Khác biệt giữa bản sửa đổi của “Trao đổi chất”

Sửa liên kết
Đây là một bài viết cơ bản. Nhấn vào đây để biết thêm thông tin.
Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Duyệt lịch sử tương tác
← Thay đổi trướcThay đổi sau →
Nội dung được xóa Nội dung được thêm vào
Trực quanMã wiki
Viết lại thông tin
→‎Nucleotide: Thêm thông tin
Dòng 57: Dòng 57:
=== Nucleotide ===
=== Nucleotide ===
Hai [[axit nucleic]], [[DNA]] và [[ARN|RNA]], là các [[polyme]] của nucleotide. Mỗi nucleotide gồm một nhóm [[phosphat]] gắn với một đường [[ribose]] hoặc [[deoxyribose]] cùng với một [[Bazơ nitơ|base nitơ]]. Axit nucleic rất quan trọng cho việc lưu trữ và truyền đạt [[thông tin di truyền]], thông tin di truyền này sẽ được "diễn giải" qua [[Phiên mã|quá trình phiên mã]] và [[sinh tổng hợp protein]]. <ref name="Nelson" /> Thông tin này được bảo quản bởi các cơ chế [[sửa chữa DNA]] và được nhân lên thông qua quá trình [[Quá trình nhân đôi DNA|sao chép DNA]]. Nhiều [[virus]] lại sử dụng bộ gen [[ARN|RNA]], chẳng hạn như HIV, và có thể [[Enzyme phiên mã ngược|phiên mã ngược]] để tạo ra DNA từ bộ gen RNA của virus. <ref>{{cite journal|vauthors=Sierra S, Kupfer B, Kaiser R|title=Basics of the virology of HIV-1 and its replication|journal=J Clin Virol|volume=34|issue=4|pages=233–44|year=2005|pmid=16198625|doi=10.1016/j.jcv.2005.09.004}}</ref> RNA trong [[ribozyme]] như [[spliceosome]] và [[ribosome]] cũng có hoạt động tương tự như [[Enzym|enzyme]] vì nó có thể [[xúc tác]] cho các [[phản ứng hóa học]]. Các [[nucleoside]] riêng lẻ được tạo ra bằng cách gắn một [[nucleobase]] với đường [[ribose]]. Các bazơ này là các hợp chất [[Hợp chất dị vòng|dị vòng]] có chứa [[nitơ]], được chia làm hai nhóm là [[purine]] hoặc [[pyrimidine]]. Nucleotide cũng có thể hoạt động như các [[coenzyme]] trong phản ứng chuyển-nhóm-chuyển hóa.<ref name="Wimmer">{{cite journal|vauthors=Wimmer M, Rose I|title=Mechanisms of enzyme-catalyzed group transfer reactions|journal=Annu Rev Biochem|volume=47|issue=|pages=1031–78|year=1978|pmid=354490|doi=10.1146/annurev.bi.47.070178.005123}}</ref>
Hai [[axit nucleic]], [[DNA]] và [[ARN|RNA]], là các [[polyme]] của nucleotide. Mỗi nucleotide gồm một nhóm [[phosphat]] gắn với một đường [[ribose]] hoặc [[deoxyribose]] cùng với một [[Bazơ nitơ|base nitơ]]. Axit nucleic rất quan trọng cho việc lưu trữ và truyền đạt [[thông tin di truyền]], thông tin di truyền này sẽ được "diễn giải" qua [[Phiên mã|quá trình phiên mã]] và [[sinh tổng hợp protein]]. <ref name="Nelson" /> Thông tin này được bảo quản bởi các cơ chế [[sửa chữa DNA]] và được nhân lên thông qua quá trình [[Quá trình nhân đôi DNA|sao chép DNA]]. Nhiều [[virus]] lại sử dụng bộ gen [[ARN|RNA]], chẳng hạn như HIV, và có thể [[Enzyme phiên mã ngược|phiên mã ngược]] để tạo ra DNA từ bộ gen RNA của virus. <ref>{{cite journal|vauthors=Sierra S, Kupfer B, Kaiser R|title=Basics of the virology of HIV-1 and its replication|journal=J Clin Virol|volume=34|issue=4|pages=233–44|year=2005|pmid=16198625|doi=10.1016/j.jcv.2005.09.004}}</ref> RNA trong [[ribozyme]] như [[spliceosome]] và [[ribosome]] cũng có hoạt động tương tự như [[Enzym|enzyme]] vì nó có thể [[xúc tác]] cho các [[phản ứng hóa học]]. Các [[nucleoside]] riêng lẻ được tạo ra bằng cách gắn một [[nucleobase]] với đường [[ribose]]. Các bazơ này là các hợp chất [[Hợp chất dị vòng|dị vòng]] có chứa [[nitơ]], được chia làm hai nhóm là [[purine]] hoặc [[pyrimidine]]. Nucleotide cũng có thể hoạt động như các [[coenzyme]] trong phản ứng chuyển-nhóm-chuyển hóa.<ref name="Wimmer">{{cite journal|vauthors=Wimmer M, Rose I|title=Mechanisms of enzyme-catalyzed group transfer reactions|journal=Annu Rev Biochem|volume=47|issue=|pages=1031–78|year=1978|pmid=354490|doi=10.1146/annurev.bi.47.070178.005123}}</ref>

=== Coenzyme ===
{{main|Coenzyme}}[[File:Acetyl-CoA-2D.svg|liên_kết=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Acetyl-CoA-2D.svg|thế=|nhỏ|Cấu trúc của coenzyme acetyl-CoA. Nhóm [[Axetyl|acetyl]] có thể chuyển được liên kết với nguyên tử lưu huỳnh ở tận cùng bên trái.]]Trao đổi chất liên quan đến một lượng lớn các [[phản ứng hóa học]], nhưng hầu hết rơi vào một vài loại phản ứng cơ bản liên quan đến việc chuyển các [[nhóm chức]] của nguyên tử và liên kết của chúng giữa các [[phân tử]]. <ref>{{cite journal|author=Mitchell P|title=The Ninth Sir Hans Krebs Lecture. Compartmentation and communication in living systems. Ligand conduction: a general catalytic principle in chemical, osmotic and chemiosmotic reaction systems|journal=Eur J Biochem|volume=95|issue=1|pages=1–20|year=1979|pmid=378655|doi=10.1111/j.1432-1033.1979.tb12934.x}}</ref> Các phản ứng hóa học thông thường này cho phép các tế bào sử dụng một nhóm nhỏ các chất chuyển hóa trung gian để mang các nhóm chức giữa các phản ứng khác nhau. <ref name="Wimmer" />Những chất chuyển nhóm trung gian này được gọi là [[coenzyme]]. Mỗi loại phản ứng chuyển nhóm này được thực hiện bởi một coenzym đặc hiệu, là cơ chất cho một tập hợp các [[enzyme]] tạo ra, và một tập hợp enzyme khác tiêu thụ chúng. Do đó, các coenzyme này liên tục được tạo ra, tiêu thụ và sau đó lại được tái tạo. <ref name="Dimroth">{{cite journal|vauthors=Dimroth P, von Ballmoos C, Meier T|title=Catalytic and mechanical cycles in F-ATP synthases: Fourth in the Cycles Review Series|pmc=1456893|journal=EMBO Rep|volume=7|issue=3|pages=276–82|date=March 2006|pmid=16607397|doi=10.1038/sj.embor.7400646}}</ref>

Một coenzym quan trọng là [[Adenosine triphosphat|adenosine triphosphate]] (ATP), "đồng tiền năng lượng" chung cho tế bào. [[Nucleotide]] này được sử dụng để chuyển năng lượng hóa học giữa các phản ứng hóa học khác nhau. Chỉ có một lượng nhỏ ATP trong các tế bào, nhưng chúng được tái tạo liên tục; mỗi ngày cơ thể con người có thể sử dụng một lượng ATP bằng với khối lượng của mình. <ref name="Dimroth" /> ATP hoạt động như một cầu nối giữa hai quá trình là [[dị hóa]] và [[đồng hóa]]. Dị hóa thì phá hủy các phân tử, còn đồng hóa lại xây nên những phân tử này. Phản ứng dị hóa tạo ra ATP, và phản ứng đồng hóa lại sử dụng ATP này. ATP cũng có thể đóng vai trò như chất mang nhóm phosphate trong các phản ứng [[phosphoryl hóa]].

[[Vitamin]] là một loại hợp chất hữu cơ cần thiết với lượng nhỏ mà không thể tự tổng hợp trong các [[tế bào]]. Trong [[dinh dưỡng]] ở người, hầu hết các vitamin hoạt động như coenzyme sau khi sửa đổi; ví dụ, tất cả các vitamin tan trong nước được phosphoryl hóa hoặc được kết hợp với nucleotide khi chúng được sử dụng trong tế bào. <ref>{{Cite book|last1=Coulston|first1=Ann|last2=Kerner|first2=John|last3=Hattner|first3=JoAnn|last4=Srivastava|first4=Ashini|contribution=Nutrition Principles and Clinical Nutrition|title=Stanford School of Medicine Nutrition Courses|publisher=SUMMIT|year=2006}}</ref> [[NADH|Nicotinamide adenine dinucleotide]] (NAD<sup>+</sup>), một dẫn xuất của [[Vitamin B3|vitamin B<sub href="DOI">3</sub>]] (niacin), là một coenzyme quan trọng đóng vai trò làm chất nhận hydro. Có hàng trăm loại enzyme [[dehydrogenase]] riêng biệt cho việc loại bỏ các electron khỏi cơ chất của chúng và khử NAD<sup>+</sup> thành NADH. NADH này lại có thể sử dụng để khử các cơ chất khác với hoạt động của enzyme [[reductase]]. <ref>{{cite journal|vauthors=Pollak N, Dölle C, Ziegler M|title=The power to reduce: pyridine nucleotides&nbsp;– small molecules with a multitude of functions|journal=Biochem J|volume=402|issue=2|pages=205–18|year=2007|pmid=17295611|doi=10.1042/BJ20061638|pmc=1798440}}</ref> Nicotinamide adenine dinucleotide tồn tại ở hai dạng "gần gũi" trong tế bào là NADH và NADPH. Dạng NAD<sup>+</sup>/NADH quan trọng hơn trong các phản ứng [[dị hóa]], còn dạng NADP<sup>+</sup> / NADPH được sử dụng trong các phản ứng [[đồng hóa]].

=== Chất khoáng và cofactor ===
{{further|Chuyển hóa kim loại|Hóa học sinh học vô cơ}}<figure class="mw-default-size mw-halign-left">[https://en.wikipedia.org/wiki/File:1GZX_Haemoglobin.png [[File:1GZX_Haemoglobin.png|liên_kết=|thế=|300x300px]]]<figcaption href="PubMed Central">Cấu trúc của [[hemoglobin]]. Các tiểu đơn vị protein được tô màu đỏ và xanh dương, và các nhóm [[Hem|heme]] thì là màu xanh lục. Từ {{PDB|1GZX}}.</figcaption></figure>Các [[Hợp chất vô cơ|nguyên tố vô cơ]] cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất; một số thì rất giàu trong tế bào (ví dụ: [[natri]] và [[kali]]) trong khi một số khác hoạt động ở nồng độ rất thấp. Khoảng 99% khối lượng của [[Lớp Thú|động vật có vú]] được tạo thành từ các nguyên tố [[carbon]], [[nitơ]], [[canxi]], [[natri]], [[clo]], [[kali]], [[Hiđro|hydro]], [[Phốtpho|phospho]], [[Ôxy|oxy]] và [[lưu huỳnh]]. <ref name="Heymsfield">{{cite journal|vauthors=Heymsfield S, Waki M, Kehayias J, Lichtman S, Dilmanian F, Kamen Y, Wang J, Pierson R|title=Chemical and elemental analysis of humans in vivo using improved body composition models|journal=Am J Physiol|volume=261|issue=2 Pt 1|pages=E190–8|year=1991|pmid=1872381}}</ref> Các hợp chất hữu cơ (protein, lipid và carbohydrate) có phần lớn thành phần là carbon và nitơ; hầu hết oxy và hydro có mặt dưới dạng [[nước]]. <ref name="Heymsfield" />

Các nguyên tố vô cơ phong phú đóng vai trò như các [[ion]] [[Điện li|điện ly]]. Các ion quan trọng nhất là [[natri]], kali, canxi, magiê, clorua, phosphate và ion [[bicarbonate]] hữu cơ. Việc duy trì [[Gradien|gradient]] ion chính xác trên màng tế bào giúp duy trì ổn định [[áp suất thẩm thấu]] và [[pH]]. <ref>{{cite journal|author=Sychrová H|title=Yeast as a model organism to study transport and homeostasis of alkali metal cations|url=http://www.biomed.cas.cz/physiolres/pdf/53%20Suppl%201/53_S91.pdf|format=PDF|journal=Physiol Res|volume=53 Suppl 1|issue=|pages=S91–8|year=2004|pmid=15119939}}</ref> Các ion cũng đặc biệt quan trọng đối với chức năng của [[Nơron|tế bào thần kinh]] và [[Tế bào Cơ|cơ]], vì [[điện thế hoạt động]] trong các [[mô]] này được tạo ra bằng cách trao đổi các chất điện giải giữa dịch ngoại bào và chất lỏng của tế bào, [[bào tương]].<ref>{{cite journal|author=Levitan I|title=Modulation of ion channels in neurons and other cells|journal=Annu Rev Neurosci|volume=11|issue=|pages=119–36|year=1988|pmid=2452594|doi=10.1146/annurev.ne.11.030188.001003}}</ref> Các chất điện giải đi vào và rời các tế bào qua các [[Protein màng|protein trên màng tế bào]] được gọi là các [[kênh ion]]. Ví dụ, hoạt động co cơ phụ thuộc vào sự dịch chuyển của các ion canxi, natri và kali nhờ các kênh trên [[Màng tế bào|màng sinh chất]] và các [[ống T.]] <ref>{{cite journal|author=Dulhunty A|title=Excitation-contraction coupling from the 1950s into the new millennium|journal=Clin Exp Pharmacol Physiol|volume=33|issue=9|pages=763–72|year=2006|pmid=16922804|doi=10.1111/j.1440-1681.2006.04441.x}}</ref>

[[Kim loại chuyển tiếp]] thường có mặt với vai trò là các [[nguyên tố vi lượng]] trong các [[sinh vật]], [[kẽm]] và [[sắt]] là những nguyên tố nhiều nhất trong số này.<ref>{{cite journal|vauthors=Mahan D, Shields R|title=Macro- and micromineral composition of pigs from birth to 145 kilograms of body weight|url=https://www.uthfa.com/wp-content/uploads/2016/08/506.pdf|journal=J Anim Sci|volume=76|issue=2|pages=506–12|year=1998|pmid=9498359}}</ref><ref name="Husted">{{cite journal|vauthors=Husted S, Mikkelsen B, Jensen J, Nielsen N|title=Elemental fingerprint analysis of barley (Hordeum vulgare) using inductively coupled plasma mass spectrometry, isotope-ratio mass spectrometry, and multivariate statistics|journal=Anal Bioanal Chem|volume=378|issue=1|pages=171–82|year=2004|pmid=14551660|doi=10.1007/s00216-003-2219-0}}</ref> Những kim loại này được sử dụng trong một số protein như [[cofactor]] và rất cần thiết cho hoạt động của các enzyme như [[catalase]] và các protein vận chuyển oxy như [[hemoglobin]]. <ref>{{cite journal|vauthors=Finney L, O'Halloran T|title=Transition metal speciation in the cell: insights from the chemistry of metal ion receptors|journal=Science|volume=300|issue=5621|pages=931–6|year=2003|pmid=12738850|doi=10.1126/science.1085049|bibcode=2003Sci...300..931F}}</ref> Cofactor kim loại được gắn chặt vào các vị trí đặc hiệu trong protein; và mặc dù [[cofactor]] của [[Enzym|enzyme]] có thể được biến đổi trong quá trình [[xúc tác]], chúng luôn trở về trạng thái ban đầu vào cuối phản ứng. Các kim loại vi lượng này được hấp thụ vào [[sinh vật]] qua các chất vận chuyển đặc hiệu và nếu chúng chưa được sử dụng: chúng sẽ liên kết với các [[protein dự trữ]] như [[ferritin]] hoặc [[metallothionein]].<ref>{{cite journal|vauthors=Cousins R, Liuzzi J, Lichten L|title=Mammalian zinc transport, trafficking, and signals|url=http://www.jbc.org/cgi/content/full/281/34/24085|journal=J Biol Chem|volume=281|issue=34|pages=24085–9|year=2006|pmid=16793761|doi=10.1074/jbc.R600011200}}</ref><ref>{{cite journal|vauthors=Dunn L, Rahmanto Y, Richardson D|title=Iron uptake and metabolism in the new millennium|journal=Trends Cell Biol|volume=17|issue=2|pages=93–100|year=2007|pmid=17194590|doi=10.1016/j.tcb.2006.12.003}}</ref>


== Xem thêm ==
== Xem thêm ==

Phiên bản lúc 10:57, ngày 16 tháng 8 năm 2018

Đây là một trong loạt bài về
Hóa sinh
Các nét quan trọng
Lịch sử và chủ đề
Thuật ngữ
Lĩnh vực: Sinh học, Sinh học phân tử, tế bào

Trao đổi chất hay chuyển hóa (metabolism trong tiếng Anh, lấy từ tiếng Hy Lạp: μεταβολή metabolē, "biến đổi") là tập hợp các biến đổi hóa học giúp duy trì sự sống trong các tế bào của sinh vật. Ba mục đích chính của quá trình trao đổi chất là chuyển đổi thức ăn/nhiên liệu thành năng lượng để sử dụng cho các quá trình của tế bào, biến đổi thức ăn/nhiên liệu thành các đơn vị để tạo nên protein, lipid, axit nucleic cùng một số carbohydrate và loại bỏ chất thải nitơ. Những phản ứng được xúc tác bởi enzyme này cho phép các sinh vật sinh trưởng và sinh sản, duy trì cấu trúc của mình và đáp ứng với môi trường xung quanh. Thuật ngữ "trao đổi chất" ​​cũng có thể dùng để chỉ tất cả các phản ứng hóa học xảy ra trong sinh vật sống, bao gồm tiêu hóa và vận chuyển các chất vào hoặc giữa các tế bào khác nhau, trong trường hợp đó thì các phản ứng trong tế bào thì được gọi là chuyển hóa trung gian hoặc trao đổi chất trung gian.

Trao đổi chất thường được chia thành hai loại chính: dị hóa, quá trình "phá vỡ" các chất hữu cơ ví dụ như, phân giải glucose thành pyruvate trong hô hấp tế bào; và đồng hóa, quá trình tạo nên các thành phần của tế bào như protein và axit nucleic. Thông thường, dị hóa sẽ giải phóng năng lượng và đồng hóa thì tiêu tốn năng lượng.

Các phản ứng hóa học trong chuyển hóa được tổ chức thành các con đường chuyển hóa, trong đó một chất hóa học được biến đổi thông qua một loạt các bước để thành một chất khác, qua một chuỗi các enzyme. Enzyme rất quan trọng trong trao đổi chất bởi vì chúng cho phép các sinh vật đẩy nhanh các phản ứng yêu cầu năng lượng bằng cách kết cặp chúng với các phản ứng tự phát giải phóng năng lượng. Nếu không có enzyme, những phản ứng cần năng lượng sẽ không thể xảy ra. Enzyme hoạt động như chất xúc tác vàcho phép các phản ứng diễn ra với tốc độ nhanh hơn. Enzyme cũng cho phép điều chỉnh các đường chuyển hóa để đáp ứng với những thay đổi trong môi trường của tế bào hoặc tín hiệu từ các tế bào khác.

Hệ thống chuyển hóa của một sinh vật cụ thể sẽ xác định chất nào sẽ là chất dinh dưỡng hoặc là chất độc hại với chúng. Ví dụ, một số sinh vật nhân sơ có thể sử dụng hydrogen sulfide như một chất dinh dưỡng, nhưng khí này lại là độc đối với động vật. [1] Tốc độ chuyển hóa sẽ ảnh hưởng đến lượng thức ăn mà sinh vật yêu cầu, và cũng ảnh hưởng đến cách thức chúng có thể hấp thụ thức ăn đó.

Một đặc điểm nổi bật của quá trình trao đổi chất là sự giống nhau của các con đường và thành phần chuyển hóa cơ bản giữa các loài khác nhau. [2] Ví dụ, tập hợp các axit cacboxylic, được biết đến như là sản phẩm trung gian trong chu trình axit citric, có mặt trong tất cả các sinh vật đã biết, được tìm thấy từ các loài chỉ như vi khuẩn đơn bào Escherichia coli đến tận các sinh vật đa bào lớn như voi. [3] Những điểm tương đồng nổi bật trong các con đường trao đổi chất có thể là do sự xuất hiện sớm của chúng trong lịch sử tiến hóa và vẫn được giữ lại vì mang hiệu quả cao.[4][5]

Thành phần hóa sinh chủ chốt

Xem thêm thông tin: Phân tử sinh học, Tế bào, và Hóa sinh

Cấu trúc của adenosine triphosphate (ATP), chất trung gian quan trọng trong chuyển hóa năng lượng.

Hầu hết các cấu trúc làm nên động vật, thực vật hay vi sinh vật được cấu thành từ ba loại phân tử cơ bản: axit amin, carbohydrate và lipid (thường được gọi là chất béo). Vì những phân tử này rất quan trọng cho sự sống, nên các phản ứng trao đổi chất tập trung vào việc tạo ra các phân tử này trong quá trình xây dựng tế bào và mô, hoặc "phá vỡ" chúng và sử dụng chúng làm nguồn năng lượng qua quá trình tiêu

Cấu trúc của triacylglycerol

hóa. Các chất hóa sinh này có thể được kết hợp với nhau để tạo ra các polyme như DNA và protein, các đại phân tử thiết yếu của sự sống.

Loại phân tửTên monome Tên polyme Ví dụ về dạng polyme
Axit amin Protein (cấu thành từ chuỗi polypeptide) Protein dạng sợi hoặc protein dạng cầu
CarbohydrateMonosaccharide Polysaccharide Tinh bột, glycogen hoặc cellulose
Axit nucleicNucleotide Polynucleotide DNA hoặc RNA

Axit amin và protein

Protein được tạo thành từ chuỗi các axit amin được nối với nhau bởi các liên kết peptide. Nhiều protein là các enzyme xúc tác các phản ứng hóa học trong quá trình trao đổi chất. Một số loại protein khác lại có chức năng cấu trúc hoặc chức năng cơ học, chẳng hạn như những protein hình thành khung xương tế bào-hệ thống "giàn giáo" giúp duy trì hình dạng cả tế bào.[6]Protein cũng rất quan trọng cho một số chức năng khác như tín hiệu tế bào, đáp ứng miễn dịch, bám dính tế bào, vận chuyển chủ động qua màng sinh chất và chu kỳ tế bào. [7] Axit amin cũng góp phần cho chuyển hóa năng lượng tế bào bằng cách cung cấp nguồn carbon để đi vào chu trình axit citric (chu trình axit tricarboxylic),[8] đặc biệt khi nguồn năng lượng chính, chẳng hạn như glucose, bị cạn kiệt hoặc khi các tế bào đang trải qua những stress về chuyển hóa [9]

Biểu đồ cho ta thấy một số lượng lớn các con đường chuyển hóa

Lipid

Lipid là nhóm chất sinh hóa đa dạng nhất. Chức năng cấu trúc chính của chúng là giúp tạo nên các phần của màng sinh học cả bên trong và bên ngoài, chẳng hạn như màng tế bào. Ngoài ra, chúng cũng có thể sử dụng làm một nguồn năng lượng.[7] Lipid thường được định nghĩa là các phân tử sinh học kỵ nước hoặc lưỡng phần nhưng lại có thể tan trong các dung môi hữu cơ như benzen hoặc chloroform. [10] Chất béo là một nhóm lớn các hợp chất có chứa các axit béo và glycerol. Triacylglyceride là một phân tử được cấu tạo từ một glycerol gắn với ba este axit béo. [11] Ngoài cấu trúc cơ bản này thì trong tế bào còn tồn tại một số biến thể, chẳng hạn như sphingolipid với mạch khung được thay bằng sphingosine, phospholipid với một trong ba axit béo được thay bằng nhóm ưa nước phosphat. Các steroid như cholesterol cũng là một nhóm lớn khác của lipid. [12]

Dạng chuỗi thẳng tạo bởi bốn nhóm CHOH liên kết thành một hàng, được giới hạn ở đầu bởi nhóm aldehyde COH và nhóm metanol CH 2 O H. Để tạo thành vòng, nhóm aldehyde kết hợp với nhóm OH của carbon ở đầu kia, ngay trước nhóm methanol.
Glucose có thể tồn tại ở cả dạng thẳng và vòng.

Carbohydrate

Carbohydrate có thể là aldehyde hoặc xeton, với nhiều nhóm hydroxyl được gắn vào, và có thể tồn tại dưới dạng thẳng hoặc vòng. Carbohydrate là nhóm các phân tử sinh học phong phú nhất, và phù hợp với nhiều vai trò, chẳng hạn như lưu trữ và vận chuyển năng lượng (tinh bột, glycogen) hay đóng vai trò là các thành phần cấu trúc (cellulose ở thực vật, chitin ở động vật). [7] Các đơn vị carbohydrate cơ bản được gọi là monosaccharide (đường đơn), có thể kể đến như galactose, fructose, và quan trọng nhất là glucose. Monosaccharide có thể được liên kết với nhau để tạo thành các polysaccharide (đường đa) theo vô số cách khác nhau. [13]

Nucleotide

Hai axit nucleic, DNA và RNA, là các polyme của nucleotide. Mỗi nucleotide gồm một nhóm phosphat gắn với một đường ribose hoặc deoxyribose cùng với một base nitơ. Axit nucleic rất quan trọng cho việc lưu trữ và truyền đạt thông tin di truyền, thông tin di truyền này sẽ được "diễn giải" qua quá trình phiên mã và sinh tổng hợp protein. [7] Thông tin này được bảo quản bởi các cơ chế sửa chữa DNA và được nhân lên thông qua quá trình sao chép DNA. Nhiều virus lại sử dụng bộ gen RNA, chẳng hạn như HIV, và có thể phiên mã ngược để tạo ra DNA từ bộ gen RNA của virus. [14] RNA trong ribozyme như spliceosome và ribosome cũng có hoạt động tương tự như enzyme vì nó có thể xúc tác cho các phản ứng hóa học. Các nucleoside riêng lẻ được tạo ra bằng cách gắn một nucleobase với đường ribose. Các bazơ này là các hợp chất dị vòng có chứa nitơ, được chia làm hai nhóm là purine hoặc pyrimidine. Nucleotide cũng có thể hoạt động như các coenzyme trong phản ứng chuyển-nhóm-chuyển hóa.[15]

Coenzyme

Bài chi tiết: Coenzyme
Cấu trúc của coenzyme acetyl-CoA. Nhóm acetyl có thể chuyển được liên kết với nguyên tử lưu huỳnh ở tận cùng bên trái.

Trao đổi chất liên quan đến một lượng lớn các phản ứng hóa học, nhưng hầu hết rơi vào một vài loại phản ứng cơ bản liên quan đến việc chuyển các nhóm chức của nguyên tử và liên kết của chúng giữa các phân tử. [16] Các phản ứng hóa học thông thường này cho phép các tế bào sử dụng một nhóm nhỏ các chất chuyển hóa trung gian để mang các nhóm chức giữa các phản ứng khác nhau. [15]Những chất chuyển nhóm trung gian này được gọi là coenzyme. Mỗi loại phản ứng chuyển nhóm này được thực hiện bởi một coenzym đặc hiệu, là cơ chất cho một tập hợp các enzyme tạo ra, và một tập hợp enzyme khác tiêu thụ chúng. Do đó, các coenzyme này liên tục được tạo ra, tiêu thụ và sau đó lại được tái tạo. [17]

Một coenzym quan trọng là adenosine triphosphate (ATP), "đồng tiền năng lượng" chung cho tế bào. Nucleotide này được sử dụng để chuyển năng lượng hóa học giữa các phản ứng hóa học khác nhau. Chỉ có một lượng nhỏ ATP trong các tế bào, nhưng chúng được tái tạo liên tục; mỗi ngày cơ thể con người có thể sử dụng một lượng ATP bằng với khối lượng của mình. [17] ATP hoạt động như một cầu nối giữa hai quá trình là dị hóa và đồng hóa. Dị hóa thì phá hủy các phân tử, còn đồng hóa lại xây nên những phân tử này. Phản ứng dị hóa tạo ra ATP, và phản ứng đồng hóa lại sử dụng ATP này. ATP cũng có thể đóng vai trò như chất mang nhóm phosphate trong các phản ứng phosphoryl hóa.

Vitamin là một loại hợp chất hữu cơ cần thiết với lượng nhỏ mà không thể tự tổng hợp trong các tế bào. Trong dinh dưỡng ở người, hầu hết các vitamin hoạt động như coenzyme sau khi sửa đổi; ví dụ, tất cả các vitamin tan trong nước được phosphoryl hóa hoặc được kết hợp với nucleotide khi chúng được sử dụng trong tế bào. [18] Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+), một dẫn xuất của vitamin B3 (niacin), là một coenzyme quan trọng đóng vai trò làm chất nhận hydro. Có hàng trăm loại enzyme dehydrogenase riêng biệt cho việc loại bỏ các electron khỏi cơ chất của chúng và khử NAD+ thành NADH. NADH này lại có thể sử dụng để khử các cơ chất khác với hoạt động của enzyme reductase. [19] Nicotinamide adenine dinucleotide tồn tại ở hai dạng "gần gũi" trong tế bào là NADH và NADPH. Dạng NAD+/NADH quan trọng hơn trong các phản ứng dị hóa, còn dạng NADP+ / NADPH được sử dụng trong các phản ứng đồng hóa.

Chất khoáng và cofactor

Xem thêm thông tin: Chuyển hóa kim loại và Hóa học sinh học vô cơ

<figure class="mw-default-size mw-halign-left"><figcaption href="PubMed Central">Cấu trúc của hemoglobin. Các tiểu đơn vị protein được tô màu đỏ và xanh dương, và các nhóm heme thì là màu xanh lục. Từ PDB: 1GZX​.</figcaption></figure>Các nguyên tố vô cơ cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất; một số thì rất giàu trong tế bào (ví dụ: natri và kali) trong khi một số khác hoạt động ở nồng độ rất thấp. Khoảng 99% khối lượng của động vật có vú được tạo thành từ các nguyên tố carbon, nitơ, canxi, natri, clo, kali, hydro, phospho, oxy và lưu huỳnh. [20] Các hợp chất hữu cơ (protein, lipid và carbohydrate) có phần lớn thành phần là carbon và nitơ; hầu hết oxy và hydro có mặt dưới dạng nước. [20]

Các nguyên tố vô cơ phong phú đóng vai trò như các ion điện ly. Các ion quan trọng nhất là natri, kali, canxi, magiê, clorua, phosphate và ion bicarbonate hữu cơ. Việc duy trì gradient ion chính xác trên màng tế bào giúp duy trì ổn định áp suất thẩm thấu và pH. [21] Các ion cũng đặc biệt quan trọng đối với chức năng của tế bào thần kinh và cơ, vì điện thế hoạt động trong các mô này được tạo ra bằng cách trao đổi các chất điện giải giữa dịch ngoại bào và chất lỏng của tế bào, bào tương.[22] Các chất điện giải đi vào và rời các tế bào qua các protein trên màng tế bào được gọi là các kênh ion. Ví dụ, hoạt động co cơ phụ thuộc vào sự dịch chuyển của các ion canxi, natri và kali nhờ các kênh trên màng sinh chất và các ống T. [23]

Kim loại chuyển tiếp thường có mặt với vai trò là các nguyên tố vi lượng trong các sinh vật, kẽm và sắt là những nguyên tố nhiều nhất trong số này.[24][25] Những kim loại này được sử dụng trong một số protein như cofactor và rất cần thiết cho hoạt động của các enzyme như catalase và các protein vận chuyển oxy như hemoglobin. [26] Cofactor kim loại được gắn chặt vào các vị trí đặc hiệu trong protein; và mặc dù cofactor của enzyme có thể được biến đổi trong quá trình xúc tác, chúng luôn trở về trạng thái ban đầu vào cuối phản ứng. Các kim loại vi lượng này được hấp thụ vào sinh vật qua các chất vận chuyển đặc hiệu và nếu chúng chưa được sử dụng: chúng sẽ liên kết với các protein dự trữ như ferritin hoặc metallothionein.[27][28]

Xem thêm

Hình ảnh

Tham khảo

  1. ^ Friedrich C (1998). “Physiology and genetics of sulfur-oxidizing bacteria”. Adv Microb Physiol. Advances in Microbial Physiology. 39: 235–89. doi:10.1016/S0065-2911(08)60018-1. ISBN 978-0-12-027739-1. PMID 9328649.
  2. ^ Pace NR (tháng 1 năm 2001). “The universal nature of biochemistry”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98 (3): 805–8. Bibcode:2001PNAS...98..805P. doi:10.1073/pnas.98.3.805. PMC 33372. PMID 11158550.
  3. ^ Smith E, Morowitz H (2004). “Universality in intermediary metabolism”. Proc Natl Acad Sci USA. 101 (36): 13168–73. Bibcode:2004PNAS..10113168S. doi:10.1073/pnas.0404922101. PMC 516543. PMID 15340153.
  4. ^ Ebenhöh O, Heinrich R (2001). “Evolutionary optimization of metabolic pathways. Theoretical reconstruction of the stoichiometry of ATP and NADH producing systems”. Bull Math Biol. 63 (1): 21–55. doi:10.1006/bulm.2000.0197. PMID 11146883.
  5. ^ Meléndez-Hevia E, Waddell T, Cascante M (1996). “The puzzle of the Krebs citric acid cycle: assembling the pieces of chemically feasible reactions, and opportunism in the design of metabolic pathways during evolution”. J Mol Evol. 43 (3): 293–303. Bibcode:1996JMolE..43..293M. doi:10.1007/BF02338838. PMID 8703096.
  6. ^ Michie K, Löwe J (2006). “Dynamic filaments of the bacterial cytoskeleton”. Annu Rev Biochem. 75: 467–92. doi:10.1146/annurev.biochem.75.103004.142452. PMID 16756499.
  7. ^ a b c d Nelson, David L.; Michael M. Cox (2005). Lehninger Principles of Biochemistry. New York: W. H. Freeman and company. tr. 841. ISBN 0-7167-4339-6.
  8. ^ Kelleher J, Bryan 3rd, B, Mallet R, Holleran A, Murphy A, and Fiskum G (1987). “Analysis of tricarboxylic acid-cycle metabolism of hepatoma cells by comparison of 14CO2 ratios”. Biochem J. 246 (3): 633–639. doi:10.1042/bj2460633. PMC 1148327. PMID 3120698.Quản lý CS1: sử dụng tham số tác giả (liên kết)
  9. ^ Hothersall, J; Ahmed, A (2013). “Metabolic fate of the increased yeast amino acid uptake subsequent to catabolite derepression”. J Amino Acids. 2013: e461901. doi:10.1155/2013/461901. PMC 3575661. PMID 23431419. Đã bỏ qua tham số không rõ |lastauthoramp= (gợi ý |name-list-style=) (trợ giúp)
  10. ^ Fahy E, Subramaniam S, Brown H, Glass C, Merrill A, Murphy R, Raetz C, Russell D, Seyama Y, Shaw W, Shimizu T, Spener F, van Meer G, VanNieuwenhze M, White S, Witztum J, Dennis E (2005). “A comprehensive classification system for lipids”. J Lipid Res. 46 (5): 839–61. doi:10.1194/jlr.E400004-JLR200. PMID 15722563.
  11. ^ “Nomenclature of Lipids”. IUPAC-IUB Commission on Biochemical Nomenclature (CBN). Truy cập ngày 8 tháng 3 năm 2007.
  12. ^ Hegardt F (1999). “Mitochondrial 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthase: a control enzyme in ketogenesis”. Biochem J. 338 (Pt 3): 569–82. doi:10.1042/0264-6021:3380569. PMC 1220089. PMID 10051425.
  13. ^ Raman R, Raguram S, Venkataraman G, Paulson J, Sasisekharan R (2005). “Glycomics: an integrated systems approach to structure-function relationships of glycans”. Nat Methods. 2 (11): 817–24. doi:10.1038/nmeth807. PMID 16278650.
  14. ^ Sierra S, Kupfer B, Kaiser R (2005). “Basics of the virology of HIV-1 and its replication”. J Clin Virol. 34 (4): 233–44. doi:10.1016/j.jcv.2005.09.004. PMID 16198625.
  15. ^ a b Wimmer M, Rose I (1978). “Mechanisms of enzyme-catalyzed group transfer reactions”. Annu Rev Biochem. 47: 1031–78. doi:10.1146/annurev.bi.47.070178.005123. PMID 354490.
  16. ^ Mitchell P (1979). “The Ninth Sir Hans Krebs Lecture. Compartmentation and communication in living systems. Ligand conduction: a general catalytic principle in chemical, osmotic and chemiosmotic reaction systems”. Eur J Biochem. 95 (1): 1–20. doi:10.1111/j.1432-1033.1979.tb12934.x. PMID 378655.
  17. ^ a b Dimroth P, von Ballmoos C, Meier T (tháng 3 năm 2006). “Catalytic and mechanical cycles in F-ATP synthases: Fourth in the Cycles Review Series”. EMBO Rep. 7 (3): 276–82. doi:10.1038/sj.embor.7400646. PMC 1456893. PMID 16607397.
  18. ^ Coulston, Ann; Kerner, John; Hattner, JoAnn; Srivastava, Ashini (2006). “Nutrition Principles and Clinical Nutrition”. Stanford School of Medicine Nutrition Courses. SUMMIT.
  19. ^ Pollak N, Dölle C, Ziegler M (2007). “The power to reduce: pyridine nucleotides – small molecules with a multitude of functions”. Biochem J. 402 (2): 205–18. doi:10.1042/BJ20061638. PMC 1798440. PMID 17295611.
  20. ^ a b Heymsfield S, Waki M, Kehayias J, Lichtman S, Dilmanian F, Kamen Y, Wang J, Pierson R (1991). “Chemical and elemental analysis of humans in vivo using improved body composition models”. Am J Physiol. 261 (2 Pt 1): E190–8. PMID 1872381.
  21. ^ Sychrová H (2004). “Yeast as a model organism to study transport and homeostasis of alkali metal cations” (PDF). Physiol Res. 53 Suppl 1: S91–8. PMID 15119939.
  22. ^ Levitan I (1988). “Modulation of ion channels in neurons and other cells”. Annu Rev Neurosci. 11: 119–36. doi:10.1146/annurev.ne.11.030188.001003. PMID 2452594.
  23. ^ Dulhunty A (2006). “Excitation-contraction coupling from the 1950s into the new millennium”. Clin Exp Pharmacol Physiol. 33 (9): 763–72. doi:10.1111/j.1440-1681.2006.04441.x. PMID 16922804.
  24. ^ Mahan D, Shields R (1998). “Macro- and micromineral composition of pigs from birth to 145 kilograms of body weight” (PDF). J Anim Sci. 76 (2): 506–12. PMID 9498359.
  25. ^ Husted S, Mikkelsen B, Jensen J, Nielsen N (2004). “Elemental fingerprint analysis of barley (Hordeum vulgare) using inductively coupled plasma mass spectrometry, isotope-ratio mass spectrometry, and multivariate statistics”. Anal Bioanal Chem. 378 (1): 171–82. doi:10.1007/s00216-003-2219-0. PMID 14551660.
  26. ^ Finney L, O'Halloran T (2003). “Transition metal speciation in the cell: insights from the chemistry of metal ion receptors”. Science. 300 (5621): 931–6. Bibcode:2003Sci...300..931F. doi:10.1126/science.1085049. PMID 12738850.
  27. ^ Cousins R, Liuzzi J, Lichten L (2006). “Mammalian zinc transport, trafficking, and signals”. J Biol Chem. 281 (34): 24085–9. doi:10.1074/jbc.R600011200. PMID 16793761.
  28. ^ Dunn L, Rahmanto Y, Richardson D (2007). “Iron uptake and metabolism in the new millennium”. Trends Cell Biol. 17 (2): 93–100. doi:10.1016/j.tcb.2006.12.003. PMID 17194590.

Liên kết ngoài

Lấy từ “https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Trao_đổi_chất&oldid=41805518”