KARBONHİDRATLAR

Karbonhidratlar selüloz, nişasta ve komplex şekerler gibi polisakkaritlerdir. Bu basit şekerler asetata kıyasla elektron başına daha fazla enerji içerirler. Bu nedenle karbonhidratların anaerobik fermantasyonu ile bakteriler enerji üretirler ve daha az enerji içeren son ürünlere dönüştürürler. Fakat, son elektron alıcısının olması durumunda karbonhidratlar asetil – koenzim a ya dönüşür. Ve bu da diğer organik substratlar gibi sitrik asit döngüsüne girer

Embden-Meyerhof pathway-

2 ATP, 10 NADH, 2 FADH2 ve 2 GTP oluşur

Denklemden görüldüğü gibi glikozun fermantasyonu ile iki mol ATP üretilir bu yolla oksidasyona “substrat düzeyinde fosforilasyon” denir. Fakat, ATP yanında ayrıca 2 NADH da üretilir. Organizmanın son elektron alıcısı olmadığı için NAD+ üretimi amacıyla bu iki elektrondan kurtulması gerekmektedir. Organizma bunu; elektronları pirüvata aktararak yani yan ürünler oluşturarak gerçekleştirir. Bu yan ürünler: etanol asetat ya da diğer basit bileşikler olabilir (Ör: proponol, butanol, succineate, butrat ve H2). Hangi ara ürünlerin oluşacağı organizmaya ve çevre şartlarına bağlıdır

OKSİDATİF FOSFORİLASYON Oksidatif fosforilasyon solunum yolu ile hücre için enerji üretimidir. Elektron taşıyıcılarda biriken enerji “oksidatif fosforilasyon” ile enerjiye dönüştürülür. Ortaya çıkacak olan enerji miktarı kullanılacak olan elektron alıcısına bağlıdır. Eğer oksijen elektron alıcı olarak kullanılırsa oldukça yüksek miktarda enerji üretilecek olup bir mol NADH’dan 3 mol ATP üretilebilir

ATP = ADP + Pi ∆G°’ = -32 kj/mol ATP (7641,6cal) (1 joule=0,2388 cal.) Bu bir mol NADH’dan ne kadar ATP üretebileceğine dair bir fikir vermektedir. Hücrelerdeki konsantrasyonlar baz alınırsa gerçek değeri yaklaşık -50 kj/mol ATP ‘dir. Elektronlar NADH’dan her bir e- taşıyıcına geçerken protonlar serbest bırakılır ve bu protonlar ya hücre dışına pompalanır veya hücre içinde OH- ile reaksiyona girer. NADH (in) + H+(in) + FP(ox)  NAD+ (in) + 2 H+ (out) + FP (red) 2- 2 H2O (in)  2 H+ (in) + 2 OH(in) –   En çok iyon ayrışımı elektronların Flavoprotein den stokrom bcı’e geçerken olur. H+ ve OH- iyonlarının hücrenin frklı kısımlarına (dış ve iç) pompalanması bir proton motive Force (PMF) yaratır. PMF bir enerji gradyantı olup ADP ve fosfattan ATP üretimi amacıyla kullanılır.

Bazen enerji sadece hücre sentezi için kullanılmaz Bazen enerji sadece hücre sentezi için kullanılmaz. Hareket ve hücre elemanlarınının yenilenmesi için de kullanılır Peki ne kadar enerji hareket için kullanılır ve bu enerji substrat katabolizminden hareket enerjisine nasıl aktarılır? Bir çok bakteri flagella denen kamçılarıyla hareket ederler. Salmonella typhimurium altı flogellaya sahiptir. Burda hareketi sağlayan ise PMF dur. Gerçekte hareket için üretilen tüm enerjinin sadece yaklaşık %1’i kullanılır. Hücre enerjiyi direk olarak PMF’dan alarak ATP kullanmaz. Bu daha etkili bir yol olup kullanılacak enerji ve elektron taşıyıcılarının sayısı azaltılır. Ne kadar az transfer elemanı kullanılırsa o kadar etkili ve verimli bir şekilde enerji kullanılacaktır

Fototrofik enerji Transferi Birçok fototrofik organizma enerjisini güneşten alır. Işığın enerjisi dalga boyu ile alakalıdır. Peki organizma ışığı nasıl alarak enerjiye dönüştürür? Klorofiller hücrenin ışık tutan pigmentleridir. Aerobik ve anaerobik fotosentezde reaksiyonlar değişmekle birlikte sonuç olarak ATP ve oksitlenmiş bir ürün ortaya çıkar. Oksijenik fotosentezlerde net reaksiyon,  H2O + NADP+ + 2 ADP + Pi  NADPH + H+ + ATP + 0,5 O2 Bu denklemin oluşumundan ortalama 400 – 500 kj enerji kullanılmakla beraber ortaya çıkan NADPH ve ATP DEKİ TOPLAM SERBEST ENERJİ 251 kj’dür. Dolayısı ile güneş ışınındaki enerjiyi kimyasal enerjiye çevirmedeki verim % 50 – 60 civarındadır

Anoksik fotosentezde mor ve yeşil bakteri gibi bakteriler anaerobik koşullarda fotosentez yapar. Bu durumda redüktant olarak H2O yerine H2S kullanılarak NADPH üretilir ve O2 yerine de S° üretilir. Dolayısıyla mikroorganizmalar birçok farklı koşulda enerji üretebilir

Anabolizma Anabolizma hücre sentezidir. Basit olarak katabolizmanın tersidir. Basit kimyasal ön maddeleri (asetat gibi) daha kompleks yapı bloklarına dönüştürülür (glikoz gibi). Daha sonra bu kompleks yapı blokları daha büyük makromolekül yapımında (protein, karbonhidrat, yağ, nükleik asit ve diğer hücre bileşenleri) kullanılır. Katabolizma ve anabolizmada kullanılan enzimler farklıdır.

Anabolizmada iki seçenek vardır Anabolizmada iki seçenek vardır. Birincisi organik karbon kullanarak hücre sentezi (heterotrof), ikincisi ise inorganik karbonun kullanıldığı ototrofik büyüme. Bazı organizmalar ise hem ototrof hemde hetorotrof büyüme özelliğine sahip olup buna mixotrof denir. Ototrofik büyümede az bir miktar organik karbon vitamin olarak gerekli olabilir. Organik maddeleri kullanarak hücre sentezi yapmak için gerekli olan enerji, inorganik karbon kullanarak hücre sentezi yapmak için gerekli enerjiden çok daha azdır. Bu nedenle, organik maddelerin mevcut olması durumunda heterotforlar; ototroflara göre çok daha avantajlıdır.