Etiket Arşivleri: METABOLİZMA

Metabolizmaya Giriş ( Dr. Gökhan DURMAZ )

Metabolizma Yaşamak için beslenmek zorundayız. Çünkü; Besinlerden enerji elde ederiz ve bu enerji; Hücresel faaliyetleri sürdürmemiz, Hareket etmemiz, Taşınım olaylarını gerçekleştirebilmemiz, Vücut sıcaklığını belli bir düzeyde tutmamız, Vücudumuz için gerekli bileşikleri sentezlememiz gibi birçok olay için gereklidir. Bizim gibi bütün canlılar da beslenmek veya bir şekilde kendi enerjisini üretmek zorundadır 1 Metabolizmaya giriş Metabolizmayı tanımlayacak olursak Hücrede veya organizmada gerçekleşen reaksiyonların tümüne “metabolizma” diyebiliriz Yıkım olaylarına “katabolizma”, Yapım veya sentez olaylarına da “anabolizma” diyebiliriz. 2 Metabolizmaya giriş Sentez (Anabolizma) Büyük moleküller Küçük moleküller Enerji Yıkım (katabolizma)

Metabolizmaya giriş n Metabolik yollar kademeli olarak gerçekleşebilir n Her bir kademeyi spesifik bir enzim katalizler n Her bir kademenin ürünü, bir sonraki kademedeki enzim için substrattır 1.Enzim 2. Enzim 3. Enzim A B C D 1.Reaksiyon 2.Reaksiyon 3.Reaksiyon Başlangıç Ürün molekülü 1. Ara ürün 2.Ara ürün 4 Enerji n “Değişim yapabilme kapasitesi” olarak tanımlayabiliriz n Kinetik enerji q Hareket enerjisi de denilebilir n Potansiyel enerji q Madde olarak depolanan enerjidir, sözgelimi kimyasal bağ enerjisi böyle bir enerjidir n Termodinamiğin yasaları enerji dönüşümlerini tanımlar q Termodinamiğin birinci kanununa göre; n Enerji farklı formlara dönüştürülebilirdir n Enerji yoktan varolmaz ve yok edilemez 5 Enerjinin dönüşümü Atlayan bu yüzücü potansiyel Potansiyel enerjisi en enerjisini kinetik enerjiye yüksek olan yüzücü çevirmektedir Tırmanmak, kas Suyun içindeki yüzücü hareketinin potansiyel Nispeten daha az potansiyel enerjiye sahiptir enerjiye çevrilmesidir

Enerji taşıyıcı ATP n Yapısındaki fosfat bağları yüksek enerjili bağlardır n ATP organizmada üç şekilde sentezlenir q Substrat seviyesinde fosforilasyonla (fosfatlanmış bir şekerden ADP’ye fosfat transferi) q Oksidatif fosforilasyonla q Fotofosforilasyonla 7 Enerji taşıyıcı ATP P i P Motor protein hareket (a) Mekanik iş: ATP motor proteinini fosforilledi Membran proteini ADP ATP + P i P P i Çözünmüş madde Taşındı (b) Taşınım işi : ATP taşıyıcı proteini fosforilledi P NH2 + NH + P Glu 3 i Glu Girenler: Glutamik asit Ürün: Glutamin ve amonyak (c) Kimyasal iş: ATP ilgili molekülleri fosforilledi 8 Egzergonik reaksiyonlar n Enerji ortaya çıkarak gerçekleştiği için kendiliğinden gerçekleşirler Girenlerin Enerjisi Üründe oluşan enerji i j r miktarı e n (∆G <0) e Enerji t s e Ürünlerin enerjisi b r e S Reaksiyonun oluşum yönü Egzergonik reaksiyon: serbest enerji ortaya çıkmaktadır

Endergonik reaksiyonlar n Enerji gerektirdikleri için kendiliğinden gerçekleşmezler Ürünlerin enerjisi Üründe oluşan i j r enerji e n miktarı e t Enerji (∆G >0) s e b Girenlerin enerjisi r e S Reaksiyonun oluşum yönü Endergonik reaksiyon: gerçekleşmesi için enerji gerekli 10 Kimyasal reaksiyonlarda enerji A B C D Geçiş hali A B E i A j r e n C D e t s Girenler e b A B r e ∆G < O S C D Ürünler Reaksiyonun ilerleme yönü 11 Karbohidratların metabolizması n Enerjimizin önemli bir kısmını karbohidratlardan elde ederiz, n Glikoz hemen hemen tüm canlıların kullanabildiği evrensel bir besindir, n Glikozun parçalandığı metabolik yola “glikolizis (embden- meyerhof pathway”) denilir. n Glikolizis; canlıların hemen hemen tamamı için ortak bir metabolik yol olduğu için önemlidir.

Karbohidratların metabolizması 13 Glikolizin basamakları

Diğer şekerlerin glikolizise girişi 29 Glikojenin parçalanması

Pirüvat’ın gidebileceği yollar 31 Asetil-CoA üretimi 32 Pirüvattan laktik asit oluşumu n Laktik asit bakterileri bu metabolik yolu kullanır n Örneğin yoğurtta bulunan Lactobacillus thermophilus bu şekilde laktik asit üretir. n Yorucu aktiviteler sırasında yüksek yapılı canlıların kaslarında da laktik asit fermantasyonu olur.

Pirüvattan etanol oluşumu n Örneğin Saccharomyces cerevisiae mayası bu metabolik yolu kullanır n Ekmek mayasında, bira ve şarap üretiminde bu maya kullanılır 34 Krebs döngüsü (sitrik asit döngüsü) n Krebs döngüsü; ETS’de oksijenin indirgenmesiyle ATP sentezi için gerekli elektron taşıyıcı moleküllerin üretildiği bir döngüdür n Bu elektronca zengin moleküller NADH ve FADH2’dir n Ayrıca diğer metabolik yollar için ara ürünler de bu yolda üretilebilir (aminoasit sentezi, nükleik asit sentezi vs.)

Elektron transport zinciri ve ATP sentezi 37 Faydalı olabilecek linkler n Glikolizis, krebs döngüsü ve ETZ n Muhtelif konular


Mikrobiyal Metabolizma ( Dr. Halil TOSUN )

METABOLİZMA Hücrede meydana gelen tüm reaksiyonlara denir • Anabolizma: Basit moleküllerden kompleks moleküllerin sentezlendiği enerji gerektiren reaksiyonlardır • X+Y+ENERJİ →X+ Y • Üreme, gelişme, tamir, hareket,vs için gereklidir • Bu enerji nereden sağlanır

KATABOLİZMA • Kompleks moleküllerin küçük moleküllere parçalanmasıyla enerjinin açığa çıktığı reaksiyonlardır • X- Y→X+ Y+ ENERJİ • Hücre enerjiyi ATP moleküllerinin yüksek enerjili bağlarında tutar ve saklar • Bu reaksiyonlarda elektron transferi (oksidasyon redüksiyon) rol oynar

METABOLİZMA • Sentez (anabolizma) ve parçalanmanın (katabolizma) enerjinin transferi veya tüketilmesiyle sonuçlanan dairesel reaksiyonlarının tümüdür

Enerji ve Karbon Kaynağı • Yaşayan tüm varlıklar enerjiye ihtiyaç duyar • Yaşayan tüm varlıklar karbona ihtiyaç duyar • – Neden??? organik moleküllerin sentezlenmesi için • Mikroorganizmalar enerji ve karbon ihtiyaçlarını • karşılama şekilleri açısından çeşitlilik gösterirler

Karbonun Elde Edilmesi Enerjinin Elde Edilmesi • Oto (kendisi): CO ’den Foto: Işık enerjisi 2 aldığı karbonla organik kullanılır molekülleri sentezler • Hetero (Diğer): Kemo: Enerjinin Karbonu organik kimyasal maddelerden kaynaklardan sağlar karşılanmasıdır.

Metabolizma Hücrede meydana gelen tüm reaksiyonlardır Tüm mikroorganizmalar İnorganik CO2= karbon kaynağı Organik bileşikler= Karbon kaynağı OTOTROFLAR HETEROTROFLAR İhtiyaçlarını CO2’yi indirgeyerek karşılarlar İhtiyaçlarını hazır organik molekülleri kullanartak karşılarlar Enerji kaynağı= Işık Enerji kaynağı= İnorganik bileşikler Enerji Kaynağı= ışık FOTOOTOTROFLAR KEMOOTOTROFLAR FOTOHETEROTROFLAR Örnek: Çoğu bakteriler Örnek: Yeşil sülfür Örnek: Demir, kükürt Örnek: Tüm protozoallar Pembe sülfür Hidrojen ve azot indirgeyen bakteriler Pembe sülfür indirgemeyen bakteriler Tüm funguslar Figure 8.3 Siyonabakterler Bazı arçabakteriler Tüm hayvanlar algler Yeşil sülfür indirgemeyen bakteriler

Fotoototroflar • Fotosentez yaparlar • Genellikle hastalığa neden olmazlar • 6CO +6H O ışık enerjisi C H O + 6O 2 2 6 12 6 2 klorofil Enerji güneş ışığından Organik bir enerji kaynağı üretilir Karbon CO ’ten Oksijen ise artık üründür 2

Kemoheterotroflar • Patojen mikroorganizmaların yaklaşık tamamı bu sınıftadır – Gıdaların (glukoz) katabolizmasında üç temel iz yolu kullanırlar – 1. Glikoliziz → Oksijen kullanılmaz – 2. Fermentasyon →Oksijen kullanılmaz – 3. Aerobik solunum → Oksijen kullanılır

Kemoheterotroflar • Glikozun oksidasyonunu glikoliziz veya aerobik solunum ile tamamlarlar • C H O + 6O →→→ 6CO +6H O+enerji 6 12 6 2 2 2 • Enerji organik bileşiklerden Enerji anabolizma yoluyla üretilir • Karbon organik bileşiklerden Karbondioksit artık üründür

• Fotosentetik organizmalar (bitkiler veya mikroorganizmalar) • Kimyasal enerjiyi heterokemotroflar ile benzer şekilde kullanır • Ör: glikozu glikoliziz iz yoluyla metabolize ederler ATP molekülünde depo eder ve organik maddelerin sentezinde kulllanırlar

METABOLİK İZ YOLLARI • Fotosentez ve glikoliziz gibi kimyasal dönüşümler seri kimyasal reaksiyonlar sonucunda meydana gelir • Adeta bir zinciri andıran bu reaksiyonlara Metabolik İzyolları denir • A →B →C →D →E • A ilk madde B, C,D ara ürünler E ise son üründür

ENZİMLER • Enzimlerin katalizlediği reaksiyonlarda – -Reaksiyon sonucunda değişime uğramazlar – -Reaksiyon hızını artırırlar – -Aktivasyon enerjisini düşürürler – -Enzimler reaksiyona göre spesifiktir – -İsimlendirme yapılırken substratın sonuna az eki getirilir – Örnek: Proteaz proteinleri lipaz lipitleri parçalayan enzimdir

ENZİMLERİN KATALİZÖRLÜĞÜ AKTİVASYON ENERJİSİ • Teorik olarak ekzotermik reaksiyonlar kendiliğinden yürür. • Ancak bu reaksiyonların hızı oldukça yavaştır • Bu reaksiyonların hızını artırmanın bir yolu sıcaklığı artırmaktır • Ancak bu seçenek canlı organizmalar için uygun değildir • Diğer bir seçenek ise aktivasyon enerjisini düşürmektir

Enzimler aktivasyon enerjisini nasıl düşürür Aktif kenar Enzimlerin substrata bağlandığı yerdir • • Substrate(s) bind in a way that resembles the • transition state (a kind of halfway point in the • reaction)

• Enzimlerde spesifite • Enzimlerin aktif kenarı reaksiyona girdiği substrat için spesifiktir • Her bir enzim yalnız bir tip reaksiyonu katalizler • Aktif kenarda enzimle substratın birleşmesi veya reaksiyonun gerçekleşmesi için ek bir kimyasal maddeye ihtiyaç vardır • Bu kimyasal maddelere koenzim veya kofaktör denir

Koenzim ve Kofaktörler vKoenzim: • Protein olmayan bir organik moleküldür • Bir çoğu vitaminlerden sentezlenir • Bu neden bazı gıdaların hayati öneme sahip olduğunu açıklar • Niasin NAD’ın yapımında kullanılır -Bu madde aerobik solunumda kritik öneme sahiptir vKofaktör: İnorganik genellikle metal iyonudur (Mg, Zn, vb.)

Enzim aktivitesine etki eden faktörler Figure 8.6

Enzim Aktivitesinin İnhibisyonu • Bazen katalitik aktivitenin azaltılması gerekebilir – -Daha iyi substrat elde edilebileceği zaman – -Yeterli miktarda ürün elde edildiği zaman Rekabetçi inhibisyon: — Enzimin aktif kenarına substrata benzer bir molekül bağlanır ancak enzim bu moleküle etki etmez – -Bu yüzden doğru substrat aktif kenara bağlanamaz – Bu şekilde enzim aktivitesi yavaşlar veya durur

Rekabetçi İnhibisyon

Allosterik İnhibisyon • Molekül enzimin aktif kenarına değil dışına bağlanır • —Allosterik kenar • Bu bağlanma enzimin şeklini değiştirir ve bu yüzden aktif kenar fonksiyonunu göremez • —Geri besleme inhibisyonu: • Yeterli miktarda ürün elde edildiğinde ürün allosterik kenara bağlanır ve daha fazla ürün elde edilmesi engellenmiş olur

Allosterik inhibisyon

İlaç veya Toksin İnhibisyonu • Bir çok ilaç ve zehir hayati öneme sahip olan enzim aktivitesini durdurabilir • Bazı durumlarda toksinin veya ilacın etkileşim süresine bağlı olarak etkileşim geri dönüşümlü olabilir • Ancak bazı durumlarda süreç geriye dönüşü olmayan bir durum alabilir Figure 8.8 • Ör: kurşun ve civa gibi