Metabolizma Notları

Metabolizma

Doç. Dr. Nuray ALACA

Metabolizma Tanımı

  • Organizmadaki tüm kimyasal reaksiyonlar.
  • Hücrede, dokuda ve organlarda gerçekleşir.
  • Katabolik: Parçalara bölünme.
  • Anabolik: Sentez ve büyük molekül oluşması.

Besinlerin Katabolizması ve ATP Oluşumu

  • Protein → Aminoasit → ATP, H+, NH3, CO2
  • Karbonhidrat → Glukoz → Pirüvat → Asetil-CoA → Kreps Siklusu → Oksidatif fosforilasyon → ATP
  • Yağ → Yağ Asidi + Gliserol → Asetil-CoA

Metabolizmanın Düzenlenmesi

  • Metabolik Hız, Fiziksel Aktivite, Vücut Sıcaklığı.
  • Uzun sürede alınan ve harcanan enerji arasında denge ve alım fazlalığının depolanması.
  • Vitaminlerin koenzim ve kofaktör olarak görev alması.
  • A ve D vitaminlerinin özel fonksiyonlar yapması.
  • Glukoz, aminoasit, yağ asidi, keton, laktik asit gibi enerji kaynaklarının kullanımı.
  • Farklı organların farklı enerji kaynağını kullanması.
  • Besin alınımının hipotalamustan kontrolü.
  • Metabolizmanın vücut ihtiyacına göre düzenlenmesi gerekmektedir.

Metabolik Olayların En Çok Olduğu Yerler

  • Karaciğer
  • İnce barsaklar
  • Kalp kası ve iskelet kası
  • Böbrekler
  • Yağ dokusu

Karbonhidrat Metabolizması ve ATP Oluşumu

Karbonhidrat Metabolizması

  • Günlük enerji ihtiyacının yaklaşık %50'si karbonhidratlarla karşılanır.
  • Yetişkin günlük enerji gereksinimi 2400 kcal.
  • 1g karbonhidrat 4 kcal verir.
  • Günde ortalama 300 g karbonhidrata ihtiyaç var.
  • Özellikle beyin glikoz bağımlıdır.
  • Hipoglisemi ciddi fonksiyon bozukluklarına yol açar (Beynin 1 saatteki glukoz ihtiyacı 6 g kadar).

Karbonhidratların Sindirimi ve Emilimi

  • Diyette bulunan karbonhidratlar çoğunlukla polisakkarid ve disakkarid (nişasta, laktoz ve sukroz), daha az oranda da monosakkarid (glukoz ve fruktoz) formunda.
  • Karbonhidratların bağırsaktan emilebilmeleri için monosakkarid haline çevrilmeleri şarttır.

Glukozun Önemi

  • Glukoz, karbonhidrat metabolizmasının temel maddesidir.
  • Türü ne olursa olsun organizmaya giren her karbonhidrat sonunda glukoza çevrilir.
  • "Karbonhidrat metabolizması deyince akla glukoz metabolizması gelir."

Karbonhidrat Metabolizmasında Başlıca Metabolik Yollar

  • Glikoliz (Embden-Meyerhof Yolu): Glukozun pirüvat veya laktata yıkılımı.
  • Glikojenez: Glukozdan glikojen sentezi.
  • Glikojenoliz: Glikojenin yıkılması; karaciğerdeki son ürünü glukoz, kas dokusundaki son ürünü glukoz-6-fosfattır.
  • Glikoneogenez: Amino asit ve Laktik asitten (LA)’den glukoz oluşumu.

Laktik Asit Sistemi (Anaerobik Glikoliz)

  • Glikoltik reaksiyonlar: 12 kimyasal reaksiyon içerir.
  • Her kimyasal reaksiyon için bir spesifik enzim olmalıdır (Enzim: katalizör, reaksiyonları hızlandıran kolaylaştıran maddeler).
  • Önemli enzimler: Fosfofruktokinaz (PFK), Heksokinaz (HK), Pirüvat kinaz (PK), Laktat dehidrogenaz (LDH).
  • Belli bir seviyenin üzerindeki laktik asit bu enzimlerin aktivitesini etkiler; örneğin, artan laktik asit PFK enzimini inhibe eder.

Glikoliz Süreci

  • Aktivasyon enerjisi için 2 ATP kullanılır.
  • 4 ATP sentezlenir.
  • Süreçte glikozdan pirüvat oluşur. NAD+ NADH+H*’a dönüşür.

Karbonhidrat Metabolizmasında Diğer Yollar

  • Pirüvat Metabolizması: Pirüvatın asetil-KoA ya dönüşümü.
  • Sitrik Asit Siklusu (Krebs Siklusu, Trikarboksilik): Asetil-KoA içindeki asetil kısmının CO2 ye parçalanması ve bu sırada redükte koenzimlerin oluşumu.
  • Pentoz fosfat Yolu: Glukozun bir başka şekilde oksidasyonu ile NADPH ve pentoz sentezi.

Oksidatif Sistem

  • En kompleks olan sistemdir.
  • Oksijen kullanılır (aerobik).
    • Aerobik glikoliz
    • Krebs siklusu
    • Elektron transport zinciri

Aerobik Sistem veya Oksijen Sistemi

  • CHO, yağ ve proteinler oksijen ile tamamen yanarak CO₂ ve H₂O'ya dönüşür.
  • Daha karmaşıktır ve çok daha fazla kimyasal reaksiyon gerektirir.
  • Çok daha fazla enerji elde edilir.
  • 1 mol glukoz → 39 mol ATP
  • Yağların enerji olarak kullanılabildiği tek sistemdir.
  • 1 mol palmitik asit → 129 mol ATP

Aerobik ve Anaerobik Metabolizma

  • Tipik bir kas hücresinde:
    • Anaerobik metabolizma sitoplazmada,
    • Aerobik metabolizma mitokondride gerçekleşir.
  • Kas dokusunda mitokondri ve miyoglobin artışı görülür.
  • Aerobik sistem kimyasal reaksiyonları:
    • Aerobik glikoliz (glukozun parçalanması)
    • Beta oksidasyon (yağ asitlerinin parçalanması)
    • Krebs çemberi
    • Elektron Transport Sistemi (ETS)

Aerobik Glikoliz ve Beta Oksidasyon İlişkisi

  • Glukoz glikoliz yoluyla, yağ asitleri ise Beta oksidasyonu yoluyla Asetil CoA'ya dönüşür ve Krebs çemberine girer.

Krebs Çemberi Özellikleri

  • Bütün besin maddelerinin enerji üretimi için parçalandıkları sırada buluştukları ortak reaksiyonlar zinciridir.
  • Bütün besin maddeleri Krebs çemberi reaksiyonlarından geçerek H₂O ve CO₂'ye dönüşürler.
  • İki önemli kimyasal değişiklik:
    1. CO₂ oluşumu
    2. Elektronların uzaklaştırılması (oksidasyon, H → H+ + e-)

Krebs Çemberi ve ETS Aşamaları

  • Protein yıkımı, glikoliz, trigliserid yıkımı (lipoliz) gibi süreçler farklı aşamalarda gerçekleşir ve Krebs çemberi ile ETS'ye bağlanır.

Oksidatif Fosforilasyon

  • Oksijenli solunumun son evresini teşkil eder.
  • Glikoliz ve Krebs döngüsü sırasında oluşan bileşiklerdeki hidrojen atomlarının, mitokondride bulunan elektron taşıma sisteminden (ETS) geçirilmesi sırasında oksijenle birleşerek su oluşturması ve kalan bileşiklerin ATP yapımında kullanılması olayıdır.
  • Hidrojen atomu elektron ve protondan oluşur. Elektron ETS sürecinde protondan ayrılır, aktarmalarla oksijen molekülüne taşınır. Fazladan bir elektron almış olan oksijenin, elektronsuz kalmış hidrojen protonuyla kenetlenmesiyle de su oluşur.

Enerji Üretimi Özeti

  • 1 mol (180 gr) glukozdan 39 mol ATP elde edilir.
  • 1 mol palmitik asitten 130 ATP elde edilir.
  • Yağlar daha avantajlıdır ancak:
    • 1 mol ATP üretmek için glukoz kullanıldığında 3.5 litre O₂ kullanılır.
    • 1 mol ATP üretmek için yağ asidi kullanıldığında 4 litre O₂ kullanılır.

Karbonhidrat Sindirim ve Emilimi

  • Karbonhidratların parçalanma işlemi ağızdan itibaren başlar.
  • Tükrükte bulunan α-amilaz polisakkaridleri parçalar.
  • Çiğneme süresinin kısalığı ve midenin asit pH'sı bu enzimin daha fazla çalışmasını engeller.
  • İnce barsaklara pankreastan α-amilaz salgılanır.

Glukoz Taşıyıcı Molekül

  • Glukozun hücreye girişi hücre zarında bulunan ve transporter (taşıyıcı molekül) veya permeaz denilen protein yapısındaki oluşumlar aracılığı ile gerçekleşir.
  • Bu taşıyıcılar hücre zarına defalarca giriş-çıkış yapan geniş membran proteinleridir.

Glukoz Transporterları

  • Sodyum Bağımlı Tek Yönlü Transporter:
    • SGLT1: İnce barsak ve böbrekte bulunur; ince barsak ve böbrekte konsantrasyon gradientine karşı glukoz emilimini sağlar.
  • İki Yönlü Glukoz Taşınmasını Kolaylaştıran Transporterlar:
    • GLUT 1: Beyin, böbrek, kolon, plasenta, eritrositlerde bulunur; glukoz alımını sağlar.
    • GLUT 2: Karaciğer, pankreasın beta hücreleri, ince barsaklar, böbrekte bulunur; hızlı glukoz alımı ve salıverilmesi sağlar. Düşük afinite ancak yüksek kapasiteye sahiptir. Enterositlerdeki glukozun kana geçişini sağlar ve pankreasın beta hücrelerinde glukoz sensörü gibi çalışır.
    • GLUT 3: Beyin, böbrek, plasentada bulunur; glukoz alımını sağlar.
    • GLUT 4: Kalp ve iskelet kası, yağ dokusunda bulunur; insülinle stimüle edilen glukoz alımını sağlar.
    • GLUT 5: İnce barsak ve böbrekte bulunur; glukoz emilimini sağlar.

Açlık Durumunda Enerji Kaynakları

  • Açlıkta sindirim kanalına glukoz gelmez, enerji karaciğer glikojen ve TG depolarından elde edilir.
    • İskelet kası ve karaciğer glikojeni glukoza,
    • Yağ dokusu TG'si lipoliz yoluyla yağ asidine,
    • Karaciğerde glukoneogenez yoluyla glukoza dönüşür.
    • Glukoz, pirüvat, laktad, gliserol, ketoasitler ve amino asitler de glukoneogenezde kullanılabilir.

Kan Glukozu

  • 3-4 saat yemek yememiş insanda kan glukoz konsantrasyonu 90 mg/dl kadardır.
  • Eğer Diabetes Mellitus yoksa yemekten 2 saat sonra 140 mg/dl’nin altındadır.
  • Düzenleme daha çok insülin ve glukagon hormonları ile düzenlenir.

Lipit Metabolizması

Lipidlerin Rolleri

  • Hormon ve hormon öncülleri
  • Sindirimde yardımcı
  • Enerji depolanması ve metabolik yakıt
  • Biyolojik zarların yapısal ve fonksiyonel bileşenleri
  • Yalıtım oluşturarak sinir iletisinde veya ısı kaybını önlemede

Lipid Çeşitleri

  • Trigliseritler
  • Fosfolipitler
  • Kolesterol
  • Diğer lipitler
  • Yağ asitleri

Diyetle Alınan Lipidlerin Sindirim, Emilim, Salgılanma ve Kullanılması

  • Yetişkin kişi günde 60-150 g yağ alır: Triaçilgliseroller, Fosfolipidler, Kolesterol.
  • %90’nından fazlası triaçilgliseroldür.
  • Geri kalan miktar kolesterol esterleri, fosfolipidler ve esterleşmemiş (serbest) yağ asitleri oluşturur.

Lipidlerin Sindirimi

  • Sindirim midede başlar.
  • Aside dayanıklı lipaz (lingual lipaz) tarafından katalize edilir. Bu enzim lipid-su ara yüzeyindeki triaçilgliserolleri parçalar.
  • Kısa veya orta zincirli yağ asitleri içeren triaçilgliserolleri gastrik lipaz tarafından parçalanırlar (nötr pH’da aktiftir).
  • Genel olarak bakıldığında, yetişkinlerde lipidlerin sindirimi ağız ve midede hemen hemen hiç gerçekleşmez.
  • Bu yüzden lipidler ince barsağa kadar neredeyse tamamı sağlam olarak ulaşır.

İnce Barsakta Lipidlerin Enzimatik Yıkımı

  • Triaçilgliseroller, kolesterol esterleri ve fosfolipidler pankreas enzimleri tarafından enzimatik olarak parçalanırlar.
  • Pankreatik lipaz tarafından triaçilgliserollerin 1. ve 3. C’nuna bağlı yağ asitleri uzaklaştırılır.
  • Kolesterol esterleri kolesterol esteraz tarafından hidroliz edilirler, böylece kolesterol ve serbest yağ asitleri meydana gelir.
  • Fosfolipid yıkımı: pankreas sıvısındaki fosfolipaz enzimleri sayesinde yıkılır.

Vücut Sıvılarında Lipitlerin Taşınımı

  • TG ve diğer yağların sindirim kanalından emilimi ve lenf yolu ile taşınması.

Safra Tuzları ve Misel Oluşumu

  • Safra tuzları, yüksek konsantrasyonda olduklarında çapları 3-6 nanometre kadar olan küçük küresel, silindir şeklinde miçeller oluşturma eğilimi taşırlar.
  • Her miçelde 20-40 kadar safra tuzu molekülü bulunur.
  • Miçeldeki 20-40 safra tuzu molekülünün sterol çekirdekleri bir araya toplanarak miçelin ortasında küçük yağ damlacığını oluştururlar.

Şilomikronlar

  • Lipidlerin sindirimi ve emiliminden sonra, ince bağırsak mukoza hücresinde 2-monogliseridlerden ekzojen trigliseridler oluşur.
  • Bu ekzojen trigliseridler, az miktarda serbest kolesterol, kolesterol esteri ve fosfolipid ile bir araya gelirler, bir protein tabakasıyla da kaplanarak suda çözünebilir ve transport edilebilir şilomikronları oluştururlar.
  • Şilomikronlar da lenf sistemi yoluyla dolaşıma katılırlar.

Plazma Lipidleri

  • Lipidler plazmada LİPOPROTEİNLER olarak transport edilirler.
  • Lipoproteinlerdeki majör lipid sınıflandırılması:
    • Trigliseritler (%16)
    • Fosfolipitler (%30)
    • Kolesterol (%14)
    • Kolesterol esterleri (%36)
    • Serbest Yağ asitleri (%4)

Lipoprotein Metabolizması

  • Karaciğerde şilomikron kalıntılarından VLDL'ler oluşur ve bunlar da dolaşıma verilirler.

Karaciğer Yağlanması

  • Karaciğerde lipoprotein sentezi çeşitli etkenlerle inhibe olursa, endojen trigliseridler karaciğerde birikir ve karaciğer yağlanması denen tablo meydana gelebilir.

Lipoprotein Çeşitleri ve Fonksiyonları

  • Şilomikronlar: İnce bağırsaktan karaciğere triaçilgliserolleri taşırlar (intestinal mukozada oluşurlar ve lenfatik sistem yoluyla kana geçerler).
  • Çok düşük yoğunluklu lipoproteinler (Very Low Density Lipoproteins, VLDL): Karaciğerde oluşur ve triaçilgilerolleri, kolesterolü ve fosfolipidleri diğer dokulara transfer eder.
  • Ara yoğunluklu lipoproteinler (Intermediate Density Lipoproteins, IDL): Yoğunluk olarak VLDL ile LDL arasındadırlar. Kanda genelde görülmezler.
  • Düşük yoğunluklu lipoproteinler (Low Density Lipoproteins, LDL): Karaciğerden diğer dokulara kolesterol taşırlar; "kötü kolesterol" diye de adlandırılırlar.
  • Yüksek yoğunluklu lipoproteinler (High Density Lipoproteins, HDL): Diğer dokulardan kolesterol toplayıp karaciğere geri getirirler; "iyi kolesterol" olarak adlandırılırlar.

Ateroskleroz Gelişimi

  • Aterosklerotik plak gelişimi, arterin hasarlı endotel hücresinde başlar. Monositler endoteli geçerek arter duvarı intimasına göç eder ve makrofaja dönüşür.
  • Makrofajlar lipoproteinleri sindirip oksitleyerek bir makrofaj köpük hücresi şeklinde dönüşür. Köpük hücreleri, intima tabakasının inflamasyonuna ve gelişimine neden olan maddeler serbestlerler.
  • Makrofajların daha da birikimi ve intimanın gelişimi, plakların daha da büyümesine ve lipitlerin birikmesine neden olur.
  • Sonuç olarak plak damarı tıkayarak ya da parçalayarak arterdeki kanın pıhtılaşmasına ve trombüs oluşmasına yol açar.

Aterosklerozun Nedenleri

  • Artmış LDL
  • Ailevi hiperkolesterolemi
  • Azalmış HDL
  • Diğer faktörler:
    1. Hareketsizlik ve şişmanlık
    2. Diyabet
    3. Hipertansiyon
    4. Hiperlipidemi
    5. Sigara

Protein Metabolizması

Besin Proteininin Sindirimi

  • Mide mukozasında bulunan salgı hücresinden salgılanan HCl, midede protein sindirimini başlatmaktadır.
  • Midenin alt kısımlarındaki mukoza hücrelerinden pepsinojen salgılanır.
  • İnce bağırsakta protein sindirimi, midede proteinlerin hidrolizinden açığa çıkan oligopeptidleri ve amin asitleri içeren sıvının duodenuma geçmesi ile başlamaktadır.

Protein Sindirimi Süreci

  • Proteinler midede HCl ve pepsin etkisiyle daha küçük peptitlere parçalanır.
  • Gastrin ve histamin salgılanması mide mukozasını etkiler.
  • Pankreastan salgılanan kolesistokinin ve sekretin, tripsinojen ve diğer proteazların salgılanmasını uyarır.
  • Barsak endokrin hücreleri ve asiner hücreleri bu süreçte rol oynar.
  • Enteropeptidaz (Enterokinaz), tripsinojeni tripsine dönüştürür; tripsin ise diğer proteazları aktive eder.

Amino Asitlerin Vücutta Dağılımı

  • İnce bağırsak hücresine giren amino asitlerin küçük bir bölümü, o hücrede protein sentezinde kullanılmaktadır.
  • Amino asitler karaciğerde absorbe edilir ve V. Porta yoluyla genel dolaşıma katılır.
  • Amino asit havuzu dokular, plazma, kaslar, eritrositler ve beyin arasında dağılır.
  • Amino asitler:
    • Kendi proteinlerinin sentezinde,
    • Plazma proteinlerinin sentezinde,
    • Endojen amino asidlerin sentezinde,
    • Diğer azotlu bileşiklerin (pürin, pirimidin, porfirin) sentezinde,
    • Amonyaktan üre sentezinde,
    • Karbon iskeletinin glukoneogenezde kullanımında kullanılır.

Protein Metabolizması Temel Bilgiler

  • Organizmada amino asit deposu yoktur.
  • Proteinin yapısındaki karbon ve hidrojenden karbondioksit ve su oluşur.
  • Azot atomundan amonyak (toksik) oluşur; amonyak daha ileri bir işlem ile toksik olmayan üre'ye dönüştürülür.