METABOLIK YOLLAR: TÜRLERI VE ANA YOLLAR - BIYOLOJI - 2025

Bir metabolik yol enzimler tarafından katalize edilen kimyasal reaksiyonlar, bir kümesidir. Bu süreçte, bir X molekülü, ara metabolitler vasıtasıyla bir Y molekülüne dönüştürülür. Hücresel ortamda metabolik yollar yer alır.

Hücre dışında bu reaksiyonlar çok uzun sürer ve bazıları gerçekleşmeyebilir. Bu nedenle, her adım, enzimler adı verilen katalizör proteinlerinin varlığını gerektirir. Bu moleküllerin rolü, yoldaki her reaksiyonun hızını birkaç büyüklük sırasına göre hızlandırmaktır.

Ana metabolik yollar
Kaynak: Chakazul (konuşma katkıları), Wikimedia Commons aracılığıyla.

Fizyolojik olarak metabolik yollar birbirine bağlıdır. Yani hücre içinde izole edilmezler. En önemli yolların çoğu ortak metabolitleri paylaşır.

Sonuç olarak, hücrelerde meydana gelen tüm kimyasal reaksiyonların kümesine metabolizma denir. Her hücre, içindeki enzimlerin içeriği ile tanımlanan ve daha sonra genetik olarak belirlenen belirli bir metabolik performans sergilemesiyle karakterize edilir.

Metabolik yolların genel özellikleri

Hücresel ortamda çok sayıda kimyasal reaksiyon meydana gelir. Bu reaksiyonların kümesi metabolizmadır ve bu sürecin ana işlevi, normal koşullar altında ve ayrıca stres koşulları altında vücudun homeostazını sürdürmektir.

Bu nedenle, bu metabolitlerin akışlarının bir dengesi olmalıdır. Metabolik yolların temel özellikleri arasında aşağıdakiler bulunur:

Reaksiyonlar enzimler tarafından katalize edilir

Siklooksijenaz enzimleri tarafından katalize edilen reaksiyon (Kaynak: Pancrat, Wikimedia Commons)

Metabolik yolların kahramanları enzimlerdir. Metabolik durum hakkındaki bilgileri entegre etmekten ve analiz etmekten sorumludurlar ve aktivitelerini o anın hücresel gereksinimlerine göre modüle edebilirler.

Metabolizma hormonlar tarafından düzenlenir

Metabolizma, vücudun ihtiyaçları ve performansı dikkate alınarak metabolik reaksiyonları koordine edebilen bir dizi hormon tarafından yönetilir.

Bölümlendirme

Metabolik yolların bölümlere ayrılması vardır. Yani, her yol, diğerleri arasında sitoplazma, mitokondri olarak adlandırılan belirli bir hücre altı bölmede gerçekleşir. Diğer yollar aynı anda birkaç bölümde gerçekleşebilir.

Yolların bölümlere ayrılması, anabolik ve katabolik yolların düzenlenmesine yardımcı olur (aşağıya bakınız).

Metabolik akışın koordinasyonu

Metabolizmanın koordinasyonu, ilgili enzimlerin aktivitesinin stabilitesi ile sağlanır. Anabolik yolların ve katabolik benzerlerinin tamamen bağımsız olmadığı unutulmamalıdır. Aksine, koordine edilirler.

Metabolik yollarda önemli enzimatik noktalar vardır. Bu enzimlerin dönüşüm hızı ile yolun tüm akışı düzenlenir.

Metabolik yol türleri

Biyokimyada, üç ana metabolik yol türü ayırt edilir. Bu bölünme biyoenerjetik kriterlere göre gerçekleştirilir: katabolik, anabolik ve amfibol yollar.

Katabolik yollar

Katabolik yollar, oksidatif bozunma reaksiyonlarını kapsar. Daha sonra hücrenin diğer reaksiyonlarda kullanacağı enerji ve indirgeme gücünü elde etmek için yapılırlar.

Organik moleküllerin çoğu vücut tarafından sentezlenmez. Aksine, onu gıda yoluyla tüketmeliyiz. Katabolik reaksiyonlarda, bu moleküller kendilerini oluşturan ve hücreler tarafından kullanılabilen monomerlere indirgenir.

Anabolik yollar

Anabolik yollar, küçük, basit molekülleri alıp onları daha büyük, daha karmaşık elementlere dönüştürerek sentezin kimyasal reaksiyonlarını içerir.

Bu reaksiyonların gerçekleşmesi için enerjinin mevcut olması gerekir. Bu enerji nereden geliyor? Katabolik yollardan, öncelikle ATP formunda.

Bu şekilde, katabolik yolların ürettiği metabolitler (küresel olarak "metabolit havuzu" olarak adlandırılır), vücudun şu anda ihtiyaç duyduğu daha karmaşık molekülleri sentezlemek için anabolik yollarda kullanılabilir.

Bu metabolit havuzu arasında, işlemin üç anahtar molekülü vardır: piruvat, asetil koenzim A ve gliserol. Bu metabolitler, diğerleri arasında lipitler, karbonhidratlar gibi farklı biyomoleküllerin metabolizmasını bağlamaktan sorumludur.

Amfibi yollar

Bir amfibol yolu, anabolik veya katabolik bir yol olarak işlev görür. Yani karma bir yoldur.

En iyi bilinen amfibol rotası Krebs döngüsüdür. Bu yol, karbonhidratların, lipitlerin ve amino asitlerin parçalanmasında temel bir role sahiptir. Bununla birlikte, sentetik yollar için öncülerin üretimine de katılır.

Örneğin, Krebs döngüsü metabolitleri, proteinleri oluşturmak için kullanılan amino asitlerin yarısının öncüleridir.

Ana metabolik yollar

Canlıların parçası olan tüm hücrelerde bir dizi metabolik yol izlenir. Bunlardan bazıları organizmaların çoğu tarafından paylaşılır.

Bu metabolik yollar, yaşamsal kritik metabolitlerin sentezini, parçalanmasını ve dönüştürülmesini içerir. Tüm bu süreç ara metabolizma olarak bilinir.

Hücreler kalıcı olarak organik ve inorganik bileşiklere ve ayrıca esas olarak ATP molekülünden elde edilen kimyasal enerjiye ihtiyaç duyar.

ATP (adenozin trifosfat), tüm hücrelerde enerji depolamanın en önemli şeklidir. Ve metabolik yolların enerji kazanımları ve yatırımları genellikle ATP molekülleri cinsinden ifade edilir.

Canlı organizmaların büyük çoğunluğunda bulunan en önemli yollar aşağıda tartışılacaktır.

Glikoliz veya glikoliz

Şekil 1: glikoliz ve glukoneojenez. İlgili reaksiyonlar ve enzimler.

Glikoliz, iki molekül piruvik asit glikozun bozulmasını içeren ve net kazanç olarak iki ATP molekülü elde edilmesini içeren bir yoldur. Neredeyse tüm canlı organizmalarda bulunur ve enerji elde etmenin hızlı bir yolu olarak kabul edilir.

Genel olarak, genellikle iki aşamaya ayrılır. İlki, glikoz molekülünün iki gliseraldehit molekülüne geçişini ve iki ATP molekülünü ters çevirmesini içerir. İkinci aşamada, yüksek enerjili bileşikler üretilir ve nihai ürünler olarak 4 ATP molekülü ve 2 piruvat molekülü elde edilir.

Rota iki farklı şekilde devam edebilir. Oksijen varsa, moleküller solunum zincirindeki oksidasyonunu bitirir. Veya bunun yokluğunda fermantasyon meydana gelir.

Glukoneogenez

AngelHerraez / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Glukoneogenez, amino asitler (lösin ve lizin hariç), laktat, gliserol veya Krebs döngüsünün herhangi bir ara ürününden başlayarak glikoz sentezi için bir yoldur.

Glikoz, beyin, kırmızı kan hücreleri ve kaslar gibi belirli dokular için temel bir substrattır. Glikoz tedariki, glikojen depolarından elde edilebilir.

Ancak bunlar tükendiğinde, başta sinir dokusu olmak üzere dokuların taleplerini karşılamak için vücudun glikoz sentezine başlaması gerekir.

Bu yol esas olarak karaciğerde meydana gelir. Oruç durumlarında vücut glikoz almaya devam edebileceği için hayati önem taşır.

Yolun aktivasyonu ya da olmaması organizmanın beslenmesiyle bağlantılıdır. Yüksek karbonhidrat içeren diyetler tüketen hayvanlar düşük glukoneojenik oranlara sahipken, düşük glikozlu diyetler önemli glukoneojenik aktivite gerektirir.

Glyoxylate döngüsü

Alındığı ve düzenlediği yer: Orijinal yükleyici, İngilizce Wikipedia'daki Adenosine idi. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Bu döngü bitkilere ve belirli bakteri türlerine özgüdür. Bu yol, iki karbonlu asetil birimlerinin süksinat olarak bilinen dört karbonlu birimlere dönüştürülmesini sağlar. Bu son bileşik enerji üretebilir ve ayrıca glikoz sentezi için de kullanılabilir.

Örneğin insanlarda, yalnızca asetat ile yaşamak imkansızdır. Metabolizmamızda asetil koenzim A, glukoneojenik yolun öncüsü olan piruvata dönüştürülemez çünkü piruvat dehidrojenaz enziminin reaksiyonu geri döndürülemez.

Döngünün biyokimyasal mantığı, iki dekarboksilasyon aşaması haricinde sitrik asit döngüsüne benzer. Glioksisom adı verilen bitkilerin çok özel organellerinde oluşur ve özellikle ayçiçeği gibi bazı bitkilerin tohumlarında önemlidir.

Krebs döngüsü

Trikarboksilik asit döngüsü (Krebs döngüsü). Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins (Alejandro Porto tarafından İspanyolcaya çevrilmiştir) kaynaklarından alınmış ve düzenlenmiştir.

Proteinler, yağlar ve karbonhidratlar dahil en önemli moleküllerin metabolizmasını birleştirdiği için organik varlıkların metabolizmasında merkezi olarak kabul edilen yollardan biridir.

Hücresel solunumun bir bileşenidir ve Krebs döngüsünün ana öncüsü olan asetil koenzim A molekülünde depolanan enerjiyi serbest bırakmayı amaçlar. On enzimatik adımdan oluşur ve bahsettiğimiz gibi döngü hem anabolik hem de katabolik yollarda çalışır.

Ökaryotik organizmalarda döngü, mitokondrinin matrisinde gerçekleşir. Gerçek hücre altı bölmeleri olmayan prokaryotlarda döngü sitoplazmik bölgede gerçekleşir.

Elektron taşıma zinciri

Kullanıcı: Rozzychan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Elektron taşıma zinciri, bir zara sabitlenmiş bir dizi taşıyıcıdan oluşur. Zincir, ATP şeklinde enerji üretmeyi hedefliyor.

Zincirler, enerjinin sentezi için çok önemli bir süreç olan elektron akışı sayesinde elektrokimyasal bir gradyan oluşturabilir.

Yağ asidi sentezi

Yağ asitleri, hücrelerde çok önemli rol oynayan moleküllerdir, esas olarak tüm biyolojik zarların yapısal bileşenleri olarak bulunurlar. Bu nedenle yağ asitlerinin sentezi esastır.

Tüm sentez süreci hücrenin sitozolünde gerçekleşir. İşlemin merkezi molekülü malonil koenzim A olarak adlandırılır. Yağ asidinin karbon iskeletini oluşturacak atomların oluşumunda sağlanmasından sorumludur.

Yağ asitlerinin beta oksidasyonu

Beta oksidasyonu, yağ asitlerinin parçalanması sürecidir. Bu, dört adımda gerçekleştirilir: FAD oksidasyonu, hidrasyon, NAD + oksidasyon ve tiyoliz. Önceden, yağ asidinin koenzim A'nın entegrasyonu ile aktive edilmesi gerekiyor.

Bahsedilen reaksiyonların ürünü, asetil koenzim A formundaki bir çift karbonun oluşturduğu birimlerdir. Bu molekül Krebs döngüsüne girebilir.

Bu yolun enerji verimliliği, yağ asidi zincirinin uzunluğuna bağlıdır. Örneğin 16 karbonlu palmitik asit için net verim 106 ATP molekülüdür.

Bu yol, ökaryotların mitokondrilerinde gerçekleşir. Peroksizom adı verilen bir bölmede başka bir alternatif yol daha vardır.

Yağ asitlerinin çoğu hücre sitozolünde bulunduğundan, oksitlenecekleri bölmeye taşınmaları gerekir. Taşıma, kartinitana bağlıdır ve bu moleküllerin mitokondriye girmesine izin verir.

Nükleotid metabolizması

Nükleotidlerin sentezi, hücresel metabolizmada önemli bir olaydır çünkü bunlar, genetik materyalin, DNA ve RNA'nın ve ATP ve GTP gibi önemli enerji moleküllerinin bir parçasını oluşturan moleküllerin öncüleridir.

Nükleotid sentezinde öncüleri farklı amino asitleri, riboz 5 fosfat, karbon dioksit ve NH içerir ₃ . Geri kazanım yolları, nükleik asitlerin parçalanmasından açığa çıkan serbest bazların ve nükleositlerin geri dönüşümünden sorumludur.

Pürin halkasının oluşumu riboz 5 fosfattan gerçekleşir, pürin çekirdeği haline gelir ve sonunda nükleotid elde edilir.

Pirimidin halkası, orotik asit olarak sentezlenir. Riboz 5 fosfata bağlanarak ardından pirimidin nükleotidlerine dönüştürülür.

Fermantasyon

Orijinal versiyonun yazarı Kullanıcı: Norro'dur. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Fermantasyonlar, oksijenden bağımsız metabolik süreçlerdir. Katabolik tiptedirler ve işlemin son ürünü, hala oksidasyon potansiyeline sahip bir metabolittir. Farklı fermantasyon türleri vardır, ancak vücudumuzda laktik fermantasyon gerçekleşir.

Laktik fermantasyon, hücre sitoplazmasında gerçekleşir. Metabolik enerji elde etmek için glikozun kısmen parçalanmasından oluşur. Atık madde olarak laktik asit üretilir.

Yoğun bir anaerobik egzersiz seansından sonra, kas yeterli oksijen konsantrasyonuna sahip değildir ve laktik fermantasyon meydana gelir.

Vücuttaki bazı hücreler, kırmızı kan hücrelerinde olduğu gibi mitokondriden yoksun oldukları için fermente olmaya zorlanır.

Endüstride, ekmek, alkollü içecekler, yoğurt gibi insan tüketimi için bir dizi ürün üretmek için fermantasyon işlemleri yüksek sıklıkta kullanılmaktadır.

Referanslar

1. Baechle, TR ve Earle, RW (Eds.). (2007). Kuvvet antrenmanı ve fiziksel kondisyon ilkeleri. Panamerican Medical Ed.
2. Berg, JM, Stryer, L. ve Tymoczko, JL (2007). Biyokimya. Tersine döndüm.
3. Campbell, MK ve Farrell, SO (2011). Biyokimya. Altıncı baskı. Thomson. Brooks / Cole.
4. Devlin, TM (2011). Biyokimya ders kitabı. John Wiley & Sons.
5. Koolman, J. ve Röhm, KH (2005). Biyokimya: metin ve atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Mougios, V. (2006). Egzersiz biyokimyası. İnsan Kinetiği.
7. Müller-Esterl, W. (2008). Biyokimya. Tıp ve yaşam bilimlerinin temelleri. Tersine döndüm.
8. Poortmans, JR (2004). Egzersiz biyokimyasının ilkeleri. 3 ^rd revize baskı. Karger.
9. Voet, D. ve Voet, JG (2006). Biyokimya. Panamerican Medical Ed.