Her yerde bulunan koenzimleri görselleştirme

Enzimlerin Hücresel Solunumdaki Görevleri

 Enzimlerin hücresel solunumdaki görevleri nelerdir? Enzimler reaksiyonları katalize eden moleküllerdir. Enzimler, küçük molekülleri bağlayarak katalizde yer alırlar. Hemoglobin gibi proteinler üzerindeki prostetik gruplar buna bir örnektir. Enzimler ayrıca katalizde merkezi rol oynayan metal iyonlarını da bağlar. Enzimlere ek olarak, koenzimler, spesifik enzimatik reaksiyonlara katılan organik moleküllerdir. Koenzimler, reaksiyon hızını artırmak için enzimlerle işbirliği içinde çalışır ve enzimlerin kendilerini kalıcı olarak değiştirmez.

Her yerde bulunan koenzimleri

görselleştirme Her yerde bulunan koenzimleri görselleştirmek, sağlık ve hastalıkta hücresel işlevleri incelemek için yeni bir yaklaşım sağlar. Mevcut çalışma, ATP de dahil olmak üzere yedi ana koenzimi aynı anda ölçmek için basit ve hızlı bir yöntemi açıklamaktadır. Burada, çalışmamızın ana sonuçlarını özetliyoruz. Bu yöntemi kullanarak, bu koenzimlerin metabolik yolunu belirleyebiliriz. Sonuçlarımız, hücresel solunum mekanizmasını incelemek için yeni yollar açacaktır.

Daha önce tartışıldığı gibi, hücresel solunum, doku oluşturmak ve onarmak için yiyeceklerden gelen enerjiyi kullanır. Vücut, pantotenik asitten koenzim A gibi enzimleri sentezler. Enzim, aerobik hücresel solunum için çok önemlidir. Elektronları alıcıya taşır. Koenzimler daha sonra bu elektronları elektron taşıma zincirine taşır. Böylece elektron donörü rolünü oynarlar.

Birçok koenzim, hücresel solunumda önemli rollere sahiptir. Koenzim A, yağ asidi sentezi için bir kofaktör olan B12 vitamini içerdiğinden, yağ asitlerinin metabolizması için gereklidir. Biocytin, karboksilasyon reaksiyonlarına yardımcı olur ve metiyonin oluşumuna katılır. Başka bir koenzim olan folat, bir karbon birimi içerir ve amino asitleri pürin ve pirimidin bazlarına dönüştürmek için gereklidir. DNA da bu süreçte oluşur.

Hücreler kimyasal enerjiyi serbest bıraktığında

Hücresel solunum, hücrelerin oksijen moleküllerini besinlerle birleştirerek kimyasal enerjiyi serbest bırakmasıdır. Buna karşılık, hücre atık ürünleri ve karbondioksiti serbest bırakır. Hücresel reaksiyon kataboliktir, yani yüksek enerjili bağların düşük enerjili bağlarla değişimini içerir. Her adım, bazıları doğada redoks olan farklı enzimleri ve biyokimyasal reaksiyonları içerir. Örneğin, glikoliz dokuz ayrı kimyasal reaksiyonu içerir. Her enzim belirli bir reaksiyonu katalize eder.

ATP sentaz, ADP’yi oksidatif fosforilasyon yoluyla ATP’ye dönüştürür. ATP, bir hücrenin en yaygın enerji para birimidir ve glikoz ve oksijen oluşturmak için güneş ışığını kullanan fotosentezin karanlık reaksiyonları sırasında kullanılır. Hem glikoz hem de oksijen, kimyasal enerjiyi gıda kaynaklarından yakıta yönlendiren hücresel solunum sırasında üretilir. Bu bileşikler, hücreler tarafından birçok metabolik işlevi yerine getirmek için kullanılır.

ATP, Krebs döngüsünden çıktıktan sonra CO2 ile birleşerek ADP, NADH ve FADH oluşturur. NADH, NADH redüktaz adı verilen bir enzimden bir elektron alır. H+ iyonları daha sonra serbest bırakılır. Serbest hidrojen iyonları daha sonra ADP ve 32 ATP’ye dönüştürülür. Hücreler ayrıca su ve yağ asitleri yapmak için oksijen kullanır. Oksijenin hücresel solunum için gerekli olduğuna dikkat etmek önemlidir.

Lipitlerin

rolü gösterildi Yeni bir çalışma, lipidlerin hücresel solunumdaki rolünü gösterdi. Membran viskozitesi, hücresel substratların ve enzimlerin difüzyonunu düzenleyerek solunum hızını kontrol eder. Lipitler, zarın viskozitesini kontrol etmekten sorumludur. Lipitlerin zar difüzyonunu etkilediği düşünüldüğünden, bu fenomenin evrimsel etkileri olabilir. Ayrıca solunum hızını da kontrol edebilir.

Hücresel solunum süreci, bir türbinden akan suya benzer. Yukarı akışta su olduğunda su akışı yerçekimi ile çalışır. Aynı prensip, enerji tasarrufu ve hücresel solunum için de geçerlidir. Solunum elektron akışı ekzotermiktir, yani elektronlar elektronlar için daha yüksek afiniteye sahip alıcılardan daha düşük afiniteye sahip hedeflere doğru akar. Sürecin son ürünü, daha sonra atık ürünler şeklinde salınan karbondioksittir.

Lipitlerin metabolik süreçleri ayrıca keton üretimine neden olabilir. Ketonlar, lipit metabolizması sürecinin bir ürünüdür ve sinir sistemi tarafından glikozun kısmi ikamesi olarak kullanılabilir. Sonuç olarak, enerji arzı azaldığında bile glikozu muhafaza etmesine izin verdikleri için vücut için önemli bir koruyucu mekanizmadırlar. Hücresel solunumdaki enzimlerdeki lipitlerin metabolik yolları, uygun solunum fonksiyonunu sürdürürken biyoyakıtların ve biyoürünlerin üretimini en üst düzeye çıkarmak için optimize edilebilir.

Sitokrom c oksidaz

Sitokrom c oksidazlar hücresel solunumda önemli bir rol oynar. Oksidasyon-indirgeme olarak bilinen bir süreçte moleküler oksijeni suya indirgerler. Bu işlem, aynı işlevi yerine getirmek için başka bir enzimi sürmek için kullanılan hücresel sisteme enerji salar. Bu enzimler, mitokondriyal zarın hem N hem de P taraflarında bulunur.

Sitokrom c oksidaz enzimleri, gıdadaki son oksidasyon adımından sorumludur. Enzim, elektronları oksijen molekülüne bağlar ve ardından iki su molekülü oluşturmak için hidrojen iyonları ekler. Sonuç olarak, gıdanın oksidasyon süreci moleküler düzeyde kontrol edilebilir. Sitokrom c oksidaz enzimleri, oksidasyon işlemi sırasında hücrede enerji tasarrufu için önemlidir.

Memelilerde sitokrom c oksidaz, 13 farklı zincirden oluşan bir enzim kompleksidir. İki COX izoformu vardır: hipoksi kaynaklı COX izoformu ve geliştirme kaynaklı olan. İki alt birim, iki ayrı enzimin oluşumuyla sonuçlanan farklı amino asitlerden oluşur. Bu işlem sırasında ATP sentezleri gerçekleşir.

Dört ana elektron taşıma sistemi

FADH2 ve NADH, hücredeki dört ana elektron taşıma sisteminden ikisidir. Her ikisi de hücrenin iç zarı olan mitokondride bulunur. Elektronlar, iki bileşikten, kimyasal reaksiyonlara girdikleri mitokondriyal zar üzerindeki yakın bir bölgeye hareket eder. Bu elektron transferi, daha sonra iç zar boyunca hidrojen iyonlarını pompalamak için kullanılan enerjiyi üretir. ATP sentaz, bu iyon transfer işlemi tarafından üretilen enerjiyi yakıt hücresi aktiviteleri için kullanır.

Hücresel solunum işlemi, suyun bir türbinden akışına benzer. Su, yukarı akış varsa yerçekimi ile çalışır, ancak nehir kuruduğunda çalışmaz. Aynı prensip solunum elektron akışı için de geçerlidir. Bu süreçte elektronlar, elektronlar için daha yüksek bir afiniteye sahip alıcılara doğru akar. Bu enerji koruma mekanizması ekzotermiktir ve vücut tarafından oksidasyon yoluyla üretilen bir gaz olan oksijen gerektirir ve bunu başarmak için FADH enzimleri gereklidir.

Glikoliz ile piruvat oksidasyonu

ATP’nin hücrede üretildiği reaksiyonlar, dehidrojenaz adı verilen bir glikoliz enzimi tarafından piruvat oksidasyonundan gelir. Enzim elektronlarını indirgeyici koenzim NAD+’ya aktarır. Sonuç, glikolizin bir yan ürünü olan piruvat olarak bilinen yüksek enerjili bir maddedir. Daha sonra NADH ve asetil-CoA’ya dönüştürülür ve enerji üretmek için kullanılır.

ATP ve ADP seviyesi, hücresel solunum hızını düzenler. ADP konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa, reaksiyonların hızı da o kadar yüksek olur. ATP seviyesi düştükçe, ADP’nin bağıl konsantrasyonu yükselir. Hücresel solunum süreci daha sonra ATP’yi korumak için yavaşlar. Bu süreç NADH ve ATP seviyeleri hücrede enerji üretecek kadar yüksek olana kadar devam eder.

Bu süreç, glikolizden daha karmaşık ayrıntılara sahip karmaşık bir süreçtir. Hücresel solunumu incelemek için ilk yarı kantitatif teknik Thunberg tüpünü kullandı. Dokular dilimlendi veya kıyıldı ve bir tampon içinde dağıtıldı. Solunum elektron akışını izlemek için toksik olmayan redoks boyaları kullanıldı. Başarılı bir hücresel solunum çalışması, araştırmacılar tarafından gerçekleştirilen araştırma verilerine dayanır.

Protein fosforilasyonu

Protein fosforilasyonu, bir fosfat grubunun, genellikle serin olan bir amino asit kalıntısına bağlandığı bir işlemdir. Fosforilasyon, ökaryotlar da dahil olmak üzere birçok farklı türdeki proteinleri etkileyen bir esterleşme reaksiyonudur. Proteinler, yan zincirlerinde farklı şekillerde fosforilasyona uğrarlar ve en iyi çalışılan türlerden biri, amino asit fosfat transferini içeren bir post-translasyonel modifikasyondur. Ortaya çıkan proteinler daha sonra, fosforilasyon adı verilen işlemde ikinci bir adıma tabi tutulur.

Bu adımda NADH, elektronları elektron transfer zincirinden aşağıya taşıyan taşıma zincirine aktarır. Bu adım sırasında, elektronlar daha yüksek bir enerji seviyesinden daha düşük bir enerji seviyesine akarak enerjiyi serbest bırakır. Elektronlar bu aşamada NADH’den oksijene ve diğer terminal elektron alıcılarına akar. ATP’nin glikojene dönüşümünü de içeren hücresel solunumdaki enzimlerin fosforilasyonu, elektronların NADH’den NADH ve FADH’ye transferinden dolayı gerçekleşir.

Daha sonra ATP, sitozolde başlayan glikoliz yoluyla sentezlenir. Bu süreç aynı zamanda Krebs döngüsü olarak da bilinir. Bu aşamadan salınan enerji, sürecin sonraki aşamalarında salınan enerjiye kıyasla sönük kalır. Glikolizden sonra, bu reaksiyondan üretilen enerji, piruvat olarak bilinen yüksek enerjili bir maddeye dönüştürülür. ATP sentaz, piruvatı hücre için ana enerji kaynağı olan ATP’ye dönüştüren bir enzimdir.

Düzenleme mekanizmaları

Hücresel solunumdaki enzimler, hücresel taleplere yanıt olarak aktivitelerinde farklılık gösterir. Örneğin, glikoz, glikoliz sırasında parçalanan ilk şekerdir ve fruktoz gerekli bir ara maddedir. Enzimlerin fosforilasyonu, konformasyonel bir değişikliğe güç veren yüksek enerjili bir ara madde üretir. Enzimlerin aktivitesini kontrol eden bu süreçtir. Bu bilgi, hücrelerin enzim aktivitelerini nasıl düzenlediğini anlamak için bir temel sağlar.

ATP üretimi, metabolizma boyunca birkaç noktada düzenlenir. Fosfofruktokinazın katalitik aktivitesi, ATP seviyesi yüksek olduğunda azalırken, ATP seviyeleri düşük olduğunda bunun tersi olur. Bu geri bildirim inhibisyonu, hücrelerin ATP’yi yalnızca gerektiğinde üretmesine izin verir, böylece aşırı üretmemelerini sağlar. Ayrıca, geri bildirim inhibisyonu, hücrelerde bir başka önemli düzenleyici mekanizmadır.

Glikoliz, hücresel solunumun ilk bileşenidir. Krebs döngüsü ve elektron taşıma zinciri için hammadde üretir. Bu işlemler, hücresel işlevler için ATP sağlar. Aksine, katabolik enzimler piruvat üretir. İkincisi çok daha az enerji gerektirir çünkü hücrenin değerli organik molekülleri yönlendirmesi gerekmez. Geri besleme inhibisyonunun yokluğunda, ATP üretimi oldukça güvenilmez hale gelebilir.