Metabolizma, bir enerji elde etme ve dönüştürme sürecidir. Bu gereklidir çünkü organizmalar sürekli olarak hücresel değişikliklerden geçerler - denge durumunda değillerdir. Metabolizma, sabit bir hücresel durumu sürdürmek için iç değişiklikler yaparak hücresel koşulları düzenleme girişimidir. Genel bir kural olarak, doğanın eğilimi düzensizlik koşullarına doğrudur. Bu, düzensiz koşulların enerjik olarak elverişli olduğu anlamına gelir - enerjiyi serbest bırakırlar. Son derece düzenli ve organize koşullar, enerji açısından elverişli değildir ve gerçekleşmesi için enerji gerektirir. Sonuç olarak, hücresel organizasyonu sürdürmek için içimizde sürekli meydana gelen binlerce reaksiyon enerjiye ihtiyaç duyar. Vücut, bu ihtiyaç duyulan enerjiyi ATP'yi parçalayarak ve daha sonra bu enerjiyi enerjisel olarak uygun olmayan, ancak biyolojik olarak gerekli reaksiyonları teşvik etmek için kullanarak üretir.
Bu süreçlerin herhangi birine başlamak için hücrelerin harici bir enerji kaynağına ihtiyacı vardır. Dış kaynağın bozulması, diğer reaksiyonları yürütmek için birleşebilen enerjiyi sağlayabilir. Hücreler bu dış enerjiyi iki yoldan biriyle elde eder. Fototroflar enerjilerini fotosentez yoluyla güneşten alırlar. Bitkiler fototroflardır. Bitkiler, karbondioksit ve suyu karbonhidratlara ve oksijene dönüştürmek için ışık enerjisini kullanır. İnsanlar gibi kemotroflar, karbonhidratlar, lipidler ve proteinler gibi organik bileşiklerin parçalanmasından enerji elde ederler. Hücre solunumu ve metabolizmasını tartışırken odak noktamız bu ikinci kimyasal tür enerji kazanımı olacaktır. Fototroflar ve kemotroflar arasındaki ilişki tamamlayıcıdır: kemotroflar oksijen gerektirir ve karbondioksiti tüketir, fototroflar ise karbondioksit gerektirir ve oksijeni tüketir. Ek olarak, kemotroflar tarafından alınan karbonhidratların çoğu, fototrofların metabolik karbonhidrat ürünlerinden elde edilir.
Kemotroflar arasında iki ana metabolik yol kategorisi vardır. İkisi arasındaki fark, birinin bozunma reaksiyonlarını, diğerinin ise sentez reaksiyonlarını içermesidir. Katabolik yollar, alınan gıda moleküllerinin parçalanmasını içerir. Anabolik yollar, temel biyomoleküllerin sentezini içerir. Bu yolların her biri boyunca, reaksiyonları yönlendirmeye yardımcı olmak için bir dizi enzim birlikte çalışır. Katabolik yollar, karbonhidratların ve proteinlerin polisakkaritlerine veya şekerlerine ve amino asit alt birimlerine parçalanmasında rol oynar. Bu reaksiyonlar, hücrenin ihtiyaç duyduğu enerjiyi serbest bırakır (bu nedenle karbonhidrat ve protein kaynağı olan gıda, hayatta kalmak için gereklidir).
Bahsettiğimiz gibi, ATP'nin parçalanması enerjik olarak uygun bir reaksiyondur. Bu doğrudur çünkü daha büyük, daha organize bir molekülü iki küçük moleküle bölmeyi içerir. Bu süreçte açığa çıkan enerji, diğer daha az elverişli reaksiyonları ilerletmek için kullanılabilir. Bu şekilde ATP, hücreler için büyük bir enerji kaynağı görevi görür.
Tahmin edilebileceği gibi, vücudumuzda her an birçok farklı anabolik ve katabolik reaksiyon gerçekleşmektedir. Sonuç olarak, sentez ve bozunma için uygun enzimlerin uygun zamanlarda aktif olmasını sağlamak için metabolik yollar yüksek düzeyde düzenlenmelidir. Bu düzenlemenin bir kısmı, hücrenin farklı bölümlerinde meydana gelen farklı metabolik süreçlerle mümkün olur.
Metabolik Reaksiyon Türleri
Oksidasyon ve İndirgeme Reaksiyonları
Tipik olarak gerçekleşen bir dizi farklı metabolik reaksiyon vardır. Bu kılavuzda çokça bahsedilecek olan reaksiyon sınıflarından biri oksidasyon ve indirgeme reaksiyonlarıdır. Bu reaksiyonlar elektronların kazanımını ve kaybını içerir ve sıklıkla karbon-hidrojen bağlarının bölünmesini de içerir. Uygun olduklarında, bu tür reaksiyonlar büyük miktarda serbest enerji verir. Bu reaksiyonlarda meydana gelen özellikleri anlamak için güçlü bir kimya altyapısı gereklidir. Burada, bir oksidasyon reaksiyonunun elektron kaybını (bağların kırılmasına karşılık gelir) içerdiğini ve bir indirgeme reaksiyonunun bir elektron kazanımını (bir bağ oluşturmaya karşılık gelir) içerdiğini anlamak yeterli olacaktır.
Eliminasyon Reaksiyonları ve İzomerizasyon Reaksiyonları
Başka bir reaksiyon sınıfı, eliminasyon reaksiyonlarıdır. Bunlar, bir molekülden atomların elimine edilmesini içerir ve karbon-karbon çift bağlarının oluşumu ile sonuçlanır. Yok edilebilecek moleküller arasında su, amonyak ve hidroksiller bulunur. İzomerizasyon reaksiyonları, hidrojen atomlarının intramoleküler kaymasını içerir. Bir izomerizasyon reaksiyonunun ürünleri aynı atomik bileşenlere sahiptir ancak farklı bir konformasyonda bulunur.
Yine, metabolik reaksiyonların bu tanımları, glikoliz ve sitrik asit döngüsü tartışmamızda kullanabilmemiz için sadece basit girişlerdir. Bu reaksiyonların özellikleri, burada ele alınmayan organik kimyayı kullanır.
