Jenis laluan metabolik dan laluan utama



Satu laluan metabolik Ia adalah satu set tindak balas kimia, yang dipangkin oleh enzim. Dalam proses ini, molekul X diubah menjadi molekul Y, melalui metabolit perantara. Laluan metabolik berlaku dalam persekitaran selular.

Di luar sel, tindak balas ini akan mengambil masa yang terlalu lama, dan sesetengah mungkin tidak akan berlaku. Oleh itu, setiap langkah memerlukan kehadiran protein katalitik yang dipanggil enzim. Peranan molekul ini adalah untuk mempercepatkan dengan beberapa perintah magnitud kelajuan setiap tindak balas dalam laluan.

Secara fisiologi, laluan metabolik disambungkan dengan satu sama lain. Iaitu, mereka tidak terpencil dalam sel. Banyak laluan yang paling penting berkongsi metabolit biasa.

Oleh itu, set semua reaksi kimia yang berlaku dalam sel dipanggil metabolisme. Setiap sel dicirikan dengan mempamerkan prestasi metabolik tertentu, yang ditakrifkan oleh kandungan enzim di pedalamannya, yang seterusnya ditentukan secara genetik.

Indeks

  • 1 Ciri umum laluan metabolik
    • 1.1 Reaksi dipangkin oleh enzim
    • 1.2 Metabolisme dikawal oleh hormon
    • 1.3 Pengasingan
    • 1.4 Penyelarasan fluks metabolik
  • 2 Jenis laluan metabolik
    • 2.1 Laluan katabolik
    • 2.2 Laluan anabolik
    • 2.3 Laluan amfibolik
  • 3 Laluan metabolik utama
    • 3.1 Glikolisis atau glikolisis
    • 3.2 Glukoneogenesis
    • 3.3 Kitaran glyoxylate
    • 3.4 kitaran Krebs
    • 3.5 Rangkaian pengangkutan elektron
    • 3.6 Sintesis asid lemak
    • 3.7 Pengoksidaan beta asid lemak
    • 3.8 Metabolisme nukleotida
    • 3.9 Fermentasi
  • 4 Rujukan

Ciri-ciri umum laluan metabolik

Dalam persekitaran selular, sebilangan besar tindak balas kimia berlaku. Set tindak balas ini adalah metabolisme, dan fungsi utama proses ini adalah untuk mengekalkan homeostasis organisma di bawah keadaan normal, dan juga di bawah keadaan tekanan.

Oleh itu, perlu ada keseimbangan aliran metabolit ini. Di antara ciri-ciri utama laluan metabolik kita mempunyai berikut:

Reaksi-reaksi ini dikatalisis oleh enzim

Protagonis jalur metabolik adalah enzim. Mereka bertanggungjawab untuk mengintegrasikan dan menganalisis maklumat mengenai status metabolik dan dapat memodulasi aktiviti mereka mengikut keperluan selular pada masa ini.

Metabolisme dikawal oleh hormon

Metabolisme didorong oleh beberapa hormon, yang dapat menyelaraskan reaksi metabolik, memandangkan keperluan dan prestasi organisma.

Pengasingan

Terdapat penyepaduan jalur metabolik. Iaitu, setiap jalur berlaku di dalam petak sub-sel tertentu, memanggilnya sitoplasma, mitokondria, antara lain. Laluan lain mungkin berlaku dalam beberapa petak serentak.

Pemisahan laluan membantu pengawalan laluan anabolik dan katabolik (lihat di bawah).

Koordinasi aliran metabolik

Penyelarasan metabolisme dicapai oleh kestabilan aktiviti enzim yang terlibat. Adalah perlu untuk menekankan bahawa laluan anabolik dan rakan-rakan katabolik mereka tidak sepenuhnya bebas. Sebaliknya, mereka diselaraskan.

Terdapat titik enzim utama dalam laluan metabolik. Dengan kelajuan penukaran enzim ini, aliran keseluruhan laluan dikawal.

Jenis-jenis laluan metabolik

Dalam biokimia, tiga jenis laluan metabolik utama dibezakan. Bahagian ini dijalankan mengikut kriteria bioenergetik: laluan katabolik, anabolik dan amfibolik.

Laluan catabolic

Laluan katabolik merangkumi tindak balas degradasi oksidatif. Mereka dijalankan untuk mendapatkan tenaga dan mengurangkan kuasa, yang akan digunakan kemudian oleh sel dalam tindak balas yang lain.

Molekul organik yang paling tidak disintesis oleh organisma. Sebaliknya, kita mesti menggunakannya melalui makanan. Dalam tindak balas katabolik, molekul-molekul ini terdegradasi ke dalam monomer yang membuatnya, yang boleh digunakan oleh sel.

Laluan anabolik

Jalur anabolik terdiri daripada tindak balas kimia sintetik, mengambil molekul kecil dan mudah, dan mengubahnya menjadi unsur yang lebih besar dan lebih kompleks.

Untuk reaksi-reaksi ini berlaku, tenaga mesti ada. Di manakah tenaga ini berasal? Daripada laluan katabolik, terutamanya dalam bentuk ATP.

Dengan cara ini, metabolit yang dihasilkan oleh jalur katabolik (yang secara global dikenali sebagai "kolam metabolit") boleh digunakan dalam laluan anabolik untuk mensintesis molekul yang lebih kompleks yang diperlukan oleh badan pada masa ini.

Antara kumpulan metabolit ini, terdapat tiga molekul utama proses: pyruvate, asetil coenzyme A dan gliserol. Metabolit ini bertanggungjawab untuk menyambungkan metabolisme biomolekul yang berbeza, seperti lipid, karbohidrat, antara lain.

Laluan amfibolik

Laluan amphibole berfungsi sebagai laluan anabolik atau laluan katabolik. Maksud saya, ia adalah laluan bercampur.

Laluan amphibole yang paling terkenal ialah kitaran Krebs. Laluan ini memainkan peranan penting dalam penyusutan karbohidrat, lipid dan asid amino. Walau bagaimanapun, ia juga mengambil bahagian dalam pengeluaran prekursor untuk laluan sintetik.

Sebagai contoh, metabolit kitaran Krebs adalah prekursor separuh daripada asid amino yang digunakan untuk membina protein.

Laluan metabolik utama

Dalam semua sel yang merupakan sebahagian daripada makhluk hidup, satu siri laluan metabolik dijalankan. Sesetengahnya dikongsi oleh kebanyakan organisma.

Laluan metabolik ini terdiri daripada sintesis, degradasi dan penukaran metabolit penting untuk kehidupan. Proses keseluruhan ini dikenali sebagai metabolisme perantaraan.

Sel-sel perlu mempunyai sebatian organik dan bukan organik tetap, dan juga tenaga kimia, yang diperoleh terutamanya dari molekul ATP.

ATP (adenosine triphosphate) adalah bentuk penyimpanan tenaga paling penting bagi semua sel. Dan keuntungan tenaga dan pelaburan jalur metabolik biasanya dinyatakan dari segi molekul ATP.

Seterusnya, laluan paling penting yang terdapat dalam kebanyakan organisma hidup akan dibincangkan.

Glikolisis atau glikolisis

Glikolisis ialah laluan yang melibatkan degradasi glukosa kepada dua molekul asid piruvat, memperoleh sebagai keuntungan bersih dua molekul ATP. Ia wujud hampir di semua organisma hidup dan dianggap sebagai cara cepat mendapatkan tenaga.

Secara umum, ia biasanya dibahagikan kepada dua peringkat. Yang pertama melibatkan laluan molekul glukosa dalam dua gliseraldehid, membalikkan dua molekul ATP. Pada fasa kedua, sebatian tenaga tinggi dihasilkan, dan 4 molekul ATP dan 2 piruvat diperolehi sebagai produk akhir.

Laluan ini boleh diteruskan dengan dua cara yang berbeza. Jika ada oksigen, molekul akan mengakhiri pengoksidaan mereka dalam rantaian pernafasan. Atau, dalam ketiadaan ini, penapaian berlaku.

Glukoneogenesis

Glukoneogenesis adalah laluan sintesis glukosa, bermula dari asid amino (dengan pengecualian leucine dan lisin), laktat, gliserol atau mana-mana perantara kitaran Krebs.

Glukosa adalah substrat yang tidak boleh diketepikan untuk tisu tertentu, seperti otak, eritrosit dan otot. Sumbangan glukosa boleh diperolehi melalui rizab glikogen.

Bagaimanapun, apabila ini berkurangan, badan mesti memulakan sintesis glukosa untuk memenuhi tuntutan tisu - terutamanya tisu saraf.

Laluan ini berlaku terutamanya di hati. Ini penting kerana, dalam keadaan berpuasa, tubuh dapat terus memperoleh glukosa.

Pengaktifan atau bukan laluan itu dikaitkan dengan penyuapan organisma. Haiwan yang menggunakan diet tinggi dalam karbohidrat mempunyai kadar glukoneogenik yang rendah, sementara diet glukosa rendah memerlukan aktiviti glukoneogenik.

Kitaran glikoksilat

Kitaran ini unik kepada tumbuhan dan jenis bakteria tertentu. Laluan ini mencapai transformasi unit asetil, dua karbondi, ke dalam unit empat karbon - yang dikenali sebagai succinate. Kompaun terakhir dapat menghasilkan energi dan juga dapat digunakan untuk sintesis glukosa.

Sebagai manusia, sebagai contoh, mustahil untuk hidup hanya pada asetat. Dalam metabolisme kita, asetil coenzyme A tidak boleh ditukar kepada piruvat, yang merupakan pendahulu laluan glukoneogenik, kerana tindak balas enzim pyruvate dehydrogenase tidak dapat dipulihkan.

Logik biokimia bagi kitaran ini sama dengan kitaran asid sitrik, dengan pengecualian kedua tahap decarboxylative. Berlaku dalam organel tumbuhan yang sangat spesifik yang dipanggil glyoxysomes, dan sangat penting dalam benih beberapa tumbuh-tumbuhan seperti bunga matahari.

Kitaran Krebs

Ini adalah salah satu laluan yang dianggap sebagai pusat kepada metabolisme makhluk organik, kerana ia menyatukan metabolisme molekul yang paling penting, termasuk protein, lemak dan karbohidrat.

Ia adalah komponen pernafasan selular, dan bertujuan untuk melepaskan tenaga yang tersimpan dalam molekul asetil coenzyme A - pendahulunya utama kitaran Krebs. Ia terdiri daripada sepuluh langkah enzim dan, seperti yang kita sebutkan, kitaran berfungsi di kedua jalur anabolik dan katabolik.

Dalam organisma eukariotik, kitaran berlaku dalam matriks mitokondria. Dalam prokariot - yang kekurangan ruang subselular benar - kitaran dijalankan di kawasan sitoplasma.

Rantaian pengangkutan elektron

Rantai pengangkutan elektron dibentuk oleh satu siri penghantar yang berlabuh di dalam membran. Rantaian ini bertujuan untuk menghasilkan tenaga dalam bentuk ATP.

Rantai ini dapat menghasilkan kecerunan elektrokimia berkat aliran elektron, proses penting untuk sintesis tenaga.

Sintesis asid lemak

Asid lemak adalah molekul yang memainkan peranan yang amat penting dalam sel-sel, mereka ditemui sebagai komponen struktur semua membran biologi. Atas sebab ini, sintesis asid lemak adalah penting.

Seluruh proses sintesis berlaku dalam sitosol sel. Molekul utama proses ini dipanggil malonl coenzyme A. Ia bertanggungjawab untuk menyediakan atom-atom yang membentuk rangka karbon asid lemak dalam pembentukan.

Pengoksidaan beta asid lemak

Pengoksidaan beta adalah proses penguraian asid lemak. Ini dicapai melalui empat langkah: pengoksidaan oleh FAD, penghidratan, pengoksidaan oleh NAD + dan thiolysis. Sebelum ini, asid lemak perlu diaktifkan dengan penyepaduan koenzim A.

Produk tindak balas yang disebutkan adalah unit-unit yang dibentuk oleh beberapa karbon dalam bentuk asetil A coenzyme A. Molekul ini boleh memasuki kitaran Krebs.

Kecekapan tenaga laluan ini bergantung pada panjang rantai asid lemak. Untuk asid palmitik, sebagai contoh, yang mempunyai 16 karbon, hasil bersih adalah 106 molekul ATP.

Laluan ini berlaku di mitokondria eukariota. Terdapat juga laluan alternatif lain dalam ruang yang disebut peroxisome.

Oleh kerana kebanyakan asid lemak terletak di dalam sitosol selular, ia mesti diangkut ke petak di mana ia akan teroksida. Pengangkutan bergantung kepada kartinitan, dan membolehkan molekul ini memasuki mitokondria.

Metabolisme nukleotida

Sintesis nukleotida merupakan peristiwa utama dalam metabolisme sel, kerana ini adalah prekursor molekul yang membentuk sebahagian daripada bahan genetik, DNA dan RNA, dan molekul tenaga penting, seperti ATP dan GTP.

Prekursor sintesis nukleotida mengandungi asid amino yang berbeza, ribosa 5 fosfat, karbon dioksida dan NH3. Laluan pemulihan bertanggungjawab untuk mengitar semula asas dan nukleosida percuma yang dibebaskan daripada pecahan asid nukleik.

Pembentukan cincin purine berlaku dari ribosa 5 fosfat, yang berlaku sebagai nukleus purine dan akhirnya nukleotida diperolehi.

Cincin pyrimidine disintesis sebagai asid orotic. Berikutan mengikat ribosa 5 fosfat, ia berubah menjadi pyrimidine nucleotides.

Penapaian

Fermentasi adalah proses metabolik bebas daripada oksigen. Mereka adalah jenis katabolik dan produk akhir proses adalah metabolit yang masih mempunyai potensi pengoksidaan. Terdapat pelbagai jenis penapaian, tetapi dalam penapaian laktik badan kita berlaku.

Penapaian laktik berlaku dalam sitoplasma selular. Ia terdiri daripada degradasi separa glukosa untuk mendapatkan tenaga metabolik. Asid laktik dihasilkan sebagai bahan buangan.

Selepas sesi latihan anaerobik yang sengit, otot tidak dijumpai dengan kepekatan oksigen dan penapaian laktik yang mencukupi.

Sesetengah sel tubuh terpaksa menuai, kerana mereka tidak mempunyai mitokondria, seperti sel darah merah.

Dalam industri, proses fermentasi digunakan dengan frekuensi tinggi, untuk menghasilkan satu siri produk untuk kegunaan manusia, seperti roti, minuman beralkohol, yogurt, dan lain-lain..

Rujukan

  1. Baechle, T. R., & Earle, R. W. (Eds.). (2007). Prinsip latihan kekuatan dan penyesuaian fizikal. Ed. Panamericana Medical.
  2. Berg, J. M., Stryer, L., & Tymoczko, J. L. (2007). Biokimia. Saya balik.
  3. Campbell, M. K., & Farrell, S. O. (2011). Biokimia Edisi keenam. Thomson. Brooks / Cole.
  4. Devlin, T. M. (2011). Buku teks biokimia. John Wiley & Sons.
  5. Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). Biokimia: teks dan atlas. Ed. Panamericana Medical.
  6. Mougios, V. (2006). Latihan biokimia. Kinetik manusia.
  7. Müller-Esterl, W. (2008). Biokimia Asas perubatan dan sains hayat. Saya balik.
  8. Poortmans, J.R. (2004). Prinsip latihan biokimia. 3rd, edisi yang disemak semula. Karger.
  9. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). Biokimia. Ed. Panamericana Medical.