Метаболитни маршрути и основни маршрути



а метаболитен път Това е съвкупност от химични реакции, катализирани от ензими. В този процес, X молекула се трансформира в Y молекула чрез междинни метаболити. Метаболитни маршрути протичат в клетъчната среда.

Извън клетката, тези реакции ще отнемат твърде много време, а някои може да не се случат. Следователно, всяка стъпка изисква присъствието на каталитичните протеини, наречени ензими. Ролята на тези молекули е да ускорят с няколко порядъка скоростта на всяка реакция в рамките на пътя.

Физиологично, метаболитните пътища са свързани помежду си. Това означава, че те не са изолирани в клетката. Много от най-важните маршрути имат общи метаболити.

Следователно, наборът от всички химични реакции, които се появяват в клетките, се нарича метаболизъм. Всяка клетка се характеризира със специфично метаболитно действие, което се определя от съдържанието на ензими в неговия интериор, което от своя страна е генетично определено..

индекс

  • 1 Обща характеристика на метаболитните пътища
    • 1.1 Реакциите се катализират от ензими
    • 1.2 Метаболизмът се регулира от хормони
    • 1.3
    • 1.4 Координация на метаболитния поток
  • 2 Видове метаболитни пътища
    • 2.1 Катаболични маршрути
    • 2.2 Анаболни маршрути
    • 2.3 Амфиболни пътища
  • 3 Основни метаболитни пътища
    • 3.1 Гликолиза или гликолиза
    • 3.2 Глюконеогенеза
    • 3.3 Глиоксилатен цикъл
    • 3.4 Цикъл на Кребс
    • 3.5 Електронна транспортна верига
    • 3.6 Синтез на мастни киселини
    • 3.7 Бета окисление на мастни киселини
    • 3.8 Метаболизъм на нуклеотиди
    • 3.9 Ферментация
  • 4 Препратки

Обща характеристика на метаболитните пътища

В клетъчната среда настъпват голям брой химични реакции. Множеството от тези реакции е метаболизма и основната функция на този процес е да поддържа хомеостазата на организма при нормални условия, а също и при условия на стрес..

Следователно трябва да има баланс на потоците на тези метаболити. Сред основните характеристики на метаболитните пътища имаме следното:

Реакциите се катализират от ензими

Протагонистите на метаболитните пътища са ензими. Те отговарят за интегрирането и анализирането на информация за метаболитния статус и са в състояние да променят дейността си в съответствие с клетъчните изисквания на момента.

Метаболизмът се регулира от хормони

Метаболизмът се управлява от серия от хормони, които са в състояние да координират метаболитните реакции, като се вземат предвид нуждите и работата на организма..

компартментализацията

Има разделение на метаболитните пътища. Това означава, че всеки път се осъществява в специфично подклетъчно отделение, нарича се цитоплазма, митохондрии, между другото. Други пътища могат да се появят едновременно в няколко отделения.

Разделянето на маршрутите спомага за регулирането на анаболните и катаболните пътища (виж по-долу).

Координация на метаболитния поток

Координацията на метаболизма се постига чрез стабилността на активността на участващите ензими. Необходимо е да се подчертае, че анаболните пътища и техните катаболични колеги не са напълно независими. За разлика от тях те са координирани.

Има ключови ензимни точки в рамките на метаболитните пътища. С скоростта на превръщане на тези ензими, целият поток от маршрута е регулиран.

Видове метаболитни пътища

В биохимията се разграничават три вида основни метаболитни пътища. Това разделение се извършва по следните биоенергийни критерии: катаболични, анаболни и амфиболни пътища.

Катаболични маршрути

Катаболните маршрути обхващат реакции на окислително разграждане. Те се извършват с цел получаване на енергия и редуцираща мощност, които по-късно ще се използват от клетката при други реакции.

Повечето органични молекули не се синтезират от организма. Обратно, ние трябва да го консумираме чрез храна. При катаболните реакции, тези молекули се разграждат в мономерите, които ги образуват, които могат да се използват от клетките.

Анаболни маршрути

Анаболните пътища включват синтетични химични реакции, като се вземат малки и прости молекули и ги превръщат в по-големи и по-сложни елементи.

За да се осъществят тези реакции, трябва да има налична енергия. Откъде идва тази енергия? От катаболните пътища, главно под формата на АТФ.

По този начин метаболитите, произведени от катаболичните пътища (които в световен мащаб се наричат ​​"пул от метаболити"), могат да се използват в анаболните пътища, за да синтезират по-сложни молекули, от които тялото се нуждае в момента.

Сред този набор от метаболити има три ключови молекули на процеса: пируват, ацетил коензим А и глицерол. Тези метаболити са отговорни за свързването на метаболизма на различни биомолекули, като липиди, въглехидрати и др.

Амфиболни пътища

Амфиболен път работи като анаболен или катаболичен път. Искам да кажа, това е смесен маршрут.

Най-известният път на амфибола е цикълът на Кребс. Този маршрут играе основна роля в разграждането на въглехидрати, липиди и аминокиселини. Той обаче участва и в производството на прекурсори за синтетични пътища.

Например, метаболитите на Krebs са прекурсорите на половината от аминокиселините, които се използват за изграждане на протеини.

Основни метаболитни пътища

Във всички клетки, които са част от живи същества, се провеждат редица метаболитни пътища. Някои от тях се споделят от повечето организми.

Тези метаболитни пътища включват синтез, разграждане и превръщане на жизненоважни метаболити. Целият процес е известен като междинен метаболизъм.

Клетките трябва да имат постоянни органични и неорганични съединения, както и химическа енергия, която се получава главно от молекулата на АТФ.

АТФ (аденозин трифосфат) е най-важната форма за съхранение на енергия на всички клетки. А енергийните печалби и инвестициите на метаболитните пътища обикновено се изразяват като АТР молекули.

След това ще бъдат обсъдени най-важните пътища, които присъстват в по-голямата част от живите организми.

Гликолиза или гликолиза

Гликолизата е път, който включва разграждането на глюкозата до две молекули пирогроздена киселина, получавайки като чиста печалба две АТР молекули. Той присъства почти във всички живи организми и се счита за бърз начин за получаване на енергия.

Като цяло, обикновено се разделя на два етапа. Първият включва преминаването на глюкозната молекула в два глицералдехида, обръщайки две молекули на АТР. Във втората фаза се генерират високоенергийни съединения и се получават 4 молекули АТР и 2 пирувата като крайни продукти..

Маршрутът може да продължи по два различни начина. Ако има кислород, молекулите ще прекратят окислението си в дихателната верига. Или, в отсъствието на това, настъпва ферментация.

глюконеогенезата

Глюконеогенезата е път на синтеза на глюкоза, като се започне от аминокиселини (с изключение на левцин и лизин), лактат, глицерол или някой от междинните съединения на цикъла на Кребс..

Глюкозата е незаменим субстрат за определени тъкани като мозъка, еритроцитите и мускулите. Приносът на глюкозата може да се получи чрез запаси от гликоген.

Въпреки това, когато те са изчерпани, тялото трябва да започне синтеза на глюкоза, за да отговори на изискванията на тъканите - главно на нервната тъкан..

Този път се среща главно в черния дроб. Тя е жизненоважна, защото в ситуации на гладно тялото може да продължи да получава глюкоза.

Активирането или не на пътеката е свързано с храненето на организма. Животните, които консумират високи диети в въглехидрати, имат ниски нива на глюконеогенност, докато диетите с ниска глюкоза изискват значителна глюконеогенна активност.

Глиоксилатен цикъл

Този цикъл е уникален за растенията и някои видове бактерии. Този маршрут постига превръщането на ацетиловите единици, от два въглерода, в единици от четири въглерода - известни като сукцинат. Последното съединение може да произведе енергия и може също да се използва за синтез на глюкоза.

Например, при хората е невъзможно да се запази само ацетат. В нашия метаболизъм, ацетил коензим А не може да се превърне в пируват, който е предшественик на глюконеогенния път, тъй като реакцията на ензима пируват дехидрогеназа е необратима.

Биохимичната логика на цикъла е подобна на тази на цикъла на лимонената киселина, с изключение на двата декарбоксилатни етапа. Среща се в много специфични органели на растенията, наречени глиоксисоми, и е особено важно в семената на някои растения като слънчоглед.

Цикълът на Кребс

Той е един от маршрутите, считани за централни за метаболизма на органичните същества, тъй като той обединява метаболизма на най-важните молекули, включително протеини, мазнини и въглехидрати..

Той е компонент на клетъчното дишане и има за цел да освободи енергията, съхранявана в молекулата на ацетилкоензим А - основният прекурсор на цикъла на Кребс. Той се състои от десет ензимни стъпки и, както споменахме, цикълът работи както в анаболни, така и в катаболни пътища.

При еукариотните организми, цикълът се осъществява в матрицата на митохондриите. При прокариотите - които нямат истински субклетъчни отделения - цикълът се провежда в цитоплазмената област.

Електронна транспортна верига

Електронната транспортна верига се формира от серия от конвейри, закотвени в мембрана. Целта на веригата е да генерира енергия под формата на АТФ.

Веригите са в състояние да създадат електрохимичен градиент благодарение на потока от електрони, решаващ процес за синтез на енергия.

Синтез на мастни киселини

Мастните киселини са молекули, които играят много важни роли в клетките, те се откриват главно като структурен компонент на всички биологични мембрани. Поради тази причина синтезът на мастни киселини е от съществено значение.

Целият процес на синтез се среща в цитозола на клетката. Централната молекула на процеса се нарича малонил коензим А. Тя е отговорна за осигуряване на атомите, които образуват въглеродния скелет на мастни киселини в образуването..

Бета окисление на мастни киселини

Бета окислението е процес на разграждане на мастни киселини. Това се постига чрез четири етапа: окисление чрез FAD, хидратация, окисление чрез NAD + и тиолиза. Преди това мастната киселина трябва да се активира чрез интегриране на коензим А.

Продуктът на споменатите реакции са единици, образувани от няколко въглеродни атома под формата на ацетил коензим А. Тази молекула може да влезе в цикъла на Кребс..

Енергийната ефективност на този път зависи от дължината на веригата на мастните киселини. Например за палмитиновата киселина, която има 16 въглеродни атома, нетният добив е 106 молекули АТР.

Този път се осъществява в митохондриите на еукариотите. Има и друг алтернативен маршрут в отделение, наречено пероксизом.

Тъй като повечето от мастните киселини се намират в клетъчния цитозол, те трябва да бъдат транспортирани до отделението, където те ще бъдат окислени. Транспортът зависи от картинитан и позволява на тези молекули да навлязат в митохондриите.

Метаболизъм на нуклеотиди

Синтезът на нуклеотиди е ключово събитие в клетъчния метаболизъм, тъй като те са предшественици на молекулите, които са част от генетичния материал, ДНК и РНК, и на важни енергийни молекули, като ATP и GTP..

Прекурсорите на синтеза на нуклеотиди включват различни аминокиселини, рибоза 5 фосфат, въглероден диоксид и NH3. Пътищата за възстановяване са отговорни за рециклирането на свободни бази и нуклеозиди, освободени от разграждането на нуклеиновите киселини.

Образуването на пуринов пръстен се осъществява от рибоза 5 фосфата, случва се да бъде пуриново ядро ​​и накрая нуклеотидът се получава.

Пиримидиновият пръстен се синтезира като оротична киселина. След свързването с рибоза 5 фосфат, той се трансформира в пиримидинови нуклеотиди.

ферментация

Ферментациите са метаболитни процеси, независими от кислорода. Те са от катаболен тип и крайният продукт от процеса е метаболит, който все още има окислителен потенциал. Има различни видове ферментации, но в нашето тяло се осъществява млечнокисела ферментация.

Млечната ферментация се осъществява в клетъчната цитоплазма. Състои се от частично разграждане на глюкозата, за да се получи метаболитна енергия. Млечна киселина се произвежда като отпадъчно вещество.

След интензивна сесия на анаеробни упражнения, мускулите не се откриват с достатъчни концентрации на кислород, а настъпва млечна ферментация..

Някои клетки на тялото са принудени да ферментират, тъй като им липсват митохондрии, какъвто е случаят с червените кръвни клетки.

В индустрията, ферментационните процеси се използват с висока честота, за да се произвеждат редица продукти за човешка консумация, като хляб, алкохолни напитки, кисело мляко, както и други..

препратки

  1. Baechle, Т. R., & Earle, R. W. (ред.). (2007). Принципи на силово обучение и физическа подготовка. Ed. Panamericana Medical.
  2. Berg, J. М., Stryer, L., & Tymoczko, J.L. (2007). биохимия. Обърнах се обратно.
  3. Campbell, М. K., & Farrell, S. O. (2011). Биохимия. Шесто издание. Thomson. Брукс / Коул.
  4. Девлин, Т. М. (2011). Учебник по биохимия. Джон Уайли и синове.
  5. Koolman, J., & Röhm, К. H. (2005). Биохимия: текст и атлас. Ed. Panamericana Medical.
  6. Mougios, V. (2006). Упражнение биохимия. Човешката кинетика.
  7. Müller-Esterl, W. (2008). Биохимия. Основи на медицината и науките за живота. Обърнах се обратно.
  8. Poortmans, J.R. (2004 г.). Принципи на упражненията биохимия. 3тата, преработено издание. Karger.
  9. Voet, D., & Voet, J.G. (2006). биохимия. Ed. Panamericana Medical.