6: Метаболізм II — Анаболічні реакції

Last updated
Save as PDF

Page ID: 3563

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Як зазначалося на початку цієї книги, велика частина енергії для життя на цій планеті походить від сонця. В останньому розділі мова йшла про розпад складних молекул, таких як цукри та жири, які містять велику, але важкодоступну потенційну енергію для виробництва молекул, таких як АТФ, які можуть діяти як більш легкодоступні джерела клітинної енергії. Потім ця енергія використовується для синтезу більш складних біомолекул, необхідних для побудови живих клітин. Саме синтез, утворення цукрів, жирних кислот та амінокислот - це основна увага цієї глави. Хоча технічно полімеризація нуклеїнових кислот і білків є анаболічними процесами, вони не включені в цю главу і детально розглядаються окремо.

6.1: Фотосинтез
Так чи інакше, енергія молекул цукру і жиру палива отримується з фотосинтезу - перетворення енергії сонячного світла в енергію хімічного зв'язку, будь то безпосередньо в фотосинтетичних рослинних клітині і певних фотосинтетичних бактеріях, або опосередковано при попаданні цих рослин і бактерій. Фотосинтез - це проста ідея: атмосферні молекули вуглекислого газу з'єднуються з молекулами води з утворенням цукрів і кисню.
6.2: Цикл Кальвіна
Темні (фіксація вуглецю) реакції варіюються в залежності від виду рослини. Найпоширеніший набір реакцій фіксації вуглецю зустрічається у рослин типу С3, які так названі, оскільки основним стабільним проміжним продуктом є 3-вуглецева молекула, гліцеральдегід-3-фосфат. Ці реакції, найбільш відомі як цикл Кальвіна, фіксують CO₂ на пентозу, рибулозу 1,5-біс-фосфат (RubP).
6.3: Пентоза фосфатний шлях
NADP/NADPH використовується в відновних метаболічних шляхах, тоді як NAD/NADH використовується в окислювальних шляхах. Маючи таку важливу роль у біосинтезі, не дивно, що його виробництво є частиною основного метаболічного шляху, шляху фосфату пентози, який також називають фосфоглюконатним шляхом, і шунт гексози монофосфату.
6.4: Глюконеогенез
Процес глюконеогенезу багато в чому є простою протилежністю гліколізу, тому не дивно, що деякі ферменти, що використовуються при гліколізі, такі ж, що використовуються для глюконеогенезу. Однак є кілька винятків. Вони виникли (і, ймовірно, еволюціонували) з двох основних причин - (1) термодинаміка реакції є непомірною, і (2) необхідність незалежного контролю катаболічних і анаболічних процесів.
6.5: Синтез глікогену
Хоча глюкоза є основним паливом для клітин, вона не є ефективною молекулою для тривалого зберігання в складних (тобто більших, ніж одноклітинні) організми. Тому як у рослин, так і у тварин молекули глюкози пов'язані між собою, утворюючи полісахариди, відомі як глюкани. У тварин утворюється глюкан - це глікоген, який складається з молекул глюкози, пов'язаних глікозидними зв'язками. Середній розмір глікогенної одиниці - це цитоплазматична гранула, що містить понад 100000 молекул глюкози.
6.6: Синтез жирних кислот
Система синтази жирних кислот складається з семи ферментів, пов'язаних між собою білком ацильного носія (ACP). Як уже згадувалося, цей комплекс знаходиться в цитоплазмі, тому його субстрати повинні бути також. Ацетил-КоА в цитоплазмі в основному походить від мітохондріального ацетил-КоА через цитрат-малатний човник, який поєднує деацетилювання в мітохондріоні з ацетилюванням в цитозолі.
6.7: Синтез амінокислот
У людини може синтезуватися тільки половина стандартних амінокислот (Glu, Gln, Pro, Asp, Asn, Ala, Gly, Ser, Tyr, Cys), і, таким чином, класифікуються до незамінних амінокислот. У цій групі перші три, глутамат, глютамін та пролін, мають спільний анаболічний шлях. Він починається з глутаматдегідрогенази, яка додає аміак до α-кетоглутарату в присутності NADPH з утворенням глутамату. Це ключова реакція для всього синтезу амінокислот.

Мініатюра: Біохімічні процеси, які руйнують речі від більшого до меншого, називаються катаболічними процесами. Процеси катаболічні часто носять окислювальний характер і вивільнення енергії. Деяка, але не вся ця енергія захоплюється як АТФ. (CC BY-SA-NC; Кевін Ахерн та Індіра Раджагопал).