METABOLISET REITIT: TYYPIT JA PÄÄREITIT - BIOLOGIA - 2026

Metaboliareitti on joukko kemiallisia reaktioita, katalysoivat entsyymit. Tässä prosessissa molekyyli X muuttuu molekyyliksi Y välituotteiden metaboliittien avulla. Metaboliset reitit tapahtuvat soluympäristössä.

Solun ulkopuolella, nämä reaktiot kestävät liian kauan, ja jotkut eivät ehkä tapahdu. Siksi jokainen vaihe vaatii katalyyttiproteiinien, nimeltään entsyymit, läsnäolon. Näiden molekyylien tehtävänä on kiihdyttää kunkin reaktion nopeutta reitillä useilla suuruusluokilla.

Tärkeimmät aineenvaihduntareitit

Lähde: Chakazul (keskustelu · kirjoitukset), Wikimedia Commonsin kautta.

Fysiologisesti metaboliset reitit ovat yhteydessä toisiinsa. Eli niitä ei ole eristetty solussa. Monilla tärkeimmistä reiteistä on yhteisiä metaboliitteja.

Tämän seurauksena kaikkien soluissa tapahtuvien kemiallisten reaktioiden joukkoa kutsutaan metaboliaksi. Jokaiselle solulle on tunnusomaista, että sillä on erityinen metabolinen suorituskyky, joka määritetään sisällä olevien entsyymien sisällön perusteella, joka puolestaan ​​määritetään geneettisesti.

Metabolisten reittien yleiset ominaisuudet

Soluympäristössä tapahtuu suuri määrä kemiallisia reaktioita. Näiden reaktioiden joukko on aineenvaihdunta, ja tämän prosessin päätehtävänä on ylläpitää kehon homeostaasia normaaleissa olosuhteissa ja myös stressiolosuhteissa.

Siksi näiden metaboliittien vuon on oltava tasapainossa. Metabolisten reittien pääpiirteistä ovat seuraavat:

Entsyymit katalysoivat reaktioita

Syklooksigenaasientsyymien katalysoima reaktio (Lähde: Pancrat Wikimedia Commonsin kautta)

Metabolisten reittien päähenkilöt ovat entsyymit. He vastaavat aineenvaihduntatilaa koskevien tietojen integroinnista ja analysoinnista ja kykenevät moduloimaan aktiivisuuttaan hetkellisen solutarpeen perusteella.

Aineenvaihduntaa säätelevät hormonit

Metaboliaa ohjaa joukko hormoneja, jotka kykenevät koordinoimaan metabolisia reaktioita ottaen huomioon kehon tarpeet ja suorituskyvyn.

lohkottamisen

Metaboliset reitit jakautuvat osittain. Toisin sanoen jokainen reitti tapahtuu tietyssä solun ulkopuolella, kutsutaan sitä muun muassa sytoplasmaksi, mitokondrioiksi. Muita reittejä voi esiintyä useissa osastoissa samanaikaisesti.

Polkuosastointi auttaa säätelemään anabolisia ja katabolisia reittejä (katso alla).

Metabolisen virtauksen koordinointi

Metabolian koordinointi saavutetaan osallistuvien entsyymien aktiivisuuden vakauden avulla. On huomattava, että anaboliset reitit ja niiden kataboliset vastineet eivät ole täysin riippumattomia. Sitä vastoin niitä koordinoidaan.

Metaboliteillä on keskeisiä entsymaattisia kohtia. Näiden entsyymien muuntamisnopeudella koko reitin virtausta säädellään.

Metabolisten reittien tyypit

Biokemiassa erotellaan kolme päätyyppiä aineenvaihdunnasta. Tämä jako suoritetaan noudattaen bioenergeettisiä kriteerejä: kataboliset, anaboliset ja amfibolireitit.

Kataboliset reitit

Kataboliset reitit käsittävät hapettavat hajoamisreaktiot. Ne suoritetaan energian saamiseksi ja tehon vähentämiseksi, jota solu käyttää myöhemmin muissa reaktioissa.

Suurin osa orgaanisista molekyyleistä ei ole syntetisoitu kehossa. Sen sijaan meidän on nautittava se ruuan kautta. Katabolisissa reaktioissa nämä molekyylit hajoavat niistä koostuviksi monomeereiksi, joita solut voivat käyttää.

Anaboliset reitit

Anaboliset reitit käsittävät synteesin kemialliset reaktiot, ottaen pienet, yksinkertaiset molekyylit ja muuttamalla ne suuremmiksi, monimutkaisemmiksi elementeiksi.

Jotta nämä reaktiot tapahtuisivat, energian on oltava käytettävissä. Mistä tämä energia tulee? Katabolisista reiteistä, pääasiassa ATP: n muodossa.

Tällä tavalla katabolisten reittien tuottamia metaboliitteja (joita kutsutaan maailmanlaajuisesti "metaboliittien yhdistelmäksi") voidaan käyttää anabolisissa reiteissä syntetisoidakseen monimutkaisempia molekyylejä, joita kehon tarvitsee tällä hetkellä.

Tämän metaboliittien joukon joukossa on kolme prosessin avainmolekyyliä: pyruvaatti, asetyylikoentsyymi A ja glyseroli. Nämä metaboliitit vastaavat erilaisten biomolekyylien, kuten lipidien, hiilihydraattien, metabolian yhdistämisestä.

Sammuttavat reitit

Amfibolireitti toimii joko anabolisena tai katabolisena poluna. Eli se on sekoitettu reitti.

Tunnetuin amfibolireitti on Krebs-sykli. Tällä reitillä on keskeinen rooli hiilihydraattien, lipidien ja aminohappojen hajoamisessa. Se osallistuu kuitenkin myös synteettisten reittien esiasteiden tuotantoon.

Esimerkiksi Krebs-syklin metaboliitit ovat prekursoreita puolelle aminohapoista, joita käytetään proteiinien rakentamiseen.

Pääaineenvaihduntareitit

Kaikissa soluissa, jotka ovat osa eläviä olentoja, suoritetaan sarja aineenvaihduntareittejä. Jotkut näistä jakavat suurimman osan organismeista.

Nämä aineenvaihduntareitit sisältävät elämäkriittisten metaboliittien synteesin, hajoamisen ja muuntamisen. Koko tämä prosessi tunnetaan väliainemetaboliana.

Solut tarvitsevat pysyvästi orgaanisia ja epäorgaanisia yhdisteitä ja myös kemiallista energiaa, jota saadaan pääasiassa ATP-molekyylistä.

ATP (adenosiinitrifosfaatti) on tärkein energian varastointimuoto kaikissa soluissa. Ja metabolisten reittien energiahyödyt ja investoinnit ilmaistaan ​​usein ATP-molekyyleinä.

Seuraavassa käsitellään tärkeimpiä reittejä, joita esiintyy valtaosassa eläviä organismeja.

Glycolysis tai glycolysis

Kuvio 1: glykolyysi vs. glukoneogeneesi. Reaktiot ja entsyymit.

Glykolyysi on reitti, johon sisältyy glukoosin hajoaminen korkeintaan kahdeksi pyruvichappomolekyyliksi, jolloin nettovoittona saadaan kaksi ATP-molekyyliä. Sitä esiintyy käytännössä kaikissa elävissä organismeissa ja sitä pidetään nopeana tapana saada energiaa.

Yleensä se jaetaan yleensä kahteen vaiheeseen. Ensimmäiseen sisältyy glukoosimolekyylin kulkeminen kahteen glyseraldehydimolekyyliin, kääntämällä kaksi ATP-molekyyliä. Toisessa vaiheessa syntyy korkeaenergisia yhdisteitä, ja lopputuotteina saadaan 4 ATP-molekyyliä ja 2 pyruvaattimolekyyliä.

Reitti voi jatkua kahdella eri tavalla. Jos happea on, molekyylit lopettavat hapettumisensa hengitysketjussa. Tai tämän puuttuessa tapahtuu käyminen.

glukoneogeneesin

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

Glukoneogeneesi on reitti glukoosin synteesille, alkaen aminohapoista (lukuun ottamatta leusiiniä ja lysiiniä), laktaatista, glyserolista tai mistä tahansa Krebs-syklin välituotteista.

Glukoosi on välttämätön substraatti tietyille kudoksille, kuten aivoille, punasoluille ja lihaksille. Glukoositarjonta voidaan saada glykogeenivarastojen kautta.

Kuitenkin kun nämä ovat ehtyneet, kehon on aloitettava glukoosisynteesi kudosten - ensisijaisesti hermoston - vaatimusten täyttämiseksi.

Tämä reitti esiintyy pääasiassa maksassa. Se on elintärkeää, koska paastotilanteissa elimistö voi edelleen saada glukoosia.

Polun aktivoituminen tai puuttuminen liittyy organismin ruokintaan. Eläimillä, jotka käyttävät runsaasti hiilihydraatteja sisältäviä ruokavalioita, on alhainen glukoneogeenisuus, kun taas vähäsokerisissa ruokavalioissa vaaditaan merkittävää glukoneogeenistä aktiivisuutta.

Glyoksylaattisykli

Otettu ja muokattu: Alkuperäinen lähettäjä oli Adenosine englannin Wikipediassa. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Tämä sykli on ainutlaatuinen kasveille ja tietyntyyppisille bakteereille. Tällä reitillä saavutetaan kaksihiilisten asetyyliyksiköiden muutos neljäshiiliyksiköiksi - kutsutaan sukkinaatiksi. Tämä viimeinen yhdiste voi tuottaa energiaa ja sitä voidaan käyttää myös glukoosin synteesiin.

Esimerkiksi ihmisillä olisi mahdotonta selviytyä pelkästään asetaatista. Metabolismissamme asetyylikoentsyymi A ei voi muuttua pyruvaatiksi, mikä on glukoneogeenisen reitin edeltäjä, koska pyruvaattidehydrogenaasientsyymireaktio on peruuttamaton.

Jakson biokemiallinen logiikka on samanlainen kuin sitruunahapposyklin, paitsi kaksi dekarboksylointivaihetta. Sitä esiintyy hyvin spesifisissä kasvien organelleissa, joita kutsutaan glyoksysomeiksi, ja se on erityisen tärkeä joidenkin kasvien, kuten auringonkukkien siemenissä.

Krebs-sykli

Trikarboksyylihapposykli (Krebs-sykli). Otettu ja toimitettu: Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins (espanjaksi kääntänyt Alejandro Porto).

Se on yksi reiteistä, joita pidetään orgaanisten olentojen aineenvaihdunnassa keskeisenä, koska se yhdistää tärkeimpien molekyylien metabolian, mukaan lukien proteiinit, rasvat ja hiilihydraatit.

Se on osa solujen hengitystä ja pyrkii vapauttamaan asetyylikoentsyymi A -molekyyliin varastoituneen energian - Krebs-syklin pääesiasteen. Se koostuu kymmenestä entsymaattisesta vaiheesta ja kuten mainitsimme, sykli toimii sekä anabolisilla että katabolisilla reiteillä.

Eukaryoottisissa organismeissa sykli tapahtuu mitokondrioiden matriisissa. Prokaryooteissa - joista puuttuu todellisia solunsisäisiä osastoja - sykli tapahtuu sytoplasmisella alueella.

Elektronien kuljetusketju

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

Elektronien kuljetusketju koostuu sarjasta kuljettimia, jotka on kiinnitetty kalvoon. Ketjun tavoitteena on tuottaa energiaa ATP: n muodossa.

Ketjut pystyvät luomaan sähkökemiallisen gradientin elektronien virtauksen ansiosta, mikä on tärkeä prosessi energian synteesille.

Rasvahappojen synteesi

Rasvahapot ovat molekyylejä, joilla on erittäin tärkeä rooli soluissa, niitä esiintyy pääasiassa kaikkien biologisten membraanien rakenneosina. Tästä syystä rasvahappojen synteesi on välttämätöntä.

Koko synteesiprosessi tapahtuu solun sytosolissa. Prosessin keskusmolekyyliä kutsutaan malonyylikoentsyymiksi A. Sen tehtävänä on tarjota atomeja, jotka muodostavat muodostuneessa rasvahapon hiilirungon.

Rasvahappojen beetahapetus

Beetahapetus on rasvahappojen hajoamisprosessi. Tämä suoritetaan neljän vaiheen kautta: FAD-hapetus, hydraatio, NAD + -hapetus ja tiolyysi. Aikaisemmin rasvahappo on aktivoitava integroimalla koentsyymi A: ta.

Mainittujen reaktioiden tuote on yksiköt, jotka hiiliparit muodostavat asetyylikoentsyymin A muodossa. Tämä molekyyli voi siirtyä Krebs-sykliin.

Tämän reitin energiatehokkuus riippuu rasvahappoketjun pituudesta. Esimerkiksi palmitiinihapon, jossa on 16 hiiltä, ​​nettosaanto on 106 ATP-molekyyliä.

Tämä reitti tapahtuu eukaryoottien mitokondrioissa. Osassa on myös toinen vaihtoehtoinen reitti, nimeltään peroksisomi.

Koska suurin osa rasvahapoista sijaitsee solusytosolissa, ne on kuljetettava osastoon, jossa ne hapettuvat. Kuljetus on riippuvaista nivelkierrosta ja antaa näiden molekyylien päästä mitokondrioihin.

Nukleotidien metabolia

Nukleotidien synteesi on avaintapahtuma solujen aineenvaihdunnassa, koska nämä ovat lähtöaineita molekyyleille, jotka muodostavat osan geneettisestä materiaalista, DNA: sta ja RNA: sta, ja tärkeistä energiamolekyyleistä, kuten ATP ja GTP.

Esiasteita nukleotidin synteesin ovat eri aminohappoja, riboosi 5 fosfaatti, hiilidioksidi ja NH ₃. Palautumisreitit vastaavat nukleiinihappojen hajoamisesta vapautuneiden vapaiden emästen ja nukleosidien kierrätyksestä.

Puriinirenkaan muodostuminen tapahtuu riboosi-5-fosfaatista, siitä tulee puriinin ydin ja lopulta saadaan nukleotidi.

Pyrimidiinirengas syntetisoidaan orotihappona. Seuraavaksi sitoutuminen riboosi-5-fosfaattiin, se muunnetaan pyrimidiininukleotideiksi.

Käyminen

Alkuperäisen version kirjoittaja on User: Norro. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Fermentaatiot ovat happea riippumattomia metabolisia prosesseja. Ne ovat kataboolista tyyppiä ja prosessin lopputuote on metaboliitti, jolla on edelleen hapetuspotentiaali. Käymisiä on erityyppisiä, mutta maitohapot käyvät kehossa.

Maitohappokäyminen tapahtuu solusytoplasmassa. Se koostuu glukoosin osittaisesta hajoamisesta metabolisen energian saamiseksi. Jätteenä syntyy maitohappoa.

Anaerobisten harjoitusten intensiivisen istunnon jälkeen lihaksessa ei ole riittäviä happipitoisuuksia ja tapahtuu maitohappokäymistä.

Jotkut kehon solut pakotetaan fermentoimaan, koska niissä ei ole mitokondrioita, kuten punaisten verisolujen kohdalla.

Teollisuudessa käymisprosesseja käytetään hyvin tiheästi sarjan ihmisravinnoksi tarkoitettujen tuotteiden, kuten leivän, alkoholijuomien, jogurtin, valmistukseen.

Viitteet

1. Baechle, TR, ja Earle, RW (toim.). (2007). Voimaharjoituksen ja fyysisen kuntoutuksen periaatteet. Panamerican Medical Ed.
2. Berg, JM, Stryer, L., ja Tymoczko, JL (2007). Biokemia. Käänsin.
3. Campbell, MK, ja Farrell, SO (2011). Biokemia. Kuudes painos. Thomson. Brooks / Cole.
4. Devlin, TM (2011). Biokemian oppikirja. John Wiley & Sons.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biokemia: teksti ja atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Mougios, V. (2006). Harjoittele biokemiaa. Ihmisen kinetiikka.
7. Müller-Esterl, W. (2008). Biokemia. Lääketieteen ja biotieteiden perusteet. Käänsin.
8. Poortmans, JR (2004). Liikunnan biokemian periaatteet. 3 ^rd, uudistettu painos. Karger.
9. Voet, D., ja Voet, JG (2006). Biokemia. Panamerican Medical Ed.