METABOLSKE RUTER: TYPER OG HOVEDRUTER - BIOLOGI - 2026

En metabolsk vei er et sett med kjemiske reaksjoner, katalysert av enzymer. I denne prosessen transformeres et molekyl X til et molekyl Y ved hjelp av mellomliggende metabolitter. Metabolske veier finner sted i det cellulære miljøet.

Utenfor cellen vil disse reaksjonene ta for lang tid, og noen vil kanskje ikke forekomme. Derfor krever hvert trinn tilstedeværelse av katalysatorproteiner kalt enzymer. Rollen til disse molekylene er å akselerere hastigheten på hver reaksjon innenfor banen med flere størrelsesordener.

Hovedmetabolske ruter
Kilde: Chakazul (samtale · bidrag), via Wikimedia Commons.

Fysiologisk er de metabolske traséene koblet til hverandre. Det vil si at de ikke er isolert i cellen. Mange av de viktigste veiene deler metabolittene til felles.

Følgelig kalles settet med alle kjemiske reaksjoner som oppstår i celler metabolisme. Hver celle er preget av å ha en spesifikk metabolsk ytelse, som er definert av innholdet av enzymer i, som igjen er genetisk bestemt.

Generelle kjennetegn ved metabolske veier

I det cellulære miljøet forekommer et stort antall kjemiske reaksjoner. Settet med disse reaksjonene er metabolisme, og hovedfunksjonen i denne prosessen er å opprettholde homeostasen til organismen under normale forhold, og også under stressforhold.

Dermed må det være en balanse av flukser av disse metabolittene. Blant de viktigste egenskapene til metabolske veier har vi følgende:

Reaksjonene katalyseres av enzymer

Reaksjon katalysert av cyklooksygenaseenzymer (Kilde: Pancrat via Wikimedia Commons)

Hovedpersonene i metabolske veier er enzymer. De er ansvarlige for å integrere og analysere informasjonen om den metabolske tilstanden og er i stand til å modulere aktiviteten deres basert på øyeblikkets mobilbehov.

Metabolisme reguleres av hormoner

Metabolismen er styrt av en serie hormoner, som er i stand til å koordinere metabolske reaksjoner, med tanke på kroppens behov og ytelse.

Compartmentalisation

Det er en seksjonering av metabolske veier. Det vil si at hver bane finner sted i et spesifikt subcellulært rom, kaller det blant annet cytoplasma, mitokondrier. Andre ruter kan forekomme i flere avdelinger samtidig.

Segmentering av traseene hjelper til med regulering av de anabole og katabolske traséene (se nedenfor).

Koordinering av metabolsk flyt

Koordinering av metabolisme oppnås gjennom stabiliteten av aktiviteten til de involverte enzymer. Det skal bemerkes at anabole veier og deres kataboliske kolleger ikke er helt uavhengige. I kontrast er de koordinert.

Det er viktige enzymatiske punkter i metabolske veier. Med konverteringshastigheten for disse enzymene reguleres hele strømmen av banen.

Typer metabolske veier

I biokjemi skilles tre hovedtyper av metabolske veier. Denne inndelingen utføres etter bioenergetiske kriterier: kataboliske, anabole og amfibolruter.

Kataboliske ruter

Kataboliske veier inkluderer oksidative nedbrytningsreaksjoner. De blir utført for å få energi og reduserende kraft, som senere vil bli brukt av cellen i andre reaksjoner.

De fleste av de organiske molekylene syntetiseres ikke av kroppen. Derimot må vi konsumere det gjennom mat. Ved katabolske reaksjoner blir disse molekylene nedbrutt til monomerer som utgjør dem, som kan brukes av celler.

Anabole ruter

Anabole veier omfatter syntetiske kjemiske reaksjoner, tar små, enkle molekyler og transformerer dem til større, mer komplekse elementer.

For at disse reaksjonene skal finne sted, trenger energi å være tilgjengelig. Hvor kommer denne energien fra? Fra de katabolske traséene, først og fremst i form av ATP.

På denne måten kan metabolittene produsert av kataboliske veier (som globalt kalles "basseng av metabolitter") brukes i anabolske veier for å syntetisere mer komplekse molekyler som kroppen trenger for øyeblikket.

Blant denne puljen av metabolitter er det tre viktige molekyler i prosessen: pyruvat, acetylkoenzym A og glyserol. Disse metabolittene er ansvarlige for å koble metabolismen til forskjellige biomolekyler, for eksempel lipider, karbohydrater.

Amfibiske ruter

En amfibolbane fungerer som enten en anabole eller en katabolisk bane. Det vil si at det er en blandet rute.

Den mest kjente amfibolruten er Krebs syklus. Denne ruten har en grunnleggende rolle i nedbrytningen av karbohydrater, lipider og aminosyrer. Imidlertid deltar den også i produksjonen av forgjengerne for syntetiske ruter.

For eksempel er Krebs-syklusmetabolittene forløpere for halvparten av aminosyrene som brukes til å bygge proteiner.

Hovedmetabolske veier

I alle celler som er en del av levende vesener, blir det gjennomført en serie metabolske veier. Noen av disse deles av de fleste organismer.

Disse metabolske veiene inkluderer syntese, nedbrytning og konvertering av livskritiske metabolitter. Hele denne prosessen er kjent som middels metabolisme.

Celler trenger permanent organiske og uorganiske forbindelser, og også kjemisk energi, som hovedsakelig hentes fra ATP-molekylet.

ATP (adenosintrifosfat) er den viktigste formen for energilagring i alle celler. Og energivinstene og investeringene i metabolske veier kommer ofte til uttrykk i form av ATP-molekyler.

De viktigste traséene som er til stede i de aller fleste levende organismer vil bli diskutert nedenfor.

Glykolyse eller glykolyse

Figur 1: glykolyse vs glukoneogenese. Reaksjoner og enzymer involvert.

Glykolyse er en rute som involverer nedbrytning av glukose opp til to molekyler pyruvinsyre, og oppnår som netto gevinst to molekyler av ATP. Den er til stede i praktisk talt alle levende organismer og regnes som en rask måte å skaffe energi.

Generelt er det vanligvis delt inn i to trinn. Den første involverer passering av glukosemolekylet til to glyceraldehydmolekyler, og inverterer to ATP-molekyler. I den andre fasen genereres høyeenergiforbindelser, og 4 ATP-molekyler og 2 pyruvatmolekyler oppnås som sluttprodukter.

Ruten kan fortsette på to forskjellige måter. Hvis det er oksygen, vil molekylene fullføre oksidasjonen i luftveiene. Eller i mangel av dette, skjer gjæring.

glukoneogenesen

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

Glukoneogenese er en vei for syntese av glukose, fra aminosyrer (med unntak av leucin og lysin), laktat, glyserol eller et av mellomproduktene i Krebs-syklusen.

Glukose er et essensielt underlag for visse vev, for eksempel hjerne, røde blodlegemer og muskler. Glukosetilførselen kan fås gjennom glykogenlagre.

Når disse er tømt, må kroppen imidlertid begynne glukosesyntese for å oppfylle kravene til vevene - først og fremst nervevevet.

Denne traseen forekommer hovedsakelig i leveren. Det er viktig siden kroppen i faste situasjoner kan fortsette å få glukose.

Aktiveringen eller ikke av banen er knyttet til fôring av organismen. Dyr som spiser dietter med mye karbohydrater har lav glukoneogen hastighet, mens dietter med lite glukose krever betydelig glukoneogen aktivitet.

Glykoksylatsyklus

Tatt og redigert fra: Den opprinnelige opplasteren var Adenosine på engelsk Wikipedia. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Denne syklusen er unik for planter og visse typer bakterier. Denne traseen oppnår transformasjonen av to-karbonacetylenheter til fire-karbonenheter - kjent som succinat. Denne siste forbindelsen kan produsere energi og kan også brukes til syntese av glukose.

Hos mennesker, for eksempel, ville det være umulig å holde på acetat alene. I metabolismen vår kan ikke acetylkoenzym A konverteres til pyruvat, som er en forløper for glukoneogen banen, fordi pyruvat dehydrogenase-enzymreaksjonen er irreversibel.

Den biokjemiske logikken i syklusen er lik den for sitronsyresyklusen, med unntak av de to dekarboksyleringstrinnene. Det forekommer i veldig spesifikke organeller av planter som kalles glyoksysomer, og er spesielt viktig i frøene til noen planter, for eksempel solsikker.

Krebs sykler

Trikarboksylsyresyklus (Krebs syklus). Tatt og redigert fra: Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins (oversatt til spansk av Alejandro Porto).

Det er en av rutene som anses som sentrale i metabolismen til organiske vesener, siden den forener metabolismen til de viktigste molekylene, inkludert proteiner, fett og karbohydrater.

Det er en komponent i cellulær respirasjon, og tar sikte på å frigjøre energien som er lagret i acetylkoenzym A-molekylet - den viktigste forløperen til Krebs-syklusen. Den består av ti enzymatiske trinn, og som vi nevnte fungerer syklusen både i anabole og kataboliske veier.

I eukaryote organismer foregår syklusen i matrisen til mitokondriene. I prokaryoter - som mangler sanne subcellulære rom - foregår syklusen i det cytoplasmatiske området.

Elektrontransportkjede

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

Elektrontransportkjeden består av en serie transportører forankret i en membran. Kjeden har som mål å generere energi i form av ATP.

Kjedene er i stand til å skape en elektrokjemisk gradient takket være strømmen av elektroner, en avgjørende prosess for syntesen av energi.

Fettsyresyntese

Fettsyrer er molekyler som spiller veldig viktige roller i celler, de finnes hovedsakelig som strukturelle komponenter i alle biologiske membraner. Av denne grunn er syntesen av fettsyrer viktig.

Hele synteseprosessen skjer i cytosolen til cellen. Det sentrale molekylet i prosessen kalles malonyl-koenzym A. Det er ansvarlig for å tilveiebringe atomene som vil danne karbonskjelettet til fettsyren i formasjon.

Beta-oksidasjon av fettsyrer

Beta-oksidasjon er en prosess med nedbrytning av fettsyrer. Dette oppnås gjennom fire trinn: FAD-oksidasjon, hydrering, NAD + oksidasjon og tiolysis. Tidligere må fettsyren aktiveres ved integrering av koenzym A.

Produktet av de nevnte reaksjoner er enheter dannet av et par karbonatomer i form av acetylkoenzym A. Dette molekylet kan komme inn i Krebs-syklusen.

Energieffektiviteten til denne stien avhenger av lengden på fettsyrekjeden. For for eksempel palmitinsyre, som har 16 karbonatomer, er nettoutbyttet 106 ATP-molekyler.

Denne traseen finner sted i mitokondriene til eukaryoter. Det er også en annen alternativ rute i et rom kalt peroksisom.

Ettersom de fleste av fettsyrene er lokalisert i cytosol, må de transporteres til kammeret der de vil bli oksidert. Transport er avhengig av kartinitan, og lar disse molekylene komme inn i mitokondriene.

Nukleotidmetabolisme

Syntese av nukleotider er en nøkkelhendelse i cellulær metabolisme, siden dette er forløperne til molekylene som utgjør en del av arvestoffet, DNA og RNA, og viktige energimolekyler, som ATP og GTP.

Forløperne for nukleotidsyntese inkludere forskjellige aminosyrer, ribose-5-fosfat, karbondioksyd og NH ₃ . Gjenvinningsveier er ansvarlige for resirkulering av frie baser og nukleosider frigjort fra nedbrytningen av nukleinsyrer.

Dannelsen av purinringen skjer fra ribose 5 fosfat, den blir en purinkjerne og til slutt oppnås nukleotidet.

Pyrimidinringen er syntetisert som orotisk syre. Etterfulgt av binding til ribose 5-fosfat, blir det transformert til pyrimidinnukleotider.

fermentering

Forfatteren av den opprinnelige versjonen er Bruker: Norro. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Fermenteringer er oksygenuavhengige metabolske prosesser. De er av den katabolske typen, og sluttproduktet av prosessen er en metabolitt som fremdeles har oksidasjonspotensial. Det er forskjellige typer gjæringer, men melkegjæring foregår i kroppen vår.

Melkegjæring foregår i cytoplasma. Det består av den delvise nedbrytningen av glukose for å oppnå metabolsk energi. Som avfallsstoff produseres melkesyre.

Etter en intens økt med anaerobe øvelser er muskelen ikke med tilstrekkelige konsentrasjoner av oksygen og melkegjæring oppstår.

Noen celler i kroppen blir tvunget til å gjære, da de mangler mitokondrier, som tilfellet er med røde blodlegemer.

I industrien brukes fermenteringsprosesser med høy frekvens for å produsere en serie produkter til konsum, for eksempel brød, alkoholholdige drikker, yoghurt.

referanser

1. Baechle, TR, & Earle, RW (Eds.). (2007). Prinsipper for styrketrening og fysisk kondisjonering. Panamerican Medical Ed.
2. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokjemi. Jeg snudde meg.
3. Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Biokjemi. Sjette utgave. Thomson. Brooks / Cole.
4. Devlin, TM (2011). Lærebok for biokjemi. John Wiley & Sons.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biokjemi: tekst og atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Mougios, V. (2006). Tren biokjemi. Human Kinetics.
7. Müller-Esterl, W. (2008). Biokjemi. Grunnleggende for medisin og biovitenskap. Jeg snudde meg.
8. Poortmans, JR (2004). Prinsipper for treningsbiokjemi. 3 ^rd , revidert utgave. Karger.
9. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokjemi. Panamerican Medical Ed.