Pregled metabolizma
thumb|right|300px|Shematska slika metabolizma
Metabolizem je serija povezanih encimsko kataliziranih reakcij znotraj živih organizmov. V osnovi delimo metabolizem na katabolizem in anabolizem. Katabolizem je razgradnja večjih molekul na manjše, anabolizem pa je izgradnja večjih molekul iz manjših. Iz energijskega vidika se omenjena procesa ločita po tem, da pri katabolizmu energija nastaja pri anabolizmu pa se porablja.
Metabolizem ogljikovih hidratov
Razgradnja glukoze
thumb|250px|Cikel citronske kisline
Razgradnja glukoze (osrednji proces na shematski sliki) ima v metabolizmu osrednjo vlogo, saj je ta osnovni proces pridobivanja energije v obliki ATP. Razgradnja glukoze lahko poteka aerobno ali pa anaerobno, pri čemer je večji energetski izkoristek pri aerobnem procesu. Ta dva procesa se razlikujeta po terminalnem akceptorju elektronov. Pri aerobnem procesu je to kisik, pri anaerobnem pa katera druga organska ali anorganska spojina.
Oba procesa si delita prvo stopnjo, ki se imenuje glikoliza. Glikoliza je razgradnja glukoze do piruvata, pri čemer nastaneta dve molekuli ATP na vsako molekulo glukoze. Po glikolizi pride pri anaerobnem procesu do alkoholnega vrenja ali pa do nastanka mlečne kisline. Aerobna pot se začne z dekarboksilacijo pri čemer nastane Ac-CoA (acetil koencim A) ter en NADH. Nadaljuje se z vstopom Ac-CoA v cikel citronske kisline (Krebsov cikel). Pri tem se sprošča CO2 in nastajajo ATP, NADH in FADH2. Te snovi potem vstopajo v dihalno verigo, kjer oddajo elektrone. Njihova energija se najprej pretvori v pH gradient, ki se nato na ATP-sintazi porabi za fosforilacijo ADP v ATP. Na koncu sprejme elektrone kisik.
Glukoneogeneza
Glukoneogeneza je proces obraten glikolizi. Je zelo potraten, saj terja hidrolizo veliko več ATP molekul, kot jih nastane pri glikolizi. Vendar ta proces ni pogost in poteka v jetrih le v primeru stradanja - ko se porabi glikogen in je nivo glukoze v krvi zelo majhen.
Fotosinteza
thumb|left|250px|Calvinov cikel
Fotosinteza je sklop procesov anabolizma, kjer je vir energije elektromagnetno valovanje. Različni tipi fotosintez se razlikujejo po viru elektronov. Pri fotosintezi zelenih rastlin je donor elektronov voda. Fotosintezo sestavljata dva procesa, svetlobni in temotni proces. Sta sklopljena, saj drug brez drugega ne potekata. Pri svetlobnem procesu foton v reakcijskem mestu odcepi elektron, ki se nato prek prenašalcev prenese do končnega akceptorja NADP+. Ob tem pride do prenosa protonov čez membrano, tako da se tvori pH gradient. Ta se pretvori v energijo podobno kot pri Krebsovem ciklu. Temotni proces je za razliko od svetlobnega povsem kemijski. Gre namreč za fiksacijo in redukcijo CO2 na ribozo 1,5-bisfosfat. Pri tem nastaneta dva 3-fosfoglicerata, ki se reducirata z NADPH v 3-fosfogliceraldehid, ki se pretvarja v različno dolge fosfosladkorje. Calvinov cikel se ponovi, ko se regenerira riboza 1,5-bisfosfat iz riboze 5-fosfat. Pri tem ostane še nekaj fosfosladkorjev, ki kasneje tvorijo glukozo.
Fosfoglukonatna pot
Fosfoglukonatna pot je metabolna pot, pri kateri prihaja do regeneracija NADPH, ki se potem uporabi pri anabolizmu. Je edini proces katabolizma, kjer nastane NADPH. Pri samem procesu (ki je podoben obratnem temotnem procesu), se glukoza pretvori v ribozo (eden derivatov nukleinskih kislin), CO2 in NADPH. Sodeluje tudi pri sintezi različno dolgih monosaharidov.
Metabolizem lipidov
Med lipide uvrščamo strukturno zelo raznolike spojine, ki se na različne načine vključujejo v metabolizem.
Triacilglicerol se ob delovanju lipaz v maščobnih celicah razgradi na glicerol in maščobne kisline. Glicerol se v jetrih pretvori v piruvat in se vključi v Krebsov cikel ali pa vstopi v glukoneogenezo. Maščobne kisline se lahko razgrajujejo v vseh tkivih. Njihova oksidacija poteka v mitohondrijih, kjer v cikličnih korakih tvorijo komplekse s CoA in se ob tem krajšajo za dva ogljikova atoma. Ac-CoA se nato vključuje v Krebsov cikel.
thumb|right|200px|Acetil koencim A
Verige maščobnih kislin se izgrajujejo s kondenzacijo Ac-CoA. Po izgradnji pa se lahko modifcirajo v membrani endoplazmatskega retikla. V citosolu se maščobne kisline z glicerolom lahko združijo v triacilglicerol ali pa tvorijo druge vrste lipidov, npr. prostaglandine.
Tudi anabolizem steroidov se lahko začne s kondenzacijo Ac-CoA. Pri tej sintezni poti sta pomembna intermediata IPP (izopentil pirofosfat) in DMAPP (dimetilalil pirofosfat), ki se združujeta v daljše terpenske verige. Te se lahko tudi ciklizirajo. Katabolizem oz. oksidacija steroidov pri človeku poteče do žolčnih kislin.
Metabolizem aminokislin
Aminokisline so v procesih katabolizma produkti proteolize. Ta se vrši v proteasomu.
Nadaljnja razgradnja aminoksilin poteka z odstranitvijo α-aminske skupine oz. deaminacijo. Reakcijo katalizirajo aminotransferaze. Amonijev ion, ki ob tem nastane, se lahko pretvori v sečnino ali pa sečno kislino, odvisno od življenjskega okolja organizma. α-ketokisline se razgrajujejo različno, odvisno od izhodiščne aminokisline. Končni produkt razgradnje je lahko piruvat, Ac-CoA ali pa kateri izmed intermediatov Krebsovega cikla.
Biosinteza aminokislin vključuje aminacijo α-ketokislin prek aminotransferaz. Donor dušika je najčeščeje glutamat, ki se sintetizira ob rekciji amonijevega iona s ketoglutaratom. Nekatere aminoksline so prekurzorji drugih (npr. serin glicina). Glede na to, ali je neko aminoksilino naše telo sposobno sintetizirati, jih delimo na esencialne in neesencialne.
Aminokisline so v procesih anabolizma pogosto prekurzorji drugih dušik vsebujočih spojin (npr. hormonov, nukleotidov).
Metabolizem nukleotidov
Nukleotidi so v procesih katabolizma vmesni produkti razcepa nukleinskih kislin, ki ga katalizirajo nukleaze.
V naslednjih korakih se nukleotidi razgradijo na fosfat in nukleozid. Slednji se razgradi še na pentozo in dušikovo bazo. Dušikove baze se lahko popolnoma razgradijo, vendar pa jih zaradi energijsko zahtevne sinteze organizmi pogosteje ponovno uporabijo (reciklirajo).
Biosinteza dušikovih baz poteče z združevanjem aminokislin. Baza skupaj z ribozo-5-fosfatom tvori prekurzorski nukleotid. Prekurzor purinov je IMP (inozin monofosfat), pirimidinov pa UMP (uridin monofosfat). Deoksiribonukleotidi nastanejo iz ribonukleotidov v reakciji, ki jo katalizira encim ribonukleotid reduktaza.
Viri
- Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. Biochemistry. 6.izdaja. New York: W.H. Freeman and Company, 2007.
- http://en.wikipedia.org/wiki/Metabolism
- http://en.wikipedia.org/wiki/Glycolysis
- http://en.wikipedia.org/wiki/Citric_acid_cycle
- http://en.wikipedia.org/wiki/Amino_acid_synthesis
- http://en.wikipedia.org/wiki/Beta_oxidation
- http://en.wikipedia.org/wiki/Fatty_acid_synthesis
- http://en.wikipedia.org/wiki/Photosynthasis
