METABOLISMA CEĻI: VEIDI UN GALVENIE MARŠRUTI - BIOLOĢIJA - 2025

Metabolisma ceļš ir noteikts ķīmisko reakciju, kuru katalizē ar fermentiem. Šajā procesā molekula X tiek pārveidota par molekulu Y, izmantojot starpposma metabolītus. Metabolisma ceļi notiek šūnu vidē.

Ārpus šūnas šīs reakcijas prasītu pārāk ilgi, un dažas no tām varētu nenotikt. Tāpēc katrā solī nepieciešama katalizatora olbaltumvielu klātbūtne, ko sauc par fermentiem. Šo molekulu uzdevums ir paātrināt katras reakcijas ātrumu ceļā par vairākiem lieluma līmeņiem.

Galvenie metabolisma ceļi
Avots: Chakazul (saruna · ieguldījums), izmantojot Wikimedia Commons.

Fizioloģiski vielmaiņas ceļi ir savienoti viens ar otru. Tas ir, šūnā tie nav izolēti. Daudzos svarīgākajos ceļos metabolīti ir kopīgi.

Līdz ar to visu ķīmisko reakciju kopumu, kas notiek šūnās, sauc par metabolismu. Katrai šūnai ir raksturīga īpaša metabolisma veiktspēja, ko nosaka tajā esošo enzīmu saturs, kuru savukārt nosaka ģenētiski.

Metabolisma ceļu vispārīgās īpašības

Šūnu vidē notiek daudz ķīmisku reakciju. Šo reakciju kopums ir metabolisms, un galvenā šī procesa funkcija ir uzturēt ķermeņa homeostāzi normālos apstākļos, kā arī stresa apstākļos.

Tādējādi ir jābūt līdzsvaram starp šo metabolītu plūsmām. Starp galvenajiem metabolisma ceļu raksturlielumiem mums ir šādi:

Reakcijas katalizē fermenti

Ciklooksigenāzes enzīmu katalizētā reakcija (Avots: Pancrat caur Wikimedia Commons)

Metabolisma ceļu galvenie dalībnieki ir fermenti. Viņi ir atbildīgi par metabolisma stāvokļa informācijas integrēšanu un analīzi un spēj modificēt savu darbību, pamatojoties uz attiecīgā brīža šūnu vajadzībām.

Metabolismu regulē hormoni

Metabolismu vada virkne hormonu, kas spēj koordinēt metabolisma reakcijas, ņemot vērā ķermeņa vajadzības un darbību.

Sadalīšana

Metabolisma ceļi tiek sadalīti dalījumā. Tas ir, katrs ceļš notiek noteiktā subcelulārā nodalījumā, citu starpā to sauc par citoplazmu, mitohondrijiem. Citi maršruti var notikt vairākos nodalījumos vienlaicīgi.

Ceļu nodalīšana palīdz anabolisko un katabolisko ceļu regulēšanā (skatīt zemāk).

Metabolisma plūsmas koordinācija

Metabolisma koordinācija tiek panākta ar iesaistīto enzīmu aktivitātes stabilitāti. Jāatzīmē, ka anaboliskie ceļi un to kataboliskais līdzinieks nav pilnīgi neatkarīgi. Turpretī tie ir saskaņoti.

Metabolisma ceļos ir galvenie fermentatīvie punkti. Ar šo enzīmu konversijas ātrumu tiek regulēta visa ceļa plūsma.

Metabolisma ceļu veidi

Bioķīmijā tiek izdalīti trīs galvenie metabolisma ceļu veidi. Šis dalījums tiek veikts pēc bioenerģētiskajiem kritērijiem: kataboliskais, anaboliskais un amfiboliskais ceļš.

Kataboliskais ceļš

Kataboliskais ceļš ietver oksidatīvās sadalīšanās reakcijas. Tie tiek veikti, lai iegūtu enerģiju un samazinātu jaudu, kuru šūna vēlāk izmantos citās reakcijās.

Lielākā daļa organisko molekulu netiek sintezētas organismā. Turpretī mums tas jālieto uzturā. Kataboliskās reakcijās šīs molekulas tiek sadalītas monomēros, kas tos veido, un šūnas tos var izmantot.

Anaboliskie ceļi

Anaboliskie ceļi ietver sintēzes ķīmiskās reakcijas, ņemot mazas, vienkāršas molekulas un pārveidojot tās lielākos, sarežģītākos elementos.

Lai šīs reakcijas varētu notikt, ir jābūt pieejamai enerģijai. No kurienes nāk šī enerģija? No katabolisma ceļiem, galvenokārt ATP formā.

Tādā veidā katabolisko ceļu radītie metabolīti (kurus visā pasaulē dēvē par “metabolītu kopu”) var tikt izmantoti anaboliskos ceļos, lai sintezētu sarežģītākas molekulas, kas tajā laikā ir vajadzīgas ķermenim.

Starp šo metabolītu kopumu ir trīs galvenās procesa molekulas: piruvāts, acetilkoenzīms A un glicerīns. Šie metabolīti ir atbildīgi par dažādu biomolekulu, piemēram, lipīdu, ogļhidrātu, metabolisma savienošanu.

Amfībijas maršruti

Amfibolu ceļš darbojas kā anabolisks vai katabolisks ceļš. Tas ir, tas ir jaukts ceļš.

Pazīstamākais amfibolu ceļš ir Krebsa cikls. Šim ceļam ir būtiska loma ogļhidrātu, lipīdu un aminoskābju sadalīšanās procesā. Tomēr tā arī piedalās sintētisko ceļu prekursoru ražošanā.

Piemēram, Krebsa cikla metabolīti ir prekursori pusei no aminoskābēm, kuras tiek izmantotas olbaltumvielu veidošanai.

Galvenie vielmaiņas ceļi

Visās šūnās, kas ietilpst dzīvās būtnēs, tiek veikta virkne metabolisma ceļu. Dažus no tiem dala lielākā daļa organismu.

Šie metabolisma ceļi ietver dzīvībai kritisko metabolītu sintēzi, sadalīšanos un pārvēršanu. Šis viss process ir pazīstams kā starpposma metabolisms.

Šūnām pastāvīgi nepieciešami organiski un neorganiski savienojumi, kā arī ķīmiskā enerģija, ko galvenokārt iegūst no ATP molekulas.

ATP (adenozīna trifosfāts) ir vissvarīgākais enerģijas uzkrāšanas veids visās šūnās. Un metabolisma ceļu enerģijas ieguvumi un ieguldījumi bieži tiek izteikti kā ATP molekulas.

Svarīgākie ceļi, kas ir sastopami lielākajā daļā dzīvo organismu, tiks apskatīti turpmāk.

Glikolīze vai glikolīze

1. attēls: glikolīze un glikoneoģenēze. Iesaistītās reakcijas un fermenti.

Glikolīze ir ceļš, kurā notiek glikozes sadalīšanās līdz divām piruva skābes molekulām, iegūstot divas ATP molekulas. Tas ir sastopams praktiski visos dzīvos organismos un tiek uzskatīts par ātru enerģijas iegūšanas veidu.

Parasti to parasti iedala divos posmos. Pirmais ir saistīts ar glikozes molekulas pāreju divās glicerraldehīda molekulās, apvēršot divas ATP molekulas. Otrajā fāzē tiek iegūti augstas enerģijas savienojumi, un kā galaproduktus iegūst 4 ATP molekulas un 2 piruvāta molekulas.

Maršrutu var turpināt divos dažādos veidos. Ja ir skābeklis, molekulas pabeigs savu oksidāciju elpošanas ķēdē. Vai arī, ja tā nav, notiek fermentācija.

Glikoneoģenēze

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

Glikoneoģenēze ir glikozes sintēzes ceļš, sākot no aminoskābēm (izņemot leicīnu un lizīnu), laktāta, glicerīna vai jebkura no Krebsa cikla starpproduktiem.

Glikoze ir būtisks substrāts noteiktiem audiem, piemēram, smadzenēm, sarkano asins šūnu un muskuļiem. Glikozes piegādi var iegūt glikogēna veikalos.

Tomēr, kad tie ir noplicināti, ķermenim jāsāk glikozes sintēze, lai izpildītu audu - galvenokārt nervu audu - prasības.

Šis ceļš galvenokārt notiek aknās. Tas ir ļoti svarīgi, jo badošanās apstākļos ķermenis var turpināt iegūt glikozi.

Ceļa aktivizācija vai nē ir saistīta ar organisma barošanu. Dzīvniekiem, kas uzturā lieto daudz ogļhidrātu, ir zems glikoneogenitātes līmenis, turpretim diētām ar zemu glikozes līmeni ir nepieciešama ievērojama glikoneogēna aktivitāte.

Glioksilāta cikls

Uzņemts un rediģēts no: Sākotnējais augšupielādētājs bija Adenosine angļu Vikipēdijā. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Šis cikls ir raksturīgs tikai augiem un noteiktiem baktēriju veidiem. Šis ceļš nodrošina divu oglekļa acetila vienību pārveidošanu četru oglekļa vienībās - tās sauc par sukcinātiem. Šis pēdējais savienojums var radīt enerģiju, un to var izmantot arī glikozes sintēzei.

Piemēram, cilvēkiem nebūtu iespējams uzturēties tikai ar acetātu. Mūsu metabolismā acetilkoenzīmu A nevar pārveidot par piruvātu, kas ir glikoneogēnā ceļa priekštecis, jo piruvāta dehidrogenāzes enzīma reakcija ir neatgriezeniska.

Cikla bioķīmiskā loģika ir līdzīga citronskābes cikla loģikai, izņemot divus dekarboksilēšanas posmus. Tas rodas ļoti specifiskos augu organellos, ko sauc par glioksizomām, un ir īpaši svarīgi dažu augu, piemēram, saulespuķu, sēklās.

Krebsa cikls

Trikarbonskābes cikls (Krebsa cikls). Uzņemts un rediģēts no: Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins (spāņu valodā tulkojis Alejandro Porto).

Tas ir viens no ceļiem, ko uzskata par centrālo organisko būtņu metabolismā, jo tas apvieno vissvarīgāko molekulu, tai skaitā olbaltumvielu, tauku un ogļhidrātu, metabolismu.

Tā ir šūnu elpošanas sastāvdaļa, un tās mērķis ir atbrīvot enerģiju, kas tiek uzkrāta acetilkoenzīma A molekulā - Krebsa cikla galvenajā priekšgājējā. To veido desmit fermentatīvi soļi, un, kā jau minējām, cikls darbojas gan anaboliskos, gan kataboliskos veidos.

Eikariotu organismos cikls notiek mitohondriju matricā. Prokariotos - kuriem trūkst patiesu subcelulāru nodalījumu - cikls notiek citoplazmatiskajā reģionā.

Elektronu transporta ķēde

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

Elektronu transporta ķēdi veido virkne transportieru, kas noenkuroti membrānā. Ķēdes mērķis ir enerģijas iegūšana ATP veidā.

Ķēdes, pateicoties elektronu plūsmai, spēj radīt elektroķīmisko gradientu, kas ir būtisks enerģijas sintēzes process.

Taukskābju sintēze

Taukskābes ir molekulas, kurām ir ļoti svarīga loma šūnās, tās galvenokārt ir atrodamas kā visu bioloģisko membrānu strukturālās sastāvdaļas. Šī iemesla dēļ ir būtiska taukskābju sintēze.

Viss sintēzes process notiek šūnas citosolā. Procesa centrālo molekulu sauc par malonilkoenzīmu A. Tā ir atbildīga par atomu nodrošināšanu, kas veido taukskābes oglekļa skeletu veidošanās laikā.

Taukskābju beta oksidācija

Beta oksidēšana ir taukskābju sadalīšanās process. To var paveikt četros posmos: FAD oksidēšana, hidratācija, NAD + oksidēšana un tiolīze. Iepriekš taukskābes jāaktivizē, integrējot koenzīmu A.

Minēto reakciju produkts ir vienības, ko veido oglekļa pāri acetilkoenzīma A formā. Šī molekula var iekļūt Krebsa ciklā.

Šī ceļa energoefektivitāte ir atkarīga no taukskābju ķēdes garuma. Piemēram, palmitīnskābei, kurā ir 16 oglekļi, neto iznākums ir 106 ATP molekulas.

Šis ceļš notiek eikariotu mitohondrijos. Ir arī vēl viens alternatīvs ceļš nodalījumā, ko sauc par peroksisomu.

Tā kā lielākā daļa taukskābju atrodas šūnu citosolā, tās jāpārvadā uz nodalījumu, kur tās tiks oksidētas. Transports ir atkarīgs no kardināla un ļauj šīm molekulām iekļūt mitohondrijos.

Nukleotīdu metabolisms

Nukleotīdu sintēze ir galvenais šūnu metabolisma notikums, jo tie ir molekulu, kas veido daļu no ģenētiskā materiāla, DNS un RNS, un svarīgu enerģijas molekulu, piemēram, ATP un GTP, prekursori.

Nukleotīdu sintēzes priekšgājēji ietver dažādas aminoskābes, ribozes 5 fosfātu, oglekļa dioksīdu un NH ₃ . Atgūšanas ceļi ir atbildīgi par brīvo bāzu un nukleozīdu pārstrādi, kas atbrīvoti no nukleīnskābju sadalīšanās.

Purīna gredzena veidošanās notiek no ribozes 5 fosfāta, tas kļūst par purīna kodolu un visbeidzot iegūst nukleotīdu.

Pirimidīna gredzens tiek sintezēts kā orotiķskābe. Pēc saistīšanās ar ribozes 5 fosfātu tas tiek pārveidots par pirimidīna nukleotīdiem.

Fermentācija

Oriģinālās versijas autors ir Lietotājs: Norro. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Fermentācijas ir no skābekļa neatkarīgi metabolisma procesi. Tie ir kataboliska tipa, un procesa galaprodukts ir metabolīts, kam joprojām ir oksidācijas potenciāls. Ir dažādi fermentācijas veidi, bet pienskāba fermentācija notiek mūsu ķermenī.

Pienskābes fermentācija notiek šūnu citoplazmā. Tas sastāv no daļējas glikozes sadalīšanās, lai iegūtu vielmaiņas enerģiju. Kā atkritumu viela tiek ražota pienskābe.

Pēc intensīvas anaerobo vingrinājumu sesijas muskuļos nav pietiekamas skābekļa koncentrācijas, un notiek pienskāba fermentācija.

Dažas ķermeņa šūnas ir spiestas fermentēties, jo tām trūkst mitohondriju, kā tas ir sarkano asins šūnu gadījumā.

Rūpniecībā fermentācijas procesus izmanto ļoti bieži, lai ražotu virkni cilvēku patēriņam paredzētu produktu, piemēram, maizi, alkoholiskos dzērienus, jogurtu.

Atsauces

1. Baechle, TR un Earle, RW (Red.). (2007). Spēka treniņa un fiziskās sagatavošanas principi. Panamerican Medical Ed.
2. Bergs, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Bioķīmija. Es apgriezos.
3. Kempbela, MK, un Farrell, SO (2011). Bioķīmija. Sestais izdevums. Thomson. Brūka / Kols.
4. Devlins, TM (2011). Bioķīmijas mācību grāmata. Džons Vilijs un dēli.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Bioķīmija: teksts un atlants. Panamerican Medical Ed.
6. Mougios, V. (2006). Vingrinājumu bioķīmija. Cilvēka kinētika.
7. Müller-Esterl, W. (2008). Bioķīmija. Medicīnas un dzīvības zinātņu pamati. Es apgriezos.
8. Poortmans, JR (2004). Vingrinājumu bioķīmijas principi. 3 ^rd , pārstrādātais izdevums. Kārgers.
9. Voet, D., & Voet, JG (2006). Bioķīmija. Panamerican Medical Ed.