Hücre Metabolizmasının Denetlenmesi ve cAMP

Organik ve inorganik maddelerin hücreye alınımı, nakli ve işlenmesi gibi bütün biyokimyasal dönüşüm reaksiyonlarına metabolizma denir.

Hücre metabolizmasında gerçekleşecek reaksiyonlar, hücrenin kalıtsal materyalinin denetiminde yürütülür.

Hücre metabolizması üç kısımda incelenir. Bunlar:

1- Katabolik reaksiyonlar  (Yıkım olayları)
2- Anabolik reaksiyonlar   (Yapım olayları)
3- Amfibolik reaksiyonları (Ara metabolizma)

Katabolik reaksiyonlar

Katabolizma hücre kendi metabolizmasının isteğine göre büyük yapılı organik bileşikleri (protein,yağ,karbonhidrat,vitamin) yapı taşlarına yani monomerlerine (amino asit,yağ asitleri,glukoz) ayrılma işlemine katabolizma denir.

Bitkiler, fotosentezle 1 mol glukoz sentezlemek için güneşten 686.000 kalorilik ışınım enerjisi almak zorundadır. Alınan bu enerji, glukoz molekülü sentezlenmesi sırasında değişik bağlara aktarılır.

Yüksek enerjili bağlar içeren glukoz, hücrede gerçekleşecek glikoliz reaksiyonları ile yıkılarak hücre metabolizması için gerekli olan enerjinin oluşması sağlanır. Glukozun bağlarında bulunan tüm enerjinin hücreye geçebilmesi için glikoliz reaksiyonları sonucunda oluşan pirüvatın oksitlenerek mitokondriye geçmesi sağlanır. Mitokondriye geçen pirüvat, su ve karbondioksite kadar yıkılır. Böylece glukozda bulunan 686 kcal enerjinin hücreye aktarılması sağlanır. Hücre içinde serbest kalan bu enerji,  gerekli reaksiyonlarda kullanılması için yüksek enerjili fosfat bağları sayesinde potansiyel enerji olarak depolanır. Glikoliz reaksiyonları bu fosfat bağları ile  ADP'den (Adenozin difosfat) ATP ( Adenozin trifosfat) sentezlemiş olur.

Anabolik reaksiyonlar

Anabolik reaksiyonlar, hücrenin kalıtsal materyaline göre farklılık göstereceğinden madde sentezlenmesi reaksiyonları, o canlının kendi metabolizması için gerekli olan biyosentez olaylarını gerçekleştirir. Bütün anabolik reaksiyonlar, ATP gerektirdiği için hücre içinde gerçekleşir.

Fotosentez bir anabolik (yapım) reaksiyonlarıdır. Bitkiler fotosentez yapması için su, karbondioksit, güneş ışınımları gibi maddelere ihtiyaç duyar. Su ve karbondioksiti, güneş ışınımlarıyla kloroplast yardımı ile organik besin olan glukozun sentezlenmesi ve oksijenin atmosfere salınması ile anabolik (yapım) reaksiyonları gerçekleşmiş olur.

Amfibolik Reaksiyonları (Ara metabolizma)

Beslenme ile alınan besinlerin enzimler aracılığı ile sindirilmesi sonrasında monomerlerine ayrılması ve emiliminden sonraki akibeti ara metabolizmayı oluşturur.

- Moleküllerin emilimi işleminden sonra tek başlarına izlediği metabolik yollar.

- Moleküller arasındaki karşılıklı ilişkiler.

- Besinlerin izlediği yollar arasındaki akışı denetleyen mekanizmalar.

- Ara ürün havuzunu denetler.

Hücre işlevlerinin denetiminde cAMP ve Kalsiyum iyonu

Bir hücrenin denetimi iki yolla gerçekleştirilir. Bu denetleme yolları sinirsel ve hormonal olarak ikiye ayrılır. Sinirsel denetleme nörotransmitter maddeler ile sağlanmaktadır. Hormonal denetleme ise denetlenecek hücrenin görev ve işlevlerine göre farklılık göstermektedir. Sinirsel ve hormonal denetleme hücre içerisinde etki mekanizmaları hemen hemen aynıdır. Bu iki denetleme sistemi etki mekanizması cAMP, kalsiyum iyonları proteinkinazlardır.

Kalsiyum iyonları

Kalsiyum iyonları mitokondri ve kas hücrelerinin sarkoplazmik retikulumunda depo edilir. Hücre içi derişimi 10^-5 – 10^-8 , hücre dışında 10^-3 M dır. Hücre içine difüzyonla girer. Hücre pasif iken kalsiyum iyonları hücreye bağlı, aktif iken çözülmüş halde bulunur. Sinir impulsu kasa ulaşınca retikulumdaki kalsiyumu çözerek troponine bağlanmasını ve kasın kasılmasını sağlar. İmpuls kesilince Ca iyonları tekrar sarkoplazmik retikuluma bağlanır. Kas dinlenme haline geçer.

cAMP (siklik adenozin monofosfat) işlevleri

Bakterilerde, tek hücreli canlılarda ve hayvanlarda bu durumu, Sutherland ve Rall 1958 yılında bulmuşlardır.

cAMP'a bitkilerde henüz rastlanmamıştır. Denge halindeki bir hücrede 10^-6 M’dır. 

Antogonist olan iki hormon tarafından hücredeki derişimi kontrol edilir.

ATP’den cAMP sentezleyen hücre zarına bağlı ‘’Adenilat Siklaz’’, cAMP’ yi 5’-AMP ‘ ye çevirerek etkisini ortadan kaldıran sitoplazmadaki ‘’fosfodiesteraz’’ enzimidir.

cAMP hücre metabolizma hızını denetleyen en önemli faktördür. Dışarıdan aldığı her uyarıya karşı hücreden gerekli olan merkezleri uyararak gerekli cevabın verilmesini sağlar. cAMP peptid hormonların etkisinde, nörotransmitter, endo ve ekzokrin maddelerin salınmasında önemli rol oynar.

Hücreye ulaşan bir sinir ve hormonal uyartı hücre zarına bağlı proteinlerle tepkimeye girerek adenilat siklaz enzimi uyarılması sağlar. Adenilat siklaz enzimi aktif edildikten sonra hücre metabolizmasında cAMP sentezini arttırır. cAMP hücre içerisinde kimyasal olayları ve enzimleri aktive eder. cAMP’ ın ikincil haberci olduğu tüm hücrelerde cAMP ile proteinkinazlar bulunur. Bu bileşikler mikrotubulus vezikül sistemine ait enzim proteinlerini fosforile ederek uyarır. Proteinler bu uyarılmadan sonra kalsiyuma duyarlı olurlar. Sinir uçlarında cAMP’nin ve özellikle sinaptik veziküllerde proteinkinazın fazla miktarda bulunması, cAMP sinirsel iletimde de katkısı olduğunu gösterir.

cAMP’ın etki mekanizması

cAMP allosterik bir özellik göstererek iki uç kısmı ile bağ yapabilme özelliğine sahiptir. cAMP'a protein bağlanarak yapısal olarak değişmesine aktif veya inaktif hale geçmesine neden olur. cAMP düzenleyici (regülatör) ve etki edici (katalitik) alt ünitelerden meydan gelmiş proteinkinazlara etki ederek daha küçük altbirimlerine ayrılmasını sağlar. cAMP düzenyelici alt birime bağlanarak enzim aktif hale geçmesine neden olur. Hücre metabolizmasında cAMP olmadığı  zaman düzenleyici alt birimi katalitik alt birimi yok eder. cAMP gen aktive edici proteinlerle birleşerek bazı durumda mRNA sentezlenmesi sağlar. cAMP her zaman aktiviteyi arttırmak değil çogu zaman inhibe edici olarak görev alır. cAMP hücre içerisinde olan değişikliklerden etkilenmez, sadece hücre dışındaki değişikliklerden etkilenir. cAMP asit ve alkali etkilere karşı dayanıklıdır. Ortamın ph’sından çok fazla etkilenmez. cAMP'nın yenilenme hızı yüksektir.


Gelecek yayınlarımızda görüşmek üzere! Esen kalın...