Metabolički putovi su vrsta i glavni putovi



metabolički put To je skup kemijskih reakcija koje kataliziraju enzimi. U tom procesu, molekula X se transformira u molekulu Y, preko posrednih metabolita. Metabolički putovi odvijaju se u staničnom okruženju.

Izvan stanice, ove reakcije bi oduzele previše vremena, a neke se možda neće dogoditi. Stoga svaki korak zahtijeva prisutnost katalitičkih proteina koji se nazivaju enzimi. Uloga ovih molekula je ubrzati za nekoliko redova brzine svake reakcije unutar puta.

Fiziološki, metabolički putovi su međusobno povezani. To jest, oni nisu izolirani unutar stanice. Mnogi od najvažnijih pravaca dijele zajedničke metabolite.

Zbog toga se skup svih kemijskih reakcija koje se pojavljuju u stanicama naziva metabolizam. Svaka stanica karakterizirana je specifičnim metaboličkim učinkom, koji je definiran sadržajem enzima u njegovoj unutrašnjosti, koji je pak genetski određen.

indeks

  • 1 Opće značajke metaboličkih putova
    • Reakcije kataliziraju enzimi
    • 1.2 Metabolizam reguliraju hormoni
    • 1.3 Kompartmentalizacija
    • 1.4 Koordinacija metaboličkog toka
  • 2 Vrste metaboličkih putova
    • 2.1 Kataboličke rute
    • 2.2 Anaboličke rute
    • 2.3 Amfiblički putovi
  • 3 Glavni metabolički putovi
    • 3.1 Glikoliza ili glikoliza
    • 3.2 Glukoneogeneza
    • 3.3 Glioksilatni ciklus
    • 3.4 Krebsov ciklus
    • 3.5 Lanac za prijenos elektrona
    • 3.6 Sinteza masnih kiselina
    • 3.7 Beta oksidacija masnih kiselina
    • 3.8 Metabolizam nukleotida
    • 3.9 Fermentacija
  • 4 Reference

Opće značajke metaboličkih putova

Unutar stanične okoline dolazi do velikog broja kemijskih reakcija. Skup tih reakcija je metabolizam, a glavna funkcija ovog procesa je održavanje homeostaze organizma u normalnim uvjetima, kao iu uvjetima stresa..

Dakle, mora postojati ravnoteža protoka tih metabolita. Među glavnim značajkama metaboličkih putova imamo sljedeće:

Reakcije kataliziraju enzimi

Protagonisti metaboličkih putova su enzimi. Oni su odgovorni za integraciju i analizu informacija o metaboličkom statusu i mogu modulirati svoju aktivnost u skladu sa staničnim zahtjevima trenutnog stanja..

Metabolizam je reguliran hormonima

Metabolizam je potaknut nizom hormona koji su u stanju koordinirati metaboličke reakcije, uzimajući u obzir potrebe i učinak organizma..

kompartmentalizacija

Postoji dijeljenje metaboličkih putova. To jest, svaki se put odvija u specifičnom subcelularnom odjeljku, nazivajući ga citoplazmom, mitohondrijima, među ostalima. Drugi putovi mogu se pojaviti u nekoliko odjeljaka istovremeno.

Razdvajanje puteva pomaže regulaciji anaboličkih i kataboličkih putova (vidi dolje).

Koordinacija metaboličkog protoka

Koordinacija metabolizma postiže se stabilnošću aktivnosti uključenih enzima. Potrebno je naglasiti da anabolički putevi i njihovi katabolički kolege nisu potpuno neovisni. Nasuprot tome, one su koordinirane.

Postoje ključne enzimske točke unutar metaboličkih putova. S brzinom pretvorbe ovih enzima, reguliran je cijeli tijek rute.

Vrste metaboličkih putova

U biokemiji se razlikuju tri vrste glavnih metaboličkih putova. Ta se podjela odvija prema sljedećim bioenergetskim kriterijima: kataboličkim, anaboličkim i amfibličkim putovima.

Kataboličke rute

Katabolički putovi obuhvaćaju reakcije oksidativne razgradnje. Oni se provode kako bi se dobila energija i reducirajuća snaga, koju će stanica kasnije upotrijebiti u drugim reakcijama.

Većinu organskih molekula organizam ne sintetizira. Nasuprot tome, moramo je konzumirati kroz hranu. U kataboličkim reakcijama, te se molekule degradiraju u monomere koji ih stvaraju, a koje stanice mogu koristiti.

Anaboličke rute

Anabolički putovi obuhvaćaju sintetske kemijske reakcije, uzimanje malih i jednostavnih molekula, te njihovo pretvaranje u veće i složenije elemente.

Da bi se te reakcije odigrale, mora postojati raspoloživa energija. Odakle dolazi ta energija? Od kataboličkih putova, prvenstveno u obliku ATP.

Na taj način, metaboliti proizvedeni kataboličkim putevima (koji su globalno nazvani "bazen metabolita") mogu se koristiti u anaboličkim putevima kako bi sintetizirali složenije molekule koje tijelo treba u ovom trenutku.

Među tim skupinama metabolita postoje tri ključne molekule procesa: piruvat, acetil koenzim A i glicerol. Ti metaboliti su odgovorni za povezivanje metabolizma različitih biomolekula, kao što su lipidi, ugljikohidrati, među ostalima.

Amfibolički putovi

Amfibolni put funkcionira kao anabolički ili katabolički put. Mislim, to je mješoviti put.

Najpoznatiji amfibolni put je Krebsov ciklus. Ovaj put igra temeljnu ulogu u razgradnji ugljikohidrata, lipida i aminokiselina. Međutim, ona također sudjeluje u proizvodnji prekursora za puteve sinteze.

Na primjer, metaboliti Krebsovog ciklusa su prekursori polovice aminokiselina koje se koriste za izgradnju proteina.

Glavni metabolički putovi

U svim stanicama koje su dio živih bića, provodi se niz metaboličkih putova. Neke od njih dijele većina organizama.

Ovi metabolički putovi obuhvaćaju sintezu, degradaciju i konverziju ključnih metabolita za život. Cijeli taj proces poznat je kao posredni metabolizam.

Stanice moraju imati trajne organske i anorganske spojeve, kao i kemijsku energiju, koja se dobiva uglavnom iz molekule ATP.

ATP (adenozin trifosfat) je najvažniji oblik skladištenja energije svih stanica. Energetski dobici i ulaganja metaboličkih putova obično se izražavaju u ATP molekulama.

Zatim će se raspravljati o najvažnijim putovima koji su prisutni u velikoj većini živih organizama.

Glikoliza ili glikoliza

Glikoliza je put koji uključuje razgradnju glukoze na dvije molekule piruvične kiseline, dobivajući kao neto dobitak dvije ATP molekule. Prisutna je praktički u svim živim organizmima i smatra se brzim načinom dobivanja energije.

Općenito se obično dijeli u dvije faze. Prvi uključuje prolaz molekule glukoze u dva gliceraldehida, obrćući dvije molekule ATP-a. U drugoj fazi nastaju visokoenergetski spojevi i dobivaju se 4 molekule ATP i 2 piruvata kao finalni proizvodi.

Ruta se može nastaviti na dva različita načina. Ako postoji kisik, molekule će prekinuti oksidaciju u respiratornom lancu. Ili, u nedostatku toga, dolazi do fermentacije.

gluconeogeneze

Glukoneogeneza je put sinteze glukoze, počevši od aminokiselina (uz iznimku leucina i lizina), laktata, glicerola ili bilo kojeg intermedijera Krebsovog ciklusa.

Glukoza je nezamjenjiv supstrat za određena tkiva, kao što su mozak, eritrociti i mišići. Doprinos glukoze može se dobiti putem rezervi glikogena.

Međutim, kada se one iscrpe, tijelo mora započeti sintezu glukoze kako bi udovoljilo zahtjevima tkiva - uglavnom živčanog tkiva..

Taj se put događa uglavnom u jetri. To je od vitalnog značaja, jer u situacijama posta, tijelo može nastaviti dobivati ​​glukozu.

Aktivacija ili neuspjeh puta povezan je s hranjenjem organizma. Životinje koje konzumiraju visoke prehrane u ugljikohidratima imaju nisku stopu glukoneogena, dok dijete s niskom razinom glukoze zahtijevaju značajnu glukoneogenu aktivnost.

Glyoxylate ciklus

Ovaj ciklus je jedinstven za biljke i određene vrste bakterija. Ovaj put postiže transformaciju acetilnih jedinica, od dva ugljika, u jedinice od četiri ugljika - poznata kao sukcinat. Potonji spoj može proizvesti energiju i može se također koristiti za sintezu glukoze.

Na primjer, kod ljudi bi bilo nemoguće opstati samo na acetatu. U našem metabolizmu, acetil koenzim A ne može se pretvoriti u piruvat, koji je prekursor glukoneogenog puta, jer je reakcija enzima piruvat dehidrogenaze ireverzibilna.

Biokemijska logika ciklusa slična je onoj u ciklusu limunske kiseline, s iznimkom dvaju dekarboksilatnih faza. Pojavljuje se u vrlo specifičnim organelama biljaka koje se nazivaju glioksisomi, a posebno je važno u sjemenkama nekih biljaka poput suncokreta.

Krebsov ciklus

To je jedan od putova koji se smatraju ključnim za metabolizam organskih bića, jer objedinjuje metabolizam najvažnijih molekula, uključujući proteine, masti i ugljikohidrate..

Ona je komponenta staničnog disanja i ima za cilj oslobađanje energije pohranjene u molekuli acetil koenzima A - glavnog prekursora Krebsovog ciklusa. Sastoji se od deset enzimskih koraka i, kao što smo spomenuli, ciklus radi i na anaboličkim i kataboličkim putevima.

Kod eukariotskih organizama, ciklus se odvija u matrici mitohondrija. Kod prokariota - kojima nedostaju istinski podstanični odjeljci - ciklus se provodi u citoplazmatskoj regiji.

Elektronski transportni lanac

Lanac za prijenos elektrona formiran je nizom transportera usidrenih u membranu. Cilj lanca je stvaranje energije u obliku ATP-a.

Lanci su u stanju stvoriti elektrokemijski gradijent zahvaljujući protoku elektrona, ključnom procesu za sintezu energije.

Sinteza masnih kiselina

Masne kiseline su molekule koje igraju vrlo važnu ulogu u stanicama, uglavnom se nalaze kao strukturna komponenta svih bioloških membrana. Zbog toga je sinteza masnih kiselina bitna.

Cijeli proces sinteze odvija se u citosolu stanice. Središnja molekula procesa naziva se malonil koenzim A. Ona je odgovorna za dobivanje atoma koji su tvorili ugljikov skelet masnih kiselina u formaciji..

Beta oksidacija masnih kiselina

Beta oksidacija je proces razgradnje masnih kiselina. To se postiže kroz četiri koraka: oksidaciju pomoću FAD, hidrataciju, oksidaciju NAD + i tiolizu. Prethodno, masnu kiselinu treba aktivirati integracijom koenzima A.

Produkt spomenutih reakcija su jedinice koje tvore par ugljika u obliku acetil koenzima A. Ova molekula može ući u Krebsov ciklus.

Energetska učinkovitost ovog puta ovisi o duljini lanca masnih kiselina. Za palmitinsku kiselinu, na primjer, koja ima 16 ugljika, neto prinos je 106 molekula ATP.

Ovaj se put odvija u mitohondrijima eukariota. Postoji još jedan alternativni put u odjeljku zvanom peroksizom.

Budući da se većina masnih kiselina nalazi u staničnom citosolu, oni se moraju transportirati u odjeljak gdje će se oksidirati. Prijevoz je ovisan o kartinitanu i dopušta tim molekulama da uđu u mitohondrije.

Metabolizam nukleotida

Sinteza nukleotida je ključni događaj u staničnom metabolizmu, budući da su to prekursori molekula koje čine dio genetskog materijala, DNA i RNA, te važnih energetskih molekula, kao što su ATP i GTP..

Prekursori sinteze nukleotida uključuju različite aminokiseline, riboza 5 fosfat, ugljični dioksid i NH3. Putovi oporavka odgovorni su za recikliranje slobodnih baza i nukleozida oslobođenih od razgradnje nukleinskih kiselina.

Formiranje purinskog prstena odvija se iz fosfata riboze 5, događa se da je purinska jezgra i na kraju se dobiva nukleotid..

Pirimidinski prsten je sintetiziran kao orotična kiselina. Nakon vezanja na fosfat riboze 5, on se transformira u pirimidinske nukleotide.

fermentacija

Fermentacije su metabolički procesi neovisni o kisiku. Oni su kataboličkog tipa i konačni proizvod procesa je metabolit koji još uvijek ima oksidacijski potencijal. Postoje različite vrste fermentacija, ali u našem tijelu dolazi do mliječne fermentacije.

Mliječna fermentacija odvija se u staničnoj citoplazmi. Sastoji se od djelomične degradacije glukoze u cilju dobivanja metaboličke energije. Kao otpadna tvar nastaje mliječna kiselina.

Nakon intenzivne sesije anaerobnih vježbi, mišić se ne pronalazi s odgovarajućom koncentracijom kisika i dolazi do mliječne fermentacije.

Neke stanice tijela prisiljene su na fermentaciju, jer im nedostaje mitohondrija, kao što je slučaj s crvenim krvnim stanicama.

U industriji, fermentacijski procesi se koriste s visokom frekvencijom, za proizvodnju serije proizvoda za ljudsku potrošnju, kao što su kruh, alkoholna pića, jogurt, među ostalima.

reference

  1. Baechle, T.R., & Earle, R.W. (ur.). (2007). Principi treninga snage i fizičke kondicije. Ed Panamericana Medical.
  2. Berg, J. M., Stryer, L., i Tymoczko, J.L. (2007). biokemija. Preokrenuo sam.
  3. Campbell, M.K. i Farrell, S.O. (2011). Biokemija. Šesto izdanje. Thomson. Brooks / Cole.
  4. Devlin, T. M. (2011). Udžbenik biokemije. John Wiley & Sons.
  5. Koolman, J., i Röhm, K.H. (2005). Biokemija: tekst i atlas. Ed Panamericana Medical.
  6. Mougios, V. (2006). Biokemija vježbanja. Ljudska kinetika.
  7. Müller-Esterl, W. (2008). Biokemija. Osnove medicine i znanosti o životu. Preokrenuo sam.
  8. Poortmans, J.R. (2004). Principi biokemije vježbanja. 3rd, revidirano izdanje. Karger.
  9. Voet, D., & Voet, J.G. (2006). biokemija. Ed Panamericana Medical.