Typy szlaków metabolicznych i główne trasy



Jeden szlak metaboliczny Jest to zestaw reakcji chemicznych katalizowanych przez enzymy. W tym procesie cząsteczka X jest przekształcana w cząsteczkę Y poprzez metabolity pośrednie. Szlaki metaboliczne zachodzą w środowisku komórkowym.

Na zewnątrz komórki, te reakcje zajęłoby zbyt wiele czasu, a niektórzy mogą nie występować. Dlatego każdy etap wymaga obecności białek katalitycznych zwanych enzymami. Rolą tych cząsteczek przyspiesza się o kilka rzędów wielkości prędkości każdej reakcji w szlaku.

Fizjologicznie szlaki metaboliczne są ze sobą połączone. Oznacza to, że nie są izolowane wewnątrz komórki. Wiele najważniejszych dróg ma wspólne metabolity.

W konsekwencji zbiór wszystkich reakcji chemicznych zachodzących w komórkach nazywany jest metabolizmem. Każda komórka charakteryzuje się specyficzną wydajnością metaboliczną, która jest określona przez zawartość enzymów w jej wnętrzu, co z kolei jest uwarunkowane genetycznie.

Indeks

  • 1 Ogólna charakterystyka szlaków metabolicznych
    • 1.1 Reakcje są katalizowane przez enzymy
    • 1.2 Metabolizm jest regulowany przez hormony
    • 1.3 Podział na przedziały
    • 1.4 Koordynacja przepływu metabolicznego
  • 2 Rodzaje szlaków metabolicznych
    • 2.1 Szlaki kataboliczne
    • 2.2 Szlaki anaboliczne
    • 2.3 Szlaki amfiboliczne
  • 3 Główne szlaki metaboliczne
    • 3.1 Glikoliza lub glikoliza
    • 3.2 Glukoneogeneza
    • 3.3 Cykl glioksylanu
    • 3.4 Cykl Krebsa
    • 3.5 Łańcuch transportu elektronów
    • 3.6 Synteza kwasów tłuszczowych
    • 3.7 Utlenianie beta kwasów tłuszczowych
    • 3.8 Metabolizm nukleotydów
    • 3.9 Fermentacja
  • 4 odniesienia

Ogólna charakterystyka szlaków metabolicznych

W środowisku komórkowym zachodzi duża liczba reakcji chemicznych. Zestawem tych reakcji jest metabolizm, a główną funkcją tego procesu jest utrzymanie homeostazy organizmu w normalnych warunkach, a także w warunkach stresu.

Zatem musi istnieć równowaga przepływów tych metabolitów. Wśród głównych cech szlaków metabolicznych mamy następujące:

Reakcje są katalizowane przez enzymy

Bohaterami szlaków metabolicznych są enzymy. Są odpowiedzialni za integrację i analizę informacji o stanie metabolicznym i są w stanie modulować swoją aktywność zgodnie z aktualnymi wymaganiami komórkowymi.

Metabolizm jest regulowany przez hormony

Metabolizm jest napędzany przez szereg hormonów, które są w stanie koordynować reakcje metaboliczne, biorąc pod uwagę potrzeby i wydajność organizmu.

Podział na części

Istnieje podział na szlaki metaboliczne. Oznacza to, że każda ścieżka przebiega w określonym przedziale subkomórkowym, nazywanym między innymi cytoplazmą, mitochondriami. Inne trasy mogą występować jednocześnie w kilku przedziałach.

Podział tras pomaga regulować szlaki anaboliczne i kataboliczne (patrz poniżej).

Koordynacja przepływu metabolicznego

Koordynację metabolizmu osiąga się dzięki stabilności aktywności zaangażowanych enzymów. Należy podkreślić, że szlaki anaboliczne i ich odpowiedniki kataboliczne nie są całkowicie niezależne. Natomiast są skoordynowane.

W szlakach metabolicznych występują kluczowe punkty enzymatyczne. Wraz z prędkością konwersji tych enzymów regulowany jest cały przepływ trasy.

Rodzaje szlaków metabolicznych

W biochemii wyróżnia się trzy typy głównych szlaków metabolicznych. Podział ten odbywa się według kryteriów bioenergetycznych: szlaków katabolicznych, anabolicznych i amfibowych.

Szlaki kataboliczne

Szlaki kataboliczne obejmują reakcje degradacji oksydacyjnej. Są one przeprowadzane w celu uzyskania energii i zmniejszenia mocy, które będą później wykorzystywane przez komórkę w innych reakcjach.

Większość cząsteczek organicznych nie jest syntetyzowana przez organizm. W przeciwieństwie do tego, musimy spożywać to poprzez jedzenie. W reakcjach katabolicznych cząsteczki te są rozkładane na monomery, które je tworzą, które mogą być wykorzystywane przez komórki.

Szlaki anaboliczne

Szlaki anaboliczne obejmują syntetyczne reakcje chemiczne, przyjmując małe i proste cząsteczki, i przekształcając je w większe i bardziej złożone elementy.

Aby te reakcje miały miejsce, musi być dostępna energia. Skąd pochodzi ta energia? Spośród szlaków katabolicznych, głównie w postaci ATP.

W ten sposób metabolity wytwarzane przez szlaki kataboliczne (zwane globalnie „pulą metabolitów”) mogą być wykorzystywane w szlakach anabolicznych w celu syntezy bardziej złożonych cząsteczek, których organizm potrzebuje w tej chwili.

Wśród tej puli metabolitów znajdują się trzy kluczowe cząsteczki tego procesu: pirogronian, acetylokoenzym A i glicerol. Metabolity te są odpowiedzialne za łączenie metabolizmu różnych biocząsteczek, takich jak między innymi lipidy, węglowodany..

Szlaki amfiboliczne

Droga amfibolowa działa jak szlak anaboliczny lub kataboliczny. Mam na myśli, że to mieszana trasa.

Najbardziej znaną trasą amfiboli jest cykl Krebsa. Ta droga odgrywa zasadniczą rolę w degradacji węglowodanów, lipidów i aminokwasów. Uczestniczy jednak również w produkcji prekursorów do tras syntetycznych.

Na przykład metabolity cyklu Krebsa są prekursorami połowy aminokwasów, które są wykorzystywane do budowy białek.

Główne szlaki metaboliczne

We wszystkich komórkach, które są częścią istot żywych, są one przeprowadzane wiele szlaków metabolicznych. Niektóre z nich są wspólne dla większości organizmów.

Te szlaki metaboliczne obejmują syntezę, degradację i konwersję kluczowych metabolitów na całe życie. Cały ten proces jest znany jako metabolizm pośredni.

Komórki muszą mieć trwałe związki organiczne i nieorganiczne, a także energię chemiczną, która jest otrzymywana głównie z cząsteczki ATP.

ATP (adenozynotrifosforan) stanowi formę magazynowania najważniejsze wszystkich komórek energii. I przyrost energii i inwestycji w szlakach metabolicznych zazwyczaj wyrażona cząsteczek ATP.

Następnie omówione zostaną najważniejsze szlaki obecne w ogromnej większości organizmów żywych.

Glikoliza lub glikoliza

Glikoliza jest drogą, która obejmuje degradację glukozy do dwóch cząsteczek kwasu pirogronowego, uzyskując jako zysk netto dwie cząsteczki ATP. Jest obecny praktycznie we wszystkich żywych organizmach i jest uważany za szybki sposób pozyskiwania energii.

Ogólnie rzecz biorąc, jest on zwykle podzielony na dwa etapy. Pierwszy polega na przejściu cząsteczki glukozy w dwóch aldehydach glicerynowych, odwracając dwie cząsteczki ATP. W drugiej fazie powstają związki wysokoenergetyczne, a 4 cząsteczki ATP i 2 pirogronianu są otrzymywane jako produkty końcowe.

Trasa może być kontynuowana na dwa różne sposoby. Jeśli jest tlen, cząsteczki zakończą utlenianie w łańcuchu oddechowym. Lub w przypadku braku tego następuje fermentacja.

Glukoneogeneza

Glukoneogeneza jest drogą syntezy glukozy, poczynając od aminokwasów (z wyjątkiem leucyny i lizyny), mleczanu, glicerolu lub dowolnego związku pośredniego cyklu Krebsa.

Glukoza jest warunkiem wstępnym dla pewnych tkankach, takich jak mózg, mięśnie i podłoża erytrocytów. Udział glukozy można uzyskać poprzez rezerwy glikogenu.

Jednakże, gdy są one wyczerpane, organizm musi rozpocząć syntezę glukozy, aby sprostać wymaganiom tkanek - głównie tkanki nerwowej.

Szlak ten występuje głównie w wątrobie. Jest to ważne, ponieważ w sytuacjach na czczo ciało może nadal otrzymywać glukozę.

Aktywacja szlaku nie jest związana z karmieniem organizmu. Zwierzęta spożywające duże ilości węglowodanów mają niskie wskaźniki glukoneogenne, podczas gdy diety o niskiej zawartości glukozy wymagają znacznej aktywności glukoneogennej.

Cykl glioksylanu

Ten cykl jest unikalny dla roślin i niektórych rodzajów bakterii. Ta droga pozwala przekształcić jednostki acetylowe, dwóch węgli, w jednostki czterech węgli - znane jako bursztynian. Ten ostatni związek może wytwarzać energię i może być również stosowany do syntezy glukozy.

Na przykład u ludzi niemożliwe byłoby przetrwanie tylko na octanie. W naszym metabolizmie acetylokoenzym A nie może być przekształcony w pirogronian, który jest prekursorem szlaku glukoneogennego, ponieważ reakcja enzymu dehydrogenazy pirogronianowej jest nieodwracalna.

Biochemiczna logika cyklu jest podobna do tej z cyklu kwasu cytrynowego, z wyjątkiem dwóch etapów dekarboksylacji. Występuje w bardzo specyficznych organellach roślin zwanych glioksysomami i jest szczególnie ważny w nasionach niektórych roślin, takich jak słoneczniki.

Cykl Krebsa

Jest to jedna z dróg uważanych za kluczowe dla metabolizmu istot organicznych, ponieważ jednoczy metabolizm najważniejszych cząsteczek, w tym białek, tłuszczów i węglowodanów.

Jest składnikiem oddychania komórkowego i ma na celu uwolnienie energii zmagazynowanej w cząsteczce acetylokoenzymu A - głównego prekursora cyklu Krebsa. Składa się z dziesięciu etapów enzymatycznych i, jak wspomnieliśmy, cykl działa zarówno na szlakach anabolicznych, jak i katabolicznych.

W organizmach eukariotycznych cykl zachodzi w macierzy mitochondriów. U prokariontów - którym brakuje prawdziwych przedziałów subkomórkowych - cykl odbywa się w regionie cytoplazmatycznym.

Łańcuch transportu elektronów

Łańcuch transportu elektronów jest utworzony przez szereg przenośników zakotwiczonych w membranie. Łańcuch ma na celu generowanie energii w postaci ATP.

Łańcuchy są w stanie wytworzyć gradient elektrochemiczny dzięki przepływowi elektronów, kluczowemu procesowi syntezy energii.

Synteza kwasów tłuszczowych

Kwasy tłuszczowe są cząsteczkami, które odgrywają bardzo ważną rolę w komórkach, występują głównie jako składnik strukturalny wszystkich błon biologicznych. Z tego powodu synteza kwasów tłuszczowych jest niezbędna.

Cały proces syntezy zachodzi w cytozolu komórki. Centralna cząsteczka tego procesu nazywana jest malonylowym koenzymem A. Odpowiada za dostarczanie atomów tworzących szkielet węglowy kwasów tłuszczowych w formacji.

Utlenianie beta kwasów tłuszczowych

Utlenianie beta jest procesem degradacji kwasów tłuszczowych. Osiąga się to poprzez cztery etapy: utlenianie przez FAD, hydratację, utlenianie przez NAD + i tiolizę. Wcześniej kwas tłuszczowy musi być aktywowany przez integrację koenzymu A.

Produktem wspomnianych reakcji są jednostki utworzone przez kilka atomów węgla w postaci acetylokoenzymu A. Ta cząsteczka może wejść w cykl Krebsa.

Efektywność energetyczna tej drogi zależy od długości łańcucha kwasów tłuszczowych. Na przykład dla kwasu palmitynowego, który ma 16 atomów węgla, wydajność netto wynosi 106 cząsteczek ATP.

Ta droga odbywa się w mitochondriach eukariontów. Istnieje również inna alternatywna droga w przedziale zwanym peroksysomem.

Ponieważ większość kwasów tłuszczowych znajduje się w cytozolu komórkowym, muszą one być transportowane do przedziału, gdzie zostaną utlenione. Transport jest zależny od cartinitan i pozwala tym molekułom wejść do mitochondriów.

Metabolizm nukleotydów

Synteza nukleotydów jest kluczowym wydarzeniem w metabolizmie komórkowym, ponieważ są one prekursorami cząsteczek, które tworzą część materiału genetycznego, DNA i RNA oraz ważnych cząsteczek energii, takich jak ATP i GTP.

Prekursory syntezy nukleotydów obejmują różne aminokwasy, fosforan rybozy 5, dwutlenek węgla i NH3. Drogi odzyskiwania są odpowiedzialne za recykling wolnych zasad i nukleozydów uwalnianych z rozkładu kwasów nukleinowych.

Tworzenie pierścienia purynowego odbywa się z fosforanu rybozy 5, dzieje się tak, że jest to jądro purynowe i ostatecznie otrzymuje się nukleotyd.

Pierścień pirymidynowy jest syntetyzowany jako kwas orotowy. Po związaniu z fosforanem rybozy 5 przekształca się w nukleotydy pirymidynowe.

Fermentacja

Fermentacje są procesami metabolicznymi niezależnymi od tlenu. Są typu katabolicznego, a produktem końcowym procesu jest metabolit, który wciąż ma potencjał utleniania. Istnieją różne rodzaje fermentacji, ale w naszym organizmie zachodzi fermentacja mlekowa.

Fermentacja mlekowa zachodzi w cytoplazmie komórkowej. Polega na częściowej degradacji glukozy w celu uzyskania energii metabolicznej. Kwas mlekowy jest produkowany jako substancja odpadowa.

Po intensywnej sesji ćwiczeń beztlenowych nie znaleziono mięśnia o odpowiednich stężeniach tlenu i następuje fermentacja mlekowa.

Niektóre komórki organizmu są zmuszone do fermentacji, ponieważ brakuje im mitochondriów, jak w przypadku czerwonych krwinek.

W przemyśle procesy fermentacji są stosowane z dużą częstotliwością, aby wyprodukować szereg produktów do spożycia przez ludzi, takich jak między innymi chleb, napoje alkoholowe, jogurt..

Referencje

  1. Baechle, T. R. i Earle, R. W. (red.). (2007). Zasady treningu siłowego i kondycji fizycznej. Ed. Panamericana Medical.
  2. Berg, J. M., Stryer, L. i Tymoczko, J. L. (2007). Biochemia. Odwróciłem się.
  3. Campbell, M. K., i Farrell, S. O. (2011). Biochemia Szósta edycja. Thomson. Brooks / Cole.
  4. Devlin, T. M. (2011). Podręcznik biochemii. John Wiley & Sons.
  5. Koolman, J. i Röhm, K. H. (2005). Biochemia: tekst i atlas. Ed. Panamericana Medical.
  6. Mougios, V. (2006). Ćwicz biochemię. Ludzka kinetyka.
  7. Müller-Esterl, W. (2008). Biochemia Podstawy medycyny i nauk przyrodniczych. Odwróciłem się.
  8. Poortmans, J.R. (2004). Zasady biochemii ćwiczeń. 3rd, poprawiona edycja. Karger.
  9. Voet, D. i Voet, J. G. (2006). Biochemia. Ed. Panamericana Medical.