Biyoenerjetikler ve Metabolizma

Enerji bir sistemin iş yapma kapasitesidir. Enerji korunumu yasasına göre enerji ne yaratılabilir, ne de yok edilebilir, sadece farklı biçimlere dönüştürülebilir.  

Enerji çeşitleri genel olarak; kimyasal, ısı, potansiyel, kinetik, manyetik, mekanik, manyetik, nükleer, ışık ve ses enerjisi şeklindedir.

Standart serbest enerji değişimi (∆G°) standart koşullar altında bir reaksiyonda başlangıçtan denge durumuna kadar
ki süreçte meydana gelen enerji değişimidir. Burada standart olarak bahsedilen koşullar; 1 atm basınç, 25°C sıcaklık ile reaktant
ve ürün konsantrasyonlarının 1 M olduğu durumdur. 

K'_eq=1,0 olduğunda ΔG°'=0 olur. Sistem dengede olup herhangi bir enerji alış verişi söz konusu değildir.

K'_eq>1,0 olduğunda ΔG°'<0 olur. Sistemde gerçekleşen reaksiyon dengeye ulaşana kadar enerji salınımı olur.

K'_eq<1,0 olduğunda ΔG°'>0 olur. Sistemde reaksiyonun belirtilen yönde ilerlemesi için enerji girdisine ihtiyaç vardır.

Katabolizma yağlar, karbonhidratlar ve proteinler gibi kompleks organik moleküllerin laktat, pirüvat, etanol, CO₂, H₂O ve NH₃ gibi daha basit moleküllere yıkılması ile gerçekleşen degradatif bir yolaktır. Katabolizma, oksidasyon reaksiyonları ve serbest enerji salınımı ile karakterize edilir, bu enerji daha sonra ATP formunda tutulur.

Anabolizma, küçük öncül moleküllerden daha büyük ve kompleks biyomoleküllerin oluşturulmasıdır.  Anabolizma genellikle redüksiyon reaksiyonları ve enerji girişi ile karakterize edilir. 

Katabolizma degratif bir yolaktır, enerji üretimi ile karakterize edilir. Elde edilen enerji ATP formunda saklanır. Anabolizma ise daha çok redüksiyon reaksiyonları ile yürür. Küçük moleküllerin bir araya getirilmesi ile daha büyük moleküller sentezlenir.

III. evrede ise, II. evre sonunda oluşan asetil CoA, Krebs döngüsüne girer ve aerobik karbon metabolizmasının son ürünü olan
CO2’e okside olur. Sitrik asit döngüsü ara ürünlerinin oksidasyonu ile redükte ve reaktif kofaktörler olan NADH ve FADH2
oluşur. Bu moleküllerin taşıdığı elektronlar, solunum yoluyla moleküler oksijene taşınır. Elektron transportunda salınan enerji, ADP ve Pi’den direkt olarak ATP sentezi için kullanılır. Katabolizmanın III. evresi, oksidatif fosforilasyon denen bir proses tarafından ATP üretiminin yer aldığı evredir.

Grup-transfer reaksiyonları, bir molekülden diğerine bir kimyasal fonksiyonel veya tek bir molekül içinde bir kimyasal grubun transferini kapsar. Biyokimyada transfer edilen grupların en önemlilerinden biri fosforil grubudur. Biyokimyasal reaksiyonlarda transfer edilen diğer önemli gruplar açil grubu ve glikosil grubudur.

Katabolizmanın I. evresi, makromoleküllerin (proteinler, yağlar, polisakkaritler) kendi yapıtaşlarına yıkımıdır. Tüm proteinler bileşenleri olan amino asitlere, triaçilgliseroller yağ asitleri ve gliserole ve polisakkaritler de monosakkaritlere hidroliz
olur. Bu evrede ATP ya da NADH gibi faydalı bir enerji salınmaz.

Genel öncül moleküller olan okzaloasetat, asetil CoA ve pirüvat gibi bazı ortak metabolitler aracılığı ile proteinler, triaçilgliseroller ve polisakkaritler (katabolizmanın tersine) sentez edilir. Böylece başlangıç noktasından itibaren dallanarak, yüzlerce  farklı proteinler, triasilgliseroller ve polisakkaritler oluşturulur.

Allosterik etkide metabolik yolakların dallanma noktasına yerleşmiş olan allosterik enzimler, metabolik yolağın hızını ayarlayan basamağı katalize ederler. Genellikle bu basamak irreversibldir. Ancak, allosterik enzimler modifikatör adı verilen
moleküller ile stimüle edebildikleri gibi, inhibitör adı verilen moleküler ile de inhibe edebilirler.

Oksidasyon-redüksiyon (redoks) reaksiyonları, elektronların bir molekül veya atomdan bir diğerine transferidir. Her zaman bir elektron vericisi ve bir elektron alıcısı olmak üzere iki reaktant molekül olmalıdır. Reaksiyonda elektron vererek yükseltgenen
element karşısındakini indirgediği için indirgen, elektron alarak indirgenen element karşısındakini yükseltgediği için yükseltgen olarak tanımlanır.

Bir bileşiğin redüksiyonu (yani indirgenmesi), hidrojen içeriğinin artması veya oksijen içeriğinin azalması ile, yükseltgenmesi (yani oksidasyonu) ise hidrojen içeriğinin azalması veya oksijen içeriğinin artması ile ilişkilendirilir.

İzomerizasyon ve yeniden düzenlenme reaksiyonları molekül içinde H atomunun başka bir yere kayması ile bir çiftli bağın yerinin değişmesi ve fonksiyonel grupların hücre içi yeniden düzenlenmesi olmak üzere  2 çeşit kimyasal transformasyon sürecininden oluşur.

İki ayrı molekülün birleşmesini katalizleyen enzimler ligazlar veya sentetazlar olarak adlandırılır.

Hidroliz reaksiyonlarında, bir molekülü 2 farklı moleküle ayırmak için su kullanılan reaksiyonlardır. Bu tip reaksiyonlar en çok sindirim sisteminde görülürler ve lipaz, laktaz ve karboksipeptidaz gibi enzimler tarafından katalizlenirler.

Enzimlerin sentezlernin vücuda alınan besine bağlı olarak değişiklik göstermesine enzim indüksiyonu adı verilmektedir.