METABOLSKE RUTER: TYPER OG HOVEDRUTER - BIOLOGI - 2025

En metabolisk vej er et sæt kemiske reaktioner, katalyseret af enzymer. I denne proces omdannes et molekyle X til et molekyle Y ved hjælp af mellemliggende metabolitter. Metaboliske veje finder sted i det cellulære miljø.

Uden for cellen vil disse reaktioner tage for lang tid, og nogle forekommer muligvis ikke. Derfor kræver hvert trin tilstedeværelsen af ​​katalysatorproteiner kaldet enzymer. Disse molekylers rolle er at fremskynde hastigheden af ​​hver reaktion inden for banen med flere størrelsesordener.

Hovedmetabolske ruter

Kilde: Chakazul (tale · bidrag), via Wikimedia Commons.

Fysiologisk er de metaboliske veje forbundet til hinanden. Det vil sige, de er ikke isoleret inden i cellen. Mange af de vigtigste veje deler metabolitter til fælles.

Følgelig kaldes stof for alle kemiske reaktioner, der forekommer i celler, metabolisme. Hver celle er karakteriseret ved at udvise en specifik metabolisk præstation, der er defineret af indholdet af enzymer inden i, som igen bestemmes genetisk.

Generelle egenskaber ved metaboliske veje

I det cellulære miljø forekommer et stort antal kemiske reaktioner. Sættet med disse reaktioner er stofskifte, og hovedfunktionen i denne proces er at bevare kroppens homeostase under normale forhold og også under stressbetingelser.

Der skal således være en balance i fluxer af disse metabolitter. Blandt de vigtigste egenskaber ved metaboliske veje har vi følgende:

Reaktioner katalyseres af enzymer

Reaktion katalyseret af cyclooxygenaseenzymer (Kilde: Pancrat via Wikimedia Commons)

Hovedpersonerne i metabolske veje er enzymer. De er ansvarlige for at integrere og analysere information om metabolisk status og er i stand til at modulere deres aktivitet afhængigt af det aktuelle cellulære behov.

Metabolisme reguleres af hormoner

Metabolismen styres af en række hormoner, der er i stand til at koordinere metaboliske reaktioner under hensyntagen til kroppens behov og ydeevne.

opsplitning

Der er en opdeling af metabolske veje. Det vil sige, hver vej finder sted i et specifikt subcellulært rum, kalder det blandt andet cytoplasma, mitokondrier. Andre ruter kan forekomme i flere rum samtidig.

Opdelingen af ​​stierne hjælper med til regulering af de anabolske og kataboliske veje (se nedenfor).

Koordinering af metabolisk strømning

Koordinationen af ​​metabolisme opnås gennem stabiliteten af ​​aktiviteten af ​​de involverede enzymer. Det skal bemærkes, at anabolske veje og deres kataboliske modstykker ikke er helt uafhængige. I modsætning hertil er de koordinerede.

Der er centrale enzymatiske punkter inden for de metaboliske veje. Med omdannelseshastigheden af ​​disse enzymer reguleres hele strømningen af ​​stien.

Typer af metaboliske veje

I biokemi skelnes der mellem tre hovedtyper af metaboliske veje. Denne opdeling udføres efter bioenergetiske kriterier: kataboliske, anabolske og amfibolruter.

Kataboliske ruter

Kataboliske veje omfatter oxidative nedbrydningsreaktioner. De udføres for at opnå energi og reducerende effekt, som senere vil blive brugt af cellen i andre reaktioner.

De fleste af de organiske molekyler syntetiseres ikke af kroppen. I modsætning hertil skal vi forbruge det gennem mad. Ved katabolske reaktioner nedbrydes disse molekyler til de monomerer, der sammensætter dem, som kan bruges af celler.

Anabolske ruter

Anabolske veje omfatter de kemiske reaktioner fra syntesen, idet de tager små, enkle molekyler og omdanner dem til større, mere komplekse elementer.

For at disse reaktioner skal finde sted, skal energi være tilgængelig. Hvor kommer denne energi fra? Fra de kataboliske veje, primært i form af ATP.

På denne måde kan metabolitterne produceret af kataboliske veje (som globalt kaldes "pool af metabolitter") bruges i anabolske veje for at syntetisere mere komplekse molekyler, som kroppen har brug for i øjeblikket.

Blandt denne pulje af metabolitter er der tre nøglemolekyler i processen: pyruvat, acetylcoenzym A og glycerol. Disse metabolitter er ansvarlige for at forbinde metabolismen af ​​forskellige biomolekyler, såsom lipider, kulhydrater, blandt andre.

Amfibiske ruter

En amfibolveje fungerer som enten en anabol eller katabol. Det vil sige, det er en blandet rute.

Den mest kendte amfibolrute er Krebs-cyklussen. Denne rute har en grundlæggende rolle i nedbrydningen af ​​kulhydrater, lipider og aminosyrer. Dog deltager den også i produktionen af ​​forstadierne til syntetiske ruter.

For eksempel er Krebs-cyklusmetabolitterne forløbere for halvdelen af ​​aminosyrerne, der bruges til at opbygge proteiner.

Hovedmetabolsk vej

I alle celler, der er en del af levende væsener, udføres en række metaboliske veje. Nogle af disse deles af de fleste af organismerne.

Disse metabolske veje inkluderer syntese, nedbrydning og omdannelse af livskritiske metabolitter. Hele denne proces er kendt som mellemliggende stofskifte.

Celler har permanent brug for organiske og uorganiske forbindelser og også kemisk energi, der hovedsageligt opnås fra ATP-molekylet.

ATP (adenosintriphosphat) er den vigtigste form for energilagring i alle celler. Og energivinsten og investeringerne i metabolske veje udtrykkes ofte i form af ATP-molekyler.

De vigtigste veje, der findes i langt de fleste levende organismer, vil blive diskuteret nedenfor.

Glykolyse eller glykolyse

Figur 1: glykolyse vs glukoneogenese. Reaktioner og enzymer involveret.

Glykolyse er en rute, der involverer nedbrydning af glukose op til to molekyler af pyruvinsyre, som som nettogevinst opnås to molekyler af ATP. Det findes i stort set alle levende organismer og betragtes som en hurtig måde at få energi.

Generelt er det normalt opdelt i to faser. Den første involverer passagen af ​​glukosemolekylet til to glyceraldehydmolekyler og omvendt to ATP-molekyler. I den anden fase genereres højenergiforbindelser, og 4 ATP-molekyler og 2 pyruvatmolekyler opnås som slutprodukter.

Ruten kan fortsætte på to forskellige måder. Hvis der er ilt, afslutter molekylerne deres oxidation i luftvejskæden. Eller i fravær af dette sker fermentering.

glukoneogenese

AngelHerraez / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Gluconeogenese er en vej til syntese af glukose, startende fra aminosyrer (med undtagelse af leucin og lysin), laktat, glycerol eller et hvilket som helst af mellemprodukterne i Krebs-cyklussen.

Glukose er et essentielt underlag til visse væv, såsom hjerne, røde blodlegemer og muskler. Glukoseforsyningen kan opnås gennem glycogenlagre.

Når disse er opbrugt, skal kroppen imidlertid begynde glukosesyntese for at imødekomme vævets krav - primært nervevæv.

Denne vej forekommer hovedsageligt i leveren. Det er vigtigt, da kroppen i faste situationer kan fortsætte med at få glukose.

Aktiveringen eller ej af stien er forbundet med fodring af organismen. Dyr, der spiser diæter med højt kulhydratindhold, har lave gluconeogene hastigheder, mens diæter med lavt glukoseindhold kræver betydelig glukoneogen aktivitet.

Glyoxylatcyklus

Taget og redigeret fra: Den originale uploader var Adenosine på engelsk Wikipedia. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Denne cyklus er unik for planter og visse typer bakterier. Denne vej opnår omdannelsen af ​​acetylenheder med to carbonatomer til fire-carbonenheder - kendt som succinat. Denne sidste forbindelse kan producere energi og kan også bruges til syntese af glukose.

Hos mennesker ville det for eksempel være umuligt at underholde sig på acetat alene. I vores stofskifte kan acetylcoenzym A ikke omdannes til pyruvat, som er en forløber for den glukoneogene vej, fordi reaktionen af ​​pyruvatdehydrogenase-enzymet er irreversibel.

Den biokemiske logik i cyklussen svarer til citronsyrecyklussen med undtagelse af de to dekarboxyleringstrin. Det forekommer i meget specifikke organeller af planter, der kaldes glyoxysomer, og er især vigtigt i frøene til nogle planter, såsom solsikker.

Krebs cyklus

Tricarboxylsyre-cyklus (Krebs-cyklus). Taget og redigeret fra: Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins (oversat til spansk af Alejandro Porto).

Det er en af ​​de ruter, der betragtes som central i metabolismen af ​​organiske væsener, da det forener metabolismen af ​​de vigtigste molekyler, herunder proteiner, fedt og kulhydrater.

Det er en komponent i cellulær respiration og sigter mod at frigive den energi, der er gemt i acetylcoenzym A-molekylet - den vigtigste forløber for Krebs-cyklussen. Det består af ti enzymatiske trin, og som nævnt fungerer cyklussen i både anabolske og kataboliske veje.

I eukaryote organismer finder cyklussen sted i matokondrierens matrix. I prokaryoter - som mangler ægte subcellulære rum - foregår cyklussen i det cytoplasmatiske område.

Elektrontransportkæde

Bruger: Rozzychan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Elektrontransportkæden består af en række transportører, der er forankret i en membran. Kæden sigter mod at generere energi i form af ATP.

Kæderne er i stand til at skabe en elektrokemisk gradient takket være strømmen af ​​elektroner, en afgørende proces for syntesen af ​​energi.

Fedtsyresyntese

Fedtsyrer er molekyler, der spiller meget vigtige roller i celler, de findes hovedsageligt som strukturelle komponenter i alle biologiske membraner. Af denne grund er syntesen af ​​fedtsyrer vigtig.

Hele synteseprocessen forekommer i cytosolen i cellen. Det centrale molekyle i processen kaldes malonylcoenzym A. Det er ansvarligt for at tilvejebringe de atomer, der danner kulstofskelettet i fedtsyren under dannelse.

Beta-oxidation af fedtsyrer

Betaoxidation er en proces med nedbrydning af fedtsyrer. Dette opnås gennem fire trin: FAD-oxidation, hydrering, NAD + -oxidation og thiolysis. Tidligere skal fedtsyren aktiveres ved integration af co-enzym A.

Produktet af de nævnte reaktioner er enheder dannet af et par kulhydrater i form af acetylcoenzym A. Dette molekyle kan komme ind i Krebs-cyklussen.

Energieffektiviteten af ​​denne vej afhænger af længden af ​​fedtsyrekæden. For for eksempel palmitinsyre, der har 16 carbonatomer, er nettoudbyttet 106 ATP-molekyler.

Denne vej finder sted i mitokondrier af eukaryoter. Der er også en anden alternativ rute i et rum, der kaldes peroxisomet.

Da de fleste af fedtsyrerne er placeret i cytecytosolen, skal de transporteres til rummet, hvor de vil blive oxideret. Transport er afhængig af kartinitan og tillader disse molekyler at komme ind i mitokondrierne.

Nukleotidmetabolisme

Syntesen af ​​nukleotider er en nøglebegivenhed i cellulær metabolisme, da dette er forløberne for molekylerne, der udgør en del af det genetiske materiale, DNA og RNA, og af vigtige energimolekyler, såsom ATP og GTP.

Forløbere for nucleotidsyntese omfatter forskellige aminosyrer, ribose 5 phosphat, kuldioxid og NH ₃. Genvindingsveje er ansvarlige for genanvendelse af frie baser og nukleosider frigivet fra nedbrydningen af ​​nukleinsyrer.

Dannelsen af ​​purinringen foregår fra ribose 5-phosphat, den bliver en purin-kerne og til sidst opnås nucleotidet.

Pyrimidinringen syntetiseres som orotisk syre. Efterfulgt af binding til ribose 5-phosphat transformeres det til pyrimidin-nukleotider.

Fermentation

Forfatteren af ​​den originale version er Bruger: Norro. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Fermenteringer er ilt-uafhængige metaboliske processer. De er af den kataboliske type, og slutproduktet af processen er en metabolit, der stadig har oxidationspotentiale. Der er forskellige typer gæring, men mælkefermentering finder sted i vores krop.

Laktisk gæring finder sted i cellecytoplasma. Det består af den delvise nedbrydning af glukose for at opnå metabolisk energi. Som affald fremstilles mælkesyre.

Efter en intens session med anaerobe øvelser er musklerne ikke med tilstrækkelige koncentrationer af ilt, og der foretages mælkefermentering.

Nogle celler i kroppen tvinges til at fermentere, da de mangler mitokondrier, som det er tilfældet med røde blodlegemer.

I industrien anvendes fermenteringsprocesser med en høj frekvens til at producere en række produkter til konsum, såsom brød, alkoholiske drikkevarer, yoghurt, blandt andre.

Referencer

1. Baechle, TR og & Earle, RW (Eds.). (2007). Principper for styrketræning og fysisk konditionering. Panamerican Medical Ed.
2. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokemi. Jeg vendte om.
3. Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Biokemi. Sjette udgave. Thomson. Brooks / Cole.
4. Devlin, TM (2011). Lægebog om biokemi. John Wiley & sønner.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biokemi: tekst og atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Mougios, V. (2006). Træ biokemi. Human Kinetics.
7. Müller-Esterl, W. (2008). Biokemi. Grundlæggende oplysninger om medicin og biovidenskab. Jeg vendte om.
8. Poortmans, JR (2004). Principper for biokemisk træning. 3 ^rd, revideret udgave. Karger.
9. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokemi. Panamerican Medical Ed.