metabolizma -Metabolism

Hücresel metabolizmanın basitleştirilmiş görünümü
Enerji metabolizmasında merkezi bir ara madde olan adenosin trifosfatın (ATP) yapısı

Metabolizma ( / m ə ˈ t æ b ə l ɪ z ə m / , Yunancadan : μεταβολή metabolē , "değişim"), organizmalarda yaşamı sürdüren kimyasal reaksiyonlar kümesidir . Metabolizmanın üç ana amacı şunlardır: gıdadaki enerjinin hücresel süreçleri yürütmek için mevcut enerjiye dönüştürülmesi; gıdanın proteinler , lipidler , nükleik asitler ve bazı karbonhidratlar için yapı taşlarına dönüştürülmesi; ve metabolik atıkların ortadan kaldırılması . Bu enzim katalizli reaksiyonlar, organizmaların büyümesine ve çoğalmasına, yapılarını sürdürmesine ve çevrelerine tepki vermesine izin verir. Metabolizma kelimesi ayrıca, sindirim ve maddelerin farklı hücrelere ve hücreler arasında taşınması da dahil olmak üzere, canlı organizmalarda meydana gelen tüm kimyasal reaksiyonların toplamına atıfta bulunabilir; bu durumda, hücreler içinde yukarıda açıklanan reaksiyonlar dizisine aracı (veya ara madde) denir. ) metabolizma.

Metabolik reaksiyonlar katabolik olarak kategorize edilebilir - bileşiklerin parçalanması (örneğin, hücresel solunum yoluyla glikozun piruvata dönüşmesi ); veya anabolik - bileşiklerin (proteinler, karbonhidratlar, lipitler ve nükleik asitler gibi) oluşturulması ( sentezlenmesi ). Genellikle katabolizma enerji açığa çıkarır ve anabolizma enerji tüketir.

Metabolizmanın kimyasal reaksiyonları, bir kimyasalın bir dizi adımdan başka bir kimyasala dönüştürüldüğü, her adımın belirli bir enzim tarafından kolaylaştırıldığı metabolik yollar halinde düzenlenir . Enzimler metabolizma için çok önemlidir, çünkü organizmaların enerji gerektiren ve kendiliğinden oluşmayacak arzu edilen reaksiyonları, onları enerji açığa çıkaran spontan reaksiyonlara bağlayarak yürütmelerine izin verirler. Enzimler katalizör görevi görürler – bir reaksiyonun daha hızlı ilerlemesine izin verirler – ve ayrıca , örneğin hücrenin ortamındaki değişikliklere veya diğer hücrelerden gelen sinyallere yanıt olarak bir metabolik reaksiyon hızının düzenlenmesine de izin verirler.

Belirli bir organizmanın metabolik sistemi, hangi maddeleri besleyici ve hangilerini zehirli bulacağını belirler . Örneğin, bazı prokaryotlar besin olarak hidrojen sülfür kullanır , ancak bu gaz hayvanlar için zehirlidir. Bir organizmanın bazal metabolizma hızı , tüm bu kimyasal reaksiyonlar tarafından tüketilen enerji miktarının ölçüsüdür.

Metabolizmanın çarpıcı bir özelliği, çok farklı türler arasındaki temel metabolik yolların benzerliğidir. Örneğin, sitrik asit döngüsündeki ara ürünler olarak en iyi bilinen karboksilik asitler grubu, tek hücreli bakteri Escherichia coli gibi çeşitli türlerde ve filler gibi devasa çok hücreli organizmalarda bulunan, bilinen tüm organizmalarda bulunur . Metabolik yollardaki bu benzerlikler muhtemelen evrimsel tarihte erken ortaya çıkmalarından kaynaklanmaktadır ve tutulmaları da muhtemelen etkinliklerinden kaynaklanmaktadır . Tip II diyabet , metabolik sendrom ve kanser gibi çeşitli hastalıklarda normal metabolizma bozulur. Kanser hücrelerinin metabolizması da normal hücrelerin metabolizmasından farklıdır ve bu farklılıklar kanserde terapötik müdahale için hedefler bulmak için kullanılabilir.

Anahtar biyokimyasallar

Bir triaçilgliserol lipidinin yapısı
Bu, çok sayıda insan metabolik yolunu gösteren bir diyagramdır.

Hayvanları, bitkileri ve mikropları oluşturan yapıların çoğu, dört temel molekül sınıfından yapılır : amino asitler , karbonhidratlar , nükleik asit ve lipitler (genellikle yağlar olarak adlandırılır ). Bu moleküller yaşam için hayati önem taşıdığından, metabolik reaksiyonlar bu moleküllerin hücre ve dokuların yapımı sırasında ya da sindirilmeleri yoluyla parçalanıp enerji elde etmek için kullanılmasına odaklanır. Bu biyokimyasallar, yaşamın temel makromolekülleri olan DNA ve proteinler gibi polimerleri yapmak için birleştirilebilir .

Molekül türü monomer formlarının adı Polimer formlarının adı Polimer formlarının örnekleri
Amino asitler Amino asitler Proteinler (polipeptitlerden yapılmıştır) Lifli proteinler ve küresel proteinler
karbonhidratlar monosakkaritler polisakkaritler Nişasta , glikojen ve selüloz
Nükleik asitler nükleotidler polinükleotidler DNA ve RNA

Amino asitler ve proteinler

Proteinler, peptit bağlarıyla birleştirilen doğrusal bir zincirde düzenlenmiş amino asitlerden yapılır . Birçok protein, metabolizmadaki kimyasal reaksiyonları katalize eden enzimlerdir . Diğer proteinler , hücre şeklini koruyan bir iskele sistemi olan hücre iskeletini oluşturanlar gibi yapısal veya mekanik işlevlere sahiptir. Proteinler ayrıca hücre sinyalizasyonunda , bağışıklık tepkilerinde , hücre yapışmasında , membranlar arasında aktif taşımada ve hücre döngüsünde önemlidir . Amino asitler ayrıca, sitrik asit döngüsüne ( trikarboksilik asit döngüsü ) giriş için bir karbon kaynağı sağlayarak , özellikle glikoz gibi birincil bir enerji kaynağı kıt olduğunda veya hücreler metabolik strese maruz kaldığında hücresel enerji metabolizmasına katkıda bulunur.

lipidler

Lipitler, biyokimyasalların en çeşitli grubudur. Ana yapısal kullanımları , hücre zarı gibi hem iç hem de dış biyolojik zarların bir parçasıdır . Kimyasal enerjileri de kullanılabilir. Lipitler, oksijen içeren küçük bir polar bölge ile uzun, polar olmayan bir hidrokarbon zinciri içeren yağ asitlerinin polimerleridir. Lipitler genellikle hidrofobik veya amfipatik biyolojik moleküller olarak tanımlanır ancak etanol , benzen veya kloroform gibi organik çözücülerde çözülür . Yağlar , yağ asitleri ve gliserol içeren geniş bir bileşik grubudur ; Üç yağ asidine ester bağlarıyla bağlanan bir gliserol molekülüne triaçilgliserit denir . Bu temel yapı üzerinde, sfingomiyelindeki sfingosin gibi omurgalar ve fosfolipidlerdeki gibi fosfat gibi hidrofilik gruplar dahil olmak üzere çeşitli varyasyonlar mevcuttur . Sterol gibi steroidler , başka bir ana lipid sınıfıdır.

karbonhidratlar

Düz zincir formu, uçlarında bir aldehit grubu COH ve bir metanol grubu CH20H ile kapatılmış, arka arkaya bağlı dört CHOH grubundan oluşur. Halkayı oluşturmak için aldehit grubu, yan taraftaki OH grubuyla birleşir. - diğer uçta metanol grubundan hemen önceki son karbon.
Glikoz hem düz zincir hem de halka şeklinde bulunabilir.

Karbonhidratlar, düz zincirler veya halkalar halinde bulunabilen birçok hidroksil grubunun bağlı olduğu aldehitler veya ketonlardır . Karbonhidratlar en bol bulunan biyolojik moleküllerdir ve enerjinin ( nişasta , glikojen ) ve yapısal bileşenlerin ( bitkilerde selüloz , hayvanlarda kitin ) depolanması ve taşınması gibi sayısız rolü doldururlar . Temel karbonhidrat birimlerine monosakaritler denir ve galaktoz , fruktoz ve en önemlisi glikozu içerir . Monosakaritler, neredeyse sınırsız yollarla polisakkaritler oluşturmak üzere birbirine bağlanabilir .

nükleotidler

İki nükleik asit, DNA ve RNA , nükleotitlerin polimerleridir . Her nükleotid, bir nitrojenli baza bağlı bir riboz veya deoksiriboz şeker grubuna bağlı bir fosfattan oluşur . Nükleik asitler, genetik bilginin depolanması ve kullanılması ile transkripsiyon ve protein biyosentezi süreçleri yoluyla yorumlanması için kritik öneme sahiptir . Bu bilgi DNA onarım mekanizmaları tarafından korunur ve DNA replikasyonu yoluyla yayılır . Birçok virüsün , viral RNA genomundan bir DNA şablonu oluşturmak için ters transkripsiyon kullanan HIV gibi bir RNA genomu vardır. Spliceosomes ve ribozoms gibi ribozimlerdeki RNA, kimyasal reaksiyonları katalize edebildiğinden enzimlere benzer. Bireysel nükleositler , bir riboz şekerine bir nükleobaz eklenerek yapılır. Bu bazlar, purinler veya pirimidinler olarak sınıflandırılan nitrojen içeren heterosiklik halkalardır . Nükleotitler ayrıca metabolik grup transfer reaksiyonlarında koenzimler olarak da işlev görür.

koenzimler

Koenzim asetil-CoA'nın yapısı . Aktarılabilir asetil grubu , en soldaki kükürt atomuna bağlıdır.

Metabolizma, çok çeşitli kimyasal reaksiyonları içerir, ancak çoğu, fonksiyonel atom gruplarının transferini ve moleküller içindeki bağlarını içeren birkaç temel reaksiyon türüne girer . Bu ortak kimya, hücrelerin farklı reaksiyonlar arasında kimyasal grupları taşımak için küçük bir metabolik ara ürün seti kullanmasına izin verir. Bu grup transfer ara ürünlerine koenzimler denir . Her grup transfer reaksiyonu sınıfı, onu üreten bir dizi enzimin ve onu tüketen bir dizi enzimin substratı olan belirli bir koenzim tarafından gerçekleştirilir . Dolayısıyla bu koenzimler sürekli olarak üretilir, tüketilir ve daha sonra geri dönüştürülür.

Bir merkezi koenzim, hücrelerin evrensel enerji para birimi olan adenozin trifosfattır (ATP). Bu nükleotid, farklı kimyasal reaksiyonlar arasında kimyasal enerjiyi aktarmak için kullanılır. Hücrelerde çok az miktarda ATP vardır, ancak sürekli yenilendiği için insan vücudu günde kendi ağırlığı kadar ATP kullanabilir. ATP, katabolizma ve anabolizma arasında bir köprü görevi görür . Katabolizma molekülleri parçalar ve anabolizma onları bir araya getirir. Katabolik reaksiyonlar ATP üretir ve anabolik reaksiyonlar onu tüketir. Fosforilasyon reaksiyonlarında fosfat gruplarının taşıyıcısı olarak da hizmet eder .

Vitamin , hücrelerde yapılamayan küçük miktarlarda ihtiyaç duyulan organik bir bileşiktir . İnsan beslenmesinde , çoğu vitamin modifikasyondan sonra koenzim olarak işlev görür; örneğin, suda çözünen tüm vitaminler, hücrelerde kullanıldıklarında fosforile edilir veya nükleotitlere bağlanır. B3 vitamininin (niasin) bir türevi olan nikotinamid adenin dinükleotidi (NAD+), hidrojen alıcısı olarak görev yapan önemli bir koenzimdir. Yüzlerce farklı dehidrojenaz türü, elektronları substratlarından uzaklaştırır ve NAD + 'ı NADH'ye indirger . Koenzimin bu indirgenmiş formu, hücredeki hidrojen atomlarını substratlarına aktarması gereken herhangi bir redüktaz için bir substrattır. Nikotinamid adenin dinükleotidi, hücrede NADH ve NADPH olmak üzere iki ilgili formda bulunur. NAD + /NADH formu katabolik reaksiyonlarda daha önemlidir, NADP + /NADPH ise anabolik reaksiyonlarda kullanılır.

Demir içeren hemoglobinin yapısı . Protein alt birimleri kırmızı ve mavi, demir içeren hem grupları ise yeşil renktedir. PDB'den : 1GZX . _

Mineral ve kofaktörler

İnorganik elementler metabolizmada kritik roller oynarlar; bazıları bol miktarda bulunurken (örn . sodyum ve potasyum ), diğerleri küçük konsantrasyonlarda işlev görür. Bir insanın vücut ağırlığının yaklaşık %99'u karbon , nitrojen , kalsiyum , sodyum , klor , potasyum , hidrojen , fosfor , oksijen ve kükürt elementlerinden oluşur . Organik bileşikler (proteinler, lipidler ve karbonhidratlar) karbon ve nitrojenin çoğunluğunu içerir; oksijen ve hidrojenin çoğu su olarak bulunur.

Bol miktarda inorganik elementler elektrolit görevi görür . En önemli iyonlar sodyum , potasyum , kalsiyum , magnezyum , klorür , fosfat ve organik iyon bikarbonattır . Hücre zarları boyunca kesin iyon gradyanlarının korunması, ozmotik basıncı ve pH'ı korur . Bu dokulardaki aksiyon potansiyelleri , hücre dışı sıvı ile hücre sıvısı olan sitozol arasındaki elektrolit değişimi ile üretildiğinden, iyonlar sinir ve kas fonksiyonu için de kritik öneme sahiptir . Elektrolitler, hücrelere iyon kanalları adı verilen hücre zarındaki proteinler aracılığıyla girer ve çıkar . Örneğin kas kasılması , hücre zarındaki ve T-tübüllerindeki iyon kanalları yoluyla kalsiyum, sodyum ve potasyumun hareketine bağlıdır .

Geçiş metalleri genellikle organizmalarda eser elementler olarak bulunur ve bunlardan en bol olan çinko ve demirdir . Metal kofaktörler, proteinlerdeki belirli bölgelere sıkıca bağlanır; enzim kofaktörleri kataliz sırasında modifiye edilebilmesine rağmen, katalizlenen reaksiyonun sonunda her zaman orijinal durumlarına geri dönerler. Metal mikro besinler, belirli taşıyıcılar tarafından organizmalara alınır ve kullanılmadıklarında ferritin veya metallotionein gibi depolama proteinlerine bağlanır .

katabolizma

Katabolizma, büyük molekülleri parçalayan metabolik süreçler kümesidir. Bunlara gıda moleküllerinin parçalanması ve oksitlenmesi dahildir. Katabolik reaksiyonların amacı, molekülleri oluşturan anabolik reaksiyonların ihtiyaç duyduğu enerjiyi ve bileşenleri sağlamaktır. Bu katabolik reaksiyonların tam doğası organizmadan organizmaya farklılık gösterir ve organizmalar aşağıdaki tabloda gösterildiği gibi enerji, hidrojen ve karbon ( birincil besin grupları ) kaynaklarına göre sınıflandırılabilir . Organik moleküller, organotroflar tarafından bir hidrojen atomu veya elektron kaynağı olarak kullanılırken , litotroflar inorganik substratlar kullanır. Fototroflar güneş ışığını kimyasal enerjiye dönüştürürken , kemotroflar organik moleküller , hidrojen , hidrojen sülfür veya demir iyonları gibi indirgenmiş donör moleküllerden oksijen , nitrat veya sülfata elektron transferini içeren redoks reaksiyonlarına bağlıdır . Hayvanlarda bu reaksiyonlar, karbondioksit ve su gibi daha basit moleküllere parçalanan karmaşık organik molekülleri içerir. Bitkiler ve siyanobakteriler gibi fotosentetik organizmalar, güneş ışığından emilen enerjiyi depolamak için benzer elektron transfer reaksiyonlarını kullanır.

Organizmaların metabolizmalarına göre sınıflandırılması
Enerji kaynağı Güneş ışığı Fotoğraf-   -kupa
moleküller kemoterapi-
Hidrojen veya elektron donörü organik bileşik   organo-  
inorganik bileşik taş
Karbon kaynağı organik bileşik   hetero
inorganik bileşik Oto-

Hayvanlarda en yaygın katabolik reaksiyonlar grubu üç ana aşamaya ayrılabilir. İlk aşamada, proteinler , polisakkaritler veya lipitler gibi büyük organik moleküller, hücrelerin dışındaki daha küçük bileşenlerine sindirilir. Daha sonra, bu daha küçük moleküller hücreler tarafından alınır ve daha küçük moleküllere, genellikle asetil koenzim A'ya (asetil-CoA) dönüştürülür ve bu da bir miktar enerji açığa çıkarır. Son olarak, CoA üzerindeki asetil grubu, sitrik asit döngüsünde ve elektron taşıma zincirinde su ve karbondioksite oksitlenir ve koenzim nikotinamid adenin dinükleotidini (NAD + ) NADH'ye indirgeyerek daha fazla enerji açığa çıkarır.

Sindirim

Makromoleküller hücreler tarafından doğrudan işlenemez. Makromoleküllerin hücre metabolizmasında kullanılmadan önce daha küçük birimlere parçalanması gerekir. Bu polimerleri sindirmek için farklı enzim sınıfları kullanılıyordu. Bu sindirim enzimleri , proteinleri amino asitlere sindiren proteazları ve polisakkaritleri monosakaritler olarak bilinen basit şekerlere sindiren glikozit hidrolazları içerir .

Mikroplar sadece çevrelerine sindirim enzimleri salgılarken, hayvanlar bu enzimleri yalnızca mide ve pankreas dahil olmak üzere bağırsaklarındaki ve tükürük bezlerindeki özel hücrelerden salgılarlar . Bu hücre dışı enzimler tarafından salınan amino asitler veya şekerler daha sonra aktif taşıma proteinleri tarafından hücrelere pompalanır .

Proteinlerin , karbonhidratların ve yağların katabolizmasının basitleştirilmiş bir taslağı

Organik bileşiklerden gelen enerji

Karbonhidrat katabolizması, karbonhidratların daha küçük birimlere parçalanmasıdır. Karbonhidratlar genellikle monosakkaritlere sindirildikten sonra hücrelere alınır . İçeri girdikten sonra, ana parçalanma yolu, glikoz ve fruktoz gibi şekerlerin piruvata dönüştürüldüğü ve bir miktar ATP'nin üretildiği glikolizdir . Piruvat, çeşitli metabolik yollarda bir ara maddedir, ancak çoğunluğu aerobik (oksijenli) glikoliz yoluyla asetil-CoA'ya dönüştürülür ve sitrik asit döngüsüne beslenir . Sitrik asit döngüsünde biraz daha fazla ATP üretilmesine rağmen, en önemli ürün, asetil-CoA oksitlendiğinden NAD + 'dan yapılan NADH'dir. Bu oksidasyon , atık ürün olarak karbondioksiti serbest bırakır. Anaerobik koşullarda, glikoliz, glikolizde yeniden kullanım için NADH'yi NAD+'ya yeniden oksitleyen laktat dehidrojenaz enzimi aracılığıyla laktat üretir. Glikoz parçalanması için alternatif bir yol , koenzim NADPH'yi azaltan ve nükleik asitlerin şeker bileşeni olan riboz gibi pentoz şekerlerini üreten pentoz fosfat yoludur .

Yağlar hidroliz ile serbest yağ asitlerine ve gliserole katabolize edilir. Gliserol glikolize girer ve yağ asitleri , daha sonra sitrik asit döngüsüne beslenen asetil-CoA'yı serbest bırakmak için beta oksidasyonu ile parçalanır . Yağ asitleri oksidasyon üzerine karbonhidratlardan daha fazla enerji açığa çıkarır. Steroidler ayrıca bazı bakteriler tarafından beta oksidasyonuna benzer bir süreçte parçalanır ve bu parçalanma süreci, tümü hücre tarafından enerji için kullanılabilen önemli miktarlarda asetil-CoA, propionil-CoA ve piruvatın salınmasını içerir. M. tuberculosis , tek karbon kaynağı olarak lipid kolesterol üzerinde de büyüyebilir ve kolesterol kullanım yol(lar)ında yer alan genlerin, M. tuberculosis enfeksiyon yaşam döngüsünün çeşitli aşamalarında önemli olduğu doğrulanmıştır .

Amino asitler ya proteinleri ve diğer biyomolekülleri sentezlemek için kullanılır ya da enerji üretmek için üre ve karbondioksite oksitlenir. Oksidasyon yolu, amino grubunun bir transaminaz tarafından çıkarılmasıyla başlar . Amino grubu, üre döngüsüne beslenir ve keto asit formunda deamine bir karbon iskeleti bırakır . Bu keto asitlerin birkaçı, örneğin glutamatın deaminasyonuyla oluşan a- ketoglutarat gibi sitrik asit döngüsündeki ara maddelerdir . Glukojenik amino asitler ayrıca glukoneogenez (aşağıda tartışılmıştır) yoluyla glikoza dönüştürülebilir .

Enerji dönüşümleri

Oksidatif fosforilasyon

Oksidatif fosforilasyonda sitrik asit döngüsü gibi alanlarda organik moleküllerden alınan elektronlar oksijene aktarılır ve açığa çıkan enerji ATP yapmak için kullanılır. Bu, ökaryotlarda elektron taşıma zinciri adı verilen mitokondri zarlarındaki bir dizi protein tarafından yapılır . Prokaryotlarda bu proteinler hücrenin iç zarında bulunur . Bu proteinler, protonları bir zar boyunca pompalamak için NADH gibi indirgenmiş moleküllerden gelen enerjiyi kullanır .

ATP sentaz mekanizması . ATP kırmızı, ADP ve fosfat pembe ve dönen sap alt birimi siyah olarak gösterilir.

Protonları mitokondriden dışarı pompalamak , zar boyunca bir proton konsantrasyonu farkı yaratır ve bir elektrokimyasal gradyan oluşturur . Bu kuvvet, protonları ATP sentaz adı verilen bir enzimin tabanı aracılığıyla mitokondriye geri döndürür . Protonların akışı, sap alt birimini döndürerek, sentaz alanının aktif bölgesinin şekil değiştirmesine ve adenozin difosfatı fosforile etmesine ve  onu ATP'ye dönüştürmesine neden olur.

İnorganik bileşiklerden gelen enerji

Kemolitotrofi , enerjinin inorganik bileşiklerin oksidasyonundan elde edildiği prokaryotlarda bulunan bir metabolizma türüdür . Bu organizmalar indirgeme gücü kaynakları olarak hidrojen , indirgenmiş kükürt bileşikleri ( sülfür , hidrojen sülfür ve tiyosülfat gibi ), demirli demir (Fe(II) veya amonyak kullanabilirler ve bu bileşiklerin oksidasyonundan enerji kazanırlar. Bu mikrobiyal süreçler, asetojenez , nitrifikasyon ve denitrifikasyon gibi küresel biyojeokimyasal döngülerde önemlidir ve toprak verimliliği için kritik öneme sahiptir .

Işıktan gelen enerji

Güneş ışığındaki enerji bitkiler , siyanobakteriler , mor bakteriler , yeşil kükürt bakterileri ve bazı protistler tarafından tutulur . Bu süreç, genellikle, aşağıda tartışılan fotosentezin bir parçası olarak, karbon dioksitin organik bileşiklere dönüştürülmesiyle birleştirilir. Bununla birlikte, mor bakteriler ve yeşil kükürt bakterileri, karbon fiksasyonu ve organik bileşiklerin fermantasyonu arasında geçiş yaparken güneş ışığını bir enerji kaynağı olarak kullanabildikleri için, enerji yakalama ve karbon fiksasyon sistemleri prokaryotlarda ayrı ayrı çalışabilir.

Birçok organizmada, güneş enerjisinin yakalanması, enerjinin bir proton konsantrasyon gradyanı olarak depolanmasını içerdiğinden, prensipte oksidatif fosforilasyona benzer. Bu proton hareket kuvveti daha sonra ATP sentezini yürütür. Bu elektron taşıma zincirini yürütmek için gereken elektronlar, fotosentetik reaksiyon merkezleri adı verilen ışık toplayan proteinlerden gelir . Reaksiyon merkezleri, mevcut fotosentetik pigmentin doğasına bağlı olarak iki tipte sınıflandırılır , çoğu fotosentetik bakteri sadece bir tipe sahipken, bitkiler ve siyanobakteriler iki tipe sahiptir.

Bitkilerde, alglerde ve siyanobakterilerde fotosistem II , elektronları sudan uzaklaştırmak için ışık enerjisi kullanır ve atık ürün olarak oksijeni serbest bırakır. Elektronlar daha sonra , enerjilerini kloroplasttaki tilakoid zar boyunca protonları pompalamak için kullanan sitokrom b6f kompleksine akar . Bu protonlar, daha önce olduğu gibi ATP sentazını çalıştırırken zardan geriye doğru hareket eder. Elektronlar daha sonra fotosistem I içinden akar ve daha sonra koenzim NADP + 'ı azaltmak için kullanılabilir .Bu koenzim , aşağıda tartışılan Calvin döngüsüne girebilir veya daha fazla ATP üretimi için geri dönüştürülebilir.

Anabolizma

Anabolizma , katabolizma tarafından salınan enerjinin karmaşık molekülleri sentezlemek için kullanıldığı yapıcı metabolik süreçler kümesidir. Genel olarak, hücresel yapıları oluşturan karmaşık moleküller, daha küçük ve daha basit öncülerden adım adım oluşturulur. Anabolizma üç temel aşamadan oluşur. Birincisi, amino asitler , monosakkaritler , izoprenoidler ve nükleotitler gibi öncüllerin üretimi , ikincisi, bunların ATP'den enerji kullanarak reaktif formlara aktivasyonu ve üçüncüsü, bu öncülerin proteinler , polisakaritler , lipidler ve nükleik asitler gibi karmaşık moleküller halinde birleştirilmesi. .

Organizmalardaki anabolizma, hücrelerinde oluşturulan moleküllerin kaynağına göre farklı olabilir. Bitkiler gibi ototroflar , hücrelerinde polisakkaritler ve proteinler gibi karmaşık organik molekülleri karbon dioksit ve su gibi basit moleküllerden oluşturabilirler. Heterotroflar ise bu karmaşık molekülleri üretmek için monosakaritler ve amino asitler gibi daha karmaşık maddelerin bir kaynağına ihtiyaç duyar. Organizmalar, enerjilerinin nihai kaynağına göre daha fazla sınıflandırılabilir: fotoototroflar ve fotoheterotroflar, ışıktan enerji elde ederken, kemoototroflar ve kemoheterotroflar, oksidasyon reaksiyonlarından enerji elde eder.

Karbon fiksasyonu

Fotosentez bölgesi olan kloroplastlarla (yeşil) dolu bitki hücreleri (mor duvarlarla çevrili)

Fotosentez, güneş ışığından ve karbondioksitten (CO 2 ) karbonhidratların sentezidir . Bitkilerde, siyanobakterilerde ve alglerde oksijenli fotosentez, atık ürün olarak üretilen oksijenle suyu böler. Bu işlem , yukarıda açıklandığı gibi fotosentetik reaksiyon merkezleri tarafından üretilen ATP ve NADPH'yi , CO2'yi daha sonra glikoza dönüştürülebilen gliserat 3 -fosfata dönüştürmek için kullanır. Bu karbon sabitleme reaksiyonu, Calvin – Benson döngüsünün bir parçası olarak RuBisCO enzimi tarafından gerçekleştirilir . Bitkilerde üç tip fotosentez meydana gelir, C3 karbon fiksasyonu , C4 karbon fiksasyonu ve CAM fotosentezi . Bunlar, C3 bitkileri CO2'yi doğrudan sabitlerken, C4 ve CAM fotosentezi, yoğun güneş ışığı ve kuru koşullarla başa çıkmak için uyarlamalar olarak CO2'yi ilk olarak diğer bileşiklere dahil ederken , karbondioksitin Calvin döngüsüne giderken izlediği yola göre farklılık gösterir .

Fotosentetik prokaryotlarda karbon sabitleme mekanizmaları daha çeşitlidir. Burada karbon dioksit, Calvin – Benson döngüsü, ters sitrik asit döngüsü veya asetil-CoA'nın karboksilasyonu ile sabitlenebilir . Prokaryotik kemoototroflar ayrıca Calvin-Benson döngüsü boyunca CO2'yi sabitler , ancak reaksiyonu yürütmek için inorganik bileşiklerden gelen enerjiyi kullanır.

Karbonhidratlar ve glikanlar

Karbonhidrat anabolizmasında, basit organik asitler, glikoz gibi monosakkaritlere dönüştürülebilir ve daha sonra nişasta gibi polisakkaritleri birleştirmek için kullanılabilir . Piruvat , laktat , gliserol , gliserat 3-fosfat ve amino asitler gibi bileşiklerden glikoz üretimine glukoneogenez denir . Glukoneogenez , birçoğu glikoliz ile paylaşılan bir dizi ara ürün aracılığıyla piruvatı glukoz-6-fosfata dönüştürür . Bununla birlikte, birkaç adım glikolitik olmayan enzimler tarafından katalize edildiğinden , bu yol basitçe tersine çalışan glikoliz değildir. Bu, glikozun oluşumunun ve parçalanmasının ayrı ayrı düzenlenmesine izin verdiği ve her iki yolun da boş bir döngüde aynı anda çalışmasını engellediği için önemlidir .

Yağ, enerji depolamanın yaygın bir yolu olmasına rağmen, insanlar gibi omurgalılarda bu depolardaki yağ asitleri glukoneogenez yoluyla glikoza dönüştürülemez çünkü bu organizmalar asetil-CoA'yı piruvata dönüştüremezler ; bitkilerde bulunur, ancak hayvanlarda gerekli enzimatik makineler yoktur. Sonuç olarak, uzun süreli açlıktan sonra omurgalıların , beyin gibi yağ asitlerini metabolize edemeyen dokulardaki glikozun yerini almak için yağ asitlerinden keton cisimleri üretmesi gerekir. Bitkiler ve bakteriler gibi diğer organizmalarda, bu metabolik problem, sitrik asit döngüsündeki dekarboksilasyon adımını atlayan ve asetil-CoA'nın glikoz üretimi için kullanılabileceği oksaloasetata dönüşmesine izin veren glioksilat döngüsü kullanılarak çözülür. . Yağ dışında, glikoz çoğu dokuda depolanır, genellikle kandaki glikoz seviyesini korumak için kullanılan glikojenez yoluyla dokuda bulunan bir enerji kaynağı olarak depolanır.

Polisakkaritler ve glikanlar , üridin difosfat glukoz (UDP-Glc) gibi reaktif bir şeker-fosfat donöründen , büyüyen polisakkarit üzerindeki bir alıcı hidroksil grubuna glikosiltransferaz tarafından monosakkaritlerin sıralı eklenmesiyle yapılır . Substratın halkası üzerindeki hidroksil gruplarından herhangi biri alıcı olabileceğinden, üretilen polisakkaritler düz veya dallı yapılara sahip olabilir. Üretilen polisakaritler, yapısal veya metabolik işlevlere sahip olabilir veya oligosakkariltransferazlar adı verilen enzimler tarafından lipitlere ve proteinlere aktarılabilir .

Yağ asitleri, izoprenoidler ve sterol

İzopentenil pirofosfat (IPP), dimetilallil pirofosfat (DMAPP), geranil pirofosfat (GPP) ve skualen ara maddeleri ile steroid sentez yolunun basitleştirilmiş versiyonu gösterilmektedir. Bazı ara maddeler, netlik için atlanmıştır.

Yağ asitleri, polimerize olan ve daha sonra asetil-CoA birimlerini azaltan yağ asidi sentazları tarafından yapılır . Yağ asitlerindeki asil zincirleri, açil grubunu ekleyen, onu bir alkole indirgeyen, bir alken grubuna susuzlaştıran ve sonra tekrar bir alkan grubuna indirgeyen bir reaksiyon döngüsü ile uzatılır. Yağ asidi biyosentezinin enzimleri iki gruba ayrılır: hayvanlarda ve mantarlarda, tüm bu yağ asidi sentaz reaksiyonları tek bir çok işlevli tip I protein tarafından gerçekleştirilir, bitki plastidlerinde ve bakterilerde ise yoldaki her adımı ayrı tip II enzimler gerçekleştirir. .

Terpenler ve izoprenoidler , karotenoidleri içeren ve bitkisel doğal ürünlerin en büyük sınıfını oluşturan geniş bir lipid sınıfıdır . Bu bileşikler , reaktif öncülerden izopentenil pirofosfat ve dimetilallil pirofosfattan bağışlanan izopren birimlerinin montajı ve modifikasyonu ile yapılır . Bu öncüler farklı şekillerde yapılabilir. Hayvanlarda ve arkelerde mevalonat yolu , bu bileşikleri asetil-CoA'dan üretirken, bitkilerde ve bakterilerde mevalonat olmayan yol , substrat olarak piruvat ve gliseraldehit 3-fosfat kullanır. Bu aktive edilmiş izopren donörlerini kullanan önemli bir reaksiyon, sterol biyosentezidir . Burada, izopren birimleri skualen yapmak için birleştirilir ve daha sonra katlanır ve lanosterol yapmak için bir dizi halka halinde oluşturulur . Lanosterol daha sonra kolesterol ve ergosterol gibi diğer sterollere dönüştürülebilir .

Proteinler

Organizmalar, 20 ortak amino asidi sentezleme yeteneklerine göre değişir. Çoğu bakteri ve bitki yirminin tümünü sentezleyebilir, ancak memeliler yalnızca on bir esansiyel olmayan amino asidi sentezleyebilir, bu nedenle gıdalardan dokuz temel amino asit elde edilmelidir. Mycoplasma pneumoniae bakterileri gibi bazı basit parazitler , amino asit sentezinin tamamından yoksundur ve amino asitlerini doğrudan konakçılarından alırlar. Tüm amino asitler, glikoliz, sitrik asit döngüsü veya pentoz fosfat yolundaki ara ürünlerden sentezlenir. Azot, glutamat ve glutamin tarafından sağlanır . Gerekli olmayan amino asit sentezi, daha sonra bir amino asit oluşturmak üzere transaminasyona tabi tutulan uygun alfa-keto asidin oluşumuna bağlıdır .

Amino asitler, bir peptit bağı zincirine katılarak proteinlere dönüştürülür . Her farklı proteinin benzersiz bir amino asit kalıntısı dizisi vardır: bu onun birincil yapısıdır . Alfabedeki harflerin neredeyse sonsuz çeşitlilikte kelime oluşturmak üzere bir araya getirilebilmesi gibi, amino asitler de çok çeşitli proteinler oluşturmak için değişen dizilerde bağlanabilir. Proteinler, bir ester bağı yoluyla bir transfer RNA molekülüne bağlanarak aktive edilmiş amino asitlerden yapılır . Bu aminoasil-tRNA öncüsü, bir aminoasil tRNA sentetaz tarafından yürütülen ATP'ye bağlı bir reaksiyonda üretilir . Bu aminoasil-tRNA daha sonra bir haberci RNA'daki dizi bilgisini kullanarak amino asidi uzayan protein zincirine bağlayan ribozom için bir substrattır .

Nükleotid sentezi ve kurtarma

Nükleotitler, büyük miktarda metabolik enerji gerektiren yollarda amino asitler, karbondioksit ve formik asitten yapılır. Sonuç olarak, çoğu organizma, önceden oluşturulmuş nükleotitleri kurtarmak için etkili sistemlere sahiptir. Purinler , nükleositler ( riboza bağlı bazlar ) olarak sentezlenir . Hem adenin hem de guanin , glisin , glutamin ve aspartik asit amino asitlerinden atomlar kullanılarak sentezlenen öncü nükleozid inosin monofosfattan ve ayrıca koenzim tetrahidrofolattan transfer edilen formattan yapılır . Pirimidinler ise glutamin ve aspartattan oluşan baz orotattan sentezlenir .

Ksenobiyotikler ve redoks metabolizması

Tüm organizmalar, besin olarak kullanamayacakları ve metabolik işlevleri olmadığı için hücrelerde birikmesi durumunda zararlı olabilecek bileşiklere sürekli olarak maruz kalırlar. Bu potansiyel olarak zararlı bileşiklere ksenobiyotikler denir . Sentetik ilaçlar , doğal zehirler ve antibiyotikler gibi ksenobiyotikler, bir dizi ksenobiyotik metabolize edici enzim tarafından detoksifiye edilir. İnsanlarda bunlara sitokrom P450 oksidazlar , UDP-glukuronosiltransferazlar ve glutatyon S - transferazlar dahildir . Bu enzim sistemi, önce ksenobiyotiği oksitlemek (faz I) ve daha sonra suda çözünür grupları molekül üzerine konjuge etmek (faz II) için üç aşamada hareket eder. Modifiye edilmiş suda çözünür ksenobiyotik daha sonra hücrelerden dışarı pompalanabilir ve çok hücreli organizmalarda atılmadan önce daha fazla metabolize edilebilir (faz III). Ekolojide , bu reaksiyonlar kirleticilerin mikrobiyal biyolojik bozunmasında ve kirlenmiş arazi ve petrol sızıntılarının biyolojik olarak iyileştirilmesinde özellikle önemlidir . Bu mikrobiyal reaksiyonların çoğu çok hücreli organizmalarla paylaşılır, ancak mikrop türlerinin inanılmaz çeşitliliği nedeniyle bu organizmalar çok hücreli organizmalardan çok daha geniş bir ksenobiyotik yelpazesiyle baş edebilir ve organoklorür bileşikleri gibi kalıcı organik kirleticileri bile bozabilir.

Aerobik organizmalar için ilgili bir problem oksidatif strestir . Burada, oksidatif fosforilasyon ve protein katlanması sırasında disülfid bağlarının oluşumunu içeren süreçler , hidrojen peroksit gibi reaktif oksijen türleri üretir . Bu zararlı oksidanlar, glutatyon gibi antioksidan metabolitler ve katalazlar ve peroksidazlar gibi enzimler tarafından uzaklaştırılır .

Canlı organizmaların termodinamiği

Canlı organizmalar, ısı ve iş transferini tanımlayan termodinamik yasalarına uymak zorundadır . Termodinamiğin ikinci yasası, herhangi bir yalıtılmış sistemde entropi (düzensizlik) miktarının azalamayacağını belirtir. Canlı organizmaların şaşırtıcı karmaşıklığı bu yasayla çelişiyor gibi görünse de, tüm organizmalar çevreleriyle madde ve enerji alışverişi yapan açık sistemler olduğu için yaşam mümkündür . Canlı sistemler dengede değildir , bunun yerine çevrelerinin entropisinde daha büyük bir artışa neden olarak yüksek karmaşıklık durumlarını koruyan enerji tüketen sistemlerdir . Bir hücrenin metabolizması bunu, kendiliğinden gerçekleşen katabolizma süreçlerini, anabolizmin kendiliğinden olmayan süreçleriyle birleştirerek başarır . Termodinamik açıdan metabolizma, düzensizlik yaratarak düzeni sağlar.

Düzenleme ve kontrol

Çoğu organizmanın ortamı sürekli değiştiği için, hücreler içinde sabit bir dizi koşulu sürdürmek için metabolizma reaksiyonları ince bir şekilde düzenlenmelidir , buna homeostaz adı verilir . Metabolik düzenleme ayrıca organizmaların sinyallere yanıt vermelerine ve çevreleriyle aktif olarak etkileşime girmelerine izin verir. Metabolik yolların nasıl kontrol edildiğini anlamak için birbiriyle yakından bağlantılı iki kavram önemlidir. İlk olarak, bir yoldaki bir enzimin düzenlenmesi , sinyallere yanıt olarak aktivitesinin nasıl arttığı ve azaldığıdır. İkinci olarak, bu enzim tarafından uygulanan kontrol , aktivitesindeki bu değişikliklerin yolun genel hızı (yol boyunca akış ) üzerindeki etkisidir. Örneğin, bir enzim aktivitede büyük değişiklikler gösterebilir ( yani yüksek düzeyde düzenlenir), ancak bu değişiklikler metabolik yolun akışı üzerinde çok az etkiye sahipse, bu enzim yolun kontrolünde yer almaz.

İnsülinin glukoz alımı ve metabolizması üzerine etkisi. İnsülin reseptörüne (1) bağlanır ve bu da birçok protein aktivasyon basamaklarını (2) başlatır. Bunlar şunları içerir: Glut-4 taşıyıcısının plazma zarına yer değiştirmesi ve glikoz akışı (3), glikojen sentezi (4), glikoliz (5) ve yağ asidi sentezi (6).

Metabolik düzenlemenin birden fazla seviyesi vardır. İçsel düzenlemede, metabolik yol, substratların veya ürünlerin seviyelerindeki değişikliklere yanıt vermek için kendi kendini düzenler; örneğin, ürün miktarındaki bir azalma, telafi etme yolundaki akışı artırabilir. Bu tip düzenleme genellikle yoldaki çoklu enzimlerin aktivitelerinin allosterik düzenlenmesini içerir. Dışsal kontrol, çok hücreli bir organizmadaki bir hücrenin, diğer hücrelerden gelen sinyallere yanıt olarak metabolizmasını değiştirmesini içerir. Bu sinyaller genellikle hormonlar ve büyüme faktörleri gibi suda çözünür haberciler şeklindedir ve hücre yüzeyindeki spesifik reseptörler tarafından algılanır. Bu sinyaller daha sonra hücre içinde, genellikle proteinlerin fosforilasyonunu içeren ikinci haberci sistemler tarafından iletilir.

Dışsal kontrolün çok iyi anlaşılmış bir örneği, insülin hormonu tarafından glikoz metabolizmasının düzenlenmesidir . İnsülin, kan şekeri seviyelerindeki artışlara yanıt olarak üretilir . Hormonun hücrelerdeki insülin reseptörlerine bağlanması daha sonra hücrelerin glikozu almasına ve onu yağ asitleri ve glikojen gibi depolama moleküllerine dönüştürmesine neden olan bir dizi protein kinazı aktive eder . Glikojen metabolizması, glikojeni parçalayan enzim olan fosforilaz ve onu yapan enzim olan glikojen sentazın aktivitesi ile kontrol edilir . Bu enzimler, fosforilasyonun glikojen sentazı inhibe etmesi, ancak fosforilazı aktive etmesiyle karşılıklı bir şekilde düzenlenir. İnsülin, protein fosfatazları aktive ederek ve bu enzimlerin fosforilasyonunu azaltarak glikojen sentezine neden olur .

Evrim

Yaşamın üç alanından da organizmaların ortak atasını gösteren evrim ağacı . Bakteriler mavi, ökaryotlar kırmızı ve arke yeşilidir. Dahil edilen bazı filumların göreceli konumları ağacın etrafında gösterilmiştir.

Yukarıda açıklanan, glikoliz ve sitrik asit döngüsü gibi merkezi metabolizma yolları, canlıların üç alanında da mevcuttur ve son evrensel ortak atada mevcuttu . Bu evrensel atasal hücre prokaryotikti ve muhtemelen kapsamlı amino asit, nükleotid, karbonhidrat ve lipid metabolizmasına sahip bir metanojendi . Bu eski yolların sonraki evrim sırasında tutulması, bu reaksiyonların, son ürünlerini yüksek verimli ve minimum sayıda adımda üreten glikoliz ve sitrik asit döngüsü gibi yollarla, belirli metabolik problemlerine optimal bir çözüm olmasının sonucu olabilir. . Enzim bazlı metabolizmanın ilk yolları, pürin nükleotid metabolizmasının parçaları olabilirken, önceki metabolik yollar eski RNA dünyasının bir parçasıydı .

Yeni metabolik yolların geliştiği mekanizmaları tanımlamak için birçok model önerilmiştir. Bunlar, yeni enzimlerin kısa bir atadan kalma yola sıralı olarak eklenmesini, tüm yolların çoğaltılmasını ve daha sonra ayrılmasının yanı sıra önceden var olan enzimlerin işe alınmasını ve bunların yeni bir reaksiyon yolunda birleştirilmesini içerir. Bu mekanizmaların göreceli önemi belirsizdir, ancak genomik çalışmalar, bir yoldaki enzimlerin muhtemelen ortak bir ataya sahip olduğunu göstermiştir; bu, birçok yolun önceden var olan adımlardan oluşturulan yeni işlevlerle adım adım bir şekilde geliştiğini düşündürmektedir. patikada. Metabolik ağlardaki protein yapılarının evrimini izleyen çalışmalardan alternatif bir model gelir; bu, enzimlerin yaygın olarak işe alındığını, farklı metabolik yollarda benzer işlevleri yerine getirmek için enzimleri ödünç aldığını ileri sürdü ( MANET veritabanında açıkça görülmektedir ) Bu işe alım süreçleri, evrimsel enzimatik mozaik. Üçüncü bir olasılık, metabolizmanın bazı bölümlerinin farklı yollarda yeniden kullanılabilen ve farklı moleküller üzerinde benzer işlevleri yerine getiren "modüller" olarak var olabilmesidir.

Evrim, yeni metabolik yolların evriminin yanı sıra metabolik fonksiyonların kaybına da neden olabilir. Örneğin, bazı parazitlerde hayatta kalmak için gerekli olmayan metabolik süreçler kaybolur ve bunun yerine önceden oluşturulmuş amino asitler, nükleotitler ve karbonhidratlar konakçıdan atılabilir . Benzer azaltılmış metabolik yetenekler endosimbiyotik organizmalarda görülür .

Soruşturma ve manipülasyon

Arabidopsis thaliana sitrik asit döngüsünün metabolik ağı . Enzimler ve metabolitler kırmızı kareler ve aralarındaki etkileşimler siyah çizgilerle gösterilir.

Klasik olarak metabolizma, tek bir metabolik yola odaklanan indirgemeci bir yaklaşımla incelenir . Özellikle değerli olan, radyoaktif olarak etiketlenmiş ara ürünleri ve ürünleri tanımlayarak öncülerden nihai ürünlere giden yolları tanımlayan tüm organizma, doku ve hücresel seviyelerde radyoaktif izleyicilerin kullanılmasıdır. Bu kimyasal reaksiyonları katalize eden enzimler daha sonra saflaştırılabilir ve kinetikleri ve inhibitörlere tepkileri araştırılabilir. Paralel bir yaklaşım, bir hücre veya dokudaki küçük molekülleri tanımlamaktır; bu moleküllerin tamamına metabolom denir . Genel olarak, bu çalışmalar basit metabolik yolların yapısı ve işlevi hakkında iyi bir fikir verir, ancak tam bir hücrenin metabolizması gibi daha karmaşık sistemlere uygulandığında yetersizdir.

Sağda sadece 43 protein ve 40 metabolit arasındaki etkileşimleri gösteren şekil, binlerce farklı enzim içeren hücrelerdeki metabolik ağların karmaşıklığı hakkında bir fikir veriyor: genom dizileri, 26.500'e kadar gen içeren listeler sağlıyor. Bununla birlikte, bu genomik verileri, eksiksiz biyokimyasal reaksiyon ağlarını yeniden yapılandırmak ve davranışlarını açıklayabilen ve tahmin edebilen daha bütünsel matematiksel modeller üretmek için kullanmak artık mümkün. Bu modeller, klasik yöntemlerle elde edilen yol ve metabolit verilerini proteomik ve DNA mikrodizi çalışmalarından elde edilen gen ekspresyonu verileriyle entegre etmek için kullanıldığında özellikle güçlüdür. Bu teknikleri kullanarak, gelecekteki ilaç keşfine ve biyokimyasal araştırmalara rehberlik edecek bir insan metabolizması modeli üretildi. Bu modeller artık insan hastalıklarını ortak proteinleri veya metabolitleri paylaşan gruplara sınıflandırmak için ağ analizinde kullanılmaktadır.

Bakteriyel metabolik ağlar, papyon organizasyonunun çarpıcı bir örneğidir, çok çeşitli besinleri girebilen ve nispeten az ara ortak para birimi kullanarak çok çeşitli ürünler ve karmaşık makromoleküller üretebilen bir mimaridir.

Bu bilgilerin önemli bir teknolojik uygulaması metabolik mühendisliktir . Burada, maya , bitki veya bakteri gibi organizmalar , onları biyoteknolojide daha faydalı hale getirmek ve antibiyotikler gibi ilaçların veya 1,3-propandiol ve şikimik asit gibi endüstriyel kimyasalların üretimine yardımcı olmak için genetik olarak değiştirilir . Bu genetik modifikasyonlar genellikle ürünü üretmek için kullanılan enerji miktarını azaltmayı, verimi artırmayı ve atık üretimini azaltmayı amaçlar.

Tarih

Metabolizma terimi , Fransızca "metabolizma" veya Antik Yunanca μεταβολή - "değişim" için "Metabol" türetilmiştir ve μεταβάλλ'dan türetilmiştir - "Metaballein", "değişmek" anlamına gelir.

Açık akış modeli olarak Aristoteles'in metabolizması

Yunan felsefesi

Aristoteles'in The Parts of Animals adlı eseri , yapılacak bir açık akış modeli için metabolizma hakkındaki görüşlerinin yeterli ayrıntısını ortaya koymaktadır . Sürecin her aşamasında, klasik ateş elementi olarak ısının serbest bırakılması ve artık maddelerin idrar, safra veya dışkı olarak atılmasıyla gıda maddelerinin dönüştürüldüğüne inanıyordu.

İbnü'n -Nefis , MS 1260'da Al-Risalah al-Kamiliyyah fil Siera al-Nabawiyyah (Kamil'in Peygamberin Biyografisi Üzerine Risalesi ) adlı eserinde metabolizmayı şöyle tanımlamıştır: çözülme ve beslenmeden yoksundurlar, bu yüzden kaçınılmaz olarak kalıcı bir değişime uğrarlar."

Bilimsel yöntemin uygulanması ve Modern metabolik teoriler

Metabolizmanın bilimsel çalışmasının tarihi birkaç yüzyıla yayılmıştır ve ilk çalışmalarda bütün hayvanları incelemekten modern biyokimyada bireysel metabolik reaksiyonları incelemeye geçmiştir. İnsan metabolizmasındaki ilk kontrollü deneyler , Santorio Santorio tarafından 1614'te Ars de statica medicina adlı kitabında yayınlandı . Yemek yemeden, uyumadan , çalışmadan, cinsel ilişkiden, oruç tutmadan, içmeden ve dışkılamadan önce ve sonra kendini nasıl tarttığını anlattı . Aldığı yiyeceklerin çoğunun " duyarsız terleme " olarak adlandırdığı şeyle kaybolduğunu buldu .

Santorio Santorio , Ars de statica medicina'dan çelik saha terazisinde , ilk kez 1614'te yayınlandı

Bu erken çalışmalarda, bu metabolik süreçlerin mekanizmaları tanımlanmamıştı ve canlı dokuyu canlandıran hayati bir gücün olduğu düşünülüyordu. 19. yüzyılda, Louis Pasteur, şekerin maya tarafından alkole fermantasyonunu incelerken, fermentasyonun maya hücrelerinin içindeki " fermentler " olarak adlandırdığı maddeler tarafından katalize edildiği sonucuna vardı. "Alkol fermantasyonu, hücrelerin ölümü veya çürümesi ile değil, maya hücrelerinin yaşamı ve organizasyonu ile ilişkili bir eylemdir" diye yazdı. Bu keşif, Friedrich Wöhler tarafından 1828'de ürenin kimyasal sentezi üzerine bir makalenin yayınlanmasıyla birlikte ve tamamen inorganik öncülerden hazırlanan ilk organik bileşik olmasıyla dikkat çekiyor. Bu, hücrelerde bulunan organik bileşiklerin ve kimyasal reaksiyonların prensipte kimyanın diğer bölümlerinden farklı olmadığını kanıtladı.

Metabolizmanın kimyasal reaksiyonlarının incelenmesini hücrelerin biyolojik incelenmesinden ayıran ve biyokimyanın başlangıcını belirleyen, 20. yüzyılın başında Eduard Buchner tarafından enzimlerin keşfiydi . Biyokimyasal bilgi kütlesi 20. yüzyılın başlarında hızla büyüdü. Bu modern biyokimyacıların en üretkenlerinden biri , metabolizma çalışmasına büyük katkılarda bulunan Hans Krebs idi. Üre döngüsünü ve daha sonra Hans Kornberg , sitrik asit döngüsü ve glioksilat döngüsü ile çalışarak keşfetti . Modern biyokimyasal araştırmalar, kromatografi , X-ışını kırınımı , NMR spektroskopisi , radyoizotopik etiketleme , elektron mikroskobu ve moleküler dinamik simülasyonları gibi yeni tekniklerin geliştirilmesiyle büyük ölçüde desteklenmiştir . Bu teknikler, hücrelerdeki birçok molekülün ve metabolik yolun keşfine ve detaylı analizine olanak sağlamıştır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

giriş

  • Gül S, Mileusnic R (1999). Hayatın Kimyası . Penguen Basın Bilimi. ISBN'si 0-14-027273-9.
  • Schneider EC, Sagan D (2005). Soğuğa Doğru: Enerji Akışı, Termodinamik ve Yaşam . Chicago Üniversitesi Yayınları. ISBN'si 0-226-73936-8.
  • Lane N (2004). Oksijen: Dünyayı Yapan Molekül . ABD: Oxford University Press. ISBN'si 0-19-860783-0.

Gelişmiş

  • Fiyat N, Stevens L (1999). Enzimolojinin Temelleri: Katalitik Proteinlerin Hücre ve Moleküler Biyolojisi . Oxford Üniversitesi Yayınları. ISBN'si 0-19-850229-X.
  • Berg J, Timoczko J, Stryer L (2002). Biyokimya . WH Freeman ve Şirketi. ISBN'si 0-7167-4955-6.
  • Cox M, Nelson DL (2004). Biyokimyanın Lehninger İlkeleri . Palgrave Macmillan. ISBN'si 0-7167-4339-6.
  • Brock TD , Madigan MR, Martinko J, Parker J (2002). Brock'un Mikroorganizmaların Biyolojisi . Benjamin Cummings. ISBN'si 0-13-066271-2.
  • Da Silva JJ, Williams RJ (1991). Elementlerin Biyolojik Kimyası: Yaşamın İnorganik Kimyası . Clarendon Basın. ISBN'si 0-19-855598-9.
  • Nicholls DG, Ferguson SJ (2002). Biyoenerjetik . Academic Press Inc. ISBN 0-12-518121-3.
  • Ahşap HG (Şubat 1991). "Bir karbon ve enerji kaynağı olarak CO veya CO2 ve H2 ile yaşam". FASEB Dergisi . 5 (2): 156–63. doi : 10.1096/fasebj.5.2.1900793 . PMID  1900793 . S2CID  45967404 .

Dış bağlantılar

Genel bilgi

İnsan metabolizması

veritabanları

Metabolik yollar