KARBONHİDRAT METABOLİZMASI (Glikolizis)
Doç.Dr. Emine DIRAMAN
Dokularda Glukoz nasıl kullanılır?
Glukoz enerjiye gereksinim olduğu zaman canlılara göre farklılık gösteren değişik şekillerde kullanılmaktadır.Glukozun organik yıkımı farklı canlılarda çeşitli yollarla gerçekleşir.
Örneğin,
Glukozun hücrelerdeki potansiyel enerisi 2840 kjoule/mol kadardır. Bu enerji, C atomları arasındaki bağlarda depo
Edilmiştir ve vücutta da enzimler tarafından kullanılabilecek hale getirilmesi gerekir. Sonuçta evrensel enerji ATP elde
edilir.
Glukoz, öncelikle anaerobik yolla parçalanır ve 3C’lu
bileşik olan pürivik asit elde edilir.Glukozun bu 3C’lu safhaya kadar geldiği yol tüm hücrelerde aynıdır.
Bu aşamadan sonra hücrenin tür ve yaşam şekline göre oluşan 3C’lu bileşikler çeşitli şekillerde ve yollarda
kullanılırlar.
GLUKOZ
2 Pirüvik Asit
2 Etil Alkol+2CO 2 Asetil CoA 2 Laktik Asit
KREPS
DÖNGÜSÜ CO2+H2O
Maya Hücreleri Kaslarda
Alkolik Fermantasyon
Laktik Asit fermantasyonu
1 2 3
Canlılarda ki glukoz kullanım yolları evrenseldir. Evrim sonucu kazanılmış yollardır. Fakat, glukoz canlılar için tek yakıt kaynağı değildir.
Glukozun birçok transformasyon yollarını kullanan canlı türü vardır. Bu canlıların ortaya çıkardıkları ürünler farklıdır.
Örn.// H2O-CO2, Laktik Asit, Etil Alkol-CO2 gibi
Yüksek yapılı canlılarda Glukoz 3 ana yolda kullanılır:
1. Polisakkaritler şeklinde(glikojen) metabolizmada gerekli enerjiyi sağlamak için
2. Glikolizis adı verilen tepkime zinciri sonunda 3C’lu bileşiklere okside edilirler
3. Nükleik Asit metabolizmasına hizmet etmek için Pentoz– Fosfat yoluyla pentozlara dönüştürülürler.
Çoklu enzim sistemlerinde bir enzimin ürünü kendisinden sonraki tepkimeyi katalizleyen
enzimin substratıdır.
Böylece glukozdaki enerji hücrelerde
kullanılabilecek enerjiye dönüşürken ara
yollardaki metabolitler diğer yollar için
kullanılır .
GLİKOLİZİS
(Embden Meyerhof Parnas Yolu)
Bu metabolik yolda 10 tane enzimatik aşama sonunda glukozda ki enerji hücrelerde kullanılabilecek enerjiye dönüştürülebilir.
Son ürün olan Pürivik asit ana bileşiktir. Önemli bir yıkım ürünüdür. Daha sonra piruvat hücrelerden gelen isteğe göre
kullanım yoluna sokulur.
Glukoz çeşitli enzimatik yollardan geçerek 2 Pürivik asite dönüşür.
Bu piruvat
Maya hücrelerinde, 2 Etil alkol ve CO2’e
KC’de özel kullanım yolları ile Asetil CoA’ya dönüştürülür.Asetil CoA, krepsin yakıtıdır ve CO2 ve H2O’ya kadar parçalanabilir.
Kas hücrelerinde ise 2 Laktik asite dönüşür
GLUKOZ
2 Pirüvik Asit
2 Etil Alkol+2CO 2 Asetil CoA 2 Laktik Asit
KREPS DÖNGÜ
SÜ CO2+H2O
Maya Hücreleri Kaslarda
Alkolik Fermantasyon
Laktik Asit fermantasyonu
1
2
3
1 2
3
(Anaerobik Yol)
(Anaerobik Yol) (Aerobik Yol)
O2’ li solunumda organik yakıt molekülü en son elektron alıcısına indirgenir. Bu enzimatik olarak başarılır. Glukozun O2’li koşullardaki yıkımı ile max. enerji elde edilir.Fakat O2’siz koşullardaki yıkımı ile glukozdaki enerjinin tümünün alınması mümkün değildir.
O2’siz koşullarda, glukozun 2 mol LA’e yıkımı sonucu net 2ATP(14.6 kcal) kazancımız varken O2’li ortamda H2O Ve CO2’ e yıkımı sonucu sonucu -47 kcal enerji kazancımız vardır.
O2’siz koşullarda ki glukoz yıkımında O2’li koşullarda ki glukoz yıkımına göre %90’dan fazla enerji kaybı söz konusudur. Bu nedenle O2’i kullanabilen hücre ise bu hücreler yakıt molekülündeki enerjinin fazlasını ister.
Bunun sonucunda O2’li koşullarda glukoz yıkıma girer.
Kaslarda ise glikojenden enerji elde edilir. Kaslarda, glukozun O2’siz koşullarda yıkımı ile enerji eldesinde son ürün olan LA kana verilir. Dinlenme halinde kas hücresindeki glukoz yıkımı yavaşlarken elde edilen enerji artar.
Glikolizis te gerek maya hücrelerinde gerek kas
hücrelerinde gerekse KC hücrelerinde glukoz çeşitli enzimatik aşamalardan geçerek piruvata gelir. Glukozdan doğrudan
doğruya enerji elde edilemez.
Glukoz yıkımı 2 adımda gerçekleşir.
1. adımda da glukoz aktive edilir. 5 basamak olup enerji harcanır.
Gliseraldehit 3 fosfat(3PGAL) ve
dihidroksi aseton(DHAP) olmak üzere iki trioz meydana gelir.
2. adımda ise glukoz enerji verebilecek konuma getirilir. Bu adımın sonunda elde edilen enerjiden
aktivasyon için kullanılan enerji çıkarılarak net enerji hesaplanır.
GAL3P’ın pürivik asite(PA) ve laktik asite(LA)
yıkılması
1. adım
2.adım
1.adımın sonunda oluşan 3PGAL VE DHAP, triozfosfat izomeraz enzimi ile birbirine dönüştürülmektedir.Hücreler 3PGAL üzerinden glukozun yıkımının gerçekleşmesi
evrimleşmiştir. Bu nedenle DHAP triozfosfat izomeraz enzimi ile 3PGAL’e dönüştürülerek glikolitik yola sokulur.
Glikolitik yol tepkimeleri sitoplazmada gerçekleşir. Bu yolda 10 enzim kullanılır. Bu yolda bütün bileşikler P’lı
bileşiktir. Bu yolda net 2 ATP kazanç vardır.
(İlk canlı anaerobik canlıdır. Glikolizis organik
moleküllerden enerji elde yollarının en eskisidir. Glikolizis sitozolde gerçekleşir. O2’e gereksinim yoktur.)
Glikolitik yolda ki tüm bileşiklerin P’lı olmasının nedenleri
1. P grupları, pH=7’de iyonize olabilen gruplar içerir. Dolayısıyla
bağlandığı bileşiğe net (-) elektrik yükü sağlar. Yüklü bileşiklerin zardan kendi kendine geçişi yoktur. Bu nedenle glukozun zardan dışarı
diffuzyonu engellenir.
2. ADP’den ATP sentezini gerçekleştirmek için P’lı bileşikler
metabolizmada enerjinin enzimatik yolunda esasi bileşiklerdir. Yani P vericisidirler.
3. Özgül enzimlerce glikolitik ara ürünlerinin tanınması için P
grupları bu özgül enzimlere bağlanma gruplarını oluşturmaktadır. Yani P grupları enzimlerin tanıma noktalarını oluşturur.
Glikolitik yolda enzimlerin tümü kofaktör olarak Mg+2 iyonlarına gereksinim duyarlar. Bu Mg+2 iyonları ADP ve ATP molekülündeki P molekülüne bağlanarak kompleks oluştururlar.
Enzimlerin asıl tanıdığı kısım MgADP kompleksidir. Bu nedenle Mg+2 kofaktörü önemlidir.
Glikolitik yoldaki 1. adım
Kandan gelen glukozun kullanılmak üzere glikolitik yola girmesindeki ilk adım glukozun fosfatlanmasıdır.
Glukozun, hekzokinaz ve glikokinaz enzimlerin aktivitesiyle fosforilasyonu gerçekleşir.
D-Glukoz + ATP D-Glukoz 6P + ADP Hekzokinaz
Mg+2 1
Hekzokinaz:
6C’lu şekerlere P bağlayan enzimdir. Kofaktör olarak Mg
+2iyonlarına gereksinim duyar. Bu enzimin KC’deki şekli Glikokinazdır. Mg
+2iyonları ATP’ye bağlı olduğu zaman MgATP kompleksi oluşur ve Hekzokinazın da asıl substratını oluşturur.
Hekzokinaz enzimi çeşitli dokularda saf olarak izole edilmiştir ve aktivitesi gözlenmiştir. Farklı dokularda da farklı izoenzim formlarına sahiptir Bu izoenzimlerin
kinetik özellikleri farklı olduğu için farklı enzim olarak gösterilirler. Örn.// Glikokinaz KC’de işlev gören
formudur.
Hekzokinaz enzimi kas hücrelerinde glukoz için düşük Km değerine sahiptir (Km ile substrat ilgisi ters orantılıdır. Bu nedenle bu enzimin substrata ilgisi
fazladır.) Ayrıca kas hücrelerinde glukozu max.
düzeyde fosfatlar. Daha sonra da bu enzim kendi
ürünü olan Glukoz 6P ile kuvvetli bir şekilde inhibe edilir. Bu inhibisyon enerji fazla olduğunda
gerçekleşir.
Bu olaylar bu enzimin düzenleyici ve
allosterik enzim olduğunu göstermektedir.
Glikokinaz:
Hekzokinaz enziminin KC deki aktif formu olan glikokinaz diğer dokularda bulunmaz. Bu enzimin izoenzimin olduğu
hekzokinazdan farklı yanları vardır. Bunlar:
1. Glukokinaz sadece glukoza etkilidir.
2. Glukokinaz, Glukoz 6P ile inhibe edilemez
3. Glukokinaz, glukoz için diğer heksozlardan daha yüksek Km değerine sahiptir.
D-Glukoz 6P fosfoglukoizomeraz enziminin
aktivitesiyle D-fruktoz 6P’a dönüşmektedir. Bu tepkime bir izomerizasyon tepkimesidir.
D-Glukoz
D-Glukoz 6P
D-Fruktoz 6P
Fosfoglukoizomeraz enzimi;
Glukozun 1. C’da ki keto grubunu 2.C’una taşır. Yani aldozdan keto oluşunu katalizler. Bu enzim glukoz 6P ve fruktoz 6P’a özgü bir enzimdir olup iki yönlü çalışmaktadır. Glikolizis için önemli bir enzimdir.2
Hekzokinaz, Mg+2 Fosfoglukoizomeraz, Mg+2
ATP ADP
D-Fruktoz 6P’tan fosfofruktokinaz enziminin aktivitesiyle Fruktoz 1,6 diP oluşumu
D-Glukoz D-Glukoz 6P D-Fruktoz 6P
3
Hekzokinaz,Mg+2 Fosfoglukoizomeraz,Mg+2
ATP ADP
ATP
ADP Fosfofruktokinaz Mg+2
Fruktoz 1,6 diP
Fosfofruktokinaz enzimi:
Bu enzim Mg+2 iyonunu kofaktör olarak kullanır. Ayrıca ATP’nin uç P grubunu fruktoz 6P’ın 1.C’una taşır ve Fruktoz 1,6 diP oluşur. Bu enzim hücrelerde tek yönlü çalışır. Bu enzim de Hekzokinaz enzimine benzer bir mekanizma ile düzenlenir. Özellikle kuşlarda glikolizisin en önemli düzenleyicisi olarak gösterilen bu enzimin aktivitesi hücrelerde ATP tüketimi fazla olduğunda veya ATP fazla miktarda yıkıldığınd hızlandırılır. Ayrıca hücrelerde sitrat veya yağ asiti gibi yakıt moleküllerinden ATP sağlanıyorsa yani hücrelerde ATP düzeyi arttıysa bu enzim inhibe edilir.Fruktoz 1,6 diP’tan aldolaz enziminin
aktivitesiyle DHAP VE 3PGAL oluşumu. DHAP ve 3PGAL, 6C’lu bileşikten oluşan 3’er C’lu 2 üründür.
D-Glukoz D-Glukoz 6P D-Fruktoz 6P
4
Hekzokinaz,Mg+2 Fosfoglukoizomeraz,Mg+2
ATP ADP
Mg+2
Fosfofruktokinaz
ATP
ADP
Fruktoz 1,6 diP
Aldolaz
DHAP 3PGAL Aldolaz enzimi: Hayvan dokularında Mg+2
İyonlarına gerek duymaz. Ancak bir çok
mikroorganizmalar da bu enzim Zn+2 içeren bir enimdir.
Buraya kadar incelenen 4 tepkime, glikoliziste, glukozun enerji harcanarak kullanım yoluna sokulmasıdır.
4.tepkime sonunda meydana gelen 3C’lu DHAP ve
3PGAL ürünlerinden 3PGAL üzerinden glikolitik yok devam eder. Çünkü 3PGAL üzerinden gidilen yol evrimleşmiştir ve daha kolaydır.
Bu nedenle oluşan DHAP, triozfosfatizomeraz
enzimi ile 3PGAL’e dönüştükten sonra glikolitik yola devam eder.
Fruktoz 1,6 diP
DHAP 3PGAL
triozfosfatizomeraz Aldolaz
5
Glikolitik yoldaki 2. adım
3PGAL’in glikolitik yola sokulmasıyla glikolizisin 2. adımı başlar. Yani enerji elde etme adımına girilir.
Bu adımda, glukozun indirgenmesiyle elde edilen P’lı bileşiklerde ki P’lar ATP üretiminde kullanılır.
Yani bu bileşikler P vericisi olarak hareket edeceklerdir.
ATP sentezi, metabolitlerden elde edilen P’ların
ADP’ye aktarılmasıyla gerçekleştiği için substrat
düzeyinde fosforilasyon olarak adlandırılır.
•
Bu aşamada 3PGAL, iki yönlü işlev gören GALPdehidrogenaz enziminin aktivitesiyle 1,3 diP Gliserik asite dönüşür.
3PGAL 1,3 di P gliserik asit (=1,3 di PGA)
Glikolitik yolun oldukça karmaşık aşamasıdır. Bu kompleks
tepkimede 3PGAL e- vericisi olarak kullanılır. 3GPAL’in aldehit grubu H+ kaybeder. Ancak serbest keto grubu oluşmaz. H+ ayrılmasıyla
fosforik asit anhidrit bağı ile gliseraldehite bağlanır. Böylece
1,3 diPGA oluşur. Bu tip anhidrit bağına açil fosfat bağı da denir. Bu bağ oldukça yüksek serbest enerjiye sahiptir (11kcal).
6
Giseraldehit fosfat Dehidrogenaz
NAD+ NADH+H
iodoasetat ile inhibe edilir.
E- SH + ICH2COO- - S – CH2COO- + HI
E
Bileşiğin standart enerjisinin sadece 3,2 kcal’lik kısmı diğer P grubuna aittir. Yani 3PGAL’nin aldehit grubun serbest enerjisinin bağı yüksek enerjili açil P’ta toplanır.
Burada elektron akseptörü NAD+’nın okside formudur. NAD’nın bu formu vitamin ve nikotin amit içerir.
NAD+’nın redüksiyonu enzimatik olarak 3PGAL’in aldehit grubundaki hidrojenin NAD+’nın nikotin amit halkasına
aktarılmasıyla gerçekleşir. Yani nikotin amitin 1. Ve 4. Atomlarının indirgenmesi gerçekleşir.
Sonuçta indirgenmiş NAD+ formu oluşur.
3PGAL dehidrogenasyonunun aktivite mekanizması çok komplekstir.
Substrat, (3PGAL) enzimin aktif merkezinde -SH grubuna kovalent
olarak bağlı hidrit iyonu NAD’ye transfer etmek üzere harekete geçer ve yüksek enerjili açil enzim kompleksi oluşur. Bundan sonra ortamdaki Serbest inorganik fosfatı 3PGAL’e aktarırken enzim serbest hale geçer.
H
E - S - C - R E - S - C - R E- SH OH O I II
I NAD NADH+H+ Pi
P - C- R
ıı O
1,3 di PGA
Bu tepkimede elde edilen NADH+H+ NAD’ye dönüşmedikçe inhibe edilir. NADH+H+ okside edilmedikçe glukozun kullanımı engellemiş olur.
(NADH+H+ ekstramitokondrial’dir. Yani mitokondri dışında e- taşınması).
1,3 di PGA, P grubunun ADP’ye transfer edilmesiyle 3PGA oluşması
Fosfogliseratkinaz enziminin aktivitesiyle 1,3 di PGA’ten 3 PGA oluşur. Bu enzim Mg2+ kofaktörünü kullanır ve çift yönlü olarak işlev görür.
7
1,3 di PGA 3 PGA
Fosfogliserat kinaz enzimi, Mg+2
Fosfogliserat mutaz enziminin aktivitesiyle 3GPA’nın 2 PGA’ya dönüşmesi.
Fosfogliserat mutaz enzimi Mg2+ iyonunu kofaktör olarak kullanır ve 2 yönlü işlev görür. Mg+2, P’ın yeri değiştirmek için kullanılır.
Mutaz enzimleri, KH’larda fonksiyonel grubun yerini değiştirir.
Bu enzim de 3 PGA’in 3.C’nunda ki P’ı 2.C’nuna taşır.
8
3PGA 2PGA
Fosfogliserat mutaz, Mg+2 I I
2 PGA’in, enolaz enziminin aktivitesiyle dehidrasyona uğratılarak fosfo-enol piruvik asite(PEPA) dönüştürülmesi
Enolaz enzimi, çeşitli hayvansal dokulardan saflaştırılarak elde edilebilir. Enolaz enziminin inhibitörü, fluorofosfat bileşiğidir.
Enolaz karakteristik olarak ayrı ayrı fluora ve fosfatla inhibe edilebilir ancak gerçek inhibitörü fluorofosfattır.
9
2PGA PEPA
Enolaz enzimi Mg+2
Fluorofosfatla inhibe edilir
PEPA’da ki P grubunun ADP’ye transfer edilmesi ile PA’in oluşması.
Bu tepkimeyi piruvat kinaz enzimi katalitiz eder. Mg+2’u kofaktör olarak kullanır
Ortam pH’sı enol piruvatın bu formda kalmasına izin vermez.
Enol Piruvat keto piruvata dönüşür. Bu tepkime spontan bir tepkimedir.
Keto Piruvat sistemimizin kullanabileceği piruvat formudur.
Hücresel koşullarda bu tepkime tek yönlüdür. Piruvat kinaz enzimi Mg yanında K ve Mn iyonlarına da ihtiyaç duyar. Bu enzim önemli bir
düzenleyici enzimdir.
10
PEPA PA
PEPA CH2 = C – COO- CH3 – C-COO-
ADP ATP Piruvat Kinaz, Mg+2
II O I
O
Enol Piruvat Keto Piruvat
Glukozun bu aşamaya kadar olan yıkımı
anaerobik ve aerobik organizmalarda
aynıdır
• Glikolizin hızında gerekli düzenleme,
fosfofruktokinaz ve pirüvat kinaz enzimlerinin düzenlenmesi vasıtasıyla başarılır.
• Her iki enzim, ATP üretilmesi ve tüketilmesi
arasındaki hücresel dengeyi yansıtan bazı anahtar metabolitlerin konsantrasyonlarındaki değişmelerle allosterik olarak düzenlenirler.
Pirüvatın anaerobik ve aerobik şartlarda yolu
• Glikolizde, 2 ATP harcanmaktadır
• Glikolitik tepkimelerde ise 4 ATP oluşmaktadır.
• Glikolizin enerji kazancı, net 2 ATP olmaktadır.
• Glikolizin devam edebilmesi için sürekli NAD+ ve ADP sağlanmalıdır.
• Hücrelerin büyük bir bölümünde O2 kullanılarak oksidatif fosforilasyonla ATP elde edilmektedir.
FERMANTASYON;
Glikolizin dışında bir anaerobik olaydır.
o Vücutta, yeterli miktarda oksijen olmadığında, NAD
+yapmada kullanılır
o NAD
+NADH’dan yada glikolizis durduğunda rejenere edilebilir
o Çeşitli tipte fermentasyon vardır, en
önemli ikisi: laktat ve etanol
Keto piruvat, laktat dehidrogenaz enziminin aktivitesiyle laktata dönüşür. Bu enzimin olduğu ortamda e- dönürü
olmalıdır. e- vericisi olarak NADH2, NAD+’ye dönüşmedikçe sisteme devam edilmez (inhibe edilebilir).
Buradaki NADHH ekstra mitokondriyaldir yani mitokondri dışındadır.
Pirüvik Asit Laktik Asit
Laktat dehidrogenaz enzimi
NADH2 NAD+
Laktik dehidrogenaz enzimi metabolizmada önemli enzimlerdir. Farklı dokularda aktif olan 5 tane izomerizm
formu vardır. Bu formların piruvat için Km değerleri, turnover sayılar ve piruvat tarafından allosterik özellikleri de farklıdır.
Kalpte çalışan laktat dehidrogenaz ile kastaki laktat
dehidrogenaz enzimleri de farklılık gösterirler. Aynı aktiviteyi göstermelerine karşın bunların Km değerlerinde, turnover
sayılarında, allosterik özelliklerinde farklılıklar bulunmaktadır.
Kalp laktat dehidrogenaz (LDH), H tipi laktat
dehidrogenaz olarak adlandırılır. H tipinin 4 alt tipi vardır ve H4 olarak gösterilir.H tipi laktat dehidrogenaz piruvat için oldukça düşük Km derecesine sahip olmasına karşın piruvat tarafından güçlü bir sekilde inhibe edilir. (Km, substrat ilgisi arasında ters orantı vardır)
Kaslardaki laktik dehidrogenaz ise M tipi olarak
adlandırılır ve bununda 4 tane alt tipi vardır (M4). Kas laktat dehidrogenaz, piruvat için oldukça yüksek Km derecesine sahiptir. Piruvat tarafından inhibe edilmediği gibi katalitik aktivitesi oldukça yüksektir.
Laktat dehidrogenaz enziminin izoenzimleri A4, A3B, A2B2, AB3, B4
A4 tipi özellikle iskelet kaslarında çok düşük piruvik asit konsantrasyonunda bile hızlı bir şekilde piruvatın laktata
indirgenmesini gerçekleştiren bir enzimdir.
B4 tipi ise hızlı bir şekilde piruvatı laktıik asite okside eder
Kas kasılması için gerekli enerjiyi sağlamak için organik yakıt molekülerinin anaerobik koşullardaki yıkımı sonucunda
Glukoz 2 laktik asit oluşur.
ve net 2ATP kazanılmıştır.
Dokularda, örneğin iskelet kası hücrelerinde, glukoz hem O2’li koşullarda hem de O2’siz koşullarda yıkılabilir. Bu
dolaşım sisteminin işlevine bağlıdır. Dolaşım sistemi dokulara yeterli derecede O2 taşıyabiliyorsa yıkımı O2’li ortamda
gerçekleşir. Eğer yeterli O2 dokulara taşınmıyorsa yıkımı anaerobik olarak yapılır.
• Glukoz O2’li ortamda yıkıldığında yıkım hızı yavaştır, çok enerji elde edilir.
• Glukoz O2’siz ortamda yıkıldığında yıkım hızlı fakat elde edilen enerji azdır.
Glukozun O2 kullanılmasından dolayı hızının fazla olması O2 borcu kavramını ortaya çıkmıştır.
Vertabratların çoğu olarak aerobiktir. Bu canlılarda glukoz, glikolisiz ile piruvata yıkılır. Daha sonra O2 varlığında CO2 ve H2O’ya kadar yıkılır.
Anaerobik glikolisiz, insanlar da içine alan hemen hemen tüm vertebrataların kaslarının aşırı aktivitesi ile gerçekleşen aktivitelerde kullanılır.
Örn.// surat koşucuları, 100m koşucuları.
Bu koşucularda, piruvattan ATP elde edilmesini sağlamak için (oksidasyonunu sağlamak için) O2 kaslara yeterli miktarda hızlı taşınmaz. Bu nedenle kaslarda anaerobik glikolisiz ile
ATP oluşturmak üzere kas glikojenini yakıt olarak kullanır ve son ürün olarak laktat oluşur. Bu oluşan laktat
konsantrasyonunun yükselmesi yorgunluk belirtisidir.
Koşu sırarında, kandaki laktat düzeyi oldukça yüksek derişimlere ulaşır.
Dinlenme periyodunda, laktat karaciğerde yavaş yavaş glukoza dönüştürülür. Bu sırada solunum hızı normale
dönünceye kadar O2 tüketilmesi, O2 borcunun ödenmesi içindir. Bu borç karaciğer ve kaslarda glikojenin( ki bu glikojen, ani kas kasılması için borç alınan glikojendir)
yenilenmesi sırasında gerekli ve yeterli ATP sağlanması için gereksinim duyulan borçtur.
Kas kasılması için gerekli enerjinin glikolizisle elde edilmesi genellikle beyaz kas fibrillerinde gerçekleşir. Bazı
kaslar hem kırmızı hem beyaz fibriller içerirler. Bazı kaslar ise sadece beyaz kas fibrilleri bazıları da sadece kırmızı fibrilleri içermektedir.
Örn.// evcil hindilerin uçma kasları beyaz fibriller
içerirler. Bu nedenle uzun mesafelere uçamazlar. Atların bacak kasları ise oldukça geniş oranda kırmızı kas fibrilleri taşır.
Beyaz kas fibrilleri; az miktarda mitokondri içerirler, hızlı kasılırlar. Bu kaslar ATP ihtiyacını anaerobik yolla sağlarlar.
Bu kaslar sadece çok kısa peryotlarda maksimum oranlarda fonksiyon gösterebilirler. Bu nedenle kas glikojeni depoları sağlıksız bir şekilde kullanılır.
Kırmızı kas fibrilleri; mitokondri açısından çok zengindir ve oldukça yavaş kasılırlar. Enerjilerinin oldukça büyük bir kısmını, yakıt moleküllerini O2 varlığında okside ederek sağlarlar ve uzun peryotlarda aktif kalabilirler.
Genellikle küçük cüsseli hayvanların dolaşım sistemleri kasların glikojeninin anaerobik kullanımını engellemek için dokulara hızlı bir şekilde O2 taşır. Örn.// Göçmen kuşlar uzun mesafelere hızlı bir şekilde dinlenmeksizin ve O2 borcu
olmaksızın günlerce havada kalabilirler.
Bir çok orta büyüklükteki koşu hayvanları da aerobik
metabolizmaya sahiptirler. Bunu da taşıdıkları kas fibrilleri ile gerçekleştirirler. Ancak büyük cüsseli hayvanların dolaşım sistemleri kasların ani kasılması sırasında aerobik
metabolizmayı besleyemez. Bu metabolik bir problemdir.
Bazı hayvanlar da genellikle normal koşullarda yavaş hareket ederken sadece acil durumlarda kaslarını hareket ettirirler. Çünkü metabolik problem nedeniyle bu tip kas
kasılmalarında O2 borcunu kapatmak için uzun peryot vardır.
Örn.// Timsahların kuyruk kasları, filler, balinalar,dinazorlar.
Timsahlar, normalde uyuşuk ve tembel hayvanlardır. Bu hayvanlar kışkırtıldıkları zaman şimşek gibi hızlı hareket
Ederler ve kuvvetli kuyrukları tehlikeli olabilir. Bu şekilde ani aktivite patlamaları kısadır ve bunu uzun bir normale dönüş peryodu izler.
Hızlı ve acil hareketleri, beyaz fibrilli kaslarda, ATP oluşturmak için anaerobik glikolizis metabolizma kullanılır.
Kaslarda glikojen miktarı fazla olmadığından kasların
enerjisini hızlı bir şekilde sarfederler. Bu nedenle dolaşım sisteminin hızına bağlı olarak farklı canlılarda dinlenme peryodu değişir.
Küçük cüsseli hayvanların haraketini kırmızı kas
fibrilleri, büyük cüsseli hayvanların haraketini sağlayan kaslar ise beyaz kas fibrillerinden oluşur.
Mayalar ve diğer bazı mikroorganizmalar glukozu laktik asit yerine etanol ve CO 2 ’e parçalamaktadırlar. Alkolik fermantasyonda kullanılan yol glikolitik yolun aynısıdır. Fakat laktat dehidrogenaz kademesi yerine iki farklı enzimatik kademe gelmiştir.
C=O C=O H- C- OH
TTP(koenzim)
Piruvat dekarboksilaz Alkol dehidrogenaz
CH3 C C
II I I
I I I COO- CH3 CH3
H2O CO2 NADH+H NAD+
Asetaldehit Etil alkol
Glukoz + 2Pi + 2ADP 2Etil Alkol + 2 ATP + 2H2 O
Alkolik fermantasyon ürünü sadece etil alkol değildir. Propiyonik asit, süksinik asit, bütirik asit,aseton v.s. ürünler olmaktadır. Bu fermantasyon yolunu gerçekleştiren
kimya endüstrisinde kullanılan mikroorganizmalardır.