PRESNOVNE POTI: VRSTE IN GLAVNE POTI - BIOLOGIJA - 2026

Presnovna pot je niz kemijskih reakcij, ki jih encimi ne katalizirajo. V tem procesu se molekula X s pomočjo vmesnih presnovkov pretvori v molekulo Y. Presnovne poti potekajo v celičnem okolju.

Zunaj celice bi te reakcije trajale predolgo in nekatere se morda ne bi pojavile. Zato vsak korak zahteva prisotnost katalizatorskih beljakovin, imenovanih encimi. Vloga teh molekul je, da pospešijo hitrost vsake reakcije na poti z več zaporedji.

Glavne presnovne poti
Vir: Chakazul (pogovori · prispevki), prek Wikimedia Commons.

Fiziološko so metabolične poti povezane med seboj. Se pravi, da niso izolirani znotraj celice. Številne najpomembnejše poti imajo skupne metabolite.

Posledično skupek vseh kemičnih reakcij, ki se dogajajo v celicah, imenujemo presnova. Za vsako celico je značilno, da ima specifično presnovno zmogljivost, ki je opredeljena z vsebnostjo encimov znotraj, kar je gensko določeno.

Splošne značilnosti presnovnih poti

Znotraj celičnega okolja se zgodi veliko število kemičnih reakcij. Nabor teh reakcij je metabolizem, glavna funkcija tega procesa pa je vzdrževanje homeostaze telesa v normalnih pogojih in tudi v stresnih pogojih.

Tako mora biti ravnovesje pretokov teh presnovkov. Med glavne značilnosti presnovnih poti imamo naslednje:

Reakcije katalizirajo encimi

Reakcija, ki jo katalizirajo encimi ciklooksigenaze (Vir: Pancrat prek Wikimedia Commons)

Protagonisti presnovnih poti so encimi. Odgovorni so za vključevanje in analizo informacij o presnovnem stanju in lahko modulirajo svojo aktivnost na podlagi celičnih potreb trenutka.

Presnovo uravnavajo hormoni

Presnovo usmerja vrsta hormonov, ki so sposobni usklajevati presnovne reakcije, glede na potrebe in delovanje telesa.

Komartmentalizacija

Obstaja delitev metaboličnih poti. To pomeni, da se vsaka pot odvija v določenem podceličnem oddelku, med drugim ji rečemo citoplazma, mitohondriji. Druge poti se lahko pojavijo v več oddelkih hkrati.

Razdelitev poti pomaga pri urejanju anaboličnih in kataboličnih poti (glej spodaj).

Koordinacija presnovnega pretoka

Koordinacijo metabolizma dosežemo s stabilnostjo aktivnosti vpletenih encimov. Treba je opozoriti, da anabolične poti in njihovi katabolični kolegi niso popolnoma neodvisne. V nasprotju s tem so usklajeni.

V presnovnih poteh so ključne encimske točke. S hitrostjo pretvorbe teh encimov se uravnava celoten pretok poti.

Vrste presnovnih poti

V biokemiji ločimo tri glavne vrste presnovnih poti. Ta delitev poteka po naslednjih bioenergetskih merilih: katabolične, anabolične in amfibolske poti.

Katabolične poti

Katabolične poti vključujejo reakcije oksidacijske razgradnje. Izvajajo se z namenom pridobivanja energije in zmanjšanja moči, ki jo bo celica kasneje uporabila pri drugih reakcijah.

Telesa večina organskih molekul ne sintetizira. V nasprotju s tem ga moramo zaužiti s hrano. V kataboličnih reakcijah se te molekule razgradijo v monomere, ki jih sestavljajo, ki jih celice lahko uporabljajo.

Anabolične poti

Anabolične poti obsegajo kemične reakcije sinteze, odvzamejo majhne, ​​preproste molekule in jih pretvorijo v večje, bolj zapletene elemente.

Da se te reakcije odvijajo, mora biti na voljo energija. Od kod ta energija? S kataboličnih poti, predvsem v obliki ATP.

Na ta način lahko presnovke, ki nastanejo po kataboličnih poteh (ki jih globalno imenujemo "bazen metabolitov"), uporabimo v anaboličnih poteh, da bi sintetizirali bolj zapletene molekule, ki jih telo trenutno potrebuje.

Med tem bazenom presnovkov so tri ključne molekule procesa: piruvat, acetilni koencim A in glicerol. Ti presnovki so odgovorni za povezovanje presnove različnih biomolekul, na primer lipidov, ogljikovih hidratov.

Amfibijske poti

Pot amfibola deluje kot anabolična ali katabolična pot. Se pravi, gre za mešano pot.

Najbolj znana pot amfibola je Krebsov cikel. Ta pot ima temeljno vlogo pri razgradnji ogljikovih hidratov, lipidov in aminokislin. Vendar pa sodeluje tudi pri proizvodnji predhodnikov za sintetične poti.

Na primer, metaboliti Krebsovega cikla so predhodniki polovice aminokislin, ki se uporabljajo za gradnjo beljakovin.

Glavne presnovne poti

V vseh celicah, ki so del živih bitij, se izvaja vrsta presnovnih poti. Nekatere od teh ima večina organizmov.

Te presnovne poti vključujejo sintezo, razgradnjo in pretvorbo življenjsko pomembnih presnovkov. Ves ta postopek poznamo kot vmesni metabolizem.

Celice trajno potrebujejo organske in anorganske spojine ter tudi kemično energijo, ki jo pridobivajo predvsem iz molekule ATP.

ATP (adenozin trifosfat) je najpomembnejša oblika shranjevanja energije v vseh celicah. In energijski dobički in naložbe presnovnih poti so pogosto izraženi v molekulah ATP.

Spodaj bodo obravnavane najpomembnejše poti, ki so prisotne v veliki večini živih organizmov.

Glikoliza ali glikoliza

Slika 1: glikoliza proti glukoneogenezi. Vključene reakcije in encimi.

Glikoliza je pot, ki vključuje razgradnjo glukoze do dveh molekul pirovične kisline, pri čemer dobimo kot čisti dobiček dve molekuli ATP. Prisoten je v skoraj vseh živih organizmih in velja za hiter način pridobivanja energije.

Na splošno je običajno razdeljen na dve stopnji. Prva vključuje prehod molekule glukoze v dve molekuli gliceraldehida, invertiranje dveh molekul ATP. V drugi fazi nastajajo visokoenergijske spojine in kot končni produkti dobimo 4 molekule ATP in 2 molekuli piruvata.

Pot se lahko nadaljuje na dva različna načina. Če je kisik, bodo molekule končale oksidacijo v dihalni verigi. Ali pa brez tega pride do fermentacije.

Glukoneogeneza

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

Glukoneogeneza je pot za sintezo glukoze, začenši z aminokislinami (z izjemo levcina in lizina), laktata, glicerola ali katerega koli vmesnega produkta Krebsovega cikla.

Glukoza je pomemben substrat za določena tkiva, kot so možgani, rdeče krvne celice in mišice. Zalogo glukoze je mogoče dobiti prek zalog glikogena.

Ko pa se te izčrpajo, mora telo začeti sintezo glukoze, da lahko zadovolji potrebe tkiv - predvsem živčnega tkiva.

Ta pot se pojavlja predvsem v jetrih. Ključnega pomena je, ker lahko telo v postnih situacijah še naprej pridobiva glukozo.

Aktiviranje ali ne poti je povezano s hranjenjem organizma. Živali, ki uživajo prehrano z visoko vsebnostjo ogljikovih hidratov, imajo nizko stopnjo glukoneogenosti, medtem ko diete z nizko vsebnostjo glukoze zahtevajo pomembno glukoneogeno aktivnost.

Cikel gioksilata

Vzeto in urejeno iz: Prvotni prenosnik je bil Adenosine na angleški Wikipediji. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Ta cikel je edinstven za rastline in nekatere vrste bakterij. Ta pot doseže pretvorbo dvo-ogljikovih acetilnih enot v štiri-ogljikove enote - znane kot sukcinat. Ta zadnja spojina lahko proizvaja energijo in se lahko uporablja tudi za sintezo glukoze.

Na primer, pri ljudeh bi bilo nemogoče preživeti samo acetat. V našem metabolizmu acetil koencima A ni mogoče pretvoriti v piruvat, ki je predhodnik glukoneogene poti, ker je reakcija encima piruvat dehidrogenaza nepovratna.

Biokemična logika cikla je podobna kot pri ciklu citronske kisline, z izjemo dveh stopenj dekarboksilacije. Pojavlja se v zelo specifičnih organelah rastlin, imenovanih glioksizomi, še posebej pomembno pa je v semenih nekaterih rastlin, kot so sončnice.

Krebsov cikel

Cikel trikarboksilne kisline (Krebsov cikel). Vzeto in urejeno iz: Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins (v španščino prevedel Alejandro Porto).

Je ena izmed poti, ki velja za osrednjo pri presnovi organskih bitij, saj združuje presnovo najpomembnejših molekul, vključno z beljakovinami, maščobami in ogljikovimi hidrati.

Je sestavni del celičnega dihanja, njegov namen pa je sprostiti energijo, shranjeno v molekuli acetil koencima A - glavnem predhodniku Krebsovega cikla. Sestavljen je iz desetih encimskih korakov in, kot smo omenili, cikel deluje tako v anabolični kot v katabolični poti.

V evkariontskih organizmih se cikel odvija v matriksu mitohondrijev. Pri prokariotih - ki nimajo pravih podceličnih oddelkov - poteka cikel v citoplazemski regiji.

Transportna veriga elektronov

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

Transportno verigo elektronov sestavlja vrsta transportov, zasidranih v membrani. Namen verige je ustvariti energijo v obliki ATP.

Verige so sposobne ustvariti elektrokemični gradient zaradi pretoka elektronov, kar je ključni postopek za sintezo energije.

Sinteza maščobnih kislin

Maščobne kisline so molekule, ki igrajo zelo pomembno vlogo v celicah, najdemo jih predvsem kot strukturne sestavine vseh bioloških membran. Zaradi tega je sinteza maščobnih kislin bistvenega pomena.

Celoten postopek sinteze poteka v citosolu celice. Osrednja molekula procesa se imenuje malonil koencim A. Odgovorna je za zagotavljanje atomov, ki bodo tvorili ogljikovo okostje maščobne kisline.

Beta oksidacija maščobnih kislin

Beta oksidacija je proces razgradnje maščobnih kislin. To dosežemo s štirimi koraki: FAD oksidacija, hidracija, NAD + oksidacija in tioliza. Pred tem je treba maščobno kislino aktivirati z integracijo koencima A.

Produkt omenjenih reakcij so enote, ki jih tvori par ogljikov v obliki acetilnega koencima A. Ta molekula lahko vstopi v Krebsov cikel.

Energijska učinkovitost te poti je odvisna od dolžine verige maščobnih kislin. Na primer palmitinska kislina, ki vsebuje 16 ogljikov, je čisti izkoristek 106 molekul ATP.

Ta pot poteka v mitohondrijih evkariotov. Obstaja tudi druga alternativna pot v predelu, ki se imenuje peroksisom.

Ker se večina maščobnih kislin nahaja v celičnem citosolu, jih je treba prepeljati v predel, kjer bodo oksidirali. Transport je odvisen od kartuš in omogoča, da te molekule vstopijo v mitohondrije.

Nukleotidni metabolizem

Sinteza nukleotidov je ključni dogodek v celični presnovi, saj so to predhodniki molekul, ki so del genskega materiala, DNK in RNK ter pomembnih energijskih molekul, kot sta ATP in GTP.

Prekurzorjev sinteze nukleotidov vključujejo različne aminokisline, ribose 5 fosfat, ogljikov dioksid in NH ₃ . Obnovitvene poti so odgovorne za recikliranje prostih baz in nukleozidov, ki se sprostijo pri razpadu nukleinskih kislin.

Nastanek purinskega obroča poteka iz fosfata riboze 5, postane purinsko jedro in na koncu dobimo nukleotid.

Pirimidinski obroč se sintetizira kot orotska kislina. Sledi vezava na fosfat riboze 5 in se transformira v nukleotide pirimidina.

Fermentacija

Avtor izvirne različice je Uporabnik: Norro. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Fermentacije so presnovni procesi, ki niso odvisni od kisika. So kataboličnega tipa, končni produkt postopka pa je presnovek, ki ima še vedno potencial oksidacije. Obstajajo različne vrste fermentacij, vendar v našem telesu poteka mlečno vrenje.

Mlečno vrenje poteka v celični citoplazmi. Sestavljen je iz delne razgradnje glukoze, da se pridobi presnovna energija. Kot odpadna snov nastaja mlečna kislina.

Po intenzivnem zasedanju anaerobnih vaj mišica ni z ustreznimi koncentracijami kisika in pride do mlečne fermentacije.

Nekatere celice v telesu so prisiljene fermentirati, saj jim primanjkuje mitohondrijev, kot je to pri rdečih krvnih celicah.

V industriji se fermentacijski procesi uporabljajo z visoko frekvenco za proizvodnjo vrste izdelkov za prehrano ljudi, kot so kruh, alkoholne pijače, jogurt.

Reference

1. Baechle, TR, & Earle, RW (ur.). (2007). Načela treninga moči in fizične kondicije. Panamerican Medical Ed.
2. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokemija. Sem obrnil.
3. Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Biokemija. Šesta izdaja. Thomson. Brooks / Cole.
4. Devlin, TM (2011). Učbenik biokemije. John Wiley & Sons.
5. Koolman, J., in Röhm, KH (2005). Biokemija: besedilo in atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Mougios, V. (2006). Vaja biokemija. Kinetika človeka.
7. Müller-Esterl, W. (2008). Biokemija. Osnove medicine in življenjskih ved. Sem obrnil.
8. Poortmans, JR (2004). Načela biokemije vadbe. 3 ^rd , dopolnjena izdaja. Karger.
9. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokemija. Panamerican Medical Ed.