Metaboliareitti on joukko kemiallisia reaktioita katalysoi sarjalla entsyymejä, jotka toimivat peräkkäin. Jokainen reaktio on vaihe monimutkaisessa lopullisen biologisen molekyylin synteesi- tai hajoamisprosessissa. Aineenvaihduntareitillä entsyymin katalysoima reaktion tuote toimii substraattina seuraavalle reaktiolle.
Aineenvaihduntareitit voivat olla lineaarisia, haarautuneita (tai haarautuneita) tai jopa syklisiä. Näillä reiteillä tuotettuja alkuaineita, välituotteita tai lopullisia yhdisteitä kutsutaan metaboliitteiksi . Elävillä soluilla on suuri määrä aineenvaihduntareittejä, jotka ovat usein yhteydessä toisiinsa ja jotka muodostavat solujen aineenvaihduntaverkon.
Eristetään metaboliareitit, jotka johtavat molekyylin synteesiin, joita kutsutaan anabolisiksi reiteiksi , ja ne, jotka mahdollistavat katabolisreitteiksi kutsuttujen yhdisteiden hajoamisen .
Aineenvaihduntareittejä säännellään usein koordinoidusti, jotta tietyn tuotteen synteesivirta voidaan sovittaa organismin tarpeisiin. Sääntely voi olla entsymaattinen moduloimalla reitin ensimmäisen ensimmäisen entsyymin aktiivisuutta usein allosterisesti . Sääntely voi olla myös geneettistä, moduloimalla reittientsyymejä koodaavien geenien ilmentymistä . Nämä säätelymekanismit ovat yksi keskeisistä keinoista ylläpitää solujen homeostaasia eli solun komponenttien dynaamista tasapainoa.
Metabolinen reitti on käsite biologisen toiminnan ymmärtämiseksi. Sisällä solu , useita molekyylejä jatkuvassa vuorovaikutuksessa. Kaikki nämä molekyylit osallistuvat biokemiallisiin reaktioihin, muuntamalla molekyylit muiksi molekyyleiksi tai rakentamalla suurempia molekyylirakennuksia. Vaikka näitä reaktioita on mahdollista tarkastella erikseen, systeemibiologian syntyminen antaa tien yleisemmälle käsitteelle biokemiallisista reaktioista solussa. Tämä mahdollistaa erilaisten biokemiallisten reaktioiden ymmärtämisen ryhmittäin. Yhdessä näistä ryhmistä tapahtuvat reaktiot edistävät samaa tavoitetta. Esimerkiksi jokaiselle aminohapolle on synteettinen metaboliareitti ( Homo sapiensilla ei ole kaikkia niitä, minkä vuoksi on välttämättömiä aminohappoja). Näitä erityisiä metaboliareittejä kutsutaan myös "biosynteettisiksi reiteiksi".
Koska metabolinen reitti on järjestetty sarja biokemiallisia reaktioita, se on herkkä jokaisen toimijan läsnäololle, joka osallistuu sen oikeaan kehitykseen. Jos tietty entsyymi puuttuu prosessista, koko reitti tehdään yleensä tehottomaksi. Samoin, jos tietty substraatti puuttuu, lopputuotetta ei voida saavuttaa.
Näiden metaboliareittien aktiivisuuden säätelemiseksi on olemassa myös takaisinkytkentäsilmukoita. Esimerkiksi yksi tuotteista P on reitin ylävirtaan mukana olevan entsyymin E estäjä . Tässä tapauksessa entsyymi E osallistuu (viime kädessä) tuotteen P synteesiin, joka itse säätelee E: n aktiivisuutta vastineeksi. Tämä voi laittaa jarrun aineenvaihduntareittiin, kun se "toimii" liian nopeasti.
Jos hajotamme metabolisen reitin yksinkertaisemmiksi elementeiksi, voimme saada luettelon n: sta biokemiallisista reaktioista Ri, i, jotka kuuluvat ryhmään {1; n} alkaen substraatista S tuotteen P saavuttamiseksi. Nämä reaktiot voidaan liittää yhteen aineenvaihduntareitti, koska kukin reaktio Ri (i kuuluu ryhmään {2; n-1}, toisin sanoen kaikki reaktiot lukuun ottamatta ensimmäistä ja viimeistä) käyttää ainakin yhtä toisen reaktion tuotetta P Ri: n luettelosta substraatti ja yhdellä on tuotteena toisen reaktion substraatti. Intuitiivisemmalla tavalla voimme ketjuttaa reaktiot alkusubstraatista alkaen lopullisen tuotteen saamiseksi.
Jotkut tähän mennessä viitatuista metaboliareiteistä ovat erityisen tunnettuja ja erityisen hyvin tutkittuja. Voimme lainata:
Systeemibiologiset lähestymistavat viittaavat siihen, että elävät organismit ovat varmasti modulaarisia. Tämä tarkoittaa selvästi, että on mahdollista muodostaa vuorovaikutuksessa olevien molekyylien "ryhmiä" tietyn tuloksen saavuttamiseksi. Voimme myös nähdä tämän mahdollisena reaktiojoukon jakautumisena solun sisällä itsenäisesti toimiviksi alayksiköiksi edellyttäen, että kaikki niiden jäsenet ovat läsnä. Nämä alayksiköt ovat moduuleja suuremmassa arkkitehtuurissa. Näiden moduulien yhteenliittäminen johtaa solun monimutkaisuuteen.
Aineenvaihduntareitit, jotka ovat esimerkki näistä moduuleista, ovat tutkijalle myös abstraktio, jonka avulla voidaan ymmärtää solun toiminta suuremmalla monimutkaisuudella. Jokaisesta moduulista tulee "musta laatikko" (jota voimme aina tutkia erikseen), jonka meidän täytyy "yksinkertaisesti" tuntea tulot ja lähdöt. Siksi voimme yksinkertaistaa monimutkaisten järjestelmien mallintamista huomattavasti käyttämällä tätä modulaarisuuden käsitettä.