METABOLIČKE RUTE: VRSTE I GLAVNE RUTE - BIOLOGIJA - 2025

Metabolički put je skup kemijskih reakcija, što katalizira enzima. U ovom se procesu molekula X transformira u molekulu Y, pomoću posrednih metabolita. Metabolički putevi se odvijaju u staničnoj sredini.

Izvan stanice ove bi reakcije trajale predugo, a neke se možda i ne bi pojavile. Stoga je za svaki korak potrebna prisutnost proteina katalizatora koji se nazivaju enzimi. Uloga ovih molekula je da ubrzaju brzinu svake reakcije unutar puta za nekoliko redova veličine.

Glavni metabolički putevi

Izvor: Chakazul (razgovor · doprinosi), putem Wikimedia Commons.

Fiziološki su metabolički putevi međusobno povezani. Odnosno, oni nisu izolirani unutar stanice. Mnogi najvažniji putevi dijele zajedničke metabolite.

Slijedom toga, skup svih kemijskih reakcija koje se događaju u stanicama naziva se metabolizmom. Svaku ćeliju karakterizira specifična metabolička učinkovitost, koja je definirana sadržajem enzima unutar, što je zauzvrat genetski određeno.

Opće karakteristike metaboličkih putova

U staničnoj sredini odvija se veliki broj kemijskih reakcija. Skup ovih reakcija je metabolizam, a glavna funkcija ovog procesa je održavanje homeostaze tijela u normalnim uvjetima, a također i u stresnim uvjetima.

Stoga mora postojati ravnoteža protoka ovih metabolita. Među glavnim karakteristikama metaboličkih putova imamo sljedeće:

Reakcije kataliziraju enzimi

Reakcija katalizirana enzimima ciklooksigenaze (Izvor: Pancrat putem Wikimedia Commons)

Protagonisti metaboličkih putova su enzimi. Oni su odgovorni za integriranje i analizu podataka o metaboličkom stanju i sposobni su modulirati svoje aktivnosti na temelju staničnih potreba trenutka.

Metabolizam je reguliran hormonima

Metabolizam usmjerava niz hormona koji su sposobni koordinirati metaboličke reakcije, uzimajući u obzir potrebe i performanse tijela.

odjeljke

Postoji dijeljenje metaboličkih putova. Odnosno, svaki se put odvija u određenom subcelularnom odjelu, između ostalog nazivamo ga citoplazma, mitohondriji. Ostali se putovi mogu pojaviti u nekoliko odjeljaka istovremeno.

Odjeljenje staza pomaže u regulaciji anaboličkih i kataboličkih staza (vidi dolje).

Koordinacija metaboličkog toka

Koordinacija metabolizma postiže se stabilnošću aktivnosti enzima koji su uključeni. Treba napomenuti da anabolički putevi i njihovi katabolički dijelovi nisu posve neovisni. Suprotno tome, oni su koordinirani.

U metaboličkim putevima postoje ključne enzimske točke. Brzinom pretvorbe ovih enzima regulira se cijeli protok puta.

Vrste metaboličkih putova

U biokemiji se razlikuju tri glavne vrste metaboličkih putova. Ova podjela provodi se prema bioenergetskim kriterijima: katabolički, anabolički i amfiboli.

Kataboličke rute

Katabolički putevi obuhvaćaju reakcije oksidacijske razgradnje. Oni se provode kako bi dobili energiju i smanjili snagu, koju će stanica kasnije koristiti u drugim reakcijama.

Većina organskih molekula ne sintetizira se u tijelu. Suprotno tome, moramo ga konzumirati kroz hranu. U kataboličkim reakcijama, te se molekule razgrađuju u monomere koji ih čine, a koje stanice mogu koristiti.

Anabolički putevi

Anabolički putevi sastoje se od kemijskih reakcija sinteze, uzimajući male, jednostavne molekule i pretvarajući ih u veće, složenije elemente.

Da bi se te reakcije odvijale, treba imati na raspolaganju energiju. Odakle ta energija dolazi? S kataboličkih staza, prvenstveno u obliku ATP-a.

Na taj način se metaboliti proizvedeni kataboličkim putevima (koji se u globalu nazivaju "bazen metabolita") mogu upotrijebiti u anaboličkim putevima kako bi se mogli sintetizirati složenije molekule koje su tijelu tada potrebne.

Među tim metabolitom nalaze se tri ključne molekule postupka: piruvat, acetil koenzim A i glicerol. Ti su metaboliti odgovorni za povezivanje metabolizma različitih biomolekula, poput lipida, ugljikohidrata, između ostalih.

Amfibijske rute

Put amfibola funkcionira ili kao anabolički ili katabolički put. Odnosno, to je mješovita ruta.

Najpoznatija ruta amfibola je Krebsov ciklus. Ova putanja ima temeljnu ulogu u razgradnji ugljikohidrata, lipida i aminokiselina. Međutim, također sudjeluje u proizvodnji prekursora za sintetičke rute.

Na primjer, metaboliti Krebsova ciklusa su prekursori polovine aminokiselina koje se koriste za izgradnju proteina.

Glavni metabolički putevi

U svim stanicama koje su dio živih bića provodi se niz metaboličkih putova. Neke od njih dijeli većina organizama.

Ovi metabolički putevi uključuju sintezu, razgradnju i pretvorbu životno kritičnih metabolita. Čitav taj proces poznat je kao posredni metabolizam.

Stanicama su trajno potrebni organski i anorganski spojevi, a također i kemijska energija koja se dobiva uglavnom iz ATP molekule.

ATP (adenozin trifosfat) najvažniji je oblik skladištenja energije u svim stanicama. A energetski dobici i ulaganja metaboličkih putova često se izražavaju u smislu ATP molekula.

U nastavku ćemo razmotriti najvažnije putove koji su prisutni u ogromnoj većini živih organizama.

Glikoliza ili glikoliza

Slika 1: glikoliza vs glukoneogeneza. Uključene reakcije i enzimi.

Glikoliza je put koji uključuje razgradnju glukoze do dvije molekule piruične kiseline, dobivajući kao neto dobitak dvije molekule ATP-a. Prisutan je u gotovo svim živim organizmima i smatra se brzim načinom dobivanja energije.

Općenito, obično se dijeli u dvije faze. Prvi uključuje prolazak molekule glukoze u dvije molekule gliceraldehida, invertiranje dvije molekule ATP-a. U drugoj fazi nastaju visokoenergetski spojevi i kao krajnji produkti dobivaju se 4 molekule ATP-a i 2 molekule piruvata.

Ruta se može nastaviti na dva različita načina. Ako ima kisika, molekule će završiti svoju oksidaciju u respiratornom lancu. Ili, u nedostatku toga, dolazi do fermentacije.

glukoneogenezu

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

Glukoneogeneza je put za sintezu glukoze, počevši od aminokiselina (s izuzetkom leucina i lizina), laktata, glicerola ili bilo kojeg intermedijara Krebsova ciklusa.

Glukoza je ključni supstrat za određena tkiva, poput mozga, crvenih krvnih zrnaca i mišića. Opskrba glukozom može se dobiti kroz zalihe glikogena.

Međutim, kada se iscrpe, tijelo mora započeti sintezu glukoze kako bi zadovoljilo potrebe tkiva - prvenstveno živčanog tkiva.

Taj se put pojavljuje uglavnom u jetri. To je od vitalnog značaja jer tijelo u postima može nastaviti dobijati glukozu.

Aktivacija ili ne puta povezana je s prehranom tijela. Životinje koje konzumiraju dijetu s visokim udjelom ugljikohidrata imaju nisku stopu glukoneogena, dok dijeta sa niskom razinom glukoze zahtijeva značajno glukoneogeno djelovanje.

Ciklus glioksilata

Preuzeto i uređeno iz: Izvorni učitavač bio je Adenosine na engleskoj Wikipediji. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Ovaj je ciklus jedinstven za biljke i određene vrste bakterija. Ovim putem postiže se transformacija dvije ugljikove acetilne jedinice u jedinice s četiri ugljika - poznate kao sukcinat. Ovaj zadnji spoj može proizvesti energiju i može se koristiti i za sintezu glukoze.

Na primjer, kod ljudi bi bilo nemoguće izdržati samo acetat. U našem metabolizmu acetilni koenzim A ne može se pretvoriti u piruvat, koji je prekursor glukoneogenog puta, jer je reakcija enzima piruvat dehidrogenaza nepovratna.

Biokemijska logika ciklusa slična je onoj u ciklusu limunske kiseline, s izuzetkom dva stupnja dekarboksilacije. Javlja se u vrlo specifičnim organelama biljaka koje se nazivaju glioksizomi, a posebno je važno u sjemenkama nekih biljaka, poput suncokreta.

Krebsov ciklus

Ciklus trikarboksilne kiseline (Krebsov ciklus). Preuzeto i uređeno iz: Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins (na španjolski preveo Alejandro Porto).

To je jedan od načina koji se smatra središnjim u metabolizmu organskih bića, jer objedinjuje metabolizam najvažnijih molekula, uključujući bjelančevine, masti i ugljikohidrate.

Sastavni je dio staničnog disanja i ima za cilj oslobađanje energije pohranjene u molekuli acetil koenzima A - glavnog prekursora Krebsova ciklusa. Sastoji se od deset enzimskih koraka i, kao što smo spomenuli, ciklus djeluje i u anaboličkim i u kataboličkim putevima.

U eukariotskim organizmima ciklus se odvija u matrici mitohondrija. Kod prokariota - kojima nedostaju istinski subcelijski odjeljci - ciklus se odvija u citoplazmatskoj regiji.

Transportni lanac elektrona

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

Lanac transporta elektrona sastoji se od niza transportera usidrenih u membranu. Lanac ima za cilj generirati energiju u obliku ATP-a.

Lanci su sposobni stvoriti elektrokemijski gradijent zahvaljujući protoku elektrona, što je presudan proces za sintezu energije.

Sinteza masne kiseline

Masne kiseline su molekule koje igraju vrlo važnu ulogu u stanicama, a nalaze se uglavnom kao strukturne komponente svih bioloških membrana. Iz tog razloga, sinteza masnih kiselina je neophodna.

Cijeli proces sinteze odvija se u citosolu stanice. Središnja molekula naziva se malonil koenzim A. Odgovorna je za opskrbu atoma koji će tvoriti ugljikov kostur masne kiseline.

Beta oksidacija masnih kiselina

Beta oksidacija je proces razgradnje masnih kiselina. To se postiže kroz četiri koraka: FAD oksidacija, hidratacija, NAD + oksidacija i tioliza. Prije toga, masna kiselina treba biti aktivirana integracijom koenzima A.

Produkt spomenutih reakcija su jedinice formirane od par ugljika u obliku acetil koenzima A. Ova molekula može ući u Krebsov ciklus.

Energetska učinkovitost ovog puta ovisi o duljini lanca masnih kiselina. Na primjer, palmitinska kiselina koja ima 16 ugljika, neto prinos je 106 ATP molekula.

Taj se put odvija u mitohondrijama eukariota. Postoji i drugi alternativni put u odjeljku koji se zove peroksisom.

Kako se većina masnih kiselina nalazi u staničnoj citosolu, one se moraju prevesti u odjeljak u kojem će se oksidirati. Transport ovisi o karinitanu i omogućuje tim molekulama da uđu u mitohondrije.

Nukleotidni metabolizam

Sinteza nukleotida je ključni događaj u staničnom metabolizmu, jer su to prekursori molekula koji čine dio genetskog materijala, DNK i RNK, te važnih molekula energije, kao što su ATP i GTP.

Prekursorima nukleotida sinteze uključuju različite aminokiseline, riboza 5 fosfat, ugljični dioksid i NH ₃. Putovi oporavka odgovorni su za recikliranje slobodnih baza i nukleozida oslobođenih raspadom nukleinskih kiselina.

Stvaranje purinskog prstena odvija se iz fosfata riboze 5, postaje purinsko jezgro i konačno se dobiva nukleotid.

Pirimidinski prsten sintetizira se kao orotska kiselina. Nakon čega slijedi vezanje na fosfat 5 fosfata, pretvara se u nukleotide pirimidina.

Vrenje

Autor originalne verzije je Korisnik: Norro. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Fermentacije su metabolički procesi neovisni o kisiku. Oni su kataboličkog tipa, a krajnji produkt postupka je metabolit koji još uvijek ima oksidacijski potencijal. Postoje različite vrste fermentacija, ali mliječna fermentacija se odvija u našem tijelu.

Mliječna fermentacija odvija se u staničnoj citoplazmi. Sastoji se od djelomične razgradnje glukoze radi dobivanja metaboličke energije. Kao otpadna tvar nastaje mliječna kiselina.

Nakon intenzivnog seansa anaerobnih vježbi, mišić nije u dovoljnoj koncentraciji kisika i dolazi do mliječne fermentacije.

Neke stanice u tijelu prisiljene su fermentirati, jer im nedostaje mitohondrija, kao što je slučaj s crvenim krvnim stanicama.

U industriji se procesi fermentacije koriste s visokom frekvencijom za proizvodnju niza proizvoda za prehranu ljudi, poput kruha, alkoholnih pića, jogurta, među ostalim.

Reference

1. Baechle, TR, & Earle, RW (ur.). (2007). Načela treninga snage i fizičke kondicije. Panamerican Medical Ed.
2. Berg, JM, Stryer, L., i Tymoczko, JL (2007). Biokemija. Preokrenuo sam se.
3. Campbell, MK, i Farrell, SO (2011). Biokemija. Šesto izdanje. Thomson. Brooks / Cole.
4. Devlin, TM (2011). Udžbenik biokemije. John Wiley & Sinovi.
5. Koolman, J., i Röhm, KH (2005). Biokemija: tekst i atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Mougios, V. (2006). Vježba biokemija. Ljudska kinetika.
7. Müller-Esterl, W. (2008). Biokemija. Osnove medicine i životnih znanosti. Preokrenuo sam se.
8. Poortmans, JR (2004). Načela biokemije vježbanja. 3 ^rd, revidirano izdanje. Karger.
9. Voet, D., i Voet, JG (2006). Biokemija. Panamerican Medical Ed.