Metabolizma bir içinde oluşan kimyasal reaksiyonların kümesidir canlıya ve ona özellikle etmek, yaşatmak için izin çoğaltmak için, geliştirmek ve cevap için uyaranlara ortamındaki. Bu kimyasal reaksiyonların bazıları, sindirim veya hücreler arasında maddelerin taşınması gibi vücut hücrelerinin dışında gerçekleşir . Ancak bu reaksiyonların çoğu hücrelerde meydana gelir ve ara metabolizmayı oluşturur .
Biyokimya kimyasal reaksiyonlara göre hücre katalize göre enzimlerin , yani proteinlerin her biri özel bir kimyasal reaksiyonu kolaylaştırmak becerisi. Bu reaksiyonlar termodinamiğin ilkelerine göre yönetilir ve metabolik yollara göre düzenlenir . İkincisi, enzimler tarafından katalize edilen ardışık, paralel veya döngüsel dönüşümler yoluyla bir kimyasal bileşiği diğerine dönüştürmeyi mümkün kılan bir dizi dönüşümden oluşur . Bu enzimlerin bazıları, hücresel metabolitler veya hücre dışı sinyaller tarafından düzenlenmeye tabidir . Bu düzenleyici faktörler, enzimatik kinetiği değiştirir, belirli belirleme reaksiyonlarını hızlandırır veya yavaşlatır ve koşullara bağlı olarak çeşitli metabolik yolların açılması ve kapanmasıyla sistemin kendi kendini düzenlemesiyle sonuçlanır .
Metabolizmayı oluşturan bütün tepkimelerde, bir yandan ilgili bir farklılaşacaktır anabolizma tüm ara yollarını temsil eder, biyosentez hücresel bileşenlerin ve diğer taraftan üzerine katabolizması tüm degradasyon yollarını temsil etmektedir. Bu hücresel bileşenlerin arasında küçük moleküller serbest bırakmak için oksidasyon yoluyla veya diğer hücresel bileşenleri yeniden inşa etmek için enerji . Anabolizma ve katabolizmanın reaksiyonları, enzimatik kofaktörler olarak işlev gören özel moleküller aracılığıyla birbirine bağlanır . Bu, örneğin bir durumda , adenosin trifosfat (ATP), hidroliz olan içine adenosin difosfat (ADP) ve içine inorganik fosfat (P i ) çoğu zaman onları termodinamik açıdan olumlu hale getirmek için anabolik reaksiyonlar ile birleştirilir. Nikotinamid adenin dinükleotid (NAD + oksitlenmiş halde) ve nikotinamid adenin dinükleotid fosfat (azaltılmış halde NADPH), kendi bölümü için, taşıyıcıları olan elektron kullanılan redoks reaksiyonları hücresel NAD + yerine anabolizmasında katabolizma ve NADPH. Of koenzim farklı metabolik yolların arasında malzeme değişimi sağlar. Bu nedenle, koenzim A mümkün etkinleştirmek için yapar asil grupları , bir oluşturmak üzere asil-CoA en önemli olan, asetil-CoA : ikinci gibi bozunması gibi çeşitli büyük metabolik yolların kavşak, bulunan karbonhidrat ve lipidler , metabolik enerji üretimi veya yağ asitleri ve oses biyosentezi .
Bir canlı metabolizması tiplerini tanımlar kimyasal maddeler olan besin tersine vardır, bu organizma ve bunlar için zehirler , böylece: hidrojen sülfit , H 2 Sbazı prokaryotların gelişimi için gerekliyken , bu gaz genel olarak hayvanlar için toksiktir . Bazal metabolizmanın yoğunluğu , vücudun ne kadar yiyeceğe ihtiyacı olduğunu da belirler.
En çeşitli organizmalar arasında temel metabolik yolların ve biyokimyasal bileşiklerin benzerliğini gözlemlemek çarpıcıdır. Böylece, Krebs döngüsünün ara maddelerini oluşturan karboksilik asitler , E. coli gibi bir prokaryottan fil gibi bir metazoana kadar, bugün bilinen tüm canlılarda bulunur . Bu dikkate değer benzerlikler, kesinlikle , Dünya üzerindeki yaşam formlarının evrimi sırasında bu metabolik yolların erken ortaya çıkması ve etkinlikleri nedeniyle korunmaları nedeniyledir.
"Biz keyfi dan, canlı organizmaların işleyişi hakkında akıl yürütme modlarının evriminde üç dönemleri düşünebiliriz Antik Yunan için Rönesans : dönemi Yunan filozoflarının . Spekülatif genellikle, fikir cesur zengin, Orta Çağ dini hakim ile anlaşma içinde ne Yunan mirasından alır güç finalism ait Tevrat geleneğine , nihayet dönem veya çoğalmaları simya hangi işaretleri deneysel uygulamada bir yenileme ve Renaissance”yeni ruhu açıkladı .
Bazı Yunan filozofları, canlıların yapısı ve dinamikleri üzerine meditasyon yapıyor. Onların teorisi dört elementin öğretilen, XVIII inci yüzyılın dünya inanmaktadır (ve dolayısıyla organizmalar, organ ve dokuları yaşayan) toprak, ateş, hava ve su kombinasyonundan ve neticeyi daha iyi bir anlayış sağlamalıdır ruh hallerinin metabolizması (her ruh hali bir organla ilişkilendirilir). Onun tez olarak hayvanların Parçaları , Aristoteles bir başlayarak metabolik işlem açıklanmaktadır hayati prensip , pneuma (sperm veya ilham pneuma getirdiği doğuştan pneuma, hayati nefes kalbinde yer alan kanın buharlaşması, acil ruh tarafından üretilen) . Esinlenen havadan kalpte yapılan bu hayati nefes “vücuda hayat veren ısıyı dağıtır; gıdanın sindirilmesine ve asimilasyonuna izin verir. Dişlerin ezdiği besinler midede, daha sonra bağırsakta parçalanır ve kalbe taşınarak kana dönüştürülür ”
Fizyoloji deneysel kök salmış simyacıların deneyleri metallerde Doğu Antik, Orta Çağ ve Rönesans, hazırlanan deney yöntemi . Bu bağlamda Santorio Santorio , hem emdiğini hem de ter ve dışkı yoluyla reddettiğini tartmak için bir koltuğa bağlı bir tartı icat ederek öncüdür . Otuz yılı aşkın süredir yaptığı metabolik deneyi , 1614'te Ars de statica medicina adlı kitabında yayınlanan insan metabolizması üzerine uzun süreli bir çalışmanın ilk sonuçlarını verdi .
İnsan Beslenmesi bir hale bilimsel bir disiplin sonunda XVIII inci yüzyılın ve odaklanır XIX inci üzerinde yüzyıl metabolizmasının temelinde ve kalori değeri arasında gıdalar . Gıda ve enerji arasındaki bağlantıları doğrulamaya yönelik öncü deneyler, gerçekten de endüstri devriminin sosyolojik krizi bağlamında gerçekleştirilmektedir, burada "yöneticilerin iş hiyerarşisini her birinin ve işçi için kapasitesine dayandırmasının önemli olduğu, " sistemdeki rolünü bilmek ” . “Etkisi enerjik paradigma araştırma” sonra çeviren “deneme sürecinde merkezi elemanı haline [] fiziksel aktivite performansının ölçümü fizyolojisi ” .
1854-1864 yılları arasında Louis Pasteur , alkolik fermantasyonun tamamen kimyasal bir süreç değil, mikroorganizmaların metabolizmasından kaynaklanan fizyolojik bir süreç olduğunu gösteren deneyler yaptı . 1897'de kimyager Eduard Buchner ve bakteriolog kardeşi Hans (de) , bu fermantasyonun hücrede meydana gelen biyokimyasal reaksiyonların çoğunu ( anabolizma , katabolizma , oksidasyon) hızlandırmayı mümkün kılan metabolizma aracıları, enzimleri , biyokatalizörleri gerektirdiğini göstermiştir. indirgeme , enerji transferleri ).
1950'lerden beri biyokimyasal araştırmalar katlandı. Kromatografi , elektron mikroskobu , X-ışını kristalografisi , izotop izleme , NMR spektroskopisi veya moleküler dinamik gibi tekniklerin geliştirilmesine dayanarak , metabolik yollar ve ilgili moleküller hakkında daha iyi bilgi sağlarlar.
Hayvanlar , bitkiler ve mikroplar üç ana ailelerin oluşur moleküller :
Yaşam için gerekli olan bu moleküller, hücre metabolizması ya yeni hücreler ve büyüyen dokular üretmek için onları sentezlemekten ya da sindirim sırasında onları enerji kaynakları ve yeni biyomoleküllerin biyosentezinde geri dönüştürülebilen temel bileşenler olarak kullanmak için parçalamaktan oluşur .
Makromoleküller biyolojik kendileri polimerler üç farklı familyaya ait:
Proteinler oluşmaktadır asidik α-amino asit , bir bağlanmış peptid bağı doğrusal bir zincir oluşturmak üzere. Çoğu protein olan enzimler katalize kimyasal reaksiyonlar metabolizma. Diğer proteinler , hücrenin genel şeklini koruyan hücre iskeleti gibi yapısal veya mekanik bir role sahiptir. Proteinler aynı zamanda önemli bir rol oynamaktadır , hücre sinyal iletimi gibi, antikorlar arasında bağışıklık sistemi , hücre yapışması , aktif taşıma boyunca zarlar ve hücre döngüsü . Amino asitler ayrıca , özellikle glikoz gibi ana enerji kaynakları eksik olduğunda veya hücre metabolik stres altındayken Krebs döngüsünü besleyerek hücre metabolizması için enerji sağlamaya yardımcı olur .
Lipidler en çeşitli biyokimyasal gruptur. Ana yapısal işlevi, hücre zarlarını , özellikle ökaryotik hücrelerin plazma zarını ve iç zar sisteminin yanı sıra mitokondri ve kloroplastlar gibi organelleri ve hatta tilakoidler gibi altorganelleri oluşturmaktır . Aynı zamanda enerji kaynağı olarak da kullanılırlar. Genel olarak benzen ve kloroform gibi organik çözücülerde çözünebilen hidrofobik ve amfifilik biyolojik moleküller olarak tanımlanırlar . Yağlar katıların büyük bir grup, esasen oluşan oluşan lipid arasında yağ asitleri ve gliserol . Bir gliserol kalıntısının üç hidroksilini esterleştiren üç yağ asidi kalıntısından oluşan bir moleküle trigliserid denir . Bu ana tema etrafında çeşitli varyasyonlar vardır, örneğin sfingolipidler durumunda sfingozin ve fosfolipidler durumunda fosfat grubu gibi hidrofilik gruplar . Steroidler gibi kolesterol , lipidlerin diğer önemli ailesidir.
Karbonhidratlar olan aldehidler ya da ketonlar bir çoğuna sahip olan grupları hidroksil . Bu moleküller doğrusal veya döngüsel formda var olabilir . Bunlar en bol biyolojik moleküllerdir. Bu depolama ve enerji (taşınması için maddeler olarak, fonksiyonları çok sayıda yerine nişasta , glikojen ) ya da yapısal bileşenler (olarak selüloz içinde bitkiler , kitin içerisinde hayvan ). Karbohidrat monomerleri olarak adlandırılır oses Bunlar örneğin şunlardır: galaktoz , fruktoz , ve özellikle de glikoz . Neredeyse sonsuz çeşitli yapıya sahip polisakkaritler oluşturmak için polimerize olabilirler .
Nükleositler bir bağlanması nedeniyle molekülün bir riboz ya da deoksiriboz bir de nükleobaz . İkinci bileşiklerdir heterosiklik içeren atomu arasında azot ; pürinler ve pirimidinlere ayrılırlar . Nükleotidler bir nükleosid ve bir ya da şeker ile bağlantılı daha fazla fosfat gruplarından oluşur.
İki nükleik asitler , ribonükleik asit (RNA) ve deoksiribonükleik asit (DNA) olan polimerler arasında nükleotid ya da polinükleotidler . RNA, ribonükleotidlerden (bir riboz içerir) ve deoksiribonükleotidlerin DNA'sından (bir deoksiriboz içerir) oluşur. Nükleik asitler sağlar kodlama ve terimi bir bilgi genetik ve kod çözme ardışık süreçlerle transkripsiyon ve gen çeviri bölgesinin protein biyosentezi . Bu bilgi DNA onarım mekanizmaları tarafından korunur ve DNA replikasyonu süreci ile iletilir . RNA virüsleri olarak bilinen birçok virüs , DNA'dan değil RNA'dan oluşan bir genoma sahiptir - örneğin, insan immün yetmezlik virüsü (HIV) veya influenza virüsü - bazıları konakçı hücrede bir DNA şablonu oluşturmak için ters transkriptaza başvurur. viral genom RNA, diğerleri RNA polimeraz, RNA'ya bağımlı (veya replikaz) tarafından RNA'ya doğrudan replike edilir . Spliceozomlar (veya ekleme parçacıkları ) ve ribozomlar gibi ribozimlerin RNA'sı , kimyasal reaksiyonları katalize edebildiği ölçüde enzimlere benzer .
Metabolizma, karmaşık bir dönüşüm ağı oluşturan çok sayıda farklı kimyasal reaksiyon içerir, ancak bunların çoğu, fonksiyonel grupların transferlerinden oluşan birkaç tür temel reaksiyonla karşılaştırılabilir . Bu, hücresel biyokimyanın , atom gruplarını farklı reaksiyonlar arasında taşıyabilen aktivatörler olarak görev yapan nispeten az sayıda molekülü gerektirdiği gerçeğinden kaynaklanmaktadır . Bu tür moleküllere koenzimler denir . Her tip fonksiyonel grup transferi belirli bir koenzimi içerir. Bu koenzimler her biri, aynı zamanda, belirli bir sayıda için spesifik olan enzimleri olan katalize transfer reaksiyonları, enzimler kalıcı alter ve bunları yeniden.
Adenosin trifosfat (ATP), bilinen tüm organizmalarda genel koenzim enerji değişimleridir. Bu nükleotid , enerji açığa çıkaran reaksiyonlar ile onu absorbe eden reaksiyonlar arasında metabolik enerjinin transferini mümkün kılar. Hücrelerde herhangi bir zamanda sadece az miktarda ATP vardır, ancak bu ATP sermayesi sürekli olarak tüketildiği ve yeniden üretildiği için, insan vücudu aslında her gün toplam ağırlığına neredeyse eşdeğer bir ATP kütlesi tüketebilir. ATP, anabolizmi katabolizma ile birleştirmeyi mümkün kılar , ilki ikincisi tarafından üretilen ATP'yi tüketir. Ayrıca fosforilasyon reaksiyonlarında fosfat gruplarının taşıyıcısı olarak görev yapar .
Vitaminler olan organik bileşikler hücrelerin işleyişi için küçük miktarlarda ancak kendileri üretemez esastır. Gelen insanlar , çoğu vitamin haline koenzimler hücrelerde birkaç değişiklik sonrasında. Böylece, suda çözünür vitaminler ( B vitaminleri ) hücrelerde kullanıldıklarında fosforile edilir veya nükleotidlere bağlanır . Örneğin, niasin (nikotinik asit), hidrojen alıcıları olarak redoks reaksiyonlarında yer alan önemli koenzimler olan nikotinamid adenin dinükleotid (NAD + ) ve nikotinamid adenin dinükleotid fosfatın (NADP + ) bir bileşenidir . Orada yüzlerce dehidrojenazların , çıkarma elektronlar kendi gelen alt-tabaka NAD azaltmak + NADH ve H için + . Koenzimin bu indirgenmiş formu daha sonra bir redüktaz tarafından kullanılabilir . NAD + / NADH çifti, katabolik reaksiyonlara daha fazla dahil olurken, NADP + / NADPH çifti anabolizmaya özgüdür.
Mineraller metabolizmada önemli bir rol oynamaktadır. Bazıları sodyum ve potasyum gibi bol miktarda bulunurken, diğerleri sadece düşük konsantrasyonlarda aktiftir. Kütle 99 yaklaşık% memelilerde oluşur elemanları karbon , azot , kalsiyum , sodyum , klor , potasyum , hidrojen , fosfor , oksijen ve kükürt . Organik bileşikler ( proteinler , lipidler ve karbohidratlar oksijen ve hidrojen kütle biçiminde mevcut ise), karbon ve nitrojen çoğunu içerir su .
En bol mineral tuzları elektrolit görevi görür . Ana iyonları olan sodyum , Na + , potasyum K + , kalsiyum , Ca + 2 , magnezyum , Mg + 2 , klorür Cı - , fosfat PO 4 3-ve organik bikarbonat iyonu HCO 3 -. Muhafaza tespit konsantrasyon gradyanlarını boyunca hücre zarları mümkün bakımını kolaylaştırır ozmotik dengesi ve pH hücre içi ortamı. İyonlar ayrıca hücre dışı sıvı ( içeri ) ile hücre içi sıvı, yani sitozol arasındaki iyonların plazma zarı yoluyla değişiminden kaynaklanan aksiyon potansiyeli sayesinde sinirlerin ve kasların işleyişi için de gereklidir . İyonlar, hücrelere iyon kanalları adı verilen zar proteinleri yoluyla girer ve çıkar . Bu nedenle kas kasılması , kalsiyum, sodyum ve potasyum iyonlarının hücre zarının iyon kanallarından ve T tübüllerinden geçişine bağlıdır .
Geçiş metalleri , canlı organizmalarda iz genel olarak mevcut olan çinko ve demir çoğu bol olma. Bu metaller , belirli proteinlerin ve enzimlerin kofaktörleri olarak hareket eder ve bunların düzgün çalışması için gereklidir. Bu, örneğin katalaz gibi bir enzim ve hemoglobin gibi oksijen taşıyan bir protein için geçerlidir . Metal kofaktörler spesifik olarak belirli protein bölgelerine bağlanır. Katalize reaksiyon sırasında kofaktörler değiştirilebilse de, reaksiyonun sonunda her zaman orijinal durumlarına geri dönerler. Organizmalar tarafından özel taşıyıcılar, örneğin demiri absorbe etmek için sideroforlar kullanılarak alınırlar ve kullanılmadıklarında ferritin ve metalotiyonin gibi depolama proteinlerine bağlanırlar .
Katabolizması degradasyon metabolik süreçlerin kümesidir biyomoleküllerin . Bu, örneğin besinlerin bozunmasını ve oksidasyonunu içerir . Katabolizmanın işlevi, enerjiyi ve hücrenin metabolizması için gerekli olan temel bileşenleri sağlamaktır. Bu reaksiyonların kesin doğası, her organizmaya bağlıdır. Canlılar, trofik türü olarak adlandırılan enerji ve karbon kaynaklarına göre sınıflandırılabilir :
Enerji kaynağı | Güneş ışığı | Fotoğraf- | -ganimet | ||
Kimyasal bileşikler | kemoterapi | ||||
Elektron donörü | Organik bileşikler | organo | |||
İnorganik bileşikler | lito | ||||
Karbon kaynağı | Organik bileşikler | hetero | |||
İnorganik bileşikler | öz |
Organotrofik kullanımı organik moleküller olarak bir enerji kaynağı ise litotrofik kullanımı inorganik alt-tabakalar ve fototrofik dönüştürmek güneş enerjisi içine kimyasal enerji . Ancak, bu farklı metabolizması tüm verici bileşiklerden elektron transferine dayanır - örneğin, organik moleküller olarak , su , amonyak , hidrojen sülfit ya da katyonlar arasında demir (II) Fe + 2 elektron alıcı bileşikler, doğru - (. Ferrik demir) olarak oksijen , nitrat ya da sülfatlar . Gelen hayvanlar , bu reaksiyonlar gibi basit moleküller halinde kompleks organik moleküllerin bozulmasına yol karbon dioksit ve su . Bitkiler ve siyanobakteriler gibi fotosentetik organizmalarda , bu reaksiyonlar vücut tarafından emilen ve depolanan güneş ışığından enerji açığa çıkarır .
Hayvanlardaki ana katabolik reaksiyon grupları üç ana aşamada sınıflandırılabilir. Gibi birinci, büyük organik moleküller olarak proteinler , polisakkaritler veya lipitler edilir sindirilmiş dışında kendi temel bileşenlerine hücreleri . Daha sonra bu yapı taşları hücreler tarafından emilir ve daha da küçük metabolitlere , çoğunlukla asetil-koenzim A'ya ( asetil-CoA ), bir miktar enerji salınmasıyla dönüştürülür. Son olarak, asetil Tortu, bir asetil CoA olan oksitlenmiş için su ve karbon dioksit ile Krebs döngüsü ve solunum zinciri , enerji sağlayan ikinci yüksek potansiyel elektron transfer NADH Krebs döngüsü sırasında tahliye edilecek.
Makromoleküller gibi nişasta , selüloz ve protein olan biyopolimerler , tarafından kolaylıkla emilemez hücreleri ve gereken klivaj içine oligomerler , ya da monomerlerin metabolize edilecek. Buna sindirim denir . Çeşitli sınıfları ortak enzimleri Örneğin, bu dönüşümü gerçekleştirmek peptidazlar , içine bölünerek proteinler oligopeptidler ve amino asitler , ya da seçenek olarak glikosid hidrolazlar (veya glikosidazlar ), klivaj polisakaritler içine oligosakaritler ve OSE'lerde .
Mikroorganizmalar ise kendi mahallesinde kendi sindirim enzimleri salgılar hayvanlar sadece kendi uzmanlık hücrelerden bu enzimleri salgılar sindirim sistemi . Bu hücre-dışı enzimler tarafından yayımlanan amino asitler ve monosakkaritler sonra üzerinden emilir plazma membranı ile hücrelerin zar proteinleri arasında aktif olarak taşınması .
Karbonhidratlar genel tarafından emilir hücreleri olmuştur sindirilmiş olan sonra şekerler . Hücre içindeki ozların parçalanmasının ana yolu glikolizdir , bu da birkaç ATP molekülü ve bozulmuş glikoz molekülü başına iki piruvat molekülü üretir . Piruvat, birkaç metabolik yolakta ortak olan bir metabolittir , ancak çoğu , Krebs döngüsünü beslemek için asetil-CoA'ya dönüştürülür . Sonuncusu bir ATP molekülleri üreten, ama esas ürün NADH kaynaklanan indirgenmesi ve NAD + sırasında oksidasyon ve asetil-CoA . Bu oksidasyon , yan ürün olarak karbondioksiti serbest bırakır . Anaerobik koşullar altında , glikoliz, glikoliz için NAD + ' yı yeniden oluşturmak için laktat dehidrojenaz ile elektronların NADH'den piruvata aktarılmasıyla laktat üretir . Glukoz bozulması için alternatif bir yol bir pentoz fosfat yolu salma enerjisine birincil işlevini olması halinde, ama üretmek için öncüler çeşitli arasında biyosentezi gibi NADPH için kullanılmaktadır, yağlı asitlerin biyosentez. , Hem de riboz Nükleotid sentezi için kullanılan -5-fosfat ve aromatik amino asitlerin bir öncüsü olan eritroz-4-fosfat .
Lipidler tarafından parçalanan hidroliz için gliserol ve yağ asitleri . Yağ asitleri ile parçalanır ise gliserol glikolizi indirgenir β-oksidasyon ürünleri için asetil-CoA sıra ile parçalanır, Krebs döngüsü . Yağ asitlerinin oksidasyonu, karbonhidratlardan daha fazla enerji açığa çıkarır çünkü ikincisi daha fazla oksijen içerir ve bu nedenle yağ asitlerinden daha fazla oksitlenir.
Amino asitler, üretmek için, ya kullanılan proteinler ve diğer biyomoleküllerin çeşitli veya oksidize üre ve karbon dioksit salma enerjisine. Oksidasyonları , amin gruplarını ayıran bir transaminaz tarafından α-ketoasite dönüşmeleriyle başlar ve sonuncusu üre döngüsünü besler . Bu α-ketoasitlerin birkaçı Krebs döngüsünde ara maddelerdir: glutamatın deaminasyonu böylece α-ketoglutarat verir . Glükoneogenik amino asitler, aynı zamanda yoluyla glikoz dönüştürülebilir glukoneogenez .
Oksidatif fosforilasyon sırasında - Fransız fosforile oksidasyonunda daha doğru olarak adlandırılması gereken - metabolizmanın oksidasyon reaksiyonlarından kaynaklanan yüksek potansiyelli elektronlar , enerjinin serbest bırakılmasıyla oksijene aktarılır , bu enerji ATP'yi sentezlemek için geri kazanılır . Bu elde edilir ökaryotik bir dizi membran proteinleri arasında mitokondri oluşturan , solunum zinciri . Olarak prokaryotlar , bu proteinler bulunan iç zarı . Bu membran proteinleri , NADH ve FADH 2 gibi indirgenmiş koenzimlerden elektronların dolaşımı ile salınan enerjiyi kullanır.oksijene pompa protonlarını aracılığıyla , iç mitokondriyal zarın (ökaryotlar) veya plazma zarı (prokaryotlarda).
Protonların mitokondriyal matris veya sitoplazmadan pompalanması , zarlar boyunca proton konsantrasyonunda bir gradyan oluşturur - yani pH'ta bir fark . Bu, bir elektrokimyasal gradyan ile sonuçlanır . Bu " itici proton kuvveti ", bir aktive enzim olarak adlandırılan ATP sintaz olan bir işlevi gören türbin katalize fosforilasyon bölgesinin ADP içine ATP olarak proton geçen iç mitokondriyal zarın içinden geri mitokondrial matris.
Chimiolithotrophie (tr) a, birincil beslenme grupları belirleyen prokaryotlar enerji elde inorganik bileşikler . Bu organizmalar hidrojen , indirgenmiş sülfür bileşikleri - sülfür S 2– , hidrojen sülfür H 2 S kullanabilir, tiyosülfat S 2 O 3 2−- demirli demir (Fe 2+ ) ve amonyak (NH 3) oksijen O 2 gibi alıcılara aktardıkları elektron vericileri olarakveya nitrit anyonu (NO 2 -). Bu mikrobiyal süreçler , nitrojen döngüsü , nitrifikasyon ve denitrifikasyon gibi gezegensel biyojeokimyasal döngülerin bakış açısından önemlidir ve toprak verimliliği için kritiktir.
Işık enerjisi ile emilir bitkiler , siyanobakteri , mor bakteriler , yeşil kükürt bakteri ve bazı protistler . Bu işlem, çoğu zaman dönüştürülmesi ile birleştirilir , karbon dioksit için organik bileşiklerin bir parçası olarak fotosentez . Bu iki süreç - ışık enerjisinin soğurulması ve organik bileşiklerin biyosentezi - yine de prokaryotlarda ayrı ayrı işlev görebilir . Böylece, mor bakteriler ve yeşil kükürtlü bakteriler güneş ışığını bir enerji kaynağı olarak kullanabilir ve aynı zamanda bir karbon fiksasyonu veya organik bileşiklerin bir fermantasyon süreci gerçekleştirebilir .
Birçok organizasyonda, benzer prensiplere göre güneş enerjisinin emilmesi oksidatif fosforilasyon bir olgu çünkü fiziksel - enerjisini geri kazanmak elektron için koenzim bir olgu ile birleştirilir - indirgenir kimyasal - fosforilasyon bölgesinin ADP için ATP - ile Chemiosmosis göre bir araçları konsantrasyon gradyanı arasında proton bir üretilmesi elektrokimyasal gradyanı bir boyunca zar . Fotosentez durumunda , yüksek potansiyelli elektronlar, fotosentetik reaksiyon merkezleri veya rodopinler adı verilen ışık enerjisini emen proteinlerden gelir . Reaksiyon merkezleri , mevcut fotosentetik pigmente bağlı olarak iki fotosistem halinde gelir : fotosentetik bakterilerin çoğunda yalnızca bir tane bulunurken, bitkiler ve siyanobakterilerde iki tane bulunur.
Bitkilerde, alglerde ve siyanobakterilerde, fotosistem II ışık enerjisini , oksijen O 2 iken sitokrom b 6 f kompleksi tarafından toplanan bir su molekülünün iki elektronuna aktarır.yayınlandı. Transfer yüksek potansiyel elektronların enerji sitokrom b , 6 f karmaşık pompalamak için kullanılır protonlar boyunca zarların arasında Thylakoid'in içinde kloroplastlar , bir dönüş için proton lümen ile birlikte fosforilasyon bölgesinin ADP içine ATP bir tarafından ATP sentaz , oksidatif fosforilasyon durumunda olduğu gibi . Elektronlar daha sonra geçmesine fotosistem I edebilir azaltmak bir NADP + koenzim için NADPH tarafından kullanılmak üzere Calvin döngüsü ya da başka daha ATP üretmek için kullanılabilir.
Anabolizma tümünü içerir metabolik yolları kullanımının enerjisi ( ATP ) ve indirgeme gücü ( NADH tarafından üretilmiştir) katabolizması için sentezleme biyomoleküller kompleksleri. Genel olarak konuşursak, hücresel yapılara katkıda bulunan karmaşık moleküller, çok daha küçük ve daha basit öncülerden adım adım oluşturulur .
Anabolizma üç ana aşamadan oluşur:
Organizmalar, hücrelerinin kendi başlarına üretebilecekleri bileşen sayısı bakımından farklılık gösterir. Ototrofik gibi bitkiler , örneğin basit moleküllerden polisakaritler ve proteinlerin olarak hücrelerin karmaşık organik moleküller sentezleyebilir karbondioksit CO 2ve su H 2 O. Aksine, karmaşık biyomoleküllerini üretmek için heterotroflar , şekerler ve amino asitler gibi daha karmaşık besinlere ihtiyaç duyar . Organizmalar daha da birincil enerji kaynağına göre sınıflandırılabilir: photoautotrophs ve photoheterotrophs iken güneş ışığı kendi enerjisini chemoautotrophs ve chemoheterotrophs kendi enerjisini redoks reaksiyonları .
Fotosentez olan biyosentezi arasında karbonhidrat itibaren su ve karbon dioksit güneş ışığını kullanarak. Olarak bitkiler , algler ve siyanobakteri , su molekülünün , H 2 Ooksijen O 2'ye bölünürve elektronlar , yüksek potansiyel enerjisi kullanılır fosforile ADP için ATP oluşturmak üzere NADPH karbondioksit azaltmak için kullanılan 3-fosfogliserat , nin bir ön kendini glukoz . Bu C-bağlama reaksiyonu ile gerçekleştirilir Rubisco'nun , bir temel enzim arasında Calvin döngüsü . Fotosentez üç farklı tipte bitkiler bulunmaktadır: C karbon fiksasyonu 3 , karbon bağlama Cı 4 ve crassulacean asit metabolizması (CAM). Bu tip reaksiyonlar yol karbondioksit Calvin döngüsü girmek için gereken farklılık: Cı 3 bitki Cı ise, doğrudan saptamak 4 ve fotosentetik CAM bitkileri saptamak CO 2. daha önce başka bir bileşikte yüksek sıcaklıklara ve kurak koşullara adaptasyon olarak.
Olarak fotosentetik prokaryotlar , karbon bağlayıcı mekanizmalar daha çeşitlidir. Bu işlem, Calvin döngüsü tarafından gerçekleştirilebileceği gibi, ters Krebs döngüsü veya asetil-CoA'nın karboksilasyonu ile de gerçekleştirilebilir . Prokaryotik kemoototrofik organizmalar da CO 2 karbonu sabitleradlı Calvin döngüsü ancak enerji kullanarak oksidasyon ve inorganik bileşikler .
Boyunca anabolizma ve karbonhidratlar , asit organik basit dönüştürülebilir monosakaritler gibi glikoz , olabilir polimerize olarak polisakaritler gibi nişasta . Biyosentezi gibi bileşiklerden glikoz , pirüvat , laktat , gliserol , 3-fosfogliserat ve amino asitler denir glukoneojenez . Glukogenez , çoğu glikolizde ara maddeler olan bir dizi metabolit yoluyla piruvatı glikoz-6-fosfata dönüştürür . Bununla birlikte, bu metabolik yol , birçok adımı glikoliz dışındaki enzimler tarafından katalize edildiğinden , tersine alınan glikoliz olarak görülmemelidir . Bu nokta önemlidir, çünkü glikozun biyosentezini ve bozunmasını birbirinden farklı bir şekilde düzenlemeye izin verir ve bu nedenle bu iki işlemin aynı anda çalıştığını görmeyi, biri diğerini saf kayıpla yok eder.
Organizmalar genellikle şeklinde enerji depolamak rağmen lipidler , omurgalılar gibi insanlar dönüştürmek olamaz yağ asitlerini kendi içinde yağların onlar dönüştürmek olamaz çünkü glukoneogenez yoluyla glukoza asetil-CoA : piruvata bitkiler bunu yapmak için enzim gerekli ekipmana sahip değil hayvanlar . Sonuç olarak, uzun süreli açlığa maruz kalan omurgalılar , enerji için yağ asitlerini, özellikle beyin hücrelerini parçalayamayan hücrelerdeki glikoz eksikliğini telafi etmek için amaçlanan keton cisimcikleri üretmek için lipidlerini kullanırlar . Gibi diğer organizmalar, bitki ve bakteri , yardımı ile bu metabolik stres ile anlaşma glioksilat çevrimi atlar, dekarboksilasyon aşamasını Krebs döngüsü ve dönüşümünü sağlar asetil-CoA içine oksaloasetat sonra üretmek glikoz için kullanılabilir, .
Polisakaritler ve glukanlar ardışık ilavesiyle üretilirler monosakaritler ile glıkosıltransferaz gibi bir verici ose-fosfattan üridin difosfat glukoz bir ilgili (UDP-glikoz) grubu , hidroksil biyosentez polisakarit işleminin alıcısı. Substratın hidroksil gruplarının her biri bir alıcı olabileceğinden, polisakaritler doğrusal veya dallı olabilir. Üretilen polisakkaritler kendi içlerinde yapısal veya metabolik bir role sahip olabilir veya hatta oligosakariltransferazlar adı verilen enzimler tarafından lipidlere veya proteinlere aktarılabilir .
Yağ asitleri olan sentez ile yağ asidi sentazı (FAS), bir dizi enzim katalize Claisen yoğunlaşma birimleri malonil-CoA arasında bir primer fazla asetil-CoA . Açil zincirleri , yeni bir malonil-CoA biriminin her yoğunlaşması sırasında bir döngü içinde çoğalan dört reaksiyondan oluşan bir dizi ile uzatılır . Gelen hayvanlar ve mantar (fungus), bu reaksiyonlar adlandırılan karmaşık bir çok fonksiyonlu enzim tarafından gerçekleştirilmektedir FAS I ise, bitki ve bakteri Bu reaksiyonlar adlandırılan ayrı enzimler, bir dizi ile katalize edilir FAS II , tek fonksiyonlu olduğu, her biri..
Terpenler ve terpenoidler büyük bir ailesidir lipid içerir karotenoidler ve doğal bitki ürünleri ana sınıfını oluşturur. Bu bileşikler , izopentenil-pirofosfat ve dimetilalil-pirofosfat gibi reaktif öncülerden türetilen izopren birimlerinin birleştirilmesi ve modifikasyonundan kaynaklanır . Bu öncüler farklı şekillerde üretilebilir. Hayvanlarda ve arkelerde , mevalonat yolu onları asetil-CoA'dan sentezlerken , bitkilerde ve bakterilerde, Anglicism tarafından mevalonik olmayan yol olarak da adlandırılan metileritritol fosfat yolu , onları piruvat ve 3-fosfogliserattan üretir . İzopren birimlerinin bu donörleri, özellikle steroidlerin biyosentezinde kullanılır , her şeyden önce skualen oluşturmak için , bu daha sonra lanosterolün kurucu döngülerini ortaya çıkarmak için katlanır . Bu sterol daha sonra kolesterol ve ergosterol gibi diğer steroidlere dönüştürülebilir .
Organizmalar, 22 proteinojenik amino asidi sentezlemek için çok çeşitli kapasitelere sahiptir . Çoğu bakteri ve bitki ihtiyaç duydukları her şeyi üretebilir, ancak memeliler , temel olmayan olarak adlandırılan yalnızca on iki amino asidi kendileri sentezleyebilirler , bu da diyetlerinin onlara dokuz tane daha sağlaması gerektiği anlamına gelir: histidin , izolösin , lösin , lizin , metiyonin , fenilalanin , treonin , triptofan ve valin - bunlar kullanmayan PYRROLYSINE için, özgü metanojenik archaea .
Mycoplasma pneumoniae bakterisi gibi bazı basit organizmalar, herhangi bir amino asidi sentezleyemez ve hepsini konakçılarından alamaz . Tüm amino asitler glikoliz ara ürünlerinden , Krebs döngüsünden ve pentoz fosfat yolundan sentezlenir . Azot gelen glutamat ve glutamin . Amino asitlerin sentezi , daha sonra amino asidi oluşturmak için transaminasyona tabi tutulan uygun a-ketoasitin oluşumuna bağlıdır .
Amino asitler, aralarında peptit bağları oluşturarak proteinler halinde birleştirilir ve doğrusal polipeptit zincirleri ile sonuçlanır . Her proteinin amino asit kalıntılarında belirlenmiş bir dizisi vardır : bu onların birincil yapısıdır . Amino asitler, neredeyse sınırsız sayıda farklı kombinasyonda bir araya gelebilir, her kombinasyon belirli bir proteine karşılık gelir. Proteinler, bir ester bağı ile bir transfer RNA (tRNA) molekülü üzerinde önceden aktive edilen amino asitlerden birleştirilir . Aminoasil-tRNA olarak adlandırılan bu öncü, spesifik enzimler olan aminoasil-tRNA sentetazların etkisi altında oluşturulur . Bu aminoasil-tRNA daha sonra bir ribozom tarafından işlenebilir ; bunun işlevi , genlerden transkribe edilen haberci RNA tarafından belirtilen diziyi takip ederek amino asitleri birbirine bağlamaktır .
Nükleotidleri arasında üretilen amino asitler için , karbon dioksit ve format ile metabolik yolların çok enerji tüketirler. Çoğu organizmanın zaten var olan nükleotidleri geri kazanmak için verimli sistemlere sahip olmasının nedeni budur. Purinler şeklinde üretilir nükleositlerin bir biçiminde bulunacağı şekilde gerçekleştirilir, nükleobaz bağlantılı riboz . Adenin ve guanin hem türetilir inosin monofosfat türetilen karbondan imal (IMP), glisin bölgesinin glutamin , aspartat ve format transfer tetrahidrofolat . Pirimidin da, üretilen orotat , kendisinden türetilen glutamin ve aspartat.
Tüm organizmalar, besin olarak kullanamayacakları ve hücrelerde birikmeleri halinde tehlikeli olabilecek, metabolik bir fayda sağlamayan kimyasal türlere sürekli maruz kalırlar . Bu tür bileşiklere ksenobiyotikler denir . Vücut, ilaç , zehir ve antibiyotik gibi bunlardan bazılarını belirli enzim grupları yardımıyla detoksifiye edebilir . Olarak , insanlarda , bu tür enzimleri P450 sitokromlarını , Glukuronosiltransferazı ve glutation S -transferases . Bu enzim, üç aşamalı bir birinci sistem okside ksenobiyotik (faz I) 'e ve daha sonra konjügat ait gruplar çözünür bileşikte (Faz II) arasında dışarı pompalamak için ve son olarak hücreler , isteğe bağlı olarak daha fazla metabolize edilmesi çok hücreli organizmalardan önce son olarak atılır (aşama III) . Bu reaksiyonlar, bir gelen özellikle önemlidir ekolojik açıdan da dahil olduğu için mikrobiyal bozunmaya ve kirleticiler ve biyolojik olarak temizlenmesi , kirli toprakların ve yağ sızıntıları . Birçok mikrobiyal metabolik reaksiyon, çok hücreli organizmalarda da mevcuttur, ancak tek hücreli organizmaların aşırı çeşitliliği göz önüne alındığında, ikincisi çok hücreli olanlardan çok daha fazla sayıda ksenobiyotik işleyebilir ve organoklor bileşikleri gibi kalıcı kirleticileri bile bozabilir .
Aerobik organizmalar oksidatif stresle karşı karşıyadır . Aslında, oksidatif fosforilasyon ve birçok proteinin katlanması için gerekli olan disülfid bağlarının oluşumu, hidrojen peroksit gibi reaktif oksijen türevleri üretir . Bu tehlikeli oksidanlar , glutatyon gibi antioksidanlar ve katalazlar ve peroksidazlar gibi enzimler tarafından işlenir .
Canlılar çevrelerinde sürekli değişikliklere maruz kaldıklarından , metabolizmalarının fizyolojik sabitlerini - farklı kimyasal türlerin sıcaklık ve hücre içi konsantrasyonu gibi - normal değerler aralığında, yani homeostaz olarak muhafaza edecek şekilde sürekli olarak adapte edilmesi gerekir . Metabolizmanın düzenlenmesi, canlıların uyaranlara yanıt vermesine ve çevreleriyle etkileşime girmesine de izin verir . İki ilgili mekanizmaları hücre metabolizmasının kontrol modlarını anlaşılması için özellikle önemlidir: bir yandan, düzenleme , bir enzimin bir modülasyonudur reaksiyon kinetiği , yani çeşitli karşılık olarak faaliyet artış ya da azalma azalması bu enzimin, kimyasal sinyaller ve diğer yandan bir enzim tarafından uygulanan kontrol , aktivitesindeki varyasyonlarının, bu yolu izleyen metabolitlerin akışı ile temsil edilen bir metabolik yolun genel aktivitesi üzerindeki etkisidir . Gerçekte, bir enzim yüksek düzeyde düzenlenebilir ve bu nedenle aktivitede önemli farklılıklar gösterebilir, ancak müdahale ettiği bir yoldan metabolitlerin genel akışı üzerinde hiçbir etkisi yoktur, böylece böyle bir enzim bu metabolik yolu kontrol etmez.
Birkaç düzeyde metabolizma düzenlemesi vardır. İç düzenleme konsantrasyonundaki değişikliklere tepki olarak bir metabolik yolun kendini düzenlemedir substratlar veya ürünler. Bu nedenle, bir metabolik yolun ürününün konsantrasyonunun düşürülmesi, bu bileşiğin hücre içindeki tükenmesini telafi etmek için bu yol boyunca metabolitlerin akışını artırabilir. Bu tür bir düzenleme genellikle metabolik yoldaki çeşitli enzimlerin allosterik düzenlenmesine dayanır . Dışsal kontrol hücreleri ile de ilgilidir çok hücreli organizmalardan yerine diğer hücre sinyalleri . Bu sinyaller genellikle , hücrelerin yüzeyindeki spesifik membran reseptörleri tarafından tespit edilen hormonlar ve büyüme faktörleri gibi "suda çözünür haberciler" şeklini alır . Bu sinyaller, genellikle belirli proteinlerin fosforilasyonu yoluyla hareket eden ikincil habercileri içeren bir sinyal iletim mekanizması tarafından hücre içinde iletilir .
Dışsal kontrolün çok iyi anlaşılmış bir örneği, glikoz metabolizmasının insülin tarafından düzenlenmesidir . İnsülin, artan kan şekerine , yani kandaki glikoz seviyesine yanıt olarak üretilir . Bu hormonun hücresel reseptörlerine bağlanması, hücrelerin glikozu almasına ve onu yağ asitleri ve glikojen gibi depolama moleküllerine dönüştürmesine neden olan bir dizi protein kinazını aktive eder . Glikojen metabolizması, glikojeni parçalayan glikojen fosforilaz ve onu üreten glikojen sentazın aktivitesi ile kontrol edilir . Bu enzimler, fosforilasyon ile glikojen fosforilazı aktive ederek, ancak glikojen sentazı inhibe ederek simetrik olarak düzenlenir. İnsülin, glikojen sentazı yeniden etkinleştiren ve fosforilasyonlarını azaltarak glikojen fosforilazı deaktive eden fosfatazları aktive ederek glikojen üretimini destekler .
Yukarıda bahsedilen glikoliz ve Krebs döngüsü gibi ana metabolik yollar , üç yaşam alanına ait organizmalarda mevcuttur : bakteriler , ökaryotlar ve arkeler . Üçünün de son evrensel ortak ataya , muhtemelen prokaryotik ve muhtemelen amino asitlerin , nükleotitlerin , karbonhidratların ve lipitlerin tam metabolizmasıyla metanojenik olan son bir ortak ataya kadar izlenebilmesi mümkündür ; chlorobactéries en eski hala canlı organizmalar olabilir. Bu eski metabolik yolların evrimsel olarak korunması , glikoliz ve Krebs döngüsünün metabolitlerini verimli ve minimum sürede üreten belirli metabolik sorunlara optimal çözümler olarak ortaya çıkmış olmalarından kaynaklanıyor olabilir . Enzimlere dayanan ilk metabolik yolakların purinlerle ilişkili olması mümkündür , oysa önceden var olan yolların ribozimlere dayalı bir RNA dünyasında ortaya çıkması muhtemeldir .
Yeni metabolik yolların ortaya çıktığı mekanizmaları açıklamak için birçok model önerilmiştir. Bu, yeni enzimlerin daha kısa yollara sırayla eklenmesini, önceden var olan yolların kopyalanmasını veya ıraksamasını veya önceden var olan enzimlerin yeni metabolik yollara entegrasyonunu içerir. Bu farklı mekanizmaların göreceli önemi belirsizliğini koruyor, ancak genom bilimi , aynı metabolik yolun enzimlerinin ortak bir atayı paylaşma şansının yüksek olduğunu göstermiştir, bu da birçok yolun, yeni işlevselliklerin ortaya çıkmasıyla kademeli olarak evrimleştiğini gösterme eğilimindedir. - söz konusu metabolik yolda var olan adımlar. Enzimler çok büyük ölçüde veritabanında açıkça bellidir farklı metabolik yollar, benzer işlevleri gerçekleştirmek için onlara entegre edilmesini metabolik yol ağlarında rol oynayan protein yapılarının evrimi üzerindeki çalışmalardan başka bir model önerdi. Manet . Bu entegrasyon süreçleri bir mozaik desenine göre gerçekleşir. Üçüncü bir olasılık, diğer metabolik yolları ortaya çıkarmak ve farklı moleküller üzerinde benzer işlevleri yerine getirmek için modüler bir şekilde kullanılabilen metabolik yolların belirli segmentlerinin varlığıdır.
Yeni metabolik yolların ortaya çıkmasına ek olarak, evrim aynı zamanda bazı biyokimyasal işlevlerin ortadan kalkmasına da neden olabilir. Bu belli de, örneğin, böyledir parazitler emme eğilimi, biyomoleküllerin kendi içinde ev sahibi ve onlara kendilerini sentezleme kapasitesine kaybetmek. Endosimbiyotik organizmalarda metabolik kabiliyette benzer bir azalma gözlenir .
Metabolizma, ısı ve iş değişimini yöneten termodinamik prensiplerine tabidir . Termodinamik ikinci kanunu devletler herhangi birinde kapalı sistemde , entropi (bozukluk demek olduğunu) artma eğilimindedir. Canlıların aşırı karmaşıklığı bu ilkeyi çelişiyor gibi görünse de tüm organizmalar, çünkü hayat ancak mümkündür açık sistemler alışverişi, madde ve enerji onların ile çevre . Bu nedenle canlılar dengede değildir, ancak çevrelerindeki entropide daha büyük artışla yüksek karmaşıklık derecelerini koruyan enerji tüketen sistemlerdir . Hücre metabolizmasını birleştirilmesi ile elde edilir , spontan işlemleri arasında katabolizmasının olmayan kendiliğinden süreçlerle anabolizma : Termodinamik noktası, metabolizma bozukluğu oluşturarak sırasını tutar.
Büyük molekülleri küçük moleküllere ayırma metabolizmasına, enerjinin salınmasına izin veren katabolizma denir . Enerji, ADP'nin (adenozin difosfat) ATP'ye (adenozin trifosfat) fosforilasyonu sırasında depolanır . Bu enerji, hücrenin çeşitli işlevlerini sağlamak için kullanılacaktır.
Enerji üretiminin üç ana modu:
Bununla birlikte, bu görüntüde kanıtlandığı gibi çeşitli metabolik yollar mevcuttur:
Mantar, bakteri, bitki veya sıcakkanlı veya soğukkanlı hayvanlarda çeşitli süreçler, iç ve dış sıcaklık ve metabolizmanın türlere, bireylere, şekil ve biçimlerine göre değişen az veya çok karmaşık geri bildirim döngüleri ile etkileşime girmesine neden olur. vücut kütlesi ve arka planlar.
Bitkiler ve mayaların basit bir biyolojik termostatı var gibi görünüyor ; Yengeç Arabidopsis thaliana'da , tek bir protein ( histon H2A.Z), 1 ° C'nin altındaki sıcaklık değişimlerinde bu rolü oynar. Bu protein, DNA'nın kendi üzerindeki sargısını değiştirir ve böylece birkaç düzine geni inhibe eden veya aktive eden belirli moleküllerin DNA'sına erişimini kontrol eder. Bu “biyo-termostat” etkisi, maya ve turpgillerden farklı organizmalarda da tespit edildiği için, doğada sıkça görülmektedir .
Bu mekanizmaları anlamak, iklim değişikliğinin belirli etkilerini (genler üzerindeki) daha iyi anlamaya da yardımcı olmalıdır .
Metabonomik biyokimyasal bozulma ayak izi hastalığı, uyuşturucu veya zehirli ürünlerden kaynaklanan ölçerler. Sunulan 1980 , bu disiplin önemli bir rol oynamaya başlamıştır araştırma ve geliştirme de ilaç endüstrisi de XXI inci yüzyılın. Genomik ve proteomiklere tamamlayıcı olarak , örneğin yeni farmakolojik hedefleri belirlemek için çeşitli patolojilerin hayvan modellerini karakterize etmeyi mümkün kılar . Metabonominin özelliği, idrar veya plazma gibi biyolojik ortamlarda çok büyük sayıda metabolitin , yani metabolik yollarda aracı olan küçük moleküllerin eşzamanlı analizidir . Nükleer manyetik rezonans veya kütle spektrometrisi gibi metabolik tarama araçları (geniş ve sistematik keşif) , sergileyecek olan geliştirme döngüsünün başlarında ilaç adaylarını belirlemek amacıyla toksisite belirteçlerini (veya metabolik profillere karşılık gelen bir dizi işaretleyiciyi) tanımlamak için kullanılır. yan etkiler. İdeal olarak, klinik öncesi aşamada tanımlanan biyobelirteçler non-invaziv olacaktır ve bir patolojinin başlangıcını, ilerlemesini ve iyileşmesini takip etmek için klinik aşamada kullanılabilir. Toksisite belirteçleri olan yeni metabolitleri belirlemek için, metabolik havuzun sözde "normal" varyasyonlarını ( sirkadiyen ritmin etkisi , stres , diyet , kilo kaybı vb.) Bilmek de gereklidir . Böylece, incelenen patolojiye özgü metabolik bozuklukları keşfetmek mümkündür.
Mecazi ve uzantısı tarafından, bazen söz kentsel metabolizması (Fransa'da özellikle geliştirilen bir tema Sabine Barles ), endüstriyel veya sosyal ya da toplumsal metabolizma açıklamak için girişler (doğal kaynaklar, enerji, toprak, insan ...) ve çıkışları ( bu sistemleri karakterize eden, az ya da çok bozunabilir ve / veya geri dönüştürülmüş atık .
Nicholson JK, Lindon JC, Holmes E. 'Metabonomics': biyolojik NMR spektroskopik verilerinin çok değişkenli istatistiksel analizi yoluyla canlı sistemlerin patofizyolojik uyaranlara metabolik tepkilerini anlamak. Xenobiotica 1999; 29: 1181-9.