Τύποι μεταβολικών διαδρομών και κύριες διαδρομές



Ένα μεταβολική οδό Πρόκειται για μια σειρά χημικών αντιδράσεων που καταλύονται από ένζυμα. Σε αυτή τη διαδικασία, ένα μόριο Χ μετασχηματίζεται σε ένα μόριο Υ, μέσω ενδιάμεσων μεταβολιτών. Μεταβολικές οδοί λαμβάνουν χώρα στο κυτταρικό περιβάλλον.

Εκτός από το κελί, αυτές οι αντιδράσεις θα χρειαστούν πολύ χρόνο, και μερικοί μπορεί να μην συμβούν. Επομένως, κάθε στάδιο απαιτεί την παρουσία των καταλυτικών πρωτεϊνών που ονομάζονται ένζυμα. Ο ρόλος αυτών των μορίων είναι να επιταχύνουν με αρκετές τάξεις μεγέθους την ταχύτητα κάθε αντίδρασης μέσα στο μονοπάτι.

Φυσιολογικά, οι μεταβολικές οδοί συνδέονται μεταξύ τους. Δηλαδή, δεν είναι απομονωμένα μέσα στο κελί. Πολλές από τις σημαντικότερες οδούς έχουν κοινούς μεταβολίτες.

Κατά συνέπεια, το σύνολο όλων των χημικών αντιδράσεων που εμφανίζονται στα κύτταρα ονομάζεται μεταβολισμός. Κάθε κύτταρο χαρακτηρίζεται από μια συγκεκριμένη μεταβολική απόδοση, η οποία ορίζεται από την περιεκτικότητα των ενζύμων στο εσωτερικό του, η οποία με τη σειρά της προσδιορίζεται γενετικά.

Ευρετήριο

  • 1 Γενικά χαρακτηριστικά των μεταβολικών οδών
    • 1.1 Οι αντιδράσεις καταλύονται από ένζυμα
    • 1.2 Ο μεταβολισμός ρυθμίζεται από ορμόνες
    • 1.3 Διαμερισματοποίηση
    • 1.4 Συντονισμός της μεταβολικής ροής
  • 2 Τύποι μεταβολικών οδών
    • 2.1 Καταβολικές οδούς
    • 2.2 Αναβολικές οδούς
    • 2.3 Αμφίβολικα δρομολόγια
  • 3 Κύριες οδούς μεταβολισμού
    • 3.1 Γλυκόλυση ή γλυκόλυση
    • 3.2 Γλυκοενογένεση
    • 3.3 Κύκλος γλυκολυλίτη
    • 3.4 Κύκλος Krebs
    • 3.5 Αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων
    • 3.6 Σύνθεση λιπαρών οξέων
    • 3.7 Βήτα οξείδωση λιπαρών οξέων
    • 3.8 Μεταβολισμός των νουκλεοτιδίων
    • 3.9 Ζύμωση
  • 4 Αναφορές

Γενικά χαρακτηριστικά μεταβολικών οδών

Εντός του κυτταρικού περιβάλλοντος, εμφανίζεται ένας μεγάλος αριθμός χημικών αντιδράσεων. Το σύνολο αυτών των αντιδράσεων είναι ο μεταβολισμός και η κύρια λειτουργία αυτής της διαδικασίας είναι η διατήρηση της ομοιόστασης του οργανισμού υπό κανονικές συνθήκες και επίσης υπό συνθήκες πίεσης.

Επομένως, πρέπει να υπάρχει ισορροπία ροής αυτών των μεταβολιτών. Μεταξύ των κύριων χαρακτηριστικών των οδών μεταβολισμού έχουμε τα εξής:

Οι αντιδράσεις καταλύονται από ένζυμα

Οι πρωταγωνιστές των μεταβολικών οδών είναι ένζυμα. Είναι υπεύθυνοι για την ενσωμάτωση και την ανάλυση πληροφοριών σχετικά με τη μεταβολική κατάσταση και είναι σε θέση να διαμορφώνουν τη δραστηριότητά τους σύμφωνα με τις κυτταρικές απαιτήσεις της στιγμής.

Ο μεταβολισμός ρυθμίζεται από ορμόνες

Ο μεταβολισμός οδηγείται από μια σειρά ορμονών που είναι σε θέση να συντονίζουν τις μεταβολικές αντιδράσεις, λαμβάνοντας υπόψη τις ανάγκες και τις επιδόσεις του οργανισμού.

Διαμερισματοποίηση

Υπάρχει διαχωρισμός των μεταβολικών οδών. Δηλαδή, κάθε μονοπάτι λαμβάνει χώρα σε ένα συγκεκριμένο υποκυτταρικό διαμέρισμα, ονομάζεται κυτταρόπλασμα, μιτοχόνδρια, μεταξύ άλλων. Άλλες οδοί μπορεί να εμφανιστούν σε διάφορα διαμερίσματα ταυτόχρονα.

Η διαμερισματοποίηση των διαδρομών βοηθά στη ρύθμιση των αναβολικών και καταβολικών οδών (βλ. Παρακάτω).

Συντονισμός μεταβολικής ροής

Ο συντονισμός του μεταβολισμού επιτυγχάνεται με τη σταθερότητα της δραστικότητας των εμπλεκόμενων ενζύμων. Είναι απαραίτητο να υπογραμμιστεί ότι οι αναβολικές οδοί και οι καταβολικές τους ομόλογες δεν είναι εντελώς ανεξάρτητες. Αντίθετα, συντονίζονται.

Υπάρχουν βασικά ενζυματικά σημεία στα μεταβολικά μονοπάτια. Με την ταχύτητα μετατροπής αυτών των ενζύμων ρυθμίζεται ολόκληρη η ροή της διαδρομής.

Τύποι μεταβολικών οδών

Στη βιοχημεία διακρίνονται τρεις τύποι κύριων μεταβολικών οδών. Η διαίρεση αυτή διεξάγεται σύμφωνα με βιοενεργειακά κριτήρια: καταβολικές, αναβολικές και αμφιβολικές οδοί.

Καταβολικές οδούς

Οι καταβολικές οδούς περιλαμβάνουν αντιδράσεις οξειδωτικής αποικοδόμησης. Εκτελούνται προκειμένου να αποκτήσουν ενέργεια και να μειώσουν την ισχύ, η οποία θα χρησιμοποιηθεί αργότερα από το κύτταρο σε άλλες αντιδράσεις.

Τα περισσότερα οργανικά μόρια δεν συντίθενται από τον οργανισμό. Αντίθετα, πρέπει να το καταναλώνουμε μέσω των τροφίμων. Στις καταβολικές αντιδράσεις, αυτά τα μόρια αποικοδομούνται στα μονομερή που τα κατατάσσουν, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τα κύτταρα.

Αναβολικές διαδρομές

Οι αναβολικές οδοί περιλαμβάνουν συνθετικές χημικές αντιδράσεις, λαμβάνοντας μικρά και απλά μόρια, και μετατρέποντάς τα σε μεγαλύτερα και πιο περίπλοκα στοιχεία.

Για να υπάρξουν αυτές οι αντιδράσεις, πρέπει να υπάρχει διαθέσιμη ενέργεια. Από πού προέρχεται αυτή η ενέργεια; Από τις καταβολικές οδούς, κυρίως με τη μορφή ΑΤΡ.

Με αυτό τον τρόπο, οι μεταβολίτες που παράγονται από τις καταβολικές οδούς (οι οποίες ονομάζονται παγκοσμίως "δεξαμενή μεταβολιτών") μπορούν να χρησιμοποιηθούν στις αναβολικές οδούς για να συνθέσουν πιο περίπλοκα μόρια που το σώμα χρειάζεται αυτή τη στιγμή.

Μεταξύ αυτών των ομάδων μεταβολιτών, υπάρχουν τρία βασικά μόρια της διαδικασίας: πυροσταφυλικό, ακετυλο-συνένζυμο Α και γλυκερόλη. Αυτοί οι μεταβολίτες είναι υπεύθυνοι για τη σύνδεση του μεταβολισμού διαφορετικών βιομορίων, όπως τα λιπίδια, οι υδατάνθρακες, μεταξύ άλλων.

Αμφίβολικα δρομολόγια

Μια διαδρομή αμφιβολίας λειτουργεί ως αναβολική ή καταβολική οδός. Θέλω να πω, είναι μια μικτή διαδρομή.

Η πιο γνωστή διαδρομή αμφιβόλου είναι ο κύκλος του Krebs. Αυτή η διαδρομή διαδραματίζει θεμελιώδη ρόλο στην υποβάθμιση των υδατανθράκων, των λιπιδίων και των αμινοξέων. Εντούτοις, συμμετέχει επίσης στην παραγωγή προδρόμων για συνθετικές διαδρομές.

Για παράδειγμα, οι μεταβολίτες του κύκλου Krebs είναι οι πρόδρομοι των μισών αμινοξέων που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή πρωτεϊνών.

Κύρια μεταβολικά μονοπάτια

Σε όλα τα κύτταρα που αποτελούν μέρος ζωντανών όντων, διεξάγεται μια σειρά μεταβολικών οδών. Ορισμένοι από αυτούς μοιράζονται οι περισσότεροι οργανισμοί.

Αυτές οι μεταβολικές οδοί περιλαμβάνουν τη σύνθεση, αποικοδόμηση και μετατροπή σημαντικών μεταβολιτών για τη ζωή. Αυτή η όλη διαδικασία είναι γνωστή ως ενδιάμεσος μεταβολισμός.

Τα κύτταρα πρέπει να έχουν μόνιμες οργανικές και ανόργανες ενώσεις και επίσης χημική ενέργεια, η οποία λαμβάνεται κυρίως από το μόριο ΑΤΡ.

Το ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη) είναι η πιο σημαντική μορφή αποθήκευσης ενέργειας όλων των κυττάρων. Και τα ενεργειακά κέρδη και οι επενδύσεις των μεταβολικών οδών εκφράζονται συνήθως με όρους μορίων ΑΤΡ.

Στη συνέχεια, θα συζητηθούν οι σημαντικότερες διαδρομές που υπάρχουν στη συντριπτική πλειονότητα των ζωντανών οργανισμών.

Γλυκόλυση ή γλυκόλυση

Η γλυκόλυση είναι μια διαδρομή που περιλαμβάνει την αποικοδόμηση της γλυκόζης σε δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος, λαμβάνοντας ως καθαρό κέρδος δύο μόρια ΑΤΡ. Είναι παρούσα σχεδόν σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς και θεωρείται ένας γρήγορος τρόπος απόκτησης ενέργειας.

Γενικά, συνήθως χωρίζεται σε δύο στάδια. Το πρώτο περιλαμβάνει τη διέλευση του μορίου γλυκόζης σε δύο γλυκεραλδεΰδη, αντιστρέφοντας δύο μόρια του ΑΤΡ. Στη δεύτερη φάση δημιουργούνται ενώσεις υψηλής ενέργειας και 4 μόρια ΑΤΡ και 2 πυροσταφυλικού λαμβάνουν ως τελικά προϊόντα.

Η διαδρομή μπορεί να συνεχιστεί με δύο διαφορετικούς τρόπους. Εάν υπάρχει οξυγόνο, τα μόρια θα σταματήσουν την οξείδωση τους στην αναπνευστική αλυσίδα. Ή, ελλείψει αυτού, συμβαίνει ζύμωση.

Γλυκονογένεση

Η γλυκονεογένεση είναι μια οδός σύνθεσης γλυκόζης, ξεκινώντας από αμινοξέα (με εξαίρεση τη λευκίνη και λυσίνη), γαλακτικό, γλυκερόλη ή οποιαδήποτε από τις ενδιάμεσες ενώσεις του κύκλου Krebs.

Η γλυκόζη είναι ένα απαραίτητο υπόστρωμα για ορισμένους ιστούς, όπως ο εγκέφαλος, τα ερυθροκύτταρα και οι μύες. Η συμβολή της γλυκόζης μπορεί να επιτευχθεί μέσω αποθεμάτων γλυκογόνου.

Ωστόσο, όταν αυτά εξαντληθούν, το σώμα πρέπει να ξεκινήσει τη σύνθεση γλυκόζης για να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις των ιστών - κυρίως του νευρικού ιστού.

Αυτή η οδός εμφανίζεται κυρίως στο ήπαρ. Είναι ζωτικής σημασίας επειδή, σε καταστάσεις νηστείας, το σώμα μπορεί να συνεχίσει να λαμβάνει γλυκόζη.

Η ενεργοποίηση ή μη της οδού συνδέεται με τη σίτιση του οργανισμού. Ζώα που καταναλώνουν δίαιτες υψηλές σε υδατάνθρακες έχουν γλυκονεογενετικών χαμηλά ποσοστά άνθρακα, ενώ η κακή διατροφή απαιτούν γλυκονεογενετικών δραστηριότητα σημαντικές γλυκόζης.

Κύκλος γλυκολυλιού

Αυτός ο κύκλος είναι μοναδικός για τα φυτά και για ορισμένους τύπους βακτηρίων. Αυτή η διαδρομή επιτυγχάνει τον μετασχηματισμό μονάδων ακετυλίου, δύο ανθράκων, σε μονάδες τεσσάρων ανθράκων - γνωστών ως ηλεκτρικά. Η τελευταία ένωση μπορεί να παράγει ενέργεια και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη σύνθεση της γλυκόζης.

Στους ανθρώπους, για παράδειγμα, θα ήταν αδύνατο να υπάρξει μόνο σε οξική. Στον μεταβολισμό μας, το ακετυλο-συνένζυμο Α δεν μπορεί να μετατραπεί σε πυροσταφυλικό, το οποίο είναι ένας πρόδρομος της γλυκουνογονικής οδού, επειδή η αντίδραση του ενζύμου αφυδρογονάση πυροσταφυλικού είναι μη αναστρέψιμη.

Η βιοχημική λογική του κύκλου είναι παρόμοια με εκείνη του κύκλου του κιτρικού οξέος, με εξαίρεση τα δύο στάδια αποκαρβοξυλισμού. Εμφανίζεται σε πολύ συγκεκριμένα οργανίδια φυτών που ονομάζονται γλυοξυσώματα και είναι ιδιαίτερα σημαντική στους σπόρους ορισμένων φυτών, όπως οι ηλιοτρόπιοι.

Κύκλος Krebs

Είναι μια από τις οδούς που θεωρούνται κεντρικές στο μεταβολισμό των οργανικών όντων, καθώς ενοποιεί τον μεταβολισμό των σημαντικότερων μορίων, συμπεριλαμβανομένων των πρωτεϊνών, των λιπών και των υδατανθράκων.

Είναι ένα συστατικό της κυτταρικής αναπνοής και αποσκοπεί στην απελευθέρωση της ενέργειας που αποθηκεύεται στο μόριο του ακετυλο-συνενζύμου Α - του κύριου προδρόμου του κύκλου του Krebs. Αποτελείται από δέκα ενζυματικά βήματα και, όπως αναφέρθηκε, ο κύκλος λειτουργεί τόσο σε αναβολικές όσο και σε καταβολικές οδούς.

Στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς, ο κύκλος λαμβάνει χώρα στη μήτρα των μιτοχονδρίων. Στα προκαρυωτικά - τα οποία δεν έχουν αληθή υποκυτταρικά διαμερίσματα - ο κύκλος διεξάγεται στην κυτταροπλασματική περιοχή.

Ηλεκτρονική αλυσίδα μεταφοράς

Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων σχηματίζεται από μια σειρά μεταφορέων αγκυρωμένων σε μια μεμβράνη. Η αλυσίδα έχει ως στόχο να παράγει ενέργεια με τη μορφή ATP.

Οι αλυσίδες είναι σε θέση να δημιουργήσουν μια ηλεκτροχημική κλίση χάρη στη ροή των ηλεκτρονίων, κρίσιμη διαδικασία για τη σύνθεση της ενέργειας.

Σύνθεση λιπαρών οξέων

Τα λιπαρά οξέα είναι μόρια που παίζουν πολύ σημαντικούς ρόλους στα κύτταρα, βρίσκονται κυρίως ως δομικό συστατικό όλων των βιολογικών μεμβρανών. Για το λόγο αυτό, η σύνθεση των λιπαρών οξέων είναι απαραίτητη.

Η όλη διαδικασία σύνθεσης εμφανίζεται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Το κεντρικό μόριο της διαδικασίας ονομάζεται μαλονυλ συνένζυμο Α. Είναι υπεύθυνο για την παροχή των ατόμων που σχημάτισαν τον σχηματισμό του σκελετού άνθρακα του σχηματισμού λιπαρών οξέων.

Βήτα οξείδωση λιπαρών οξέων

Η οξείδωση βήτα είναι μια διαδικασία αποικοδόμησης λιπαρών οξέων. Αυτό επιτυγχάνεται με τέσσερα στάδια: οξείδωση με FAD, ενυδάτωση, οξείδωση με NAD + και θειόλυση. Προηγουμένως, το λιπαρό οξύ πρέπει να ενεργοποιηθεί με την ενσωμάτωση του συνενζύμου Α.

Το προϊόν των αναφερθεισών αντιδράσεων είναι μονάδες που σχηματίζονται από ένα ζεύγος ατόμων άνθρακα με τη μορφή ακετυλο συνένζυμο Α. Αυτό το μόριο μπορεί να εισέλθει στον κύκλο Krebs.

Η ενεργειακή απόδοση αυτής της οδού εξαρτάται από το μήκος της αλυσίδας λιπαρών οξέων. Για το παλμιτικό οξύ, για παράδειγμα, το οποίο έχει 16 άνθρακες, η καθαρή απόδοση είναι 106 μόρια ΑΤΡ.

Αυτή η διαδρομή λαμβάνει χώρα στα μιτοχόνδρια των ευκαρυωτικών. Υπάρχει επίσης μια άλλη εναλλακτική διαδρομή σε ένα διαμέρισμα που ονομάζεται υπεροξυσμό.

Δεδομένου ότι τα περισσότερα από τα λιπαρά οξέα βρίσκονται στο κυτταρικό κυτταρόλυμα, πρέπει να μεταφέρονται στο διαμέρισμα όπου θα οξειδωθούν. Η μεταφορά εξαρτάται από το καρκινοειδές και επιτρέπει στα μόρια αυτά να εισέλθουν στα μιτοχόνδρια.

Μεταβολισμός νουκλεοτιδίων

Η σύνθεση των νουκλεοτιδίων είναι ένα βασικό συμβάν στον κυτταρικό μεταβολισμό, δεδομένου ότι αυτοί είναι οι πρόδρομοι των μορίων που αποτελούν μέρος του γενετικού υλικού, του DNA και του RNA και των σημαντικών ενεργειακών μορίων, όπως τα ATP και GTP.

Οι πρόδρομοι της σύνθεσης νουκλεοτιδίων περιλαμβάνουν διαφορετικά αμινοξέα, φωσφορική ριβόζη 5, διοξείδιο του άνθρακα και ΝΗ3. Οι οδοί ανάκτησης είναι υπεύθυνες για την ανακύκλωση των ελεύθερων βάσεων και των νουκλεοζιτών που απελευθερώνονται από τη διάσπαση των νουκλεϊνικών οξέων.

Ο σχηματισμός του δακτυλίου πουρίνης λαμβάνει χώρα από τη φωσφορική ριβόζη 5, συμβαίνει να είναι πυρήνας πουρίνης και τελικά το νουκλεοτίδιο λαμβάνεται.

Ο δακτύλιος πυριμιδίνης συντίθεται ως οροτικό οξύ. Μετά τη σύνδεση με φωσφορική ριβόζη 5, μετασχηματίζεται σε νουκλεοτίδια πυριμιδίνης.

Ζύμωση

Οι ζυμώσεις είναι μεταβολικές διεργασίες ανεξάρτητες από το οξυγόνο. Είναι καταβολικού τύπου και το τελικό προϊόν της διαδικασίας είναι ένας μεταβολίτης που εξακολουθεί να έχει δυναμικό οξείδωσης. Υπάρχουν διάφοροι τύποι ζυμώσεων, αλλά στο σώμα μας λαμβάνει χώρα γαλακτική ζύμωση.

Η γαλακτική ζύμωση λαμβάνει χώρα στο κυτταρικό κυτόπλασμα. Αποτελείται από τη μερική υποβάθμιση της γλυκόζης προκειμένου να επιτευχθεί η μεταβολική ενέργεια. Το γαλακτικό οξύ παράγεται ως απόβλητο.

Μετά από μια έντονη συνεδρίαση της αναερόβιας άσκησης, των μυών δεν είναι επαρκής συγκεντρώσεις οξυγόνου και εμφανίζεται γαλακτική ζύμωση.

Ορισμένα κύτταρα του σώματος αναγκάζονται να ζυμώνουν, επειδή δεν έχουν μιτοχόνδρια, όπως συμβαίνει με τα ερυθρά αιμοσφαίρια.

Στη βιομηχανία οι διαδικασίες ζύμωσης χρησιμοποιούνται με υψηλής συχνότητας, για να παράγει μια σειρά από καταναλωτικά προϊόντα, όπως ψωμί, τα αλκοολούχα ποτά, γιαούρτι, κ.λ.π..

Αναφορές

  1. Baechle, Τ. R. & Earle, R.W. (Eds.). (2007). Αρχές κατάρτισης δύναμης και σωματικής προετοιμασίας. Ed. Panamericana Medical.
  2. Berg, J. Μ., Stryer, L., & Tymoczko, J.L. (2007). Βιοχημεία. Αντίστροφα.
  3. Campbell, Μ. Κ., & Farrell, S. O. (2011). Βιοχημεία Έκτη έκδοση. Thomson. Brooks / Cole.
  4. Devlin, Τ. Μ. (2011). Εγχειρίδιο βιοχημείας. John Wiley & Sons.
  5. Koolman, J., & Röhm, Κ. Η. (2005). Βιοχημεία: κείμενο και άτλας. Ed. Panamericana Medical.
  6. Μούγιος, Β. (2006). Ασκήσεις βιοχημείας. Ανθρώπινη κινητική.
  7. Müller-Esterl, W. (2008). Βιοχημεία Βασικές αρχές για την ιατρική και τις βιοεπιστήμες. Αντίστροφα.
  8. Poortmans, J.R. (2004). Αρχές βιοχημείας άσκησης. 3rd, αναθεωρημένη έκδοση. Karger.
  9. Voet, D., & Voet, J.G (2006). Βιοχημεία. Ed. Panamericana Medical.