7: Метаболізм II
- Page ID
- 4404
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
В останньому розділі ми зосередилися на метаболічних шляхах, які відігравали важливу окислительну/відновлювальну роль щодо клітинної енергії. У цьому розділі шляхи, які ми охоплюємо, мають меншу роль з енергетичної точки зору, але важливу роль, тим не менш, у катаболізмі та анаболізмі будівельних блоків білків та нуклеїнових кислот, балансі азоту та цукровому балансі. У певному сенсі вони можуть розглядатися як шляхи «кухонної мийки», але слід зазначити, що всі клітинні шляхи важливі. У цьому другому розділі метаболізму ми охоплюємо метаболічні шляхи, які не мають сильного акценту на окисленні/відновленні.
- 7.1: Зберігання та розпад вуглеводів
- Вуглеводи є важливими клітинними джерелами енергії. Вони швидко забезпечують енергію через гліколіз та проходження проміжних продуктів до шляхів, таких як цикл лимонної кислоти, метаболізм амінокислот (опосередковано) та шлях пентози фосфату. Тому важливо зрозуміти, як створюються ці важливі молекули.
- 7.2: Пентоза фосфат шлях
- Частини ППС схожі на цикл Кальвіна рослин, також відомий як темні реакції фотосинтезу. Ці реакції ми обговорюємо окремо в наступному розділі. Основними функціями ППС є отримання NADPH (для використання в анаболічних скороченнях), рибозо-5-фосфату (для виготовлення нуклеотидів) та еритрозо-4-фосфату (для виготовлення ароматичних амінокислот). Три молекулярні проміжні продукти гліколізу можуть переходити в ППС (або використовуватися як зазвичай при гліколізі).
- 7.3: Цикл Кальвіна
- Цикл Кальвіна відбувається виключно в фотосинтетичних організмах і є частиною фотосинтезу, який називають «Темним циклом». Саме в цій частині процесу вуглекислий газ забирається з атмосфери і в кінцевому підсумку вбудовується в глюкозу (або інші цукру). Хоча для зменшення вуглекислого газу до глюкози в кінцевому підсумку потрібні електрони з дванадцяти молекул NADPH (і 18 АТФ). Одне зниження відбувається в 12 разів (1,3 BPG до G3P) для досягнення зниження, необхідного для отримання однієї глюкози.
- 7.4: Рослини C4
- Цикл Кальвіна - це засіб, за допомогою якого рослини засвоюють вуглекислий газ з атмосфери, в кінцевому рахунку, в глюкозу. Рослини використовують дві загальні стратегії для цього. Перший використовується рослинами, які називаються рослинами С3 (більшість рослин), і він просто включає шлях, описаний вище. Інший клас рослин, званий заводами С4, використовує нову стратегію концентрації CO2 до асиміляції.
- 7.5: Цикл сечовини
- Ще одним циклічним шляхом, важливим для клітин, є цикл сечовини (рис. 7.5.1). При реакціях, що охоплюють цитоплазму і мітохондрії, цикл сечовини відбувається здебільшого в печінці та нирках. Цикл відіграє важливу роль в балансі азоту в клітині і знаходиться в організмах, які виробляють сечовину як спосіб виведення надлишків амінів.
- 7.6: Фіксація азоту
- Процес фіксації азоту важливий для життя на землі, тому що атмосферний азот в кінцевому підсумку є джерелом амінів в білках і ДНК. Фермент, який відіграє важливу роль у цьому процесі, називається нітрогеназою, і він міститься в певних типах анаеробних бактерій, які називаються діазотрофами. Симбіотичні відносини між деякими рослинами (наприклад, бобовими) та азотфіксуючими бактеріями забезпечують рослинам доступ до зниженого азоту.
- 7.7: Метаболізм амінокислот
- Шляхи синтезу і деградації амінокислот, що використовуються в білках, є найрізноманітнішими серед реакцій, що синтезують біологічні будівельні блоки. Почнемо з деяких термінів. По-перше, не всі організми можуть синтезувати всі необхідні їм амінокислоти. Амінокислоти, які організм не може синтезувати (а тому повинен мати у своєму раціоні), називаються незамінними амінокислотами. Решта амінокислоти, які організм може синтезувати, називаються несуттєвими.
- 7.8: Амінокислотний катаболізм
- Розщеплення глютамина глутаміназою є джерелом іона амонію в клітині. Інший продукт - глутамат. Глутамат, звичайно, може бути перетворений реакцією трансамінації в альфа-кетоглутарат, який може окислюватися в циклі лимонної кислоти.
- 7.9: Метаболізм нуклеотидів
- Синтез рибонуклеотидів методом de novo відбувається двома шляхами — один для пуринів і один для піримідинів. Що примітно в обох цих шляхах, так це те, що нуклеотиди побудовані з дуже простих будівельних блоків.
- 7.10: Піримідин де новий біосинтез
- Вихідні матеріали для біосинтезу піримідину включають бікарбонат, амін з глютаміну та фосфат з АТФ для отримання карбамоїл-фосфату (аналогічно реакції циклу сечовини). Приєднання карбамоїлфосфату до аспарагінової кислоти (утворюючи карбамоїласпартат) каталізується найважливішим регуляторним ферментом циклу, аспартат-транскарбамойлазою (також називається аспартаткарбамойлтрансферазою або ATCase).
- 7.11: Пурин де новий біосинтез
- Синтез пуринових нуклеотидів принципово відрізняється від синтезу піримідинових нуклеотидів тим, що основи побудовані на рибозному кільці. Вихідним матеріалом є рибоза 5-фосфат, який фосфорилюється PRPP синтетазою до PRPP з використанням двох фосфатів з АТФ. PRPP амідотрансфераза каталізує перенесення амінної групи в PRPP, замінюючи пірофосфат на вуглець 1. Так починається синтез пуринового кільця.
- 7.12: Дезоксирибонуклеотид нового біосинтезу
- Синтез дезоксирибонуклеотидів de novo вимагає цікавого ферменту під назвою рибонуклеотидредуктаза (РНР). РНР каталізує утворення дезоксирибонуклеотидів з рибонуклеотидів. Найпоширенішою формою РНР є фермент I типу, субстратами якого є рибонуклеозидні дифосфати (ADP, GDP, CDP або UDP), а продукти - дезоксирибонуклеозидні дифосфати (dAdP, dGDP, DCDP або dUDP). Нуклеотиди тимідину синтезуються з DuDP.
Мініатюра: Метаболічна карта метро. Зображення, що використовується з дозволу (CC BY-SA 4.0; Чаказул).