6. BÖLÜM MİKROBİYAL METABOLİZMA 1
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 2
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 3
METABOLİZMA Sentez (anabolizma) ve parçalanmanın (katabolizma) enerjinin transferi veya tüketilmesiyle sonuçlanan dairesel reaksiyonlarının tümüdür 4
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 5
Karbonun Elde Edilmesi Enerjinin Elde Edilmesi Oto (kendisi): CO 2 den aldığı karbonla organik molekülleri sentezler Foto: Işık enerjisi kullanılır Hetero (Diğer): Karbonu organik kaynaklardan sağlar Kemo: Enerjinin kimyasal maddelerden karşılanmasıdır. 6
Metabolizma Hücrede meydana gelen tüm reaksiyonlardır Tüm mikroorganizmalar İnorganik CO2= karbon kaynağı OTOTROFLAR İhtiyaçlarını CO2 yi indirgeyerek karşılarlar Organik bileşikler= Karbon kaynağı HETEROTROFLAR İhtiyaçlarını hazır organik molekülleri kullanartak karşılarlar Enerji kaynağı= Işık FOTOOTOTROFLAR Örnek: Yeşil sülfür Pembe sülfür Figure Siyonabakterler 8.3 algler Enerji kaynağı= İnorganik bileşikler KEMOOTOTROFLAR Örnek: Demir, kükürt Hidrojen ve azot indirgeyen bakteriler Bazı arçabakteriler Enerji Kaynağı= ışık FOTOHETEROTROFLAR Örnek: Pembe sülfür indirgemeyen bakteriler Yeşil sülfür indirgemeyen bakteriler Enerji Kaynağı= Organik bileşikl KEMOHETEROTROFL Örnek: Çoğu bakteriler Tüm protozoallar Tüm funguslar Tüm hayvanlar 7
Fotoototroflar Fotosentez yaparlar Genellikle hastalığa neden olmazlar 6CO 2 +6H 2 O ışık enerjisi C 6 H 12 O 6 + 6O 2 klorofil Enerji güneş ışığından Karbon CO 2 ten Organik bir enerji kaynağı üretilir Oksijen ise artık üründür 8
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 9
Kemoheterotroflar Glikozun oksidasyonunu glikoliziz veya aerobik solunum ile tamamlarlar C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 +6H 2 O+enerji Enerji organik bileşiklerden Enerji anabolizma yoluyla üretilir Karbon organik bileşiklerden Karbondioksit artık üründür 10
11
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 12
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 13
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 14
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 15
16
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) 17
18
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 19
Koenzim ve Kofaktörler Koenzim: 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 Kofaktör: İnorganik genellikle metal iyonudur (Mg, Zn, vb.) 20
21
Enzim aktivitesine etki eden faktörler Figure 8.6 22
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 23
Rekabetçi İnhibisyon 24
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 25
Allosterik inhibisyon 26
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 27