МЕТАБОЛИТНИ МАРШРУТИ: ВИДОВЕ И ОСНОВНИ МАРШРУТИ - БИОЛОГИЯ - 2025

А метаболитен път е набор от химични реакции, катализирани от ензими. При този процес молекула X се трансформира в молекула Y с помощта на междинни метаболити. Метаболитните пътища протичат в клетъчната среда.

Извън клетката тези реакции биха отнели твърде много време, а някои може да не се проявят. Следователно, всеки етап изисква присъствието на катализаторни протеини, наречени ензими. Ролята на тези молекули е да ускорят скоростта на всяка реакция в рамките на пътя с няколко порядъка.

Основни метаболитни пътища

Източник: Chakazul (беседа · принос), чрез Wikimedia Commons.

Физиологично метаболитните пътища са свързани помежду си. Тоест, те не са изолирани в клетката. Много от най-важните пътища споделят общите метаболити.

Следователно, наборът от всички химични реакции, които протичат в клетките, се нарича метаболизъм. Всяка клетка се характеризира с демонстриране на специфична метаболитна ефективност, която се определя от съдържанието на ензими вътре, което от своя страна е генетично определено.

Обща характеристика на метаболитните пътища

В рамките на клетъчната среда протичат голям брой химични реакции. Наборът от тези реакции е метаболизма, а основната функция на този процес е поддържане на хомеостазата на организма при нормални условия, а също и при стресови условия.

По този начин трябва да има баланс на потоците от тези метаболити. Сред основните характеристики на метаболитните пътища имаме следното:

Реакциите се катализират от ензими

Реакция, катализирана от ензимите на циклооксигеназата (Източник: Pancrat чрез Wikimedia Commons)

Главните герои на метаболитните пътища са ензими. Те са отговорни за интегрирането и анализа на информацията за метаболитното състояние и са способни да модулират своята активност въз основа на клетъчните изисквания на момента.

Метаболизмът се регулира от хормони

Метаболизмът се ръководи от поредица от хормони, които са способни да координират метаболитните реакции, като се имат предвид нуждите и работата на организма.

отделения

Има разделение на метаболитните пътища. Тоест всеки път се осъществява в определено субклетъчно отделение, наречете го цитоплазма, митохондрия, наред с други. Други маршрути могат да се появят в няколко отделения едновременно.

Разделянето на пътеките помага за регулирането на анаболните и катаболните пътища (виж по-долу).

Координация на метаболитния поток

Координацията на метаболизма се постига чрез стабилността на активността на участващите ензими. Трябва да се отбележи, че анаболните пътища и техните катаболни колеги не са напълно независими. За разлика от тях те са координирани.

В метаболитните пътища има ключови ензимни точки. Със скоростта на конверсия на тези ензими се регулира целият поток на пътя.

Видове метаболитни пътища

В биохимията се разграничават три основни типа метаболитни пътища. Това разделение се извършва по следните биоенергетични критерии: катаболни, анаболни и амфиболни пътища.

Катаболни маршрути

Катаболните пътища обхващат реакции на окислително разграждане. Те се извършват с цел получаване на енергия и намаляване на мощността, която ще бъде използвана по-късно от клетката при други реакции.

Повечето от органичните молекули не се синтезират от тялото. За разлика от това, ние трябва да го консумираме чрез храна. При катаболни реакции тези молекули се разграждат в мономерите, които ги съставят, които могат да бъдат използвани от клетки.

Анаболни маршрути

Анаболните пътища обхващат химичните реакции на синтеза, като поемат малки, прости молекули и ги превръщат в по-големи, по-сложни елементи.

За да се осъществят тези реакции, трябва да има енергия. Откъде идва тази енергия? От катаболните пътища, предимно под формата на АТФ.

По този начин метаболитите, произведени от катаболни пътища (които в световен мащаб се наричат ​​"пул от метаболити"), могат да бъдат използвани в анаболни пътища, за да се синтезират по-сложни молекули, от които тялото се нуждае в момента.

Сред тази група метаболити има три ключови молекули на процеса: пируват, ацетил коензим А и глицерол. Тези метаболити са отговорни за свързването на метаболизма на различни биомолекули, като например липиди, въглехидрати.

Амбициозни маршрути

Пътят на амфибола функционира като анаболен или катаболитен път. Тоест, това е смесен маршрут.

Най-известният маршрут на амфибола е цикълът на Кребс. Този път има основна роля в разграждането на въглехидрати, липиди и аминокиселини. Той обаче участва и в производството на прекурсорите за синтетични пътища.

Например метаболитите на цикъла на Кребс са предшественици на половината от аминокиселините, които се използват за изграждане на протеини.

Основни метаболитни пътища

Във всички клетки, които са част от живи същества, се провеждат поредица от метаболитни пътища. Някои от тях се споделят от повечето организми.

Тези метаболитни пътища включват синтеза, разграждането и превръщането на жизненоважни метаболити. Целият този процес е известен като междинен метаболизъм.

Клетките се нуждаят постоянно от органични и неорганични съединения, а също и от химическа енергия, която се получава главно от молекулата на АТФ.

АТФ (аденозин трифосфат) е най-важната форма на съхранение на енергия във всички клетки. А енергийните печалби и инвестициите на метаболитните пътища често се изразяват като ATP молекули.

Най-важните пътища, които присъстват в огромната част от живите организми, ще бъдат разгледани по-долу.

Гликолиза или гликолиза

Фигура 1: гликолиза срещу глюконеогенеза. Реакции и участващи ензими.

Гликолизата е път, който включва разграждането на глюкозата до две молекули пировинова киселина, като се получава като нетна печалба две молекули АТФ. Той присъства практически във всички живи организми и се счита за бърз начин за получаване на енергия.

По принцип той обикновено се разделя на два етапа. Първият включва преминаването на молекулата глюкоза в две молекули глицералдехид, обръщане на две молекули АТФ. Във втората фаза се получават високоенергийни съединения и като краен продукт се получават 4 молекули АТФ и 2 пируватни молекули.

Маршрутът може да продължи по два различни начина. Ако има кислород, молекулите ще завършат окисляването си в дихателната верига. Или при липса на това настъпва ферментация.

Глюконеогенезата

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

Глюконеогенезата е път за синтеза на глюкоза, като се започне от аминокиселини (с изключение на левцин и лизин), лактат, глицерол или някой от междинните съединения на цикъла на Кребс.

Глюкозата е основен субстрат за определени тъкани, като мозъка, червените кръвни клетки и мускулите. Захранването с глюкоза може да бъде получено чрез гликогенни складове.

Въпреки това, когато те се изчерпват, тялото трябва да започне синтеза на глюкоза, за да отговори на нуждите на тъканите - предимно нервната тъкан.

Този път се среща главно в черния дроб. Той е жизненоважен, тъй като при ситуации на гладно тялото може да продължи да получава глюкоза.

Активирането или не на пътя е свързано с храненето на организма. Животните, които консумират диети с високо съдържание на въглехидрати, имат ниски нива на глюконеогенност, докато диетите с ниско съдържание на глюкоза изискват значителна глюконеогенна активност.

Глиоксилатен цикъл

Взето и редактирано от: Оригиналният качител е бил Аденозин от английската Уикипедия. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Този цикъл е уникален за растенията и някои видове бактерии. Този път постига превръщането на дву въглеродни ацетилни единици в четири въглеродни единици - известни като сукцинат. Това последно съединение може да произвежда енергия и може да се използва и за синтеза на глюкоза.

При хора, например, би било невъзможно да съществува само ацетат. В нашия метаболизъм ацетил коензим А не може да се превърне в пируват, който е предшественик на глюконеогенния път, тъй като реакцията на ензима пируват дехидрогеназа е необратима.

Биохимичната логика на цикъла е подобна на тази на цикъла на лимонената киселина, с изключение на двата етапа на декарбоксилиране. Той се среща в много специфични органели на растения, наречени глиоксизоми, и е особено важен в семената на някои растения като слънчогледи.

Цикъл на Кребс

Цикъл на трикарбоксилна киселина (цикъл на Кребс). Взето и редактирано от: Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins (преведено на испански от Алехандро Порто).

Това е един от пътищата, считани за централни в метаболизма на органичните същества, тъй като обединява метаболизма на най-важните молекули, включително протеини, мазнини и въглехидрати.

Той е компонент на клетъчното дишане и има за цел да освободи енергията, съхранявана в молекулата на ацетил коензим А - основният предшественик на цикъла на Кребс. Той е съставен от десет ензимни стъпки и, както споменахме, цикълът работи както в анаболни, така и в катаболни пътища.

При еукариотните организми цикълът се осъществява в матрицата на митохондриите. При прокариотите - при които липсват истински субклетъчни отделения - цикълът се осъществява в цитоплазмената област.

Електронна транспортна верига

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

Електронната транспортна верига е съставена от поредица транспортьори, закотвени в мембрана. Веригата има за цел да генерира енергия под формата на АТФ.

Веригите са способни да създават електрохимичен градиент благодарение на потока на електроните, решаващ процес за синтеза на енергия.

Синтез на мастни киселини

Мастните киселини са молекули, които играят много важна роля в клетките, те се намират главно като структурни компоненти на всички биологични мембрани. Поради тази причина синтезът на мастни киселини е от съществено значение.

Целият процес на синтез протича в цитозола на клетката. Централната молекула на процеса се нарича малонил коензим А. Той е отговорен за осигуряването на атомите, които ще образуват въглеродния скелет на мастната киселина в образуването.

Бета окисляване на мастни киселини

Бета окисляването е процес на разграждане на мастни киселини. Това се осъществява чрез четири етапа: FAD окисление, хидратация, NAD + окисляване и тиолиза. Преди това мастната киселина трябва да се активира чрез интегрирането на коензим А.

Продуктът на споменатите реакции са единици, образувани от двойка въглерод под формата на ацетил коензим А. Тази молекула може да влезе в цикъла на Кребс.

Енергийната ефективност на този път зависи от дължината на веригата на мастните киселини. За палмитиновата киселина, която например има 16 въглерода, нетният добив е 106 ATP молекули.

Този път се осъществява в митохондриите на еукариотите. Има и друг алтернативен път в отделение, наречено пероксизома.

Тъй като повечето мастни киселини са разположени в клетъчния цитозол, те трябва да бъдат транспортирани до отделението, където ще бъдат окислени. Транспортът зависи от картинита и позволява на тези молекули да навлязат в митохондриите.

Нуклеотиден метаболизъм

Синтезът на нуклеотиди е ключово събитие в клетъчния метаболизъм, тъй като това са прекурсорите на молекулите, които формират част от генетичния материал, ДНК и РНК, и от важни енергийни молекули, като ATP и GTP.

Прекурсорите на нуклеотидния синтез включват различни аминокиселини, рибоза 5 фосфат, въглероден двуокис и NH ₃. Възстановителните пътища са отговорни за рециклирането на свободни основи и нуклеозиди, отделени при разграждането на нуклеиновите киселини.

Образуването на пуриновия пръстен става от фосфат на рибоза 5, той се превръща в пуриново ядро ​​и накрая се получава нуклеотидът.

Пиримидиновият пръстен се синтезира като оротна киселина. Следван от свързването с фосфат рибоза 5, той се трансформира в пиримидинови нуклеотиди.

ферментация

Авторът на оригиналната версия е Потребител: Norro. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Ферментациите са независими от кислорода метаболитни процеси. Те са от катаболен тип и крайният продукт на процеса е метаболит, който все още има окислителен потенциал. Има различни видове ферментации, но млечната ферментация протича в тялото ни.

Млечната ферментация протича в клетъчната цитоплазма. Състои се от частично разграждане на глюкозата, за да се получи метаболитна енергия. Като отпадни вещества се произвежда млечна киселина.

След интензивна сесия от анаеробни упражнения мускулът не е с адекватни концентрации на кислород и настъпва млечна ферментация.

Някои клетки в тялото са принудени да ферментират, тъй като им липсва митохондрия, както е при червените кръвни клетки.

В промишлеността ферментационните процеси се използват с висока честота за производство на серия продукти за консумация от човека, като хляб, алкохолни напитки, кисело мляко, наред с други.

Препратки

1. Baechle, TR, & Earle, RW (ред.). (2007 г.). Принципи на силова тренировка и физическа подготовка. Panamerican Medical Ed.
2. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Биохимия. Обърнах се.
3. Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Биохимия. Шесто издание. Thomson. Брукс / Коул.
4. Devlin, TM (2011). Учебник по биохимия. John Wiley & Sons.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Биохимия: текст и атлас. Panamerican Medical Ed.
6. Mougios, V. (2006). Упражнение биохимия. Човешка кинетика.
7. Müller-Esterl, W. (2008). Биохимия. Основи за медицината и науките за живота. Обърнах се.
8. Poortmans, JR (2004). Принципи на биохимия на упражненията. 3 ^-то, преработено издание. Karger.
9. Voet, D., & Voet, JG (2006). Биохимия. Panamerican Medical Ed.