Suntem chimie pura. Orice fiinta vie trebuie sa fie capabila sa gazduiasca in ea „fabrici” si „industrii” care, pe de o parte, genereaza energia necesara pentru a mentine functionale toate procesele vitale si, pe de alta parte, consuma energie pentru a produce molecule care, inca o data,ne tin in viata.
In acest sens, oamenii, si orice alta fiinta vie, sunt un „cuptor” de reactii chimice. In interiorul celulelor noastre au loc o serie de procese biochimice in care moleculele, care provin din alimentele pe care le consumam, se descompun, eliberand astfel energie.
Ulterior, aceasta energie care a fost obtinuta este consumata si de celula pentru a ramane activa si a sintetiza moleculele de care are nevoie pentru a ne garanta sanatatea. Aceasta energie este necesara, printre multe altele, pentru a permite comunicarea intre neuroni, a reinnoi si a regenera celulele, a permite miscarile musculare, a activa sistemul imunitar etc.
Acest echilibru delicat intre obtinerea si consumul de energie se numeste metabolism. Si in corpul nostru au loc diferite rute metabolice, care au importanta individuala, dar sunt legate intre ele. In articolul de astazi vom intelege ce sunt caile metabolice, ce caracteristici au fiecare dintre diferitele tipuri si vom vedea exemple pentru fiecare.
Care sunt caile metabolice?
In linii mari, o cale metabolica este o reactie chimica in care o molecula A este transformata intr-o molecula B. Daca molecula B este mai complexa decat A, va fi necesar sa cheltuiesti energie pentru a o genera, dar daca este mai simpla, acest proces va genera energie.
Acesta este doar un rezumat. Dar realitatea este ca biochimia si tot ceea ce are de-a face cu metabolismul este printre cele mai complicate din biologie, deoarece aceste reactii chimice, pe langa faptul ca sunt implicate multe molecule diferite, sunt legate intre ele, astfel incat nu pot fi studiate. intr-o maniera compartimentata.
Dar din moment ce scopul de astazi nu este sa facem o clasa de biochimie pura, vom incerca sa o simplificam cat mai mult, astfel incat ceva atat de complex precum metabolismul sa fie macar putin mai de inteles.
Si pentru a intelege ce este metabolismul, vom prezenta cativa protagonisti: celule, metaboliti, enzime, energie si materie . Acum ii vom vedea unul cate unul si le vom analiza rolul.
Toate reactiile chimice au loc in interiorul celulelor noastre. Aceasta inseamna ca fiecare dintre procesele de obtinere (si consumare) energie are loc in interiorul celulelor noastre, fie ca sunt sistemul nervos sau muschii. In functie de traseu, aceasta va avea loc in citoplasma, in nucleu, in mitocondrii etc.
Si este ca mediul intern al celulelor indeplineste toate conditiile necesare pentru a permite reactiilor chimice de obtinere (si consumare) energie sa fie eficiente. Dar de ce? Foarte simplu: pentru ca in interiorul celulelor este locul in care avem cateva molecule esentiale pentru a accelera reactiile chimice. Aceste molecule se numesc enzime.
Aceste enzime sunt molecule care accelereaza conversia unui metabolit in altul. Fara ele, reactiile chimice ar fi prea lente si unele ar putea nici macar sa nu aiba loc. Incercarea de a dezvolta reactii chimice in afara celulelor ar fi ca si cum ai incerca sa aprinzi o petarda in apa. Si fa-o fara enzime, incearca sa aprinzi fitilul fara foc.
In acest sens, enzimele sunt „mai usoarele” noastre, ele fiind moleculele care fac posibila aceasta conversie a metabolitilor. Si am vorbit de ceva vreme despre metaboliti, dar ce sunt ei mai exact? Metabolitii sunt fiecare dintre moleculele care sunt generate intr-o reactie chimica.
Orice substanta produsa in timpul metabolismului se numeste metabolit. Sunt momente cand sunt doar doua, o substanta parinte (metabolitul A) si un produs final (metabolitul B), dar de marea majoritate a ori, intre sursa si final, exista zeci de metaboliti intermediari.
Fiecare pas de la un metabolit la altul este posibil prin actiunea enzimelor. Si este esential ca in interiorul celulelor noastre sa existe un echilibru corect intre metaboliti, deoarece acest lucru face posibil ca organismul nostru sa isi mentina homeostazia, adica ca functiile noastre vitale sa ramana stabile.
Si lipsesc doua concepte: energie si materie. Si acestea trebuie analizate impreuna, deoarece metabolismul si reactiile metabolice in sine sunt un fel de „dans” intre energie si materie. Acestea sunt legate si trebuie sa-si gaseasca echilibrul.
Materia este substanta organica care da nastere organelor si tesuturilor noastre. Si energia, „forta” care da combustibil celulelor noastre pentru ca acestea sa-si poata indeplini functiile. Si spunem ca sunt strans legate pentru ca pentru a obtine energie trebuie sa consumi materie (care provine din alimente), dar pentru a genera materie trebuie sa consumi si energie.
Si pe asta se bazeaza metabolismul. In functie de ceea ce are nevoie organismul, fie va arde materia pentru energie, fie va consuma energie pentru a face materie organica. Si aici este cheia pentru a intelege cum difera diferitele tipuri de cai metabolice .
Care sunt principalele cai metabolice?
Dupa cum am spus, caile metabolice sunt concepute pentru a obtine energie (prin degradarea materiei organice) sau pentru a genera materie (prin consumul de energie). Aceasta este ideea de baza, dar sunt sute de nuante si precizari pe care le-am putea face, dar cu acest rezumat ne va ajuta.
Cele trei cai metabolice principale se nasc din acest criteriu, adica din scopul reactiilor chimice pe care le desfasoara. Mai jos le vom parcurge pe rand si vom prezenta exemple de cai metabolice specifice.
1. Caile catabolice
Caile catabolice sunt reactii chimice accelerate de enzime care permit degradarea oxidativa a materiei organice. Cu alte cuvinte, o cale catabolica este aceea in care materia organica este consumata pentru a obtine energie pe care celula o foloseste pentru a ramane in viata si a-si indeplini functia.
Pentru a gasi o metafora, o cale catabolica este ceea ce se intampla intr-un cos de fum. Prin foc (care ar fi enzima), ardem materia organica (o degradam) cu scopul de a genera energie, in acest caz sub forma de caldura.
In functie de celula, aceasta energie va merge catre o functie sau alta. Muschii, de exemplu, degradeaza materia organica pentru a obtine combustibil care sa faca posibila contractarea fibrelor musculare si astfel sa ne permita sa apucam obiecte, sa alergam, sa sarim etc.
Dar din moment ce nu ne putem consuma propria materie organica (corpul face asta doar in situatii de urgenta), aceasta materie trebuie sa vina din exterior. Si de aceea mancam.
Alimentele au unicul scop de a oferi corpului nostru niste metaboliti pe care ii poate descompune in altii mai simpli si, ca urmare a acestei defalcari a moleculelor, elibereaza energie sub forma de ATP, care este molecula „combustibil” a corpului nostru. Asa cum masinile consuma benzina pentru a rula, celulele noastre consuma ATP. Toate reactiile catabolice culmineaza cu obtinerea acestui ATP, desi exista diferente substantiale intre ele pe parcurs.
Cele mai importante exemple de catabolism cu glicoliza si beta oxidare. Glicoliza este o cale metabolica in care, pornind de la glucoza (adica zahar), incepe sa se degradeze in molecule din ce in ce mai simple pana da nastere la doua molecule de piruvat (pentru fiecare molecula de glucoza se obtin doua), obtinandu-se un castig. a doua molecule de ATP. Este cea mai rapida modalitate de a obtine energie si cea mai eficienta.
Beta oxidarea, intre timp, este o cale metabolica similara, dar nu porneste de la glucoza, ci de la acizi grasi. Calea metabolica este mai complexa si are ca obiectiv degradarea lanturilor de acizi grasi pentru a da nastere unei molecule cunoscute sub numele de acetil-CoA (coenzima A), care intra intr-o alta cale metabolica cunoscuta sub numele de ciclul Krebs si pe care o vom vedea mai tarziu. .
2. Cai anabolice
Caile anabolice sunt reactii chimice accelerate de enzime care permit sinteza materiei organice. Cu alte cuvinte, reactiile anabolice sunt acelea in care nu se obtine energie, ci dimpotriva , deoarece aceasta trebuie consumata pentru a trece de la molecule simple la molecule mai complexe. Este inversul catabolicului.
Reactiile catabolice au culminat cu producerea de ATP. Aceste molecule de „combustibil” sunt folosite de caile anabolice (deci spunem ca toate caile sunt interconectate) pentru a sintetiza molecule complexe din cele simple, avand ca obiectiv principal regenerarea celulelor si mentinerea sanatoase a organelor si tesuturilor organismului.
Exemple de cai anabolice importante sunt gluconeogeneza, biosinteza acizilor grasi si ciclul Calvin. Gluconeogeneza este inversul glicolizei, deoarece in acest caz, pornind de la aminoacizi sau alte molecule simple structural, ATP este consumat cu scopul de a sintetiza molecule din ce in ce mai complexe pentru a da nastere glucozei, care este esentiala pentru hranirea organismului, creierului si muschilor. . Aceasta cale anabolica este foarte importanta atunci cand nu ingeram glucoza prin alimente si trebuie sa „prindem” rezervele pe care le avem sub forma de glicogen.
Biosinteza acizilor grasi, intre timp, este inversul oxidarii beta. Aceasta cale anabolica, gratie consumului de ATP si aportului moleculelor precursoare, permite sinteza lanturilor de acizi grasi, ceva foarte important pentru formarea membranelor celulare.
Iar ciclul Calvin este o ruta anabolica exclusiva a organismelor fotosintetice (cum ar fi plantele), o faza esentiala a fotosintezei in care ATP se obtine datorita energiei luminii si atomilor de carbon prin CO2, permitand astfel sinteza glucozei.
3. Caile amfibolilor
Caile amfibolice, dupa cum se poate deduce din denumirea lor, sunt reactii chimice mixte metabolic , adica cai in care unele faze sunt tipice catabolismului, iar altele, anabolismului. Acest lucru le permite sa dea precursori (metaboliti) altor cai si, de asemenea, sa preia metaboliti de la altele, devenind astfel piese centrale ale metabolismului.
Calea amfibolica prin excelenta este ciclul Krebs. Ciclul Krebs este una dintre cele mai importante cai metabolice la fiintele vii, deoarece unifica metabolismul celor mai importante molecule organice: carbohidrati, acizi grasi si proteine.
Este, de asemenea, una dintre cele mai complexe, dar poate fi rezumata ca fiind constand din reactiile chimice de „respiratie” ale celulelor. Avand loc in interiorul mitocondriilor si pornind de la o molecula cunoscuta sub numele de acetil coenzima A, un proces biochimic incepe cu diferite etape care culmineaza cu eliberarea de energie sub forma de ATP (partea catabolica), dar precursorii sunt sintetizati si pentru alte cai metabolice care sunt. destinat sintezei moleculelor organice (partea anabolica), in special aminoacizilor.
