Метаболічні маршрути типів і основних маршрутів



Перший метаболічний шлях Це сукупність хімічних реакцій, що каталізуються ферментами. У цьому процесі молекула Х перетворюється в молекулу Y через проміжні метаболіти. Метаболічні маршрути проходять в клітинному середовищі.

За межами клітини ці реакції займуть занадто багато часу, а деякі можуть не відбутися. Тому кожен етап вимагає присутності каталітичних білків, званих ферментами. Роль цих молекул полягає в прискоренні на кілька порядків швидкості кожної реакції в межах шляху.

Фізіологічно, метаболічні шляхи пов'язані між собою. Тобто вони не є ізольованими всередині клітини. Багато найважливіших маршрутів мають спільні метаболіти.

Отже, сукупність всіх хімічних реакцій, що відбуваються в клітинах, називається метаболізмом. Кожна клітина характеризується проявом специфічної метаболічної продуктивності, яка визначається вмістом ферментів в її інтер'єрі, що в свою чергу є генетично визначеним..

Індекс

  • 1 Загальна характеристика метаболічних шляхів
    • 1.1 Реакції каталізуються ферментами
    • 1.2 Метаболізм регулюється гормонами
    • 1.3 Компартмалізація
    • 1.4 Координація метаболічного потоку
  • 2 Типи метаболічних шляхів
    • 2.1 Катаболічні маршрути
    • 2.2 Анаболічні маршрути
    • 2.3 Амфіболічні маршрути
  • 3 Основні метаболічні шляхи
    • 3.1 Гліколіз або гліколіз
    • 3.2 Глюконеогенез
    • 3.3 Гліоксилатний цикл
    • 3.4 Цикл Кребса
    • 3.5 Електронна транспортна ланцюг
    • 3.6 Синтез жирних кислот
    • 3.7 Бета-окислення жирних кислот
    • 3.8 Метаболізм нуклеотидів
    • 3.9 Ферментація
  • 4 Посилання

Загальна характеристика метаболічних шляхів

У клітинному середовищі відбувається велика кількість хімічних реакцій. Сукупністю цих реакцій є метаболізм, і основною функцією цього процесу є підтримання гомеостазу організму в нормальних умовах, а також в умовах стресу..

Таким чином, має бути баланс потоків цих метаболітів. Серед основних характеристик метаболічних шляхів ми маємо наступне:

Реакції каталізуються ферментами

Протагоністами метаболічних шляхів є ферменти. Вони відповідають за інтеграцію та аналіз інформації про метаболічний статус і здатні модулювати свою діяльність відповідно до вимог клітини.

Метаболізм регулюється гормонами

Метаболізм обумовлений низкою гормонів, які здатні координувати метаболічні реакції, враховуючи потреби і продуктивність організму..

Відсікання

Існує компартменталізація метаболічних шляхів. Тобто кожен шлях протікає в певному субклеточном відсіку, називаючи його цитоплазмою, мітохондріями, серед інших. Інші шляхи можуть відбуватися одночасно в декількох відділеннях.

Розділення маршрутів допомагає регулювати анаболічні та катаболічні шляхи (див. Нижче).

Координація метаболічного потоку

Координація обміну речовин досягається стабільністю активності задіяних ферментів. Слід підкреслити, що анаболічні шляхи та їх катаболічні аналоги не є повністю незалежними. Навпаки, вони узгоджені.

Існують ключові ферментативні точки в межах метаболічних шляхів. При швидкості перетворення цих ферментів весь потік маршруту регулюється.

Види метаболічних шляхів

У біохімії виділяють три типи основних метаболічних шляхів. Такий розподіл здійснюється за наступними біоенергетичними критеріями: катаболічні, анаболічні та амфіболіческіе шляхи.

Катаболічні маршрути

Катаболічні маршрути охоплюють реакції окисної деградації. Їх здійснюють для того, щоб отримати енергію і знижуючи потужність, яка пізніше буде використовуватися клітиною в інших реакціях.

Більшість органічних молекул не синтезується організмом. Навпаки, ми повинні споживати його через їжу. У катаболічних реакціях ці молекули деградуються в мономери, які їх утворюють, які можуть бути використані клітинами.

Анаболічні маршрути

Анаболічні шляхи містять синтетичні хімічні реакції, приймаючи невеликі і прості молекули, і перетворюючи їх у великі і складніші елементи.

Щоб ці реакції мали місце, повинна бути наявна енергія. Звідки береться ця енергія? З катаболічних шляхів, насамперед у формі АТФ.

Таким чином, метаболіти, що виробляються катаболічними шляхами (які глобально називаються "пулом метаболітів"), можуть бути використані в анаболічних шляхах для синтезу більш складних молекул, які організм потребує в даний момент..

Серед цього пулу метаболітів є три ключові молекули процесу: піруват, ацетилкофермент А і гліцерин. Ці метаболіти несуть відповідальність за з'єднання метаболізму різних біомолекул, таких як ліпіди, вуглеводи, серед інших.

Амфіболічні маршрути

Амфібольний шлях працює як анаболічний або катаболічний шлях. Я маю на увазі змішаний маршрут.

Найбільш відомим амфібольним шляхом є цикл Кребса. Цей маршрут відіграє фундаментальну роль у деградації вуглеводів, ліпідів і амінокислот. Проте він також бере участь у виробництві прекурсорів для синтетичних шляхів.

Наприклад, метаболіти циклу Кребса є попередниками половини амінокислот, які використовуються для побудови білків.

Основні метаболічні шляхи

У всіх клітинах, що входять до складу живих істот, здійснюється ряд метаболічних шляхів. Деякі з них поділяються більшістю організмів.

Ці метаболічні шляхи включають синтез, деградацію і перетворення життєво важливих метаболітів. Весь цей процес відомий як проміжний метаболізм.

Клітини повинні мати постійні органічні та неорганічні сполуки, а також хімічну енергію, яка отримується головним чином з молекули АТФ.

АТФ (аденозинтрифосфат) є найважливішою формою зберігання енергії всіх клітин. А енергетичні вигоди та інвестиції метаболічних шляхів зазвичай виражаються в термінах молекул АТФ.

Далі обговорюватимуться найважливіші шляхи, які присутні у переважній більшості живих організмів.

Гліколіз або гліколіз

Гліколіз - це шлях, який передбачає деградацію глюкози до двох молекул піровиноградної кислоти, отримуючи в якості чистої маси дві молекули АТФ. Він присутній практично у всіх живих організмах і вважається швидким способом отримання енергії.

Взагалі вона зазвичай поділяється на два етапи. Перший передбачає проходження молекули глюкози в два глицеральдегида, змінюючи дві молекули АТФ. На другому етапі генеруються високоенергетичні сполуки, і 4 молекули АТФ і 2 пірувату одержуються в якості кінцевих продуктів.

Маршрут може продовжуватися двома різними способами. Якщо є кисень, молекули припинять своє окислення в дихальному ланцюзі. Або, за відсутності цього, відбувається бродіння.

Глюконеогенез

Глюконеогенез - це шлях синтезу глюкози, починаючи з амінокислот (за винятком лейцину та лізину), лактату, гліцерину або будь-якого з проміжних продуктів циклу Кребса..

Глюкоза є незамінним субстратом для деяких тканин, таких як мозок, еритроцити і м'язи. Вклад глюкози можна отримати через запаси глікогену.

Однак, коли вони виснажені, організм повинен почати синтез глюкози для задоволення потреб тканин - головним чином нервової тканини..

Цей шлях відбувається переважно в печінці. Це життєво важливо, тому що в ситуаціях голодування тіло може продовжувати отримувати глюкозу.

Активація чи ні шляху пов'язана з годуванням організму. Тварини, які споживають високі дієти у вуглеводах, мають низькі показники глюконеогенності, тоді як дієти з низьким вмістом глюкози вимагають значної глюконеогенної активності.

Гліоксилатний цикл

Цей цикл унікальний для рослин і деяких типів бактерій. Цей маршрут досягає перетворення ацетильних одиниць з двох атомів вуглецю в одиниці з чотирьох вуглецевих атомів, відомих як сукцинат. Останнє з'єднання може виробляти енергію і може також використовуватися для синтезу глюкози.

У людей, наприклад, неможливо було б існувати тільки на ацетаті. У нашому метаболізмі ацетилкофермент А не може бути перетворений в піруват, який є попередником глюконеогенного шляху, оскільки реакція ферменту піруватдегідрогенази є незворотною.

Біохімічна логіка циклу аналогічна циклу лимонної кислоти, за винятком двох декарбоксилятивних стадій. Зустрічається в дуже специфічних органелах рослин, званих гліоксисомами, і особливо важливо в насінні деяких рослин, таких як соняшник.

Цикл Кребса

Це один з маршрутів, що вважаються центральними для метаболізму органічних істот, оскільки він об'єднує метаболізм найбільш важливих молекул, включаючи білки, жири і вуглеводи..

Вона є компонентом клітинного дихання і спрямована на вивільнення енергії, що зберігається в молекулі ацетил-коферменту А - головного попередника циклу Кребса. Він складається з десяти ферментативних кроків і, як ми вже згадували, цикл працює як в анаболічних, так і в катаболічних шляхах.

У еукаріотичних організмах цикл протікає в матриці мітохондрій. У прокаріотів - яким відсутні справжні субклітинні відсіки - цикл проводиться в цитоплазматичній області.

Електронна транспортна ланцюг

Електронно-транспортна ланцюг утворена серією конвеєрів, закріплених в мембрані. Ланцюг прагне генерувати енергію у вигляді АТФ.

Ланцюги здатні створювати електрохімічний градієнт завдяки потоку електронів, що є вирішальним процесом синтезу енергії.

Синтез жирних кислот

Жирні кислоти є молекулами, які відіграють дуже важливу роль у клітинах, вони в основному виявляються як структурний компонент всіх біологічних мембран. З цієї причини синтез жирних кислот є істотним.

Весь процес синтезу відбувається в цитозолі клітини. Центральною молекулою процесу називається малонил кофермент А. Він відповідає за забезпечення атомів, які утворили вуглецевий скелет жирної кислоти у формуванні..

Бета-окислення жирних кислот

Бета-окислення є процесом деградації жирних кислот. Це досягається за допомогою чотирьох етапів: окислення FAD, гідратація, окислення NAD + і тиолиза. Раніше жирна кислота повинна бути активована шляхом інтеграції коферменту А.

Продуктом згаданих реакцій є одиниці, утворені парою атомів вуглецю у вигляді ацетил-коферменту А. Ця молекула може входити в цикл Кребса..

Енергетична ефективність цього шляху залежить від довжини ланцюга жирних кислот. Для пальмітинової кислоти, наприклад, яка має 16 атомів вуглецю, чистий вихід становить 106 молекул АТФ.

Цей шлях протікає в мітохондріях еукаріотів. Існує також інший альтернативний маршрут у відсіку, який називається пероксисом.

Оскільки більшість жирних кислот знаходяться в клітинному цитозолі, вони повинні транспортуватися до відсіку, де вони будуть окислені. Транспорт залежить від картинита і дозволяє цим молекулам потрапити в мітохондрії.

Метаболізм нуклеотидів

Синтез нуклеотидів є ключовою подією в клітинному метаболізмі, оскільки вони є попередниками молекул, що входять до складу генетичного матеріалу, ДНК і РНК, і важливих енергетичних молекул, таких як АТФ і ГТФ..

Попередники синтезу нуклеотидів включають різні амінокислоти, рибоза 5 фосфат, діоксид вуглецю і NH3. Маршрути відновлення відповідають за утилізацію вільних основ і нуклеозидів, що виділяються при розпаді нуклеїнових кислот.

Формування пуринового кільця відбувається з фосфату рибози 5, є пуриновим ядром і, нарешті, отримано нуклеотид..

Піримідинове кільце синтезується як оротична кислота. Після зв'язування з фосфатом рибози 5 він перетворюється в піримідинові нуклеотиди.

Ферментація

Ферментації - це метаболічні процеси, незалежні від кисню. Вони мають катаболічний тип, і кінцевим продуктом процесу є метаболіт, який має потенціал окислення. Існують різні типи бродіння, але в нашому організмі відбувається молочнокисле бродіння.

Молочна ферментація відбувається в клітинній цитоплазмі. Він складається з часткової деградації глюкози з метою отримання метаболічної енергії. Молочну кислоту виробляють як відходи.

Після інтенсивного сеансу анаеробних вправ м'яз не виявляється з достатньою концентрацією кисню і відбувається молочнокисне бродіння.

Деякі клітини тіла змушені ферментувати, оскільки у них відсутні мітохондрії, як у випадку еритроцитів.

У промисловості, процеси бродіння використовуються з високою частотою, для виробництва серії продуктів для споживання людиною, таких як хліб, алкогольні напої, йогурт, серед інших.

Список літератури

  1. Baechle, Т. R., & Earle, Р. W. (ред.). (2007). Принципи силового тренування і фізичної підготовленості. Ed. Panamericana Medical.
  2. Berg, J. М., Stryer, L., & Tymoczko, J. L. (2007). Біохімія. Я повернувся назад.
  3. Campbell, M. K., & Farrell, S. O. (2011). Біохімія Шосте видання. Томсон. Брукс / Коул.
  4. Девлін, Т. М. (2011). Підручник з біохімії. John Wiley & Sons.
  5. Koolman, J., & Röhm, K.H. (2005). Біохімія: текст і атлас. Ed. Panamericana Medical.
  6. Mougios, V. (2006). Вправа біохімії. Кінетика людини.
  7. Müller-Esterl, W. (2008). Біохімія Основи медицини та наук про життя. Я повернувся назад.
  8. Poortmans, J.R. (2004). Принципи фізичної вправи біохімії. 3ст, переглянуте видання. Karger.
  9. Voet, D., & Voet, J.G. (2006). Біохімія. Ed. Panamericana Medical.