosphoglycerate đột biến thay đổi vị trí của carbon và tạo ra 2-phosphoglycerate.

Eolase lấy chất chuyển hóa thứ hai và chuyển nó thành phosphoenolpyruvate. Bước cuối cùng trong con đường được xúc tác bởi pyruvate kinase và sản phẩm cuối cùng là pyruvate.

Oxy hóa phosphoryl

Quá trình phosphoryl hóa oxy hóa là một quá trình hình thành ATP nhờ sự chuyển các điện tử từ NADH hoặc FADH ₂ thành oxy và là bước cuối cùng trong quá trình hô hấp tế bào. Nó xảy ra trong ti thể và là nguồn chính của các phân tử ATP trong các sinh vật hô hấp hiếu khí.

Tầm quan trọng của nó là không thể phủ nhận, vì 26 trong số 30 phân tử ATP được tạo ra như là sản phẩm của quá trình oxy hóa hoàn toàn glucose thành nước và carbon dioxide xảy ra bằng quá trình phosphoryl hóa oxy hóa.

Về mặt khái niệm, quá trình phosphoryl hóa oxy hóa kết hợp quá trình oxy hóa và tổng hợp ATP với một dòng proton qua hệ thống màng.

Do đó, NADH hoặc FADH ₂ được tạo ra theo các con đường khác nhau, được gọi là đường phân hoặc oxy hóa axit béo, được sử dụng để khử oxy và năng lượng tự do tạo ra trong quá trình này được sử dụng để tổng hợp ATP.

β-oxy hóa axit béo

Quá trình oxy hóa Β là một tập hợp các phản ứng cho phép quá trình oxy hóa các axit béo tạo ra một lượng năng lượng cao.

Quá trình này liên quan đến việc giải phóng định kỳ các vùng của axit béo hai cacbon bằng phản ứng cho đến khi axit béo bị phân huỷ hoàn toàn. Sản phẩm cuối cùng là các phân tử acetyl-CoA có thể đi vào chu trình Krebs để bị oxy hóa hoàn toàn.

Trước khi bị oxy hóa, axit béo phải được hoạt hóa, nơi nó liên kết với coenzyme A. Chất vận chuyển carnitine chịu trách nhiệm chuyển vị trí các phân tử đến chất nền của ty thể.

Sau các bước trước đó, quá trình oxy hóa β bắt đầu với các quá trình oxy hóa, hydrat hóa, oxy hóa bởi NAD ⁺ và quá trình phân giải.

Quy định dị hóa

Cần phải có một loạt các quá trình điều chỉnh các phản ứng enzym khác nhau, vì chúng không thể hoạt động mọi lúc với tốc độ tối đa của chúng. Do đó, các con đường trao đổi chất được điều chỉnh bởi một số yếu tố bao gồm hormone, kiểm soát tế bào thần kinh, sự sẵn có của cơ chất và sự biến đổi của enzym.

Trong mọi tuyến đường phải có ít nhất một phản ứng không thể đảo ngược (nghĩa là nó chỉ xảy ra theo một hướng) và phản ứng đó định hướng tốc độ của toàn tuyến. Điều này cho phép các phản ứng hoạt động ở tốc độ mà tế bào yêu cầu và ngăn chặn các con đường tổng hợp và suy thoái hoạt động cùng một lúc.

Hormon là chất đặc biệt quan trọng, đóng vai trò như sứ giả hóa học. Chúng được tổng hợp trong các tuyến nội tiết khác nhau và được giải phóng vào máu để hoạt động. Một số ví dụ:

Cortisol

Cortisol hoạt động bằng cách làm chậm quá trình tổng hợp và tăng các con đường dị hóa trong cơ. Hiệu ứng này xảy ra bằng cách giải phóng các axit amin vào máu.

Insulin

Ngược lại, có những hormone có tác dụng ngược lại và làm giảm quá trình dị hóa. Insulin chịu trách nhiệm tăng tổng hợp protein và đồng thời làm giảm quá trình dị hóa của chúng. Trong trường hợp này, sự phân giải protein tăng lên, tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất các axit amin cho cơ.

Sự khác biệt với đồng hóa

Đồng hóa và dị hóa là các quá trình đối kháng bao gồm tổng số các phản ứng trao đổi chất xảy ra trong một sinh vật.

Cả hai quá trình đều đòi hỏi nhiều phản ứng hóa học được xúc tác bởi các enzym và được kiểm soát chặt chẽ bởi hormone có khả năng kích hoạt hoặc làm chậm một số phản ứng nhất định. Tuy nhiên, chúng khác nhau ở những khía cạnh cơ bản sau:

Tổng hợp và suy thoái các phân tử

Quá trình đồng hóa bao gồm các phản ứng tổng hợp trong khi quá trình dị hóa chịu trách nhiệm cho sự phân hủy của các phân tử. Mặc dù các quá trình này bị đảo ngược, chúng được kết nối với nhau trong sự cân bằng tinh tế của quá trình trao đổi chất.

Đồng hóa được cho là một quá trình phân kỳ, lấy các hợp chất đơn giản và biến đổi chúng thành các hợp chất lớn hơn. Trái ngược với dị hóa, được phân loại là một quá trình hội tụ, do thu nhận các phân tử nhỏ như carbon dioxide, amoniac và nước, từ các phân tử lớn.

Các con đường dị hóa khác nhau lấy các đại phân tử tạo nên thức ăn và giảm chúng xuống các thành phần nhỏ nhất. Trong khi đó, các con đường đồng hóa có khả năng lấy các đơn vị này và xây dựng lại các phân tử phức tạp hơn.

Nói cách khác, cơ thể phải "thay đổi cấu hình" của các yếu tố tạo nên thức ăn để chúng được sử dụng trong các quá trình mà nó yêu cầu.

Quá trình này tương tự như trò chơi Lego phổ biến, trong đó các thành phần chính có thể tạo thành các cấu trúc khác nhau với nhiều cách sắp xếp không gian.

Sử dụng năng lượng

Quá trình dị hóa có trách nhiệm trích xuất năng lượng có trong các liên kết hóa học của thực phẩm, do đó mục tiêu chính của nó là tạo ra năng lượng. Sự suy giảm này xảy ra, trong hầu hết các trường hợp, bởi các phản ứng oxy hóa.

Tuy nhiên, không có gì ngạc nhiên khi con đường dị hóa đòi hỏi phải bổ sung thêm năng lượng trong những bước đầu tiên của chúng, như chúng ta đã thấy trong con đường đường phân, con đường đòi hỏi sự đảo ngược của các phân tử ATP.

Mặt khác, đồng hóa có trách nhiệm bổ sung năng lượng tự do được tạo ra trong quá trình dị hóa để đạt được sự lắp ráp của các hợp chất quan tâm. Cả quá trình đồng hóa và dị hóa diễn ra liên tục và đồng thời trong tế bào.

Nói chung, ATP là phân tử được sử dụng để truyền năng lượng. Điều này có thể khuếch tán đến các khu vực cần thiết và khi nó thủy phân, năng lượng hóa học chứa trong phân tử sẽ được giải phóng. Tương tự, năng lượng có thể được vận chuyển dưới dạng nguyên tử hydro hoặc electron.

Các phân tử này được gọi là coenzyme và bao gồm NADP, NADPH và FMNH ₂ . Chúng hoạt động thông qua các phản ứng khử. Hơn nữa, chúng có thể chuyển khả năng khử thành ATP.

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.