METABOLIKUS ÚTVONALAK: TÍPUSOK ÉS FŐ ÚTVONALAK - BIOLÓGIA - 2025

A metabolikus út egy kémiai reakciók sorozata, amelyet enzimek katalizálnak. Ebben a folyamatban az X molekulát közbenső metabolitok segítségével Y molekulává alakítják. A metabolikus folyamatok a sejtek környezetében zajlanak.

A sejtön kívül ezek a reakciók túl sokáig tartanak, és egyesek nem fordulnak elő. Ezért minden lépéshez enzimeknek nevezett katalizátorfehérjék jelenléte szükséges. Ezeknek a molekuláknak az a szerepe, hogy több nagyságrenddel gyorsítsák fel az egyes reakciók sebességét az útvonalon.

Fő metabolikus útvonalak

Forrás: Chakazul (beszélgetés · közreműködés), a Wikimedia Commons segítségével.

Élettani szempontból a metabolikus útvonalak kapcsolódnak egymáshoz. Vagyis a cellában nem vannak elkülönítve. A legfontosabb útvonalak sokasága közös a metabolitokkal.

Következésképpen a sejtekben bekövetkező összes kémiai reakciót anyagcserének nevezzük. Mindegyik sejtre jellemző egy olyan metabolikus teljesítmény mutatása, amelyet az enzimek tartalma határoz meg, amelyet viszont genetikailag meghatároznak.

A metabolikus utak általános jellemzői

A sejtek környezetében számos kémiai reakció fordul elő. Ezen reakciók csoportja az anyagcsere, és ennek a folyamatnak a fő feladata a test homeosztázisának fenntartása normál körülmények között, valamint stressz körülmények között is.

Ezért ezen metabolitok fluxusának egyensúlyában kell lennie. A metabolikus utak főbb jellemzői között szerepel a következők:

A reakciókat enzimek katalizálják

Ciklooxigenáz enzimek által katalizált reakció (Forrás: Pancrat a Wikimedia Commons segítségével)

A metabolikus útvonalak fő szereplői enzimek. Feladata a metabolikus állapotra vonatkozó információk integrálása és elemzése, és képesek modulálni tevékenységüket a pillanatbeli sejtszükséglet alapján.

Az anyagcserét a hormonok szabályozzák

Az anyagcserét egy sor hormon szabályozza, amelyek képesek a metabolikus reakciók összehangolására, figyelembe véve a test igényeit és teljesítményét.

felosztás

A metabolikus útvonalak szét vannak osztva. Vagyis minden út egy meghatározott szubcelluláris rekeszben zajlik, többek között citoplazmának, mitokondriumoknak. Más útvonalak egyszerre több rekeszben is előfordulhatnak.

Az útszakaszos elosztás segíti az anabolikus és katabolikus utak szabályozását (lásd alább).

A metabolikus áramlás koordinálása

A metabolizmus koordinációját az érintett enzimek aktivitásának stabilitása révén érjük el. Meg kell jegyezni, hogy az anabolikus utak és katabolikus párjaik nem teljesen függetlenek. Ezzel szemben összehangoltak.

A metabolikus útvonalakon belül kulcsfontosságú enzimatikus pontok vannak. Ezen enzimek átalakulásának sebességével az út teljes áramlása szabályozott.

A metabolikus utak típusai

A biokémiában a metabolikus folyamatok három fő típusát különböztetik meg. Ezt a megosztást a bioenergetikai kritériumok alapján hajtjuk végre: katabolikus, anabolikus és amfibol útvonalak.

Katabolikus útvonalak

A katabolikus útvonalak az oxidatív degradációs reakciókat foglalják magukban. Ezeket azért hajtják végre, hogy energiát szerezzenek és csökkentsék az energiát, amelyet később a sejt más reakciók során felhasznál.

A legtöbb szerves molekulát a test nem szintetizálja. Ezzel szemben élelmiszerek útján kell fogyasztanunk. Katabolikus reakciók során ezek a molekulák lebontják azokat alkotó monomerekké, amelyeket a sejtek felhasználhatnak.

Anabolikus útvonalak

Az anabolikus folyamatok tartalmazzák a szintézis kémiai reakcióit, kis méretű, egyszerű molekulákat vesznek fel és nagyobb, összetettebb elemekké alakítják őket.

Ahhoz, hogy ezek a reakciók megtörténjenek, energiának rendelkezésre kell állnia. Honnan származik ez az energia? A katabolikus utakból, elsősorban ATP formájában.

Ily módon a katabolikus útvonalak által termelt metabolitok (amelyeket globálisan "metabolitok pooljának" neveznek) felhasználhatók anabolikus úton annak érdekében, hogy összetettebb molekulákat szintetizálhassanak, amelyekre a testnek egy időben szüksége van.

A metabolitkészlet között a folyamat három molekulája található: piruvát, acetil-koenzim A és glicerin. Ezek a metabolitok felelősek a különféle biomolekulák, például a lipidek, a szénhidrátok, metabolizmusának összekapcsolásáért.

Kétéltű útvonalak

Az amfibol útvonal anabolikus vagy katabolikus útként működik. Vagyis vegyes út.

A legismertebb amfibol út a Krebs-ciklus. Ez az út alapvető szerepet játszik a szénhidrátok, lipidek és aminosavak lebontásában. Ugyanakkor részt vesz a szintetikus úton előállítók előállításában is.

Például a Krebs-ciklus metabolitjai az aminosavak felének prekurzorai, amelyeket a fehérjék építéséhez használnak.

Fő metabolikus útvonalak

Valamennyi sejtben, amely az élőlények része, egy sor anyagcserét hajtanak végre. Ezek közül néhány megoszlik a legtöbb szervezetben.

Ezek a metabolikus útvonalak magukban foglalják az életkritikus metabolitok szintézisét, lebomlását és átalakulását. Ezt az egész folyamatot közbenső anyagcserének nevezik.

A sejteknek állandóan szükségük van szerves és szervetlen vegyületekre, valamint kémiai energiára, amelyet főként az ATP-molekula nyer.

Az ATP (adenozin-trifoszfát) az energiatárolás legfontosabb formája az összes sejtben. És a metabolikus útvonalak energianyereségét és beruházásait gyakran az ATP-molekulákban fejezik ki.

Az élő szervezetek döntő többségében megtalálható legfontosabb útvonalakat az alábbiakban tárgyaljuk.

Glikolízis vagy glikolízis

1. ábra: glikolízis vs. glükoneogenezis. Reakciók és enzimek.

A glikolízis egy út, amely magában foglalja a glükóz lebontását legfeljebb két piruavsav-molekulaig, nettó nyereségként két ATP-molekulát nyerve. Ez gyakorlatilag minden élő szervezetben megtalálható, és az energia kinyerésének gyors módja.

Általában általában két szakaszra osztják. Az első a glükózmolekula átjuttatása két glicerraldehid-molekulaba, két ATP-molekulát megfordítva. A második fázisban nagy energiájú vegyületek képződnek, és végső termékként 4 ATP-molekulát és 2 piruvát-molekulát kapunk.

Az út kétféleképpen folytatódhat. Ha van oxigén, a molekulák befejezik oxidációjukat a légzési láncban. Vagy ennek hiányában erjedés történik.

glükoneogenezis

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

A glükoneogenezis a glükóz szintézisének útja, aminosavakból (a leucin és lizin kivételével), laktátból, glicerinből vagy a Krebsi ciklus bármely intermedierjéből kiindulva.

A glükóz nélkülözhetetlen szubsztrát bizonyos szövetekben, például az agyban, a vörösvértestekben és az izmokban. A glükózellátás glikogénraktárakon keresztül érhető el.

Amikor ezek kimerülnek, a testnek meg kell kezdenie a glükózszintézist, hogy megfeleljen a szövetek - elsősorban az idegszövetek - igényeinek.

Ez az út főként a májban fordul elő. Ez létfontosságú, mivel éhgyomri helyzetekben a test továbbra is kap glükózt.

Az út aktiválása vagy elmaradása a szervezet táplálásához kapcsolódik. Azokban az állatokban, amelyek magas szénhidráttartalmú táplálékot fogyasztanak, alacsony a glükoneogenitás, míg az alacsony glükóztartalmú étrendben jelentős glükoneogenikus aktivitásra van szükség.

Glioxilát ciklus

Felvétel és szerkesztés: Az eredeti feltöltő Adenosine volt az angol Wikipedia-ban. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Ez a ciklus a növényekre és bizonyos baktériumtípusokra jellemző. Ez az út lehetővé teszi a kétszén-acetil-egységek átalakítását négyszén-egységekké - szukcinát néven. Ez az utolsó vegyület energiát termelhet, és felhasználható glükóz szintézisére is.

Például az emberekben lehetetlen lenne fennállni önmagában az acetáttal. A metabolizmusunkban az A-acetil-koenzim nem konvertálható piruváttá, amely a glükoneogenikus út előfutára, mivel a piruvát dehidrogenáz enzim reakciója visszafordíthatatlan.

A ciklus biokémiai logikája hasonló a citromsav cikluséhoz, a két dekarboxilezési szakasz kivételével. A glikoxizomoknak nevezett növények nagyon specifikus organellusaiban fordul elő, és különösen fontos egyes növények, például napraforgó magjában.

Krebs-ciklus

Trikarbonsav-ciklus (Krebsz-ciklus). Felvétel és szerkesztés: Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins (spanyolul fordította Alejandro Porto).

Ez az egyik út a szerves lények metabolizmusában központi jelentőségűnek tekinthető, mivel egységesíti a legfontosabb molekulák anyagcseréjét, beleértve a fehérjéket, zsírokat és szénhidrátokat.

Ez a sejtek légzésének alkotóeleme, és célja az acetil-koenzim A molekulában tárolt energia felszabadítása - a Krebs-ciklus fő prekurzora. Tíz enzimatikus lépésből áll, és amint már említettük, a ciklus mind anabolikus, mind katabolikus úton működik.

Az eukarióta szervezetekben a ciklus a mitokondriumok mátrixában zajlik. Prokariótákban - amelyekben nincs valódi szubcelluláris rekesz - a ciklus a citoplazmatikus régióban zajlik.

Elektronszállító lánc

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

Az elektronszállító lánc egy membránban rögzített transzporter sorozatból áll. A lánc célja energia előállítása ATP formájában.

A láncok képesek egy elektrokémiai gradienst létrehozni az elektronok áramlásának köszönhetően, amely az energia szintézisének kritikus folyamata.

Zsírsav szintézis

A zsírsavak olyan molekulák, amelyek nagyon fontos szerepet játszanak a sejtekben, elsősorban az összes biológiai membrán strukturális alkotóelemeként találhatók meg. Ezért nélkülözhetetlen a zsírsavak szintézise.

A teljes szintézis folyamata a sejt citoszoljában zajlik. Az eljárás központi molekuláját malonil-koenzimnek nevezzük. Feladata az atomok biztosítása, amelyek képezik a kialakuló zsírsav szénvázát.

Zsírsavak béta-oxidációja

A béta-oxidáció a zsírsavak lebontásának folyamata. Ezt négy lépésben hajtjuk végre: FAD oxidáció, hidratálás, NAD + oxidáció és tiolízis. Korábban a zsírsavat aktiválni kell az A koenzim integrációjával.

Az említett reakciók terméke egy szénpár által alkotott egység, acetil-koenzim formájában. Ez a molekula beléphet a Krebsi ciklusba.

Ezen út energiahatékonysága a zsírsavlánc hosszától függ. Például a palmitinsav esetében, amely 16 szénatomot tartalmaz, a nettó hozama 106 ATP molekula.

Ez az út az eukarióták mitokondriumaiban zajlik. Van egy másik alternatív út is a reoxiszómának nevezett rekeszben.

Mivel a legtöbb zsírsav a sejt-citoszolban található, azokat a rekeszbe kell szállítani, ahol oxidálódnak. A szállítás a kartinitanitól függ, és lehetővé teszi ezeknek a molekuláknak a mitokondriumokba való belépését.

Nukleotid anyagcsere

A nukleotidok szintézise kulcsfontosságú esemény a sejtek anyagcseréjében, mivel ezek a genetikai anyag, a DNS és az RNS részét képező molekulák és a fontos energiamolekulák, például az ATP és a GTP prekurzorai.

A prekurzorok a nukleotid szintézis közé különféle aminosavak, ribóz 5-foszfát, szén-dioxid és NH ₃. A helyreállítási útvonalak felelősek a nukleinsavak lebomlásából felszabadult szabad bázisok és nukleozidok újrahasznosításáért.

A puringyűrű kialakulása ribóz-5-foszfátból történik, purinmaggá válik, és végül a nukleotidot kapjuk.

A pirimidin gyűrűt orotsav formájában szintetizálják. Ezt követően a ribóz-5-foszfáttal való kötődés pirimidin-nukleotidokká alakul.

Erjesztés

Az eredeti változat szerzője: Norro. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

A fermentáció oxigéntől független anyagcsere folyamatok. Ezek katabol típusúak, és a folyamat végterméke olyan metabolit, amelynek még mindig van oxidációs potenciálja. Különböző típusú erjesztések vannak, de a tejsavas erjesztés a testünkben zajlik.

A tejsavas erjedés a sejt citoplazmában zajlik. A glükóz részleges lebomlásából áll, amelynek célja a metabolikus energia előállítása. Hulladékként tejsavat állítanak elő.

Az intenzív anaerob gyakorlatok után az izom nem rendelkezik megfelelő oxigénkoncentrációval, és tejsavas erjedés következik be.

A test egyes sejtjei erjedésre kényszerülnek, mivel hiányoznak a mitokondriumok, mint a vörösvértestek esetében.

Az iparban a fermentációs folyamatokat nagy gyakorisággal használják emberi fogyasztásra szánt termékek sorozatának előállítására, például kenyér, alkoholos italok, joghurt, többek között.

Irodalom

1. Baechle, TR és Earle, RW (szerk.). (2007). Az erősítő edzés és a fizikai kondicionálás alapelvei. Panamerican Medical Ed.
2. Berg, JM, Stryer, L. és Tymoczko, JL (2007). Biokémia. Megfordítottam.
3. Campbell, MK és Farrell, SO (2011). Biokémia. Hatodik kiadás. Thomson. Brooks / Cole.
4. Devlin, TM (2011). Biokémiai tankönyv. John Wiley & Sons.
5. Koolman, J. és Röhm, KH (2005). Biokémia: szöveg és atlasz. Panamerican Medical Ed.
6. Mougios, V. (2006). Gyakorlati biokémia. Emberi kinetika.
7. Müller-Esterl, W. (2008). Biokémia. Az orvostudomány és az élettudomány alapjai. Megfordítottam.
8. Poortmans, JR (2004). A testmozgás biokémiai alapelvei. 3 ^rd, átdolgozott kiadás. Karger.
9. Voet, D. és Voet, JG (2006). Biokémia. Panamerican Medical Ed.