- Característiques generals de les rutes metabòliques
- Les reaccions són catalitzat per enzims
- El metabolisme és regulat per hormones
- compartimentació
- Coordinació de l'flux metabòlic
- Tipus de rutes metabòliques
- rutes catabòliques
- rutes anabòliques
- rutes anfibólicas
- Principals rutes metabòliques
- Glicòlisi o glucòlisi
- gluconeogènesi
- Cicle de l'glioxilato
- Cicle de Krebs
- Cadena transportadora d'electrons
- Síntesi d'àcids grassos
- Beta oxidació dels àcids grassos
- Metabolisme dels nucleòtids
- fermentació
- referències
Una ruta metabòlica és un conjunt de reaccions químiques, catalitzades per enzims. En aquest procés, una molècula X es transforma en una molècula I, per mitjà de metabòlits intermediaris. Les rutes metabòliques tenen lloc en l'ambient cel·lular.
Fora de la cèl·lula, aquestes reaccions prendrien massa temps, i algunes podrien no ocórrer. Per això, cada pas requereix la presència de les proteïnes catalitzadores anomenades enzims. El paper d'aquestes molècules és accelerar en diversos ordres de magnitud la velocitat de cada reacció dins de la via.
Principals rutes metabòliques
Font: Chakazul (talk · contribs), via Wikimedia Commons.
Fisiològicament, les rutes metabòliques estan connectades unes amb altres. És a dir, no es troben aïllades dins de la cèl·lula. Moltes de les rutes més importants comparteixen metabòlits en comú.
En conseqüència, el conjunt de totes les reaccions químiques que tenen lloc en les cèl·lules es denomina metabolisme. Cada cèl·lula es caracteritza per exhibir un rendiment metabòlic específic, que ve definit pel contingut d'enzims en el seu interior, que al seu torn ve determinat genèticament.
Característiques generals de les rutes metabòliques
Dins de l'ambient cel·lular, ocorren una gran quantitat de reaccions químiques. El conjunt d'aquestes reaccions és el metabolisme, i la funció principal d'aquest procés és mantenir l'homeòstasi de l'organisme sota condicions normals, i també sota condicions d'estrès.
Així, hi ha d'haver un equilibri de fluxos d'aquests metabòlits. Entre les principals característiques de les rutes metabòliques tenim les següents:
Les reaccions són catalitzat per enzims
Reacció catalitzada pels enzims ciclooxigenasas (Font: Pancrat via Wikimedia Commons)
Els protagonistes de les rutes metabòliques són els enzims. S'encarreguen d'integrar i analitzar la informació sobre l'estat metabòlic i són capaços de modular la seva activitat en funció dels requisits cel·lulars de moment.
El metabolisme és regulat per hormones
El metabolisme ve dirigit per una sèrie d'hormones, que són capaços de coordinar les reaccions metabòliques, considerant les necessitats i el rendiment de l'organisme.
compartimentació
Hi ha una compartimentació de rutes metabòliques. És a dir, cada via té lloc en un compartiment subcel·lular específic, es digui citoplasma, mitocondri, entre d'altres. Altres rutes possibles en diversos compartiments simultàniament.
La compartimentació de les rutes ajuda a la regulació de les rutes anabòliques i catabòliques (veure més endavant).
Coordinació de l'flux metabòlic
La coordinació de l'metabolisme s'aconsegueix mitjançant l'estabilitat de l'activitat dels enzims involucrats. És menester destacar que les rutes anabòliques i les seves contraparts catabòliques no són totalment independents. En contrast, es troben coordinades.
Hi punts enzimàtics claus dins de les rutes metabòliques. Amb la velocitat de conversió d'aquests enzims, el flux sencer de la ruta es regula.
Tipus de rutes metabòliques
En bioquímica, es distingeixen tres tipus de rutes metabòliques principals. Aquesta divisió es realitza seguint criteris bioenergètics: rutes catabòliques, anabòliques i anfibólicas.
rutes catabòliques
Les rutes catabòliques engloben reaccions de degradació oxidativa. Es duen a terme amb la finalitat d'obtenir energia i poder reductor, que serà utilitzada posteriorment per la cèl·lula en altres reaccions.
La major part de les molècules orgàniques no són sintetitzades per l'organisme. En contrast, hem de consumir per mitjà dels aliments. En les reaccions catabòliques, aquestes molècules són degradades en els monòmers que els componen, que si poden ser usats per les cèl·lules.
rutes anabòliques
Les rutes anabòliques comprenen les reaccions químiques de síntesi, prenent molècules petites i simples, i transformant-les en elements més grans i complexos.
Perquè aquestes reaccions tinguin lloc, cal que hi hagi energia disponible. D'on ve aquesta energia? De les vies catabòliques, primordialment en forma d'ATP.
D'aquesta manera, els metabòlits produïts per les vies catabòliques (que són anomenats globalment "pool de metabòlits") poden ser usats en les vies anabòliques per tal de sintetitzar molècules més complexes que l'organisme necessiti en el moment.
Entre aquest pool de metabòlits, hi ha tres molècules claus de l'procés: el piruvat, l'acetil coenzim A i el glicerol. Aquests metabòlits s'encarreguen de connectar el metabolisme de diferents biomolècules, com els lípids, carbohidrats, entre d'altres.
rutes anfibólicas
Una ruta anfibólica funciona com a via anabòlica o bé catabòlica. És a dir, és una ruta mixta.
La ruta anfibólica més coneguda és el cicle de Krebs. Aquesta ruta té un paper fonamental en la degradació d'hidrats de carboni, lípids i aminoàcids. No obstant això, també participa en la producció dels precursors per a rutes de síntesi.
Per exemple, els metabòlits de cicle de Krebs són els precursors de la meitat dels aminoàcids que són usats per a construir a les proteïnes.
Principals rutes metabòliques
En totes les cèl·lules que formen part dels éssers vius, es duen a terme una sèrie de vies metabòliques. Algunes d'aquestes són compartides per la majoria dels organismes.
Aquestes vies metabòliques comprenen la síntesi, la degradació i la conversió de metabòlits crucials per a la vida. A tot aquest procés se li coneix com metabolisme intermedi.
Les cèl·lules necessiten de manera permanent comptar amb compostos orgànics i inorgànics, i també energia química, que s'obté principalment de la molècula d'ATP.
L'ATP (adenosina trifosfat) és la forma d'emmagatzematge d'energia més important de totes les cèl·lules. I els guanys i inversions energètiques de les rutes metabòliques solen expressar-se en termes de molècules d'ATP.
A continuació es discutiran les rutes més importants que es troben present en la gran majoria d'organismes vius.
Glicòlisi o glucòlisi
Figura 1: glucòlisi vs gluconeogènesi. Reaccions i enzims involucrats.
La glucòlisi és una ruta que involucra la degradació de la glucosa fins a dos molècules d'àcid pirúvic, obtenint-se com guany net dues molècules d'ATP. Està present virtualment en tots els organismes vius i és considerada una via ràpida d'obtenció d'energia.
De manera general, sol dividir-se en dues etapes. La primera involucra el pas de la molècula de glucosa en dues de gliceraldehid, invertint dues molècules d'ATP. En la segona fase es generen compostos d'alta energia, i s'obtenen 4 molècules d'ATP i 2 de piruvat com a productes finals.
La ruta pot continuar de dues maneres diferents. Si hi ha oxigen, les molècules acabessin la seva oxidació en la cadena respiratòria. O bé, en absència d'aquest, es produeix la fermentació.
gluconeogènesi
AngelHerraez / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)
La gluconeogènesi és una via es síntesi de glucosa, partint d'aminoàcids (amb l'excepció de la leucina i la lisina), lactat, glicerol o qualsevol dels intermediaris del cicle de Krebs.
La glucosa és un substrat indispensable per a certs teixits, com el cervell, els eritròcits i els músculs. L'aportació de glucosa el poden obtenir per mitjà de les reserves de glucogen.
No obstant això, quan aquestes s'esgoten, el cos ha de començar la síntesi de glucosa per poder complir amb les demandes dels teixits - fonamentalment el teixit nerviós.
Aquesta via passa principalment en el fetge. És vital ja que, en situacions de dejuni, el cos pot seguir obtenint glucosa.
L'activació o no de la via està lligada amb l'alimentació de l'organisme. Els animals que consumeixen dietes elevades en hidrats de carbonis presenten taxes gluconeogénicas baixes, mentre que les dietes pobres en glucosa requereixen d'activitat gluconeogénica significativa.
Cicle de l'glioxilato
Presa i editada de: The original uploader was adenosine at English Wikipedia. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)
Aquest cicle és únic de les plantes i de cert tipus de bacteris. Aquesta via aconsegueix la transformació d'unitats acetil, de dos carbonis, en unitats de quatre carbonis - conegudes com succinat. Aquest últim compost pot produir energia i també pot ser usat per a la síntesi de la glucosa.
En els humans, per exemple, seria impossible subsistir només amb acetat. En el nostre metabolisme, l'acetil coenzim A no pot convertir-se en piruvat, el qual és un precursor de la via gluconeogénica, perquè la reacció de l'enzim piruvat deshidrogenasa és irreversible.
La lògica bioquímica de l'cicle és similar a la de l'cicle d'àcid cítric, amb excepció de les dues etapes descarboxilativas. Ocorre en organelos molt puntuals de les plantes anomenades glioxisomes, i és particularment important en les llavors d'algunes plantes com els gira-sols.
Cicle de Krebs
Cicle de l'àcid tricarboxílic (Cicle de Krebs). Presa i editada de: Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins (traduïda a l'espanyol per Alejandro Porto).
És una de les rutes com a centrals en el metabolisme dels éssers orgànics, ja que unifica el metabolisme de les molècules més importants, entre elles proteïnes, greixos i carbohidrats.
És un component de la respiració cel·lular, i té com a objectiu alliberar l'energia emmagatzemada en la molècula d'acetil coenzim A - el precursor principal d'el cicle de Krebs. Està format per deu passos enzimàtics i, com hem esmentat, el cicle treballa tant en vies anabòliques, com en catabòliques.
En els organismes eucariotes, el cicle té lloc en la matriu del mitocondri. En els procariotes - que no tenen compartiments subcel·lulars veritables - el cicle es porta a terme a la regió citoplasmàtica.
Cadena transportadora d'electrons
User: Rozzychan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)
La cadena transportadora d'electrons està formada per una sèrie de transportadors ancorats en una membrana. La cadena té com a objectiu generar energia en forma d'ATP.
Les cadenes són capaços de crear un gradient electroquímic gràcies a el flux d'electrons, procés crucial per a la síntesi d'energia.
Síntesi d'àcids grassos
Els àcids grassos són molècules que exerceixen papers molt importants en les cèl·lules, principalment es troben com a component estructurals de totes les membranes biològiques. Per aquesta raó, la síntesi dels àcids grassos és indispensable.
Tot el procés de síntesi ocorre en el citosol de la cèl·lula. La molècula central de l'procés s'anomena malonil coenzim A. S'encarrega d'aportar els àtoms que formaran l'esquelet carbonat de l'àcid gras en formació.
Beta oxidació dels àcids grassos
La beta oxidació és un procés de degradació d'àcids grassos. Això s'aconsegueix mitjançant quatre passos: oxidació per FAD, hidratació, oxidació per NAD + i Tiólisis. Prèviament, l'àcid gras necessita ser activat mitjançant la integració del coenzim A.
El producte de les reaccions esmentades són unitats formades per un parell de carbonis en forma d'acetil coenzima A. Aquesta molècula pot ingressar a el cicle de Krebs.
El rendiment energètic d'aquesta via depèn de la longitud de la cadena de l'àcid gras. Per l'àcid palmític, per exemple, que posseeix 16 carbonis, el rendiment net és de 106 molècules d'ATP.
Aquesta ruta té lloc en els mitocondris dels eucariotes. També hi ha una altra ruta alternativa en un compartiment anomenat peroxisoma.
Com la majoria dels àcids grassos es localitzen en el citosol cel·lular, han de ser transportats a l'compartiment on seran oxidats. El transport és depenent de cartinitan, i permet a aquestes molècules ingressar a la mitocòndria.
Metabolisme dels nucleòtids
La síntesi dels nucleòtids és un esdeveniment clau en el metabolisme cel·lular, ja que aquests són els precursors de les molècules que formen part de l'material genètic, ADN i ARN, i de molècules energètiques importants, com ATP i GTP.
Els precursors de la síntesi dels nucleòtids inclou a diferents aminoàcids, ribosa 5 fosfat, diòxid de carboni i NH 3. Les rutes de recuperació s'encarreguen de el reciclatge de les bases lliures i dels nucleòsids alliberats a partir de la ruptura dels àcids nucleics.
La formació de l'anell de purina té lloc a partir de la ribosa 5 fosfat, passa a ser un nucli purínico i finalment s'obté el nucleòtid.
L'anell de pirimidina es sintetitza com àcid orótico. Seguit de la unió a la ribosa 5 fosfat, es transforma en els nucleòtids de pirimidina.
fermentació
The author of the original versió is User: Norró. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
Les fermentacions són processos metabòlics independents de l'oxigen. Són de l'tipus catabòlic i el producte final de l'procés és un metabòlit que encara posseeix potencial d'oxidació. Hi ha diferents tipus de fermentacions, però en el nostre cos té lloc la fermentació làctica.
La fermentació làctica té lloc al citoplasma cel·lular. Consisteix en la degradació parcial de la glucosa per tal d'obtenir energia metabòlica. Com substància de rebuig es produeix l'àcid làctic.
Després d'una sessió intensa d'exercicis anaeròbics, el múscul no es troba amb concentracions adequades d'oxigen i es produeix la fermentació làctica.
Algunes cèl·lules de el cos estan obligades a fermentar, ja que no tenen mitocondris, com és el cas dels glòbuls vermells.
En la indústria, els processos de fermentació són usats amb una freqüència elevada, per produir una sèrie de productes de consum humà, com el pa, les begudes alcohòliques, el iogurt, entre altres.
referències
- Baechle, TR, & Earle, RW (Eds.). (2007). Principis de l'entrenament de la força i de l'acondicionament físic. Ed. Mèdica Panamericana.
- Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Bioquímica. Reverté.
- Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Bioquímica. Sixth edition. Thomson. Brooks / Cole.
- Devlin, TM (2011). Textbook of biochemistry. John Wiley & Sons.
- Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Bioquímica: text i atles. Ed. Mèdica Panamericana.
- Mougios, V. (2006). Exercise biochemistry. Human Kinetics.
- Müller-Esterl, W. (2008). Bioquímica. Fonaments per a medicina i ciències de la vida. Reverté.
- Poortmans, JR (2004). Principles of exercise biochemistry. 3 rd, revised edition. Karger.
- Voet, D., & Voet, JG (2006). Bioquímica. Ed. Mèdica Panamericana.