METABOLISKA RUTTER: TYPER OCH HUVUDRUTTER - BIOLOGI - 2025

En metabolisk väg är en uppsättning kemiska reaktioner, katalyserade av enzymer. I denna process omvandlas en molekyl X till en molekyl Y med hjälp av mellanliggande metaboliter. Metaboliska vägar äger rum i cellmiljön.

Utanför cellen skulle dessa reaktioner ta för lång tid och vissa kanske inte inträffar. Därför kräver varje steg närvaron av katalysatorproteiner som kallas enzymer. Dessa molekylers roll är att påskynda hastigheten för varje reaktion inom banan med flera storleksordningar.

Huvudsakliga metaboliska vägar
Källa: Chakazul (samtal · bidrag), via Wikimedia Commons.

Fysiologiskt är de metaboliska vägarna kopplade till varandra. Det vill säga de är inte isolerade i cellen. Många av de viktigaste vägarna delar metaboliter gemensamt.

Följaktligen kallas uppsättningen av alla kemiska reaktioner som förekommer i celler metabolism. Varje cell kännetecknas av att de uppvisar en specifik metabolisk prestanda, som definieras av innehållet av enzymer inom, vilket i sin tur är genetiskt bestämt.

Allmänna egenskaper för metaboliska vägar

Inom den cellulära miljön inträffar ett stort antal kemiska reaktioner. Uppsättningen av dessa reaktioner är ämnesomsättning, och den huvudsakliga funktionen i denna process är att upprätthålla kroppens homeostas under normala förhållanden och även under stressförhållanden.

Därför måste det finnas en balans mellan flödena av dessa metaboliter. Bland de viktigaste egenskaperna för metaboliska vägar har vi följande:

Reaktioner katalyseras av enzymer

Reaktion katalyserad av cyklooxygenasenzymer (Källa: Pancrat via Wikimedia Commons)

Huvudpersonerna för metaboliska vägar är enzymer. De ansvarar för att integrera och analysera informationen om det metaboliska tillståndet och kan modulera sin aktivitet baserat på cellulära krav för tillfället.

Metabolism regleras av hormoner

Metabolismen styrs av en serie hormoner som kan samordna metaboliska reaktioner med tanke på kroppens behov och prestanda.

uppdelning

Det finns en avdelning av metaboliska vägar. Det vill säga varje väg äger rum i ett specifikt subcellulärt fack, kallar det cytoplasma, mitokondrier, bland andra. Andra rutter kan förekomma i flera fack samtidigt.

Avdelningen av vägarna hjälper till att reglera de anabola och kataboliska vägarna (se nedan).

Samordning av metaboliskt flöde

Koordinationen av metabolism uppnås genom stabiliteten i aktiviteten hos de involverade enzymerna. Det bör noteras att anabola vägar och deras kataboliska motsvarigheter inte är helt oberoende. Däremot är de samordnade.

Det finns viktiga enzymatiska punkter inom de metaboliska vägarna. Med omvandlingshastigheten för dessa enzymer regleras hela flödet av vägen.

Typer av metaboliska vägar

I biokemi skiljs tre huvudtyper av metaboliska vägar. Denna uppdelning utförs enligt bioenergiska kriterier: kataboliska, anabola och amfibolvägar.

Kataboliska vägar

Kataboliska vägar omfattar oxidativa nedbrytningsreaktioner. De utförs för att erhålla energi och reducerande kraft, som senare kommer att användas av cellen i andra reaktioner.

De flesta av de organiska molekylerna syntetiseras inte av kroppen. Däremot måste vi konsumera det genom mat. Vid kataboliska reaktioner bryts dessa molekyler ned till monomererna som komponerar dem, som kan användas av celler.

Anabola vägar

Anabola vägar innefattar syntesens kemiska reaktioner, tar små, enkla molekyler och omvandlar dem till större, mer komplexa element.

För att dessa reaktioner ska äga rum behöver energi vara tillgängligt. Var kommer den här energin ifrån? Från de kataboliska vägarna, främst i form av ATP.

På detta sätt kan de metaboliter som produceras av kataboliska vägar (som globalt kallas "pool av metaboliter") användas i anabola vägar för att syntetisera mer komplexa molekyler som kroppen behöver vid den tiden.

Bland denna pool av metaboliter finns det tre viktiga molekyler i processen: pyruvat, acetylkoenzym A och glycerol. Dessa metaboliter är ansvariga för att ansluta metabolismen hos olika biomolekyler, såsom lipider, kolhydrater, bland andra.

Amfibiska rutter

En amfibolväg fungerar som antingen en anabol eller katabolisk väg. Det vill säga, det är en blandad rutt.

Den mest kända amfibolvägen är Krebs-cykeln. Denna väg har en grundläggande roll i nedbrytningen av kolhydrater, lipider och aminosyror. Men det deltar också i produktionen av prekursorerna för syntetiska rutter.

Till exempel är Krebs-cyklismetaboliterna föregångarna till hälften av aminosyrorna som används för att bygga proteiner.

Huvudsakliga metaboliska vägar

I alla celler som ingår i levande varelser genomförs en serie metaboliska vägar. Vissa av dessa delas av de flesta av organismerna.

Dessa metaboliska vägar inkluderar syntes, nedbrytning och omvandling av livskritiska metaboliter. Hela processen kallas mellanliggande ämnesomsättning.

Celler behöver permanent organiska och oorganiska föreningar, liksom kemisk energi, som främst erhålls från ATP-molekylen.

ATP (adenosintrifosfat) är den viktigaste formen för energilagring i alla celler. Och energivinsten och investeringarna i metaboliska vägar uttrycks ofta i form av ATP-molekyler.

Nedan diskuteras de viktigaste vägarna som finns i de allra flesta levande organismer.

Glykolys eller glykolys

Figur 1: glykolys kontra glukoneogenes. Reaktioner och enzymer involverade.

Glykolys är en väg som involverar nedbrytning av glukos upp till två molekyler av pyruvinsyra, och som nettovinst får två molekyler av ATP. Den finns i praktiskt taget alla levande organismer och anses vara ett snabbt sätt att få energi.

I allmänhet är det vanligtvis uppdelat i två steg. Den första involverar passagen av glukosmolekylen till två glyceraldehydmolekyler och inverterar två ATP-molekyler. I den andra fasen genereras högenergiföreningar och 4 ATP-molekyler och 2 pyruvatmolekyler erhålls som slutprodukter.

Rutten kan fortsätta på två olika sätt. Om det finns syre, kommer molekylerna att avsluta sin oxidation i andningskedjan. Eller, i frånvaro av detta, sker jäsning.

glukoneogenes

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

Glukoneogenes är en väg för syntes av glukos, utifrån aminosyror (med undantag av leucin och lysin), laktat, glycerol eller något av mellanprodukterna i Krebs-cykeln.

Glukos är ett viktigt substrat för vissa vävnader, såsom hjärnan, röda blodkroppar och muskler. Glukostillförseln kan erhållas genom glykogenlagrar.

Men när dessa är utarmade måste kroppen börja glukossyntes för att möta vävnaderna - främst nervvävnaden.

Denna väg förekommer huvudsakligen i levern. Det är viktigt eftersom kroppen i fasta situationer kan fortsätta att få glukos.

Banans aktivering eller inte är kopplad till kroppens näring. Djur som konsumerar dieter med mycket kolhydrater har låga glukoneogena hastigheter, medan dieter med låg glukos kräver betydande glukoneogen aktivitet.

Glyoxylatcykel

Taget och redigerat från: Den ursprungliga uppladdaren var Adenosine på engelska Wikipedia. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Denna cykel är unik för växter och vissa typer av bakterier. Denna väg uppnår omvandlingen av acetylenheter med två kol till fyra kolenheter - känd som succinat. Denna sista förening kan producera energi och kan också användas för syntes av glukos.

Hos människor, till exempel, skulle det vara omöjligt att bestå av acetat ensam. I vår ämnesomsättning kan acetylkoenzym A inte omvandlas till pyruvat, vilket är en föregångare till den glukoneogena vägen, eftersom reaktionen av pyruvat-dehydrogenas-enzymet är irreversibel.

Cyklens biokemiska logik liknar citronsyrecykeln, med undantag för de två dekarboxyleringsstegen. Det förekommer i mycket specifika organeller av växter som kallas glyoxysomer, och är särskilt viktigt i frön från vissa växter, t.ex. solrosor.

Krebs cykel

Trikarboxylsyracykel (Krebs-cykel). Taget och redigerat från: Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins (översatt till spanska av Alejandro Porto).

Det är en av de vägar som betraktas som centrala i metabolismen av organiska varelser, eftersom det förenar metabolismen för de viktigaste molekylerna, inklusive proteiner, fetter och kolhydrater.

Det är en komponent i cellulär andning och syftar till att frigöra energin lagrad i acetylkoenzym A-molekylen - den viktigaste föregångaren till Krebs-cykeln. Det består av tio enzymatiska steg och, som vi nämnde, fungerar cykeln både i anabola och kataboliska vägar.

I eukaryota organismer sker cykeln i matokondriens matris. I prokaryoter - som saknar verkliga subcellulära fack - sker cykeln i den cytoplasmiska regionen.

Elektron transport kedja

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

Elektrontransportkedjan består av en serie transportörer förankrade i ett membran. Kedjan syftar till att generera energi i form av ATP.

Kedjorna kan skapa en elektrokemisk gradient tack vare elektronflödet, en avgörande process för syntesen av energi.

Fettsyrasyntes

Fettsyror är molekyler som spelar mycket viktiga roller i celler, de finns huvudsakligen som strukturella komponenter i alla biologiska membran. Av denna anledning är syntesen av fettsyror väsentlig.

Hela syntesprocessen sker i cytosolen i cellen. Den centrala molekylen i processen kallas malonylkoenzym A. Den ansvarar för att tillhandahålla de atomer som kommer att bilda kolskelettet i fettsyran i bildningen.

Betaoxidation av fettsyror

Betaoxidation är en nedbrytning av fettsyror. Detta åstadkoms genom fyra steg: FAD-oxidation, hydrering, NAD + -oxidation och tiolys. Tidigare måste fettsyran aktiveras genom integration av koenzym A.

Produkten från de nämnda reaktionerna är enheter som bildas av ett par kolatomer i form av acetylkoenzym A. Denna molekyl kan komma in i Krebs-cykeln.

Energieffektiviteten för denna väg beror på längden på fettsyrakedjan. För exempelvis palmitinsyra, som har 16 kol, är nettoutbytet 106 ATP-molekyler.

Denna väg äger rum i mitokondrierna av eukaryoter. Det finns också en annan alternativ väg i ett fack som kallas peroxisomen.

Eftersom de flesta fettsyrorna är belägna i cytosolen måste de transporteras till facket där de kommer att oxideras. Transport är beroende av kartinitan och gör att dessa molekyler kan komma in i mitokondrierna.

Nukleotidmetabolism

Syntesen av nukleotider är en nyckelhändelse i cellulär metabolism, eftersom dessa är föregångarna till molekylerna som utgör en del av det genetiska materialet, DNA och RNA, och viktiga energimolekyler, såsom ATP och GTP.

Prekursorerna till nukleotidsyntes inkluderar olika aminosyror, ribos 5 fosfat, koldioxid och NH ₃ . Återvinningsvägar ansvarar för återvinning av fria baser och nukleosider som frigörs från nedbrytningen av nukleinsyror.

Bildningen av purinringen sker från ribos 5-fosfat, den blir en purinkärna och slutligen erhålles nukleotiden.

Pyrimidinringen är syntetiserad som orotisk syra. Följt av bindning till ribos 5-fosfat omvandlas det till pyrimidin-nukleotider.

Jäsning

Författaren till den ursprungliga versionen är Användare: Norro. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Fermenteringar är syreoberoende metaboliska processer. De är av katabolisk typ och slutprodukten av processen är en metabolit som fortfarande har oxidationspotential. Det finns olika typer av jäsningar, men mjölkgjäsning sker i vår kropp.

Laktisk jäsning äger rum i cellcytoplasma. Det består av partiell nedbrytning av glukos för att erhålla metabolisk energi. Som avfallssubstans produceras mjölksyra.

Efter en intensiv session med anaeroba övningar är muskeln inte med tillräckliga koncentrationer av syre och mjölkfermentering inträffar.

Vissa celler i kroppen tvingas att jäsas, eftersom de saknar mitokondrier, som är fallet med röda blodkroppar.

I industrin används fermenteringsprocesser med hög frekvens för att producera en serie produkter för konsumtion, såsom bröd, alkoholhaltiga drycker, yoghurt, bland andra.

referenser

1. Baechle, TR, & Earle, RW (Eds.). (2007). Principer för styrketräning och fysisk konditionering. Panamerican Medical Ed.
2. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokemi. Jag vänt.
3. Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Biokemi. Sjätte upplagan. Thomson. Brooks / Cole.
4. Devlin, TM (2011). Lärobok för biokemi. John Wiley & Sons.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biokemi: text och atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Mougios, V. (2006). Träna biokemi. Mänsklig kinetik.
7. Müller-Esterl, W. (2008). Biokemi. Grunder för medicin och biovetenskap. Jag vänt.
8. Poortmans, JR (2004). Principer för övningsbiokemi. 3 ^{: e} reviderade upplagan. Karger.
9. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokemi. Panamerican Medical Ed.