Sebuah jalur metabolisme adalah seperangkat reaksi kimia, dikatalisasi oleh enzim. Dalam proses ini, molekul X diubah menjadi molekul Y, melalui metabolit antara. Jalur metabolisme terjadi di lingkungan seluler.
Di luar sel, reaksi ini akan memakan waktu terlalu lama, dan beberapa mungkin tidak terjadi. Oleh karena itu, setiap langkah memerlukan adanya protein katalis yang disebut enzim. Peran molekul-molekul ini adalah untuk mempercepat laju setiap reaksi dalam jalur dengan beberapa kali lipat.
Jalur metabolisme utama Sumber: Chakazul (bicara • kontribusi ) [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], melalui Wikimedia Commons.
Secara fisiologis, jalur metabolisme terhubung satu sama lain. Artinya, mereka tidak terisolasi di dalam sel. Banyak dari jalur yang paling penting berbagi metabolit yang sama.
Akibatnya, himpunan semua reaksi kimia yang terjadi dalam sel disebut metabolisme. Setiap sel dicirikan dengan menunjukkan kinerja metabolisme tertentu, yang ditentukan oleh kandungan enzim di dalamnya, yang pada gilirannya ditentukan secara genetik.
Indeks artikel
Karakteristik umum jalur metabolisme
Dalam lingkungan seluler, sejumlah besar reaksi kimia terjadi. Kumpulan reaksi ini adalah metabolisme, dan fungsi utama dari proses ini adalah untuk mempertahankan homeostasis tubuh dalam kondisi normal, dan juga dalam kondisi stres.
Dengan demikian, harus ada keseimbangan fluks metabolit ini. Di antara karakteristik utama jalur metabolisme, kita memiliki yang berikut:
Reaksi dikatalisis oleh enzim
Reaksi yang dikatalisis oleh enzim siklooksigenase (Sumber: Pancrat [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)] melalui Wikimedia Commons)
Protagonis jalur metabolisme adalah enzim. Mereka bertanggung jawab untuk mengintegrasikan dan menganalisis informasi tentang keadaan metabolisme dan mampu memodulasi aktivitas mereka berdasarkan kebutuhan seluler saat itu.
Metabolisme diatur oleh hormon
Metabolisme diarahkan oleh serangkaian hormon, yang mampu mengoordinasikan reaksi metabolisme, dengan mempertimbangkan kebutuhan dan kinerja tubuh.
Kompartemenisasi
Ada kompartementalisasi jalur metabolisme. Artinya, setiap jalur berlangsung di kompartemen subselular tertentu, sebut saja sitoplasma, mitokondria, antara lain. Rute lain dapat terjadi di beberapa kompartemen secara bersamaan.
Kompartemenalisasi jalur membantu mengatur jalur anabolik dan katabolik (lihat di bawah).
Koordinasi aliran metabolisme
Koordinasi metabolisme dicapai melalui stabilitas aktivitas enzim yang terlibat. Perlu dicatat bahwa jalur anabolik dan rekan kataboliknya tidak sepenuhnya independen. Sebaliknya, mereka terkoordinasi.
Ada poin enzimatik kunci dalam jalur metabolisme. Dengan laju konversi enzim ini, seluruh aliran jalur diatur.
Jenis jalur metabolisme
Dalam biokimia, tiga jenis utama jalur metabolisme dibedakan. Pembagian ini dilakukan dengan mengikuti kriteria bioenergi: jalur katabolik, anabolik, dan amfibol.
Rute katabolik
Jalur katabolik meliputi reaksi degradasi oksidatif. Mereka dilakukan untuk mendapatkan energi dan daya pereduksi, yang nantinya akan digunakan oleh sel dalam reaksi lain.
Sebagian besar molekul organik tidak disintesis oleh tubuh. Sebaliknya, kita harus mengkonsumsinya melalui makanan. Dalam reaksi katabolik, molekul-molekul ini didegradasi menjadi monomer yang menyusunnya, yang dapat digunakan oleh sel.
Jalur anabolik
Jalur anabolik terdiri dari reaksi kimia sintesis, mengambil molekul kecil dan sederhana dan mengubahnya menjadi unsur yang lebih besar dan lebih kompleks.
Agar reaksi ini berlangsung, perlu ada energi yang tersedia. Dari mana energi ini berasal? Dari jalur katabolik, terutama 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 dibutuhkan tubuh pada saat itu.
Di antara kumpulan metabolit ini, ada tiga molekul kunci dalam proses: piruvat, asetil koenzim A dan gliserol. Metabolit ini bertanggung jawab untuk menghubungkan metabolisme berbagai biomolekul , seperti lipid, karbohidrat, dan lainnya.
Rute amfibi
Jalur amfibol berfungsi sebagai jalur anabolik atau katabolik. Artinya, itu adalah rute campuran.
Jalur amfibol yang paling terkenal adalah siklus Krebs. Rute ini memiliki peran mendasar dalam degradasi karbohidrat, lipid dan asam amino. Namun, ia juga berpartisipasi dalam produksi prekursor untuk rute sintetis.
Misalnya, metabolit siklus Krebs adalah prekursor setengah dari asam amino yang digunakan untuk membangun protein.
Jalur metabolisme utama
Di semua sel yang merupakan bagian dari makhluk hidup, serangkaian jalur metabolisme dilakukan. Beberapa di antaranya dimiliki oleh sebagian besar organisme.
Jalur metabolisme ini meliputi sintesis, degradasi, dan konversi metabolit yang penting bagi kehidupan. Seluruh proses ini dikenal sebagai metabolisme antara.
Sel secara permanen membutuhkan senyawa organik dan anorganik, serta energi kimia, yang diperoleh terutama dari molekul ATP.
ATP (adenosine triphosphate) adalah bentuk penyimpanan energi yang paling penting di semua sel. Dan perolehan energi dan investasi dari jalur metabolisme sering dinyatakan dalam molekul ATP.
Jalur paling penting yang ada di sebagian besar organisme hidup akan dibahas di bawah ini.
Glikolisis atau glikolisis
Gambar 1: glikolisis vs glukoneogenesis. Reaksi dan enzim yang terlibat.
Glikolisis adalah rute yang melibatkan degradasi glukosa hingga dua molekul asam piruvat, memperoleh sebagai keuntungan bersih dua molekul ATP. Ini hadir di hampir semua organisme hidup dan dianggap sebagai cara cepat untuk mendapatkan energi.
Secara umum, biasanya dibagi menjadi dua tahap. Yang pertama melibatkan perjalanan molekul glukosa menjadi dua molekul gliseraldehida, membalikkan dua molekul ATP. Pada fase kedua, senyawa berenergi tinggi dihasilkan, dan 4 ATP dan 2 molekul piruvat diperoleh sebagai produk akhir.
Rute dapat dilanjutkan dengan dua cara berbeda. Jika ada oksigen, molekul akan menyelesaikan oksidasi mereka dalam rantai pernapasan. Atau, dengan tidak adanya ini, fermentasi terjadi .
Glukoneogenesis
AngelHerraez / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)
Glukoneogenesis adalah jalur untuk sintesis glukosa, dimulai dari asam amino (dengan pengecualian leusin dan lisin), laktat, gliserol atau salah satu zat antara siklus Krebs.
Glukosa merupakan substrat penting untuk jaringan tertentu, seperti otak, eritrosit, dan otot. Pasokan glukosa dapat diperoleh melalui simpanan glikogen.
Namun, ketika ini habis, tubuh harus memulai sintesis glukosa untuk memenuhi kebutuhan jaringan – terutama jaringan saraf.
Jalur ini terjadi terutama di hati. Ini penting karena, dalam situasi puasa, tubuh dapat terus mendapatkan glukosa.
Aktivasi atau tidak dari jalur ini terkait dengan makan organisme. Hewan yang mengkonsumsi diet tinggi karbohidrat memiliki tingkat glukoneogenik rendah, sedangkan diet rendah glukosa memerlukan aktivitas glukoneogenik yang signifikan.
Siklus glioksilat
Diambil dan diedit dari: Pengunggah asli adalah Adenosin di Wikipedia bahasa Inggris. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)
Siklus ini unik untuk tanaman dan jenis bakteri tertentu. Jalur ini mencapai transformasi unit asetil dua karbon menjadi unit empat karbon – yang dikenal sebagai suksinat. Senyawa terakhir ini dapat menghasilkan energi dan juga dapat digunakan untuk sintesis glukosa.
Pada manusia, misalnya, tidak mungkin hidup hanya dengan asetat. Dalam metabolisme kita, asetil koenzim A tidak dapat diubah menjadi piruvat, yang merupakan prekursor jalur glukoneogenik, karena reaksi enzim piruvat dehidrogenase bersifat ireversibel.
Logika biokimia dari siklus ini mirip dengan siklus asam sitrat, dengan pengecualian dua tahap dekarboksilasi. Ini terjadi pada organel tanaman yang sangat spesifik yang disebut glioksisom, dan sangat penting dalam biji beberapa tanaman seperti bunga matahari.
Siklus Krebs
Siklus asam trikarboksilat (siklus Krebs). Diambil dan diedit dari: Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins (diterjemahkan ke dalam bahasa Spanyol oleh Alejandro Porto) [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)].
Ini adalah salah satu rute yang dianggap sentral dalam metabolisme makhluk organik, karena menyatukan metabolisme molekul yang paling penting, termasuk protein, lemak dan karbohidrat.
Ini adalah komponen respirasi seluler , dan bertujuan untuk melepaskan energi yang tersimpan dalam molekul asetil koenzim A – prekursor utama siklus Krebs. Ini terdiri dari sepuluh langkah enzimatik dan, seperti yang kita sebutkan, siklus bekerja di jalur anabolik dan katabolik.
Pada organisme eukariotik, siklus berlangsung dalam matriks mitokondria. Pada prokariota – tidak memiliki kompartemen subseluler sejati – siklus terjadi di wilayah sitoplasma.
Rantai transpor elektron
Pengguna: Rozzychan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)
Rantai transpor elektron terdiri dari serangkaian pengangkut yang ditambatkan dalam membran. Rantai tersebut bertujuan untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP.
Rantai mampu menciptakan gradien elektrokimia berkat aliran elektron, proses penting untuk sintesis energi.
Sintesis asam lemak
Asam lemak adalah molekul yang memainkan peran yang sangat penting dalam sel, terutama mereka ditemukan sebagai komponen struktural dari semua membran biologis. Untuk alasan ini, sintesis asam lemak sangat penting.
Seluruh proses sintesis terjadi di sitosol sel. Molekul pusat dari proses ini disebut malonil koenzim A. Ini bertanggung jawab untuk menyediakan atom yang akan membentuk kerangka karbon asam lemak dalam pembentukan.
Oksidasi beta asam lemak
Oksidasi beta adalah proses pemecahan asam lemak. Ini dicapai melalui empat langkah: oksidasi FAD, hidrasi, oksidasi NAD+, dan tiolisis. Sebelumnya, asam lemak perlu diaktifkan dengan integrasi koenzim A.
Produk dari reaksi tersebut adalah unit yang dibentuk oleh pasangan karbon dalam bentuk asetil koenzim A. Molekul ini dapat memasuki siklus Krebs.
Efisiensi energi dari jalur ini tergantung pada panjang rantai asam lemak. Untuk asam palmitat, misalnya, yang memiliki 16 karbon, hasil bersihnya adalah 106 molekul ATP.
Jalur ini terjadi di mitokondria eukariota. Ada juga rute alternatif lain di kompartemen yang disebut peroksisom.
Karena sebagian besar asam lemak terletak di sitosol sel, mereka harus diangkut ke kompartemen di mana mereka akan dioksidasi. Transportasi bergantung pada cartinitan, dan memungkinkan molekul-molekul ini memasuki mitokondria.
Metabolisme nukleotida
Sintesis nukleotida adalah peristiwa kunci dalam metabolisme sel, karena ini adalah prekursor molekul yang membentuk bagian dari materi genetik, DNA dan RNA, dan molekul energi penting, seperti ATP dan GTP.
Prekursor sintesis nukleotida termasuk asam amino yang berbeda, ribosa 5 fosfat, karbon dioksida dan NH 3 . Jalur pemulihan bertanggung jawab untuk daur ulang basa bebas dan nukleosida yang dilepaskan dari pemecahan asam nukleat.
Pembentukan cincin purin berlangsung dari ribosa 5 fosfat, menjadi inti purin dan akhirnya diperoleh nukleotida.
Cincin pirimidin disintesis sebagai asam orotik. Diikuti dengan mengikat ribosa 5 fosfat, itu diubah menjadi nukleotida pirimidin.
Fermentasi
Penulis versi aslinya adalah Pengguna: Norro. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
Fermentasi adalah proses metabolisme yang tidak bergantung pada oksigen. Mereka adalah jenis katabolik dan produk akhir dari proses adalah metabolit yang masih memiliki potensi oksidasi. Ada berbagai jenis fermentasi, tetapi fermentasi laktat terjadi di tubuh kita.
Fermentasi laktat terjadi di sitoplasma sel. Ini terdiri dari degradasi parsial glukosa untuk mendapatkan energi metabolisme. Asam laktat diproduksi sebagai zat limbah.
Setelah sesi latihan anaerobik yang intens, otot tidak dengan konsentrasi oksigen yang memadai dan terjadi fermentasi laktat.
Beberapa sel dalam tubuh dipaksa untuk berfermentasi, karena mereka kekurangan mitokondria, seperti halnya sel darah merah.
Dalam industri, proses fermentasi digunakan dengan frekuensi tinggi untuk menghasilkan serangkaian produk untuk konsumsi manusia, seperti roti, minuman beralkohol, yogurt, dan lain-lain.
Referensi
- Baechle, TR, & Earle, RW (Eds.). (2007). Prinsip latihan kekuatan dan pengkondisian fisik . Ed. Medis Panamerika.
- Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokimia . saya terbalik.
- Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Biokimia. Edisi keenam. Thomson. Brooks / Cole.
- Devlin, TM (2011). Buku ajar biokimia . John Wiley & Sons.
- Koolman, J., & Rohm, KH (2005). Biokimia: teks dan atlas . Ed. Medis Panamerika.
- Mougios, V. (2006). Latihan biokimia . Kinetika Manusia.
- Muller-Esterl, W. (2008). Biokimia. Dasar-dasar kedokteran dan ilmu kehidupan . saya terbalik.
- Poortman, JR (2004). Prinsip biokimia latihan. 3 rd , edisi revisi. Karger.
- Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokimia . Ed. Medis Panamerika.
