Canay BABAOĞLU Tuğba ÖZER




Indir 100.28 Kb.
TitleCanay BABAOĞLU Tuğba ÖZER
Date conversion13.03.2013
Size100.28 Kb.
TypeBelgeleme
Sourcehttp://xa.yimg.com/kq/groups/19170877/814164803/name/_biyomhendislik.2003.doc





METABOLİZMA MÜHENDİSLİĞİ







Canay BABAOĞLU Tuğba ÖZER















METABOLİZMA MÜHENDİSLİĞİ

GİRİŞ

Canlı organizmalar ,kendilerini yenilemek,gelişmek ve üremek için kimyasal maddelere gereksinim duyarlar.Bu kimyasal maddeler,karbonhidratlar,lipidler,proteinler gibi organik maddeler, kalsiyum, demir, fosfor,kükürt gibi inorganik maddeler ve sudur.

Canlı organizmayı oluşturan bu kimyasal maddelerin ,yani moleküllerin dışarıdan alınması gereklidir.Alınan bu maddelerin çoğunluğu ise kompleks moleküller halindedir.Organizma tarafından kullanabilmeleri için ,önce basit moleküllere yani yapı taşlarına parçalanmaları gerekir.Sonra da bağırsaklardan emilerek organizma içerisinde kullanılırlar.

Gıdalarla alınan ve emilen,moleküller,hücreye girdikten sonra çeşitli biyokimyasal reaksiyonlara katılırlar.Metabolizma mühendisliği de metabolizma ve metabolizmada meydana gelen biyokimyasal reaksiyonları ,olayları inceler.

1-METABOLİZMA:

Canlı organizmada meydana gelen kimyasal olayların tamamına metabolizma denir. Metabolizma, organik yapım ve yıkım olayları esnasında madde ve enerjinin hücre veya organizma tarafından değişikliğe uğratılması şeklindeki karmaşık ve devamlı olayların hepsini içine alır.

Gıdalarla alınan veya iç ortamda bulunan moleküllerin organizmanın yapısal veya fonksiyonel bileşiklerine sentez edilmesine anabolizma denir.

Organizma tarafından sentez edilen ya da hücreye dışarıdan gelen moleküllerin parçalanmasına da katabolizma denir.

Katabolizma reaksiyonları,vücutta anabolizma reaksiyonlarından daha çok meydana gelir.Çünkü anabolizma olayları için gerekli enerji bu yoldan sağlanır.Canlı kalmak ,gelişmek,hareket etmek,üremek için enerji gerekmektedir.İşte bu enerjide katabolizma reaksiyonları ile sağlanır.Bir hücrede enerji gerektiren reaksiyonlara endergonik ;enerji veren reaksiyonlara ekzergonik reaksiyon denir.O2li Solunum, Fermantasyon,Fotosentez ekzergonik olaylardır.Protein sentezi,Hücre bölünmesi endergonik reaksiyonlardır.

Anabolizma ve katabolizma reaksiyonları basamak halinde gelişir.Bu ara basamaklarda meydana gelen metabolizma olaylarına ara metabolizma denir,oluşan ara ürünlere de ara metabolizma maddeleri veya metabolitler denir.


2-METABOLİZMA REAKSİYONLARI

Organizmada çok çeşitli metabolizma reaksiyonları meydana gelir.Bunları 3 grup altında toplayabiliriz:

  • Kondenzasyon ve Hidroliz

  • Fosfat taşınması

  • Biyolojik oksidasyon

2.1- KONDENZASYON ve HİDROLİZ

İki molekülün aralarında bir mol su çıkması ile eter,ester ve peptit bağları oluşturarak birleşmeleri olayına kondenzasyon denir.Organizma içerisinde iki monosakkarit molekülünün glikozid bağı ile birleşmeleri eter bağına,iki amino asitin birbiriyle birleşmesi peptid bağına ,gliserolün yağ asitleri ile birleşmesi de ester bağına örnektir.



Amino asit-1 Amino asit-2 Dipeptit


Kondenzasyon enerji alan yani endergonik bir reaksiyondur.Gerekli enerjiyi aynı zamanda meydana gelen eksergonik bir reaksiyondan sağlar.Ancak organizma içerisinde eter,ester ve peptid bağlarınının biyosentezi için gerekli enerji ATP’den alınır.Çünkü organizma içerisinde eksergonik reaksiyonlar sonu meydana gelen enerji,örneğin bir hidroliz reaksiyonu sonucu açığa çıkan enerji ATP de saklanır.

Büyük moleküllü yapıların daha küçük moleküller meydana getirebilmeleri için su ile parçalanmalarına hidroliz denir.Amilaz enzimi ile amino asitlerin peptid bağların ile birleşmeleri sonucu oluşan proteinlerin pepsin ile sindirim kanalında parçalanması vücutta meydana gelen hidroliz olaylarından biridir.




2.2-FOSFAT TAŞINMASI


Organizmadaki birçok moleküllerin ,özellikle karbonhidratların reaksiyonlara girebilmesi için fosforlaşmış olması,yani fosfat esterlerinin oluşması gereklidir.Ancak organizmada moleküllerin fosforik asitle direk t birleşmeleri mümkün değildir.Bu görevi fosfat taşıyıcılar yüklenir ve fosfat kalıntısınız gerekli moleküllere verirler.


Fosfat taşıyıcılar kapsadıkları fosfat kalıntısı sayısına göre 2 gruba ayrılırlar:


2.2.1-Bir fosfat kalıntısı taşıyanlar :

Moleküllerindeki enol,karboksil,hidroksil ya da amino gruplarının bir hidrojeni yerine,bir fosfat kalıntısı (-H2PO3) taşıyan maddelerdir.

2.2.2-Birden çok fosfat kalıntısı taşıyanlar:

Adenozin difosfat (ADP) ve adenozin trifosfat(ATP) verilebilir.Bu maddeler,bir nükleoziddeki pentozun alkol grubunun 1 hidrojeni yerine 2 ya da 3 fosfat kalıntısı geçmesiyle meydana gelmişlerdir.


FOSFAT BAĞLARI VE ENERJİ(ATP):


Hücredeki bir çok reaksiyonun enerji kaynağı olan ATP molekülünde “yüksek enerjili fosfat bağları” bulunur. Bu yüksek enerjili bağlar yıkıldıklarında, diğer kimyasal bağlara göre çok daha fazla enerji serbest kalır. ATP molekülünün yapısında adenin bazı, beş karbonlu riboz şekeri ve üç molekül fosforik asit bulunur. Adenin bazı ile riboz şekerinin oluşturduğu yapıya “adenozin” denir. Adenozin ile bir fosfat molekülü “adenozin monofosfat (AMP)” ı; iki fosfat molekülü “adenozin difosfat (ADP)”ı; üç fosfat molekülü “adenozin trifosfat (ATP)”ı oluşturur




ATP molekülünün üç tane fosfat grubu arasındaki iki bağ oldukça yüksek enerji taşır. Bu bağlara yüksek enerjili fosfat bağları denir.ATP’den bir fosfat ayrılırsa ADP, iki fosfat ayrılırsa AMP oluşur. Fosfatlar ayrılırken enerji açığa çıkar. Bir yüksek enerjili fosfat bağının kopması ile hücredeki reaksiyonlarda kullanılabilecek 7300 kalorilik enerji açığa çıkar. Güneş enerjisi fotosentezle organik moleküllerin bağlarında kimyasal enerjiye dönüştürülerek depolanır. Hücre solunumu ile organik moleküller parçalanır. Ve açığa çıkan kimyasal enerji ile ATP sentezlenir. Yani hücre metabolizmasında kullanılan enerjinin kaynağı organik moleküllerdir.

Organik moleküllerden enerji elde edilirken önce karbonhidratlar sonra yağlar ve en son olarak proteinler kullanılır. Hücre yapısındaki vitaminler ise enerji elde etmek için kullanılmaz.

Proteinlerin enerji verici madde olarak kullanılması ancak uzun süreli açlık durumunda geçerlidir. Çünkü hücrenin hayal faaliyetlerini yapması enerji üretmesidir. Proteinler yapı maddesi olduğundan protein elde etmek, hücrenin kendi kendini yemesi demektir.

  • 1 gr karbonhidratın yanmasıyla 4,2 kcal,

  • 1 gr yağın yanmasıyla da 9,5 kcal,

  • 1 gr proteinin yanmasıyla 4,3 kcal’lik enerji açığa çıkar.



1 gr yağ; 1 gr karbonhidrat ve 1 gr protein yaklaşık iki kat enerji vermesine rağmen birinci sırada enerji elde etmek için kullanılmaz. Çünkü yağların yıkımı zordur.


FOSFORİLASYON

ATP sentezine fosforilasyon denir. Dört çeşit fosforilasyon vardır:

  • Substrat Düzeyinde Fosforilasyon: Hücre sitoplazmasında O2 ve E.T.S. olmadan enzim varlığında substrattan direk ATP sentezidir (Fermantasyon). Oksijen ve elektron taşıma sistemi (ETS) kullanılmaz, organik madde tamamen parçalanmadığı için ATP kazancı azdır. Enzimler tüm canlılarda var olduğundan tüm canlılarda görülür. Bazı bakteriler yalnızca  fermantasyon yapar.

NOT: Evrimde ilk ortaya çıkan fosforilasyon şeklidir.

  • Oksidatif Fosforilasyon: Enerji verici besin maddelerinin yıkımından oluşan yüksek enerjili elektronların mitokondrilerde ETS den Oksijene iletilirken ATP’nin sentezlenmesidir. Oksijenli solunumda görülür. Prokaryot hücrelerde sitoplazmada, ökaryot hücrelerde mitokondri de gerçekleşir.




  • Fotofosforilasyon: Işık yardımıyla ADP ye fosfat bağlanarak ATP sentezlenmesine denir. Klorofile sahip hücrelerde, fotosentezde meydana gelir. Fotosentezin ışıklı evresinde devirli ve devirsiz basmaklarda gerçekleşir. Elektron taşıma sistemi(ETS) kullanılır. Oksijenli solunuma benzer ancak klorofil şarttır. Prokaryot canlılarda sitoplazmada, ökaryot canlılarda ise çift katlı zarı olan kloroplastlarda gerçekleşir.

  • Kemosentetik Fosforilasyon : Kemosentez reaksiyonlarında açığa çıkan enerji ile ATP sentezi yapılmasıdır. İnorganik bileşikleri oksitleyerek elde ettikleri enerji ile organik madde yani besin üretirler. Bu olay sadece kemosentetik bakterilerde gerçekleşir. Örneğin; kükürt bakterileri, nitrit ve nitrat bakterileri.



2.3-BİYOLOJİK OKSİDASYON-REDOKS REAKSİYONLARI

Elektronların bir atom veya molekülden bir diğerine geçişine redoks reaksiyonları denir.Bu reaksiyonlarda moleküllerden biri elektron kaybederek oksitlenmekte (yükseltgenmekte) ,diğeri elektron kazanarak redüklenmekte(indirgenmekte)dir.

Bir molekülün oksidasyonuna daima bir elektron alıcısının indirgenmesi eşlik eder.Oksidasyon-redüksiyon reaksiyonlarındaki elektron transferi doğrudan veya dolaylı olarak organizmada gerçekleşen enerji olayları ile ilişkili olup,organizma tarafından gerçekleştirilen işten sorumludur.

Enzim katalizli oksidasyon reaksiyonları ile elektron vericilerden alınan elektronlar bazı özel elektron taşıyıcılara(NAD+,FAD) aktarılmaktadır.

Oluşan indirgenmiş ara ürünler (NAFH,FADH2) elektronları mitokondride solunum zincirine aktarır.Solunum zincirinde bir dizi kompleks üzerinden elektronlar,en son moleküler oksijene taşınmaktadır.

Oksijenin elektronlara olan ilgisinin,elektron taşıyıcı ara bileşiklerinden daha yüksek olması,elektron transferinin ekzergonik olmasına ve açığa çıkan enerjinin ATP sentezinde kullanılmasına yol açmaktadır.


Mikroorganizmalarda metabolizma başlıca üç temel grupta incelenir. Bunlar da;
1) Karbonhidrat metabolizması,
2) Lipid metabolizması,
3) Protein ve amino asit metabolizması.

KARBONHİDRAT METABOLİZMASI

Karbonhidratlar, organizmamız için önemli gıda maddelerinin en başında yer alır.Yaklaşık olarak günlük enerji ihtiyacının % 50 si karbonhidratlarla karşılanır.Yetişkinde günlük enerji enerji gereksiniminin 2400 kcal olduğu düşünülürse; 1g karbonhidrat 4 kcal verdiğine göre bir günde yaklaşık 300 g karbonhidrat almamız gerekir. Özellikle beyin dokusu enerji ihtiyacı açısından büyük ölçüde karbonhidratlara bağımlıdır ve kan glukozunun düşüklüğü (hipoglisemi) bu organda ciddi fonksiyon bozukluklarına yol açar .Beynin 1 saattaki glukoz ihtiyacı 6 gdır. Enerji sağlaması dışında karbonhidratlar laktozun, mukopolisakkaridlerin, glikoprotein ve glikolipidlerin yapısına katılırlar.Glukoz, karbonhidrat metabolizmasının temel maddesidir. Türü ne olursa olsun organizmaya giren her karbonhidrat sonunda glukoza çevrilir. Bu nedenle ’’Karbonhidrat metabolizması deyince akla glukoz metabolizması gelir. ’’ şeklinde düşünmek yerinde bir görüş olur.


Karbonhidratlar, karbon (C), hidrojen (H) ve oksijenden (O) oluşmuş organik bileşiklerdir. Bu komponentler, kendi aralarında (CH2O)n oranında bir araya gelmişlerdir. Karbonhidratlar heterotrofik mikroorganizmalar için enerji kaynağı ve karbonları da organik bileşikleri sentezlerken yapı taşları olarak görev yaparlar. Karbonhidratlar yapılarında bulunan karbon atomları sayısına göre kısımlara ayrılırlar. Bunlar;

Monosakkaridler

Ampirik formülü (CH2O)n olan monosakkaridler, karbon atomlarına göre, kendi aralarında klasifiye edilirler. Triose (C3H6O3): Gliseraldehid; Tetrose (C4H8O4): Eritroz; Pentoz (C5H10O5): Arabinoz, ksiloz, ramnoz, riboz. Riboz ve deoksiriboz nukleik asit moleküllerinde bulunması bakımından önem taşırlar. Hekzoz (C6H12O6): Galaktoz, glukoz, fruktoz, mannoz. Glukoz kolayca fermente olabilmesi nedeniyle hücreler için iyi bir karbon ve enerji kaynağıdır.


Disakkaridler (C12H22O11)

Disakkaridler, iki monomer monosakkaridin su kaybederek kondenzasyonu sonu meydana gelirler. Önemli disakkaridler arasında, laktoz, maltoz, sakkaroz, sellobioz, trehaloz vardır.

Laktoz             :glukoz + galaktoz
Laktoz             :glukoz + galaktoz
Maltoz             :glukoz + glukoz
Sakkaroz         :glukoz + fruktoz


Trisakkaridler (C18H32O16)


Bunlar üç monosakkaridden oluşmuşlardır."
Rafinoz: galaktoz + glukoz + glukoz


Polisakkaridler (C6H10O5)n 


Bunlar birçok monosakkarid moleküllerinin su   kaybederek kondenzasyonu sonucu oluşurlar. En önemli homopolisakkaridler arasında dekstrin,glikojen, nişasta,sellüloz ve heteropolisakkaridlerden de mukopolisakkaridler (hyaluronik asit) vardır.


KARBONHİDRAT METABOLİZMASININ BAŞLICA METABOLİK YOLLARI

1) Glikojenez: Glukozdan glikojen sentezi.

2) Glikojenoliz: Glikojenin yıkılması. Bu olayın karaciğerdeki son ürünü glukoz,

kas dokusundaki son ürünü glukoz-6-fosfattır.

3) Glikoliz ( Embden-Meyerhof Yolu) : Glukozun pirüvat veya laktata kadar yıkılması.

4) Pirüvat Metabolizması: Pirüvatın asetil-KoA ya dönüşümü

5) Trikarboksilik Asit Siklüsü ( Krebs Siklüsü) : Asetil-KoA içindeki asetil kısmının CO2 ye parçalanması ve bu sırada redükte koenzimlerin oluşumu.

6) Pentoz fosfat Yolu: Glukozun bir başka şekilde oksidasyonu ile NADPH ve pentoz sentezi.

7) Glukoneojenezis: Karbonhidrat olmayan maddelerden glukoz sentezi

8) Glukuronik asit Yolu: Glukozdan glukuronik asit sentezi.


KARBONHİDRATLARIN SİNDİRİMİ VE EMİLİMİ


Diyette bulunan karbonhidratlar çoklukla polisakkarid ve disakkarid (nişasta, süt ve çay şekeri), daha az oranda da monosakkarid (glukoz ve früktoz) formunda bulunurlar. Karbonhidratların parçalanma işlemi ağızdan itibaren başlayabilir. Tükrükte bulunan

α- amilaz polisakkarid parçalayan bir enzim olmasına rağmen, çiğneme süresinin kısalığı nedeniyle fazla etkin değildir. Midenin asit pH sı bu enzimin daha fazla çalışmasına olanak vermez. Pankreastan çok aktif bir başka amilaz salgılanır. Gerek tükrük gerekse pankreas amilazı, polisakkaridleri parçalar ve aktivitesi zincir sonunda durur. Böylece amilaz etkisi sonunda yaklaşık olarak;

  • % 40 oranında maltoz,

  • % 30 oranında α- 1,4 ve α- 1,6 bağı içeren α- dekstrin

  • % 25 oranında α- 1,4 bağı ile bağlanmış 3 glukozlu maltotrioz,

  • % 5 oranında da 4-9 glukoz içeren polisakkarid molekülleri meydana gelir. Karbonhidratların barsaktan emilebilmeleri için monosakkarid haline çevrilmeleri şarttır. Monosakkaridlerin ince barsaktan emilimleri için 3 yol vardır. Bunlar aktif transport, taşıyıcı moleküllerle yürütülen kolaylaştırılmış diffüzyon ve basit diffüzyon dur. Barsaklardan emildikten sonra vena porta aracılığı ile sistemik dolaşıma katılan glukoz, galaktoz ve fruktoz hücre düzeyinde tek monosakkarid (glukoz) üzerinden metabolize edilir. Fruktozun glukoza dönüşümü barsak ve karaciğerde, galaktozun glukoza dönüşümü ise yalnızca karaciğerde gerçekleşir.



Glukozun hücreye girişi , hücre zarında bulunan ve transporter(taşıyıcı molekül) veya permeaz denilen protein yapısındaki oluşumlar aracılığı ile gerçekleşir. Yanda resmi görülen glukoz taşıyıcısı hücre zarına 12 defa giriş çıkış yapan geniş bir membran proteinidir.


HÜCRE SOLUNUMU

Diğer hücresel işlemlerde kullanılmak üzere, karmaşık yapılı organik moleküllerin yıkılarak enerji elde edildiği tepkimelerdir. Hücre solunumu genellikle oksijen varlığında gerçekleştirilir. Buna aerobik solunum denir. Fakat bazı durumlarda hücre yeterince oksijen bulamaz. Böylece molekül yıkımı oksijensiz olarak devam eder. Buna anaerobik solunum denir.

İnsanlarda ve yüksek organizasyonlu canlılarda aerobik solunumla birlikte anaerobik solunum da gözlenir. Özellikle aktivitenin arttığı anlarda ya da havasız kalındığında, dokulara yeterince oksijen gitmez. Bu durumda glikozun yıkımı oksijensiz olarak gerçekleşir. Fakat tam yıkım yapılamadığı için hem yeterince enerji elde edilemez hem de kasta son ürün olarak lâktik asit birikir. Bu da yorgunluğa neden olur.Anaerobik solunum, bazı bakteri ve mayalarda da gözlenir. Oksijenin olmadığı ortamda bu canlılar şeker moleküllerini parçalayarak enerji elde ederler. Bu canlılarda son ürün alkoldür. Bu olaya fermantasyon (mayalanma) denir.

Glikoliz reaksiyonları :


Glikozun prüvik asite kadar parçalanması reaksiyonlarına Glikoliz denir.Bu reaksiyonlar hem O2’li hem de O2’siz solunumun başlangıç kısmını oluşturur. Her canlı hücre glikoliz olayını gerçekleştirebilir.Bütün canlılarda glikoliz safhasında görev yapan enzimler aynıdır.Pirüvik asitden sonra kullanılan enzimler farklı türlerde farklılık gösterir.Bunun için fermantasyonun son ürünleri canlı türlerinde farklılık gösterir.Pasif haldeki glikoz moleküllerinin aktifleşerek reaksiyona girebilmesi için canlıların vücut ısısı yetersizdir.Bunun için aktivasyon enerjisi olarak ATP harcanır.

Glikozun aktifleşmesi için 2 molekül ATP gereklidir.

Glikoliz sonucu :

a-) 4 molekül ATP

b-) 2 molekül NADH2

c-) 2 molekül pirüvik asit (Pürivat)


Son ürünlerin oluşması :

Pirüvik asit her canlı türünde en uygun artık maddeye dönüştürülerek vücut dışına atılır.Bu dönüşümü sağlayan enzimlerde farklıdır.Bu kademelerde ATP harcanmaz ve oluşmaz.


1-)Etil alkol fermantasyonu :

Bira mayası (bakteri) ve maya mantarlarında (Fungi) ve şarap bakterilerinde görülür.

Glikoz 2 Pirüvat 2 Asetaldehit 2Etil alkol

CO2 2NADH2 2NAD


Pirüvik asit CO2 kaybederek, asetaldehide dönüşür.Bu da NADH2’nin hidrojenlerini tutarak etil alkole dönüşür.Bu reaksiyonda serbest kalan NAD glikolizde tekrar kullanılabilir.

Glikoz+2 ATP 2 CO2+ 2Etil alkol+4 ATP+Isı

Enzimler

Bu canlılarda fermantasyon ürünleri üremeyi durdurucu etki yapar.Bira mayasının ortamdaki alkol oranı % 18’i geçerse üremesi engellenir.


2-)Laktik asit fermantasyonu :

Omurgalıların çizgili kaslarında ve yoğurt bakterilerinde olur.

Glikoz 2 Pirüvat 2 Laktik asit(C3H6O3)

2NADH2 2 NAD


İnsanda çizgili kas hücrelerinde oksijensiz solunum,oksijen yetmezliğinde gerçekleştirilir.

Pirüvat NADH2’nin hidrojenlerini tutarak laktik asite dönüşür.Yoğurt bakterileri süt şekerini fermente ederek laktik asit yaparlar.Az miktarda oluşan laktik asit kasın daha iyi çalışmasını sağlar.Fakat fazla birikirse kasın sertleşmesine ve kasılamamasına neden olur.Laktik asit hücre stoplazmasından kana geçer ve kanın pH’ını düşürür ve beyne giderek yorgunluk hissi verir.

Laktik asit kalpte karaciğerde ve yeterli O2 varlığında kas hücrelerinde yeniden prüvik asite dönüştürülür.Karaciğer ve kas hücrelerinde glikozda üretilebilir yani dönüştürülebilir.Pirüvat da yeniden mitokondriye girerek enerji üretimi gerçekleşir.


Glikoz+2ATP 2C3H6O3 (Laktik asit)+4ATP


Enerji kazancının az olması O2’nin kullanılmaması,monomerlerine tam olarak parçalanamamasından kaynaklanır.


O2’li Solunum :

Karbonhidrat,yağ ve proteinlerin O2’ile parçalanması ve ATP sentezlenmesi olayına denir.


O2’li solunumun 3 kademesi vardır:

1-Glikoliz (Stoplazmada görülür) (O2’li ve O2’siz solunumda görülür)

2-Krebs çemberi (Mitokondride görülür) (O2’li solunumda görülür.)

3-Oksidatif fosforilasyon (Mitokondride görülür)( O2’li solunumda görülür)


Krebs çemberi :


Krebs döngüsü, trikarboksilik asit döngüsü veya Sitrik asit döngüsü, canlı hücrelerin besinleri yükseltgeyerek enerji elde etmesini sağlayan ve bütün yaşam biçimlerinde önemli bir yer tutan kimyasal süreçlerin son aşamasıdır. 1937'de Hans Adolf Krebs tarafından açıklığa kavuşturulan tepkimelerin hayvan, bitki, mikroorganizma ve mantar gibi birçok hücre türünde oluştuğu saptanmıştır.Krebs döngüsü, hücresel oksijenli solunumun, glikoliz evresinden sonra gelen ikinci aşamasıdır. Krebs devri reaksiyonları mitokondride gerçekleşir. Reaksiyonlar başlamadan önce 2 molekül pirüvik asit mitokondriye geçer. Döngüde basamaklarda oluşan her NADH2+ ve FADH2+ , Elektron Taşıma Sistemi'ne aktarılır.


Glikoliz evresinde, glikoz pirüvata kadar parçalanır. Üretilen pirüvik asitler oksijen varlığında ortama birer tane CO2 ve H2 vererek asetik asite parçalanır.Asetik asit kısa adı CoA olan bir enzim ile bağlanarak asetil CoA oluşur.Bu arada açığa çıkan hidrojenler NAD tarafından tutularak NADH2 üretimi yapılır.


2Pirüvik asit 2 Asetil CoA+2CO2+2NADH2


Pirüvik asitin asetil CoA ya dönüştüğü reaksiyonlar glikoliz veya krebs devri reaksiyonlarına dahil olmayıp ara bir reaksiyondur.Bu reaksiyonlar mitokondride gerçekleşir.Asetil CoA, krebs döngüsünü başlatacak temel maddedir.


Asetil CoAs dan sonraki basamakları şu şekilde sıralayabiliriz:

  • 2C lu asetil ko enzim A ortamda bulunan 4C lu bileşikle birleşerek 6C lu sitrik asit meydana gelir.

  • 6C lu bileşikten bir CO2 ve iki hidrojen atomu kopar. 5C lu bileşik oluşur.

  • 5C lu bileşikten bir CO2 ve iki hidrojen atomu kopar. 4C lu bileşik oluşur.

  • 4C lu bileşikten üç ayrı kademede ikişer hidrojen atomu kopar. Bu hidrojen atomlarını NAD ve FAD tutar. Hidrojen tutucu bu moleküller, hidrojen moleküllerini oksijenle birleştirirken ATP moleküllerinin sentezlenmesini sağlar. Solunum sonucu oluşan 12 molekül suyun 6 molekülü krebs devrinde kullanılır.Glikoliz evresinde oluşan Pirüvatın mitokondri içerisindeki matrixe geçip O2’li solunuma katılabilmesi için Asetil CoA ya dönüşmesi gerekir.Ortamda O2 varsa pirüvat,Asetil CoA ya döndürülür.


Sonuçta = 4 CO2,6 NADH2,2 FADH2 , 2 ATP üretilir.(Substrat düzeyinde).


NADH2 kendi başına enerji değildir.Enerji haline dönüşmesi ,ATP üretiminin yapılabilmesi için NADH2’nin taşıdığı yüksek enerjili elektronlerın ve hidrojenin ETS ye aktarılması gerekir.


ETS ( Elektron taşıma sistemi) :


Yükseltgenme yolu ile ETS’de ATP sentezlenmesine oksidatif fosforilasyon denir.Bu safhada görev yapan NAD( nikotin amid adenin dinüklleotid) ,FAD (Flavin adenin di nükleotid),koenzim ve stokromlar(Sit-b, Sit-c, Sit-a , Sit –a3) gibi elektron alıcıları yukarıda olduğu gibi elektron çekme özelliğine göre mitikondrinin iç zarında yer alırlar.

NAD ve FAD hidrojen ve elektron taşıyıcı koenzimler olup ilk elektron alıcı NAD’dır.


ETS elamanlarının özellikleri :

NAD,FAD ve CoQ organik yapılı koenzimler olup H ve elektron taşırlar.Yapılarında vitamin vardır.Sitokromlar yapısında demir bulunan kofaktörler olup sadece elektron taşırlar.


  • ETS’de bir NADH2 kullanımı sonucu : 3 ATP ve H2O üretilir.Bir atom oksijen tüketilir.

  • ETS’de bir FADH2 kullanımı sonucu : 2 ATP ve H2O üretilir.Bir atom oksijen tüketilir.


NAD ile koparılan hidrojenler ETS’ne en üst basamaktan girdiklerinden NADH2’den 3 ATP, FAD ile koparılanlar ETS’ne bir alt basamaktan girdiğinden dolayı FADH2’den 2 ATP sentezlenir.

Yağ asitleri,gliserol,aminoasitler ve karbonhidratlar farklı sayıda karbon taşıdıkları için farklı sayılarda ATP üretilmesine sebep olurlar. Solunumda ATP üretiminin hesaplanması karbon sayısına ve reaksiyona hangi basamaktan katıldığına bakılarak yapılır.

4C’lu Aminoasitler krebsden, 3C’lu Aminoasitler Pirüvatdan,2C’lu aminoasitler Asetil Co-a’dan solunuma katılırlar.2C’lu yağ asitleri Asetil Co-a’dan ,3C’lu Gliserol Prüvatdan solunuma katılırlar.Glikoz, galaktoz ve fruktoz ;glikoza dönüşerek katılırlar.

Görevi biten 24 H ile O2 birleşir ve su oluşur.O2 li solunum reaksiyonlarında 6H2O açığa çıktığı gösterilir.Çünkü diğer 6H2O mitokondride tutularak enzimlerin aktive edilmesinde kullanılır.

Sonuçta ETS’ler de toplam 34 ATP elde edilir.Bu durumda ETS’ler oksijenli solunumda en fazla ATP üretilen yerlerdir.Ayrıca 12 H2O oluşurken dışarıdan alınan 6 O2’de harcanır.









Oksijenli solunum(Glikoliz+Krebs+ETS)

ATP

Net Kazanç

Stoplazma

Glikoliz

Substrat düzeyinde fosforilasyonla

Oksidatif fosforilasyon ile (2NADH+H) 4H

Aktivasyon İçin


4

6

-2



8 ATP

Mitokondri

Pirüvat Asetil CoA

Oksidatif fosforilasyon ile (2NADH+H) 4H


6


6 ATP

Krebs Çemberi ve ETS

Substrat düzeyinde fosforilasyonla

Oksidatif fosforilasyonla (2FADH+H) 4H

Oksidatif fosforilasyonla (6NADH+H) 12H


2

4

18



24 ATP





Toplam

Substrat düzeyinde fosforilasyonla

Aktivasyon için

10 NADH+H 24 H

2 FADH+H




6

-2

34





38 ATP

277.400 Kalori






Oksijensiz solunum

Oksijenli solunum

1-Bazı bakteriler ,tohumlar , omurgalıların çizgili kaslarında görülür.

1-Bütün ökaryotik canlılar, bazı bakteriler ve mavi yeşil alglerde görülür.

2-Stoplazma da gerçekleşir

2-Stoplazma ve mitokondride olur.

3-Net 2 ATP elde edilir.

3-Net 38 ATP üretilir.

4-Sonuçta etil alkol,laktik asit,asetik asit,CO2 gibi artık ürünler oluşur.


4-Sonuçta CO2,H2O ve NH3 gibi inorganik artık ürünler oluşur.

5-Sadece substrat düzeyinde fosforilasyon meydana gelir.

5-Substrat ve oksidatif fosforilasyon meydana gelir.

6-Enerji verimliliği % 2-10 kadardır.

6-Enerji verimliliği % 40 kadardır.



 YAĞ (Lipid) METABOLİZMASI

Besinlerle alınan yağ moleküllerinin büyük kısmını trigliserid adı verilen moleküller oluşturmaktadır.Bunun yanında fosfolipid, ve kolestrol molekülleri yağlı besinlerde bulunular.Lipidler yapı itibariyle gliserin ve yağ asitlerinin teşkil ettiği moleküllerdir.Lipid molekülleri hidrofobik özellik göstermelerine karşın organik eriticilerde çözünürler.Örneğin alkol, eter, aseton ve klorofom gibi uçucu sıvılar içerisinde çözünebilir.

Yağlar, vücudun ince bağırsağında pankreas ve safra kesesinden gelen enzimlerle küçük parçalara ayrılırlar.Yağların parçalanması ise " Lipaz " adı verilen bir enzim ile olur.Yağlar parçalanıp yağ asitlerine kadar ayrıştırıldıktan sonra ince bağırsaklardan emilir ve kana karışır.Yağ asitleri hücreler tarafından enerji ihtiyacını karşılamak için kullanılırlar.Yağ asitleri bazı hücrelerde sitoplazma içerisinde okside olarak ATP üretimine katılırken, çoğu hücrede mitokondri içerisine girerek ATP sentezlenmesini sağlar. Yağ asitleri vücutta fazla miktarlarda bulunduğu zaman trigliserid şekline dönüştürüldükten sonra yağ dokularında depo edilirler.İnsanların şişmanlamasının nedeni de budur.

Yağ asitlerinin mitokondriye girişi direkt değildir.Öncelikle Asetil CoA ile bileşik kurarak Yağ asidi + CoA + ATP <-----> Yağ asil – CoA + AMP + PPi kompleksini kurar.
Denklemde yağ asitinin CoA (Koenzim A) ile kompleks oluştururken ATP harcamaktadır.ATP enerjisi kullanılınca ATP (Adenin trifosfat) AMP (Adenin monofosfat)' a dönüşmektedir.

AMİNOASİT METABOLİZMASI

Proteinler, kompleks organik bileşikler olup hücrelerin esas yapılarını oluştururlar. Proteinlerin bileşiminde, genellikle, karbon (C) %50, oksijen (O) %25 nitrogen (N) %16 ve hidrojen (H) %7 bulunur. Bazı proteinler de %1 kadar sülfür (S) ihtiva ederler. Bir kısmında da ayrıca, fosfor, demir, çinko ve bakır da bulunabilir.

Hücrelerde, yapı ve görevleri bakımından çok çeşitli proteinler vardır. Proteinler yüksek moleküllü (5000-bir milyon) olduklarında kolloidal solüsyonlar  meydana getirirler ve diyalize olmazlar. Fiziksel (ısı, UV-ışınları, X-ışınları, v.s.) ve kimyasal faktörler (asit, alkali, deterjan, ağır metaller ve bunların tuzları, vs.) proteinler üzerine olumsuz etki yaparlar.


Proteolitik enzimlerle veya asit hidrolizasyonla, kendilerini oluşturan amino asitlere ayrışırlar. Proteinler, 20 tür amino asitin değişik sıralarda yan yana gelerek oluşturdukları polipeptidlerden meydana gelmiş polimerlerdir. Amino asitler birbirlerine kovalent olarak peptid bağları ile birleşmiştir. Bu peptid bağ, bir amino asitin karboksil ucundan suyun çıkması ile, diğer amino asitin a-amino grubu arasında kurulur. 

Hücrelerde bulunan serbest amino asitler ya proteinlerin parçalanmasından, ya da hazır olarak dışardan sağlanırlar. Mide hücreleri tarafından salgılanan ve mide özsuyunda bulunan pepsin adı verilen bir enzim yine mide özsuyundaki HCI proteinlerin yardımıyla peptid bağlarını yıkar. İnce bağırsağa geçen bu karışım burada enzimlerin etkisi ile proteinlerin çoğunluğu amino asitlere yıkılarak emilirler.

Amino Asit + FAD + H2O a-Keto Asit + NH4+ FADH2

Deaminasyon sonunda açığa çıkan NH3 toksik bir maddedir.NH3’ın uzaklaştırılması organizma türüne göre farklı şekilde gerçekleşir. Memelilerde üre, kuş ve sürüngenlerde ürik asit şeklinde atılır.

 Deaminasyon: Amino asitlerin bu tarzdaki sentezinde amonyak (NH3) önemli görev yapar ve sentez için NH2ye çevrilir. Sonra, amin grubu, organik asitin hidrojeni yerine geçerek, amino asit oluşturulur.


Soru:

1-Fosforilasyon çeşitleri nelerdir ?Kısaca anlatınız.

ATP sentezine fosforilasyon denir. Dört çeşit fosforilasyon vardır:

  • Substrat Düzeyinde Fosforilasyon: Hücre sitoplazmasında O2 ve E.T.S. olmadan enzim varlığında substrattan direk ATP sentezidir (Fermantasyon). Oksijen ve elektron taşıma sistemi (ETS) kullanılmaz, organik madde tamamen parçalanmadığı için ATP kazancı azdır. Enzimler tüm canlılarda var olduğundan tüm canlılarda görülür. Bazı bakteriler yalnızca  fermantasyon yapar.

NOT: Evrimde ilk ortaya çıkan fosforilasyon şeklidir.

  • Oksidatif Fosforilasyon: Enerji verici besin maddelerinin yıkımından oluşan yüksek enerjili elektronların mitokondrilerde ETS den Oksijene iletilirken ATP’nin sentezlenmesidir. Oksijenli solunumda görülür. Prokaryot hücrelerde sitoplazmada, ökaryot hücrelerde mitokondri de gerçekleşir.

  • Fotofosforilasyon: Işık yardımıyla ADP ye fosfat bağlanarak ATP sentezlenmesine denir. Klorofile sahip hücrelerde, fotosentezde meydana gelir. Fotosentezin ışıklı evresinde devirli ve devirsiz basmaklarda gerçekleşir. Elektron taşıma sistemi(ETS) kullanılır. Oksijenli solunuma benzer ancak klorofil şarttır. Prokaryot canlılarda sitoplazmada, ökaryot canlılarda ise çift katlı zarı olan kloroplastlarda gerçekleşir.

  • Kemosentetik Fosforilasyon : Kemosentez reaksiyonlarında açığa çıkan enerji ile ATP sentezi yapılmasıdır. İnorganik bileşikleri oksitleyerek elde ettikleri enerji ile organik madde yani besin üretirler. Bu olay sadece kemosentetik bakterilerde gerçekleşir. Örneğin; kükürt bakterileri, nitrit ve nitrat bakterileri.



2-Krebs çemberi hangi organelde gerçekleşir?Krebs çemberinin aşamalarını anlatınız.

Mitokondride gerçekleşir.Asetil CoAs dan sonraki basamakları şu şekilde sıralayabiliriz:

  • 2C lu asetil ko enzim A ortamda bulunan 4C lu bileşikle birleşerek 6C lu sitrik asit meydana gelir.

  • 6C lu bileşikten bir CO2 ve iki hidrojen atomu kopar. 5C lu bileşik oluşur.

  • 5C lu bileşikten bir CO2 ve iki hidrojen atomu kopar. 4C lu bileşik oluşur.

  • 4C lu bileşikten üç ayrı kademede ikişer hidrojen atomu kopar. Bu hidrojen atomlarını NAD ve FAD tutar. Hidrojen tutucu bu moleküller, hidrojen moleküllerini oksijenle birleştirirken ATP moleküllerinin sentezlenmesini sağlar. Solunum sonucu oluşan 12 molekül suyun 6 molekülü krebs devrinde kullanılır.Glikoliz evresinde oluşan Pirüvatın mitokondri içerisindeki matrixe geçip O2’li solunuma katılabilmesi için Asetil CoA ya dönüşmesi gerekir.Ortamda O2 varsa pirüvat,Asetil CoA ya döndürülür.




Add document to your blog or website

Similar:

Canay BABAOĞLU Tuğba ÖZER iconAssist. Prof. Canay Şahin

Canay BABAOĞLU Tuğba ÖZER iconCURRICULUM VITAE Lale Babaoğlu Balkış

Canay BABAOĞLU Tuğba ÖZER iconFatma Tuğba Doğru

Canay BABAOĞLU Tuğba ÖZER iconTuğba SARI Yazışma Adresi

Canay BABAOĞLU Tuğba ÖZER iconTUĞBA ÖZERK “AKLIMDA SEN VARSIN”

Canay BABAOĞLU Tuğba ÖZER iconY Tuğba TIĞDEMİR 2000201079 2 / B APRAK

Canay BABAOĞLU Tuğba ÖZER iconSeyfettin Gürsel*, Zümrüt İmamoğlu ve Tuğba Zeydanlı

Canay BABAOĞLU Tuğba ÖZER iconSeyfettin Gürsel*, Zümrüt İmamoğlu ve Tuğba Zeydanlı

Canay BABAOĞLU Tuğba ÖZER iconOSMAN ÖZER MEL 97032 4-B

Canay BABAOĞLU Tuğba ÖZER iconYard. Doç. Dr. Bülent ÖZER

Sitenizde bu düğmeye yerleştirin:
Belgeleme


The database is protected by copyright ©okulsel.net 2012
mesaj göndermek
Belgeleme
Main page