6. BÖLÜM MİKROBİYAL METABOLİZMA 1 METABOLİZMA Hücrede meydana gelen tüm reaksiyonlara denir • Anabolizma: Basit moleküllerden kompleks moleküllerin sentezlendiği enerji gerektiren reaksiyonlardır • X+Y+ENERJİ →X+ Y • Üreme, gelişme, tamir, hareket,vs için gereklidir • Bu enerji nereden sağlanır 2 KATABOLİZMA • Kompleks moleküllerin küçük moleküllere parçalanmasıyla enerjinin açığa çıktığı reaksiyonlardır • X- Y→X+ Y+ ENERJİ • Hücre enerjiyi ATP moleküllerinin yüksek enerjili bağlarında tutar ve saklar • Bu reaksiyonlarda elektron transferi (oksidasyon redüksiyon) rol oynar 3 METABOLİZMA • Sentez (anabolizma) ve parçalanmanın (katabolizma) enerjinin transferi veya tüketilmesiyle sonuçlanan dairesel reaksiyonlarının tümüdür 4 Enerji ve Karbon Kaynağı • Yaşayan tüm varlıklar enerjiye ihtiyaç duyar • Yaşayan tüm varlıklar karbona ihtiyaç duyar • - Neden??? organik moleküllerin sentezlenmesi için • Mikroorganizmalar enerji ve karbon ihtiyaçlarını • karşılama şekilleri açısından çeşitlilik gösterirler 5 Karbonun Elde Edilmesi Enerjinin Elde Edilmesi • Oto (kendisi): CO2’den Foto: Işık enerjisi aldığı karbonla organik kullanılır molekülleri sentezler • Hetero (Diğer): Karbonu organik kaynaklardan sağlar Kemo: Enerjinin kimyasal maddelerden karşılanmasıdır. 6 Metabolizma Hücrede meydana gelen tüm reaksiyonlardır Tüm mikroorganizmalar İnorganik CO2= karbon kaynağı Organik bileşikler= Karbon kaynağı OTOTROFLAR HETEROTROFLAR İhtiyaçlarını CO2’yi indirgeyerek karşılarlar İhtiyaçlarını hazır organik molekülleri kullanartak karşılarlar Enerji kaynağı= Işık Enerji kaynağı= İnorganik bileşikler Enerji Kaynağı= ışık FOTOOTOTROFLAR KEMOOTOTROFLAR FOTOHETEROTROFLAR Örnek: Yeşil sülfür Pembe sülfür Siyonabakterler algler Örnek: Demir, kükürt Hidrojen ve azot indirgeyen bakteriler Bazı arçabakteriler Örnek: Pembe sülfür indirgemeyen bakteriler Yeşil sülfür indirgemeyen bakteriler Figure 8.3 Enerji Kaynağı= Organik bileşikl KEMOHETEROTROFL Örnek: Çoğu bakteriler Tüm protozoallar Tüm funguslar Tüm hayvanlar 7 Fotoototroflar • Fotosentez yaparlar • Genellikle hastalığa neden olmazlar • 6CO2+6H2O ışık enerjisi C6H12O6+ 6O2 klorofil Enerji güneş ışığından Karbon CO2’ten Organik bir enerji kaynağı üretilir Oksijen ise artık üründür 8 Kemoheterotroflar • Patojen mikroorganizmaların yaklaşık tamamı bu sınıftadır – Gıdaların (glukoz) katabolizmasında üç temel iz yolu kullanırlar – 1. Glikoliziz – 2. Fermentasyon – 3. Aerobik solunum → Oksijen kullanılmaz →Oksijen kullanılmaz → Oksijen kullanılır 9 Kemoheterotroflar • Glikozun oksidasyonunu glikoliziz veya aerobik solunum ile tamamlarlar • C6H12O6+ 6O2→→→ 6CO2+6H2O+enerji • • Enerji organik bileşiklerden Karbon organik bileşiklerden Enerji anabolizma yoluyla üretilir Karbondioksit artık üründür 10 11 • Fotosentetik organizmalar (bitkiler veya mikroorganizmalar) • Kimyasal enerjiyi heterokemotroflar ile benzer şekilde kullanır • Ör: glikozu glikoliziz iz yoluyla metabolize ederler ATP molekülünde depo eder ve organik maddelerin sentezinde kulllanırlar 12 METABOLİK İZ YOLLARI • Fotosentez ve glikoliziz gibi kimyasal dönüşümler seri kimyasal reaksiyonlar sonucunda meydana gelir • Adeta bir zinciri andıran bu reaksiyonlara Metabolik İzyolları denir • A →B →C →D →E • A ilk madde B, C,D ara ürünler E ise son üründür 13 ENZİMLER • Enzimlerin katalizlediği reaksiyonlarda -Reaksiyon sonucunda değişime uğramazlar -Reaksiyon hızını artırırlar -Aktivasyon enerjisini düşürürler -Enzimler reaksiyona göre spesifiktir -İsimlendirme yapılırken substratın sonuna az eki getirilir – Örnek: Proteaz proteinleri lipaz lipitleri parçalayan enzimdir – – – – – 14 ENZİMLERİN KATALİZÖRLÜĞÜ AKTİVASYON ENERJİSİ • Teorik olarak ekzotermik reaksiyonlar kendiliğinden yürür. • Ancak bu reaksiyonların hızı oldukça yavaştır • Bu reaksiyonların hızını artırmanın bir yolu sıcaklığı artırmaktır • Ancak bu seçenek canlı organizmalar için uygun değildir • Diğer bir seçenek ise aktivasyon enerjisini düşürmektir 15 16 Enzimler aktivasyon enerjisini nasıl düşürür Aktif kenar Enzimlerin substrata bağlandığı yerdir • • Substrate(s) bind in a way that resembles the • transition state (a kind of halfway point in the • reaction) 17 18 • Enzimlerde spesifite • Enzimlerin aktif kenarı reaksiyona girdiği substrat için spesifiktir • Her bir enzim yalnız bir tip reaksiyonu katalizler • Aktif kenarda enzimle substratın birleşmesi veya reaksiyonun gerçekleşmesi için ek bir kimyasal maddeye ihtiyaç vardır • Bu kimyasal maddelere koenzim veya kofaktör denir 19 Koenzim ve Kofaktörler Koenzim: • Protein olmayan bir organik moleküldür • Bir çoğu vitaminlerden sentezlenir • Bu neden bazı gıdaların hayati öneme sahip olduğunu açıklar • Niasin NAD’ın yapımında kullanılır -Bu madde aerobik solunumda kritik öneme sahiptir Kofaktör: İnorganik genellikle metal iyonudur (Mg, Zn, vb.) 20 21 Enzim aktivitesine etki eden faktörler Figure 8.6 22 Enzim Aktivitesinin İnhibisyonu • Bazen katalitik aktivitenin azaltılması gerekebilir – -Daha iyi substrat elde edilebileceği zaman – -Yeterli miktarda ürün elde edildiği zaman Rekabetçi inhibisyon: -- Enzimin aktif kenarına substrata benzer bir molekül bağlanır ancak enzim bu moleküle etki etmez – -Bu yüzden doğru substrat aktif kenara bağlanamaz – Bu şekilde enzim aktivitesi yavaşlar veya durur 23 Rekabetçi İnhibisyon 24 Allosterik İnhibisyon • Molekül enzimin aktif kenarına değil dışına bağlanır • ---Allosterik kenar • Bu bağlanma enzimin şeklini değiştirir ve bu yüzden aktif kenar fonksiyonunu göremez • ---Geri besleme inhibisyonu: • Yeterli miktarda ürün elde edildiğinde ürün allosterik kenara bağlanır ve daha fazla ürün elde edilmesi engellenmiş olur 25 Allosterik inhibisyon 26 İlaç veya Toksin İnhibisyonu • Bir çok ilaç ve zehir hayati öneme sahip olan enzim aktivitesini durdurabilir • Bazı durumlarda toksinin veya ilacın etkileşim süresine bağlı olarak etkileşim geri dönüşümlü olabilir • Ancak bazı durumlarda süreç geriye dönüşü olmayan bir durum alabilir Figure 8.8 • Ör: kurşun ve civa gibi 27