RUTE METABOLICE: TIPURI ȘI RUTE PRINCIPALE - BIOLOGIE - 2025

O cale metabolică este un set de reacții chimice, catalizate de enzime. În acest proces, o moleculă X este transformată într-o moleculă Y, cu ajutorul metaboliților intermediari. Căile metabolice au loc în mediul celular.

În afara celulei, aceste reacții ar dura prea mult, iar unele pot să nu apară. Prin urmare, fiecare etapă necesită prezența proteinelor catalizatoare numite enzime. Rolul acestor molecule este acela de a accelera viteza fiecărei reacții în cadrul căii prin mai multe ordine de mărime.

Principalele rute metabolice
Sursa: Chakazul (discuție · contribuții), prin Wikimedia Commons.

Fiziologic, căile metabolice sunt conectate între ele. Adică nu sunt izolate în interiorul celulei. Multe dintre cele mai importante căi au în comun metaboliți.

În consecință, setul de reacții chimice care apar în celule se numește metabolism. Fiecare celulă este caracterizată prin prezentarea unei performanțe metabolice specifice, care este definită de conținutul enzimelor din interior, care la rândul său este determinat genetic.

Caracteristicile generale ale căilor metabolice

În mediul celular, apar un număr mare de reacții chimice. Setul acestor reacții este metabolismul, iar funcția principală a acestui proces este menținerea homeostazei organismului în condiții normale, dar și în condiții de stres.

Astfel, trebuie să existe un echilibru al fluxurilor acestor metaboliți. Printre principalele caracteristici ale căilor metabolice avem următoarele:

Reacțiile sunt catalizate de enzime

Reacție catalizată de enzimele ciclooxigenazei (Sursa: Pancrat prin Wikimedia Commons)

Protagoniștii căilor metabolice sunt enzimele. Aceștia sunt responsabili de integrarea și analizarea informațiilor privind starea metabolică și sunt capabili să își modifice activitatea pe baza cerințelor celulare ale momentului.

Metabolismul este reglat de hormoni

Metabolismul este direcționat de o serie de hormoni, care sunt capabili să coordoneze reacțiile metabolice, având în vedere nevoile și performanțele organismului.

compartimentarea

Există o compartimentare a căilor metabolice. Adică fiecare cale are loc într-un compartiment subcelular specific, numindu-l citoplasmă, mitocondrie, printre altele. Alte rute pot apărea simultan în mai multe compartimente.

Compartimentarea căilor ajută la reglarea căilor anabolice și catabolice (vezi mai jos).

Coordonarea fluxului metabolic

Coordonarea metabolismului se realizează prin stabilitatea activității enzimelor implicate. Trebuie menționat că căile anabolice și omologii lor catabolici nu sunt total independente. În schimb, acestea sunt coordonate.

Există puncte cheie enzimatice în căile metabolice. Odată cu rata de conversie a acestor enzime, întregul flux al căii este reglat.

Tipuri de căi metabolice

În biochimie, se disting trei tipuri principale de căi metabolice. Această diviziune se realizează după criteriile bioenergetice: căi catabolice, anabolice și amfibole.

Rute catabolice

Căile catabolice cuprind reacții de degradare oxidativă. Acestea sunt efectuate în scopul obținerii de energie și a puterii de reducere, care vor fi utilizate ulterior de celulă în alte reacții.

Majoritatea moleculelor organice nu sunt sintetizate de organism. În schimb, trebuie să îl consumăm prin alimente. În reacțiile catabolice, aceste molecule sunt degradate în monomerii care le compun, care pot fi utilizate de celule.

Rute anabolice

Căile anabolice cuprind reacțiile chimice de sinteză, luând molecule mici, simple și transformându-le în elemente mai mari, mai complexe.

Pentru ca aceste reacții să aibă loc, energia trebuie să fie disponibilă. De unde provine această energie? Din căile catabolice, în principal sub formă de ATP.

În acest fel, metaboliții produși de căile catabolice (care sunt numite global „bazin de metaboliți”) pot fi folosiți pe căi anabolice pentru a sintetiza molecule mai complexe de care organismul are nevoie la momentul respectiv.

Printre acest grup de metaboliți, există trei molecule cheie ale procesului: piruvat, acetil coenzima A și glicerol. Acești metaboliți sunt responsabili de conectarea metabolismului diferitelor biomolecule, precum lipide, carbohidrați, printre altele.

Trasee amfibie

O cale amfibolă funcționează ca o cale anabolică sau catabolică. Adică este un traseu mixt.

Cea mai cunoscută rută de amfibole este ciclul Krebs. Această rută are un rol fundamental în degradarea carbohidraților, lipidelor și aminoacizilor. Cu toate acestea, participă și la producerea precursorilor pentru rutele sintetice.

De exemplu, metaboliții ciclului Krebs sunt precursorii a jumătate din aminoacizii care sunt folosiți pentru a construi proteine.

Principalele căi metabolice

În toate celulele care fac parte din ființele vii, sunt efectuate o serie de căi metabolice. Unele dintre acestea sunt împărtășite de majoritatea organismelor.

Aceste căi metabolice includ sinteza, degradarea și conversia metaboliților critici pentru viață. Acest întreg proces este cunoscut sub numele de metabolism intermediar.

Celulele au nevoie în permanență de compuși organici și anorganici, precum și de energie chimică, care se obține în principal din molecula de ATP.

ATP (adenozina trifosfat) este cea mai importantă formă de stocare a energiei în toate celulele. Și câștigurile de energie și investițiile căilor metabolice sunt adesea exprimate în termeni de molecule de ATP.

Cele mai importante căi care sunt prezente în marea majoritate a organismelor vii vor fi discutate mai jos.

Glicoliza sau glicoliza

Figura 1: glicoliză vs gluconeogeneză. Reacții și enzime implicate.

Glicoliza este o cale care implică degradarea glucozei până la două molecule de acid piruvic, obținând ca un câștig net două molecule de ATP. Este prezent în practic toate organismele vii și este considerat un mod rapid de obținere a energiei.

În general, este de obicei împărțit în două etape. Prima implică trecerea moleculei de glucoză în două molecule de gliceraldehidă, inversând două molecule de ATP. În a doua fază, sunt generați compuși cu energie mare și sunt obținute 4 molecule ATP și 2 molecule piruvat.

Traseul poate continua în două moduri diferite. Dacă există oxigen, moleculele își vor termina oxidarea în lanțul respirator. Sau, în absența acestui lucru, are loc fermentarea.

gluconeogeneză

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

Gluconeogeneza este o cale de sinteză a glucozei, pornind de la aminoacizi (cu excepția leucinei și lizinei), lactat, glicerol sau oricare dintre intermediarii ciclului Krebs.

Glucoza este un substrat esențial pentru anumite țesuturi, cum ar fi creierul, globulele roșii și mușchii. Alimentarea cu glucoză poate fi obținută prin depozite de glicogen.

Cu toate acestea, atunci când acestea sunt epuizate, organismul trebuie să înceapă sinteza de glucoză pentru a răspunde cerințelor țesuturilor - în primul rând țesutul nervos.

Această cale apare mai ales în ficat. Este vital, deoarece, în situații de post, organismul poate continua să obțină glucoză.

Activarea sau nu a căii este legată de hrănirea organismului. Animalele care consumă diete bogate în carbohidrați au rate scăzute de gluconeogen, în timp ce dietele sărace în glucoză necesită activitate semnificativă gluconeogenă.

Ciclul glicoxiatului

Preluat și editat din: Încărcătorul original a fost Adenosine la Wikipedia Wikipedia. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Acest ciclu este unic pentru plante și anumite tipuri de bacterii. Această cale realizează transformarea unităților de acetil cu două carbon în unități de patru carbon - cunoscute sub numele de succinat. Acest ultim compus poate produce energie și poate fi utilizat și pentru sinteza glucozei.

La om, de exemplu, ar fi imposibil să existe doar pe acetat. În metabolismul nostru, acetil-coenzima A nu poate fi transformată în piruvat, care este un precursor al căii gluconeogene, deoarece reacția enzimei piruvat dehidrogenază este ireversibilă.

Logica biochimică a ciclului este similară cu cea a ciclului acidului citric, cu excepția celor două etape de decarboxilare. Apare în organele foarte specifice ale plantelor numite glicoxomi și este deosebit de importantă în semințele unor plante, cum ar fi floarea-soarelui.

Ciclul Krebs

Ciclul acidului tricarboxilic (ciclul Krebs). Preluat și editat din: Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins (tradus în spaniolă de Alejandro Porto).

Este una dintre rutele considerate centrale în metabolismul ființelor organice, deoarece unifică metabolismul celor mai importante molecule, inclusiv proteine, grăsimi și carbohidrați.

Este o componentă a respirației celulare și își propune să elibereze energia stocată în molecula de acetil-coenzima A - principalul precursor al ciclului Krebs. Este alcătuit din zece trepte enzimatice și, așa cum am menționat, ciclul funcționează atât pe căile anabolice cât și pe cele catabolice.

În organismele eucariote, ciclul are loc în matricea mitocondriilor. În procariote - care nu au adevărate compartimente subcelulare - ciclul are loc în regiunea citoplasmatică.

Lanț de transport de electroni

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

Lanțul de transport al electronilor este format dintr-o serie de transportoare ancorate într-o membrană. Lanțul își propune să genereze energie sub formă de ATP.

Lanțurile sunt capabile să creeze un gradient electrochimic datorită fluxului de electroni, un proces crucial pentru sinteza energiei.

Sinteza de acizi grași

Acizii grași sunt molecule care joacă roluri foarte importante în celule, se găsesc în principal ca componente structurale ale tuturor membranelor biologice. Din acest motiv, sinteza acizilor grași este esențială.

Întregul proces de sinteză are loc în citosolul celulei. Molecula centrală a procesului se numește coenzima malonilică A. Este responsabilă pentru furnizarea atomilor care vor forma scheletul de carbon al acidului gras în formare.

Oxidarea beta a acizilor grași

Oxidarea beta este un proces de degradare a acizilor grași. Aceasta se realizează prin patru etape: oxidarea FAD, hidratarea, oxidarea NAD + și tioliza. Anterior, acidul gras trebuie activat prin integrarea coenzimei A.

Produsul reacțiilor menționate sunt unități formate dintr-o pereche de carbon sub formă de coenzimă acetilică A. Această moleculă poate intra în ciclul Krebs.

Eficiența energetică a acestei căi depinde de lungimea lanțului de acizi grași. Pentru acidul palmitic, de exemplu, care are 16 atomi de carbon, randamentul net este de 106 molecule de ATP.

Această cale are loc în mitocondrii eucariotei. Există, de asemenea, o altă rută alternativă într-un compartiment numit peroxisom.

Deoarece majoritatea acizilor grași sunt localizați în citosolul celular, trebuie transportați în compartimentul unde vor fi oxidate. Transportul depinde de cartinitan și permite acestor molecule să intre în mitocondrii.

Metabolizarea nucleotidelor

Sinteza nucleotidelor este un eveniment cheie în metabolismul celular, deoarece aceștia sunt precursorii moleculelor care fac parte din materialul genetic, ADN și ARN, și din molecule de energie importante, cum ar fi ATP și GTP.

Precursorii sintezei nucleotidelor includ diferiți aminoacizi, riboză 5 fosfat, dioxid de carbon și NH ₃ . Căile de recuperare sunt responsabile de reciclarea bazelor libere și a nucleozidelor eliberate de descompunerea acizilor nucleici.

Formarea inelului purinic are loc din fosfat de riboza 5, devine nucleu purinic și în final se obține nucleotidă.

Inelul pirimidinic este sintetizat sub formă de acid orotic. Urmată de legarea la fosfat de riboza 5, este transformată în nucleotide pirimidine.

Fermentaţie

Autorul versiunii originale este Utilizator: Norro. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Fermentările sunt procese metabolice independente de oxigen. Sunt de tip catabolic, iar produsul final al procesului este un metabolit care are încă potențial de oxidare. Există diferite tipuri de fermentații, dar fermentația lactică are loc în corpul nostru.

Fermentarea lactică are loc în citoplasma celulară. Constă în degradarea parțială a glucozei în vederea obținerii energiei metabolice. Ca substanță reziduală, se produce acid lactic.

După o sesiune intensă de exerciții anaerobe, mușchiul nu este cu concentrații adecvate de oxigen și are loc fermentarea lactică.

Unele celule din corp sunt forțate să fermenteze, deoarece le lipsește mitocondriile, cum este cazul globulelor roșii.

În industrie, procesele de fermentare sunt utilizate cu o frecvență ridicată pentru a produce o serie de produse destinate consumului uman, precum pâine, băuturi alcoolice, iaurt, printre altele.

Referințe

1. Baechle, TR, & Earle, RW (Eds.). (2007). Principiile antrenamentului de forță și condiționării fizice. Editura Medicală Panamericană.
2. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biochimie. Am inversat.
3. Campbell, MK și Farrell, SO (2011). Biochimie. Ediția a șasea. Thomson. Brooks / Cole.
4. Devlin, TM (2011). Cartea de biochimie. John Wiley & Sons.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biochimie: text și atlas. Editura Medicală Panamericană.
6. Mougios, V. (2006). Exercițiu biochimie. Cinetica umană.
7. Müller-Esterl, W. (2008). Biochimie. Fundamente pentru medicină și științele vieții. Am inversat.
8. Poortmans, JR (2004). Principiile biochimiei exercițiilor. Ediția ^a 3 ^-a , revizuită. Karger.
9. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochimie. Editura Medicală Panamericană.