МЕТАБОЛИЧКЕ РУТЕ: ВРСТЕ И ГЛАВНЕ РУТЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

Метаболички пут је скуп хемијских реакција, катализована ензима. У овом процесу, молекул Кс се трансформише у молекул И, помоћу посредних метаболита. Метаболички путеви се одвијају у ћелијском окружењу.

Изван ћелије ове реакције би трајале предуго, а неке се можда и не би појавиле. Стога је за сваки корак потребно присуство протеина катализатора који се називају ензими. Улога ових молекула је да убрзају брзину сваке реакције на путу за неколико реда величине.

Главни метаболички путеви
Извор: Цхаказул (разговор · доприноси), путем Викимедиа Цоммонс.

Физиолошки су метаболички путеви повезани једни са другима. Односно, они нису изолирани унутар ћелије. Многи најважнији путеви имају заједничке метаболите.

Сходно томе, скуп свих хемијских реакција које се дешавају у ћелијама назива се метаболизмом. Сваку ћелију карактерише испољавање специфичних метаболичких перформанси, које су дефинисане садржајем ензима у себи, што је заузврат генетски одређено.

Опште карактеристике метаболичких путева

У станичној средини се дешава велики број хемијских реакција. Скуп ових реакција је метаболизам, а главна функција овог процеса је одржавање хомеостазе тела у нормалним условима, а такође и у стресним условима.

Стога мора постојати равнотежа протока ових метаболита. Међу главним карактеристикама метаболичких путева имамо следеће:

Реакције катализирају ензими

Реакција катализирана ензимима циклооксигеназе (Извор: Панцрат преко Викимедиа Цоммонс)

Протагонисти метаболичких путева су ензими. Они су одговорни за интегрисање и анализу информација о метаболичком стању и способни су да модулирају своју активност на основу ћелијских потреба тренутка.

Метаболизам је регулисан хормонима

Метаболизам је усмерен од низа хормона, који су способни да координирају метаболичке реакције, узимајући у обзир потребе и перформансе тела.

Цомпартментализација

Постоји подељена метаболичка стаза. Односно, сваки се пут одвија у одређеном субцелијском одељку, између осталог називамо га цитоплазма, митохондрији. Остале руте могу се појавити у више преграда истовремено.

Одељење путева помаже у регулацији анаболичких и катаболичких путева (види доле).

Координација метаболичког тока

Координација метаболизма постиже се стабилношћу активности ензима који су укључени. Треба напоменути да анаболички путеви и њихови катаболички парови нису потпуно независни. Супротно томе, они су координирани.

У метаболичким путевима постоје кључне ензимске тачке. Са брзином конверзије ових ензима регулисан је цео проток пута.

Врсте метаболичких путева

У биохемији се разликују три главне врсте метаболичких путева. Ова подела се врши према биоенергетским критеријумима: катаболички, анаболички и амфиболи.

Катаболичке руте

Катаболички путеви обухватају реакције оксидативне разградње. Они се изводе како би добили енергију и смањили снагу, коју ће ћелија касније користити у другим реакцијама.

Већина органских молекула не синтетише тело. Супротно томе, морамо га конзумирати кроз храну. У катаболичким реакцијама, ови молекули се разграђују у мономере који их чине, а које ћелије могу да користе.

Анаболичке руте

Анаболички путеви обухватају хемијске реакције синтезе, узимајући мале, једноставне молекуле и претварајући их у веће, сложеније елементе.

Да би се те реакције одвијале, треба да буде на располагању енергија. Одакле та енергија долази? Са катаболичких стаза, првенствено у облику АТП-а.

На тај начин се метаболити произведени катаболичким путевима (који се у глобалу називају "базен метаболита") могу користити у анаболичким путевима у циљу синтетизације сложенијих молекула које су организму тренутно потребне.

Међу овом базом метаболита постоје три кључна молекула процеса: пируват, ацетил коензим А и глицерол. Ови метаболити су одговорни за повезивање метаболизма различитих биомолекула, попут липида, угљених хидрата, између осталог.

Амфибијске руте

Пут амфибола функционира као анаболички или катаболички пут. То је, мешовита рута.

Најпознатија рута амфибола је Кребсов циклус. Ова рута има фундаменталну улогу у разградњи угљених хидрата, липида и аминокиселина. Међутим, такође учествује у производњи прекурсора за синтетичке руте.

На пример, метаболити Кребсовог циклуса су прекурсори половине аминокиселина које се користе за изградњу протеина.

Главни метаболички путеви

У свим ћелијама које су део живих бића спроводи се низ метаболичких путева. Неке од њих дијели већина организама.

Ови метаболички путеви укључују синтезу, разградњу и претварање животно критичних метаболита. Цео овај процес је познат као средњи метаболизам.

Ћелијама су трајно потребна органска и неорганска једињења, а такође и хемијска енергија, која се добија углавном из АТП молекула.

АТП (аденозин трифосфат) је најважнији облик складиштења енергије у свим ћелијама. А енергетски добици и улагања метаболичких путева често се изражавају у смислу АТП молекула.

Најважнији путеви који су присутни у огромној већини живих организама биће разматрани у даљем тексту.

Гликолиза или гликолиза

Слика 1: гликолиза вс глуконеогенеза. Укључене реакције и ензими.

Гликолиза је пут који укључује разградњу глукозе до два молекула пируичне киселине, добијајући као нето добитак два молекула АТП-а. Присутан је у готово свим живим организмима и сматра се брзим начином добијања енергије.

Уопштено, обично се дели на две фазе. Први укључује пролазак молекула глукозе у два молекула глицералдехида, претварајући два АТП молекула. У другој фази се добијају високоенергетска једињења, а 4 АТП молекула и 2 пируватна молекула се добијају као крајњи производи.

Рута се може наставити на два различита начина. Ако има кисеоника, молекули ће завршити оксидацију у респираторном ланцу. Или, у недостатку тога, долази до ферментације.

Глуконеогенеза

АнгелХерраез / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/3.0)

Глуконеогенеза је пут за синтезу глукозе, почевши од аминокиселина (с изузетком леуцина и лизина), лактата, глицерола или било којег интермедијара Кребсовог циклуса.

Глукоза је кључни супстрат за одређена ткива, попут мозга, црвених крвних зрнаца и мишића. Снабдевање глукозом може се набавити кроз залихе гликогена.

Међутим, када се оне испразне, тело мора започети синтезу глукозе да би задовољило потребе ткива - пре свега нервног ткива.

Тај пут се јавља углавном у јетри. То је од виталног значаја јер тело у постима може наставити са добијањем глукозе.

Активација или не пута је повезана са исхраном тела. Животиње које конзумирају дијету високу количину угљених хидрата имају ниску стопу глуконеогена, док дијета са мало глукозе захтева значајно глуконеогено деловање.

Циклус глиоксилата

Преузето и обрађено од: Оригинални учитавач је био Аденосине на енглеској Википедиа. / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/2.5)

Овај циклус је јединствен за биљке и одређене врсте бактерија. Овим путем се постиже трансформација две угљеничне ацетил јединице у јединице од четири угљеника - познате као сукцинат. Ово последње једињење може да произведе енергију и такође се може користити за синтезу глукозе.

На пример, код људи би било немогуће издржати само ацетат. У нашем метаболизму, ацетил коензим А се не може претворити у пируват, који је прекурсор глуконеогеног пута, јер је реакција ензима пируват дехидрогеназа неповратна.

Биохемијска логика циклуса је слична оној у циклусу лимунске киселине, с изузетком два стадија декарбоксилације. Јавља се у веома специфичним органелама биљака које се називају глиоксисоми, а посебно је важно у семенкама неких биљака, попут сунцокрета.

Кребсов циклус

Циклус трикарбоксилне киселине (Кребсов циклус). Преузето и уређено из: Нараианесе, ВикиУсерПедиа, ИассинеМрабет, ТотоБаггинс (на шпански језик превео Алејандро Порто).

То је један од начина који се сматра централним у метаболизму органских бића, јер обједињује метаболизам најважнијих молекула, укључујући протеине, масти и угљене хидрате.

Саставни је део ћелијског дисања и има за циљ да ослободи енергију сачувану у молекули ацетил коензима А - главном претечу Кребсовог циклуса. Састоји се од десет ензимских корака и, као што смо споменули, циклус дјелује и у анаболичким и у катаболичким путевима.

У еукариотским организмима циклус се одвија у матриксу митохондрија. Код прокариота - којима недостају истински субцелијски одељци - циклус се одвија у цитоплазматској регији.

Транспортни ланац електрона

Корисник: Роззицхан / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/2.5)

Ланац транспорта електрона састоји се од низа транспортера усидрених у мембрану. Ланац има за циљ производњу енергије у облику АТП-а.

Ланци су способни да стварају електрохемијски градијент захваљујући протоку електрона, што је пресудан процес за синтезу енергије.

Синтеза масне киселине

Масне киселине су молекули који играју врло важну улогу у ћелијама, налазе се углавном као структурне компоненте свих биолошких мембрана. Из тог разлога, синтеза масних киселина је неопходна.

Цео процес синтезе се одвија у цитосолу ћелије. Централни молекул процеса назива се малонил коензим А. Одговорни су за обезбеђивање атома који ће формирати угљенични костур масне киселине.

Бета оксидација масних киселина

Бета оксидација је процес разградње масних киселина. Ово се постиже кроз четири корака: ФАД оксидација, хидратација, НАД + оксидација и тиолиза. Прије тога, масна киселина треба бити активирана интеграцијом коензима А.

Продукт поменутих реакција су јединице формиране од пар угљеника у облику ацетил коензима А. Овај молекул може ући у Кребсов циклус.

Енергетска ефикасност овог пута зависи од дужине ланца масних киселина. На пример, палмитинска киселина која има 16 угљеника, нето принос је 106 АТП молекула.

Ова стаза се одвија у митохондријама еукариота. Постоји такође још један алтернативни пут у одељку који се зове пероксисом.

Како се већина масних киселина налази у ћелијском цитосолу, оне се морају превести у одељак где ће бити оксидоване. Транспорт зависи од каринитана и омогућава тим молекулима да уђу у митохондрије.

Нуклеотидни метаболизам

Синтеза нуклеотида је кључни догађај у ћелијском метаболизму, пошто су то прекурсори молекула који чине део генетског материјала, ДНК и РНК и важних енергетских молекула, као што су АТП и ГТП.

Претходници нуклеотидне синтезе укључују различите аминокиселине, рибоза 5 фосфат, угљен диоксид и НХ ₃ . Путови опоравка одговорни су за рециклирање слободних база и нуклеозида ослобођених распадом нуклеинских киселина.

Формирање пуринског прстена одвија се из фосфата рибозе 5, постаје пуринско језгро и коначно се добија нуклеотид.

Пиримидински прстен синтетизован је као оротска киселина. Праћен везањем за фосфат 5 фосфата рибозе, трансформише се у нуклеотиде пиримидина.

Ферментација

Аутор оригиналне верзије је Корисник: Норро. / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/4.0)

Ферментације су метаболички процеси неовисни о кисеонику. Они су катаболичког типа, а крајњи продукт процеса је метаболит који и даље има потенцијал оксидације. Постоје различите врсте ферментација, али млечна ферментација се одвија у нашем телу.

Млечна ферментација се одвија у ћелијској цитоплазми. Састоји се од делимичне разградње глукозе ради добијања метаболичке енергије. Као отпадна супстанца ствара се млечна киселина.

Након интензивне сеансе анаеробних вежби, мишић није са адекватном концентрацијом кисеоника и долази до млечне ферментације.

Неке ћелије у телу су присиљене да ферментирају, јер им недостаје митохондрија, као што је случај са црвеним крвним ћелијама.

У индустрији се процеси ферментације користе са великом фреквенцијом за производњу низа производа за људску употребу, као што су хлеб, алкохолна пића, јогурт, између осталог.

Референце

1. Баецхле, ТР и Еарле, РВ (изд.). (2007). Начела тренинга снаге и физичког кондиционирања. Панамерицан Медицал Ед.
2. Берг, ЈМ, Стриер, Л. и Тимоцзко, ЈЛ (2007). Биохемија. Преокренуо сам се.
3. Цампбелл, МК, и Фаррелл, СО (2011). Биохемија. Шесто издање. Тхомсон. Броокс / Цоле.
4. Девлин, ТМ (2011). Уџбеник биохемије. Јохн Вилеи & Сонс.
5. Коолман, Ј., и Рохм, КХ (2005). Биохемија: текст и атлас. Панамерицан Медицал Ед.
6. Моугиос, В. (2006). Вежба биохемију. Хуман Кинетицс.
7. Муллер-Естерл, В. (2008). Биохемија. Основе медицине и наука о животу. Преокренуо сам се.
8. Поортманс, ЈР (2004). Принципи биохемије вежби. 3 ^Рд , измењено и допуњено издање. Каргер.
9. Воет, Д. и Воет, ЈГ (2006). Биохемија. Панамерицан Медицал Ед.