III. MİKROBİYEL METABOLİZMA

(1)

III. MİKROBİYEL

METABOLİZMA

(2)

Organizmalar nasıl enerji elde eder?

 Serbest enerjinin çıktığı reaksiyonlar ekzergonik,

 enerjinin tüketildiği reaksiyonlar ise endergonik reaksiyonlar olarak adlandırılır.

 Bir reaksiyon esnasında enerji, H ve G olarak gösterilen iki şekilde ortaya çıkar.

 H, bir reaksiyon sırasında ortaya çıkan enerjinin toplam miktarıdır ve entalpi olarak adlandırılır. Toplam

enerjinin bir kısmı ısı enerjisi olarak kaybolabilir.

 G, kullanılabilir enerjidir.

 Bir reaksiyonun serbest enerjisindeki değişim ΔG^0’

olarak gösterilir.

 Değişim Δ sembolü ile, ⁰⁺’ ise reaksiyonun standart koşullarda (pH 7, 25^oC, 1M başlangıç madde

konsantrasyonu) gerçekleştiğini gösterir.

(3)

Organizmalar nasıl enerji elde eder?

 A + B  C + D

 ΔG⁰’ negatif ise, ortaya çıkan serbest enerji ile reaksiyon kendiliğinden olur.

Böyle ekzergonik reaksiyonlarla hücrede ATP sentezlenir.

 ΔG⁰’ pozitif ise, reaksiyon kendiliğinden olmaz enerjiye gereksinim vardır. Böyle endergonik reaksiyonlarla, flagella

hareketi, besinlerin taşınması ve hücre yapıtaşlarının sentezi gerçekleşir.

(4)

III. A. OKSİDASYON (Yükseltgenme) REDÜKSİYON (İndirgenme)

 Oksidasyon, bir substrattan elektronların çıkması, redüksiyon elektronların eklenmesidir.

 Hidrojenden sadece elektronlar transfer edilmez, protonla birlikte (tümüyle H atomları) transfer edilir.

H atomu bir proton ve bir elektrondan oluşmuştur.

Elektron ayrıldığında H atomu, bir proton (yada H iyonu, H⁺) olarak kalır.

 H₂  2e^- + 2H⁺ oksidasyon

 1/2 O₂ + 2e^- + 2H⁺  H₂O redüksiyon

 H2 okside olur, elektron donörüdür. O2 ise elektron akseptörü olarak görev görüp redükte olur.

 Katabolik reaksiyonlarda elektron donörleri enerji kaynağı olarak kullanılır.

(5)

Elektron Taşıyıcıları

Birinci grupta yer alan elektron taşıyıcıları

sitoplazmik membrandaki enzimlere bağlıdır.

ETS sisteminde görev alan, FAD ve sitokrom gibi, taşıyıcılar bu grupta bulunur.

İkinci grupta yer alan elektron taşıyıcıları hücrede serbest olarak bulunur. Bunlar hücrede bir

bölgeden diğer bir bölgeye elektronları transfer edebilirler. Koenzim NAD (Nikotinamid adenin dinükleotid) ve NADP (NAD fosfat) bu grupta bulunur.

İki elektron ve 1 proton taşıyan bu koenzim ikinci protonu (H⁺) solusyona bıraktığı için,

NAD⁺ + 2e^- + 2H⁺  NADH + H⁺ olarak gösterilir.

Hidrojen atomlarının bu transferi,

dehidrojenasyon olarak adlandırılır.

(6)

Karbonhidratların ve Depo maddelerinin Katabolizması

 Monosakkaritler (glikoz, fruktoz, mannoz ve galaktoz)  glikoz 6 fosfata

 Disakkaritler  Maltoz (glikoz+glikoz), sükroz (glikoz+fruktoz) ve laktoz (glikoz+galaktoz)  hidroliz

 Sükroz + H2O sükraz glikoz + fruktoz

 Disakkaritler  fosforolizis

 Sükroz + P sükroz fosforilaz glikoz1-P + fruktoz

 Nişasta ve glikojen granülleri fosforilazlarla glikoz 1fosfata parçalanır.

 PHB ise hidroksibütirata, asetoasetata ve asetilCoA’ya çevrilerek TCA ile okside edilir.

(7)

Glikozun Parçalanma Yolları

1. Fruktoz 1-6 bifosfat (= Glikoliz = Embden-Mayerhof-Parnas ) yolu

2. Pentoz fosfat (= Hekzos monofosfat = Warburg-Dickens-Horacker) yolu

3. Entner-Doudoroff (= 2 keto 3 deoksi 6 fosfoglukonat) yolu

4. Fosfoketolaz yolu

3. ve 4. yollar sadece bakterilerde görülür.

Bu yolların hepsinde önce glikoz bir ATP

harcanarak glikoz 6 fosfat haline çevirir.

(8)

Pentoz fosfat yolunun katabolik ve anabolik fonksiyonları

1. ATP üretiminde kullanılır. NADPH  NADH = 1 mol ATP

2. NADPH’lar biyosentez reaksiyonlarında elektron kaynağı olarak kullanılır.

3. Bu yolda üretilen 4 karbonlu şekerler,

eritruloz 4 fosfat, aromatik amino asitlerin sentezinde kullanılır. Beş karbonlu riboz 5 fosfat nükleik asit sentezinde, ribuloz 1,5 bifosfat ise fotosentezde karbondioksit akseptörü olarak kullanılır.

4. Pentozların katabolize edilmesinde bu yol kullanılabilir. Ayrıca glikoz gibi 6 karbonlu şekerler, bu yolla 5 karbonlu şekerlerden üretilebilir. Hücre peptidoglikan sentezi için gerektiğinde glikozu bu şekilde üretebilir.

(9)

enerji kazançları

 Glikoliz  2 mol ATP + 2 mol NADH

 Pentoz fosfat  2 mol NADPH

 Entner-Doudoroff  1 mol ATP + 1 mol NADPH + 1mol NADH

 Fosfoketolaz  1 mol ATP + 3 mol NADH

(10)

Piruvatın oksidasyonu

1. Piruvat  asetil-CoA

Oksijenli  Piruvat + CoA + NAD  AsetilCoA + NADH + CO2 (aerobik solunum)

Oksijensiz  Piruvat + CoA + 2 Ferrodoksin (Fd)  AsetilCoA + 2FdH + CO2

(anaerobik solunum)

2. Piruvat  organik bileşikler Oksijensiz  fermentasyon

Oksijenli  tamamlanmamış oksidasyonlar