ประเภทเส้นทางการเผาผลาญและเส้นทางหลัก

เส้นทางการเผาผลาญ มันเป็นชุดของปฏิกิริยาทางเคมีเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ ในกระบวนการนี้โมเลกุล X จะถูกเปลี่ยนเป็นโมเลกุล Y ผ่านทางเมตาโบไลต์ที่เป็นตัวกลาง เส้นทางการเผาผลาญเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมของเซลล์.

ภายนอกเซลล์ปฏิกิริยาเหล่านี้อาจใช้เวลานานเกินไปและบางอย่างอาจไม่เกิดขึ้น ดังนั้นในแต่ละขั้นตอนจำเป็นต้องมีโปรตีนเร่งปฏิกิริยาที่เรียกว่าเอนไซม์ บทบาทของโมเลกุลเหล่านี้คือการเร่งความเร็วให้กับปฏิกิริยาหลาย ๆ อย่างภายในปฏิกิริยาทางเดิน.

ทางสรีรวิทยาเส้นทางเมตาบอลิซึมเชื่อมโยงกัน นั่นคือพวกมันไม่ได้แยกอยู่ภายในเซลล์ เส้นทางที่สำคัญที่สุดหลายแห่งมีการแบ่งปันสารทั่วไป.

ดังนั้นชุดปฏิกิริยาเคมีทั้งหมดที่เกิดขึ้นในเซลล์จึงเรียกว่าเมแทบอลิซึม เซลล์แต่ละเซลล์มีลักษณะเฉพาะด้วยการแสดงประสิทธิภาพการเผาผลาญเฉพาะซึ่งถูกกำหนดโดยเนื้อหาของเอนไซม์ในการตกแต่งภายในซึ่งจะถูกกำหนดทางพันธุกรรม.

ดัชนี

• 1 ลักษณะทั่วไปของเส้นทางการเผาผลาญ
  • 1.1 ปฏิกิริยาถูกเร่งโดยเอนไซม์
  • 1.2 การเผาผลาญอาหารถูกควบคุมโดยฮอร์โมน
  • 1.3 การแบ่งส่วน
  • 1.4 การประสานงานของการเผาผลาญฟลักซ์
• 2 ประเภทของเส้นทางการเผาผลาญ
  • 2.1 เส้นทาง Catabolic
  • 2.2 เส้นทาง Anabolic
  • 2.3 เส้นทางครึ่งบกครึ่งน้ำ
• 3 เส้นทางการเผาผลาญหลัก
  • 3.1 Glycolysis หรือ glycolysis
  • 3.2 Gluconeogenesis
  • 3.3 Glyoxylate cycle
  • 3.4 Krebs cycle
  • 3.5 ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน
  • 3.6 การสังเคราะห์กรดไขมัน
  • 3.7 เบต้าออกซิเดชันของกรดไขมัน
  • 3.8 การเผาผลาญนิวคลีโอไทด์
  • 3.9 การหมัก
• 4 อ้างอิง

ลักษณะทั่วไปของเส้นทางการเผาผลาญ

ภายในสภาพแวดล้อมของเซลล์ปฏิกิริยาเคมีจำนวนมากเกิดขึ้น ชุดของปฏิกิริยาเหล่านี้คือเมตาบอลิซึมและหน้าที่หลักของกระบวนการนี้คือการรักษาสภาวะสมดุลของสิ่งมีชีวิตภายใต้สภาวะปกติและภายใต้สภาวะของความเครียด.

ดังนั้นจะต้องมีความสมดุลของการไหลของสารเหล่านี้ ในลักษณะสำคัญของเส้นทางเมตาบอลิซึมเรามีดังต่อไปนี้:

ปฏิกิริยาจะถูกเร่งโดยเอนไซม์

ตัวเอกของเส้นทางการเผาผลาญเป็นเอนไซม์ พวกเขามีความรับผิดชอบในการบูรณาการและวิเคราะห์ข้อมูลเกี่ยวกับสถานะการเผาผลาญและสามารถปรับกิจกรรมของพวกเขาตามความต้องการของเซลล์ในขณะนี้.

เมตาบอลิซึมถูกควบคุมโดยฮอร์โมน

การเผาผลาญถูกขับเคลื่อนโดยชุดของฮอร์โมนซึ่งสามารถประสานปฏิกิริยาการเผาผลาญอาหารโดยพิจารณาความต้องการและประสิทธิภาพของสิ่งมีชีวิต.

compartmentalization

มีการแบ่งส่วนของเส้นทางการเผาผลาญ นั่นคือแต่ละเส้นทางจะเกิดขึ้นในช่อง subcellular ที่เฉพาะเจาะจงเรียกว่าพลาสซึมไซโตพลาสซึมไมโตคอนเดรียและอื่น ๆ เส้นทางอื่นอาจเกิดขึ้นในหลายช่องพร้อมกัน.

การแบ่งส่วนของเส้นทางจะช่วยในการควบคุมเส้นทางแอนโบลิกและ catabolic (ดูด้านล่าง).

การประสานการไหลของเมตะโบลิก

การประสานงานของการเผาผลาญจะทำได้โดยความมั่นคงของกิจกรรมของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้อง มีความจำเป็นที่จะต้องเน้นว่าเส้นทางอะนาโบลิกและคู่หู catabolic นั้นไม่ได้เป็นอิสระโดยสิ้นเชิง ในทางตรงกันข้ามพวกเขามีการประสานงาน.

มีจุดสำคัญของเอนไซม์ในเส้นทางเมแทบอลิซึม ด้วยความเร็วในการแปลงของเอนไซม์เหล่านี้ทำให้การไหลของเส้นทางทั้งหมดถูกควบคุม.

ประเภทของเส้นทางการเผาผลาญ

ในชีวเคมีเส้นทางเมตาบอลิซึมสำคัญสามประเภทนั้นแตกต่างกัน แผนกนี้ดำเนินการตามเกณฑ์พลังงานชีวภาพ: catabolic, anabolic และเส้นทาง amphibolic.

เส้นทาง Catabolic

เส้นทาง catabolic รวมปฏิกิริยาของการย่อยสลายออกซิเดชั่น พวกเขาจะดำเนินการเพื่อให้ได้พลังงานและพลังงานลดซึ่งจะใช้ในภายหลังโดยเซลล์ในปฏิกิริยาอื่น ๆ.

โมเลกุลอินทรีย์ส่วนใหญ่ไม่สังเคราะห์โดยสิ่งมีชีวิต ในทางตรงกันข้ามเราต้องกินมันผ่านอาหาร ในปฏิกิริยา catabolic โมเลกุลเหล่านี้จะถูกย่อยสลายเป็นโมโนเมอร์ที่ประกอบเป็นเซลล์ซึ่งสามารถใช้งานได้โดยเซลล์.

เส้นทาง Anabolic

ทางเดินอะโบลิคประกอบด้วยปฏิกิริยาเคมีสังเคราะห์ใช้โมเลกุลขนาดเล็กและเรียบง่ายและเปลี่ยนให้เป็นองค์ประกอบที่มีขนาดใหญ่และซับซ้อนมากขึ้น.

เพื่อให้ปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นต้องมีพลังงานที่พร้อมใช้งาน พลังงานนี้มาจากไหน? จากเส้นทางสู่ catabolic ส่วนใหญ่ในรูปแบบของ ATP.

ด้วยวิธีนี้สารที่ผลิตโดยวิถี catabolic (ซึ่งเรียกว่า "สระว่ายน้ำของ metabolites") สามารถใช้ในทางเดิน anabolic เพื่อสังเคราะห์โมเลกุลที่ซับซ้อนมากขึ้นที่ร่างกายต้องการในขณะนี้.

ในกลุ่มของสารเมตาโบไลต์นี้มีโมเลกุลสำคัญสามอย่างของกระบวนการ: ไพรูเวต, อะเซทิลโคเอ็นไซม์เอและกลีเซอรอล สารเหล่านี้มีหน้าที่ในการเชื่อมต่อเมแทบอลิซึมของชีวโมเลกุลต่าง ๆ เช่นไขมัน, คาร์โบไฮเดรตและอื่น ๆ.

เส้นทางครึ่งบกครึ่งน้ำ

เส้นทาง amphibole ทำงานเป็นทางเดิน anabolic หรือ catabolic ฉันหมายถึงมันเป็นเส้นทางผสม.

เส้นทาง amphibole ที่รู้จักกันดีที่สุดคือวงจร Krebs เส้นทางนี้มีบทบาทพื้นฐานในการย่อยสลายคาร์โบไฮเดรตไขมันและกรดอะมิโน อย่างไรก็ตามมันยังมีส่วนร่วมในการผลิตสารตั้งต้นสำหรับเส้นทางสังเคราะห์.

ยกตัวอย่างเช่น Krebs cycle metabolites เป็นสารตั้งต้นของครึ่งหนึ่งของกรดอะมิโนที่ใช้ในการสร้างโปรตีน.

เส้นทางการเผาผลาญหลัก

ในเซลล์ทั้งหมดที่เป็นส่วนหนึ่งของสิ่งมีชีวิตจะมีการดำเนินการตามเส้นทางของการเผาผลาญอาหาร สิ่งเหล่านี้บางส่วนถูกใช้ร่วมกันโดยสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่.

เส้นทางการเผาผลาญเหล่านี้ประกอบด้วยการสังเคราะห์การย่อยสลายและการเปลี่ยนรูปของสารที่จำเป็นต่อชีวิต กระบวนการทั้งหมดนี้เรียกว่าเมแทบอลิซึมกลาง.

เซลล์ต้องมีสารประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์ถาวรรวมถึงพลังงานเคมีซึ่งส่วนใหญ่ได้มาจากโมเลกุล ATP.

ATP (adenosine triphosphate) เป็นรูปแบบการจัดเก็บพลังงานที่สำคัญที่สุดของทุกเซลล์ และพลังงานที่เพิ่มขึ้นและการลงทุนของเส้นทางการเผาผลาญมักจะแสดงออกในรูปของ ATP โมเลกุล.

ถัดไปจะกล่าวถึงเส้นทางที่สำคัญที่สุดที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่.

Glycolysis หรือ glycolysis

ไกลคอลไลซิสเป็นเส้นทางที่เกี่ยวข้องกับการย่อยสลายกลูโคสให้กับสองโมเลกุลของกรดไพรรูวิคซึ่งได้รับเป็นกำไรสุทธิสุทธิจาก ATP โมเลกุลสองชนิด มันมีอยู่จริงในสิ่งมีชีวิตทั้งหมดและถือเป็นวิธีที่รวดเร็วในการรับพลังงาน.

โดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน ครั้งแรกที่เกี่ยวข้องกับการผ่านของกลูโคสโมเลกุลในสอง glyceraldehyde กลับสองโมเลกุลของ ATP ในระยะที่สองจะมีการสร้างสารประกอบพลังงานสูงและ 4 โมเลกุลของ ATP และ 2 ของไพรูเวตได้มาเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย.

เส้นทางสามารถดำเนินการต่อได้สองวิธี หากมีออกซิเจนโมเลกุลจะหยุดการเกิดออกซิเดชั่นในระบบทางเดินหายใจ หรือในกรณีที่ไม่มีสิ่งนี้การหมักจะเกิดขึ้น.

gluconeogenesis

Gluconeogenesis เป็นเส้นทางของการสังเคราะห์กลูโคสเริ่มต้นจากกรดอะมิโน (ยกเว้น leucine และ lysine), แลคเตท, กลีเซอรีนหรือตัวกลางใด ๆ ของวงจร Krebs.

กลูโคสเป็นสารตั้งต้นที่จำเป็นสำหรับเนื้อเยื่อบางชนิดเช่นสมองเม็ดเลือดแดงและกล้ามเนื้อ การมีส่วนร่วมของกลูโคสสามารถทำได้ผ่านการสำรองไกลโคเจน.

อย่างไรก็ตามเมื่อสิ่งเหล่านี้หมดลงร่างกายจะต้องเริ่มทำการสังเคราะห์กลูโคสเพื่อที่จะตอบสนองความต้องการของเนื้อเยื่อโดยเฉพาะเนื้อเยื่อประสาท.

เส้นทางนี้เกิดขึ้นส่วนใหญ่ในตับ มันมีความสำคัญเนื่องจากในสถานการณ์อดอาหารร่างกายสามารถรับกลูโคสต่อไปได้.

การเปิดใช้งานหรือไม่ของทางเดินเชื่อมโยงกับการให้อาหารของสิ่งมีชีวิต สัตว์ที่บริโภคอาหารคาร์โบไฮเดรตสูงจะมีอัตรากลูโคเจนนิซิสต่ำในขณะที่อาหารที่มีกลูโคสต่ำจำเป็นต้องมีกิจกรรมกลูโคเจนนิกส์ที่สำคัญ.

วงจร Glyoxylate

วงจรนี้มีลักษณะเฉพาะสำหรับพืชและแบคทีเรียบางชนิด เส้นทางนี้ประสบความสำเร็จในการแปลงหน่วยอะเซทิลีนของสองคาร์บอนเป็นหน่วยของสี่คาร์บอน - รู้จักกันในชื่อ succinate สารประกอบหลังสามารถผลิตพลังงานและยังสามารถใช้สำหรับการสังเคราะห์กลูโคส.

ยกตัวอย่างเช่นในมนุษย์มันเป็นไปไม่ได้ที่จะมีชีวิตอยู่บนอะซิเตตเท่านั้น ในการเผาผลาญของเรา acetyl coenzyme A ไม่สามารถแปลงเป็นไพรูเวตได้ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของทางเดินของกลูโคเจนนิก.

ตรรกะทางชีวเคมีของวัฏจักรนั้นคล้ายคลึงกับวัฏจักรของกรดซิตริกยกเว้นสองช่วง decarboxylative เกิดขึ้นในออร์แกเนลล์ของพืชที่เรียกว่า glyoxysomes และมีความสำคัญอย่างยิ่งในเมล็ดของพืชบางชนิดเช่นดอกทานตะวัน.

รอบ Krebs

มันเป็นหนึ่งในเส้นทางที่ถือว่าเป็นศูนย์กลางในการเผาผลาญของสิ่งมีชีวิตอินทรีย์เนื่องจากมันรวมการเผาผลาญของโมเลกุลที่สำคัญที่สุดรวมถึงโปรตีนไขมันและคาร์โบไฮเดรต.

มันเป็นส่วนประกอบของการหายใจของเซลล์และมีเป้าหมายที่จะปล่อยพลังงานที่เก็บไว้ในโมเลกุลของ acetyl coenzyme A - สารตั้งต้นหลักของวงจร Krebs มันประกอบไปด้วยสิบขั้นตอนของเอ็นไซม์และดังที่เราได้กล่าวไปแล้ววัฏจักรนั้นทำงานได้ทั้งในแบบแอนอะโบลิกและแบบทาง catabolic.

ในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตวัฏจักรเกิดขึ้นในเมทริกซ์ของไมโตคอนเดรีย ในโปรคาริโอต - ซึ่งไม่มีส่วนของเซลล์ subcellular จริง - วัฏจักรนั้นถูกนำไปใช้ในภูมิภาคไซโตพลาสซึม.

ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน

ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนเกิดขึ้นจากชุดของสายพานลำเลียงที่ยึดในเมมเบรน โซ่มีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างพลังงานในรูปแบบของ ATP.

โซ่สามารถสร้างการไล่สีด้วยเคมีไฟฟ้าด้วยการไหลของอิเล็กตรอนซึ่งเป็นกระบวนการสำคัญสำหรับการสังเคราะห์พลังงาน.

การสังเคราะห์กรดไขมัน

กรดไขมันเป็นโมเลกุลที่มีบทบาทสำคัญในเซลล์โดยส่วนใหญ่พบว่าเป็นองค์ประกอบโครงสร้างของเยื่อหุ้มชีวภาพทั้งหมด ด้วยเหตุนี้การสังเคราะห์กรดไขมันจึงเป็นสิ่งจำเป็น.

กระบวนการสังเคราะห์ทั้งหมดเกิดขึ้นใน cytosol ของเซลล์ โมเลกุลกลางของกระบวนการนี้เรียกว่า malonyl coenzyme A. เป็นผู้รับผิดชอบในการจัดหาอะตอมที่เกิดโครงกระดูกคาร์บอนของกรดไขมันในการก่อตัว.

เบต้าออกซิเดชันของกรดไขมัน

เบต้าออกซิเดชันเป็นกระบวนการสลายตัวของกรดไขมัน นี่คือความสำเร็จผ่านสี่ขั้นตอน: ออกซิเดชันโดย FAD, ไฮเดรชั่, ออกซิเดชันโดย NAD + และ thiolysis ก่อนหน้านี้กรดไขมันจำเป็นต้องเปิดใช้งานโดยการรวมตัวของโคเอนไซม์.

ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาดังกล่าวเป็นหน่วยที่เกิดขึ้นจากคาร์บอน 2 คู่ในรูปของ acetyl coenzyme A. โมเลกุลนี้สามารถเข้าสู่วงจร Krebs.

ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของเส้นทางนี้ขึ้นอยู่กับความยาวของสายโซ่กรดไขมัน สำหรับกรด Palmitic เช่นซึ่งมี 16 carbons ผลตอบแทนสุทธิคือ 106 โมเลกุลของ ATP.

เส้นทางนี้เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียแห่งยูคาริโอต นอกจากนี้ยังมีเส้นทางอื่นในช่องที่เรียกว่า peroxisome.

เนื่องจากกรดไขมันส่วนใหญ่อยู่ในเซลล์ไซโตทอลจึงต้องขนส่งไปยังห้องที่จะถูกออกซิไดซ์ การขนส่งขึ้นอยู่กับ cartinitan และช่วยให้โมเลกุลเหล่านี้เข้าสู่ไมโตคอนเดรีย.

เมแทบอลิซึมของนิวคลีโอไทด์

การสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์เป็นเหตุการณ์สำคัญในกระบวนการเมตาบอลิซึมของเซลล์เนื่องจากเป็นสารตั้งต้นของโมเลกุลที่เป็นส่วนหนึ่งของสารพันธุกรรม DNA และ RNA และโมเลกุลพลังงานที่สำคัญเช่น ATP และ GTP.

สารตั้งต้นของการสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์ประกอบด้วยกรดอะมิโนที่แตกต่างกัน, ribose 5 phosphate, คาร์บอนไดออกไซด์และ NH₃. เส้นทางการกู้คืนมีหน้าที่รับผิดชอบในการรีไซเคิลฐานฟรีและนิวคลีโอไซด์ที่ปล่อยออกมาจากการแตกตัวของกรดนิวคลีอิก.

การก่อตัวของแหวน purine เกิดขึ้นจาก ribose 5 ฟอสเฟตเกิดขึ้นเป็นนิวเคลียส purine และในที่สุดก็ได้รับนิวคลีโอไทด์.

แหวน pyrimidine ถูกสังเคราะห์เป็นกรด orotic หลังจากที่จับกับ ribose 5 phosphate มันจะถูกเปลี่ยนเป็น pyrimidine nucleotides.

การหมัก

การหมักเป็นกระบวนการเผาผลาญอิสระจากออกซิเจน พวกมันเป็นชนิด catabolic และผลิตภัณฑ์สุดท้ายของกระบวนการเป็นสารที่ยังคงมีศักยภาพในการเกิดออกซิเดชัน มีการหมักประเภทต่าง ๆ แต่ในการหมักแลคติคของร่างกายเราเกิดขึ้น.

การหมักแลคติคเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมของเซลล์ ประกอบด้วยการย่อยสลายกลูโคสบางส่วนเพื่อให้ได้พลังงานเมตาบอลิซึม กรดแลคติคถูกผลิตขึ้นเพื่อเป็นของเสีย.

หลังจากการออกกำลังกายแบบไม่ใช้ออกซิเจนเป็นเวลานานกล้ามเนื้อจะไม่พบเมื่อมีความเข้มข้นของออกซิเจนเพียงพอและการหมักแลคติคเกิดขึ้น.

เซลล์บางส่วนของร่างกายถูกบังคับให้หมักเนื่องจากขาดไมโตคอนเดรียเช่นเดียวกับกรณีของเซลล์เม็ดเลือดแดง.

ในอุตสาหกรรมนั้นกระบวนการหมักใช้ความถี่สูงเพื่อผลิตชุดผลิตภัณฑ์สำหรับการบริโภคของมนุษย์เช่นขนมปังเครื่องดื่มแอลกอฮอล์โยเกิร์ตเป็นต้น.

การอ้างอิง

1. Baechle, T. R. , & Earle, R. W. (Eds.) (2007). หลักการฝึกความแข็งแกร่งและการปรับสภาพร่างกาย. Ed. Panamericana การแพทย์.
2. ภูเขาน้ำแข็ง, J. M. , Stasher, L. , & Tymoczko, J. L. (2007). ชีวเคมี. ฉันกลับรายการ.
3. Campbell, M. K. , & Farrell, S. O. (2011) ชีวเคมี ฉบับที่หก ทอมสัน บรูคส์ / โคล.
4. Devlin, T. M. (2011). ตำราวิชาชีวเคมี. John Wiley & Sons.
5. Koolman, J. , & Röhm, K. H. (2005). ชีวเคมี: ข้อความและแผนที่. Ed. Panamericana การแพทย์.
6. Mougios, V. (2006). ชีวเคมีในการออกกำลังกาย. จลนพลศาสตร์ของมนุษย์.
7. Müller-Esterl, W. (2008). ชีวเคมี ความรู้พื้นฐานด้านการแพทย์และวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิต. ฉันกลับรายการ.
8. Poortmans, J.R. (2004) หลักการทางชีวเคมีการออกกำลังกาย 3^ถ, ฉบับแก้ไข Karger.
9. Voet, D. , & Voet, J. G. (2006). ชีวเคมี. Ed. Panamericana การแพทย์.