Metabolizma

Şu anda vücudunuzda neler oluyor? İlk cevabınız aç olduğunuz, yaptığınız bir koşudan dolayı kaslarınızın ağrıdığı veya yorulduğunuz olabilir. Fakat daha derine inelim, bilinç katmanınızı geçip, hücrelerinizde neler olup bittiğine bir göz atalım.

Vücudunuzdaki bir hücrenin içini gözetleyebilseydiniz, burada ne kadar çok faaliyet olduğunu ve hücrenin, sessiz bir odadan çok kalabalık bir halk pazarına benzediğini fark ederdiniz. Enerji, siz uyurken veya uyanıkken, koşarken veya televizyon izlerken hücrelerinize aktarılır ve moleküllerin, sizi hayatta tutan ve işlevsel kılan kimyasal tepkimeler geçirmesiyle biçim değiştirir.

Hücreler sürekli olarak kendilerini ve bütün vücudunuzu sağlıklı ve canlı tutmak için gereken binlerce kimyasal tepkime gerçekleştirirler. Bu kimyasal tepkimeler birbirlerine çoğu zaman zincirler veya patikalar hâlinde bağlanırlar. Bir hücrenin içinde gerçekleşen bütün kimyasal tepkimeler ortak olarak o hücrenin metabolizması olarak adlandırılır.

Metabolizmanın ne kadar karmaşık olduğunu anlamak için, gelin aşağıdaki şemaya bir göz atalım. Bana göre bu çizgilerin karışıklığı, oldukça büyük bir metro sisteminin haritasına ya da havalı bir devre şemasına benziyor. Aslında bu, insan vücudunu oluşturan ökaryot hücrelerdeki iç metabolik patikaların bir şeması. Her çizgi bir tepkime, her çember ise bir tepken veya ürünü temsil eder.

Hücrenin metabolik ağında, bazı kimyasal tepkimeler enerji açığa çıkarır ve spontane olarak gerçekleşebilirler (enerji girişi olmadan). Ancak bazı kimyasal tepkimelerin gerçekleşebilmesi için fazladan enerjiye ihtiyaç duyulur. Tıpkı vücudunuzun kullandıklarını yerine koymak için sürekli yemek yemeniz gerektiği gibi, hücreler de enerji gerektiren kimyasal tepkimelerine enerji sağlamak için sürekli bir enerji girişine ihtiyaç duyarlar. Aslında yediğiniz besinler, hücreleriniz tarafından kullanılan enerjinin kaynağıdır!

Metabolizma kavramını somutlaştırmak için, dünyadaki yaşam için çok önemli olan, şeker elde edilmesini ve şekerin parçalanmasını sağlayan iki metabolik sürece göz atalım.

Enerji açığa çıkaran metabolik patikaya (yolak olarak adlandırılır) bir örnek olarak, hücrelerinizden birinin bir şeker molekülünü (örneğin yediğiniz şekerlemeden gelen molekül) nasıl parçaladığına bakalım.

Vücudunuzdaki çoğu hücre dahil olmak üzere birçok hücre, hücresel solunum olarak tanımlanan bir süreç sonucunda glikozdan (${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6$‍) enerji elde eder. Bu süreç boyunca bir glikoz molekülü, küçük adımlarla, kademeli olarak parçalanır. Ancak sürecin şu şekilde genel bir tepkimesi vardır:

${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6$‍ + $6{\text{O}}_2$‍ $\to$‍ $6{\text{CO}}_2$‍ + $6{\text{H}}_2\text{O}$‍ + $\text{enerji}$‍

Glikozun parçalanması, hücre tarafından adenozin trifosfat veya ATP şeklinde alınan enerjinin açığa çıkarılmasını sağlar. ATP hücrelere, kısa yoldan enerji depolamanın uygun bir yolunu veren küçük bir moleküldür.

Oluşturulan ATP diğer tepkimeler tarafından enerji kaynağı olarak kullanılabilir. Tıpkı her seferinde takas yapmak yerine daha kolay olduğu için para kullanmamız gibi, hücre de enerjinin aktarımında standart bir yöntem benimsemek adına ATP kullanır. Bu sebeple ATP bazen hücrenin "enerji para birimi" olarak adlandırılır.

Enerji gerektiren metabolik patikalara örnek olarak, verdiğimiz son örneği bu defa tersten inceleyelim ve bir şeker molekülünün nasıl oluştuğunu görelim.

Glikoz gibi şekerler fotosentez adı verilen süreçte bitkiler tarafından sentezlenir. Fotosentezde, bitkiler güneş ışığının enerjisini, karbondioksit gazını şeker moleküllerine dönüştürmek için kullanır. Fotosentez birçok küçük adımdan meydana gelir, fakat genel tepkimesi hücresel solunumun ters çevrilmiş hâlidir:

$6{\text{CO}}_2$‍ + $6{\text{H}}_2\text{O}$‍ + $\text{enerji}$‍ $\to$‍ ${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6$‍ + $6{\text{O}}_2$‍

Biz insanlar gibi bitkiler de kendi hücresel süreçlerini gerçekleştirmek için enerjiye ihtiyaç duyarlar. Bu yüzden şekerlerin bazıları bitkiler tarafından kullanılır. Aşağıdaki sincap örneğinde olduğu gibi, bitkiler aynı zamanda kendilerini yiyen hayvanlar için de bir besin kaynağı oluşturur. Her iki durumda da, glikoz hücresel solunumla parçalanacaktır ve ATP üretimiyle hücrelerin çalışmaya devam etmesi sağlanacaktır.

Glikoz molekülünün yapım ve yıkım süreçleri, metabolik süreçlere verilebilecek örnekler arasındadır. Metabolik patika (yolak), birbirini besleyen, bağlı kimyasal tepkimelerden oluşan bir sericir. Parika, bir veya daha fazla başlangıç molekülünü alır ve aracılar yoluyla bunları ürüne dönüştürür.

Metabolik patikalar etkilerine göre kabaca iki kategoriye ayrılabilir. Küçük moleküllerden şeker üretimi yapan fotosentez, bir "yapım" veya anabolizma patikasıdır. Buna karşın, hücresel solunum şekeri daha küçük moleküllere ayırır ve bir "yıkım" ya da katabolizma patikası olarak adlandırılır.

Anabolik parika, basit moleküllerden karmaşık moleküller inşa eder ve enerji girişi gerektirir. Karbondioksitten glikoz elde etmek, amino asitlerden protein sentezlemek veya nükleik asit yapı taşlarından (nükleotid) DNA zincirleri sentezlemek bazı örneklerdendir. Bu biyosentez süreçleri hücre yaşamı için son derece önemlidir ve sürekli bir biçimde gerçekleşir. Bu süreçler boyunca ATP ve diğer kısa süreli enerji depolama molekülleri tarafından taşınan enerji kullanılır.

Katabolik patika, karmaşık moleküllerin basit moleküllere dönüştürülmesi sürecidir ve enerji açığa çıkarır. Glikoz ve yağ gibi, karmaşık molekül bağlarında depolanan enerji katabolik patikalarda açığa çıkar. Daha sonra, hücrenin yaptığı işleri desteklemek için çeşitli biçimlerde kullanılır (örneğin ATP sentezi yoluyla).

Son ama önemli bir not: Metabolik patikalardaki kimyasal tepkimeler otomatik olarak ve rehber olmadan gerçekleşmez. Bunun yerine, bir patikadaki her tepkime enzim adı verilen proteinler tarafından desteklenir yani katalizlenir. Enzimler ve biyokimyasal tepkimeleri nasıl kontrol ettiklerini enzimler konusunda öğrenebilirsiniz.