МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ПУТИ: ВИДЫ И ОСНОВНЫЕ ПУТИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Метаболический путь представляет собой набор химических реакций, катализируемых ферментами. В этом процессе молекула X превращается в молекулу Y с помощью промежуточных метаболитов. Метаболические пути происходят в клеточной среде.

Вне клетки эти реакции будут длиться слишком долго, а некоторые могут и не произойти. Следовательно, на каждом этапе требуется присутствие белков-катализаторов, называемых ферментами. Роль этих молекул состоит в том, чтобы на несколько порядков увеличить скорость каждой реакции на пути.

Основные метаболические пути
Источник: Chakazul (обсуждение · вклад), через Wikimedia Commons.

Физиологически метаболические пути связаны друг с другом. То есть они не изолированы внутри клетки. Многие из наиболее важных метаболитов имеют общие метаболиты.

Следовательно, совокупность всех химических реакций, происходящих в клетках, называется метаболизмом. Каждая клетка характеризуется определенной метаболической эффективностью, которая определяется содержанием ферментов в ней, которое, в свою очередь, определяется генетически.

Общая характеристика метаболических путей

В клеточной среде происходит большое количество химических реакций. Набор этих реакций - метаболизм, и основная функция этого процесса - поддержание гомеостаза организма в нормальных условиях, а также в стрессовых условиях.

Таким образом, должен быть баланс потоков этих метаболитов. Среди основных характеристик метаболических путей мы выделяем следующие:

Реакции катализируются ферментами

Реакция, катализируемая ферментами циклооксигеназы (Источник: Pancrat через Wikimedia Commons)

Главными действующими лицами метаболических путей являются ферменты. Они несут ответственность за объединение и анализ информации о состоянии метаболизма и способны модулировать свою активность в зависимости от требований клетки в данный момент.

Метаболизм регулируется гормонами.

Метаболизм управляется рядом гормонов, которые способны координировать метаболические реакции с учетом потребностей и производительности организма.

компартиментализация

Существует разделение метаболических путей. То есть каждый путь проходит в определенном субклеточном компартменте, назовите его цитоплазмой, митохондриями и другими. Другие маршруты могут происходить одновременно в нескольких отсеках.

Разделение на компартментализацию проводящих путей помогает регулировать анаболические и катаболические пути (см. Ниже).

Координация метаболического потока

Координация метаболизма достигается за счет стабильности активности задействованных ферментов. Следует отметить, что анаболические пути и их катаболические аналоги не являются полностью независимыми. Напротив, они согласованы.

Внутри метаболических путей есть ключевые ферментативные точки. Скорость превращения этих ферментов регулирует весь путь метаболизма.

Типы метаболических путей

В биохимии различают три основных типа метаболических путей. Это разделение осуществляется по биоэнергетическим критериям: катаболический, анаболический и амфиболовый пути.

Катаболические маршруты

Катаболические пути включают реакции окислительной деградации. Они выполняются для получения энергии и снижения мощности, которые позже будут использоваться клеткой в ​​других реакциях.

Большинство органических молекул не синтезируется организмом. Напротив, мы должны потреблять его через пищу. В катаболических реакциях эти молекулы распадаются на мономеры, из которых они состоят, которые могут использоваться клетками.

Анаболические маршруты

Анаболические пути включают химические реакции синтеза, в которых небольшие простые молекулы превращаются в более крупные и сложные элементы.

Для того, чтобы эти реакции произошли, необходима энергия. Откуда эта энергия? Из катаболических путей, прежде всего в виде АТФ.

Таким образом, метаболиты, продуцируемые катаболическими путями (которые во всем мире называются «пулом метаболитов»), могут использоваться в анаболических путях для синтеза более сложных молекул, которые необходимы организму в данный момент.

Среди этого пула метаболитов есть три ключевые молекулы процесса: пируват, ацетилкофермент А и глицерин. Эти метаболиты несут ответственность за соединение метаболизма различных биомолекул, таких как липиды, углеводы и другие.

Амфибийные маршруты

Путь амфибола функционирует как анаболический или как катаболический путь. То есть это смешанный маршрут.

Самый известный маршрут амфиболов - это цикл Кребса. Этот путь играет фундаментальную роль в разложении углеводов, липидов и аминокислот. Однако он также участвует в производстве прекурсоров для синтетических путей.

Например, метаболиты цикла Кребса являются предшественниками половины аминокислот, которые используются для создания белков.

Основные метаболические пути

Во всех клетках, которые являются частью живых существ, осуществляется ряд метаболических путей. Некоторые из них являются общими для большинства организмов.

Эти метаболические пути включают синтез, разложение и преобразование жизненно важных метаболитов. Весь этот процесс известен как промежуточный метаболизм.

Клеткам постоянно нужны органические и неорганические соединения, а также химическая энергия, которая в основном получается из молекулы АТФ.

АТФ (аденозинтрифосфат) - самая важная форма хранения энергии во всех клетках. А прирост энергии и инвестиции метаболических путей часто выражаются в молекулах АТФ.

Наиболее важные пути, которые присутствуют в подавляющем большинстве живых организмов, будут рассмотрены ниже.

Гликолиз или гликолиз

Рисунок 1: гликолиз против глюконеогенеза. Реакции и вовлеченные ферменты.

Гликолиз - это путь, который включает расщепление глюкозы до двух молекул пировиноградной кислоты, в результате чего получается две молекулы АТФ. Он присутствует практически во всех живых организмах и считается быстрым способом получения энергии.

Обычно его делят на два этапа. Первый включает переход молекулы глюкозы в две молекулы глицеральдегида, инвертируя две молекулы АТФ. На втором этапе генерируются высокоэнергетические соединения, и в качестве конечных продуктов получаются 4 молекулы АТФ и 2 молекулы пирувата.

Маршрут можно продолжить двумя разными способами. Если есть кислород, молекулы закончат свое окисление в дыхательной цепи. Или, в отсутствие этого, происходит брожение.

Глюконеогенез

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

Глюконеогенез - это путь синтеза глюкозы, начинающийся с аминокислот (за исключением лейцина и лизина), лактата, глицерина или любых промежуточных продуктов цикла Кребса.

Глюкоза является важным субстратом для определенных тканей, таких как мозг, красные кровяные тельца и мышцы. Запасы глюкозы можно получить из запасов гликогена.

Однако, когда они истощаются, организм должен начать синтез глюкозы, чтобы удовлетворить потребности тканей, прежде всего нервной ткани.

Этот путь происходит в основном в печени. Это жизненно важно, так как при голодании организм может продолжать получать глюкозу.

Активация этого пути связана с питанием организма. Животные, которые потребляют диеты с высоким содержанием углеводов, имеют низкие уровни глюконеогенности, тогда как диеты с низким содержанием глюкозы требуют значительной глюконеогенной активности.

Глиоксилатный цикл

Взято и отредактировано из: Первоначально загрузил Adenosine из английской Википедии. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Этот цикл уникален для растений и некоторых видов бактерий. Этот путь приводит к превращению двухуглеродных ацетильных единиц в четырехуглеродные, известные как сукцинат. Это последнее соединение может производить энергию, а также может использоваться для синтеза глюкозы.

У людей, например, было бы невозможно существовать только ацетатом. В нашем метаболизме ацетилкофермент А не может превращаться в пируват, который является предшественником глюконеогенного пути, потому что реакция фермента пируватдегидрогеназы необратима.

Биохимическая логика цикла сходна с логикой цикла лимонной кислоты, за исключением двух стадий декарбоксилирования. Он встречается в очень специфических органеллах растений, называемых глиоксисомами, и особенно важен в семенах некоторых растений, таких как подсолнечник.

Цикл Кребса

Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса). Взято и отредактировано из: Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins (переведено на испанский Алехандро Порто).

Это один из путей, который считается центральным в метаболизме органических существ, так как он объединяет метаболизм наиболее важных молекул, включая белки, жиры и углеводы.

Он является компонентом клеточного дыхания и направлен на высвобождение энергии, хранящейся в молекуле ацетилкофермента А - главном предшественнике цикла Кребса. Он состоит из десяти ферментативных шагов, и, как мы уже упоминали, цикл работает как в анаболическом, так и в катаболическом путях.

У эукариотических организмов цикл происходит в матриксе митохондрий. У прокариот, у которых отсутствуют настоящие субклеточные компартменты, цикл происходит в цитоплазматической области.

Электронная транспортная цепь

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

Цепь переноса электронов состоит из ряда переносчиков, закрепленных в мембране. Цепь направлена ​​на выработку энергии в форме АТФ.

Цепи способны создавать электрохимический градиент благодаря потоку электронов, что является важным процессом для синтеза энергии.

Синтез жирных кислот

Жирные кислоты - это молекулы, которые играют очень важную роль в клетках, они в основном находятся в качестве структурных компонентов всех биологических мембран. По этой причине необходим синтез жирных кислот.

Весь процесс синтеза происходит в цитозоле клетки. Центральная молекула процесса называется малонил-коэнзим А. Она отвечает за обеспечение атомов, которые будут формировать углеродный скелет жирной кислоты в процессе образования.

Бета-окисление жирных кислот

Бета-окисление - это процесс разложения жирных кислот. Это осуществляется в четыре этапа: окисление FAD, гидратация, окисление NAD + и тиолиз. Раньше жирную кислоту нужно было активировать за счет интеграции кофермента А.

Продуктом упомянутых реакций являются единицы, образованные парой атомов углерода в виде ацетилкофермента А. Эта молекула может вступать в цикл Кребса.

Энергетическая эффективность этого пути зависит от длины цепи жирных кислот. Например, для пальмитиновой кислоты, которая имеет 16 атомов углерода, чистый выход составляет 106 молекул АТФ.

Этот путь проходит в митохондриях эукариот. Существует также другой альтернативный путь в отсеке, называемом пероксисомой.

Поскольку большинство жирных кислот находится в цитозоле клетки, их необходимо транспортировать в отсек, где они будут окисляться. Транспорт зависит от картинитана и позволяет этим молекулам проникать в митохондрии.

Метаболизм нуклеотидов

Синтез нуклеотидов - ключевое событие в клеточном метаболизме, поскольку они являются предшественниками молекул, составляющих часть генетического материала, ДНК и РНК, а также важных энергетических молекул, таких как АТФ и ГТФ.

Предшественники нуклеотидного синтеза включают различные аминокислоты, рибозо-5-фосфат, диоксид углерода и NH ₃ . Пути восстановления ответственны за рециркуляцию свободных оснований и нуклеозидов, высвобождаемых при распаде нуклеиновых кислот.

Формирование пуринового кольца происходит из рибозо-5-фосфата, оно становится пуриновым ядром и, наконец, получается нуклеотид.

Пиримидиновое кольцо синтезируется как оротовая кислота. После связывания с рибозо-5-фосфатом он превращается в пиримидиновые нуклеотиды.

Ферментация

Автор оригинальной версии - Пользователь: Norro. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Ферментация - это кислородно-независимый метаболический процесс. Они относятся к катаболическому типу, и конечным продуктом процесса является метаболит, который все еще обладает окислительным потенциалом. Существуют разные типы ферментации, но в нашем организме происходит молочная ферментация.

В цитоплазме клетки происходит молочная ферментация. Он состоит из частичного разложения глюкозы с целью получения метаболической энергии. В качестве отходов образуется молочная кислота.

После интенсивного сеанса анаэробных упражнений в мышцах не хватает кислорода и происходит молочная ферментация.

Некоторые клетки в организме вынуждены ферментировать, поскольку в них отсутствуют митохондрии, как в случае с эритроцитами.

В промышленности процессы ферментации используются с высокой частотой для производства ряда продуктов для потребления человеком, таких как хлеб, алкогольные напитки, йогурт и другие.

Ссылки

1. Baechle, TR, и Earle, RW (ред.). (2007). Принципы силовых тренировок и физической подготовки. Panamerican Medical Ed.
2. Берг, Дж. М., Страйер, Л., и Тимочко, Дж. Л. (2007). Биохимия. Я поменял направление.
3. Кэмпбелл, МК, и Фаррелл, СО (2011). Биохимия. Издание шестое. Томсон. Брукс / Коул.
4. Девлин, Т.М. (2011). Учебник биохимии. Джон Вили и сыновья.
5. Кулман, Дж. И Рем, К. Х. (2005). Биохимия: текст и атлас. Panamerican Medical Ed.
6. Мугиос, В. (2006). Упражнение по биохимии. Кинетика человека.
7. Мюллер-Эстерль, В. (2008). Биохимия. Основы медицины и наук о жизни. Я поменял направление.
8. Портманс, младший (2004). Принципы биохимии упражнений. Издание 3- ^е , переработанное. Каргер.
9. Воет, Д. и Воет, Дж. Г. (2006). Биохимия. Panamerican Medical Ed.