異化は、体内の物質の全ての分解反応を包含する。生体分子の成分を最小単位に「分解」することに加えて、異化反応は、主にATPの形でエネルギーを生成します。
異化経路は、食物に由来する分子（炭水化物、タンパク質、脂質）を分解する原因となります。その過程で、結合に含まれる化学エネルギーが放出され、それを必要とする細胞活動に使用されます。
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よく知られている異化経路のいくつかの例は、クレブス回路、脂肪酸のベータ酸化、解糖、および酸化的リン酸化です。
異化作用によって生成された単純な分子は、同じプロセスによって提供されるエネルギーを使用して、必要な要素を構築するために細胞によって使用されます。この合成経路は異化作用の拮抗薬であり、同化作用と呼ばれています。
生物の代謝には、細胞内で同時に制御された方法で発生する合成反応と分解反応の両方が含まれます。
特徴
異化作用の主な目的は、炭水化物、タンパク質、脂肪と呼ばれる、体が「燃料」として使用する栄養素を酸化することです。これらの生体分子の分解は、エネルギーと廃棄物、主に二酸化炭素と水を生成します。
一連の酵素は異化作用に参加します。異化作用は、細胞内で発生する化学反応の速度を加速させるタンパク質です。
燃料物質は私たちが毎日消費する食品です。私たちの食事は、代謝経路によって分解されるタンパク質、炭水化物、脂肪で構成されています。体は脂肪と炭水化物を優先的に使用しますが、不足している状況では、タンパク質の分解に頼ることができます。
異化作用によって抽出されたエネルギーは、前述の生体分子の化学結合に含まれています。
食べ物を食べているときは、消化しやすくするために噛んでいます。このプロセスは異化作用に似ており、体が微視的レベルで粒子を「消化」する役割を担っているため、合成または同化経路で使用されます。
異化プロセス
異化経路または経路には、物質のすべての分解プロセスが含まれます。プロセスの3つの段階を区別できます。
-細胞内に見られるさまざまな生体分子（炭水化物、脂肪、タンパク質）は、それらを構成する基本単位（それぞれ、糖、脂肪酸、アミノ酸）で分解されます。
-ステージIの製品は、アセチル-CoAと呼ばれる一般的な中間体に収束する、より単純な成分に移行します。
-最後に、この化合物はクレブスサイクルに入り、二酸化炭素と水の分子（あらゆる異化反応で得られる最終分子）が生成されるまで酸化を続けます。
最も顕著なのは、尿素サイクル、クレブスサイクル、解糖、酸化的リン酸化、脂肪酸のベータ酸化です。以下では、上記の各ルートについて説明します。
尿素サイクル
尿素サイクルは、ミトコンドリアと肝細胞のサイトゾルで発生する異化経路です。それはタンパク質誘導体の処理を担当し、その最終製品は尿素です。
サイクルは、ミトコンドリアのマトリックスから最初のアミノ基が入ることから始まりますが、腸から肝臓に入る場合もあります。
第一反応段階は、ATP、重炭酸イオン（HCO含む3 -及びアンモニウム（NH）4 +）カルバモイルリン酸、ADP及びPを、I。第二段階は、リン酸カルボモイルとオルニチンの結合からなり、シトルリンとP iの分子を生成します。これらの反応はミトコンドリアのマトリックスで発生します。
このサイクルはサイトゾルで続き、そこではシトルリンとアスパラギン酸がATPと一緒に凝縮してアルギニノコハク酸、AMPおよびPP iを生成します。アルギニノコハク酸塩はアルギニンとフマル酸塩に変わります。アミノ酸のアルギニンは水と結合してオルニチン、そして最後に尿素を与えます。
フマル酸代謝物は両方の代謝経路に関与するため、このサイクルはクレブスサイクルと相互に関連しています。ただし、各サイクルは独立して動作します。
この経路に関連する臨床病理により、患者はタンパク質が豊富な食事を食べることができません。
クレブス回路またはクエン酸回路
クレブス回路は、すべての生物の細胞呼吸に関与する経路です。空間的には、真核生物のミトコンドリアで発生します。
サイクルの前駆体は、オキサロ酢酸分子と縮合するアセチル補酵素Aと呼ばれる分子です。この結合により、6炭素化合物が生成されます。各革命では、このサイクルで2分子の二酸化炭素と1分子のオキサロ酢酸が生成されます。
サイクルは、アコニターゼによって触媒される異性化反応で始まり、クエン酸はシス-アコニット酸と水に移行します。同様に、アコニターゼは、シス-アコニット酸のイソクエン酸への移行を触媒します。
イソクエン酸はイソクエン酸デヒドロゲナーゼによって酸化されてオキサロスコハク酸になります。この分子は、同じ酵素であるイソクエン酸デヒドロゲナーゼによって、α-ケトグルタル酸に脱炭酸されます。α-ケトグルタル酸は、α-ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼの作用により、スクシニル-CoAに変換されます。
サクシニル-CoAはコハク酸となり、コハク酸デヒドロゲナーゼによりフマル酸に酸化されます。続いて、フマル酸塩がl-リンゴ酸塩になり、最後にl-リンゴ酸塩がオキサロ酢酸になります。
サイクルは、次の方程式で要約できます。アセチルCoA + 3 NAD + + FAD + GDP + Pi + 2 H 2 O→CoA-SH + 3（NADH + H +）+ FADH 2 + GTP + 2 CO 2。
解糖
解糖は解糖とも呼ばれ、微視的な細菌から大型の哺乳動物まで、ほとんどすべての生物に存在する重要な経路です。このルートは、グルコースをピルビン酸に分解する10の酵素反応で構成されています。
このプロセスは、酵素ヘキソキナーゼによるグルコース分子のリン酸化から始まります。グルコース-6-リン酸には脱出できるトランスポーターがないため、このステップのアイデアは、グルコースを「活性化」して細胞内にトラップすることです。
グルコース-6-リン酸イソメラーゼは、グルコース-6-リン酸を取り、それをそのフルクトース-6-リン酸異性体に再配置します。3番目のステップは、ホスホフルクトキナーゼによって触媒され、生成物はフルクトース-1,6-二リン酸です。
次に、アルドラーゼは上記の化合物をジヒドロキシアセトンリン酸とグリセルアルデヒド-3-リン酸に開裂する。トリオースリン酸イソメラーゼによって触媒されるこれら2つの化合物の間には平衡があります。
酵素グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼは、1,3-ビスホスホグリセリン酸を生成し、次のステップでホスホグリセリン酸キナーゼにより3-ホスホグリセリン酸に変換されます。ホスホグリセリン酸ムターゼは、炭素の位置を変更し、2-ホスホグリセリン酸を生成します。
エオラーゼは後者の代謝産物を取り、それをホスホエノールピルビン酸に変換します。経路の最後のステップはピルビン酸キナーゼによって触媒され、最終生成物はピルビン酸です。
酸化的リン酸化
酸化的リン酸化は、NADHまたはFADH 2から酸素への電子の移動によるATP形成のプロセスであり、細胞呼吸プロセスの最後のステップを構成します。それはミトコンドリアで発生し、好気性呼吸生物のATP分子の主な供給源です。
グルコースの水と二酸化炭素への完全な酸化の生成物として生成されるATP分子30個のうち26個が酸化的リン酸化によって発生するため、その重要性は否定できません。
概念的には、酸化的リン酸化は、ATPの酸化と合成を膜システムを通過するプロトンの流れと結びつけます。
したがって、さまざまな経路で生成されたNADHまたはFADH 2は、解糖または脂肪酸の酸化と呼ばれ、酸素を減らすために使用され、プロセスで生成された自由エネルギーはATPの合成に使用されます。
脂肪酸のβ酸化
Β-酸化は、脂肪酸の酸化により大量のエネルギーを生成できるようにする一連の反応です。
このプロセスは、脂肪酸が完全に分解されるまで、反応によって2つの炭素原子を持つ脂肪酸の領域を定期的に放出することを含みます。最終生成物は、完全に酸化されるようにクレブス回路に入ることができるアセチルCoA分子です。
酸化の前に、脂肪酸は活性化されなければならず、そこでコエンザイムAに結合します。カルニチン輸送体は、分子をミトコンドリアのマトリックスに転位させる責任があります。
これらの前のステップの後、β-酸化自体は、酸化、水和、NAD +による酸化、およびチオール分解のプロセスで始まります。
異化の調節
さまざまな酵素反応を常に最高速度で機能させることができないため、さまざまな酵素反応を制御する一連のプロセスが必要です。したがって、代謝経路は、ホルモン、ニューロン制御、基質の利用可能性、および酵素修飾を含む多くの要因によって調節されています。
すべてのルートには、少なくとも1つの不可逆反応（つまり、一方向にのみ発生する）が必要であり、ルート全体の速度を指示します。これにより、細胞が必要とする速度で反応が機能し、合成経路と分解経路が同時に機能するのを防ぎます。
ホルモンは化学メッセンジャーとして機能する特に重要な物質です。これらはさまざまな内分泌腺で合成され、血流に放出されて作用します。次に例を示します。
コルチゾール
コルチゾールは、合成プロセスを遅くし、筋肉の異化経路を増やすことによって機能します。この効果は、血流へのアミノ酸の放出によって発生します。
インスリン
対照的に、反対の効果を持ち、異化作用を減少させるホルモンがあります。インスリンはタンパク質合成の増加に関与し、同時にそれらの異化作用を減少させます。この場合、タンパク質分解が増加し、アミノ酸の筋肉への排出が促進されます。
同化作用との違い
同化作用と異化作用は、生物で発生する代謝反応の全体を含む拮抗的なプロセスです。
どちらのプロセスも、酵素によって触媒される複数の化学反応を必要とし、特定の反応を誘発または減速できる厳密なホルモン制御下にあります。ただし、次の基本的な点で異なります。
分子の合成と分解
同化作用は合成反応を含み、異化作用は分子の分解に関与します。これらのプロセスは逆転しますが、それらは代謝の微妙なバランスに関連しています。
同化作用は、単純な化合物を取り、それらをより大きな化合物に変換する分岐プロセスであると言われています。大きな分子から二酸化炭素、アンモニア、水などの小さな分子を取得するため、収束プロセスとして分類される異化作用とは異なり。
さまざまな異化経路は、食品を構成する高分子を取り、それらを最小の構成要素に還元します。一方、同化経路は、これらのユニットを取り、より精巧な分子を再び構築することができます。
言い換えれば、体は必要なプロセスで使用されるように、食品を構成する要素の「構成を変更する」必要があります。
このプロセスは、主要な構成要素がさまざまな空間配置でさまざまな構造を形成できる、人気のあるレゴゲームに似ています。
エネルギーの使用
異化作用は、食品の化学結合に含まれるエネルギーを抽出する責任があるため、その主な目的はエネルギーの生成です。この劣化は、ほとんどの場合、酸化反応によって発生します。
ただし、解糖経路ではATP分子の反転を必要とする解糖経路で見られたように、異化経路では最初のステップでエネルギーを追加する必要があることは当然のことです。
一方、同化作用は、異化作用で生成された自由エネルギーを追加して、目的の化合物の集合を達成する責任があります。同化作用と異化作用の両方が、細胞内で絶えず同時に発生します。
一般に、ATPはエネルギーを伝達するために使用される分子です。これは、必要な領域に拡散し、加水分解すると分子に含まれる化学エネルギーが放出されます。同様に、エネルギーは水素原子または電子として輸送できます。
これらの分子は補酵素と呼ばれ、NADP、NADPH、FMNH 2が含まれます。それらは還元反応を通じて作用します。さらに、還元能力をATPに転送できます。
参考文献
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