Metaboolsed marsruudid ja peamised marsruutid



Üks metaboolne rada See on keemiliste reaktsioonide kogum, mida katalüüsivad ensüümid. Selles protsessis muundatakse X-molekul Y-molekuliks vaheühendite kaudu. Metaboolsed teed toimuvad rakukeskkonnas.

Väljaspool rakku võtavad need reaktsioonid liiga palju aega ja mõned ei pruugi juhtuda. Seetõttu nõuab iga etapp katalüütiliste valkude olemasolu, mida nimetatakse ensüümiks. Nende molekulide roll on kiirendada iga reaktsiooni kiirust mitmel järjestikusel.

Füsioloogiliselt on metaboolsed radad omavahel seotud. See tähendab, et neid ei eraldata rakus. Paljudel tähtsamatel liinidel on ühised metaboliidid.

Järelikult nimetatakse rakkudes esinevate keemiliste reaktsioonide kogumit ainevahetuseks. Iga rakku iseloomustab spetsiifiline metaboolne jõudlus, mis on määratletud selle sisemuses olevate ensüümide sisaldusega, mis omakorda on geneetiliselt määratud.

Indeks

  • 1 Metaboolsete radade üldised omadused
    • 1.1 Reaktsioone katalüüsivad ensüümid
    • 1.2 Metabolismi reguleerivad hormoonid
    • 1.3 Salastamine
    • 1.4 Metaboolse voolu koordineerimine
  • 2 Metaboolsete radade tüübid
    • 2.1 Kataboolsed marsruutid
    • 2.2 Anaboolsed marsruutid
    • 2.3 Amfiboolsed marsruudid
  • 3 Peamised metaboolsed teed
    • 3.1 Glikolüüs või glükolüüs
    • 3.2 Glükoneogenees
    • 3.3 Glyoksülaadi tsükkel
    • 3.4 Krebsi tsükkel
    • 3.5 Elektroonilise transpordi kett
    • 3.6 Rasvhapete süntees
    • 3.7 Rasvhapete beetaoksüdatsioon
    • 3.8 Nukleotiidide metabolism
    • 3.9 Fermentatsioon
  • 4 Viited

Metaboolsete radade üldised omadused

Rakukeskkonnas esineb palju keemilisi reaktsioone. Nende reaktsioonide kogum on ainevahetus ja selle protsessi peamine ülesanne on säilitada organismi homeostaas normaalsetes tingimustes ja ka stressitingimustes..

Seega peab nende metaboliitide vool olema tasakaalus. Metaboolsete radade peamiste omaduste hulgas on meil järgmised omadused:

Reaktsioone katalüüsivad ensüümid

Metaboolsete radade peategelased on ensüümid. Nad vastutavad ainevahetust käsitleva teabe integreerimise ja analüüsimise eest ning on võimelised moduleerima oma tegevust vastavalt hetkel kehtivatele rakulistele nõuetele..

Metabolismi reguleerivad hormoonid

Ainevahetust juhib hulk hormone, mis on võimelised metaboolseid reaktsioone koordineerima, võttes arvesse organismi vajadusi ja jõudlust..

Salastamine

Metaboolsed radad on jagunenud. See tähendab, et iga rada toimub teatud rakulises kambris, nimetades seda tsütoplasmaks, mitokondriteks. Teised marsruutid võivad esineda samaaegselt mitmes kambris.

Marsruutide eraldamine aitab reguleerida anaboolseid ja kataboolseid teid (vt allpool)..

Metaboolse voolu koordineerimine

Ainevahetuse koordineerimine saavutatakse kaasatud ensüümide aktiivsuse stabiilsuse kaudu. Tuleb rõhutada, et anaboolsed marsruudid ja nende kataboolsed kolleegid ei ole täiesti sõltumatud. Seevastu on need kooskõlastatud.

Metaboolsetes radades on olulised ensümaatilised punktid. Nende ensüümide konversioonikiirusega reguleeritakse kogu marsruudi voolu.

Metaboolsete radade tüübid

Biokeemias eristatakse kolme peamist metaboolset rada. See jagunemine toimub bioenergeetiliste kriteeriumide järgi: kataboolsed, anaboolsed ja amfiboolsed teed.

Kataboolsed teed

Kataboolsed viisid hõlmavad oksüdatiivse lagunemise reaktsioone. Neid teostatakse energia saamiseks ja vähendamiseks, mida rakk kasutab hiljem ka teistes reaktsioonides.

Enamik orgaanilisi molekule ei sünteesita organismi poolt. Seevastu peame seda toidu kaudu tarbima. Kataboolsetes reaktsioonides lagunevad need molekulid nende moodustavate monomeeridena, mida rakud võivad kasutada..

Anaboolsed marsruudid

Anaboolsed radad hõlmavad sünteetilisi keemilisi reaktsioone, võttes väikesi ja lihtsaid molekule ning muutes need suuremateks ja keerukamateks elementideks.

Et need reaktsioonid toimuksid, peab olema olemas energia. Kust see energia pärineb? Kataboolsetest radadest, peamiselt ATP vormis.

Sel viisil saab kataboolsete radade (mida nimetatakse globaalselt "metaboliitide kogumiks") tekitatud metaboliite kasutada anaboolsetes radades, et sünteesida keerukamaid molekule, mida keha praegu vajab..

Selle metaboliitide kogumi hulgas on protsessi kolm peamist molekuli: püruvaat, atsetüül-koensüüm A ja glütserool. Need metaboliidid vastutavad erinevate biomolekulide, näiteks lipiidide, süsivesikute, metabolismi ühendamise eest.

Amfiboolsed marsruudid

Amfibooli tee toimib anaboolse või kataboolse rajana. Ma mõtlen, see on segatud marsruut.

Kõige tuntum amfiboolitee on Krebsi tsükkel. See rada mängib olulist rolli süsivesikute, lipiidide ja aminohapete lagunemisel. Samas osaleb see ka sünteetiliste marsruutide lähteainete tootmisel.

Näiteks Krebsi tsükli metaboliidid on pooled aminohapetest, mida kasutatakse valkude loomiseks.

Peamised metaboolsed teed

Kõigis elusolendites olevates rakkudes viiakse läbi mitmeid metaboolseid radasid. Mõned neist jagavad enamikku organisme.

Need metaboolsed teed hõlmavad eluliselt oluliste metaboliitide sünteesi, lagunemist ja muundamist. See kogu protsess on tuntud kui vahe-ainevahetus.

Rakkudel peavad olema püsivad orgaanilised ja anorgaanilised ühendid ning samuti keemiline energia, mis saadakse peamiselt ATP molekulist.

ATP (adenosiintrifosfaat) on kõigi rakkude kõige olulisem energiasalvestusvorm. Ja metaboolsete radade energiakasu ja investeeringud väljendatakse tavaliselt ATP molekulidena.

Järgmisena arutatakse kõige tähtsamaid marsruute, mis on enamikus elusorganismides.

Glikolüüs või glükolüüs

Glykolüüs on tee, mis hõlmab glükoosi lagunemist kaheks püroviinhappe molekuliks, netotulemuse saamiseks kaks ATP molekuli. See on praktiliselt kõigis elusorganismides ja seda peetakse kiireks energia saamise viisiks.

Üldiselt jaguneb see tavaliselt kaheks etapiks. Esimene hõlmab glükoosimolekuli läbimist kahes glütseraldehüüdis, pöörates tagasi kaks ATP molekuli. Teises faasis tekivad kõrge energiaga ühendid ja lõpp-produktidena saadakse 4 ATP ja 2 püruvaadi molekuli.

Marsruut võib jätkuda kahel erineval viisil. Hapniku olemasolu korral lõpetavad molekulid oksüdatsiooni hingamisteedes. Või ilma selleta toimub fermentatsioon.

Glükoneogenees

Glükoneogenees on glükoosi sünteesi tee, alustades aminohapetest (välja arvatud leutsiin ja lüsiin), laktaadist, glütseroolist või Krebsi tsükli mis tahes vaheühendist..

Glükoos on teatud kudede, näiteks aju, erütrotsüütide ja lihaste asendamatu substraat. Glükoosisisaldust saab saada glükogeeni varude abil.

Siiski, kui need on ammendunud, peab keha alustama glükoosi sünteesi, et rahuldada kudede - peamiselt närvikoe - vajadusi..

See rada toimub peamiselt maksas. See on oluline, sest tühja kõhuga olukordades võib keha jätkata glükoosi saamist.

Rada aktiveerimine on seotud organismi söötmisega. Loomadel, kes tarbivad suurtes süsivesikute sisaldusega dieetides, on madal glükoneogeenne sisaldus, samas kui madala glükoosisisaldusega dieedid vajavad märkimisväärset glükoneogeenset aktiivsust.

Glyoksülaadi tsükkel

See tsükkel on ainulaadne taimedele ja teatud tüüpi bakteritele. See tee saavutab kahe süsinikuaatomiga atsetüülühikute muundamise neljaks süsinikuaatomiks, mida tuntakse suktsinaadina. Viimane ühend võib toota energiat ja seda võib kasutada ka glükoosi sünteesiks.

Inimestel oleks näiteks võimatu jääda ainult atsetaadile. Meie ainevahetuses ei saa atsetüül-koensüümi A muundada püruvaadiks, mis on glükoneogeense rada eelkäijaks, sest ensüümi püruvaadi dehüdrogenaasi reaktsioon on pöördumatu.

Tsükli biokeemiline loogika on sarnane sidrunhappe tsükli omaga, välja arvatud kaks dekarboksüülrühma. Esineb väga spetsiifilistes taimede organellides, mida nimetatakse glüoksüsoomideks, ja see on eriti oluline mõnede taimede, näiteks päevalille seemnete puhul..

Krebsi tsükkel

See on üks marsruutidest, mida peetakse orgaaniliste olendite metabolismi seisukohalt keskseks, kuna see ühendab kõige olulisemate molekulide, sealhulgas valkude, rasvade ja süsivesikute metabolismi..

See on rakulise hingamise komponent ja selle eesmärk on vabastada atsetüül-koensüüm A molekulis - Krebsi tsükli peamiseks prekursoriks. See koosneb kümnest ensümaatilisest etapist ja nagu me mainisime, toimib tsükkel nii anaboolsetes kui ka kataboolsetes radades.

Eukarüootsetes organismides toimub tsükkel mitokondrite maatriksis. Prokarüootides, millel puuduvad tõelised rakuvälised sektsioonid, viiakse tsükkel läbi tsütoplasma piirkonnas..

Elektronide transportimise kett

Elektroonilise transpordiahela moodustavad mitmed membraanile ankurdatud konveierid. Keti eesmärk on energia tootmine ATP kujul.

Ketid on võimelised tekitama elektrokeemilist gradienti tänu elektronide voolule, mis on otsustav protsess energia sünteesimiseks.

Rasvhapete süntees

Rasvhapped on molekulid, mis mängivad rakkudes väga olulist rolli, neid leidub peamiselt kõikide bioloogiliste membraanide struktuurse komponendina. Seetõttu on rasvhapete süntees oluline.

Kogu sünteesiprotsess toimub raku tsütosoolis. Protsessi tsentraalset molekuli nimetatakse malonüülkoensüümiks A. Ta vastutab aatomite moodustumise eest, mis moodustavad rasvhappe süsinikukarkassi moodustumisel..

Rasvhapete beetaoksüdatsioon

Beetaoksüdatsioon on rasvhapete lagunemise protsess. See saavutatakse nelja etapi abil: oksüdeerimine FAD-ga, hüdratatsioon, NAD + oksüdatsioon ja tiolüüs. Varem tuleb rasvhapet aktiveerida koensüümi A integreerimise teel.

Mainitud reaktsioonide saadus on ühikut, mille moodustavad paar süsinikuaatomit atsetüül-koensüümi A kujul. See molekul võib siseneda Krebsi tsüklisse.

Selle tee energiatõhusus sõltub rasvhappe ahela pikkusest. Näiteks palmitiinhappe puhul, millel on 16 süsinikuaatomit, on puhassaagiks 106 ATP molekuli.

See marsruut toimub eukarüootide mitokondrites. Peroksisoomiks on ka teine ​​alternatiivne tee.

Kuna enamik rasvhappeid paikneb rakulises tsütosoolis, tuleb need transportida sektsiooni, kus nad oksüdeeruvad. Transport sõltub kartinaidist ja võimaldab neil molekulidel mitokondritesse siseneda.

Nukleotiidide metabolism

Nukleotiidide süntees on raku ainevahetuses võtmetähtsusega sündmus, kuna need on molekulide, mis moodustavad osa geneetilisest materjalist, DNA-st ja RNA-st ning olulistest energiamolekulidest, nagu ATP ja GTP, eelkäijad..

Nukleotiidide sünteesi prekursorid hõlmavad erinevaid aminohappeid, riboosi 5 fosfaati, süsinikdioksiidi ja NH3. Taastumisteed on vastutavad nukleiinhapete lagunemisest vabanenud vabade aluste ja nukleosiidide taaskasutamise eest.

Puriini tsükli moodustumine toimub riboosi 5 fosfaadist, juhtub, et see on puriinituum ja lõpuks saadakse nukleotiid..

Pürimidiinitsükkel sünteesitakse orootilise happena. Pärast sidumist riboosi 5 fosfaadiga transformeeritakse see pürimidiini nukleotiidideks.

Fermentatsioon

Fermentatsioonid on hapnikust sõltumatud ainevahetusprotsessid. Nad on kataboolset tüüpi ja protsessi lõpptoode on metaboliit, millel on veel oksüdatsioonipotentsiaal. On erinevaid kääritamisviise, kuid meie kehas toimub piimhappe fermentatsioon.

Laktiline fermentatsioon toimub rakulises tsütoplasmas. See koosneb glükoosi osalisest lagunemisest metaboolse energia saamiseks. Piimhape toodetakse jäätmeainena.

Pärast intensiivset anaeroobsete harjutuste seanssi ei leidu lihas piisavalt hapniku ja piimhappe fermentatsiooni piisava kontsentratsiooniga.

Mõned keha rakud on sunnitud käärima, kuna neil puuduvad mitokondrid, nagu ka punaste vereliblede puhul.

Tööstuses kasutatakse käärimisprotsesse suure sagedusega, et toota inimtoiduks ettenähtud tooteid, nagu leib, alkohoolsed joogid, jogurt, muu hulgas.

Viited

  1. Baechle, T. R., & Earle, R. W. (Ed.). (2007). Tugikoolituse ja füüsilise konditsioneerimise põhimõtted. Ed. Panamericana Medical.
  2. Berg, J. M., Stryer, L. ja Tymoczko, J. L. (2007). Biokeemia. Ma pöördusin tagasi.
  3. Campbell, M. K., ja Farrell, S. O. (2011). Biokeemia Kuues väljaanne. Thomson. Brooks / Cole.
  4. Devlin, T. M. (2011). Biokeemia õpik. John Wiley & Sons.
  5. Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). Biokeemia: tekst ja atlas. Ed. Panamericana Medical.
  6. Mougios, V. (2006). Harjutuse biokeemia. Inimese kineetika.
  7. Müller-Esterl, W. (2008). Biokeemia Meditsiini ja bioteaduste alused. Ma pöördusin tagasi.
  8. Poortmans, J.R. (2004). Harjutuse biokeemia põhimõtted. 3rd, parandatud väljaanne. Karger.
  9. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). Biokeemia. Ed. Panamericana Medical.