Відмінності між катаболізмом та анаболізмом

Сукупність хімічних реакцій організму, що відбуваються в клітинах для підтримання його життєдіяльності, називається метаболізмом. Метаболізм - властивість життя, що виникає внаслідок впорядкованих взаємодій між молекулами. Ці процеси дають можливість організмам рости, розмножуватися, реагувати на своє оточення та підтримувати свої структури¹.

Метаболізм поділяється на два загальні типи реакцій. В цілому катаболізм - це всі хімічні реакції, які розщеплюють молекули. Це або для отримання енергії, або для отримання простих молекул, які потім конструюють інші. Анаболізм відноситься до всіх метаболічних реакцій, які будують або складають більш складні молекули з більш простих¹.

Процеси катаболізму та анаболізму

Усі анаболічні процеси є конструктивними, використовуючи основні молекули всередині організму, які потім створюють більш спеціалізовані та складні сполуки. Анаболізм також відомий як «біосинтез», завдяки якому кінцевий продукт створюється з ряду компонентів. Процес вимагає АТФ як форми енергії, перетворюючи кінетичну енергію в потенційну енергію. Це вважається ендергонічним процесом, тобто це неспонтанна реакція, яка потребує енергії². Процес використовує енергію для створення кінцевого продукту, такого як тканини та органи. Ці складні молекули потрібні організму, як засіб росту, розвитку та диференціації клітин³. Анаболічні процеси не використовують кисень.

Катаболічні процеси, з іншого боку, руйнівні, де більш складні сполуки розщеплюються і енергія виділяється у вигляді АТФ або тепла - замість того, щоб споживати енергію, як в анаболізмі. Потенційна енергія перетворюється в кінетичну енергію з запасів в організмі. Це призводить до утворення метаболічного циклу, завдяки якому катаболізм розщеплює молекули, які створюються за допомогою анаболізму. Тоді організм часто використовує багато цих молекул, які знову використовуються в різних процесах. Катаболічні процеси реалізують кисень.

На клітинному рівні анаболізм використовує мономери для утворення полімерів, в результаті чого утворюються більш складні молекули. Поширений приклад - синтез амінокислот (мономер) у більші та складні білки (полімер). Одним з найпоширеніших катаболічних процесів є травлення, коли поглинені поживні речовини перетворюються на більш прості молекули, які організм може потім використовувати для інших процесів.

Катаболічні процеси діють на руйнування багатьох різних полісахаридів, таких як глікоген, крохмаль та целюлоза. Вони перетворюються на моносахариди, до складу яких входять глюкоза, фруктоза та рибоза, використовувані організмами як форма енергії. Білки, які створюються анаболізмом, перетворюються на амінокислоти за допомогою катаболізму для подальших анаболічних процесів. Будь-які нуклеїнові кислоти в ДНК або РНК перетворюються на менші нуклеотиди, що є складовою природного процесу зцілення, а також використовуються для енергетичних потреб.

Організми класифікуються на основі типу катаболізму, який вони використовують⁴:

• Органотроф → Організм, який отримує свою енергію з органічних джерел
• Літотроф → Організм, який отримує свою енергію з неорганічних субстратів
• Фототроф → Організм, який отримує свою енергію від сонячного світла
  

Гормони

Багато обмінні процеси, що відбуваються всередині організму, регулюються гормонами. Гормони - це хімічні сполуки, які, як правило, класифікуються як анаболічні або катаболічні гормони, залежно від їх загальної дії.

Анаболічні гормони:

• Естроген: Гормон, який існує як у жінок, так і у чоловіків. Він переважно виробляється в яєчниках і в першу чергу регулює жіночі статеві ознаки (такі як зростання стегон і грудей), а також було встановлено, що він впливає на кісткову масу⁵ і регуляція менструального циклу⁶.

• Тестостерон: Гормон, який існує як у чоловіків, так і у жінок. Він переважно виробляється в межах яєчок і насамперед регулює чоловічі статеві ознаки (такі як волосся на голосі та обличчі), зміцнюючи кісткову масу⁷ і допомагає нарощувати та підтримувати м’язову масу⁸.

• Гормон росту: Гормон, який створюється всередині гіпофіза, гормон росту стимулює і згодом регулює ріст організму в ранньому житті. Після зрілості в дорослому житті він також регулює відновлення кісток⁹.

• Інсулін: Бета-клітини створюють цей гормон всередині підшлункової залози. Він регулює рівень глюкози та використання в крові. Глюкоза є основним джерелом енергії, однак її неможливо обробити без інсуліну. Якщо підшлункова залоза бореться або не в змозі виробляти інсулін, це може призвести до діабету¹⁰.

Катаболічні гормони:

• Глюкагон: Виробляється всередині підшлункової залози альфа-клітинами, глюкагон відповідає за стимулювання розпаду запасів глікогену до глюкози. Глікоген існує в резервуарах, що зберігаються в печінці, і коли організму потрібно більше енергії (наприклад, фізичні вправи, високий рівень стресу або боротьба), глюкагон стимулює катаболізм глікогену, внаслідок чого глюкоза потрапляє в кров¹⁰.

• Адреналін: Також відомий як «адреналін», він створюється всередині надниркових залоз. Адреналін відіграє основний компонент у фізіологічній реакції, що називається "бій або втеча". Під час фізіологічної відповіді бронхіоли розкриваються і прискорюється серцебиття для посиленого всмоктування кисню. Він також відповідає за надходження глюкози в організм, тим самим забезпечуючи швидке джерело енергії¹¹.

• Кортизол: Також його називають «гормоном стресу», він синтезується в наднирниках. Коли організм відчуває занепокоєння, тривалий дискомфорт або нервозність, вивільняється кортизол. Внаслідок цього кров'яний тиск збільшується, виникає сплеск рівня цукру в крові і імунна система пригнічується¹².

• Цитокін: Дуже малий білковий гормон, який регулює взаємодію та зв’язок між клітинами в організмі. Існує постійна продукція цитокінів, які також послідовно руйнуються, амінокислоти повторно використовуються організмом. Поширений приклад - лімфокіни та інтерлейкін, коли вони вивільняються після виникнення імунної відповіді після інвазії чужорідним тілом (бактеріями, вірусом, пухлиною чи грибком) або після травми¹³.

Катаболічні та анаболічні процеси під час фізичних навантажень

Маса тіла визначається катаболізмом і анаболізмом. По суті, кількість енергії, що виділяється внаслідок анаболізму, за вирахуванням кількості, яка використовується внаслідок катаболізму, дорівнює його загальній вазі. Будь-яка надлишок енергії, не спалена катаболізмом, зберігається у вигляді глікогену або жиру в резервах печінки та м’язів¹⁴. Хоча це спрощене пояснення взаємодії двох процесів, це полегшує розуміння того, як певні катаболічні та анаболічні вправи поєднуються для визначення маси тіла.

Анаболічні процеси, як правило, призводять до збільшення м’язової маси, наприклад, ізометрика або підняття ваги¹⁵. Однак будь-які інші вправи, які є анаеробними, такі як спринтерські, інтервальні тренування та інші заходи високої інтенсивності, також є анаболічними¹⁶. У періоди таких занять організм витрачає негайні запаси енергії, при цьому видаляється молочна кислота, яка накопичилася в м’язах². У відповідь збільшується м’язова маса, готуючись до подальших зусиль. Це означає, що катаболічні процеси призводять до збільшення, міцнішої мускулатури, а також зміцнення кісток і збільшення запасів білка за допомогою амінокислот, все це поєднується для збільшення маси тіла¹⁷.

Зазвичай будь-яке вправа, яке є аеробним, - це катаболічний процес. До них відносяться плавання, пробіжки та їзда на велосипеді та інші вправи, які індукують перетворення від використання глюкози чи глікогену як джерела енергії, до спалювання жиру для задоволення підвищеної енергетичної потреби¹⁸. Час має вирішальне значення для розпалювання катаболізму, оскільки він повинен спалити через запаси глюкози / глікогену¹⁹. Хоча обидва є ключовими для зниження жирової маси тіла, анаболізм та катаболізм - це протиставлення обмінних процесів, які призводять до збільшення або зменшення загальної маси тіла. Поєднані катаболічні та анаболічні вправи дозволяють тілу досягти та підтримувати ідеальну масу тіла.

	Катаболізм	Анаболізм
Визначення	Метаболічні процеси, які розщеплюють прості речовини на складні молекули	Метаболічні процеси, які розщеплюють більші, складні молекули на більш дрібні речовини
Енергія	-          Вивільняє енергію АТФ -          Потенційна енергія перетворюється на кінетичну енергію	-          Потрібна енергія АТФ -          Кінетична енергія перетворюється на потенційну енергію
Тип реакції	Екстергонічний	Ендергонічні
Гормони	Адреналін, глюкагон, цитокіни, кортизол	Естроген, тестостерон, гормон росту, інсулін
Важливість	-          Забезпечує енергією для анаболізму -          Нагріває тіло -          Вмикає скорочення м'язів	-          Підтримує ріст нових клітин -          Підтримує накопичення енергії -          Обслуговування тканин тіла
Кисень	Використовує кисень	Не використовує кисень
Вплив на фізичні вправи	Катаболічні вправи зазвичай аеробні і добре спалюють калорії та жири	Анаболічні вправи, найчастіше анаеробні за своєю природою і, як правило, нарощують м’язову масу
Приклади	-          Клітинне дихання -          Травлення -          Екскреція	-          Асиміляція у тварин -          Фотосинтез у рослинах

Висновок

У сукупності катаболізм і анаболізм є двома компонентами метаболізму. Ключова принципова відмінність двох процесів - це типи реакцій, які беруть участь у кожному.

Анаболізм використовує АТФ як форму енергії, перетворюючи кінетичну енергію в потенційну енергію, що зберігається в організмі, що збільшує масу тіла. Він виробляє ендергонічні процеси, анаеробні, що відбуваються в процесі фотосинтезу в рослинах, а також асиміляцію у тварин.

Катаболізм вивільняє енергію, як АТФ, так і тепло, перетворюючи накопичену потенційну енергію в кінетичну. Він спалює складні молекули і зменшує масу тіла і виробляє ергонічні процеси, які є аеробними і відбуваються під час клітинного дихання, травлення та виведення з організму..