Biyoenerjetik ve ATP Döngüsü

Dosyayı isterseniz görüntüleyebilir isterseniz indirebilirsiniz.


GoogleDocs üzerinden indirmek için : İndir –Açılan sayfadan indirebilirsiniz–

Önizleme ;

 

BİYOENERJETİKLER
  1. GENEL BAKIŞ
Biyoenerjetik, biyolojik sistemlerde enerji transferini ve kullanımını tanımlar.
Termodinamik alanından birkaç temel kuralı, özellikle serbest enerji kavramını temel alır.
Serbest enerjideki değişimler (ΔG) kimyasal bir reaksiyonun enerji olarak olabilirliği hakkında bilgi sağlar ve bu şekilde reaksiyonun gerçekleşip gerçekleşemeyeceği hakkında tahminde bulunmamızı sağlar.
Biyoenerjetik reaksiyon bileşenlerinin sadece başlangıç ve sonuç enerji durumları ile ilgilenir, mekanizması veya kimyasal değişimin oluşması için ne kadar zaman gerektiği ile ilgilenmez.
Kısacası, biyoenerjetik işlemin mümkün olup olmadığını tahmin eder; kinetik ise reaksiyonun ne kadar hızlı olduğunu ölçer.
  1. SERBEST ENERJİ
   Bir kimyasal reaksiyonun yönü ve ne kadar devam edeceği, reaksiyon sırasında iki faktörün ne derece değişeceğine bağlıdır.
Bunlar;
Entalpi (ΔH) : Reaksiyona girenlerin ve ürünlerin ısı içeriklerindeki değişimlerin ölçüsüdür.
Entropi (ΔS) : Reaksiyona girenlerin ve ürünlerin gelişigüzelliği ve düzensizliğindeki değişimin ölçüsüdür.
Bu termodinamik birimlerin hiçbirisi kendi başına bir kimyasal reaksiyonun yazıldığı yönde spontan olarak ilerleyip ilerlemeyeceğini saptamak için yeterli değildir.
Ancak, matematiksel olarak birleştirildiklerinde entalpi ve entropi üçüncü bir birimi, serbest reaksiyonun spontan olarak ilerleyeceği yönü tahmin eden serbest enerjiyi tanımlamak için kullanılabilir.
   III. SERBEST ENERJİ DEĞİŞİMİ
Serbest enerjide değişim 2 şekilde olabilir, ΔG ve ΔG°.
ΔG (üzerinde “o” olmayan) daha geneldir, çünkü serbest enerjideki değişimi ve böylece ürünlerin ve reaktanların belirli konsantrasyonlarında reaksiyonun yönünü tahmin eder.
Bu “standart serbest enerji değişimi” ΔG° (üzerinde “o” olan) ile zıtlık gösterir, çünkü ΔG° ürünler ve reaktanlar 1mol/L iken olan enerji değişimidir.
[Not:Standart durumda reaktanlar veya ürünlerin konsantransyonu 1 mol/L olmasına rağmen, protonların konsantrasyonunun 10-7 mol/L olduğu (yani pH=7) kabul edilir].
ΔG° bu fizyolojik olmayan reaktan ve ürün konsantrasyonlarında salıverilen enerjiyi temsil etmesine rağmen, değişik reaksiyonların enerji değişimini karşılaştırmada da yararlı olur.
Hatta, ΔG° denge sabitesinin ölçümünden kolayca saptanabilir.
  1. ΔG’nin işareti reaksiyonun yönünü tahmin eder
   Serbest enerjideki değişim, ΔG, sabit bir ısı ve basınçta reaksiyonun yönünün tahmini için kullanılabilir. Aşağıdaki reaksiyona göre:
                       A <=> B
Negatif ΔG:
   Eğer ΔG negatif bir sayı ise, net bir enerji kaybı vardır ve reaksiyon spontan olarak A’dan B’ye ilerler.
   Bu reaksiyonun ekzergonik olduğu söylenir.
Pozitif ΔG:
   Eğer ΔG pozitif bir sayı ise, net bir enerji kazancı vardır ve reaksiyon spontan olarak B’den A’ya ilerlemez. Reaksiyonun endergonik olduğu söylenir ve reaksiyonun B’den A ya ileryebilmesi için sisteme mutlaka enerji eklemek gerekir.
Sıfır ΔG:
   Eğer ΔG = 0 ise, reaktanlar denge halindedir.
[Not: Bir reaksiyon, spontan olarak ilerliyorsa – yani serbest enerji kaybediliyorsa- reaksiyon ΔG sıfıra ulaşıncaya ve denge kuruluncaya kadar devam eder].
  1. İleri ve geri reaksiyonlarda ΔG
   İleri doğru olan reaksiyonlarda (A => B) serbest enerji, geri doğru olanlara (B => A) göre büyüklük olarak eşit, fakat işaret olarak terstir.
   Örneğin;
   ileri doğru olan reaksiyonlarda ΔG -5000 cal/mol ise, geri reaksiyonda +5000 cal/mol dür
  1. ΔG reaktan ve ürünlerinin konsantrasyonuna bağlıdır
   A => B reaksiyonunun ΔG’si reaktan ve ürünlerinin konsantrasyonuna bağlıdır. Sabit ısı ve basınçta aşağıdaki eşitlik elde edilebilir.
                                       [B]
         ΔG = ΔG° + RT In ———
                                       [A]
   ΔG° starndart serbest enerji değişimidir.
    R gaz sabitidir (1.987 cal/mol . derece).
   T mutlak ısıdır (°K).
   [A] ve [B] reaktan ve ürünün gerçek konsantrasyonlarıdır.
   In ise doğal logaritmayı temsil etmektedir.
Pozitif ΔG°’ye sahip bir reaksiyon eğer ürünlerin reaktanlara oranı ([B] / [A]) yeterince küçükse (bu, reaktanların ürünlere oranı büyük demektir) ileri doğru devam edebilir (reaksiyonunun bütününde ΔG negatiftir).
Örnek;
Glukoz-6-fosfat <=> Fruktoz-6-fosfat
Reaktan glukoz -6- fosfat konsantrasyonunun, ürün fruktoz 6-fosfat konsantrasyonuna göre daha yüksek olduğu reaksiyon koşullarını göstermektedir.
Bu, ürün/reaktan oranının küçük, RT In ([fruktoz 6-fosfat]/[glukoz 6-fosfat])’ın büyük ve negatif, bunun sonuncunda da ΔG° pozitif olmasına rağmen ΔG’nin negatif olduğu anlamına gelir. Böylece, reaksiyon ileri doğru ilerleyebilir.
  1. Standart serbest enerji değişimi (ΔG°)
ΔG°, standart serbest enerji değişimi olarak isimlendirilir, çünkü reaktan ve ürünlerin
   1 mol/L konsantrasyonda tutulduğu standart koşullarda serbest enerji değişimine (ΔG) eşittir.
Bu koşullarda ürünlerin reaktanlara oranının doğal logaritması (In) ve bu nedenle eşitlik şu hale gelir:
           ΔG = ΔG° + 0
A —> B reaksiyonunda, daha fazla net kimyasal değişimin meydana gelmediği zaman bir denge noktasına erişilir, diğer bir deyişle B’nin A’ya çevrildiği hızla A da B’ye çevrilmektedir.
Bu durumda [B]’nin [A]’ya oranı, her iki maddenin gerçek konsantrasyonlarından bağımsız olarak, sabittir.
Eğer A <—> B reaksiyonunun sabit ısı ve basınçta dengeye gelmesine izin verilirse, toplam serbest enerji değişimi (ΔG) sıfır olur.
     ΔG° sadece standart koşullarda tahmin edici olur:
Standart koşullarda ΔG° reaksiyonunun devam edeceği yönü tahmin için kullanılabilir, çünkü bu koşullarda ΔG°, ΔG ye eşittir.
Ancak, ΔG° fizyolojik koşullarda reaksiyonun yönünü tahmin edemez, çünkü sadece sabitlerden (R, T ve Keq) meydana gelmiştir ve bu nedenlede ürün veya substrat konsantrasyonlarındaki değişimler ile değiştirilemez.
   Birbirini takip eden iki reaksiyonun ΔG°’ları aditiftir:
Herhangi bir sırada birbirini takip eden reaksiyonlarda, serbest enerji değişiminde (ΔG) olduğu gibi standart serbest enerji değişimleri de (ΔG°) aditiftir.
Örneğin:
Glukoz + ATP —> glukoz 6-P + ADP  ΔG° = – 4000 cal/mol
Glukoz 6-P —> fruktoz 6-P              ΔG° = + 400 cal/mol
    ————————————————————————
Glukoz + ATP —> fruktoz 6-P + ADP  ΔG°= – 3600 cal/mol
   Bir yolun ΔG’leri aditiftir:
Serbest enerji değişiminin bu aditif özelliği, substratların mutlaka belirli bir yönde ilerlemesi gereken (örneğin; A —> B —> C —> D —> ….) biyokimyasal yollarda çok önemlidir.
Tek tek reaksiyonların ΔG’lerinin toplamı negatif olduğu sürece, yoldaki bazı reaksiyonlarda ΔG pozitif olsa da yol yazıldığı şekilde ilerleyebilir.
Reaksiyonların gerçek hızı doğal olarak reaksiyonları katalizleyen enzimlerin aktivitesine bağlıdır.
  
  1. ENERJİ TAŞIYICI OLARAK ATP
Hücre memranından konsantrasyon farkına karşı geçen iyonların hareketinde olduğu gibi, büyük pozitif ΔG’ye sahip reaksiyon ve işlemlerde; iyonların endergonik hareketi, adenozin trifosfatın (ATP) hidrolizi gibi büyük negatif ΔG’ye sahip ikinci bir reaksiyon ile eşleştirilerek mümkün hale getirilir.
  1. Reaksiyonlar ortak araürünler aracılığıyla eşleşir.
Biyolojik reaksiyonlarda en basit enerji eşleşmesine örnek; enerji gerektiren ve enerjiyi açığa çıkaran reaksiyonlar ortak bir araürünü paylaştıkları zaman görülür.
İki kimyasal reaksiyon, birinci reaksiyonun ürünü ikinci reaksiyon için substrat oluşturacak şekilde birbirini takip ederse, ortak bir araürünü paylaşırlar.
   Örneğin;
                           A + B > C + D
                             D + X > Y + Z
D ortak araüründür ve iki reaksiyon arasında kimyasal enerji taşıyıcı olarak görev yapar.
Birçok eşleşmiş reaksiyon ortak araürün oluşturmak için ATP kullanır.
Bu reaksiyonlar ATP parçalanmasını (diğer bir deyişle fosfat grubunun ATP’den başka bir moleküle taşınmasını) içerebilir.
Diğer reaksiyonlar araüründen, enerjiden zengin fosfatı ADP’ye taşıyarak ATP oluşumuna neden olurlar.
  1. ATP tarafından taşınan enerji ATP adenozin (adenin + riboz) içeren bir moleküldür. Buna üç fosfat grubu bağlanmıştır.
Eğer bir fosfat grubu uzaklaştırılırsa adenozin difosfat (ADP) oluşur.
Eğer iki fosfat uzaklaştırılırsa adenozin monofosfat (AMP) oluşur.
Terminal fosfat gruplarının herbirinin ATP den hidrolizi sonucu meydana gelen standart serbest enerji, ΔG°, yaklaşık olarak -7300 cal/mol dür.
Bu büyük negatif ΔG° nedeniyle, ATP yüksek enerjili fosfat bileşiği olarak bilinir.
Oksidadasyon (yükseltgenme) için;
1.Oksijen atomu kazanması
2.Elektron veya hidrojen kaybetmesi
     gerekir.
Redüksiyon (indirgenme) için;
1.Oksijen atomu kaybetmesi
2.Elektron veya hidrojen kazanması
     gerekir.
Not : Oksijenin elektron ilgisi fazladır.
Elektron transferi 4 şekilde olur :
  1. Sadece (e-) olarak.
     Fe+2  +  Cu+2 > Fe+3  +  Cu+
  1. Hidrojen atomunun bir parçası olarak.
     (H+ + e-) şeklinde
     AH2 <—> A + 2e- + 2H+
     AH2 + B <—> BH2 + A
  1. Hidrit iyonunun (:H-) bir parçası olarak.
     (H+ + 2e-) şeklinde
     NAD bağımlı hidrojenazlar bu sistemi kullanır.
  1. Elektronlar doğrudan moleküler oksijene aktarılır.
     R-CH3 + 1/2O2 —> R-CH2-OH
     O2 kovelent bağla yapıya katılmış olur.
 Fosforil grupları, ATP-ADP sistemi aracılığı ile,
   “yüksek enerjili”  fosfat vericisi gruplardan sağlanarak
   “düşük enerjili  fosfat alıcısı gruplara aktarılır.

Temel Kaynak
Lippincott’s Illustrated Reviews Serisinden Biyokimya

Bir Cevap Yazın