המונח קטבוליזם מכסה את כל התהליכים המטבוליים של הגוף שבמהלכם מורכב ולעיתים גבוה מולקולרי חלבונים, פחמימות (פוליסכרידים), ושומנים מפורקים לאבני הבניין הפשוטות יותר שלהם, בדרך כלל עם ייצור האנרגיה. אבני הבניין האישיות זמינות לאחר מכן לסינתזה של חומרים נדרשים חדשים או מפורקות ומופרשות יותר.
מה זה קטבוליזם?
קטבוליזם הוא המונח המשמש לתיאור כל התהליכים המטבוליים בגוף במהלכם חלבונים, פחמימות, ושומנים מפורקים לאבני הבניין הפשוטות יותר שלהם. תהליכים מטבוליים הכוללים פירוק של חומרים בעלי משקל מולקולרי גבוה יותר לחומרים בעלי משקל מולקולרי נמוך יותר מופעלים תחת המונח קטבוליזם. לרוב מדובר בתהליכים רב-שלביים לרב-שלבים שהם לרוב אקסותרמיים. התהליכים האקסותרמיים נשלטים על ידי אנזימים, ויטמינים ו הורמונים על מנת להיות מסוגלים להשתמש באנרגיה המשוחררת לגוף בצורה של חום או אנרגיה כימית לצורך הצטברות אנדותרמית של חומרים ולהגן על סביבת התגובה המיידית מפני כוויות. הגוף תלוי בייצור אנרגיה בתהליכים מטבוליים קטבוליים מכיוון שבניגוד לצמחים ירוקים הוא אינו יכול לבצע פוטוסינתזה, שעל ייצור האנרגיה והמרתם לאנרגיה כימית הניתנת לאחסון, כל החיים האירוביים מבוססים. פחמימות מפורקים על ידי שימוש ב אנזימים כמו עמילאזות וסוכרז לסוכרים פשוטים ל גלוקוז. גלוקוז, בתורו, ניתן לחילוף חומרים כדי לבנות חומרים חדשים או לעבור חילוף חומרים נוסף לשם אנרגיה פַּחמָן דו-חמצני ו מַיִם והופרש. תהליכי השפלה דומים כוללים קטבוליזם של חלבון ושומן. משקל מולקולרי גבוה חלבונים מושפלים לפפטידים בעלי משקל מולקולרי נמוך כדי להניב יחיד חומצות אמינו, שעוברים חילוף חומרים נוסף או משמשים לבניית חלבונים חדשים. שומנים מושפלים ל חומצות שומן ובהמשך מטבוליזם באופן הדומה לפחמימות.
פונקציה ומשימה
קטבוליזם או תהליכים מטבוליים קטבוליים מבצעים ארבע משימות ופונקציות עיקריות שונות. המשימה העיקרית הראשונה היא ייצור אנרגיה בצורה של חום שמיש או בצורה של אנרגיה כימית לניצול חום לאחר מכן או להצטברות אנדותרמית של חומרים דרושים חדשים. במקרה הצורך, למשל, העמילן הנוצר ומאוחסן באמצעות תהליכים אנבוליים מומר חזרה ל גלוקוז באמצעות מחזור קטבולי והועמד לרשות התא. משימה נוספת היא להפוך את מוצרי ההשפלה של חלבונים, פחמימות ושומנים, הדרושים לאנבוליזם (מטבוליזם הבניין), לזמינים לבניית חומרים חדשים. זהו סוג של תהליך מיחזור, המכונה גם מסלול ההצלה. יתרון מרכזי הוא שזה פחות יקר אנרגיה להרכיב חלבונים, אנזימים ו הורמונים מחתיכות גדולות ממוחזרות מאשר לסנתז אותן מאפס מהנדרש מולקולות, עם קלט אנרגיה מתאים. המשימה השלישית, אף שהיא חשובה מאוד, יכולה להיחשב גם לתופעת לוואי שימושית. החשיבות של חומרים מורכבים רבים כגון אנזימים, הורמונים ו ויטמינים טמון בפעילות הביולוגית שלהם ובפעולה הקטליטית שלהם. אם אנזים או הורמון מסוים שימשו את מטרתו, עליו להפוך אותו ללא פעיל או להחליפו על ידי מקבילו. כאן משחק לקטבוליזם תפקיד משמעותי. ברגע שהורמון, אנזים או ויטמין עוברת חילוף חומרים, כלומר קטבוליזם, הפעילות הביולוגית שלו נקטעת בפתאומיות. תהליך דומה יכול להתרחש עם רעלים מסוימים, אשר מאבדים את השפעתם הרעילה באמצעות קטבוליזם וניתנים לחילוף חומרים נוספים כמוצרי פירוק של הרעלן שיופרשו כשאריות, למשל דרך הכליות. במשימה הרביעית של הקטבוליזם, הגוף מסוגל להשתמש בתהליכים מטבוליים כדי לפרק את החלבונים, השומנים והפחמימות של הגוף לצורך ייצור אנרגיה או להשתמש בהם בכדי להשיג חומצות אמינו או תרכובות דרושות אחרות. זה מאפשר לגוף לשרוד מספר ימים ללא צריכת מזון ולפרק את רקמת הגוף לפי הצורך ולבנות אותה במקום אחר. כדי למנוע התנגשויות בתוך תא, תהליכים מטבוליים קטבוליים ואנבוליים אינם פועלים בו זמנית, אלא תמיד מופרדים זמנית זה מזה. אנזימים של תהליכים קטבוליים מעכבים אנזימים של תהליכים אנבוליים ולהיפך. פוספטזים מסוימים יכולים להפוך את כיוון חילוף החומרים לאנבוליים או קטבוליים, בהתאמה.
מחלות והפרעות
קטבוליזם כולל מגוון של תהליכים מטבוליים קטליזים וביוכימיים אנזימטיים הקשורים תמיד זה לזה עם אנבוליזם. תלונות ובעיות נובעות אפוא לא כל כך מבעיות בתפקוד כולל, אלא ככלל מהיעדר אנזימים מסוימים או מחוסר היעילות הביוכימית שלהם בגלל פגם גנטי המוביל לסינתזה לקויה של האנזים. בעיקרון, עם זאת, ישנם מצבים עוֹפֶרֶת לחילוף חומרים קטבוליים בעיקר, מכיוון שיש לפרק חומרים בגוף בתדירות גבוהה יותר על מנת למנוע הרעלה או הצפה בחומרים המזיקים לגוף. מצבים כאלה מתעוררים, למשל, בשיתוק שרירים, אוטם שריר הלב, שבץ וסוגים אחרים של ניוון. הפרעות בחילוף החומרים הקטבולי יכולות להיות קיימות בחילוף החומרים של הפחמימות, בחילוף החומרים בחלבונים וב- מטבוליזם של שומן, ויכול עוֹפֶרֶת לתסמינים ומחלות קלים עד חמורים. המחלה המטבולית סוכרת נגרמת מחוסר אינסולין או עמידות ליעילות האינסולין והפחית עוֹפֶרֶת לתנאים חריפים חמורים. כתוצאה מכך תת תזונה, למשל, מכיל מעט מדי חלבון ואינו מספק אספקה מספקת של חומרים חיוניים חומצות אמינו, הגוף עובר יותר ויותר לחילוף חומרים קטבולי, מגייס את כל מאגרי האנרגיה הזמינים ומפרק בהדרגה את חומר הגוף על מנת שיוכל לספק לגוף אנרגיה. על מנת להשתמש בכמה שפחות מהעתודות של הגוף עצמו, הגוף עובר במקביל למעין מצב חיסכון באנרגיה. מוֹחַ הביצועים מאטים והביצועים הפיזיים הופכים לקשים הרבה יותר.
