METABOLİZMA MÜHENDİSLİĞİ

1. METABOLİZMA MÜHENDİSLİĞİ CANAY BABAOĞLU 620060027 TUĞBA ÖZER 620060023

2. METABOLİZMA • Canlı organizmada meydana gelen kimyasal olayların tamamına metabolizmadenir. • Metabolizma reaksiyonları 2 şekilde gerçekleşir: • Anabolizma • Katabolizma

3. METABOLİZMA VE ÇEŞİTLERİ Katabolizma Büyük Moleküller Küçük Moleküller Enerji Metabolizma Anabolizma

4. METABOLİZMA VE ÇEŞİTLERİ • Bir hücrede enerji gerektiren reaksiyonlara endergonik ;enerji veren reaksiyonlara ekzergonik reaksiyon denir. • Anabolizma ve katabolizma reaksiyonları basamak halinde gelişir. • Bu ara basamaklarda meydana gelen metabolizma olaylarına ara metabolizma denir,oluşan ara ürünlere de ara metabolizma maddeleri veya metabolitler denir.

5. METABOLİZMA REAKSİYONLARI • Organizmada çok çeşitli metabolizma reaksiyonları meydana gelir. • Bunları 3 grup altında toplayabiliriz: • Kondenzasyon ve Hidroliz • Fosfat taşınması • Biyolojik oksidasyon

6. Kondenzasyon ve Hidroliz • İki molekülün aralarında bir mol su çıkması ile eter,ester ve peptit bağları oluşturarak birleşmeleri olayına kondenzasyon denir. Amino asit-1 Amino asit-2 Dipeptit

7. Kondenzasyon ve Hidroliz • Büyük moleküllü yapıların daha küçük moleküller meydana getirebilmeleri için su ile parçalanmalarına hidroliz denir.

8. Fosfat Taşınması • Organizmadaki birçok moleküllerin reaksiyonlara girebilmesi için fosforlaşmış olması gereklidir. • Organizmada moleküllerin fosforik asitle direkt birleşmeleri mümkün değildir.Bu görevi fosfat taşıyıcılar yüklenir. • Fosfat taşıyıcılar kapsadıkları fosfat kalınıtısı sayısına göre 2 gruba ayrılırlar: • Bir fosfat kalıntısı taşıyanlar • Birden çok fosfat kalıntısı taşıyanlar

9. ATP VE ENERJİ • ATP molekülünün yapısında adenin bazı, beş karbonlu riboz şekeri ve üç molekül fosforik asit bulunur.

10. ATP VE ENERJİ • ATP molekülünün üç tane fosfat grubu arasındaki iki bağ oldukça yüksek enerji taşır. Bu bağlara yüksek enerjili fosfat bağları denir . • ATP’den bir fosfat ayrılırsa ADP, iki fosfat ayrılırsa AMP oluşur. • Bir yüksek enerjili fosfat bağının kopması ile hücredeki reaksiyonlarda kullanılabilecek 7300 kalorilik enerji açığa çıkar. • Açığa çıkan kimyasal enerji ile ATP sentezlenir.

11. ATP VE ENERJİ • Organik moleküllerden enerji elde edilirken önce karbonhidratlar sonra yağlar ve en son olarak proteinler kullanılır. • Proteinlerin enerji verici madde olarak kullanılması ancak uzun süreli açlık durumunda geçerlidir. Çünkü hücrenin hayal faaliyetlerini yapması enerji üretmesidir. • 1 gr karbonhidratın yanmasıyla 4,2 kcal, • 1 gr proteinin yanmasıyla 4,3 kcal • 1 gr yağın yanmasıyla da 9,5 kcal’lik enerji açığa çıkar.

12. FOSFORİLASYON ATP sentezine fosforilasyon denir. Dört çeşit fosforilasyon vardır: • Substrat Düzeyinde Fosforilasyon • Oksidatif Fosforilasyon • Fotofosforilasyon • Kemosentetik Fosforilasyon

13. Substrat Düzeyinde Fosforilasyon • Hücre sitoplazmasında O2 ve E.T.S. olmadan enzim varlığında substrattan direk ATP sentezidir. • Oksijen ve elektron taşıma sistemi (ETS) kullanılmaz. • Organik madde tamamen parçalanmadığı için ATP kazancı azdır. • Enzimler tüm canlılarda var olduğundan tüm canlılarda görülür.

14. Oksidatif Fosforilasyon: • Enerji verici besin maddelerinin yıkımından oluşan yüksek enerjili elektronların mitokondrilerde ETS den Oksijene iletilirken ATP’nin sentezlenmesidir. • Oksijenli solunumda görülür. • Prokaryot hücrelerde sitoplazmada, ökaryot hücrelerde mitokondri de gerçekleşir.

15. Fotofosforilasyon • Işık yardımıyla ADP ye fosfat bağlanarak ATP sentezlenmesine denir. Klorofile sahip hücrelerde, fotosentezde meydana gelir. • Fotosentezin ışıklı evresinde devirli ve devirsiz basmaklarda gerçekleşir. • Prokaryot canlılarda sitoplazmada, ökaryot canlılarda ise çift katlı zarı olan kloroplastlarda gerçekleşir.

16. Kemosentetik Fosforilasyon • Kemosentez reaksiyonlarında açığa çıkan enerji ile ATP sentezi yapılmasıdır • İnorganik bileşikleri oksitleyerek elde ettikleri enerji ile organik madde yani besin üretirlerler. • Bu olay sadece kemosentetik bakterilerde gerçekleşir. Örneğin; kükürt bakterileri, nitrit ve nitrat bakterileri.

17. BİYOLOJİK OKSİDASYON • Elektronların bir atom veya molekülden bir diğerine geçişine redoks reaksiyonları denir. • Redoks :e-transferi • Bu reaksiyonlarda moleküllerden biri elektron kaybederek oksitlenmekte (yükseltgenmekte) diğeri elektron kazanarak redüklenmekte(indirgenmekte)dir. • Oksidasyon:Elektron kaybı • Redüksiyon:Elektron kazancı

18. BİYOLOJİK OKSİDASYON • Enzim katalizli oksidasyon reaksiyonları ile elektron vericilerden alınan elektronlar bazı özel elektron taşıyıcılara(NAD+,FAD) aktarılmaktadır. • Oluşan indirgenmiş ara ürünler (NAFH,FADH2) elektronları mitokondride solunum zincirine aktarır.Solunum zincirinde bir dizi kompleks üzerinden elektronlar,en son moleküler oksijene taşınmaktadır. • Oksijenin elektronlara olan ilgisinin,elektron taşıyıcı ara bileşiklerinden daha yüksek olması,elektron transferinin ekzergonik olmasına ve açığa çıkan enerjinin ATP sentezinde kullanılmasına yol açmaktadır.

19. METABOLİZMA OLAYLARI • Metabolizma başlıca üç temel grupta incelenir: • 1) Karbonhidrat metabolizması,2) Lipid metabolizması,3) Protein ve amino asit metabolizması.

20. KARBONHİDRAT METABOLİZMASI • Karbonhidratlar, organizmamız için önemli gıda maddelerinin en başında yer alır. • Karbonhidratlar, karbon (C), hidrojen (H) ve oksijenden (O) oluşmuş organik bileşiklerdir. • Karbonhidratlar heterotrofik mikroorganizmalar için enerji kaynağıdır . • Karbonları da organik bileşikleri sentezlerken yapı taşları olarak görev yaparlar.

21. KARBONHİDRAT METABOLİZMASI • Karbonhidratlar yapılarında bulunan karbon atomları sayısına göre kısımlara ayrılırlar. Bunlar; • Monosakkaridler:Ampirik formülü (CH2O)n dir.Örnek olarak;galaktoz, glukoz, fruktoz. • Disakkaridler (C12H22O11) : Disakkaridler, iki monomer monosakkaridin su kaybederek kondenzasyonu sonu meydana gelirler. • Laktoz             :glukoz + galaktozMaltoz             :glukoz + glukozSakkaroz         :glukoz + fruktoz

22. KARBONHİDRAT METABOLİZMASI • Trisakkaridler (C18H32O16) :Bunlar üç monosakkaridden oluşmuşlardır.Rafinoz: galaktoz + glukoz + glukoz • Polisakkaridler (C6H10O5)n:Bunlar birçok monosakkarid moleküllerinin su   kaybederek kondenzasyonu sonu oluşurlar.Örnek olarak ;dekstrin, glikojen, nişasta, selüloz

23. KARBONHİDRAT METABOLİZMASININ BAŞLICA METABOLİK YOLLARI 1) Glikojenez: Glukozdan glikojen sentezi. 2) Glikojenoliz: Glikojenin yıkılması. Bu olayın karaciğerdeki son ürünü glukoz,kas dokusundaki son ürünü glukoz-6-fosfattır. 3) Glikoliz ( Embden-Meyerhof Yolu) : Glukozun pirüvat veya laktata kadar yıkılması. 4) Pirüvat Metabolizması: Pirüvatın asetil-KoA ya dönüşümü

24. KARBONHİDRAT METABOLİZMASININ BAŞLICA METABOLİK YOLLARI 5) Trikarboksilik Asit Siklüsü ( Krebs Döngüsü) : Asetil-KoA içindeki asetil kısmının CO2 ye parçalanması ve bu sırada redükte koenzimlerin oluşumu. 6) Pentoz fosfat Yolu: Glukozun bir başka şekilde oksidasyonu ile NADPH ve pentoz sentezi. 7) Glukoneojenezis: Karbonhidrat olmayan maddelerden glukoz sentezi. 8) Glukuronik asit Yolu: Glukozdan glukuronik asit sentezi.

25. KARBONHİDRATLARIN SİNDİRİMİ VE EMİLİMİ • Karbonhidratların barsaktan emilebilmeleri için monosakkarid haline çevrilmeleri şarttır. • Karbonhidratların parçalanma işlemi ağızdan itibaren başlayabilir. • Tükrükte bulunan -amilaz polisakkarid parçalayan bir enzim olmasına rağmen, çiğneme süresinin kısalığı nedeniyle fazla etkin değildir. • Midenin asit pH sı bu enzimin daha fazla çalışmasına olanak vermez.

26. KARBONHİDRATLARIN SİNDİRİMİ VE EMİLİMİ • Pankreastan çok aktif bir başka -amilaz salgılanır. • Gerek tükrük gerekse pankreas amilazı, polisakkaridleri parçalar ve aktivitesi zincir sonunda durur.

27. KARBONHİDRATLARIN SİNDİRİMİ VE EMİLİMİ • Böylece - amilaz etkisi sonunda yaklaşık olarak; • % 40 oranında maltoz, • % 30 oranında -1,4 ve -1,6 bağı içeren -dekstrin • % 25 oranında -1,4 bağı ile bağlanmış 3 glukozlu maltotrioz, • % 5 oranında da 4-9 glukoz içeren polisakkarid molekülleri meydana gelir.

28. KARBONHİDRATLARIN SİNDİRİMİ VE EMİLİMİ • İnce barsak mukozasının fırçamsı kenarı tarafından salgılanan diğer hidrolitik enzimlerle karbohidrat sindirimi sürdürülür ve tamamlanır. • Monosakkaridlerin ince bağırsaktan emilimleri: • Aktiftransport • Kolaylaştırılmış diffüzyon • Basitdiffüzyon

29. HÜCRE SOLUNUMU Hücre solunumu 2 çeşittir: 1)AEROBİK SOLUNUM • Glikoliz • Krebs döngüsü • ETS reaksiyonu 2)ANAEROBİK SOLUNUM: • Alkol fermantasyonu • Asit fermantasyonu

30. Glukoz Anaerobik solunum Aerobik solunum Pürivat O2li O2yokluğunda Etanol ya da Laktik Asit Asetil CoA Krebs Döngüsü

31. AEROBİK SOLUNUM

32. Glikoliz Glukoz C C C C C C 2 ATP 2 ADP • Stoplazmada görülür . • O2’li ve O2’siz solunumda görülür. • Net: • 2 ATP • 2 NADH • 2 Pürivat molekülü 2 PGAL C C C C C C P P 4 ADP 2 NAD+ 4 ATP 2 NADH 2 Pürivat C C C

33. Krebs Döngüsü • Krebs döngüsü veya Sitrik asit döngüsü, canlı hücrelerin besinleri yükseltgeyerek enerji elde etmesini sağlayan ve bütün yaşam biçimlerinde önemli bir yer tutan kimyasal süreçlerin son aşamasıdır. • Krebs döngüsü, hücresel oksijenli solunumun, glikoliz evresinden sonra gelen ikinci aşamasıdır. • Krebs devri reaksiyonları mitokondride gerçekleşir.

34. Krebs Döngüsü • Pirüvattan bir mol CO2 ve 2H çıkarak asetil CoA (asetil-koenzim-A) oluşur. • Asetil CoA, krebs döngüsünü başlatacak temel maddedir. • ATP üretiminin yapılabilmesi için NADH2’nin taşıdığı yüksek enerjili elektronların ve hidrojenin ETS ye aktarılması gerekir.

35. ETS ( Elektron Taşıma Sistemi) • Yükseltgenme yolu ile ETS ‘de ATP sentezlenmesine Oksidatif fosforilasyon denir. • ETS’de bir NADH2 kullanımı sonucu : 3 ATP ve H2O üretilir.Bir atom oksijen tüketilir. • ETS’de bir FADH2 kullanımı sonucu : 2 ATP ve H2O üretilir.Bir atom oksijen tüketilir. • C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12 H2O  • Değişik kademelerden ayrılan 24 hidrojen enerji yüklü elektronlarını Elektron taşıma sistemine (ETS) verip iyon haline geçer. • ETS’ler de toplam 34 ATP elde edilir.Bu durumda ETS’ler oksijenli solunumda en fazla ATP üretilen yerlerdir. Ayrıca 12 H2O oluşurken dışarıdan alınan 6 O2’de harcanır.

36. ETS ( Elektron taşıma sistemi)

37. AEROBİK SOLUNUM

39. ANAEROBİK SOLUNUM Etil alkol fermantasyonu : • Bira mayası (bakteri) ve maya mantarlarında (Fungi) ve şarap bakterilerinde görülür. • Glikoz+2 ATP 2 CO2+ 2Etil alkol+4 ATP+Isı

40. ANAEROBİK SOLUNUM • Laktik Asit Fermantasyonu: • Omurgalıların çizgili kaslarında ve yoğurt bakterilerinde olur. NAD+ NAD+ NADH NADH C C C C C C C C C C C C (Glikoliz) (Laktik asit fermantasyonu) Glukoz 2 Pürivat 2 Laktik Asit

41. AEROBİK VE ANAEROBİK SOLUNUMUN KARŞILAŞTIRILMASI

42. Yağların Metabolizması • Yağlar, vücudun ince bağırsağında pankreas ve safra kesesinden gelen enzimlerle küçük parçalara ayrılırlar. • Yağların parçalanması ise "Lipaz " adı verilen bir enzim ile olur. • Yağlar parçalanıp yağ asitlerine kadar ayrıştırıldıktan sonra ince bağırsaklardan emilir ve kana karışır. • Yağlar vücuda girip yağ asitlerine kadar ayrıştıktan sonra ya depo edilirler yada enerji ihtiyacı için kullanılırlar.Yağ asitleri vücutta fazla miktarlarda bulunduğu zaman trigliserid şekline dönüştürüldükten sonra yağ dokularında depo edilirler.

43. Yağların Metabolizması • Yağ dokularındaki trigliserid molekülleri, enerji gereksinimi olduğu için yağ asitlerine kadar parçalanacak ve mitokondrilere ulaştırılacaktır. • Yağ asitlerinin mitokondriye girişi direkt değildir. • Yağ asidi + CoA + ATP <-----> Yağ asil – CoA + AMP + PPi

44. Amino Asit Metabolizması • Proteinler, kompleks organik bileşikler olup hücrelerin esas yapılarını oluştururlar. • Proteinlerin bileşiminde, genellikle, karbon (C) %50, oksijen (O) %25 nitrogen (N) %16 ve hidrojen (H) %7 bulunur. • Proteinler, 20 tür amino asitin değişik sıralarda yan yana gelerek oluşturdukları polipeptidlerden meydana gelmiş polimerlerdir. • Amino asitler birbirlerine kovalent olarak peptid bağları ile birleşmiştir. • Mide hücreleri tarafından salgılanan ve mide özsuyunda bulunan pepsin adı verilen bir enzim yine mide özsuyundaki HCI proteinlerin yardımıyla peptid bağlarını yıkar.

45. Amino Asit Metabolizması • İnce bağırsağa geçen bu karışım burada enzimlerin etkisi ile proteinlerin çoğunluğu amino asitlere yıkılarak emilirler. • Amino Asit + FAD + H2O a-Keto Asit + NH4+ FADH2 • Deaminasyon sonunda açığa çıkan NH3 toksik bir maddedir. • NH3’ın uzaklaştırılması organizma türüne göre farklı şekilde gerçekleşir. • Memelilerde üre, kuş ve sürüngenlerde ürik asit şeklinde atılır.

46. Proteinlerin Sindirimi Pepsin- HCl Mide Tripsin Kimotripsin İnce Barsak Kan

47. TEŞEKKÜRLER