LALUAN METABOLIK: JENIS DAN LALUAN UTAMA - BIOLOGI - 2025

Jalan metabolik adalah sekumpulan reaksi kimia, yang dikatalisis oleh enzim. Dalam proses ini, molekul X diubah menjadi molekul Y, melalui metabolit perantaraan. Laluan metabolik berlaku di persekitaran sel.

Di luar sel, reaksi ini akan memakan masa terlalu lama, dan mungkin tidak berlaku. Oleh itu, setiap langkah memerlukan kehadiran protein pemangkin yang disebut enzim. Peranan molekul-molekul ini adalah untuk mempercepat kepantasan setiap tindak balas dalam jalur dengan beberapa perintah magnitud.

Laluan metabolik utama
Sumber: Chakazul (ceramah · contribs), melalui Wikimedia Commons.

Secara fisiologi, laluan metabolik saling berhubung antara satu sama lain. Iaitu, mereka tidak terpencil di dalam sel. Banyak jalan yang paling penting mempunyai persamaan metabolit.

Akibatnya, sekumpulan semua reaksi kimia yang berlaku dalam sel disebut metabolisme. Setiap sel dicirikan dengan menunjukkan prestasi metabolik tertentu, yang ditentukan oleh kandungan enzim di dalamnya, yang pada gilirannya ditentukan secara genetik.

Ciri umum laluan metabolik

Di dalam persekitaran selular, sebilangan besar reaksi kimia berlaku. Kumpulan reaksi ini adalah metabolisme, dan fungsi utama proses ini adalah untuk menjaga homeostasis tubuh dalam keadaan normal, dan juga dalam keadaan tekanan.

Oleh itu, mesti ada keseimbangan aliran metabolit ini. Antara ciri utama laluan metabolik kita mempunyai yang berikut:

Reaksi dikatalisis oleh enzim

Reaksi dikatalisis oleh enzim siklooksigenase (Sumber: Pancrat melalui Wikimedia Commons)

Protagonis laluan metabolik adalah enzim. Mereka bertanggungjawab untuk mengintegrasikan dan menganalisis maklumat mengenai keadaan metabolik dan mampu memodulasi aktiviti mereka berdasarkan keperluan selular pada masa ini.

Metabolisme diatur oleh hormon

Metabolisme diarahkan oleh rangkaian hormon, yang mampu mengkoordinasikan reaksi metabolik, dengan mempertimbangkan keperluan dan prestasi tubuh.

Pembahagian bahagian

Terdapat pembahagian laluan metabolik. Maksudnya, setiap jalur berlaku di petak subselular tertentu, menyebutnya sitoplasma, mitokondria, antara lain. Laluan lain boleh berlaku di beberapa petak secara serentak.

Pembahagian laluan membantu dalam mengatur laluan anabolik dan katabolik (lihat di bawah).

Penyelarasan aliran metabolik

Koordinasi metabolisme dicapai melalui kestabilan aktiviti enzim yang terlibat. Perlu diperhatikan bahawa jalan anabolik dan rakan kataboliknya tidak sepenuhnya bebas. Sebaliknya, mereka diselaraskan.

Terdapat titik-titik enzimatik utama dalam laluan metabolik. Dengan kadar penukaran enzim ini, keseluruhan aliran laluan diatur.

Jenis laluan metabolik

Dalam biokimia, tiga jenis jalan metabolik utama dibezakan. Pembahagian ini dilakukan mengikut kriteria bioenergetik: laluan katabolik, anabolik dan amfibole.

Laluan katabolik

Laluan katabolik merangkumi tindak balas penurunan oksidatif. Mereka dilakukan untuk mendapatkan tenaga dan mengurangkan daya, yang akan digunakan kemudian oleh sel dalam reaksi lain.

Sebilangan besar molekul organik tidak disintesis oleh badan. Sebaliknya, kita mesti memakannya melalui makanan. Dalam tindak balas katabolik, molekul-molekul ini terdegradasi menjadi monomer yang menyusunnya, yang dapat digunakan oleh sel.

Laluan anabolik

Laluan anabolik merangkumi tindak balas kimia sintesis, mengambil molekul kecil dan sederhana dan mengubahnya menjadi unsur yang lebih besar dan lebih kompleks.

Untuk tindak balas ini berlaku, tenaga perlu ada. Dari mana datangnya tenaga ini? Dari jalur katabolik, terutamanya 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 diperlukan oleh tubuh pada masa itu.

Di antara kumpulan metabolit ini, terdapat tiga molekul utama proses: piruvat, asetil koenzim A dan gliserol. Metabolit ini bertanggungjawab untuk menghubungkan metabolisme biomolekul yang berbeza, seperti lipid, karbohidrat, antara lain.

Laluan amfibi

Laluan amfibole berfungsi sebagai jalan anabolik atau katabolik. Iaitu, ini adalah jalan campuran.

Laluan amfibole yang paling terkenal adalah kitaran Krebs. Laluan ini mempunyai peranan penting dalam penurunan karbohidrat, lipid dan asid amino. Walau bagaimanapun, ia juga mengambil bahagian dalam penghasilan pendahuluan untuk laluan sintetik.

Sebagai contoh, metabolit kitaran Krebs adalah pendahuluan separuh daripada asid amino yang digunakan untuk membina protein.

Laluan metabolik utama

Di semua sel yang merupakan sebahagian daripada makhluk hidup, serangkaian jalan metabolik dilakukan. Sebilangannya dikongsi oleh sebahagian besar organisma.

Laluan metabolik ini merangkumi sintesis, degradasi, dan penukaran metabolit yang kritikal untuk hidup. Keseluruhan proses ini dikenali sebagai metabolisme perantaraan.

Sel memerlukan sebatian organik dan anorganik secara kekal, dan juga tenaga kimia, yang diperoleh terutamanya dari molekul ATP.

ATP (adenosin trifosfat) adalah bentuk penyimpanan tenaga yang paling penting dalam semua sel. Dan keuntungan tenaga dan pelaburan laluan metabolik sering dinyatakan dalam molekul ATP.

Laluan terpenting yang terdapat dalam sebilangan besar organisma hidup akan dibincangkan di bawah.

Glikolisis atau glikolisis

Gambar 1: glikolisis vs glukoneogenesis. Tindak balas dan enzim yang terlibat.

Glikolisis adalah jalan yang melibatkan penurunan glukosa hingga dua molekul asid piruvik, memperoleh sebagai keuntungan bersih dua molekul ATP. Ia terdapat di hampir semua organisma hidup dan dianggap cara cepat untuk mendapatkan tenaga.

Secara umum, ia biasanya terbahagi kepada dua peringkat. Yang pertama melibatkan penyebaran molekul glukosa menjadi dua molekul gliseraldehid, membalikkan dua molekul ATP. Pada fasa kedua, sebatian bertenaga tinggi dihasilkan, dan 4 molekul ATP dan 2 molekul piruvat diperoleh sebagai produk akhir.

Laluan boleh diteruskan dengan dua cara yang berbeza. Sekiranya terdapat oksigen, molekul akan menyelesaikan pengoksidaannya dalam rantai pernafasan. Atau, jika tidak berlaku, penapaian berlaku.

Glukoneogenesis

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

Glukoneogenesis adalah jalan untuk sintesis glukosa, bermula dari asid amino (kecuali leusin dan lisin), laktat, gliserol atau mana-mana perantaraan kitaran Krebs.

Glukosa adalah substrat penting untuk tisu tertentu, seperti otak, sel darah merah, dan otot. Bekalan glukosa dapat diperoleh melalui kedai glikogen.

Walau bagaimanapun, apabila ini habis, tubuh mesti memulakan sintesis glukosa untuk memenuhi permintaan tisu - terutamanya tisu saraf.

Laluan ini berlaku terutamanya di hati. Sangat penting kerana, dalam keadaan berpuasa, tubuh dapat terus memperoleh glukosa.

Pengaktifan atau tidak laluan dihubungkan dengan makanan organisma. Haiwan yang memakan diet tinggi karbohidrat mempunyai kadar glukoneogenik rendah, sedangkan diet rendah glukosa memerlukan aktiviti glukoneogenik yang ketara.

Kitaran glikoksilat

Diambil dan diedit dari: Pengunggah asal adalah Adenosine di Wikipedia Bahasa Inggeris. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Kitaran ini unik untuk tanaman dan jenis bakteria tertentu. Laluan ini mencapai transformasi unit asetil dua karbon menjadi unit empat karbon - dikenali sebagai succinate. Kompaun terakhir ini dapat menghasilkan tenaga dan juga boleh digunakan untuk sintesis glukosa.

Sebagai contoh, pada manusia, mustahil untuk hidup dengan asetat sahaja. Dalam metabolisme kita, asetil koenzim A tidak dapat ditukarkan menjadi piruvat, yang merupakan pendahulu jalan glukoneogenik, kerana reaksi enzim piruvat dehidrogenase tidak dapat dipulihkan.

Logik biokimia kitaran serupa dengan kitaran asid sitrik, kecuali dua tahap dekarboksilasi. Ia terjadi pada organel tumbuhan yang sangat spesifik yang disebut glikoksisom, dan sangat penting dalam biji beberapa tanaman seperti bunga matahari.

Kitaran Krebs

Kitaran asid tricarboxylic (kitaran Krebs). Diambil dan diedit dari: Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins (diterjemahkan ke dalam bahasa Sepanyol oleh Alejandro Porto).

Ini adalah salah satu jalan yang dianggap sebagai pusat metabolisme makhluk organik, kerana menyatukan metabolisme molekul yang paling penting, termasuk protein, lemak dan karbohidrat.

Ia adalah komponen pernafasan sel, dan bertujuan untuk melepaskan tenaga yang tersimpan dalam molekul asetil koenzim A - pendahulu utama kitaran Krebs. Ini terdiri dari sepuluh langkah enzimatik dan, seperti yang kita sebutkan, kitaran ini berfungsi di kedua-dua jalur anabolik dan katabolik.

Dalam organisma eukariotik, kitaran berlaku di matriks mitokondria. Di prokariota - yang tidak mempunyai petak subselular yang benar - kitaran berlaku di kawasan sitoplasma.

Rangkaian pengangkutan elektron

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

Rantai pengangkutan elektron terdiri dari serangkaian pengangkut berlabuh dalam membran. Rantai ini bertujuan untuk menghasilkan tenaga dalam bentuk ATP.

Rantai ini mampu mewujudkan kecerunan elektrokimia berkat aliran elektron, proses penting untuk sintesis tenaga.

Sintesis asid lemak

Asid lemak adalah molekul yang memainkan peranan yang sangat penting dalam sel, terutamanya dijumpai sebagai komponen struktur dari membran biologi. Atas sebab ini, sintesis asid lemak sangat penting.

Keseluruhan proses sintesis berlaku di sitosol sel. Molekul pusat proses ini disebut malonyl coenzyme A. Ia bertanggungjawab menyediakan atom yang akan membentuk rangka karbon asid lemak dalam pembentukan.

Pengoksidaan beta asid lemak

Pengoksidaan beta adalah proses penurunan asid lemak. Ini dicapai melalui empat langkah: pengoksidaan FAD, penghidratan, pengoksidaan NAD +, dan thiolysis. Sebelum ini, asid lemak perlu diaktifkan dengan penyatuan koenzim A.

Produk tindak balas yang disebutkan adalah unit yang dibentuk oleh sepasang karbon dalam bentuk asetil koenzim A. Molekul ini dapat memasuki kitaran Krebs.

Kecekapan tenaga laluan ini bergantung pada panjang rantai asid lemak. Untuk asid palmitik, misalnya, yang mempunyai 16 karbon, hasil bersih adalah 106 molekul ATP.

Laluan ini berlaku di mitokondria eukariota. Ada juga jalan alternatif lain di petak yang disebut peroksisom.

Oleh kerana sebahagian besar asid lemak terletak di sitosol sel, ia mesti dibawa ke petak di mana ia akan teroksidasi. Pengangkutan bergantung pada kartinitan, dan membolehkan molekul-molekul ini memasuki mitokondria.

Metabolisme nukleotida

Sintesis nukleotida adalah peristiwa penting dalam metabolisme sel, kerana ini adalah prekursor molekul yang merupakan sebahagian daripada bahan genetik, DNA dan RNA, dan molekul tenaga penting, seperti ATP dan GTP.

Prekursor sintesis nukleotida termasuk asid amino yang berbeza, ribose 5 fosfat, karbon dioksida dan NH ₃ . Jalan pemulihan bertanggungjawab untuk kitar semula asas bebas dan nukleosida yang dibebaskan dari pemecahan asid nukleik.

Pembentukan cincin purin berlaku dari ribosa 5 fosfat, ia menjadi inti purin dan akhirnya nukleotida diperolehi.

Cincin pyrimidine disintesis sebagai asid orotik. Diikuti dengan mengikat ribosa 5 fosfat, ia diubah menjadi nukleotida pyrimidine.

Penapaian

Pengarang versi asal adalah Pengguna: Norro. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Fermentasi adalah proses metabolik bebas oksigen. Mereka adalah jenis katabolik dan produk akhir prosesnya adalah metabolit yang masih mempunyai potensi pengoksidaan. Terdapat pelbagai jenis penapaian, tetapi penapaian laktik berlaku di dalam badan kita.

Fermentasi laktik berlaku di sitoplasma sel. Ia terdiri daripada degradasi separa glukosa untuk mendapatkan tenaga metabolik. Sebagai bahan buangan, asid laktik dihasilkan.

Setelah sesi latihan anaerobik yang sengit, otot tidak mempunyai kepekatan oksigen yang mencukupi dan penapaian laktik berlaku.

Beberapa sel dalam tubuh dipaksa untuk melakukan fermentasi, karena kekurangan mitokondria, seperti halnya sel darah merah.

Dalam industri, proses fermentasi digunakan dengan frekuensi tinggi untuk menghasilkan rangkaian produk untuk penggunaan manusia, seperti roti, minuman beralkohol, yogurt, antara lain.

Rujukan

1. Baechle, TR, & Earle, RW (Eds.). (2007). Prinsip latihan kekuatan dan penyesuaian fizikal. Panamerican Medical Ed.
2. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokimia. Saya terbalik.
3. Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Biokimia. Edisi keenam. Thomson. Brooks / Cole.
4. Devlin, TM (2011). Buku teks biokimia. John Wiley & Anak.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biokimia: teks dan atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Mougios, V. (2006). Latihan biokimia. Kinetik Manusia.
7. Müller-Esterl, W. (2008). Biokimia. Asas perubatan dan sains hayat. Saya terbalik.
8. Poortmans, JR (2004). Prinsip biokimia latihan. 3 ^rd , edisi disemak semula. Karger.
9. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokimia. Panamerican Medical Ed.