Jenis rute metabolik dan rute utama



Satu jalur metabolisme Ini adalah serangkaian reaksi kimia, dikatalisis oleh enzim. Dalam proses ini, sebuah molekul X ditransformasikan menjadi molekul Y, melalui metabolit perantara. Rute metabolik terjadi di lingkungan seluler.

Di luar sel, reaksi-reaksi ini akan memakan waktu terlalu lama, dan beberapa mungkin tidak terjadi. Oleh karena itu, setiap langkah membutuhkan keberadaan protein katalitik yang disebut enzim. Peran molekul-molekul ini adalah untuk mempercepat dengan beberapa urutan besarnya kecepatan setiap reaksi dalam jalur.

Secara fisiologis, jalur metabolisme terhubung satu sama lain. Artinya, mereka tidak terisolasi di dalam sel. Banyak rute terpenting berbagi metabolit umum.

Akibatnya, himpunan semua reaksi kimia yang terjadi dalam sel disebut metabolisme. Setiap sel ditandai dengan menunjukkan kinerja metabolisme spesifik, yang ditentukan oleh kandungan enzim di bagian dalamnya, yang pada gilirannya ditentukan secara genetik.

Indeks

  • 1 Karakteristik umum jalur metabolisme
    • 1.1. Reaksi dikatalisis oleh enzim
    • 1.2 Metabolisme diatur oleh hormon
    • 1.3 Kompartementalisasi
    • 1.4 Koordinasi fluks metabolik
  • 2 Jenis jalur metabolisme
    • 2.1 Rute katabolik
    • 2.2 Rute anabolik
    • 2.3 Rute amfibi
  • 3 jalur metabolisme utama
    • 3.1 Glikolisis atau glikolisis
    • 3.2 Glukoneogenesis
    • 3.3 Siklus glisilat
    • 3,4 siklus Krebs
    • 3.5 Rantai transpor elektron
    • 3.6 Sintesis asam lemak
    • 3,7 Beta oksidasi asam lemak
    • 3.8 Metabolisme nukleotida
    • 3.9 Fermentasi
  • 4 Referensi

Karakteristik umum jalur metabolisme

Dalam lingkungan seluler, sejumlah besar reaksi kimia terjadi. Himpunan reaksi ini adalah metabolisme, dan fungsi utama dari proses ini adalah untuk mempertahankan homeostasis organisme dalam kondisi normal, dan juga dalam kondisi stres..

Jadi, harus ada keseimbangan aliran metabolit ini. Di antara karakteristik utama jalur metabolisme kita memiliki yang berikut:

Reaksi dikatalisis oleh enzim

Protagonis jalur metabolisme adalah enzim. Mereka bertanggung jawab untuk mengintegrasikan dan menganalisis informasi tentang status metabolisme dan mampu memodulasi aktivitas mereka sesuai dengan persyaratan seluler saat ini..

Metabolisme diatur oleh hormon

Metabolisme didorong oleh serangkaian hormon, yang mampu mengoordinasikan reaksi metabolisme, dengan mempertimbangkan kebutuhan dan kinerja organisme.

Kompartementalisasi

Ada kompartementalisasi jalur metabolisme. Artinya, setiap jalur terjadi di kompartemen subselular tertentu, sebut saja sitoplasma, mitokondria, dan lainnya. Rute lain dapat terjadi di beberapa kompartemen secara bersamaan.

Penggolongan rute membantu pengaturan rute anabolik dan katabolik (lihat di bawah).

Koordinasi aliran metabolik

Koordinasi metabolisme dicapai dengan stabilitas aktivitas enzim yang terlibat. Perlu ditekankan bahwa rute anabolik dan rekan kataboliknya tidak sepenuhnya independen. Sebaliknya, mereka terkoordinasi.

Ada titik-titik enzimatik kunci dalam jalur metabolisme. Dengan kecepatan konversi enzim-enzim ini, seluruh aliran rute diatur.

Jenis jalur metabolisme

Dalam biokimia, tiga jenis jalur metabolisme utama dibedakan. Divisi ini dilakukan berdasarkan kriteria bioenergetik: rute katabolik, anabolik, dan amfibi.

Rute katabolik

Rute katabolik mencakup reaksi degradasi oksidatif. Mereka dilakukan untuk mendapatkan energi dan mengurangi daya, yang akan digunakan nanti oleh sel dalam reaksi lain.

Sebagian besar molekul organik tidak disintesis oleh organisme. Sebaliknya, kita harus mengkonsumsinya melalui makanan. Dalam reaksi katabolik, molekul-molekul ini terdegradasi menjadi monomer yang membentuknya, yang dapat digunakan oleh sel-sel.

Rute anabolik

Jalur anabolik terdiri dari reaksi kimia sintetis, mengambil molekul kecil dan sederhana, dan mengubahnya menjadi elemen yang lebih besar dan lebih kompleks.

Agar reaksi ini terjadi, harus ada energi yang tersedia. Dari mana energi ini berasal? Dari jalur katabolik, terutama dalam bentuk ATP.

Dengan cara ini, metabolit yang dihasilkan oleh jalur katabolik (yang secara global disebut "kumpulan metabolit") dapat digunakan dalam jalur anabolik untuk mensintesis molekul yang lebih kompleks yang dibutuhkan tubuh saat ini..

Di antara kumpulan metabolit ini, ada tiga molekul kunci dari proses: piruvat, asetil koenzim A dan gliserol. Metabolit ini bertanggung jawab untuk menghubungkan metabolisme berbagai biomolekul, seperti lipid, karbohidrat, antara lain.

Rute amfibi

Rute amphibole bekerja sebagai jalur anabolik atau katabolik. Maksudku, ini rute campuran.

Rute amfibi paling terkenal adalah siklus Krebs. Rute ini memainkan peran mendasar dalam degradasi karbohidrat, lipid, dan asam amino. Namun, ia juga berpartisipasi dalam produksi prekursor untuk rute sintetis.

Sebagai contoh, metabolit siklus Krebs adalah prekursor setengah dari asam amino yang digunakan untuk membangun protein.

Jalur metabolisme utama

Di semua sel yang merupakan bagian dari makhluk hidup, serangkaian jalur metabolisme dilakukan. Beberapa di antaranya dimiliki oleh sebagian besar organisme.

Jalur metabolisme ini terdiri dari sintesis, degradasi, dan konversi metabolit penting untuk kehidupan. Seluruh proses ini dikenal sebagai metabolisme perantara.

Sel-sel perlu memiliki senyawa organik dan anorganik permanen, dan juga energi kimia, yang diperoleh terutama dari molekul ATP.

ATP (adenosine triphosphate) adalah bentuk penyimpanan energi paling penting dari semua sel. Dan keuntungan energi dan investasi dari jalur metabolisme biasanya dinyatakan dalam molekul ATP.

Selanjutnya, rute paling penting yang ada di sebagian besar organisme hidup akan dibahas.

Glikolisis atau glikolisis

Glikolisis adalah rute yang melibatkan degradasi glukosa menjadi dua molekul asam piruvat, diperoleh sebagai keuntungan bersih dua molekul ATP. Ini hadir hampir di semua organisme hidup dan dianggap sebagai cara cepat untuk mendapatkan energi.

Secara umum, biasanya dibagi menjadi dua tahap. Yang pertama melibatkan lewatnya molekul glukosa dalam dua gliseraldehida, membalikkan dua molekul ATP. Pada fase kedua, senyawa berenergi tinggi dihasilkan, dan 4 molekul ATP dan 2 piruvat diperoleh sebagai produk akhir.

Rute dapat dilanjutkan dengan dua cara berbeda. Jika ada oksigen, molekul akan mengakhiri oksidasi dalam rantai pernapasan. Atau, dengan tidak adanya ini, terjadi fermentasi.

Glukoneogenesis

Glukoneogenesis adalah rute sintesis glukosa, dimulai dari asam amino (dengan pengecualian leusin dan lisin), laktat, gliserol atau zat antara dari siklus Krebs..

Glukosa adalah substrat yang sangat diperlukan untuk jaringan tertentu, seperti otak, eritrosit, dan otot. Kontribusi glukosa dapat diperoleh melalui cadangan glikogen.

Namun, ketika ini habis, tubuh harus memulai sintesis glukosa untuk memenuhi tuntutan jaringan - terutama jaringan saraf.

Jalur ini terjadi terutama di hati. Ini sangat penting karena, dalam situasi puasa, tubuh dapat terus memperoleh glukosa.

Aktivasi atau tidak dari jalur terkait dengan pemberian makan organisme. Hewan yang mengonsumsi makanan tinggi karbohidrat memiliki tingkat glukoneogenik yang rendah, sedangkan diet rendah glukosa memerlukan aktivitas glukoneogenik yang signifikan.

Siklus glisilat

Siklus ini unik untuk tanaman dan beberapa jenis bakteri. Rute ini mencapai transformasi unit asetil, dari dua karbon, menjadi unit empat karbon - yang dikenal sebagai suksinat. Senyawa yang terakhir dapat menghasilkan energi dan juga dapat digunakan untuk sintesis glukosa.

Pada manusia, misalnya, tidak mungkin bertahan hidup hanya dengan asetat. Dalam metabolisme kita, asetil koenzim A tidak dapat dikonversi menjadi piruvat, yang merupakan prekursor dari jalur glukoneogenik, karena reaksi enzim piruvat dehidrogenase bersifat ireversibel.

Logika biokimia dari siklus ini mirip dengan siklus asam sitrat, dengan pengecualian dari dua tahap dekarboksilasi. Terjadi pada organel tanaman yang sangat spesifik yang disebut glioksisom, dan sangat penting dalam biji beberapa tanaman seperti bunga matahari.

Siklus Krebs

Ini adalah salah satu rute yang dianggap sentral bagi metabolisme makhluk organik, karena menyatukan metabolisme molekul paling penting, termasuk protein, lemak, dan karbohidrat..

Ini adalah komponen respirasi sel, dan bertujuan untuk melepaskan energi yang tersimpan dalam molekul asetil koenzim A - pendahulu utama siklus Krebs. Ini terdiri dari sepuluh langkah enzimatik dan, seperti yang kami sebutkan, siklus bekerja di jalur anabolik dan katabolik.

Pada organisme eukariotik, siklus terjadi dalam matriks mitokondria. Pada prokariota - yang tidak memiliki kompartemen subselular sejati - siklus dilakukan di daerah sitoplasma.

Rantai transpor elektron

Rantai transpor elektron dibentuk oleh serangkaian konveyor yang berlabuh di membran. Rantai ini bertujuan untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP.

Rantai ini dapat menciptakan gradien elektrokimia berkat aliran elektron, proses penting untuk sintesis energi.

Sintesis asam lemak

Asam lemak adalah molekul yang memainkan peran yang sangat penting dalam sel, mereka terutama ditemukan sebagai komponen struktural dari semua membran biologis. Untuk alasan ini, sintesis asam lemak sangat penting.

Seluruh proses sintesis terjadi dalam sitosol sel. Molekul sentral dari proses ini disebut koonim malonil A. Bertanggung jawab untuk menyediakan atom-atom yang membentuk kerangka karbon asam lemak dalam formasi.

Beta oksidasi asam lemak

Beta oksidasi adalah proses degradasi asam lemak. Ini dicapai melalui empat langkah: oksidasi oleh FAD, hidrasi, oksidasi oleh NAD + dan tiolisis. Sebelumnya, asam lemak perlu diaktifkan oleh integrasi koenzim A.

Produk dari reaksi yang disebutkan adalah unit yang dibentuk oleh beberapa karbon dalam bentuk asetil koenzim A. Molekul ini dapat memasuki siklus Krebs..

Efisiensi energi dari rute ini tergantung pada panjang rantai asam lemak. Untuk asam palmitat, misalnya, yang memiliki 16 karbon, hasil bersihnya adalah 106 molekul ATP.

Rute ini berlangsung di mitokondria eukariota. Ada juga rute alternatif lain di kompartemen yang disebut peroxisome.

Karena sebagian besar asam lemak terletak di sitosol seluler, mereka harus diangkut ke kompartemen di mana mereka akan dioksidasi. Transportasi tergantung pada kartinitan, dan memungkinkan molekul-molekul ini memasuki mitokondria.

Metabolisme nukleotida

Sintesis nukleotida adalah peristiwa kunci dalam metabolisme seluler, karena ini adalah prekursor dari molekul yang membentuk bagian dari bahan genetik, DNA dan RNA, dan molekul energi penting, seperti ATP dan GTP.

Prekursor sintesis nukleotida termasuk asam amino yang berbeda, ribosa 5 fosfat, karbon dioksida dan NH3. Rute pemulihan bertanggung jawab atas daur ulang basa dan nukleosida bebas yang dilepaskan dari pemecahan asam nukleat.

Pembentukan cincin purin berlangsung dari ribosa 5 fosfat, kebetulan menjadi inti purin dan akhirnya nukleotida diperoleh.

Cincin pirimidin disintesis sebagai asam orotik. Setelah pengikatan ribosa 5 fosfat, ia ditransformasikan menjadi nukleotida pirimidin.

Fermentasi

Fermentasi adalah proses metabolisme yang tidak bergantung pada oksigen. Mereka adalah tipe katabolik dan produk akhir dari proses ini adalah metabolit yang masih memiliki potensi oksidasi. Ada berbagai jenis fermentasi, tetapi dalam tubuh kita terjadi fermentasi laktat.

Fermentasi laktat terjadi di sitoplasma seluler. Ini terdiri dari degradasi glukosa parsial untuk mendapatkan energi metabolisme. Asam laktat diproduksi sebagai zat limbah.

Setelah sesi latihan anaerob yang intens, otot tidak ditemukan dengan konsentrasi oksigen yang memadai dan terjadi fermentasi laktat.

Beberapa sel tubuh dipaksa untuk berfermentasi, karena mereka kekurangan mitokondria, seperti halnya sel darah merah.

Di industri, proses fermentasi digunakan dengan frekuensi tinggi, untuk menghasilkan serangkaian produk untuk konsumsi manusia, seperti roti, minuman beralkohol, yogurt, dan lainnya..

Referensi

  1. Baechle, T. R., & Earle, R. W. (Eds.). (2007). Prinsip pelatihan kekuatan dan kondisi fisik. Ed. Panamericana Medical.
  2. Berg, J. M., Stryer, L., & Tymoczko, J. L. (2007). Biokimia. Saya terbalik.
  3. Campbell, M. K., & Farrell, S. O. (2011). Biokimia Edisi keenam. Thomson. Brooks / Cole.
  4. Devlin, T. M. (2011). Buku teks biokimia. John Wiley & Sons.
  5. Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). Biokimia: teks dan atlas. Ed. Panamericana Medical.
  6. Mougios, V. (2006). Latihan biokimia. Kinetika Manusia.
  7. Müller-Esterl, W. (2008). Biokimia Dasar-dasar untuk ilmu kedokteran dan kehidupan. Saya terbalik.
  8. Poortmans, J.R. (2004). Prinsip latihan biokimia. 3rd, edisi revisi. Lebih besar.
  9. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). Biokimia. Ed. Panamericana Medical.