Biyoenerje)k ve Metabolizmanın Temel Kavramları Yrd. Doç Dr. Bekir Engin Eser Zirve Üniversitesi EBN Tıp Fakültesi Tıbbi Biyokimya A.B.D. Mitokondri •  Hücrede enerjinin üre)ldiği organellerdir •  Mitokondride, karbonhidrat, lipid ve proteinlerin oksidasyonu (yıkımı) gerçekleşir •  Bu oksidasyon reaksiyonları sonucu oluşan elektronlar ATP sentezinde kullanılır •  ATP (adenozin trifosfat), vücudumuzda enerjinin depolandığı moleküllerdir Mitokondri •  Mitokondrinin dış ve iç olmak üzere iki zar (membran) ile çevrili oval şeklindeki organellerdir •  İki zar arasındaki boşluğa “intermembran boşluğu” denir •  İç zarın içinde kalan kısma ise matriks boşluğu denir •  İç zardaki kıvrımlı yapılara “krista” adı verilir •  Dış zar küçük moleküllere karşı geçirgendir •  İç zar ise küçük molekülleri direkt olarak geçirmez; madde geçişi için özel taşıyıcılar ve transport sistemlerine gereksinim vardır hVp://www.ccwcs.org/sites/default/files/imports/Mitochondria_0.JPG Mitokondri •  Metabolik olaylar için gerekli enzimler mitokondri matriksinde bulunur •  Oksida)f fosforilasyon mitokondrinin iç zarında gerçekleşir •  Mitokondrinin kendine özgü DNA’sı vardır (mtDNA) •  Bu DNA, mitokondride gerçekleşen biyoenerje)k ile ilgili metabolik olaylarda görevli bir kısım enzimlerin kodlanmasında işlev görür Glikoliz -­‐ Glukozun Oksidasyonu (Yıkımı): •  Glikozun enzimlerle pirüvik aside (pirüvat) parçalandığı reaksiyonlar zincirine denir •  Sitoplazmada gerçekleşir •  Glikoliz ile net olarak 2 ATP (adenozin trifosfat) üre)lir •  Glikoliz sonucunda aynı zamanda 2 NADH oluşur •  Oluşan bu NADH’ler enerji üre)mi için “elektron transport zinciri” ne aktarılır (oksijenli solunumda) Glikoliz •  Glikoliz sonucu 6 karbonlu glikoz, 2 tane 3-­‐karbonlu olan pirüvik asit molekülüne çevrilir •  Glikoliz sonucu 2 ATP ve 2 NADH üre)lir hVp://www.phschool.com/science/biology_place/biocoach/cellresp/glycolysis.html Pirüvafn ase)l-­‐KoA’ya çevrilmesi •  Sitrik asit döngüsüne girebilmesi için pirüvafn ase)l-­‐KoA’ya dönüştürülmesi gerekir •  Bu dönüşüm esnasında 2 NADH ve 2 CO2 molekülü oluşur (pirüvat başına) – bu şekilde glikozun oksidasyonu devam etmiş olur •  Oluşan ase)l-­‐KoA sitrik asit döngüsüne kaflır •  Bu olay mitokondride gerçekleşir hVp://www.uic.edu/classes/bios/bios100/lecturesf04am/lect12.htm Oksijenli Solunum (Aerobic Respira)on) •  Besin moleküllerinin oksijenle parçalanarak enerji (ATP) üre)lmesine oksijenli solunum denir •  Besin molekülleri yakılarak bu moleküllerdeki kimyasal enerji ADP ve fosfat moleküllerinden ATP üre)lmesi için harcanır •  ATP molekülündeki enerji, fosfat grupları arasındaki bağlarda depo edilir (yüksek enerjili fosfat bağları •  Oksijenli solunum sitrik asit döngüsü ve oksida7f fosforilasyon basamaklarından oluşur ATP (Adenosine trifosfat) Sitrik Asit Döngüsü (Krebs Döngüsü) •  Karbonhidrat, yağ asitleri ve proteinlerin yıkımındaki (oksidasyon) son reaksiyonlar serisidir (pathway) •  Sitrik asit döngüsü ase7l-­‐KoA molekülü ile başlar •  Bu döngüdeki reaksiyonlar mitokondrinin matriksinde meydana gelir •  Döngü şeklindeki reaksiyonlar sayesinde besinlerdeki karbon atomları tamamen yükseltgenir (CO2’ye) •  Sitrik asit döngüsü birbirini takip eden birçok reaksiyon basamağından oluşur Sitrik Asit Döngüsünün İşlevi •  Sitrik asit döngüsünde bulunan enzimler taralndan substratlar okside edilir •  Bu oksidasyon esnasında açığa çıkan elektronlar NAD+ ve FAD’a transfer edilir •  Bu şekilde NADH ve FADH2 molekülleri elde edilir •  NADH ve FADH2 ‘deki elektronlar oksijenli solunumun bir sonraki basamağı olan oksida)f fosforilasyonda ATP sentezi için kullanılır •  Sitrik asit döngüsü, glukoz, lipid ve proteinlerin CO2’e tamamen oksidasyonu gerçekleş7rerek NADH ve FADH2 sentezini sağlar (3 NADH ve 1 FADH2 molekülü) Sitrik Asit Döngüsünün Basamakları •  Sitrik asit döngüsünün ilk basamağı ase-l-­‐KoA (2 karbonlu) ve oksaloasetat (4 karbonlu) moleküllerinin birlerş)rilerek sitrat (6 karbonlu) molekülünün oluşturulmasıdır •  Geri kalan basamaklarda düzenlenme (rearrangement), dekarboksilasyon ve redoks reaksiyonları enzimler taralndan gerçekleş)rilir •  Döngünün sonunda iki CO2 ve oksaloasetat oluşur Glikoliz ve Sitrik Asit Döngüsü hVp://img.sparknotes.com/figures/1/186f53ba8ba05a8598a60d5a041b034f/citricacidcycle.gif Sitrik Asit Döngüsünün Kontrolü •  Enerji (ATP) üre)m hızı vücudun enerji ih)yacına ve elverişli oksijen miktarına göre değişmek durumundadır •  Bu üre)m hızı, sitrik asit döngüsündeki birçok basamağın regüle edilmesiyle düzenlenir •  Bu şekilde ih)taç duyulan durumlarda daha fazla enerji (spor yaparken) üre)lir •  İh)yaç duyulan durumlarda da daha az enerji (dinlenirken) üre)lir Oksida7f Fosforilasyon 1) Elektron Transport Zinciri •  Mitokondrinin iç zarında 5 farklı enzim bileşiği bulunur •  Bunlar I’den V ‘e kadar “bileşik I”, “bileşik II” vb. şeklinde isimlendirilirler •  Bunlardan ilk dördü elektron transport zincirini oluştururken, 5. bileşik ise ATP sentezini kataliz eden enzimdir (ATP sentetaz) •  Bu bileşikler elektron vericilerden (donör) elektron alıp zincirdeki bir sonraki bileşiğe sırasıyla aktarırlar •  Sonuçta elektronlar protonlarla beraber oksijene aktarılarak su oluşturulur •  Bu zincire aynı zamanda solunum zinciri (respiratory chain) de denir hVp://www.personal.kent.edu/~cearley/PChem/krebs/etc.png Elektron Transport Zinciri •  “Elektron transport zinciri” nin amacı sitrik asit döngüsünde oluşturulan NADH ve FADH2 moleküllerini kullanarak H+ iyonlarını mitokondrinin iç zarının dışarısına pompalamakfr (proton pump) – bu şekilde hidrojen iyonu gradien) oluşturulur •  Elektronların transferi farklı şekillerde olur: 1) Hidrit iyonları (H-­‐) olarak NAD+’a; 2) Hidrojen atomu olarak FAD, FMN ve KoEnzim Q’ya; 3) Elektron olarak ise sitokrom’lara; transfer edilirler hVp://www.dbriers.com/tutorials/2012/04/the-­‐electron-­‐transport-­‐chain-­‐simplified
Hidrojen İyon Gradien) •  Elektronların transfer esnasında verdiği enerji elektron transport zinciri bileşikleri taralndan proton (H+) gradien) oluşturmada kullanılır •  Proton gradien), (+) yüklü hidrojen iyonlarının mitokondri iç zarının dışarısına (intermembrane space) taşınmasıyla oluşturulur •  Bu şekilde iç zarın her iki taral arasında potansiyel fark oluşturulur •  Bu potansiyel farktan elde edilen enerji de oksida)f fosforilasyonla ATP sentezi için kullanılır (ATP sentetaz enzimi aracılığıyla) hVp://www.uic.edu/classes/bios/bios100/lecturesf04am/lect12.htm Oksida7f Fosforilasyon 2) ATP Sentezi •  Hücre solunumunun son basamağıdır •  Mitokondrinin iç zarında meydana gelir •  Biyomoleküllerin oksidasyonu sonucu elde edilen yüksek-­‐enerjili elektronların kullanılarak ATP’nin üre)lmesidir •  ATP, kompleks ATP sentetaz enzimi vasıtasıyla elektron transport zincirinden elde edilen enerji ile sentezlenir •  NADH ve FADH2’lerde hidrojenlerde depo edilen elektronlar kullanılır •  NADH’ın yükseltgenmesinden 3 ATP, FADH2’nin yükseltgenmesinden ise 2 ATP oluşur ATP Sentaz Kompleksi ve ATP Üre)mi Enerji Eldesinin 1) Glikoliz: 2 ATP 2) Sitrik asit döngüsü: 2 ATP 3) Elektron Transport Zinciri/ Oksida)f Fosforilasyon: 32 ATP 3a) Glikoliz sırasında 2 NADH oluşur – Her NADH’tan ise 2 ATP elde edilir (2 x 2 = 4 ATP) (Normalde 3 ATP elde edilir ama bunun 1 tanesi NADH’ın sitoplazmadan mitokondriye taşınması sırasında kullanılır) 3b) Pirüvafn ase)l-­‐KoA’ya dönüşümü ve sitrik asit döngüsü esnasında oluşan NADH’ların her birinden 3 ATP elde edilir (Toplam 8 x 3 = 24 ATP) 3c) Sitrik asit döngüsünde oluşan her FADH2 ‘den ise 2 ATP sentezlenir (Toplam 2 x 2 = 4 ATP) Toplam 4 + 24 + 4 = 32 •  Net Enerji Üre7mi (Genel toplam): 36 ATP Enerji Eldesinin Öze) •  Bir glukoz molekülünden; glikoliz, sitrik asit ve oksida)f fosforilasyon olayları sonucu toplam 40 ATP oluşur •  Bu olaylar esnasında iki yerde ATP kullanılır: 1)  Glikolizin ilk basamağında glukozun ak)fleş)rilmesi için her glukoz başına 2 ATP harcanır 2)  Glikoliz sonucu oluşan NADH’ların mitokondriye taşınması için her NADH başına 1 ATP harcanır; Glukoz başına 2 NADH oluştuğu için toplam 2 ATP harcanmış olur Ne7ce i7bariyle toplam 40 ATP oluşup 4 ATP de harcandığı için oluşan net ATP sayısı 36’dır NET 36 ATP MOLEKÜLÜ OLUŞUR Amino Asitlerin Oksidasyonu (Yıkımı) •  Amino asitlerin yıkımı mitokondride gerçekleşir •  Amino asitlerin yıkımındaki ilk basamak azotun uzaklaşfrılmasıdır (deaminasyon) •  Amino asitler sitrik asit döngüsüne kaflacak moleküllere parçalanırlar (Ase)l-­‐KoA moleküllerine) •  Bu şekilde proteinlerden enerji elde edilebilir Anabolizma: Sitrik Asit Döngüsünün Biyosente)k ara Ürünlerin Eldesinde Rolü •  Şu ana kadar sitrik asit döngüsünün katabolik (yıkım) yanını inceledik (glikozun parçalanarak enerji elde edilmesindeki rolü) •  Sitrik asit döngüsü anabolizma (sentez) açısından da önemlidir •  Sitrik asit döngüsü esnasında oluşan birçok ara ürün diğer makromoleküllerin sentezinde yapıtaşı (precursor) olarak kullanılır hVp://www.shmoop.com/cell-­‐respira)on/glycolysis.html 
Download

Biyoenerjetik-Fizyoterapi-10.12.2014