CÁC CON ĐƯỜNG TRAO ĐỔI CHẤT: CÁC LOẠI VÀ CÁC CON ĐƯỜNG CHÍNH - SINH HỌC - 2026

Một con đường trao đổi chất là một tập hợp các phản ứng hóa học, xúc tác bởi enzym. Trong quá trình này, phân tử X được biến đổi thành phân tử Y bằng các chất chuyển hóa trung gian. Con đường trao đổi chất diễn ra trong môi trường tế bào.

Bên ngoài tế bào, những phản ứng này sẽ mất quá nhiều thời gian và một số có thể không xảy ra. Do đó, mỗi bước cần có sự hiện diện của protein xúc tác gọi là enzym. Vai trò của các phân tử này là tăng tốc độ của mỗi phản ứng trong quá trình theo một số bậc của cường độ.

Các tuyến trao đổi chất chính
Nguồn: Chakazul (talk · contribs), qua Wikimedia Commons.

Về mặt sinh lý, các con đường trao đổi chất được kết nối với nhau. Có nghĩa là, chúng không bị cô lập trong tế bào. Nhiều con đường quan trọng nhất có chung các chất chuyển hóa.

Do đó, tập hợp tất cả các phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào được gọi là quá trình trao đổi chất. Mỗi tế bào được đặc trưng bởi biểu hiện một hiệu suất trao đổi chất cụ thể, được xác định bởi hàm lượng của các enzym bên trong, đến lượt nó được xác định về mặt di truyền.

Đặc điểm chung của các con đường trao đổi chất

Trong môi trường tế bào, một số lượng lớn các phản ứng hóa học xảy ra. Tập hợp của những phản ứng này là sự trao đổi chất, và chức năng chính của quá trình này là duy trì cân bằng nội môi của cơ thể trong điều kiện bình thường và cả trong điều kiện căng thẳng.

Vì vậy, cần phải có sự cân bằng về thông lượng của các chất chuyển hóa này. Trong số các đặc điểm chính của con đường trao đổi chất, chúng ta có những đặc điểm sau:

Các phản ứng được xúc tác bởi các enzym

Phản ứng được xúc tác bởi các enzym cyclooxygenase (Nguồn: Pancrat qua Wikimedia Commons)

Các chất chính của con đường trao đổi chất là các enzym. Chúng chịu trách nhiệm tích hợp và phân tích thông tin về trạng thái trao đổi chất và có khả năng điều chỉnh hoạt động của chúng dựa trên các yêu cầu của tế bào tại thời điểm này.

Sự trao đổi chất được điều chỉnh bởi các hormone

Quá trình trao đổi chất được chỉ đạo bởi một loạt các hormone, có khả năng điều phối các phản ứng trao đổi chất, xem xét nhu cầu và hiệu suất của cơ thể.

Phân khu

Có một sự ngăn cách của các con đường trao đổi chất. Đó là, mỗi con đường diễn ra trong một ngăn dưới tế bào cụ thể, được gọi là tế bào chất, ti thể, trong số những ngăn khác. Các tuyến khác có thể xảy ra đồng thời ở nhiều ngăn.

Sự ngăn cách của con đường giúp điều chỉnh các con đường đồng hóa và dị hóa (xem bên dưới).

Điều phối dòng chuyển hóa

Sự phối hợp của quá trình trao đổi chất được thực hiện thông qua sự ổn định hoạt động của các enzym liên quan. Cần lưu ý rằng con đường đồng hóa và các con đường dị hóa của chúng không hoàn toàn độc lập. Ngược lại, chúng được phối hợp với nhau.

Có những điểm enzym quan trọng trong con đường trao đổi chất. Với tốc độ chuyển đổi của các enzym này, toàn bộ dòng chảy của con đường được điều chỉnh.

Các loại con đường trao đổi chất

Trong hóa sinh, người ta phân biệt ba loại con đường trao đổi chất chính. Sự phân chia này được thực hiện theo các tiêu chí về năng lượng sinh học: các con đường dị hóa, đồng hóa và amphibole.

Các tuyến đường dị hóa

Con đường dị hóa bao gồm các phản ứng phân hủy oxy hóa. Chúng được thực hiện để thu năng lượng và giảm năng lượng, sau này sẽ được tế bào sử dụng trong các phản ứng khác.

Hầu hết các phân tử hữu cơ không được tổng hợp bởi cơ thể. Ngược lại, chúng ta phải tiêu thụ nó qua đường ăn uống. Trong các phản ứng dị hóa, các phân tử này bị phân hủy thành các đơn phân tạo nên chúng, có thể được sử dụng bởi tế bào.

Các tuyến đường đồng hóa

Con đường đồng hóa bao gồm các phản ứng hóa học tổng hợp, lấy các phân tử nhỏ, đơn giản và biến đổi chúng thành các nguyên tố lớn hơn, phức tạp hơn.

Để các phản ứng này diễn ra, cần phải có năng lượng. Năng lượng này đến từ đâu? Từ các con đường dị hóa, chủ yếu ở dạng ATP.

Bằng cách này, các chất chuyển hóa được tạo ra bằng con đường dị hóa (được gọi chung là "nhóm chất chuyển hóa") có thể được sử dụng trong con đường đồng hóa để tổng hợp các phân tử phức tạp hơn mà cơ thể cần vào lúc này.

Trong số các chất chuyển hóa này, có ba phân tử quan trọng của quá trình: pyruvate, acetyl coenzyme A và glycerol. Những chất chuyển hóa này chịu trách nhiệm kết nối sự trao đổi chất của các phân tử sinh học khác nhau, chẳng hạn như lipid, carbohydrate, trong số những chất khác.

Các tuyến đường đổ bộ

Con đường amphibole hoạt động như một con đường đồng hóa hoặc dị hóa. Đó là, nó là một tuyến đường hỗn hợp.

Con đường amphibole được biết đến nhiều nhất là chu trình Krebs. Tuyến đường này có một vai trò cơ bản trong quá trình phân giải carbohydrate, lipid và axit amin. Tuy nhiên, nó cũng tham gia vào quá trình sản xuất tiền chất cho các con đường tổng hợp.

Ví dụ, các chất chuyển hóa trong chu trình Krebs là tiền chất của một nửa số axit amin được sử dụng để xây dựng protein.

Các con đường trao đổi chất chính

Trong tất cả các tế bào là một phần của cơ thể sống, một loạt các con đường trao đổi chất được thực hiện. Một số trong số này được chia sẻ bởi hầu hết các sinh vật.

Các con đường chuyển hóa này bao gồm tổng hợp, phân hủy và chuyển đổi các chất chuyển hóa quan trọng đối với sự sống. Toàn bộ quá trình này được gọi là quá trình trao đổi chất trung gian.

Tế bào luôn cần các hợp chất hữu cơ và vô cơ, và cả năng lượng hóa học, năng lượng này chủ yếu thu được từ phân tử ATP.

ATP (adenosine triphosphate) là dạng dự trữ năng lượng quan trọng nhất trong tất cả các tế bào. Và năng lượng thu được và đầu tư của các con đường trao đổi chất thường được thể hiện dưới dạng phân tử ATP.

Các con đường quan trọng nhất hiện diện trong phần lớn các cơ thể sống sẽ được thảo luận dưới đây.

Glycolysis hoặc đường phân

Hình 1: đường phân so với tạo gluconeogenesis. Các phản ứng và các enzym tham gia.

Đường phân là một con đường liên quan đến sự phân hủy glucose lên đến hai phân tử axit pyruvic, thu được hai phân tử ATP. Nó có mặt trong hầu hết các sinh vật sống và được coi là một cách nhanh chóng để thu được năng lượng.

Nói chung, nó thường được chia thành hai giai đoạn. Đầu tiên liên quan đến việc chuyển phân tử glucose thành hai phân tử glyceraldehyd, đảo ngược hai phân tử ATP. Trong giai đoạn thứ hai, các hợp chất năng lượng cao được tạo ra, và 4 phân tử ATP và 2 phân tử pyruvate được tạo ra như sản phẩm cuối cùng.

Lộ trình có thể tiếp tục theo hai cách khác nhau. Nếu có oxy, các phân tử sẽ kết thúc quá trình oxy hóa của chúng trong chuỗi hô hấp. Hoặc, trong trường hợp không có điều này, quá trình lên men xảy ra.

Gluconeogenesis

AngelHerraez / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Gluconeogenesis là một con đường tổng hợp glucose, bắt đầu từ các axit amin (ngoại trừ leucine và lysine), lactate, glycerol hoặc bất kỳ chất trung gian nào của chu trình Krebs.

Glucose là chất nền cần thiết cho một số mô, chẳng hạn như não, tế bào hồng cầu và cơ. Nguồn cung cấp glucose có thể được lấy thông qua các cửa hàng glycogen.

Tuy nhiên, khi chúng cạn kiệt, cơ thể phải bắt đầu tổng hợp glucose để đáp ứng nhu cầu của các mô - chủ yếu là mô thần kinh.

Con đường này xảy ra chủ yếu ở gan. Điều quan trọng là, trong tình huống nhịn ăn, cơ thể có thể tiếp tục thu nhận glucose.

Sự hoạt hóa hay không của con đường này có liên quan đến việc nuôi dưỡng sinh vật. Động vật tiêu thụ chế độ ăn nhiều carbohydrate có tỷ lệ gluconeogenic thấp, trong khi chế độ ăn ít glucose đòi hỏi hoạt động gluconeogenic đáng kể.

Chu trình glyoxylate

Lấy và chỉnh sửa từ: Người tải lên ban đầu là Adenosine tại Wikipedia tiếng Anh. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Chu trình này là duy nhất đối với thực vật và một số loại vi khuẩn. Con đường này đạt được sự chuyển đổi các đơn vị acetyl hai carbon thành các đơn vị bốn carbon - được gọi là succinate. Hợp chất cuối cùng này có thể tạo ra năng lượng và cũng có thể được sử dụng để tổng hợp glucose.

Ví dụ, ở người, sẽ không thể tồn tại một mình axetat. Trong quá trình trao đổi chất của chúng ta, acetyl coenzyme A không thể chuyển hóa thành pyruvate, là tiền chất của con đường tạo glucone, vì phản ứng của enzyme pyruvate dehydrogenase là không thể đảo ngược.

Logic sinh hóa của chu trình tương tự như chu trình axit xitric, ngoại trừ hai giai đoạn khử cacbon. Nó xuất hiện trong các bào quan rất cụ thể của thực vật được gọi là glyoxysomes, và đặc biệt quan trọng trong hạt của một số cây như hoa hướng dương.

chu trình Krebs

Chu trình axit triacboxylic (chu trình Krebs). Lấy và biên tập từ: Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins (dịch sang tiếng Tây Ban Nha bởi Alejandro Porto).

Nó là một trong những con đường được coi là trung tâm trong quá trình trao đổi chất hữu cơ, vì nó thống nhất sự chuyển hóa của các phân tử quan trọng nhất, bao gồm protein, chất béo và carbohydrate.

Nó là một thành phần của hô hấp tế bào, và nhằm mục đích giải phóng năng lượng dự trữ trong phân tử acetyl coenzyme A - tiền chất chính của chu trình Krebs. Nó được tạo thành từ mười bước enzym và, như chúng tôi đã đề cập, chu trình hoạt động theo cả hai con đường đồng hóa và dị hóa.

Ở sinh vật nhân thực, chu trình diễn ra trong chất nền của ti thể. Ở sinh vật nhân sơ - vốn thiếu các ngăn dưới tế bào thực sự - chu kỳ diễn ra trong vùng tế bào chất.

Chuỗi vận chuyển electron

Người dùng: Rozzychan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Chuỗi vận chuyển điện tử được tạo thành từ một loạt các chất vận chuyển được neo trong một màng. Chuỗi nhằm mục đích tạo ra năng lượng dưới dạng ATP.

Các chuỗi có khả năng tạo ra một gradient điện hóa nhờ vào dòng chuyển động của các electron, một quá trình quan trọng để tổng hợp năng lượng.

Tổng hợp axit béo

Axit béo là phân tử đóng vai trò rất quan trọng trong tế bào, chúng chủ yếu được tìm thấy như là thành phần cấu trúc của tất cả các màng sinh học. Vì lý do này, việc tổng hợp các axit béo là rất cần thiết.

Toàn bộ quá trình tổng hợp xảy ra trong bào tương của tế bào. Phân tử trung tâm của quá trình này được gọi là malonyl coenzyme A. Nó chịu trách nhiệm cung cấp các nguyên tử sẽ tạo thành khung carbon của axit béo trong quá trình hình thành.

Quá trình oxy hóa beta của axit béo

Quá trình oxy hóa beta là một quá trình phân hủy axit béo. Điều này được thực hiện thông qua bốn bước: oxy hóa FAD, hydrat hóa, oxy hóa NAD + và thiolysis. Trước đây, axit béo cần được kích hoạt bằng sự tích hợp của coenzyme A.

Sản phẩm của các phản ứng được đề cập là các đơn vị được tạo thành bởi một cặp nguyên tử ở dạng acetyl coenzyme A. Phân tử này có thể đi vào chu trình Krebs.

Hiệu quả năng lượng của con đường này phụ thuộc vào độ dài của chuỗi axit béo. Ví dụ, đối với axit palmitic, có 16 nguyên tử cacbon, sản lượng thực là 106 phân tử ATP.

Con đường này diễn ra trong ti thể của sinh vật nhân thực. Ngoài ra còn có một tuyến thay thế khác trong một ngăn gọi là peroxisome.

Vì hầu hết các axit béo nằm trong tế bào nên chúng phải được vận chuyển đến ngăn để chúng bị oxy hóa. Sự vận chuyển phụ thuộc vào cartinitan, và cho phép các phân tử này đi vào ty thể.

Chuyển hóa nucleotide

Tổng hợp nucleotide là một sự kiện quan trọng trong quá trình trao đổi chất của tế bào, vì đây là tiền chất của các phân tử tạo nên một phần của vật chất di truyền, DNA và RNA, và của các phân tử năng lượng quan trọng, chẳng hạn như ATP và GTP.

Các tiền chất của quá trình tổng hợp nucleotide bao gồm các axit amin khác nhau, ribose 5 phosphate, carbon dioxide và NH ₃ . Các con đường phục hồi chịu trách nhiệm tái chế các bazơ tự do và các nucleosit được giải phóng từ sự phân hủy các axit nucleic.

Sự hình thành vòng purin diễn ra từ ribose 5 photphat, nó trở thành nhân purin và cuối cùng thu được nucleotit.

Vòng pyrimidine được tổng hợp dưới dạng axit orotic. Tiếp theo là liên kết với ribose 5 phosphate, nó được biến đổi thành các nucleotide pyrimidine.

Lên men

Tác giả của phiên bản gốc là Người dùng: Norro. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Lên men là quá trình trao đổi chất không phụ thuộc vào oxy. Chúng thuộc loại dị hóa và sản phẩm cuối cùng của quá trình là một chất chuyển hóa vẫn còn khả năng oxy hóa. Có nhiều loại lên men khác nhau, nhưng quá trình lên men lactic diễn ra trong cơ thể chúng ta.

Quá trình lên men lactic diễn ra trong tế bào chất của tế bào. Nó bao gồm sự phân hủy một phần của glucose để có được năng lượng trao đổi chất. Là một chất thải, axit lactic được tạo ra.

Sau một buổi tập cường độ cao của các bài tập kỵ khí, cơ bắp không có đủ nồng độ oxy và quá trình lên men lactic xảy ra.

Một số tế bào trong cơ thể buộc phải lên men, vì chúng thiếu ty thể, như trường hợp của các tế bào hồng cầu.

Trong công nghiệp, quá trình lên men được sử dụng với tần suất cao để sản xuất hàng loạt sản phẩm phục vụ con người như bánh mì, đồ uống có cồn, sữa chua, v.v.

Người giới thiệu

1. Baechle, TR & Earle, RW (Eds.). (2007). Nguyên tắc rèn luyện sức bền và điều hòa thể chất. Panamerican Medical Ed.
2. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Hóa sinh. Tôi đã đảo ngược.
3. Campbell, MK và Farrell, SO (2011). Hóa sinh. Phiên bản thứ sáu. Thomson. Brooks / Cole.
4. Devlin, TM (2011). Giáo trình hóa sinh. John Wiley và các con trai.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Hóa sinh: văn bản và tập bản đồ. Panamerican Medical Ed.
6. Mougios, V. (2006). Bài tập hóa sinh. Động học con người.
7. Müller-Esterl, W. (2008). Hóa sinh. Cơ bản về y học và khoa học đời sống. Tôi đã đảo ngược.
8. Poortmans, JR (2004). Nguyên lý bài tập hóa sinh. ^Lần 3 , tái bản sửa đổi. Karger.
9. Voet, D., & Voet, JG (2006). Hóa sinh. Panamerican Medical Ed.