Hücresel Enerji Sistemleri I-II Prof. Dr. Fadıl ÖZYENER
Metabolizma Vücudun temel işlevlerini devam ettirebilmek için kullanılan enerji miktarıdır.
Enerji değişimi içeren tepkimeler; Katabolik: Enerji açığa çıkar. Büyük organik moleküller daha küçüklerine yıkılır. ATP yapımı için birincil enerji kaynağıdır. Anabolik: Enerji tüketen bir süreçtir. Enerji depolayan büyük moleküller yapılır.
Metabolik Hız; Birim zamanda ortama çıkan enerjidir. Enerji Çıkışı = dış iş + depo enerji + ısı
Kalori Isı enerjisi standart birimi kalori (cal)dir. 1 gr suyun sıcaklığını 15 C dan 16 C a yükseltmek için gereken ısı enerjisi Fizyoloji ve tıpta sıklıkla kullanılan birim; Kalori (kilokalori, kcal) = 1000 cal.
Gıdaların kalori değerleri Karbonhidratlar için 4.1 kcal/g, Yağlar için 9.3 kcal/g, Proteinler için 4.1 kcal/g dır.
Bazal Metabolizma Hızı Dinlenme halinde, son yemekten 12-14 saat sonra, uygun bir ısıda, termonötral alanda ölçülen metabolik hıza standart veya bazal metabolik hız (BMH) denir. Ortalama yapıda bir erkekte BMH 1800-2000, kadında 1500-1600 kcal/gün civarındadır.
Metabolik hızı etkileyen unsurlar Ölçüm sırasında/öncesinde hareket Kısa süre önce yemek yenilmesi Cinsiyet, yaş, boy, ağırlık, vücut yüzey alanı Büyüme, üreme, emzirme Duygusal durum Vücut ısısı, yüksek ya da düşük çevre ısısı Dolaşımdaki tiroid, adrenalin ve noradrenalin hormon düzeyleri
Metabolizmanın Genel Düzeni Ortak metabolik havuz; heksoz, amino asit ve yağ katabolizmasının kısa zincirli parçalarınca oluşturulur. Enerji Aktarımı: Yüksek enerjili fosfat bileşikleri ATP, CrP, GTP, CTP, KoA, vd (10-12 kcal/mol). Düşük enerjili fosfat bileşikleri örn: glikoz 6-fosfat, (2-3 kcal/mol).
Biyolojik Reaksiyonlar Oksidasyon (yükseltgenme), bir maddenin O 2 ile birleşmesi veya hidrojen/ elektron kaybetmesidir. Redüksiyon (indirgenme) bir maddenin O 2 kaybetmesi veya hidrojen /elektron kabul etmesidir.
Koenzimler - NAD + ve FAD + Nikotinamid adenin dinükleotid (NAD + ) ve nikotinamid adenin dinükleotid fosfat (NADP + ) hidrojeni yakalar ve NADH ile NADPH oluşturur. Flavin adenin dinükleotid (FAD) H + iyonlarını kabul ederek hidro (FADH) ve dihidro (FADH 2 ) türevlerini yapar.
Bazal metabolizmada O 2 tüketimi O 2 tüketiminin %90 ı mitokondri de gerçekleşirken, bunun %80 i ATP sentezi için harcanır. Oksidatif fosforilasyon yeterli miktarda ADP bulunmasına bağımlıdır. ATP oluşum hızını düzenleyen diğer etkenler arasında yağ, laktat ve glikoz türevlerinin mitokondriye sağlanma hızı ile kullanılabilir O 2 nin ortamda bulunması yer alır.
ATP tüketimi: % 20-27 si protein yapımında % 22-24 kadarı Na + -K + ATPazca % 9 u glükoneogenez % 6-10 u Ca 2+ ATPazca %5 i miyozin ATPazca %3 ü ürogenez için
LIPID METABOLIZMASI Harcanandan daha fazla enerji alındığında, ATP üretimi baskılanır. Glikoz, glikojen ve yağa çevrilir.
Plazma Lipidleri ve Lipid Taşınımı Serbest yağ asitleri albümine bağlı iken; kolesterol, trigiserid ve fosfolipidler lipoprotein karmaları halinde taşınır. Lipoproteinler, protein tarafından sarılmış hidrofobik bir fosfolipid, trigliserid ve kolesterol esterleri çekirdeğinden oluşur. Şilomikronlar (çok büyük lipoprotein karmaları), yağ sindirim ürünlerinin emilimi sırasında ince barsak mukozasında oluşur
Yağ asitleri sentezi Pekçok doku, asetil-koa dan yağ asiti sentez eder. YA başlıca mitokondri dışında mikrozomlara yerleşmiş farklı bir yolla asetil-koa dan, en baştan yapılır. Tüm hücrelerde yağ asiti sentezi, zincir uzunluğu 16 karbona ulaşınca durur.
Lipojenezis; yağ yapımıdır. Asetil KoAdan oluşan asetik asit alt birimleri çeşitli lipidlere dönüştürülür. Başlıca adipoz doku ve karaciğerde gerçekleşir.
Lipolizis Yağın yıkılmasıdır. lipaz Trigliseridler gliserol + serbest yağ asidleri Serbest yağ asidleri kanda trigliseridlerden elde edilen başlıca enerji kaynağıdır.
b-oksidasyon Enzimler yağ asidi zincirinin asidik ucundan 2-karbonlu asetik asit moleküllerini kopararak asetil KoA oluştururlar. Asetil KoA Krebs siklüsine girer ve ATP, NADH ve FADH 2 üretilir.
Keton Cisimleri Pek çok dokuda, asetil KoA birimleri, asetoasetil-koa vermek üzere yoğunlaşır (özellikle ATP yeterli ise). Karaciğerde oluşan serbest asetoasetat, dokularda ß-hidroksibütirat ve asetona dönüştürülür. Bu üçlüye keton cisimleri denir. Karaciğer dışındaki dokular etkin asetoasetatı, sitrik asit döngüsü ile CO 2 ve H 2 O ya metabolize eder.
PROTEİN METABOLİZMASI Nitrojen temel olarak protein halinde alınır, fazlası üre olarak atılır. Nitrojen dengesi= sindirilen nitrojen atılan miktar + N dengesi: sindirilen nitrojenin atılandan daha fazla - N dengesi: sindirilen nitrojen miktarının atılandan daha az Sağlıklı erişkinler; idrardaki azot miktarı ile diyetteki proteinin azot içeriği eşit olduğundan azot dengesindedir.
Amino Asit Metabolizması Alifatik yan zincirli amino asitler Glisin (Gly, G) Alanin (Ala, A) Valin (Val, V) Lösin (Leu, L) İzolösin (Ile, I) Hidroksil takılmış amino asitler Serin (Ser, S) Treonin (Thr, T) Kükürt içeren amino asitler Sistein (Cys, C) Metiyonin (Met,M) Aromatik halkalı yan zincirli aaler Fenilalanin (Phe, F) Tirozin (Tyr, Y) Triptofan (Trp, W) Asit yan zincir içeren aaler veya amidleri Aspartik asit (Asp, D) Asparagin (Asn, N) Glutamin (Gln, Q) Glutamik asit (Glu, E) -Karboksiglutamik asit (Gla) Bazik grup içeren yan zincirliler Arginin (Arg, R) Lizin (Lys, K) Hidroksilizin (Hyl) Histidin (His, H) İmino asitler Prolin (Pro, P) 4-Hidroksiprolin (Hyp) 3-Hidroksiprolin Selenosistein
Amino Asit Havuzu
Transaminasyon Yeni bir amino asit transaminasyonla üretilebilir (transaminazlarca katalizlenir).
Oksidatif Deaminasyon Fazla amino asitlerin uzaklaştırıldığı bir süreçtir. Glutamik asitten amin grubu çıkarılınca, keto asit ve amonyum oluşur. Keto asit Krebs döngüsünde kullanılabilir. Amonyum üreye çevrilerek atılır.
KARBONHİDRAT METABOLİZMASI Glikoz hücreye girdikten sonra normalde, glikoz 6-fosfat oluşturmak üzere hekzokinaz tarafından fosforlanır. Karaciğerde ki glükokinaz enzimi glikoz için daha büyük bir özgüllük gösterir ve hekzokinazdan farklı olarak insülin ile artar, diabet ve açlıkta azalır.
Hücrelerde glikoz-6-fosfat Karaciğerde fosfat ekini ayırarak serbest glikoz üretebilen glikoz-6- fosfataz enzimi vardır. İskelet kası ihtiyacı için kendi glikoz-6- fosfatını üretir (glikoz-6-fosfataz yok).
Glikojenezis: glikozdan glikojen oluşumu Glikojen sentaz enzimi, son yapım basamağını katalizler. Ortamdaki kullanılabilir glikojenin miktarı, üretim miktarını belirleyen etmenlerdendir.
Glikojenoliz: glikojenin glikoz-6- fosfata yıkımı
Glikolizis Glükozun 2 molekül pirüvik aside (pirüvat) çevrildiği metabolik yolak Glikolizis yolağı: Glikoz + 2 NAD + 2 ATP 2 pirüvik asit + 2 NADH + 4 ATP
Glikolizis enerji kullanır Glikoz enerji sağlaması için önce aktive edilmelidir. Glikolizis başlarken ATP tüketilir. ATP ADP + P i P i hücre dışına bırakılmaz, ortam moleküllerine eklenir (fosforilasyon). Net kazanç 2 ATP, 2 NADH, + 2 H +.
Glikoneojenez Yağlardan gelen gliserol, Embden-Meyerhof yolu ve sitrik asit döngüsünde oluşan ara ürünler, Amino asitlerin aminsizleşmeye uğrayarak dönüştüğü ara ürünler Laktat gibi glikoz olmayan moleküllerin glikoza dönüşmesidir.
Laktik Asit Yolağı Glikozun laktik aside çevrildiği metabolik yolaktır (anaerobik solunum): NADH+H + +piruvik asit laktik asit+nad +
Laktik Asit Bazı dokular anaerobik koşullara daha iyi uyum sağlar. Eritrositlerde mitokondri olmadığından sadece glikolizis (laktik asit birikmesi) yolu kullanılır. İskelet kası ve kalpte sunulan oksijen isteme yetmeyince ortaya çıkar. İskelet kasında: normalde günlük olarak oluşur, dokuya bir zararı yoktur. Kardiyak kas normalde aerobik solunum yapar. Anaerobik koşullarda miyokard iskemisi görülür.
Cori Döngüsü Anaerobik solunumla üretilen laktik asit karaciğere taşınır. LDH laktik asidi pirüvik aside çevirir. Pirüvik asit ise glikoz- 6-fosfata çevrilir: Glikojen halinde depolanır. Glikoza çevrilebilir.
Aerobik Solunum Glikolizis ile üretilen pirüvik asit mitokondriye girer. Koenzim A ile 2 molekül asetil KoA ve 2 C0 2 e çevrilir. Asetil KoA aerobik yolaktaki mitokondri enzimleri için substrat olarak kullanılır.
Sitrik asit döngüsü Asetil-KoA oksalasetat ile sitrik asidi oluşturur ve döngü başlar: Bir dizi tepkime sonrası yeniden oksaloasetat oluştururmak üzere ayrılırken sonuçta: 3 NADH, 1 GTP ve 1 FADH 2 oluşur.
Elektron Transportu ve Oksidatif Fosforilasyon Elektron transport zinciri FMN, koenzim Q ve sitokromları kapsar. Her sitokromdaki elektron çiftlerini NADH ve FADH 2 bir sonraki sitokroma aktarır. Okside NAD ve FAD yenilenir elektronları Krebs Döngüsünden ETZ ne taşımak için mekik dokur. Sitokrom C oksidaz zincirdeki son enzimdir.
Oksidatif Fosforilasyon
Net ATP oluşumu 2 ATP glikolizis sırasında 6 ATP 2 mol fosfogliseraldehid fosfogliserata dönüştüğünde oluşan 2 NADH den 6 tanesi, 2 mol pirüvat, asetil-koa ya dönüştüğünde oluşan 2 NADH dan 24 tanesi de, yinelenen iki SA döngüsünden 18 i, 6 NADH ın oksidasyonundan; 4 ü, 2 FADH 2 nin oksidasyonundan 2 tanesi de süksinil-koa süksinata dönüştüğünde substrat düzeyinde oksidasyondan Net ATP yapımı 2 + [2x3] + [2x3] +[2x12]= 38 dir 2 + [10NADHx2.5] + [2FADH2x1.5] +[2x12] = 32
Organlarda enerji kaynakları +
www.haytap.org