biyoenerjetik ve metabolizma-temel termodinamik

Click here to load reader

Post on 21-Nov-2021

0 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

Microsoft PowerPoint - Biyoenerjetik ve Metabolizma-temel termodinamik.pptxBiyoenerjetik ve Metabolizma
a living organism must be able to extract energy from the surroundings to maintain a steadystate condition (homeostasis) that is far from equilibrium.
Bir canl organizma, dengeden uzak bir sabit durum halini (steady state durum=homeostaz) sürdürmek için çevreden enerji çekebilmelidir.
Bu görevi yerine getirmek için organizmalarn çevreden güne ve malzemeleri i ve s eklinde enerjiye dönütürürler.
Biyolojik sistemlerde enerjinin korunumu
Bu enerji dönüümü veya iletimi: 1) Kimyasal cinsinden organik moleküllerin makromoleküler biyosentezi formunda 2) ozmotik i cinsinden hücre d çevreden farkl olan hücre içi tuzlarn ve organik moleküllerin konsantrasyonunu dengede tutmak için 3) mekanik i olarak da flagella rotasyon veya kas kaslmas eklinde Gerçekten de kaynaklarn ve çevre ile yaayan hücre arasndaki atk döngüsü bu enerji dönüümü için gerekli malzemeleri salar.
Solar Enerji Fotosentetik Hücre (Bitki Hücresi)
Hayvan Hücresi
Karbonhidratlar O2
Hücrelerin serbestçe enerji ve madde alveriinde bulunan açk bir sistemi çevresi ile temsil ettii fikrini içerir.
Biyoenerjetii nicel olarak daha iyi anlamak için üç termodinamik prensibi incelememiz gerekir :
1) Termodinamiin Birinci Yasas 2) Termodinamiin kinci Yasas Termodinamik 3) Gibbs Serbest Enerjisi
Termodinamiin Birinci Yasasna göre enerji yaratlamaz veya imha edilemez, sadece bir formdan baka bir forma dönütürülebilir
Bir bileiin enerji potansiyeli, saf oksijende (O2) yanma sonucu oluan s transferini ölçmek için bir "bomba" kalorimetresi kullanlarak belirlenebilir.
Termodinamiin kinci Yasas, Evrendeki tüm doal ilevlerin enerji girii yokluunda düzensizlie (rastgelelik) yöneldiini belirtir.
Bir canl hücre çevresine (termodinamik çevre tanm) kyasla oldukça düzenlidir ve bu nedenle doal eilimi olan düzensizlie yönelmesini kstlamak için enerji gereklidir. Bu düzensizlik kavram, entropi (S) terimi ile tanmlanr.
Oda scaklnda buzun erimesinin geri döndürülmesi için scakl düürmek gereklidir (soutma, buzdolab vs) ve bu da elektrik enerji girii olmadan gerçekleemez.
Buz düzenli yap, su ise düzensizlik gösterir.
Bomba Kalorimetre
Kalorimetrede hacim sabittir. Tepkime kapal bir kapta gerçekleir
Tepkimenin entalpisi, yani s deiimi, bomba denilen ksm ile su arasndaki s alveriinin takibiyle belirlenir.
Burada gerçekleen ölçüm E, yani iç enerjidir, H deildir. Ancak çou tepkime için bu fark ihmal edilecek kadar küçüktür.
Sabit Basnç Kalorimetresi
Kahve barda kalorimetresi 2 adet köpük (styrofoam) bardan iç içe geçirilmesiyle oluur. Scaklk deiimi takip edilecek tepkenler sv fazdadr. Termometreyle sadece s deiimi ölçülür:
Çünkü Sabit basnçta daima H = q
Gibbs Serbest Enerjisi Standart koullarda reaksiyona giren bir sistem ile ayn sistem dengeye
ulatnda (denge= equilibrium) iki durum arasndaki serbest enerji (ΔG) deiimi olarak tanmlanr ve standart serbest enerjideki deiim, ΔGº olarak adlandrlr. balangçta 1.0 M reaktifler, 1 atmosfer basnç ve scaklk 298 K = 25ºC'dir
A B ΔG° = - RT x lnKeq
Keq = [B]b / [A]a ΔG°>0 ise tepkime AB elverisiz (normal artlarda enerji salanmadan gerçekleemez) ΔG°<<0 ise tepkime hzlca ve dardan enerji gerektirmeden gerçekleir
ATP hidrolizinden salnan serbest enerji (ΔGº ’= - 30.5 kJ / mol) oldukça büyüktür ve elverisiz reaksiyonlar sürdürmek için de kullanlabilir.
glikolizdeki ilk adm, bir birleik reaksiyonda glukoz fosforilasyonunun elverisiz reaksiyonunu sürdürülür hale getirmek için ATP hidrolizini kullanan heksokinaz enzimi tarafndan katalize edilir.
Glukoz + Pi Glukoz 6 –fosfat + H2O ΔGº’ = +13.8 kJ/mol ATP + H2O ADP + Pi ΔGº’ = -30.5 kJ/mol Glukoz + ATP Glukoz 6 –fosfat + ADP ΔGº’ = -16.7 kJ/mol
Adenilat sistemi, düük ve yüksek enerjili adenilat formlarnn ATP, ADP ve AMP arasndaki dönüümünü ifadeetmede kullanlan bir terimdir.
Adenilat sistemi, ksa süreli enerji depolamas için kullanlr. Fotosentezden ve metabolik yaktlarn oksidasyonundan elde edilen enerji, fosfoanhidrid ba enerjisi
eklinde redoks enerjisi yakalayan bir ATP sentez reaksiyonu salar. Önemli olarak, bu ba enerjisi ATP bölünmesi ile kolayca geri kazanlabilir ve kimyasal, ozmotik ve
mekanik ileri yürütmek için kullanlabilir.
ATP: Adenilat sistemi ve enerji depolama
Makromoleküllerin katabolik yollardan parçalanmas ATP'yi üretirken, hücrede makromoleküllerin sentezlenmesindeki elverisiz tepkimeleri tetiklemek için anabolik yollar ATP hidrolizini gerektirir.
ATP adenilat sisteminin yüksek enerji formu olduundan, ATP konsantrasyonunun ADP ve AMP konsantrasyonuna oran herhangi bir zamanda hücrenin enerji durumunu ölçmede kullanlabilir.
Bu iliki, i için uygun olan fosfoanhidrit balarnn saysn dikkate alan hücrenin Enerji Yükü (EC, energy charge) cinsinden ifade edilebilir:
Çou hücrenin 0.7 ila 0.9 aralnda bir enerji yüküne (EC) sahip olduu bulunmutur; Bu durum hücre içi [ATP] 'nin [ADP] veya [AMP]' den daha yüksek olduu anlamna
gelmektedir.
Metabolik yollar, ortak ara maddelerin metabolizmas ile bir araya getirilen bir dizi reaksiyondan oluur.
Metabolik yollar, dorusal, döngüsel yollar ve dallanm yollar oluturmak için birbirine balanabilir.
Metabolik ak terimi, metabolitlerin bir dizi balantl reaksiyonla parçalanma ve sentezlenme hzn belirtir. Glikoliz yolunun metabolik aks, glukoneogenez yoluna göre daha yüksektir, eer piruvatn
glukoza dönütürüldüünden (glukoneojenez) daha fazla glikoz pirüvata dönütürülürse (glikoliz).
Üç ana mekanizma metabolik aky kontrol eder: 1) hz snrlayc enzimin miktar (gen transkripsiyonundaki veya protein sentezindeki
deiiklikler), 2) hz snrlayc enzimlerin katalitik aktivitesi (kovalent modifikasyonlar veya allosterik
düzenleme) ve 3) substratlarn biyolojik olarak kullanlabilirlii (beslenme kaynaklar veya hücre
karlatrmas).
Metabolik yollar, birbirine bamldr ve substratn hazr bulunuluu ve enzim aktivite seviyeleri ile hassas bir ekilde kontrol edilir.
Beslenme, egzersiz ve hastalk açsndan metabolik entegrasyonun nasl olduunu anlamann yolu bu yollar arasndaki metabolik akn nasl kontrol edildiini örenmektir.
Çeitli katabolik ve anabolik yollardan akn substrat konsantrasyonuna ve enzim aktivitesi seviyelerine cevap olarak nasl deitiini anlamann en iyi yollarndan birisi kahvaltdan önce ve sonra karacierdeki glikoz metabolizmasn incelemektir:
lk öünden önceki sabah erken saatlerde, pankreastan glukagon salnmn tetikleyen «geceboyu açlk» ardndan kan ekeri seviyeleri dümeye balar.
Karacier hücrelerindeki glukagon sinyali, hem bir katabolik yolu (glikojen degradasyonu) hem de bir anabolik yol glukoneogenezini aktive ederken, ayn zamanda glikoliz yolu tarafndan glukozun katabolizmasn inhibe eder.
lk öün (Kahvalt) sonras, yüksek kan ekeri nedeniyle insülin seviyesi artar, bu da glikoz almn, glikojen sentezini ve glikoliz yoluyla glikoz katabolizmasn uyarr.
Bu çeit oksidasyon-redüksiyon reaksiyonlarnda bir kimyasal maddeden elektron kaybolurken (oksitlenme), bu elektron baka bir madde tarafndan kazanlr (redüklenme).
Canl hücrelerde olan birçok reaksiyon, oksidasyon-redüksiyon reaksiyonlardr. Biyolojik açdan önemli baz reaksiyonlarn bu potansiyelleri 25oC ve pH 7.0 da standart artlar altnda
elektron kazanma eilimleri (Eo') olarak gösterilir. tam bir oksidasyon-redüksiyon reaksiyonu iki tane yarm reaksiyonun sonucudur. Elektron kazanma
prosesine redüksiyon (indirgenme), elektron verme prosesine ise oksidasyon (yükseltgenme) denir.
NAD+ yükseltgenmi (oksidize) form iken, NADH indirgenmis (redüklenmi) formdur
OKSDASYON-REDÜKSYON REAKSYONLARI
Canl hücrelerde karbon 5 farkl oksidasyon durumuna sahiptir
Eer bir molekül oksijen kazanrsa veya hidrojen kaybederse bu oksidasyonu ifade eder. Eer bir molekül oksijen kaybeder veya hidrojen kazanrsa bu redüksiyonu ifade eder.