Metabolizmanın Moleküler Açıklaması

Hücrelerde meydana gelen yapım, yıkım ve dönüşüm reaksiyonlarının hepsine birden metabolizma denir.

1) Yapım (Anabolizma=Asimilasyon=Biyosentez)

Hücrelerde küçük moleküllerden büyük moleküllü maddelerin yapımına denir.

Önemli Yapım olayları; protein sentezi, enzim sentezi, nükleik asitlerin sentezi, Trifosfat (TP) sentezi vb.

2) Yıkım (Katabolizma=Disimilasyon)

Büyük moleküllü maddelerin daha küçük moleküllere ayrıştırılmasına denir. Önemli Yıkım olayları oksijenli ve oksijensiz solunum, her türlü sindirim, TP’nin hidrolizi, nükleik asit yıkımı vb.

• Yapım > Yıkım ise; organizma büyümekte, gelişmekte veya gençlik dönemini geçirmektedir. Bitkilerin yapraklarında gündüzleri Yapım, geceleri ise Yıkım daha hızlıdır.
• Yapım = Yıkım ise; gelişme tamamlanmış ve dengeli bir metabolizma vardır.
• Yapım < Yıkım ise; organizma küçülmekte veya yaşlılık dönemini geçirmektedir.

Canlıların metabolizma hızları yapılan iş, faaliyet, yaş, ortam sıcaklığı gibi durumlarda farklıdır. Herhangi bir iş yapmadan sadece canlı kalabilmek için yapılan en düşük metabolizmaya bazal metabolizma denir. İnsanlar uyurken, bakteriler spor halindeyken, hayvanlar kış uykusundayken bazal metabolizma yaparlar.

3) Oksijensiz Solunum (Fermantasyon)

Oksijensiz solunum, anaerobik solunum, mayalanma da denir. Besinlerin oksijen kullanılmadan yıkılarak enerji üretilmesine denir. Besinler tam parçalanamaz ve parçalanma tam olmadığından az enerji üretilir. Sitoplazmada olur ve İki safhadan oluşur: a) Glikoliz evresi b) Son ürün evresidir.

3.A. Glikoliz Safhası

Glikozun pirüvik asite (pirüvata) kadar parçalanmasına denir. Reaksiyonlarda 2ATP harcanarak 4ATP üretilir.Net kazanç 2ATP’dir. Sonuç olarak glikoliz sonucunda 4ATP, 2NADH₂ ve 2 pirüvat oluşur. Glikoliz safhasına kadar (=pirüvata kadar) olan reaksiyonlar enzimler, proteinler ve genler aynıdır. Son ürünlerin farklı olmasının sebebi ise son enzimlerin farklı olmasındandır.

3.B. Son Ürün Safhası

3.B.1. Alkol Fermantasyonu

Bira mayası, maya mantarlarında ve şarap bakterilerinde görülür. Bu canlılarda fermantasyon ürünleri üremeyi durdurucu etki yapar.

3.B.2. Laktik Asit Fermantasyonu

Omurgalıların çizgili kas hücrelerinde ve yoğurt bakterilerinde görülür. Kas hücrelerinde laktik asit oluşturulmasının asıl sebebi glikoliz ürünleri olan pirüvat ve NADH₂‘nin uzaklaştırılamayarak ortamda birikmesidir. Ortamda yoğunluğu artan bu iki madde birbiriyle reaksiyona girerek laktik asit oluşturur. Laktik asit kolayca difüzyon olarak hücreler arası sıvıya geçer ve uzaklaştırılmış olur.

Az miktarda oluşan laktik asit kasın daha iyi çalışmasını sağladığı halde kasta fazla miktarda birikirse kas sertleşir ve kasılmaz olur. Yorgunluk hissi verir. Aşırısı kramp yapar. Kanla karaciğere taşınır. Sonra iki yol izler. Birincisi yeterli oksijen geldiğinde pirüvata tekrar dönüşerek CO₂ ve H₂O’ya parçalanır. İkincisi ise glikoz sentezlenir.

Fermantasyonu meydana getiren enzimler tahrip edilirse fermantasyon meydana gelmez. Buna pastörizasyon (=kaynatma) denir.

Anaerobik bazı bakteriler amino asitleri de fermente ederek çok kötü kokulu ürünler oluştururlar. Buna pütrifikasyon denir. Yemeklerin bozulmasıyla çeşitli kokuların oluşması azotlu ve kükürtlü fermantasyon ürünlerinden dolayıdır.

4) Oksijenli Solunum

Aerobik solunumda denir. Besinlerin O₂‘nin varlığında CO₂ ve H₂O’ya kadar parçalanarak enerji elde edilmesi olayına denir. Besinler tamamen parçalanır. Bundan dolayı da enerji tam olarak açığa çıkar. İki amaç için yapılır. Birincisi enerji üretmek, ikincisi bazı ara bileşiklerin elde edilmesidir. Üç basamaktan oluşur. a) Glikoliz b) Krebs c) ETS

4.A. Glikoliz

Glikozun pirüvata kadar parçalanmasıdır. Fermantasyonla aynıdır.(yani bütün canlı hücreler yapar.) Bir glikozun reaksiyona girmesi ile 4ATP, 2NADH₂ ve 2 pirüvat oluşur ve aşağıdaki grafikte detayı gösterilmiştir.

4.B. Krebs Çemberi (Sitrik Asit Çemberi)

Mitokondride olur ve ortamda oksijen varken pirüvat mitokondriye girerek Asetil Co-A’ya dönüşür. Pirüvattan Asetil Co-A oluşurken 2CO₂ ve 2NADH₂ açığa çıkar. Bu olay mitokondri zarındaki enzimlerle gerçekleştirilir. Asetil Co-A (2C’lu) mitokondride oksala asetik asitle (4C’lu) birleşerek sitrik asiti oluşturur. Sitrik asit kademeli olarak C’larını uzaklaştırarak tekrar oksala asetik asiti oluşturur. Bir Asetil Co-A’dan krebste 2CO₂, 1ATP, 1FADH₂ ve 3NADH₂ oluşur. Glikoz için 4CO₂, 2ATP, 2FADH₂ ve 6NADH₂ oluşur. Krebste yapılan ATP sentezi substrat düzeyinde fosforilasyondur. Krebs devrine ‘karbon yolu reaksiyonları’ da denir ve aşağıdaki grafikte detayı gösterilmiştir.

4.C. ETS (Son Oksidasyon=Oksidatif Fosforilasyon)

ETS (elektron taşıma sistemi) NAD, FAD, koenzim Q, sitokrom b, sitokrom c, sitokrom a ve oksijen şeklinde dizilen elektron yakalayıcı elemanlardan meydana gelir. Bu diziliş sırası elektrona karşı gösterdikleri çekim kuvvetine göredir. H₂‘ler NAD ile aktarılırsa 3ATP, FAD ile aktarılırsa 2ATP enerji üretilir. Prokaryot hücrelerde ETS enzimleri hücre zarının sitoplazmaya doğru yaptığı kıvrımlar (mezozom) üzerinde bulunur. ETS’ de ATP sentezi oksitlenme ve redüklenme reaksiyonları şeklinde geçtiği için bu devreye oksidatif fosforilasyon denir. Oksitlenme; molekülün H₂ molekülü vererek yükseltgenmesine denir. Redüklenme; molekülün H₂ molekülü yakalayarak indirgenmesine denir.