METABOLE ROUTES: SOORTEN EN HOOFDROUTES - BIOLOGIE - 2026

Een metabolische route is een reeks chemische reacties, gekatalyseerd door enzymen. Hierbij wordt molecuul X door middel van intermediaire metabolieten omgezet in molecuul Y. Metabole routes vinden plaats in de cellulaire omgeving.

Buiten de cel zouden deze reacties te lang duren, en sommige treden misschien niet op. Daarom vereist elke stap de aanwezigheid van katalysatorproteïnen die enzymen worden genoemd. De rol van deze moleculen is om de snelheid van elke reactie binnen het pad met verschillende ordes van grootte te versnellen.

Belangrijkste metabolische routes
Bron: Chakazul (gesprek · bijdragen), via Wikimedia Commons.

Fysiologisch zijn de metabole routes met elkaar verbonden. Dat wil zeggen, ze zijn niet geïsoleerd in de cel. Veel van de belangrijkste routes hebben metabolieten gemeen.

Bijgevolg wordt de verzameling van alle chemische reacties die in cellen optreden, metabolisme genoemd. Elke cel wordt gekenmerkt door het vertonen van een specifieke metabolische prestatie, die wordt bepaald door het gehalte aan enzymen erin, dat op zijn beurt genetisch bepaald is.

Algemene kenmerken van metabole routes

Binnen de cellulaire omgeving vindt een groot aantal chemische reacties plaats. De set van deze reacties is metabolisme, en de belangrijkste functie van dit proces is om de homeostase van het lichaam onder normale omstandigheden en ook onder stressomstandigheden in stand te houden.

Er moet dus een evenwicht zijn tussen de fluxen van deze metabolieten. Onder de belangrijkste kenmerken van metabole routes hebben we de volgende:

Reacties worden gekatalyseerd door enzymen

Reactie gekatalyseerd door cyclooxygenase-enzymen (Bron: Pancrat via Wikimedia Commons)

De protagonisten van metabole routes zijn enzymen. Ze zijn verantwoordelijk voor het integreren en analyseren van de informatie over de metabolische toestand en zijn in staat hun activiteit te moduleren op basis van de cellulaire vereisten van het moment.

Metabolisme wordt gereguleerd door hormonen

Het metabolisme wordt gestuurd door een reeks hormonen, die in staat zijn om metabolische reacties te coördineren, rekening houdend met de behoeften en prestaties van het lichaam.

Compartimentering

Er is een compartimentering van metabole routes. Dat wil zeggen, elke route vindt plaats in een specifiek subcellulair compartiment, onder andere cytoplasma, mitochondriën genoemd. Andere routes kunnen tegelijkertijd in meerdere compartimenten voorkomen.

De compartimentering van de routes helpt bij de regulatie van de anabole en katabole routes (zie hieronder).

Coördinatie van metabole stroom

De coördinatie van het metabolisme wordt bereikt door de stabiliteit van de activiteit van de betrokken enzymen. Opgemerkt moet worden dat anabole routes en hun katabole tegenhangers niet volledig onafhankelijk zijn. Ze zijn daarentegen gecoördineerd.

Er zijn belangrijke enzymatische punten binnen de metabole routes. Met de omzettingssnelheid van deze enzymen wordt de volledige stroom van de route gereguleerd.

Soorten metabole routes

In de biochemie worden drie hoofdtypen metabole routes onderscheiden. Deze indeling wordt uitgevoerd volgens bio-energetische criteria: katabole, anabole en amfiboolroutes.

Katabole routes

Katabole routes omvatten oxidatieve afbraakreacties. Ze worden uitgevoerd om energie te verkrijgen en het vermogen te verminderen, dat later door de cel in andere reacties zal worden gebruikt.

De meeste organische moleculen worden niet door het lichaam aangemaakt. We moeten het daarentegen via voedsel consumeren. Bij katabole reacties worden deze moleculen afgebroken tot de monomeren waaruit ze bestaan, die door cellen kunnen worden gebruikt.

Anabole routes

Anabole routes omvatten de chemische reacties van synthese, waarbij kleine, eenvoudige moleculen worden genomen en omgezet in grotere, meer complexe elementen.

Om deze reacties te laten plaatsvinden, moet energie beschikbaar zijn. Waar komt deze energie vandaan? Van de katabole routes, voornamelijk in de vorm van ATP.

Op deze manier kunnen de metabolieten die worden geproduceerd door katabole routes (die wereldwijd "pool van metabolieten" worden genoemd) worden gebruikt in anabole routes om complexere moleculen te synthetiseren die het lichaam op dit moment nodig heeft.

Onder deze pool van metabolieten bevinden zich drie sleutelmoleculen van het proces: pyruvaat, acetylco-enzym A en glycerol. Deze metabolieten zijn verantwoordelijk voor het verbinden van het metabolisme van verschillende biomoleculen, zoals onder meer lipiden en koolhydraten.

Amfibische routes

Een amfiboolroute functioneert als een anabole of katabole route. Dat wil zeggen, het is een gemengde route.

De bekendste amfiboolroute is de Krebs-cyclus. Deze route speelt een fundamentele rol bij de afbraak van koolhydraten, lipiden en aminozuren. Het neemt echter ook deel aan de productie van de precursoren voor synthetische routes.

De metabolieten van de Krebs-cyclus zijn bijvoorbeeld de voorlopers van de helft van de aminozuren die worden gebruikt om eiwitten te bouwen.

Belangrijkste metabolische routes

In alle cellen die deel uitmaken van levende wezens, wordt een reeks metabole routes uitgevoerd. Sommige hiervan worden gedeeld door de meeste organismen.

Deze metabole routes omvatten de synthese, afbraak en omzetting van levenskritische metabolieten. Dit hele proces staat bekend als intermediair metabolisme.

Cellen hebben permanent organische en anorganische verbindingen nodig, en ook chemische energie, die voornamelijk wordt verkregen uit het ATP-molecuul.

ATP (adenosinetrifosfaat) is de belangrijkste vorm van energieopslag in alle cellen. En de energiewinst en investeringen van metabole routes worden vaak uitgedrukt in termen van ATP-moleculen.

De belangrijkste routes die in de overgrote meerderheid van levende organismen aanwezig zijn, worden hieronder besproken.

Glycolyse of glycolyse

Figuur 1: glycolyse versus gluconeogenese. Reacties en enzymen betrokken.

Glycolyse is een route waarbij glucose tot twee moleculen pyrodruivenzuur wordt afgebroken, waarbij als nettowinst twee moleculen ATP worden verkregen. Het is aanwezig in vrijwel alle levende organismen en wordt beschouwd als een snelle manier om energie te verkrijgen.

Over het algemeen is het meestal verdeeld in twee fasen. De eerste omvat de passage van het glucosemolecuul in twee glyceraldehydemoleculen, waarbij twee ATP-moleculen worden omgekeerd. In de tweede fase worden hoogenergetische verbindingen gegenereerd en worden 4 ATP-moleculen en 2 pyruvaatmoleculen als eindproducten verkregen.

De route kan op twee verschillende manieren worden voortgezet. Als er zuurstof is, voltooien de moleculen hun oxidatie in de ademhalingsketen. Of, bij afwezigheid hiervan, vindt fermentatie plaats.

Gluconeogenese

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

Gluconeogenese is een route voor de synthese van glucose, uitgaande van aminozuren (met uitzondering van leucine en lysine), lactaat, glycerol of een van de tussenproducten van de Krebs-cyclus.

Glucose is een essentieel substraat voor bepaalde weefsels, zoals de hersenen, rode bloedcellen en spieren. De glucosetoevoer kan worden verkregen via glycogeenvoorraden.

Wanneer deze echter uitgeput zijn, moet het lichaam de glucosesynthese beginnen om te voldoen aan de eisen van de weefsels - voornamelijk het zenuwweefsel.

Deze route komt voornamelijk voor in de lever. Het is essentieel omdat het lichaam in nuchtere situaties glucose kan blijven opnemen.

Het al dan niet activeren van de route is gekoppeld aan de voeding van het organisme. Dieren die diëten met veel koolhydraten consumeren, hebben lage gluconeogene snelheden, terwijl diëten met weinig glucose een aanzienlijke gluconeogene activiteit vereisen.

Glyoxylaat-cyclus

Genomen en bewerkt uit: De oorspronkelijke uploader was Adenosine op Engelse Wikipedia. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Deze cyclus is uniek voor planten en bepaalde soorten bacteriën. Deze route zorgt voor de transformatie van twee koolstofatomen acetyleen in vier koolstofatomen - bekend als succinaat. Deze laatste verbinding kan energie produceren en kan ook worden gebruikt voor de synthese van glucose.

Bij mensen zou het bijvoorbeeld onmogelijk zijn om alleen van acetaat te leven. In ons metabolisme kan acetylco-enzym A niet worden omgezet in pyruvaat, dat een voorloper is van de gluconeogene route, omdat de reactie van het pyruvaatdehydrogenase-enzym onomkeerbaar is.

De biochemische logica van de cyclus is vergelijkbaar met die van de citroenzuurcyclus, met uitzondering van de twee decarboxyleringsfasen. Het komt voor in zeer specifieke organellen van planten, glyoxysomen genaamd, en is vooral belangrijk in de zaden van sommige planten, zoals zonnebloemen.

citroenzuurcyclus

Tricarbonzuurcyclus (Krebs-cyclus). Genomen en bewerkt uit: Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins (in het Spaans vertaald door Alejandro Porto).

Het is een van de routes die als centraal worden beschouwd in het metabolisme van organische wezens, omdat het het metabolisme van de belangrijkste moleculen verenigt, waaronder eiwitten, vetten en koolhydraten.

Het is een onderdeel van cellulaire ademhaling en heeft tot doel de energie vrij te maken die is opgeslagen in het acetylco-enzym A-molecuul - de belangrijkste voorloper van de Krebs-cyclus. Het bestaat uit tien enzymatische stappen en, zoals we al zeiden, werkt de cyclus in zowel anabole als katabole routes.

Bij eukaryote organismen vindt de cyclus plaats in de matrix van de mitochondriën. Bij prokaryoten - die geen echte subcellulaire compartimenten hebben - vindt de cyclus plaats in het cytoplasmatische gebied.

Elektronentransportketen

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

De elektronentransportketen bestaat uit een reeks transporteurs die in een membraan zijn verankerd. De keten wil energie opwekken in de vorm van ATP.

De ketens zijn in staat om een ​​elektrochemische gradiënt te creëren dankzij de elektronenstroom, een cruciaal proces voor de synthese van energie.

Vetzuursynthese

Vetzuren zijn moleculen die een zeer belangrijke rol spelen in cellen, ze worden voornamelijk aangetroffen als structurele componenten van alle biologische membranen. Om deze reden is de synthese van vetzuren essentieel.

Het hele syntheseproces vindt plaats in het cytosol van de cel. Het centrale molecuul van het proces wordt malonylco-enzym A genoemd. Het is verantwoordelijk voor het leveren van de atomen die het koolstofskelet vormen van het vetzuur dat wordt gevormd.

Beta-oxidatie van vetzuren

Beta-oxidatie is een proces van afbraak van vetzuren. Dit wordt bereikt door middel van vier stappen: FAD-oxidatie, hydratatie, NAD + oxidatie en thiolyse. Voorheen moest het vetzuur worden geactiveerd door de integratie van co-enzym A.

Het product van de genoemde reacties zijn eenheden gevormd door een paar koolstofatomen in de vorm van acetyl co-enzym A. Dit molecuul kan de Krebs-cyclus ingaan.

De energie-efficiëntie van deze route is afhankelijk van de lengte van de vetzuurketen. Voor palmitinezuur bijvoorbeeld, dat 16 koolstofatomen heeft, is de netto opbrengst 106 ATP-moleculen.

Deze route vindt plaats in de mitochondriën van eukaryoten. Er is ook een andere alternatieve route in een compartiment dat het peroxisoom wordt genoemd.

Omdat de meeste vetzuren zich in het celcytosol bevinden, moeten ze naar het compartiment worden getransporteerd waar ze worden geoxideerd. Transport is afhankelijk van cartinitan, waardoor deze moleculen de mitochondriën kunnen binnendringen.

Metabolisme van nucleotiden

De synthese van nucleotiden is een sleutelgebeurtenis in het cellulaire metabolisme, aangezien dit de voorlopers zijn van de moleculen die deel uitmaken van het genetisch materiaal, DNA en RNA, en van belangrijke energiemoleculen, zoals ATP en GTP.

De voorlopers van nucleotidesynthese omvatten verschillende aminozuren, ribose 5-fosfaat, kooldioxide en NH ₃ . Herstelroutes zijn verantwoordelijk voor de recycling van vrije basen en nucleosiden die vrijkomen bij de afbraak van nucleïnezuren.

De vorming van de purinering vindt plaats uit ribose 5-fosfaat, het wordt een purinekern en uiteindelijk wordt de nucleotide verkregen.

De pyrimidinering wordt gesynthetiseerd als orootzuur. Gevolgd door binding aan ribose 5-fosfaat, wordt het omgezet in pyrimidinenucleotiden.

Fermentatie

De auteur van de originele versie is Gebruiker: Norro. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Fermentaties zijn zuurstofonafhankelijke metabolische processen. Ze zijn van het katabole type en het eindproduct van het proces is een metaboliet die nog steeds oxidatiepotentieel heeft. Er zijn verschillende soorten fermentaties, maar melkzuurgisting vindt plaats in ons lichaam.

Melkzuurgisting vindt plaats in het celcytoplasma. Het bestaat uit de gedeeltelijke afbraak van glucose om metabole energie te verkrijgen. Als afvalstof wordt melkzuur geproduceerd.

Na een intensieve sessie van anaërobe oefeningen is de spier niet met voldoende zuurstofconcentraties en treedt melkzuurgisting op.

Sommige cellen in het lichaam worden gedwongen te fermenteren, omdat ze mitochondriën missen, zoals het geval is bij rode bloedcellen.

In de industrie worden fermentatieprocessen met een hoge frequentie gebruikt om een ​​reeks producten voor menselijke consumptie te produceren, zoals brood, alcoholische dranken, yoghurt, enz.

Referenties

1. Baechle, TR, & Earle, RW (Eds.). (2007). Principes van krachttraining en fysieke conditie. Panamerican Medical Ed.
2. Berg, JM, Stryer, L., en Tymoczko, JL (2007). Biochemie. Ik draaide me om.
3. Campbell, MK en Farrell, SO (2011). Biochemie. Zesde editie. Thomson. Brooks / Cole.
4. Devlin, TM (2011). Textbook of biochemistry. John Wiley & Sons.
5. Koolman, J., en Röhm, KH (2005). Biochemie: tekst en atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Mougios, V. (2006). Oefen biochemie uit. Menselijke kinetiek.
7. Müller-Esterl, W. (2008). Biochemie. Fundamentals voor geneeskunde en levenswetenschappen. Ik draaide me om.
8. Poortmans, JR (2004). Principes van bewegingsbiochemie. 3 ^rd , herziene druk. Karger.
9. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochemie. Panamerican Medical Ed.