Typy metabolických cest a hlavní trasy



Jeden metabolické dráhy Jedná se o soubor chemických reakcí katalyzovaných enzymy. V tomto procesu se molekula X transformuje na molekulu Y prostřednictvím intermediárních metabolitů. Metabolické cesty probíhají v buněčném prostředí.

Mimo buňku by tyto reakce zabíraly příliš mnoho času a některé by se nemohly stát. Každý krok proto vyžaduje přítomnost katalytických proteinů nazývaných enzymy. Úlohou těchto molekul je urychlit o několik řádů rychlost každé reakce uvnitř dráhy.

Fyziologicky jsou metabolické cesty vzájemně propojeny. To znamená, že nejsou izolovány uvnitř buňky. Mnohé z nejdůležitějších cest mají společné metabolity.

V důsledku toho se soubor všech chemických reakcí, které se vyskytují v buňkách, nazývá metabolismus. Každá buňka je charakterizována specifickým metabolickým výkonem, který je definován obsahem enzymů v jeho vnitřku, který je zase geneticky determinovaný.

Index

  • 1 Obecné charakteristiky metabolických drah
    • 1.1 Reakce jsou katalyzovány enzymy
    • 1.2 Metabolismus je regulován hormony
    • 1.3 Rozdělení
    • 1.4 Koordinace metabolického toku
  • 2 Typy metabolických drah
    • 2.1 Katabolické cesty
    • 2.2 Anabolické cesty
    • 2.3 Amfibolické cesty
  • 3 Hlavní metabolické cesty
    • 3.1 Glykolýza nebo glykolýza
    • 3.2 Glukoneogeneze
    • 3.3 Cyklus glyoxylátu
    • 3.4 Krebsův cyklus
    • 3.5 Elektronový transportní řetězec
    • 3.6 Syntéza mastných kyselin
    • 3.7 Beta oxidace mastných kyselin
    • 3.8 Metabolismus nukleotidů
    • 3.9 Fermentace
  • 4 Odkazy

Obecné charakteristiky metabolických drah

V buněčném prostředí dochází k velkému počtu chemických reakcí. Soubor těchto reakcí je metabolismus a hlavní funkcí tohoto procesu je udržení homeostázy organismu za normálních podmínek a také v podmínkách stresu.

Musí tedy existovat rovnováha toků těchto metabolitů. Mezi hlavní charakteristiky metabolických cest patří:

Reakce jsou katalyzovány enzymy

Protagonisty metabolických drah jsou enzymy. Jsou odpovědné za integraci a analýzu informací o metabolickém stavu a jsou schopny modulovat svou aktivitu v závislosti na momentálních buněčných požadavcích..

Metabolismus je regulován hormony

Metabolismus je řízen řadou hormonů, které jsou schopny koordinovat metabolické reakce s ohledem na potřeby a výkonnost organismu..

Kompartmentalizace

Existuje metabolizace metabolických drah. To znamená, že každá cesta probíhá ve specifickém subcelulárním kompartmentu, nazývají se cytoplazma, mj. Mitochondrie. Další cesty se mohou vyskytovat současně v několika komorách.

Distribuce cest pomáhá regulovat anabolické a katabolické cesty (viz níže)..

Koordinace metabolického toku

Koordinace metabolismu se dosahuje stabilitou aktivity příslušných enzymů. Je třeba zdůraznit, že anabolické cesty a jejich katabolické protějšky nejsou zcela nezávislé. Naopak jsou koordinovány.

V metabolických drahách jsou klíčové enzymatické body. S rychlostí konverze těchto enzymů je regulován celý tok cesty.

Typy metabolických drah

V biochemii se rozlišují tři typy hlavních metabolických drah. Toto dělení se provádí podle bioenergetických kritérií: katabolické, anabolické a amfibolické cesty.

Katabolické cesty

Katabolické cesty zahrnují reakce oxidační degradace. Provádí se za účelem získání energie a snížení výkonu, které bude buňka v dalších reakcích využívána později.

Většina organických molekul není v organismu syntetizována. Naopak, musíme ho konzumovat prostřednictvím jídla. V katabolických reakcích jsou tyto molekuly degradovány na monomery, které je tvoří, které mohou být použity buňkami.

Anabolické cesty

Anabolické cesty zahrnují syntetické chemické reakce, které berou malé a jednoduché molekuly a transformují je na větší a složitější prvky.

Aby tyto reakce proběhly, musí být k dispozici energie. Odkud tato energie pochází? Katabolické dráhy, primárně ve formě ATP.

Tímto způsobem mohou být metabolity produkované katabolickými dráhami (které jsou globálně nazývány "pool metabolitů") použity v anabolických drahách za účelem syntézy složitějších molekul, které tělo potřebuje v tuto chvíli..

Mezi tyto skupiny metabolitů patří tři klíčové molekuly procesu: pyruvát, acetylkoenzym A a glycerol. Tyto metabolity jsou zodpovědné za spojení metabolismu různých biomolekul, jako jsou lipidy, sacharidy, mezi jinými.

Amfibolické cesty

Trasa amfibolu funguje jako anabolická nebo katabolická cesta. Je to smíšená trasa.

Nejznámější cestou amfibolu je Krebsův cyklus. Tato cesta hraje zásadní roli v degradaci sacharidů, lipidů a aminokyselin. Podílí se však také na výrobě prekurzorů syntetických cest.

Například metabolity Krebsova cyklu jsou prekurzory poloviny aminokyselin, které se používají pro tvorbu proteinů.

Hlavní metabolické cesty

Ve všech buňkách, které jsou součástí živých bytostí, se provádí řada metabolických drah. Některé z nich sdílí většina organismů.

Tyto metabolické cesty zahrnují syntézu, degradaci a přeměnu klíčových metabolitů na život. Celý tento proces je znám jako intermediární metabolismus.

Buňky musí mít trvalé organické a anorganické sloučeniny a také chemickou energii, která se získává hlavně z molekuly ATP.

ATP (adenosintrifosfát) je nejdůležitější formou uchovávání energie všech buněk. A energetické zisky a investice metabolických drah jsou obvykle vyjádřeny v termínech ATP molekul.

Dále budou diskutovány nejdůležitější cesty, které jsou přítomny v převážné většině živých organismů.

Glykolýza nebo glykolýza

Glykolýza je cesta, která zahrnuje degradaci glukózy na dvě molekuly kyseliny pyrohroznové, přičemž se získá čistý zisk dvou molekul ATP. Je přítomen prakticky ve všech živých organismech a je považován za rychlý způsob získávání energie.

Obecně se obvykle dělí na dvě etapy. První zahrnuje průchod molekuly glukózy ve dvou glyceraldehydech, což vede ke změně dvou molekul ATP. Ve druhé fázi vznikají vysokoenergetické sloučeniny a jako konečné produkty se získávají 4 molekuly ATP a 2 pyruvátu..

Trasa může pokračovat dvěma různými způsoby. Pokud je kyslík, molekuly ukončí svou oxidaci v dýchacím řetězci. Nebo v případě, že k tomu nedojde, dochází k fermentaci.

Glukoneogeneze

Glukoneogeneze je cesta syntézy glukózy, počínaje aminokyselinami (s výjimkou leucinu a lysinu), laktátem, glycerolem nebo některým z meziproduktů Krebsova cyklu..

Glukóza je nepostradatelným substrátem pro určité tkáně, jako je mozek, erytrocyty a svaly. Příspěvek glukózy lze získat prostřednictvím rezerv glykogenu.

Když jsou však vyčerpány, tělo musí zahájit syntézu glukózy, aby splnilo požadavky tkání - hlavně nervové tkáně..

Tato cesta se vyskytuje hlavně v játrech. Je důležité, protože v situacích nalačno může tělo pokračovat v získávání glukózy.

Aktivace dráhy je spojena s krmením organismu. Zvířata, která konzumují vysoké dávky sacharidů, mají nízkou míru glukoneogenity, zatímco diety s nízkou glukózou vyžadují významnou glukoneogenní aktivitu..

Cyklus glyoxylátu

Tento cyklus je jedinečný pro rostliny a určité druhy bakterií. Tato cesta dosahuje přeměny acetylových jednotek, dvou uhlíků, na jednotky čtyř uhlíků - známé jako sukcinát. Tato sloučenina může produkovat energii a může být také použita pro syntézu glukózy.

Například u lidí by bylo nemožné existovat pouze na acetátu. V našem metabolismu nelze acetylkoenzym A přeměnit na pyruvát, který je prekurzorem glukoneogenní dráhy, protože reakce enzymu pyruvátdehydrogenázy je nevratná.

Biochemická logika cyklu je podobná logice cyklu kyseliny citrónové, s výjimkou dvou dekarboxylačních stupňů. Vyskytuje se ve velmi specifických organelách rostlin zvaných glyoxysomy a je zvláště důležitý v semenech některých rostlin, jako jsou slunečnice..

Krebsův cyklus

Je to jedna z cest, která je považována za ústřední pro metabolismus organických bytostí, protože sjednocuje metabolismus nejdůležitějších molekul, včetně proteinů, tuků a sacharidů..

Je součástí buněčného dýchání a jeho cílem je uvolnit energii uloženou v molekule acetylkoenzymu A - hlavního prekurzoru Krebsova cyklu. Skládá se z deseti enzymatických kroků a, jak jsme již zmínili, cyklus funguje v anabolických i katabolických drahách.

V eukaryotických organismech se cyklus odehrává v matrici mitochondrií. U prokaryotů, kterým chybí pravé subcelulární kompartmenty, se cyklus provádí v cytoplazmatické oblasti.

Elektronový transportní řetězec

Elektronový transportní řetězec je tvořen řadou dopravníků ukotvených v membráně. Cílem řetězce je vytvářet energii ve formě ATP.

Řetězy jsou schopny vytvořit elektrochemický gradient díky toku elektronů, klíčovému procesu syntézy energie.

Syntéza mastných kyselin

Mastné kyseliny jsou molekuly, které hrají v buňkách velmi důležité role, nacházejí se hlavně jako strukturní složka všech biologických membrán. Z tohoto důvodu je nezbytná syntéza mastných kyselin.

Celý proces syntézy probíhá v buněčném cytosolu. Centrální molekula procesu se nazývá malonyl koenzym A. Je zodpovědný za poskytování atomů, které tvořily uhlíkovou kostru mastné kyseliny ve formaci.

Beta oxidace mastných kyselin

Beta oxidace je proces degradace mastných kyselin. Toho je dosaženo pomocí čtyř kroků: oxidace pomocí FAD, hydratace, oxidace pomocí NAD + a thiolysis. Dříve musela být mastná kyselina aktivována integrací koenzymu A.

Produktem zmíněných reakcí jsou jednotky tvořené párem uhlíků ve formě acetylkoenzymu A. Tato molekula může vstoupit do Krebsova cyklu.

Energetická účinnost této dráhy závisí na délce řetězce mastných kyselin. Například pro kyselinu palmitovou, která má 16 uhlíků, je čistý výtěžek 106 molekul ATP.

Tato cesta se odehrává v mitochondriích eukaryot. Existuje také další alternativní cesta v oddělení zvaném peroxizom.

Protože většina mastných kyselin se nachází v buněčném cytosolu, musí být transportovány do komory, kde budou oxidovány. Transport je závislý na kartinitanu a umožňuje těmto molekulám vstup do mitochondrií.

Metabolismus nukleotidů

Syntéza nukleotidů je klíčovou událostí v buněčném metabolismu, protože se jedná o prekurzory molekul, které tvoří součást genetického materiálu, DNA a RNA, a důležitých molekul energie, jako je ATP a GTP..

Prekurzory syntézy nukleotidů zahrnují různé aminokyseliny, fosfát ribózy 5, oxid uhličitý a NH3. Recyklační cesty jsou zodpovědné za recyklaci volných bází a nukleosidů uvolněných z rozpadu nukleových kyselin.

Tvorba purinového kruhu probíhá z fosfátu ribózy 5, je to purinové jádro a nakonec je získán nukleotid..

Pyrimidinový kruh je syntetizován jako kyselina orotová. Po navázání na fosfát ribózy 5 se transformuje na pyrimidinové nukleotidy.

Fermentace

Fermentace jsou metabolické procesy nezávislé na kyslíku. Jsou katabolického typu a výsledným produktem procesu je metabolit, který má stále oxidační potenciál. Existují různé druhy kvašení, ale v našem těle dochází k mléčnému kvašení.

Laktátová fermentace probíhá v buněčné cytoplazmě. Skládá se z částečné degradace glukózy za účelem získání metabolické energie. Kyselina mléčná se vyrábí jako odpadní látka.

Po intenzivním sezení anaerobních cvičení není sval nalezen s odpovídajícími koncentracemi kyslíku a kojení mlékem.

Některé buňky těla jsou nuceny kvasit, protože jim chybí mitochondrie, jako je tomu u červených krvinek.

V průmyslu se fermentační procesy používají s vysokou frekvencí, aby se vytvořila řada produktů pro lidskou spotřebu, jako je například chléb, alkoholické nápoje, jogurt, mezi jinými..

Odkazy

  1. Baechle, T. R., & Earle, R. W. (Eds.). (2007). Principy silového tréninku a fyzické kondice. Panamericana Medical.
  2. Berg, J. M., Stryer, L., & Tymoczko, J. L. (2007). Biochemie. Obrátil jsem se.
  3. Campbell, M. K., & Farrell, S. O. (2011). Biochemie Šesté vydání. Thomson. Brooks / Cole.
  4. Devlin, T. M. (2011). Učebnice biochemie. John Wiley & Sons.
  5. Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). Biochemie: text a atlas. Panamericana Medical.
  6. Mougios, V. (2006). Cvičení biochemie. Lidská kinetika.
  7. Müller-Esterl, W. (2008). Biochemie Základy medicíny a biologických věd. Obrátil jsem se.
  8. Poortmans, J.R. (2004). Principy cvičení biochemie. 3rd, revidované vydání. Karger.
  9. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). Biochemie. Panamericana Medical.