Hücresel Enerji Sistemleri I-II

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 O2 ile birleşmesi veya
hidrojen/ elektron kaybetmesidir.
Redüksiyon (indirgenme) bir
maddenin O2 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 (FADH2) türevlerini yapar.
Bazal metabolizmada O2 tüketimi

O2 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
O2’nin ortamda bulunması yer alır.
ATP tüketimi:






% 20-27’si protein yapımında
% 22-24 kadarı Na+-K+ ATPazca
% 9’u glükoneogenez
% 6-10’u Ca2+ 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.
Trigliseridler
lipaz
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 FADH2 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 CO2 ve H2O’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-6fosfataz enzimi vardır.

İskelet kası ihtiyacı için kendi glikoz-6fosfatını 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-6fosfata 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 + Pi
 Pi 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 glikoz6-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 C02’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 FADH2 oluşur.
Elektron Transportu ve
Oksidatif Fosforilasyon

Elektron transport zinciri FMN, koenzim
Q ve sitokromları kapsar.
Her sitokromdaki elektron çiftlerini NADH
ve FADH2 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 FADH2’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