Metabolik Yolaklar Birbirine Nasıl Bağlanır?

Canlılar, besin ihtiyacı için sadece glikoz tüketmezler. Örneğin protein içeren bir hindili sandviçin hücrelerinize enerji sağlayabilmesi için, o proteinlerin bir şekilde enerjiye dönüşmesi gerekir. Bunun gerçekleşmesini sağlayan şey karbohidratlar, proteinler ve lipitleri içeren tüm katabolik yolakların, en nihayetinde glikoliz ve sitrik asit döngüsüne bağlanmasıdır. Metabolik yolakların gözenekli yapıda olduğu düşünülebilir, böylece maddeler bir yolaktan gelip bir diğer yolağa geçer. Bu yolaklar kapalı birer sistem olmadığı gibi belli bir yolakta oluşan ürünler çoğunlukla başka bir yolağın reaktanı olarak görev alır.

Diğer Şekerlerin Glikoz Metabolizmasına Bağlanması

Bir glikoz polimeri olan glikojen, hayvanlarda kısa süreli enerji depolanmasını sağlayan bir moleküldür. Hayvansal metabolizmada yeterli miktarda ATP mevcut olduğunda, fazla glikoz, glikojene dönüştürülerek depolanır. Glikojen, karaciğer ve kaslarda sentezlenerek depolanır ve kan şekeri seviyesi düştüğünde glikojen depodan çıkarılır. Ayrıca kas hücrelerinde glikoz kaynağı olarak glikojen bulunması, egzersiz sırasında daha uzun süre ATP üretilebilmesini sağlamaktadır.

Sükroz, birbirine bağlı glikoz ve fruktozdan oluşan bir disakkarittir. Sükrozun ince bağırsakta parçalanmasıyla oluşan glikoz ve fruktozun ayrı ayrı emilir. Fruktoz, sindirim sırasında doğrudan emilerek kan dolaşımına katılan glikoz ve galaktoz (süt şekeri, disakkarit laktozun bir parçasıdır) ile birlikte diyetle alınan üç monosakkaritten biridir. Hem fruktozun hem de galaktozun katabolizması, glikoz ile aynı miktarda ATP molekülü üretilmesini sağlar.

Proteinlerin Glikoz Metabolizmasına Bağlanması

Proteinler, hücrelerdeki çeşitli enzimler tarafından parçalanırlar. Amino asitler genelde yeni proteinlerin sentezi için geri dönüştürülürler, ancak ortamda fazla amino asit bulunması veya vücutta yeterli amino asit bulunmaması durumlarında glikoz katabolizma yolaklarına yönlendirilebilirler. Bu yolaklara girmeden önce her amino asidin amino grubu çıkarılır ve çıkarılan amino grubu amonyağa dönüştürülür. Memeli karaciğerinde, iki amonyak molekülünden ve bir karbondioksit molekülünden üre sentezlenmektedir. Bu nedenle üre, memelilerde amino asitlerden kaynaklanan nitrojenin başlıca atık ürünüdür ve vücudu idrar yoluyla terk etmektedir.

Lipitlerin Glikoz Metabolizmasına Bağlanması

Kolesterol ve trigliseritler, glikoz yolaklarına bağlanan lipitlerdir. Kolesterol, hücre zarı esnekliğine katkı sağlayan ve steroid hormonlarının öncüsü olan bir lipittir. Kolesterol sentezi, asetil CoA ile başlayarak tek yönde ilerler; süreç tersine çevrilemez ve ATP üretilmez.

Trigliseritler, hayvanlarda uzun süreli enerji depolamasında kullanılırlar. Trigliseritler, karbohidratlardan yaklaşık iki kat daha fazla enerji depolama kapasitesine sahiptir. Trigliseritler, yapısal olarak gliserol ve üç yağ asidinden oluşmaktadır.

Hayvanlar, ihtiyaç duydukları yağ asitlerinin çoğunu kendileri üretebilirler. Trigliseritler, glikoz katabolizma yolaklarının bazı kısımlarında hem sentezlenebilir hem de parçalanabilir. Gliserol fosforillenerek glikoliz yolağına ilerler. Yağ asitleri, sitrik asit döngüsüne giren iki karbonlu birimlere ayrılır.

Fotosentez Yolakları ve Hücresel Metabolizma

Fotosentez ve hücresel metabolizma, birçok karmaşık yolağın birlikte çalışmasıyla tamamlanır. Genellikle ilk hücrelerin, besin içeren sulu bir ortamda ortaya çıktığı düşünülür. Bu hücreler, çoğalmayı ve sayılarını istikrarlı şekilde artırmayı başarabilirse yaşadıkları ortamda bulunan besinleri kendilerine çekerek ortamdaki besinleri tüketmeye başlar. Bu varsayımsal durum, ortamda kalan besinleri kullanarak var olabilecek organizmaları destekleyen doğal seçilimle sonuçlanacak ve bu besinleri hayatta kalmak için kullanabilecekleri malzemelere dönüştürerektir. Ayrıca seçilim süreci, mevcut besinlerden maksimum değeri elde edebilen organizmaları tercih edecektir.

Hidrojen atomlarının kaynağı olarak su dışındaki bileşikleri kullanan erken bir fotosentez biçimi gelişmiştir, ancak bu yolak serbest oksijen üretmez. Glikolizin bu yolaktan önce ortaya çıktığı ve ilk haliyle de üretilen basit şekerlerden fayda sağlayabileceği düşünülmektedir, ancak bu reaksiyonlar karbohidratlarda depolanan enerjinin tamamını ortaya çıkaramaz. Daha sonra gelişen bir fotosentez biçimi, suyu hidrojen iyonu kaynağı olarak kullanarak serbest oksijen üretmiş ve bu sayede zamanla atmosferin oksijence zenginleşmesi sağlanmıştır. Canlılar, bu yeni atmosferi kullanabilmek için uyum sağlayarak bugün bildiğimiz şekliyle solunumun evrimleşmesine olanak sağlamıştır. Fotosentez, gelişimini tamamlayarak bugünkü şekline evrimleştiğinde ve atmosfer oksijenle zenginleştiğinde hücreler nihayet fotosentez tarafından atılan oksijeni sitrik asit döngüsünü kullanarak şeker moleküllerinden daha fazla enerji çıkarmak için kullanabilir hale gelmiştir.