Typy metabolických ciest a hlavné trasy



metabolická dráha Je to súbor chemických reakcií, katalyzovaných enzýmami. V tomto procese sa molekula X transformuje na molekulu Y prostredníctvom intermediárnych metabolitov. Metabolické cesty prebiehajú v bunkovom prostredí.

Mimo bunky by tieto reakcie zabrali príliš veľa času a niektoré sa nemusia stať. Preto každý krok vyžaduje prítomnosť katalytických proteínov nazývaných enzýmy. Úlohou týchto molekúl je zrýchliť o niekoľko rádov rýchlosť každej reakcie v rámci dráhy.

Fyziologicky sú metabolické cesty navzájom spojené. To znamená, že nie sú izolované v bunke. Mnohé z najdôležitejších ciest majú spoločné metabolity.

V dôsledku toho sa súbor všetkých chemických reakcií, ktoré sa vyskytujú v bunkách, nazýva metabolizmus. Každá bunka je charakterizovaná tým, že vykazuje špecifický metabolický výkon, ktorý je definovaný obsahom enzýmov vo svojom vnútornom priestore, ktorý je zase geneticky determinovaný..

index

  • 1 Všeobecné charakteristiky metabolických ciest
    • 1.1 Reakcie sú katalyzované enzýmami
    • 1.2 Metabolizmus je regulovaný hormónmi
    • 1.3 Rozdelenie
    • 1.4 Koordinácia metabolického toku
  • 2 Typy metabolických ciest
    • 2.1 Katabolické cesty
    • 2.2 Anabolické cesty
    • 2.3 Amfibolické cesty
  • 3 Hlavné metabolické cesty
    • 3.1 Glykolýza alebo glykolýza
    • 3.2 Glukoneogenéza
    • 3.3 Cyklus glyoxylátu
    • 3.4 Krebsov cyklus
    • 3.5 Elektronový transportný reťazec
    • 3.6 Syntéza mastných kyselín
    • 3.7 Beta oxidácia mastných kyselín
    • 3.8 Metabolizmus nukleotidov
    • 3.9 Fermentácia
  • 4 Odkazy

Všeobecné charakteristiky metabolických ciest

V bunkovom prostredí sa vyskytuje veľké množstvo chemických reakcií. Súbor týchto reakcií je metabolizmus a hlavnou funkciou tohto procesu je udržanie homeostázy organizmu za normálnych podmienok a tiež v podmienkach stresu.

Musí teda existovať rovnováha tokov týchto metabolitov. Medzi hlavné charakteristiky metabolických ciest patria:

Reakcie sú katalyzované enzýmami

Protagonistami metabolických ciest sú enzýmy. Zodpovedajú za integráciu a analýzu informácií o metabolickom stave a sú schopné modulovať svoju činnosť podľa aktuálnych bunkových požiadaviek..

Metabolizmus je regulovaný hormónmi

Metabolizmus je poháňaný radom hormónov, ktoré sú schopné koordinovať metabolické reakcie s ohľadom na potreby a výkonnosť organizmu..

rozčlenenie

Existuje metabolizácia metabolických ciest. To znamená, že každá cesta prebieha v špecifickom subcelulárnom kompartmente, nazývajú sa cytoplazma, mitochondrie, medzi inými. Ďalšie cesty sa môžu vyskytovať súčasne v niekoľkých oddeleniach.

Oddelenie ciest napomáha regulácii anabolických a katabolických ciest (pozri nižšie)..

Koordinácia metabolického toku

Koordinácia metabolizmu sa dosahuje stabilitou aktivity príslušných enzýmov. Je potrebné zdôrazniť, že anabolické cesty a ich katabolické náprotivky nie sú úplne nezávislé. Naopak, sú koordinované.

Existujú kľúčové enzymatické body v metabolických cestách. Pri rýchlosti premeny týchto enzýmov je regulovaný celý prietok cesty.

Typy metabolických ciest

V biochémii sa rozlišujú tri typy hlavných metabolických ciest. Toto rozdelenie sa vykonáva podľa nasledujúcich bioenergetických kritérií: katabolické, anabolické a amfibolické cesty.

Katabolické cesty

Katabolické cesty zahŕňajú reakcie oxidačnej degradácie. Uskutočňujú sa za účelom získania energie a redukčnej sily, ktorú bude bunka používať v ďalších reakciách.

Väčšina organických molekúl nie je organizmom syntetizovaná. Naopak, musíme ho konzumovať prostredníctvom jedla. Pri katabolických reakciách sú tieto molekuly degradované na monoméry, ktoré ich tvoria, ktoré môžu byť použité bunkami.

Anabolické cesty

Anabolické cesty zahŕňajú syntetické chemické reakcie, pričom sa berú malé a jednoduché molekuly a transformujú sa na väčšie a zložitejšie prvky.

Aby sa tieto reakcie uskutočnili, musí existovať dostupná energia. Odkiaľ pochádza táto energia? Z katabolických dráh, primárne vo forme ATP.

Týmto spôsobom môžu byť metabolity produkované katabolickými dráhami (ktoré sú globálne nazývané „zásoby metabolitov“) použité v anabolických dráhach, aby sa syntetizovali zložitejšie molekuly, ktoré telo v súčasnosti potrebuje.

Medzi touto skupinou metabolitov patria tri kľúčové molekuly: pyruvát, acetylkoenzým A a glycerol. Tieto metabolity sú zodpovedné za prepojenie metabolizmu rôznych biomolekúl, ako sú napríklad lipidy, sacharidy.

Amfibolické cesty

Trasa amfibolu funguje ako anabolická alebo katabolická cesta. Je to zmiešaná trasa.

Najznámejšou cestou amfibolu je Krebsov cyklus. Táto cesta hrá zásadnú úlohu pri degradácii sacharidov, lipidov a aminokyselín. Podieľa sa však aj na výrobe prekurzorov pre syntetické cesty.

Napríklad metabolity Krebsovho cyklu sú prekurzormi polovice aminokyselín, ktoré sa používajú na tvorbu proteínov.

Hlavné metabolické cesty

Vo všetkých bunkách, ktoré sú súčasťou živých bytostí, sa uskutočňuje séria metabolických ciest. Niektoré z nich sú zdieľané väčšinou organizmov.

Tieto metabolické cesty zahŕňajú syntézu, degradáciu a premenu kľúčových metabolitov na život. Tento celý proces je známy ako prechodný metabolizmus.

Bunky musia mať trvalé organické a anorganické zlúčeniny a tiež chemickú energiu, ktorá sa získava hlavne z molekuly ATP.

ATP (adenozíntrifosfát) je najdôležitejšou formou uchovávania energie všetkých buniek. A energetické zisky a investície metabolických ciest sú zvyčajne vyjadrené v zmysle ATP molekúl.

Ďalej budú diskutované najdôležitejšie cesty, ktoré sú prítomné v prevažnej väčšine živých organizmov.

Glykolýza alebo glykolýza

Glykolýza je cesta, ktorá zahŕňa degradáciu glukózy na dve molekuly kyseliny pyrohroznovej. Je prítomný prakticky vo všetkých živých organizmoch a je považovaný za rýchly spôsob získavania energie.

Vo všeobecnosti sa zvyčajne delí na dve etapy. Prvá zahŕňa prechod molekuly glukózy do dvoch glyceraldehydov, pričom sa reverzujú dve molekuly ATP. V druhej fáze sa vytvárajú vysokoenergetické zlúčeniny a ako konečné produkty sa získajú 4 molekuly ATP a 2 pyruvátu..

Trasa môže pokračovať dvoma rôznymi spôsobmi. Ak existuje kyslík, molekuly ukončia svoju oxidáciu v dýchacom reťazci. Alebo, ak to nie je možné, dochádza k fermentácii.

glukoneogenézy

Glukoneogenéza je cesta syntézy glukózy, vychádzajúc z aminokyselín (s výnimkou leucínu a lyzínu), laktátu, glycerolu alebo ktoréhokoľvek z medziproduktov Krebsovho cyklu..

Glukóza je nevyhnutným substrátom pre určité tkanivá, ako sú mozog, erytrocyty a svaly. Príspevok glukózy sa môže získať prostredníctvom rezerv glykogénu.

Keď sú však vyčerpané, telo musí začať syntézu glukózy, aby spĺňalo požiadavky tkanív - hlavne nervového tkaniva..

Táto dráha sa vyskytuje hlavne v pečeni. Je dôležité, pretože v situáciách nalačno môže telo naďalej získavať glukózu.

Aktivácia dráhy nie je spojená s kŕmením organizmu. Zvieratá, ktoré konzumujú vysoké dávky sacharidov, majú nízke hladiny glukoneogénnych látok, zatiaľ čo diéta s nízkym obsahom glukózy vyžaduje významnú glukoneogénnu aktivitu.

Cyklus glyoxylátu

Tento cyklus je jedinečný pre rastliny a určité druhy baktérií. Táto cesta dosahuje transformáciu acetylových jednotiek, dvoch uhlíkov, na jednotky štyroch uhlíkov - známe ako sukcinát. Posledne uvedená zlúčenina môže produkovať energiu a môže byť tiež použitá na syntézu glukózy.

Napríklad u ľudí by bolo nemožné existovať len na acetáte. V našom metabolizme sa acetylkoenzým A nemôže konvertovať na pyruvát, ktorý je prekurzorom glukoneogénnej dráhy, pretože reakcia enzýmu pyruvát dehydrogenázy je ireverzibilná..

Biochemická logika cyklu je podobná logike cyklu kyseliny citrónovej, s výnimkou dvoch dekarboxylačných štádií. Vyskytuje sa vo veľmi špecifických organelách rastlín nazývaných glyoxysómy a je obzvlášť dôležitý v semenách niektorých rastlín, ako sú slnečnice..

Krebsov cyklus

Je to jedna z ciest považovaných za ústrednú pre metabolizmus organických bytostí, pretože zjednocuje metabolizmus najdôležitejších molekúl, vrátane proteínov, tukov a sacharidov..

Je súčasťou bunkového dýchania a jeho cieľom je uvoľniť energiu uloženú v molekule acetylkoenzýmu A - hlavného prekurzora Krebsovho cyklu. Skladá sa z desiatich enzymatických krokov a, ako sme spomínali, cyklus funguje v anabolických aj katabolických dráhach.

V eukaryotických organizmoch prebieha cyklus v matrici mitochondrií. U prokaryotov, ktorým chýbajú pravé subcelulárne kompartmenty, sa cyklus vykonáva v cytoplazmatickej oblasti.

Elektronový transportný reťazec

Elektronový transportný reťazec je tvorený radom dopravníkov ukotvených v membráne. Cieľom reťazca je vytvárať energiu vo forme ATP.

Reťazce sú schopné vytvárať elektrochemický gradient vďaka toku elektrónov, kľúčovému procesu syntézy energie.

Syntéza mastných kyselín

Mastné kyseliny sú molekuly, ktoré v bunkách hrajú veľmi dôležité úlohy, nachádzajú sa hlavne ako štruktúrna zložka všetkých biologických membrán. Z tohto dôvodu je nevyhnutná syntéza mastných kyselín.

Celý proces syntézy prebieha v bunkovom cytosóle. Centrálna molekula procesu sa nazýva malonyl koenzým A. Je zodpovedný za poskytnutie atómov, ktoré tvorili uhlíkový skelet mastnej kyseliny vo formácii.

Beta oxidácia mastných kyselín

Beta oxidácia je proces degradácie mastných kyselín. To sa dosahuje štyrmi krokmi: oxidáciou pomocou FAD, hydratáciou, oxidáciou NAD + a tiolyzou. Predtým musí byť mastná kyselina aktivovaná integráciou koenzýmu A.

Produktom uvedených reakcií sú jednotky tvorené párom uhlíkov vo forme acetylkoenzýmu A. Táto molekula môže vstúpiť do Krebsovho cyklu..

Energetická účinnosť tejto cesty závisí od dĺžky reťazca mastných kyselín. Napríklad pre kyselinu palmitovú, ktorá má 16 uhlíkov, je čistý výťažok 106 molekúl ATP.

Táto cesta prebieha v mitochondriách eukaryot. Existuje tiež ďalšia alternatívna cesta v priestore nazývanom peroxizóm.

Pretože väčšina mastných kyselín sa nachádza v bunkovom cytosóle, musia byť transportované do oddelenia, kde budú oxidované. Doprava závisí od kartinitanu a umožňuje týmto molekulám vstup do mitochondrií.

Metabolizmus nukleotidov

Syntéza nukleotidov je kľúčovou udalosťou v bunkovom metabolizme, pretože to sú prekurzory molekúl, ktoré tvoria časť genetického materiálu, DNA a RNA, a dôležitých energetických molekúl, ako sú ATP a GTP..

Prekurzory syntézy nukleotidov zahŕňajú rôzne aminokyseliny, fosfát ribózy 5, oxid uhličitý a NH3. Recyklačné cesty sú zodpovedné za recykláciu voľných báz a nukleozidov uvoľnených z rozpadu nukleových kyselín.

Tvorba purínového kruhu sa uskutočňuje z fosfátu ribózy 5, je to purínové jadro a nakoniec sa získa nukleotid..

Pyrimidínový kruh sa syntetizuje ako kyselina orotová. Po naviazaní na fosfát ribózy 5 sa transformuje na pyrimidínové nukleotidy.

kvasenie

Fermentácie sú metabolické procesy nezávislé od kyslíka. Sú katabolického typu a konečným produktom procesu je metabolit, ktorý má stále oxidačný potenciál. Existujú rôzne druhy fermentácií, ale v našom tele prebieha fermentácia mlieka.

Laktátová fermentácia prebieha v bunkovej cytoplazme. Pozostáva z čiastočnej degradácie glukózy za účelom získania metabolickej energie. Kyselina mliečna sa vyrába ako odpadová látka.

Po intenzívnom sedení anaeróbnych cvikov sa nenachádza sval s primeranou koncentráciou kyslíka a dochádza k fermentácii mlieka.

Niektoré bunky v tele sú nútené kvasiť, pretože im chýbajú mitochondrie, ako je to v prípade červených krviniek.

V priemysle sa fermentačné procesy používajú s vysokou frekvenciou, aby sa vyrobila séria výrobkov na ľudskú spotrebu, ako napríklad chlieb, alkoholické nápoje, jogurt, okrem iného..

referencie

  1. Baechle, T. R., & Earle, R. W. (Eds.). (2007). Zásady silového tréningu a fyzického kondicionovania. Panamericana Medical.
  2. Berg, J. M., Stryer, L., & Tymoczko, J. L. (2007). biochémie. Obrátil som sa.
  3. Campbell, M. K., & Farrell, S. O. (2011). Biochémie. Šieste vydanie. Thomson. Brooks / Cole.
  4. Devlin, T. M. (2011). Učebnica biochémie. John Wiley & Sons.
  5. Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). Biochémia: text a atlas. Panamericana Medical.
  6. Mougios, V. (2006). Cvičenie biochémie. Ľudská kinetika.
  7. Müller-Esterl, W. (2008). Biochémie. Základy medicíny a biologických vied. Obrátil som sa.
  8. Poortmans, J.R. (2004). Princípy cvičebnej biochémie. 3rd, revidované vydanie. Karger.
  9. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). biochémie. Panamericana Medical.