El metabolismo es el sistema de las reacciones químicas que ocurren en los organismos vivos para mantener la vida . Estos procesos permiten que los organismos crezcan y que se reproduzcan, que mantengan sus estructuras, y que respondan a sus ambientes. El metabolismo se divide generalmente en dos categorías. El catabolismo analiza las moléculas grandes, por ejemplo para cosechar energía en la respiración celular . El Anabolism, por una parte, utiliza energía para construir componentes de células tales como proteínas y ácidos nucléicos
Las reacciones químicas del metabolismo se organizan en los caminos metabólicos en cuál químico es transformado en otro por una secuencia de enzimas que las enzimas de son cruciales al metabolismo porque permiten que los organismos conduzcan reacciones desfavorables deseables pero termodinámico por el acoplador ellas los favorables. Las enzimas también permiten la regulación de caminos metabólicos en respuesta a cambios en las señales del ambiente o del de la célula de otras células.
El metabolismo de un organismo determina qué sustancias encontrará el nutritivo y cuál encontrará el venenoso por ejemplo, un poco de sulfuro de hidrógeno del uso de los Prokaryotes como alimento, con todo este gas es venenoso a los animales. La velocidad del metabolismo, la tarifa metabólica, también influencia cuánto alimento requerirá un organismo.
Una característica llamativa del metabolismo es la semejanza de los caminos metabólicos básicos entre incluso especies sumamente diversas. Por ejemplo, el sistema de los ácidos carboxílicos que son tan los más conocidos que los intermedios en el ciclo de ácido cítrico son presentes en todos los organismos, siendo encontrado en la especie tan diversa como los organismos multicelulares unicelular Escherichia Coli del de las bacterias y enorme como los elefantes estas semejanzas llamativas en metabolismo es más probable el resultado de la eficacia alta de estos caminos, y de su aspecto temprano en historia evolutiva.
Productos bioquímicos dominantes
considera también: [[biomolécula]], [[célula (biología)]] y [[bioquímica]]
La mayor parte de las estructuras que componen animales, las plantas y los microbios se hacen a partir de tres clases básicas de la molécula : Carbohidratos de los aminoácidos y lípidos (a menudo llamados grasas . Pues estas moléculas son vitales para la vida, el metabolismo se centra en la fabricación de estas moléculas, en la construcción de células y de tejidos, o de romperlos abajo de y de usarlos como fuente de energía, en la digestión y el uso del alimento. Muchos productos bioquímicos importantes se pueden ensamblar juntos para hacer los polímeros tal como DNA y proteínas . Estas macromoléculas son partes esenciales de todos los organismos vivos. Algunos de los polímeros biológicos mas comunes se enumeran en la tabla abajo.
Aminoácidos y proteínas
Las proteínas se hacen de los aminoácidos dispuestos en una cadena linear y ensambladas juntas por proteínas de los enlaces de péptido muchas son las enzimas que el cataliza las reacciones químicas en metabolismo. Otras proteínas tienen funciones estructurales o mecánicas, tales como las proteínas en el citoesqueleto que forman un sistema del andamio para mantener forma de la célula. Las proteínas son también importantes en la señalización de la célula, la adherencia de célula de las inmunorespuestas, el transporte activo a través de las membranas y el ciclo celular .
Lípidos
Los lípidos son el grupo más diverso de productos bioquímicos. Sus aplicaciones estructurales principales están como parte de las membranas biológicas tal como la membrana celular, o como fuente de energía. Las grasas son un grupo grande de compuestos que contengan los ácidos grasos y el glicerol ; una molécula del glicerol atada a tres ésteres del ácido graso es un triacylglyceride . Varias variaciones en esta estructura básica existen, incluyendo las espinas dorsales alternas tales como esfingosina en el Sphingolipids y los grupos hidrofílicos tales como fosfato en los esteroides de los fosfolípidos tal como colesterol son otra clase importante de lípidos que se hagan en células.
Carbohidratos
Los carbohidratos son los aldehinos straight-chain o las cetonas con muchos grupos del hidróxido que puedan existir como cadenas rectas o anillos. Los carbohidratos son las moléculas biológicas más abundantes, y llenan papeles numerosos, tales como el almacenaje y el transporte de la energía (almidón, glicógeno ) y de los componentes estructurales (celulosa en las plantas, la quitina en animales).
Nucleótidos
La DNA de los polímeros y el ARN son cadenas largas moléculas de los nucleótidos de estas son críticos para el almacenaje y el uso de la información genética, con los procesos de la transcripción y de la biosíntesis de la proteína. El ARN en el Ribozymes tal como Spliceosomes y ribosomas es similar a las enzimas pues puede catalizar reacciones químicas. Los nucleósidos individuales son hechos atando un Nucleobase a un azúcar de la ribosa . Estas bases son anillos heterocíclicos que contienen el nitrógeno, clasificado como las purinas o pirimidinas . Los nucleótidos también actúan como las coenzimas en reacciones de transferencia de grupo metabólicas.
Coenzimas
considera también:
l [[coenzima]] El metabolismo implica un arsenal extenso de reacciones químicas, pero la mayoría de la caída bajo algunos tipos básicos de reacciones que impliquen la transferencia de los grupos funcionales esta química común permite que las células utilicen un pequeño sistema de intermedios metabólicos para llevar a grupos químicos entre diversas reacciones.
Una coenzima central es el trifosfato de adenosina (ATP), la moneda universal de la energía de células. Este nucleótido se utiliza para transferir energía química entre diversas reacciones químicas. Hay solamente una pequeña cantidad de ATP en células, pero como lo regeneran continuamente, el cuerpo humano puede utilizar sobre su propio peso en el ATP por día. El dinucleótido de adenina de niconamida (NADH), un derivado de la vitamina B3 (niacina ), es una coenzima importante que actúa como aceptador del hidrógeno. Los centenares de tipos separados de las deshidrogenasas quitan electrones de sus substratos y el reduce NAD+ en el NADH. Esta forma reducida de la coenzima es entonces un substrato para el un de los Reductases en la célula que necesita reducir sus substratos. El dinucleótido de adenina de niconamida existe en dos formas relacionadas en la célula, el NADH y el NADPH. La forma de NAD+/NADH es más importante en reacciones catabólicas, mientras que NADP+/NADPH se utiliza en reacciones anabólicas.
Minerales y cofactores
considera también: [[fisiología]], [[química bioinorgánica]], [[cofactor]] y [[metabolismo de hierro humano]], [[metabolismo de hierro]]
Papeles críticos del juego inorgánico de los elementos en metabolismo; algunos son abundantes (e. el sodio y el potasio ) mientras que otros funcionan en las concentraciones minuciosas. Los cerca de 99% de la masa de los mamíferos son el carbón de los elementos, el nitrógeno, el calcio, el sodio, la clorina, el potasio, el hidrógeno, el fosforado, el oxígeno y el sulfuro . El que los compuestos orgánicos (proteínas, lípidos y carbohidratos) contienen a mayoría del carbón y el nitrógeno y la mayor parte de el oxígeno y el hidrógeno está presente como agua. Los iones son también críticos para los nervios y los músculos pues los potenciales de acción en estos tejidos son producidos por el intercambio de electrólitos entre el líquido extracelular y el Cytosol . Los electrólitos incorporan y dejan las células a través de las proteínas en la membrana celular llamada los canales del ion. Por ejemplo, la contracción del músculo depende del movimiento del calcio, del sodio y del potasio a través de los canales del ion en los T-túbulos de la membrana celular y
Los metales de transición están generalmente presentes como oligoelementos en organismos, con el cinc y el hierro siendo el más abundante. Estos metales se utilizan en algunas proteínas como cofactores y son esenciales para la actividad de enzimas tales como catalasa y proteínas del oxígeno-portador tales como hemoglobina . Estos cofactores están limitados firmemente a una proteína específica; aunque los cofactores de la enzima se puedan modificar durante catálisis, los cofactores vuelven siempre a su estado original después de que haya ocurrido la catálisis. Los microalimentos del metal son tomados en organismos por los transportadores específicos y limitan a las proteínas del almacenaje tales como ferritina o Metallothionein al no ser utilizado.
Catabolismo
considera también:
l [[catabolismo]] El catabolismo es el sistema de los procesos metabólicos que analizan las moléculas grandes. Éstos incluyen las moléculas de subdivisión y oxidantes del alimento. El propósito de las reacciones catabólicas es proporcionar la energía y los componentes necesarios por reacciones anabólicas. La naturaleza exacta de estas reacciones catabólicas diferencia de organismo al organismo, con las moléculas orgánicas que son utilizadas como fuente de energía en el Organotrophs mientras que los substratos y el inorgánicos Phototrophs del uso de Lithotrophs capturan la luz del sol como energía química . Sin embargo, todas estas diversas formas de metabolismo dependen de las reacciones redox que implican la transferencia de electrones de las moléculas dispensadoras de aceite reducidas tales como agua orgánica de las moléculas, amoníaco, sulfuro de hidrógeno o iones ferrosos a las moléculas del aceptador tales como oxígeno, nitrato o sulfato . En animales estas reacciones implican las moléculas orgánicas complejo que son analizadas a moléculas más simples, tales como dióxido de carbono y agua. En organismos fotosintéticos tales como plantas y Cyanobacteria, este electrón-transferir las reacciones no lanzan energía, sino se utilizan como manera de almacenar energía absorbente de luz del sol.
El sistema más común de reacciones catabólicas en animales se puede separar en tres etapas principales. En el primer, las moléculas orgánicas grandes tales como polisacáridos de las proteínas o los lípidos se digieren en sus componentes más pequeños fuera de las células. Después, estas moléculas más pequeñas son tomadas por las células y convertidas a con todo moléculas más pequeñas, generalmente la coenzima A (CoA) del acetilo, que lanza una cierta energía. Finalmente, el grupo del acetilo en el CoA se oxida para regar y dióxido de carbono en el ciclo de ácido cítrico y la cadena de transporte del electrón, lanzando la energía que es almacenada reduciendo el dinucleótido de adenina de niconamida de la coenzima (NAD+) en el NADH.
Digestión
considera también: [[digestión]] y [[aparato gastrointestinal]]
Las macromoléculas tales como almidón, celulosa o proteínas no se pueden tomar rápido por las células y la necesidad de estar roto en sus unidades más pequeñas antes de que puedan ser utilizadas en metabolismo de la célula. Varias clases comunes de enzimas digieren estos polímeros. Estas enzimas digestivas incluyen las proteasas que digieren las proteínas en los aminoácidos, así como las hidrolasas del glucósido que digieren los polisacáridos en los monosacáridos.
Los microbios secretan simplemente las enzimas digestivas en sus alrededores, mientras que los animales secretan solamente estas enzimas de las células especializadas en su tripa los aminoácidos o los azúcares lanzados por estas enzimas extracelulares entonces son bombeados en las células por las proteínas específicas del transporte activo .
Energía de compuestos orgánicos
considera también: [[respiración celular]], [[fermentación (bioquímica)]], [[fermentación]], [[catabolismo del carbohidrato]], [[catabolismo gordo]] y [[catabolismo de la proteína]]
El catabolismo del carbohidrato es la avería de carbohidratos en unidades más pequeñas. Los carbohidratos se toman generalmente en las células una vez que se han digerido en los monosacáridos una vez adentro, la ruta principal de la avería son la glicolisis, donde los azúcares tales como glucosa y fructosa se convierten en el piruvato y se genera un poco de ATP. El piruvato es un intermedio en varios caminos metabólicos, pero convierten al Acetilo-CoA y se alimentan a la mayoría en el ciclo de ácido cítrico . Aunque más ATP se genere en el ciclo de ácido cítrico, el producto más importante es el NADH, que se hace de NAD+ mientras que se oxida el acetilo-CoA. Esta oxidación lanza el dióxido de carbono como residuo. En condiciones anaerobias, la glicolisis produce el lactato, a través de la deshidrogenasa del lactato de la enzima que oxida de nuevo el NADH a NAD+ para la reutilización en glicolisis. Una ruta alternativa para la avería de la glucosa es el camino, que del fosfato de la pentosa reduce el NADPH de la coenzima y produce los azúcares de la pentosa tales como ribosa, el componente del azúcar de los ácidos nucléicos
Las grasas catabolised por la hidrólisis a los ácidos grasos libres y al glicerol. El glicerol incorpora glicolisis y los ácidos grasos son analizados por la oxidación beta para lanzar el acetilo-CoA, que entonces se alimenta en el ciclo de ácido cítrico. Los ácidos grasos lanzan más energía sobre la oxidación que los carbohidratos porque los carbohidratos contienen más oxígeno en sus estructuras.
Los aminoácidos se utilizan para sintetizar las proteínas y otras biomoléculas, o se oxidan a la urea y al dióxido de carbono como fuente de energía. El camino de la oxidación comienza con el retiro del grupo amino por una aminotransferasa . Alimentan el grupo amino en el ciclo de la urea, dejando un esqueleto deaminated del carbón bajo la forma de ácido cetónico . Varios de estos ácidos cetónicos son intermedios en el ciclo de ácido cítrico, por ejemplo la desaminación del cetoglutarato del α- de las formas del glutamato . Los aminoácidos glucogénicos se pueden también convertir en la glucosa, con la gluconeogénesis (discutida abajo).
Transformaciones de energía
Fosforilación oxidativa
considera también: [[fosforilación oxidativa]], [[chemiosmosis]] y [[mitochondrion]]
En la fosforilación oxidativa, los electrones quitados de las moléculas del alimento en caminos tales como el ciclo de ácido cítrico se transfieren al oxígeno y la energía lanzada se utiliza para hacer el ATP. Esto es hecha en los eucariotas por una serie de proteínas en las membranas de las mitocondrias llamadas la cadena de transporte del electrón . En los Prokaryotes estas proteínas se encuentran en la membrana interna de la célula. Estas proteínas utilizan la energía lanzada de pasar electrones de las moléculas reducidas como el NADH sobre el oxígeno para bombear los protones a través de una membrana.
El bombeo de los protones de las mitocondrias crea una diferencia de la concentración del protón a través de la membrana y genera un gradiente electroquímico . Esta fuerza conduce los protones nuevamente dentro del mitochondrion a través de la base de una enzima llamada el synthase ATP. El flujo de protones hace que la subunidad del tallo gira, haciendo al el sitio activo del dominio del synthase desformar y del difosfato de adenosina del fosforilato - torneado de él en el ATP. compuestos reducidos del sulfuro (tales como sulfuro, sulfuro de hidrógeno y Thiosulfate ), hierro ferroso (FeII) o amoníaco como las fuentes de energía de reducción y ellas ganan energía de la oxidación de estos compuestos con los aceptadores del electrón tales como oxígeno o nitrito . Estos procesos microbianos son importantes en los ciclos biogeoquímicos global tal como Acetogenesis, nitrificación y desnitrificación y son críticos para la fertilidad de suelo .
Energía de la luz
considera también: [[Phototroph]], [[photophosphorylation]], [[cloroplasto]]
La energía en luz del sol es capturada por las plantas, Cyanobacteria, bacterias púrpuras, bacterias verdes del sulfuro y juntan a algunos Protists este proceso a menudo a la conversión del dióxido de carbono en compuestos orgánicos, como parte de la fotosíntesis, que se discute abajo. Los sistemas de la captura de la energía y de la fijación del carbón pueden sin embargo funcionar por separado en prokaryotes, como bacterias púrpuras y las bacterias verdes del sulfuro pueden utilizar luz del sol como fuente de energía, mientras que cambian entre la fijación del carbón y la fermentación de compuestos orgánicos.
La captura de la energía solar es un proceso que es similar en principio a la fosforilación oxidativa, pues implica la energía que es almacenada como un gradiente de concentración del protón y esta fuerza motiva del protón entonces que conducen síntesis del ATP.
En plantas, el fotosistema II utiliza energía ligera para quitar electrones del agua, lanzando el oxígeno como residuo. Los electrones entonces fluyen al citocromo b6f complejo, que utiliza su energía para bombear los protones a través de la membrana de Thylakoid en el cloroplasto . Estos protones mueven hacia atrás a través de la membrana como conducen el synthase del ATP, como antes. Los electrones después atraviesan el fotosistema I y se pueden entonces cualquiera utilizar para reducir la coenzima NADP+, para el uso en el ciclo de Calvin que se discute abajo, o se recicla para la generación adicional del ATP.
Anabolism
considera también:
l [[Anabolism]]
El Anabolism es el sistema de los procesos metabólicos constructivos donde la energía lanzada por catabolismo se utiliza para sintetizar las moléculas complejas. Las moléculas complejas que componen las estructuras celulares se construyen generalmente gradualmente de precursores pequeños y simples. El Anabolism implica tres etapas básicas. En primer lugar, la producción de precursores tales como isoprenoids de los monosacáridos de los aminoácidos y nucleótidos en segundo lugar, su activación en formas reactivas usar energía del ATP, y en tercer lugar, el montaje de estos precursores en las moléculas complejas tales como lípidos de los polisacáridos de las proteínas y ácidos nucléicos
Los organismos diferencian en cuántos de las moléculas en sus células pueden construir para sí mismos. El Autotrophs tal como plantas puede construir las moléculas orgánicas complejas en células tales como polisacáridos y proteínas de las moléculas simples como el dióxido de carbono y el agua. El Heterotrophs por una parte, requiere una fuente de sustancias más complejas, tales como monosacáridos y aminoácidos, para producir estas moléculas complejas. Los organismos se pueden clasificar más a fondo por última fuente de su energía: los photoautotrophs y los photoheterotrophs obtienen energía de la luz, mientras que los chemoautotrophs y los chemoheterotrophs obtienen energía de reacciones inorgánicas de la oxidación.
Fijación del carbón
considera también: [[fotosíntesis]], [[fijación del carbón]] y [[chemosynthesis]]
La fotosíntesis es la síntesis de carbohidratos de la luz del sol, del dióxido de carbono (CO2) y del agua, con el oxígeno producido como residuo. Este proceso utiliza el ATP y el NADPH producidos por los centros fotosintéticos de la reacción como se describe anteriormente, para convertir CO2 en el fosfato del glicerato 3, que se puede entonces convertir en la glucosa. Esta reacción de la carbón-fijación es realizada por el RuBisCO de la enzima como parte del &ndash de Calvin; Ciclo de Benson. Tres tipos de fotosíntesis ocurren en plantas, la fijación del carbón C3, la fijación del carbón C4 y la fotosíntesis de la leva. Éstos diferencian por la ruta que el dióxido de carbono lleva el ciclo de Calvin, con las plantas C3 fijando CO2 directo, mientras que la fotosíntesis de C4 y de la leva incorpora el CO2 en otros compuestos primero, como adaptaciones para ocuparse de luz del sol intensa y de condiciones secas.
En los Prokaryotes fotosintéticos los mecanismos de la fijación del carbón son más diversos. Aquí, el dióxido de carbono se puede fijar por el &ndash de Calvin; El ciclo de Benson, un invirtió el ciclo del ácido cítrico, o la carboxilación del acetilo-CoA. Los chemoautotrophs procarióticos también fijan CO2 a través del &ndash de Calvin; Ciclo de Benson, pero energía del uso de los compuestos inorgánicos para conducir la reacción.
Carbohidratos y glycans
considera también: [[gluconeogénesis]], [[ciclo del glicoxilato]], [[glycogenesis]] y [[glycosylation]]
En anabolism del carbohidrato, los ácidos orgánicos simples se pueden convertir en los monosacáridos tal como glucosa y después utilizar para montar los polisacáridos tal como almidón . La generación de la glucosa de compuestos como el piruvato, el lactato, el glicerol, el fosfato del glicerato 3 y los aminoácidos se llama la gluconeogénesis . La gluconeogénesis convierte el piruvato al Glucose-6-phosphate con una serie de intermedios, muchos cuyo se comparten con la glicolisis .
Aunque la grasa sea una manera común de almacenar energía, en los vertebrados tal como seres humanos los ácidos grasos en estos almacenes no se pueden convertir a la glucosa con la gluconeogénesis pues estos organismos no pueden convertir el acetilo-CoA en el piruvato . Consecuentemente, después del hambre de largo plazo, los vertebrados necesitan producir los cuerpos de cetona de los ácidos grasos para substituir la glucosa en tejidos tales como el cerebro que no puede metabolizar los ácidos grasos. En otros organismos tales como plantas y bacterias, este problema metabólico se soluciona usar el ciclo del glicoxilato, que puentea el paso de la descarboxilación en el ciclo de ácido cítrico y permite la transformación del acetilo-CoA al oxaloacetato, donde puede ser utilizado para la producción de glucosa. Los polisacáridos producidos pueden tener funciones estructurales o metabólicas ellos mismos, o sean transferidos a los lípidos y a las proteínas por las enzimas llamadas Oligosaccharyltransferases
Ácidos grasos, isoprenoids y esteroides
considera también: [[síntesis del ácido graso]], [[metabolismo esteroide]]
Los ácidos grasos son hechos por los synthases del ácido graso que polimerizan y después reducen unidades del acetilo-CoA. Las cadenas del acil en los ácidos grasos son extendidas por un ciclo de las reacciones que agregan a grupo del actyl, lo reducen a un alcohol, el deshidrata él a un grupo alqueno y después lo reduce otra vez a un grupo del alcano . Las enzimas de la biosíntesis del ácido graso se dividen en dos grupos, en animales y hongos todas estas reacciones del synthase del ácido graso son realizadas por un solo tipo de múltiples funciones proteína de I, mientras que en los Plastids de la planta y el tipo separado enzimas de las bacterias de II realizar cada paso en el camino.
Los terpenos y los isoprenoids son una clase grande de lípidos que incluyan los carotenoides y formen la clase más grande de los productos naturales de la planta que estos compuestos son hechos por la asamblea y la modificación de las unidades del isopreno donó del pirofosfato reactivo de Isopentenyl de los precursores y del pirofosfato de Dimethylallyl. Estos precursores se pueden hacer en maneras diferentes. En animales y archaea, el camino de Mevalonate produce estos compuestos del acetilo-CoA, mientras que en plantas y bacterias el camino de Non-mevalonate utiliza el fosfato del piruvato y del gliceraldehído 3 como substratos. El lanosterol se puede entonces convertir en otros esteroides tales como colesterol y ergosterol .
Los aminoácidos son hechos en las proteínas por ser ensamblado juntos en una cadena por proteína de los enlaces de péptido cada diversa tienen una secuencia única de residuos del aminoácido: ésta es su estructura primaria . Apenas mientras que las letras del alfabeto se pueden combinar para formar una variedad casi sin fin de palabras, los aminoácidos se pueden ligar en secuencias diversas para formar una variedad enorme de proteínas. Las proteínas se hacen de los aminoácidos que han sido activados por el accesorio a una molécula del ARN de la transferencia a través de un enlace del éster . Este precursor del aminoacyl-tRNA se produce en un ATP - reacción dependiente realizada por una ligasa del tRNA de Aminoacyl. Este aminoacyl-tRNA es entonces un substrato para el ribosoma, que ensambla el aminoácido sobre la cadena de alargamiento de la proteína, usar la información de la secuencia en un ARN de mensajero .
Síntesis y salvamento del nucleótido
considera también: [[salvamento del nucleótido]], [[biosíntesis de la pirimidina]], y [[Purine#Metabolism]], [[metabolismo de la purina]]
Los nucleótidos se hacen de los aminoácidos, del dióxido de carbono y del ácido fórmico en los caminos que requieren granes cantidades de energía metabólica. Por lo tanto, la mayoría de los organismos tienen sistemas eficientes para salvar los nucleótidos preformados. Las purinas se sintetizan como nucleósidos (bases atadas a la ribosa ). La adenina y la guanina se hacen del monofosfato de la inosina del nucleósido del precursor, que se sintetiza usar los átomos de la glicocola de los aminoácidos, de la glutamina, y del ácido aspártico, tan bien como el formiato transferido del tetrahydrofolate de la coenzima . Las pirimidinas por una parte, se sintetizan del orotate bajo, que se forma de la glutamina y del aspartato.
Xenobiotics y metabolismo redox
considera también: [[metabolismo xenobiótico]], [[metabolismo de la droga]] y [[antioxidante]]
s Todos los organismos se exponen constantemente a los compuestos que no pueden utilizar como alimentos y serían dañosos si acumularon en células, pues no tienen ninguna función metabólica. Estos compuestos potencialmente perjudiciales se llaman Xenobiotics Xenobiotics tal como drogas, venenos naturales del sintético y los antibióticos son desintoxicados por un sistema de enzimas de xenobiótico-metabolización. En seres humanos, éstos incluyen UDP-glucuronosyltransferasess de las oxidasis del citocromo P450 y las transferasas del glutatión '' S '' - este sistema de actos de las enzimas en tres etapas en primer lugar para oxidar el xenobiótico (fase I) y después para conjugar a grupos solubles en agua sobre la molécula (fase II). El xenobiótico soluble en agua modificada se puede entonces bombear de las células y en organismos multicelulares puede ser metabolizado más a fondo antes de ser excretada (la fase III). En ecología, estas reacciones son particularmente importantes en la biodegradación microbiana de agentes contaminadores y el tratamiento de los derramamientos contaminados de la tierra y de aceite. Muchas de estas reacciones microbianas se comparten con los organismos multicelulares, pero debido a la diversidad increíble de tipos de microbios estos organismos pueden ocuparse de una gama lejos más amplia del xenobiotics que organismos multicelulares, y pueden degradar incluso los agentes contaminadores orgánicos persistentes tal como compuestos del organoclorado .
Un problema relacionado para los organismos aerobios es la tensión oxidativa . Aquí, los procesos incluyendo la fosforilación oxidativa y la formación de los enlaces de disulfuro durante el plegamiento de proteína producen las especies reactivas del oxígeno tal como peróxido de hidrógeno . Estos oxidantes perjudiciales son quitados por los metabilitos antioxidantes tales como glutatión y enzimas tales como catalasas y peroxidasas
Termodinámica de organismos vivos
considera también:
l [[termodinámica biológica]] Los organismos vivos deben obedecer las leyes de la termodinámica, que describen la transferencia del calor y del trabajo . La ley segundo de la termodinámica indica que de cualquier sistema cerrado, la cantidad de la entropía (desorden) tenderá a aumentar. Aunque la complejidad que sorprende de los organismos vivos aparezca contradecir esta ley, la vida es tan posibles que todos los organismos son los sistemas abiertos que intercambian la materia y la energía por sus alrededores. Los sistemas así de vida no son en el equilibrio, sino que por el contrario son los sistemas disipantes que mantienen su estado de la alta complejidad causando un aumento más grande en la entropía de sus ambientes. El metabolismo de una célula alcanza esto juntando los procesos espontáneos del catabolismo a los procesos no-espontáneos del anabolism. En términos termodinámicos, el metabolismo mantiene orden creando desorden.
Regulación y control
considera también: [[camino metabólico]], [[análisis metabólico del control]], [[hormona]] y [[señalización de la célula]]
Mientras que los ambientes de la mayoría de los organismos están cambiando constantemente, las reacciones del metabolismo deben ser finalmente regulados para mantener un sistema constante de condiciones dentro de las células, una condición llamada el Homeostasis . La regulación metabólica también permite que los organismos respondan a las señales y que obren recíprocamente activamente con sus ambientes. Dos conceptos cercano-ligados son importantes para entender cómo los caminos metabólicos son controlados. En primer lugar, la regulación del de una enzima en un camino es cómo su actividad se aumenta y se disminuye en respuesta a señales. En segundo lugar, el control del ejercido por esta enzima es el efecto que estos cambios en su actividad tienen en el índice total del camino (el flujo con el camino). Por ejemplo, una enzima puede demostrar cambios grandes en la actividad ( es decir se regula alto) pero si estos cambios tienen poco efecto en el flujo de un camino metabólico, después esta enzima no está implicada en el control del camino.
Hay niveles múltiples de regulación metabólica. En la regulación intrínseca, el camino metabólico uno mismo-regula para responder a los cambios en los niveles de substratos o de productos; por ejemplo, una disminución de la cantidad de producto puede aumentar el flujo con el camino para compensar. El control extrínseco implica una célula en un organismo multicelular que cambia su metabolismo en respuesta a señales de otras células. Estas señales están generalmente bajo la forma de mensajeros solubles tales como hormonas y factores de crecimiento y son detectadas por los receptores específicos en la superficie de la célula. Estas señales entonces son transmitidas dentro de la célula por los segundos sistemas del mensajero que implicaron a menudo la fosforilación de proteínas.
Un ejemplo muy bien entendido del control extrínseco es la regulación del metabolismo de la glucosa al lado de la insulina de la hormona. La insulina se produce en respuesta a subidas de los niveles de la glucosa de sangre. El atar de la hormona a los receptores de la insulina en las células entonces activa una cascada de las cinasas de proteína que hacen las células tomar la glucosa y convertirla en las moléculas del almacenaje tales como ácidos grasos y glicógeno . El metabolismo del glicógeno es controlado por la actividad de la fosforilasa, de la enzima que analiza el glicógeno, y del synthase, la enzima del glicógeno que la hace. Estas enzimas se regulan en una manera recíproca, con synthase de inhibición del glicógeno de la fosforilación, pero fosforilasa que activa. La insulina causa síntesis del glicógeno activando las fosfatasas de la proteína y produciendo una disminución de la fosforilación de estas enzimas.
Evolución
considera también: [[evolución molecular]] y [[phylogenetics]]
Los caminos centrales del metabolismo descritos arriba, por ejemplo glicolisis y el ciclo de ácido cítrico, están presentes en todos los dominios tres de cosas vivas y estaban presentes en el antepasado universal del último. La retención de estos caminos antiguos durante la evolución posterior puede ser el resultado de estas reacciones que son una solución óptima a sus problemas metabólicos particulares, con caminos tales como glicolisis y el ciclo de ácido cítrico produciendo sus productos finales alto eficientemente y en un número mínimo de pasos.
Muchos modelos se han propuesto para describir los mecanismos por los cuales los caminos metabólicos nuevos se desarrollan. Éstos incluyen la adición secuencial de enzimas nuevas a un camino ancestral corto, a la duplicación y entonces a la divergencia de caminos enteros así como el reclutamiento de enzimas preexistentes y de su asamblea en un camino de reacción nuevo. La importancia relativa de estos mecanismos es confusa, pero los estudios genomic han demostrado que las enzimas en un camino son probables tener una ascendencia compartida, sugiriendo que muchos caminos se han desarrollado en una manera paso a paso con las funciones nuevas que eran creadas de pasos preexistentes en el camino. Un modelo alternativo viene de los estudios que remontan la evolución de las estructuras de las proteínas en redes metabólicas, éste ha sugerido que las enzimas penetrante están reclutadas, pidiendo prestadas las enzimas para realizar funciones similares en diversos caminos metabólicos (evidentes en la base de datos MANET) que estos procesos del reclutamiento dan lugar a un mosaico enzimático evolutivo. Una tercera posibilidad es que algunas partes de metabolismo pudieron existir como " modules" eso puede ser reutilizada en diversos caminos y realizar funciones similares en diversas moléculas.
Así como la evolución de nuevos caminos metabólicos, la evolución puede también causar la pérdida de funciones metabólicas. Por ejemplo, en algunos parásitos que se pierdan los procesos metabólicos que no sean esenciales para la supervivencia y los aminoácidos, los nucleótidos y los carbohidratos preformados puede en lugar de otro ser limpiado del anfitrión . Las capacidades metabólicas reducidas similares se consideran en organismos endosymbiotic .
Investigación y manipulación
considera también: [[métodos de la proteína]], [[proteomics]], [[metabolomics]] y [[red metabólica que modela]]
Clásico, el metabolismo es estudiado por un acercamiento reductionist ese los focos en un solo camino metabólico. Particularmente el objeto de valor es el uso de los trazalíneas radiactivos en el entero-organismo, el tejido y los niveles celulares, que definen las trayectorias de precursores a los productos finales identificando intermedios y productos radiactivo-etiquetados. Las enzimas que catalizan estas reacciones químicas pueden entonces ser purificados y su cinética y respuestas a los inhibidores investigados. Un acercamiento paralelo es identificar las pequeñas moléculas en una célula o un tejido; el sistema completo de estas moléculas se llama el Metabolome . Totales, estos estudios dan una buena vista de la estructura y de la función de caminos metabólicos simples, pero son inadecuados cuando están aplicados a sistemas más complejos tales como el metabolismo de una célula completa.
Una idea de la complejidad de las redes metabólicas en las células que contienen millares de diversas enzimas es dada por la figura que demuestra las interacciones entre apenas 43 proteínas y 40 metabilitos a la derecha: las secuencias de genomas proporcionan las listas que contienen cualquier cosa hasta 45. Sin embargo, es posible ahora utilizar estos datos genomic para reconstruir las redes completas de reacciones bioquímicas y para producir más modelos matemáticos holísticos que puedan explicar y predecir su comportamiento. Estos modelos son especialmente de gran alcance cuando están utilizados para integrar el camino y los datos del metabilito obtenidos con métodos clásicos con datos sobre la expresión de gene el microarray proteomic de la DNA de y estudian.
Un uso tecnológico importante de esta información es la ingeniería metabólica . Aquí, los organismos tales como levadura, las plantas o las bacterias genético-se modifican para hacerlos más útiles en biotecnología y para ayudar a la producción de las drogas tal como antibióticos o productos químicos industriales tales como propanediol 1.3 y ácido de Shikimic. Estas modificaciones genéticas apuntan generalmente reducir la cantidad de energía usada para producir el producto, para aumentar producciones y para reducir la producción de basuras.
Historia
considera también: [[historia de la bioquímica]] y [[historia de la biología molecular]]
El metabolismo término se deriva del &ndash griego Μεταβολισμός; " Metabolismos" para el " change", o " overthrow". La historia del estudio científico del metabolismo atraviesa varios siglos y se ha movido desde el examen de animales enteros en estudios tempranos, a examinar reacciones metabólicas individuales en bioquímica moderna. El concepto de metabolismo data del al-Nafis (1213-1288) de Ibn, que indicó ese " el cuerpo y sus piezas están en un estado continuo del alimento de la disolución y, así que están experimentando inevitable change." permanente; Los primeros experimentos controlados en metabolismo humano fueron publicados por el Santorio Santorio en 1614 en su medecina del ARS de statica del del libro. Él describió cómo él se pesó antes y después de la consumición, de dormir, del trabajo, del sexo, del ayuno, de la consumición, y de la excreción. Él encontró que la mayor parte de el alimento que él admitió fue perdido con lo que él llamó " perspiration" insensible;.
En éstos estudia temprano, los mecanismos de estos procesos metabólicos no habían sido identificados y una fuerza vital fue pensada para animar el tejido vivo. En el siglo XIX, al estudiar la fermentación del azúcar al alcohol por la levadura, el Louis Pasteur concluyó que la fermentación fue catalizada por las sustancias dentro de las células de levadura él llamó el " ferments". Él escribió ese " la fermentación alcohólica es un acto correlacionado con la vida y la organización de las células de levadura, no con la muerte o la putrefacción del cells." Este descubrimiento, junto con la publicación por el Friedrich Wöhler en 1828 de la síntesis química de la urea, probó que los compuestos orgánicos y las reacciones químicas encontrados en células no eran ninguÌn diferente en principio que cualquier otra parte de química.
Era el descubrimiento de las enzimas al principio del vigésimo siglo por el Eduard Buchner que separó el estudio de las reacciones químicas del metabolismo del estudio biológico de células, y marcó los principios de la bioquímica . La masa del conocimiento bioquímico creció rápido a través del siglo a principios de siglo 20. Uno del más prolífica de estos bioquímicos modernos era el Juan Krebs que hizo contribuciones enormes al estudio del metabolismo. Él descubrió el ciclo de la urea y más adelante, trabajando con el Juan Kornberg, el ciclo de ácido cítrico y el ciclo del glicoxilato.
| Random links: | Río del St. Croix (Wisconsin-Minnesota) | Negros y la iglesia del Jesucristo de santos modernos | Daihatsu Terios | Wolfgang Kapp | Protector cívico |