סוגי מסלולים מטבוליים ומסלולים עיקריים

אחת מסלול מטבולי זוהי סדרה של תגובות כימיות, מזרז על ידי אנזימים. בתהליך זה, מולקולה X הופכת למולקולה Y, באמצעות מטבוליטים מתווך. מסלולים מטבוליים מתרחשים בסביבה הסלולרית.

מחוץ לתא, התגובות האלה ייקח יותר מדי זמן, וכמה אולי לא יקרה. לכן, כל צעד דורש נוכחות של חלבונים קטליטיים הנקראים אנזימים. תפקידן של המולקולות הללו הוא להאיץ בכמה סדרי גודל את המהירות של כל תגובה בתוך המסלול.

מבחינה פיזיולוגית, המסלולים המטבוליים מחוברים זה לזה. כלומר, הם לא מבודדים בתוך התא. רבים מהנתיבים החשובים ביותר חולקים מטבוליטים משותפים.

כתוצאה מכך, קבוצה של כל התגובות הכימיות המתרחשות בתאים נקרא מטבוליזם. כל תא מאופיין על ידי הצגת ביצועים מטבוליים ספציפיים, אשר מוגדר על ידי התוכן של האנזימים בפנים שלה, אשר בתורו נקבע גנטית.

אינדקס

• 1 מאפיינים כלליים של מסלולים מטבוליים
  • 1.1 התגובות מזרזות על ידי אנזימים
  • 1.2 מטבוליזם מוסדר על ידי הורמונים
  • 1.3 מידור
  • 1.4 תיאום השטף המטבולי
• 2 סוגי מסלולים מטבוליים
  • 2.1 מסלולים קטבוליים
  • 2.2 מסלולים אנאבוליים
  • 2.3 מסלולים אמפיבוליים
• 3 מסלולים מטבוליים עיקריים
  • 3.1 גליקוליזה או גליקוליזה
  • 3.2 גלוקונוגנזה
  • 3.3 מחזור גליקוקסילאט
  • 3.4 מחזור קרבס
  • 3.5 שרשרת הובלה אלקטרונית
  • 3.6 סינתזה של חומצות שומן
  • 3.7 חימצון ביתא של חומצות שומן
  • 3.8 מטבוליזם של נוקליאוטידים
  • 3.9 תסיסה
• 4 הפניות

מאפיינים כלליים של מסלולים מטבוליים

בתוך הסביבה הסלולרית, מתרחשות מספר רב של תגובות כימיות. מערכת התגובות הללו היא חילוף החומרים, והפונקציה העיקרית של תהליך זה היא לשמור על ההומיאוסטזיס של האורגניזם בתנאים רגילים, וגם בתנאים של לחץ.

לכן, חייב להיות מאזן של זרימות של מטבוליטים אלה. בין המאפיינים העיקריים של מסלולים מטבוליים יש לנו את הדברים הבאים:

את התגובות הם catalyzed על ידי אנזימים

הגיבורים של מסלולים מטבוליים הם אנזימים. הם אחראים על שילוב וניתוח מידע על מצב מטבולי והם מסוגלים להתאים את פעילותם בהתאם לדרישות הסלולר של הרגע.

מטבוליזם מוסדר על ידי הורמונים

מטבוליזם מונע על ידי סדרה של הורמונים, אשר מסוגלים לתאם תגובות מטבוליות, בהתחשב בצרכים וביצועים של האורגניזם.

מידור

יש מחלקה של מסלולים מטבוליים. כלומר, כל מסלול מתרחש תא תאיים מסוים, קוראים לזה ציטופלסמה, המיטוכונדריה, בין היתר. נתיבים אחרים עשויים להתרחש בכמה תאים בו זמנית.

המידור של המסלולים מסייע להסדרת המסלולים אנאבוליים וקטבוליים (ראה להלן).

תיאום זרימה מטבולית

התיאום של מטבוליזם מושגת על ידי יציבות הפעילות של האנזימים המעורבים. יש להדגיש כי המסלולים אנבוליים עמיתיהם הקטבולי שלהם אינם עצמאיים לחלוטין. לעומת זאת, הם מתואמים.

ישנן נקודות אנזימטיות מרכזיות במסלולים המטבוליים. עם מהירות ההמרה של אנזימים אלה, את כל הזרימה של המסלול מוסדר.

סוגי מסלולים מטבוליים

בביוכימיה, שלושה סוגים של מסלולים מטבוליים עיקריים נבדלים. חלוקה זו מתבצעת בעקבות קריטריונים ביו-אנרגטיים: מסלולים קטבוליים, אנבוליים ואמפיבוליים.

מסלולים קטבוליים

מסלולים קטבוליים כוללים תגובות של השפלה חמצון. הם מתבצעים על מנת להשיג אנרגיה וצמצום כוח, אשר ישמש מאוחר יותר על ידי התא בתגובות אחרות.

רוב המולקולות האורגניות אינן מסונתזות על ידי האורגניזם. לעומת זאת, אנחנו חייבים לצרוך אותו דרך מזון. בתגובות הקטבוליות, המולקולות הללו מושפלות למונומרים שמרכיבים אותן, אשר ניתן להשתמש בהן על ידי התאים.

מסלולים אנאבוליים

מסלולים אנבוליים מהווים תגובות כימיות סינתטיות, לוקחים מולקולות קטנות ופשוטות, ומפיצים אותם לאלמנטים גדולים ומורכבים יותר.

כדי שהתגובות האלה יתקיימו, חייבת להיות אנרגיה זמינה. מהיכן באה האנרגיה הזאת? של מסלולים קטבוליים, בעיקר בצורה של ATP.

בדרך זו, מטבוליטים המיוצרים על ידי מסלולים קטבוליים (אשר נקרא בעולם "מאגר של מטבוליטים") ניתן להשתמש במסלולים אנבוליים על מנת לסנתז מולקולות מורכבות יותר כי הגוף צריך כרגע.

בין מאגר זה של מטבוליטים, ישנם שלושה מולקולות מפתח של התהליך: pyruvate, אצטיל coenzyme A ו גליצרול. מטבוליטים אלה אחראים לחיבור המטבוליזם של ביומולקולות שונות, כגון שומנים, פחמימות, בין היתר.

מסלולים אמפיביים

מסלול אמפיבול פועל כמסלול אנבוליים או קטבוליים. זאת אומרת, זה מסלול מעורב.

הדרך הטובה ביותר הידועה אמפיבול הוא מחזור קרבס. מסלול זה ממלא תפקיד יסודי בהידרדרות הפחמימות, השומנים וחומצות האמינו. עם זאת, היא גם משתתפת בייצור של מבשרי עבור מסלולים סינתטיים.

לדוגמה, מטבוליטים של מחזור קרבס הם מבשרי מחצית מחומצות האמינו המשמשות לבניית חלבונים.

מסלולים מטבוליים עיקריים

בכל התאים שהם חלק מהיצורים החיים, מתבצעת סדרה של מסלולים מטבוליים. חלקן משותפות לרוב האורגניזמים.

מסלולים מטבוליים אלה מהווים את הסינתזה, השפלה והמרה של מטבוליטים חיוניים לכל החיים. כל התהליך הזה נקרא חילוף חומרים ביניים.

התאים זקוקים לתרכובות אורגניות ואנאורגניות קבועות, וגם לאנרגיה כימית, המתקבלת בעיקר ממולקולת ה- ATP.

ATP (אדנוזין טריפוספט) הוא החשוב ביותר אחסון אנרגיה הטופס של כל התאים. ורווחי האנרגיה וההשקעות של המסלולים המטבוליים מתבטאים בדרך כלל במונחים של מולקולות ATP.

בהמשך יידונו הנתיבים החשובים ביותר הקיימים ברובם המכריע של אורגניזמים חיים.

גליקוליזה או גליקוליזה

הגליקוליזה היא מסלול הכרוך בירידה ברמת הגלוקוז לשתי מולקולות של חומצה פירובית, השגת כ -2% מולקולות ATP. הוא קיים כמעט בכל אורגניזמים חיים ונחשב לדרך מהירה להשגת אנרגיה.

באופן כללי, הוא מחולק בדרך כלל לשני שלבים. הראשון כולל את המעבר של מולקולת הגלוקוז בשני glyceraldehyde, היפוך שתי מולקולות של ה- ATP. בשלב השני, תרכובות אנרגיה גבוהה נוצרות, ו 4 מולקולות של ATP ו 2 של pyruvate מתקבלים מוצרים הסופי.

המסלול יכול להמשיך בשתי דרכים שונות. אם יש חמצן, המולקולות יסיימו את החמצון שלהם בשרשרת הנשימה. או, בהיעדר זה, מתרחשת תסיסה.

גלוקונאוגנזה

Gluconeogenesis הוא נתיב של סינתזת גלוקוז, החל מחומצות אמינו (למעט leucine ו lysine), לקטט, גליצרול או כל intermediates של מחזור קרבס.

גלוקוז הוא מצע חיוני עבור רקמות מסוימות, כגון המוח, אריתרוציטים ושרירים. תרומת הגלוקוז ניתן להשיג באמצעות עתודות גליקוגן.

עם זאת, כאשר אלה מתרוקנים, הגוף חייב להתחיל את הסינתזה של גלוקוז כדי לענות על הדרישות של הרקמות - בעיקר רקמת העצבים.

מסלול זה מתרחש בעיקר בכבד. זה חיוני כי, במצבים צום, הגוף יכול להמשיך להשיג גלוקוז.

ההפעלה או לא של המסלול קשורה להאכלת האורגניזם. לבעלי חיים שצרכו דיאטות גבוהות בפחמימות יש רמות גלוקונוגניות נמוכות, בעוד שדיאטה דלת גלוקוז דורשת פעילות גלוקונוגנית משמעותית.

מחזור Glyoxylate

מחזור זה הוא ייחודי צמחים סוגים מסוימים של חיידקים. מסלול זה משיג את השינוי של יחידות אצטיל, של שני פחמנים, ליחידות של ארבעה פחמנים - המכונה succinate. המתחם האחרון יכול לייצר אנרגיה והוא יכול לשמש גם עבור סינתזה של גלוקוז.

אצל בני אדם, למשל, לא ניתן יהיה להתקיים רק על אצטט. בחילוף החומרים שלנו, קואנזים אצטיל A לא ניתן להמיר לפירובט, שהוא מבשר של מסלול גלוקונוגני, מכיוון שתגובת האנזים פירובט האנזים היא בלתי הפיכה.

ההיגיון הביוכימי של המחזור דומה לזה של מחזור חומצת לימון, למעט שני שלבים decarboxylative. מתרחשת באברונים ספציפיים מאוד של צמחים הנקראים glyoxysomes, והוא חשוב במיוחד זרעים של כמה צמחים כגון חמניות.

מחזור קרבס

זהו אחד המסלולים הנחשבים למרכזי חילוף החומרים של יצורים אורגניים, שכן הוא מאחד את חילוף החומרים של המולקולות החשובות ביותר, כולל חלבונים, שומנים ופחמימות.

זהו רכיב של הנשימה התאית, ומטרתו לשחרר את האנרגיה המאוחסנת במולקולה של קואנזים A אצטיל A - המבשר העיקרי של מחזור קרבס. הוא מורכב מעשרה צעדים אנזימטיים, וכפי שהזכרנו, המחזור פועל בשני מסלולים אנבוליים וקטבוליים.

באורגניזמים אאוקריוטים, המעגל מתרחש במטריצת המיטוכונדריה. ב prokaryotes - אשר חסרים תאים תת תאיים אמיתי - מחזור מתבצע באזור cytoplasmic.

שרשרת הובלה אלקטרונית

שרשרת התחבורה האלקטרונית נוצרת על ידי סדרה של מסועים המעוגנים בקרום. הרשת שואפת לייצר אנרגיה בצורה של ATP.

השרשראות מסוגלות ליצור תדר אלקטרוכימי הודות לזרימת האלקטרונים, תהליך מכריע לסינתזת האנרגיה.

סינתזה של חומצות שומן

חומצות שומן הן מולקולות שמשחקות תפקידים חשובים מאוד בתאים, הן נמצאות בעיקר כמרכיב מבני של כל הממברנות הביולוגיות. מסיבה זו, הסינתזה של חומצות השומן הוא חיוני.

תהליך הסינתזה כולה מתרחשת cytosol של התא. המולקולה המרכזית של התהליך נקראת coNyme malonyl A. הוא אחראי על מתן האטומים אשר יצרו שלד פחמן של חומצת שומן במבנה.

חימצון ביתא של חומצות שומן

חימצון ביתא הוא תהליך של השפלה של חומצות שומן. זה מושגת באמצעות ארבעה שלבים: חמצון על ידי FAD, לחות, חמצון על ידי NAD + ו thiolysis. בעבר, חומצת השומן צריכה להיות מופעלת על ידי שילוב של קואנזים A.

תוצר של התגובות שהוזכרו הן יחידות שנוצרו על ידי כמה פחמנים בצורה של קואנזים אצטיל א המולקולה הזאת יכולה להיכנס מחזור Krebs.

יעילות האנרגיה של נתיב זה תלויה באורך של שרשרת חומצת השומן. עבור חומצה פלמיטית, למשל, שיש לה 16 פחמנים, התשואה נטו היא 106 מולקולות של ATP.

מסלול זה מתרחש במיטוכונדריה של האוקריוטים. יש גם נתיב חלופי נוסף בתא שנקרא peroxisome.

מאז רוב חומצות השומן נמצאים cytosol הסלולר, הם חייבים להיות מועברים לתא שבו הם יהיו מחומצן. התחבורה תלויה בקרטניטנית, ומאפשרת למולקולות האלה להיכנס למיטוכונדריה.

מטבוליזם של נוקליאוטידים

סינתזה של נוקליאוטידים היא אירוע מפתח בחילוף החומרים הסלולרי, שכן אלה הם מבשרי המולקולות המהוות חלק מהחומר הגנטי, DNA ו- RNA, ומולקולות אנרגיה חשובות, כגון ATP ו- GTP.

מבשרי הסינתזה של נוקליאוטידים כוללים חומצות אמינו שונות, ribose 5 פוספט, דו תחמוצת הפחמן ו- NH₃. נתיבי השחזור אחראים על מיחזור של בסיסים חופשיים ו nucleosides שוחרר מן התמוטטות של חומצות גרעין.

היווצרות של טבעת purine מתרחשת מן פוספט 5 ribose, קורה להיות גרעין purine ולבסוף את נוקליאוטיד מתקבל.

טבעת pyrimidine מסונתזת כחומצה אורוטית. לאחר מחייב ribose 5 פוספט, הוא הופך נוקליאוטידים pyrimidine.

תסיסה

תסיסים הם תהליכים מטבוליים ללא תלות בחמצן. הם של סוג catabolic ואת המוצר הסופי של התהליך הוא מטבוליט שעדיין יש פוטנציאל חמצון. ישנם סוגים שונים של תסיסה, אבל הגוף שלנו תסיסה lactic מתרחש.

תסיסה לקטית מתרחשת בציטופלסמה הסלולרית. זה מורכב השפלה חלקית של גלוקוז על מנת להשיג אנרגיה מטבולית. חומצה לקטית מופק כחומר פסולת.

לאחר מפגש אינטנסיבי של תרגילים אנאירוביים, השריר לא נמצא עם ריכוז נאות של חמצן ותסיסה לקטית מתרחשת.

כמה תאים של הגוף נאלצים להתסיס, שכן הם חסרים המיטוכונדריה, כמו במקרה של תאי דם אדומים.

בתעשייה, תהליכי התסיסה משמשים בתדירות גבוהה, לייצר סדרה של מוצרים לצריכה אנושית, כגון לחם, משקאות אלכוהוליים, יוגורט, בין היתר.

הפניות

1. Baechle, T. R., & ארל, ר 'וו (עורכים). (2007). עקרונות אימון כוח ומיזוג פיזי. אד פנמריקנה מדיקל.
2. ברג, ג 'יי מ', Stryer, L., & טימושקו, ג 'יי L. (2007). ביוכימיה. היפוךתי.
3. Campbell, M. K., & Farrell, S. O. (2011). ביוכימיה מהדורה שישית. תומסון. ברוקס / קול.
4. Devlin, T. M. (2011). ספר ביוכימי. ג 'ון ויילי ובניו.
5. Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). ביוכימיה: טקסט ואטלס. אד פנמריקנה מדיקל.
6. Mougios, V. (2006). תרגיל ביוכימיה. קינטיקה אנושית.
7. Müller-Esterl, W. (2008). ביוכימיה יסודות לרפואה ומדעי החיים. היפוךתי.
8. Poortmans, J.R. (2004). עקרונות ביוכימיה של פעילות גופנית. 3^rd, מהדורה מתוקנת. קרגר.
9. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). ביוכימיה. אד פנמריקנה מדיקל.