Metabolik yolak
Biyokimyada metabolik yolak veya metabolik patika (İngilizce: metabolic pathway), hücre içinde meydana gelen bir dizi kimyasal tepkimedir; Bunlar toplu olarak metabolizmayı oluştururlar. Her bir yolakta belli bir kimyasal bileşik, enzimler tarafından değişime uğrar. Bazı metabolik yolaklarda pek çok bileşik ve enzim yer aldığı için bunlar çok karmaşık olabilir. Hücrelerde pek çok yolak bulunur, bunlar ortak bileşiklerde kesiştikleri için karmaşık ağlar oluşturabilirler, bunlara metabolik ağ denir. Metabolik yolaklar organizmalarda homeostaz sağlamakta rol oynar.
Etimoloji
Genel anlamıyla patika veya yolak, özellikle planlanıp inşa edilmemiş, üzerinde sürekli yürünmek sonucu oluşan bir yoldur. Biyokimyada bir molekülün değişime uğraya uğraya izlediği reaksiyonlar dizisi de soyut düzeyde bir yolağa benzetilmiştir.
Genel bakış
Her bir metabolik yolak, araürünleri ile birbirine bağlanmış bir biyokimyasal reaksiyonlar dizisidir: Bir reaksiyonun ürünleri bir sonrakinin reaktanlarıdır. Metabolik yolaklar genelde tek yönlü olarak değerlendirilir, çünkü her kimyasal tepkime teorik olarak tersinir olsa da hücre içindeki şartlar, reaksiyon akısının pratikte tek yönlü ilerlemesini sağlar.
- Glikoliz ilk keşfedilen metabolik yolak olmuştur.
- Glukoz hücre içine girince, bu yolağın tersinmez ilk adımında ATP ile reaksiyona girerek glukoz 6-fosfata dönüşür.
- Yeterince enerji kaynağı bulunması halinde glikoliz tersine işleyip glikoneojenez yoluyla glukoz üretilir, bu da hücre içinde glikojen veya nişasta olarak depolanır.
- Metabolik yolaklar çoğu zaman geri beslemeli inhibisyon ile denetlenir. Bazen bir döngünün ürünü aynı döngüyü yeniden başlatır, Krebs döngüsünde olduğu gibi.
- Ökaryotlarda anabolik ve katabolik yolaklar, ya organeller sayesinde veya farklı enzim ve kofaktörler sayesinde birbirlerinden ayrı tutulurlar.
Başlıca metabolik yolaklar
Hücresel solunum
Yakıt moleküllerinin parçalanmasıyla açığa çıkan enerjinin ATP'ye dönüşmesi için birkaç farklı ama birbiriyle ilişkili metabolik yolak vardır. Bunlar hemen her hücrede bir biçimde mevcuttur:
- Glikoliz
- Anaerobik solunum
- Krebs döngüsü / Sitrik asit döngüsü
- Oksidatif fosforilasyon
Hemen her canlıda bulunan diğer yolaklar:
- Yağ asidi oksidasyonu (β-oksidasyon)
- Glukoneogenez
- HMG-KoA redüktaz yolağı (izopren prenilasyon zincileri için bakınız kolesterol)
- Pentose phosphate pathway (heksoz monofosfat şantı)
- Porfirin sentezi (veya hem sentezi) yolağı
- Üre döngüsü
Cansız maddelerden enerjetik bileşikler elde edilmesi:
- Fotosentez (bitkiler, algler, siyanobakteriler)
- Kemosentez (bazı bakteriler)
Veritabanları
Her organizmadaki enzimler belli bir yolakları mümkün kılar. Canlı genomlarının dizilenmesi sonucu her canlıda hangi enzimlerin var olduğunu onların dizilerinden kestirmek mümkündür. Bu kestirmelerin bir kısmı deneysel verilerle teyid edilmiştir. Bu tür çalışmlara dayalı olarak her canlı için metabolik yolak veritabanları oluşuturulmuştur. MetaCyc 600'den fazla organizmaya özgü yolak veritabanlarını içerir. Bu veritabanlarından en kapsamlı olanı KEGG pek çok organizmanın enzimleri, genleri, reaksiyonları ve yolakları hakkında ayrıntılı bilgiler içerir. Bu tür veritabanları kullanılarak metabolizma modellemeleri yapmak mümkündür.