Laktat veya etanole çevrilme esnasında glukozdaki kimyasal enerjinin yalnız küçük

bir bölümü açığa çıkar. Sitrik asit çevrimi ve elektron transport zinciri vasıtasıyla aerobik olarak daha fazla enerji elde edilebilir. Bu oksidatif yola giriş asetil CoA ile olur. Asetil CoA, pirüvatın mitokondri matriksinde oksidatif dekarboksilasyonu ile oluşur:

Pirüvat + NAD⁺ + CoA Asetil CoA + CO^PDC ₂ + NADH + H⁺

Pirüvat dehidrogenaz enzim kompleksi (PDC) tarafından katalizlenen bu reaksiyon

sitrik asit çeviriminde daha geniş olarak anlatılacaktır. Bu reaksiyon ve gliseraldehid–3– fosfatın oksidasyonu için gerekli olan NAD+, NADH’ ın mitokondri iç membranındaki taşıma zincirinde elektronlarını O2’ ye aktarması sonucu yeniden oluşur.

10.2.6. 2,3–Bisfosfogliseratın (2,3–BPG) O2 Taşımasındaki Rolü

2,3–Bisfosfogliserat, eritrositlerdeki O2 taşınmasında düzenleyici bir role sahiptir. Hemoglobine oksijen bağlanması 2,3–BPG tarafından düzenlenir. Kırmızı kan hücreleri, yüksek konsantrasyonda 2,3–BPG ihtiva ederken, diğer hücrelerde eser miktarda bulunur. Hemoglobinin O2(g) bağlaması, H⁺, CO2 ve 2,3–BPG ile düzenlenir (Bohr etkisi). Yoğun çalışan iskelet kasında H+ ve CO2 artması O2’ nin hemoglobinden ayrılmasını uyarır.

HHb⁺ + O₂ HbO₂ + H⁺

Hemoglobin, derişimin yüksek olduğu akciğerde O2(g) bağlar ve periferal dokulara taşır. Eritrositlerdeki proteinin % 95’ i hemoglobindir. Eritrositlerde yüksek oranda 2,3–BPG bulunur ve hemoglobinin O2’ e ilgisini azaltır.

Deniz seviyesinde hemoglobin O2’ e doygun, dokularda % 60 doygundur. Dokulara bırakılan oksijen % 40’ a yakındır. Yüksek irtifada, dokulara bırakılan O2 miktarı kanda taşınabilen miktarın % 30’ una düşer. Yüksek irtifada, 2,3–BPG derişimindeki artış,

85

hemoglobinin oksijene ilgisini azaltır, taşınabilen oksijenin yaklaşık % 40’ ı tekrar dokulara bırakılabilir.

Glikolizin 6. reaksiyon basamağında alternatif bir reaksiyon 2,3–bisfosfogliserat oluşturur. 1,3–bisfosfogliserat, eritrositlerde hemoglobinin oksijen taşımasında önemli bir rol oynayan 2,3–BPG’ a izomerleştirilir.

2,3–BPG’ nin sentez ve yıkımı glikoliz dışında bazı yan reaksiyonlar vasıtasıyla gerçekleştirilir. Gliseraldehid-3-fosfat 1,3-Bisfosfogliserat 3-Fosfogliserat 2-Fosfogliserat Mutaz Fosfataz H₂O P_i 2,3-Bisfosfogliserat (2,3-BPG)

Bisfosfogliserat mutaz, 1,3–BPG’ yi 2,3–BPG’ ye çevirir. 2,3–BPG’ de 3–

fosfogliserata 2,3–bisfosfogliserat fosfataz enzimi katalizörlüğünde hidrolizlenir.

Eritrositlerde glikoliz yolu ve oksijen taşınması birbirine 2,3–BPG ile bağlantılıdır. Bu yüzden glikoliz yolundaki bir arıza oksijen taşınmasını etkileyecektir. Gerçekten kırmızı kan hücrelerinde kalıtsal glikoliz yolu bozukluğu olan bazı hastalara ait kan oksijen ayrışma eğrilerinde bazı değişmelere rastlanmıştır (Şekil 10.9.).

Şekil 10.9. Normal (ortadaki eğri), hekzokinaz ve pirüvat kinaz yetersizliğine sahip kırmızı kan

86

Hekzokinaz yetersizliğinde glikoliz ara ürünlerinin konsantrasyonu düşük bulunur. Çünkü ilk reaksiyon basamağı olan glukoz fosforillenmesi bozulmuştur. Bunun sonucu düşük 2,3–BPG seviyesi hemoglobinin anormal yükseklikte oksijen afinitesine ve dokulara bırakılan O2’ nin azalmasına sebep olur. Bu olayın tam tersi pirüvat kinaz yetersizliğinde görülür. Son basamağın inhibisyonu yüzünden 2,3–BPG’ nin konsantrasyonu normalin yaklaşık iki misline çıkar. Bu da düşük oksijen afinitesine ve dokulara bırakılan O2’ nin artmasına yol açar.

10.3. SİTRİK ASİT (TCA) ÇEVRİMİ

Glikoliz olayında glukoz, iki mol pirüvat molekülüne çevrilmektedir. Aerobik şartlarda glukozdan enerji üretiminin daha sonraki basamağı, mitokondri matriksinde pirüvatın oksidatif dekarboksilasyonu ile asetil CoA oluşumudur. Bu aktifleşmiş asetil biriminin, mitokondri matriksinde CO2’ ye kadar tamamen oksitlenmesi reaksiyonları serisine sitrik asit

çevrimi, trikarboksilik asit çevrimi (TCA) veya Krebs çevrimi adı verilir. Sitrik asit

çevrimi; aminoasitler, yağ asitleri ve karbohidratlar gibi yakıt bileşikleri oksidasyonunun en son ortak yoludur. Yakıt bileşiklerinin birçoğu çevrime asetil CoA olarak girer. TCA çevrimi, aynı zamanda biyosentezde kullanılan ara bileşiklerin sağlandığı bir metabolik yoldur.

Pirüvat Dehidrogenaz Enzim Kompleksi (PDC)

Başlıca glikoliz yoluyla olmak üzere, sitoplazmada oluşan pirüvat; iç membranda bulunan spesifik taşıyıcı protein tarafından bir H+ beraberliğinde veya OH- karşılığında mitokondri matriksine taşınır. Glikoliz ile TCA çevrimi arasındaki bağlantı, mitokondri matriksinde pirüvatın asetil CoA’ ya oksidatif dekarboksilasyonla çevrilmesi sonucu kurulmaktadır. COO -C CH₃ Pirüvat O + CoASH + NAD^{+ PDC} Asetil CoA C O

H₃C



Glikoliz ürünü olan pirüvatın asetil CoA’ ya dönüşümsüz olarak çevrilmesini sağlayan bu reaksiyonun pirüvat dehidrogenaz enzim kompleksi (PDC) tarafından katalizlendiğini daha önceden belirtmiştik. Bu enzim kompleksi üç çeşit enzimin organize bir topluluğudur (Tablo 10.2.). Bu reaksiyon, stokiyometrisinde görüldüğünden çok daha karmaşıktır. CoA ve NAD⁺ gibi denklemde yer alan kofaktörlerin yanı sıra, prostetik grup olarak tiamin pirofosfat (TPP), lipoamid ve FAD koenzimlerini de ihtiva eder.

87

Pirüvatın asetil CoA’ ya çevrilmesi dört basamakta gerçekleştirilir. Önce pirüvat TPP ile birleşerek dekarboksile olur. Bu reaksiyon, multienzim kompleksinin pirüvat dehidrogenaz

bileşeni tarafından kataliz edilir.

Pirüvat + TPP ^{Pirüvat dehidrogenaz bileseni (E. 1)} Hidroksietil-TPP + CO₂

İkinci basamak reaksiyonda, TPP’ ye bağlı hidroksietil oksitlenerek asetil grubu halinde lipoamide aktarılır. Bu reaksiyon multienzim kompleksinin bir kısmı olan dihidrolipoil

transasetilaz enzimi tarafından katalizlenir ve asetillipoamid oluşur.

Hidroksietil-TPP + Yükselgenmis lipoamid Asetil lipoamid + TPP^{Dihidrolipoil transasetilaz (E}2) .

Üçüncü basamakta, asetil grubu CoA’ ya aktarılarak asetil CoA oluşur. Bu reaksiyon da dihidrolipoil transasetilaz tarafından katalizlenir.

Asetil lipoamid + CoASH Asetil CoA +^{Dihidrolipoil transasetilaz (E}2)

i

Tablo 10.2. E.coli’ nin pirüvat dehidrogenaz kompleksi

Enzim Zincir

Sayısı

Prostetik Grup

Katalizlediği Reaksiyon

Pirüvat dehidrogenaz birimi (E1) 24 TPP Pirüvatın dekarboksilasyonu

Dihidrolipoil transasetilaz (E2) 12 Lipoamid 2 nolu karbonun oksidasyonu ve

CoA’ ya transferi

Dihidrolipoil dehidrogenaz (E3) 12 FAD Lipoamidin yükseltgenmiş

formunun tekrar oluşumu

Dördüncü reaksiyon basamağında lipoamidin yükseltgenmiş hali tekrar kazanılarak reaksiyon tamamlanır. Bu reaksiyonda yükseltgeyici NAD+ olup, olay dihidrolipoil

dehidrogenaz tarafından katalizlenir. FAD, bu enzimin prostetik grubudur.

i

FADH₂ + NAD⁺ FAD + NADH + H⁺ Şimdi bu karmaşık reaksiyonu aşağıdaki şema ile özetleyelim:

88 H₃C C COO -O CO₂ TPP (E₁) H₃C C TPP OH H H₃C C S O L SH L SH SH L S S FAD FADH₂ (E₂) (E₃) NAD⁺ NADH + H⁺ CoA-SH H₃C C S O CoA 

Üç çeşit enzimin yapı olarak iç içe organizasyonu, bu karışık reaksiyonun koordineli olarak katalizine fırsat vermektedir. Bu reaksiyonun bütün ara bileşikleri komplekse sıkıca bağlı olarak bir enzimden diğerine aktarılmaktadır.

10.3.1. TCA Çevrimi Reaksiyonları

Pirüvatın oksidatif dekarboksilasyonu sonucu oluşan asetil CoA, sitrik asit çevrimine girer. Hans Krebs tarafından aydınlatılan bu çevrimdeki olayları kısaca ve şematik olarak gözden geçirelim: C₂ (Asetil CoA) C₆ (Sitrat) NADH CO₂ C₅ (-ketoglutarat) NADH CO₂ C₄ (Süksinat) GTP FADH₂ NADH C₄ (Okzalasetat)

TCA çevriminin ilk reaksiyonunda dört karbonlu bir bileşik (okzalasetat) ile iki karbonlu bir asetil birimi kondanze olarak, altı karbonlu bir trikarboksilik asit (sitrat) meydana getirirler. Sitrat da dekarboksile olarak, beş karbonlu bir bileşik (α–ketoglutarat) oluşur ve bunun da oksidatif dekarboksilasyonu ile dört karbonlu dikarboksilik asit (süksinat) meydana gelir. Daha sonra süksinat çeşitli oksidasyon basamaklarından geçerek tekrar okzalasetata

89

çevrilerek çevrim tamamlanır. Bu suretle asetil birimi halinde çevrime giren iki karbon, iki adet CO2 halinde çevrimden ayrılır. Bu olayda asetil birimi başına dışarı verilmiş olan 8 elektron, metabolizmadaki elektron taşıyıcıları tarafından alınacaktır. Gerçekten 6 elektron üç tane NAD+’ ya transfer olurken, iki elektron da FAD’ ye aktarılır. Burada oluşan 3NADH ve 1FADH2 elektron transport zincirinde O2 tarafından oksitlenirken 11 molekül ATP meydana getirirler. Bunun yanı sıra bir çevrimde, yüksek enerjili fosfat bağına sahip bir de GTP sentezlenir. Böylece, asetil birimi başına 12 ATP sentezlenmiş olur.

Sitrik asit çevriminin sekiz basamağı vardır. Sitrik asit çevriminin sekiz ardışık reaksiyonunun incelenmesinde, asetil CoA ve okzalasetatdan sitratın oluşmasına ve CO2 oluşturmak için sitratın oksitlenmesine ve bu oksidasyon enerjisinin NADH ve FADH2’ de korunmasında yer alan dönüşümlere özel önem verilecektir.

Şimdi sitrik asit çevriminin ardışık reaksiyonlarını enzimleriyle beraber tek tek inceleyelim: