Glukoz moleküllerinin oksijene ihtiyaç duyulmadan ATP üretimi için hızlı bir şekilde parçalanması olayına anaerobik glikoliz adı verilir. Bu sistem atletizm pistinde koşulan 200, 400 ve 800 metrelik yarışların hızlıca tamamlanabilmesini sağlayan enerji sistemidir. Bu yazımızda anaerobik glikolizdeki önemli yapıları, işleyişi ve kısıtlayıcı faktörleri anlatıyoruz.
Anaerobik glikolizin substratı glukozdur. Glukoz kandan veya kastaki glikojen deposundan elde edilebilir. Glukozun 11 basamaklı reaksiyon dizisi boyunca parçalanmasıyla 2 adet net ATP ve 2 adet laktat elde edilir. Glikolizin reaksiyonları kas hücresinin sarkoplazmasında gerçekleşir. Sarkoplazmasında gerçekleşir dediğimize göre ve adından da anlaşılacağı üzere oksijenle bir işimiz olmadığı anlaşılmıştır.
GÖRSEL - Glikolizin basit gösterimi
Hücre içindeki serbest glukoz molekülü, normal şartlarda hücre zarından kolayca geçip dışarı kaçabilir. Bu yüzden glikolizin en başında glukoz molekülüne 6 numaralı karbon atomundan bir P eklenir.
Birinci basamakta elde edilen G-6-P hem glukozun hücre içinde kalmasını hem de glikolizin başlamasını sağlar. Reaksiyon 5 ile beraber 6 karbonlu yapı ikiye ayrılır ve 2 adet gliseraldehit-3-fosfat ya da kısaca G-3-P elde edilir. Bu sebepten ötürü reaksiyon 6 ve kalan diğer reaksiyonlar 2 kere gerçekleşmektedir. İlk 5 reaksiyona bir göz atın.
GÖRSEL - Glikoliz (ilk 5 reaksiyon)
Görsele baktığımızda reaksiyon 1 ve 3'te ATP harcandığını ve hala ATP üretilmediğini görüyoruz. Yani glikolizin başlangıcında ve ilerleyişinde ATP elde edilmeden önce 2 ATP harcanmaktadır. ATP hidrolizinde H+ salındığını hatırlayın. Glikoliz, ATP harcanmasına sebep olduğu bu reaksiyonlardan ötürü H+ birikimine sebep olur.
Reaksiyon 3 glikolizin hız-sınırlayıcı (rate-limiting) enzimi olan fosfofruktokinaz, kısaca PFK, tarafından katalizlenir. PFK'nın aktivitesinin artması veya azalması glikoliz ile ATP resentezleme hızını doğrudan etkiler. PFK'nın gerçekleştirdiği reaksiyonda ara ürüne ikinci bir P eklenir ve fruktoz-1,6-bifosfat elde edilir.
GÖRSEL - PFK'nın katalizlediği reaksiyon
Reaksiyon 6'nın gerçekleşmesi için ise hidrojen ve elektronların transfer edilmesi gereklidir. Bunun için NAD+'a ihtiyaç duyulur. Bu reaksiyonla beraber NADH ve H+ elde edilir. Reaksiyon 7 ve 9'da birer adet ATP meydana gelmektedir. Reaksiyon 6'dan itibaren her şeyin 2 kere gerçekleştiğini unutmayın.
Başta harcadığımız 2 ATP'yi de hesaba katıp kalan reaksiyonlarda ürettiğimiz toplam 4 ATP'den çıkartırsak, net 2 ATP kazancımız var demektir. ATP'nin yanında bir diğer elde edilen şey ise laktat. ATP sentezlenen ve laktat üretilen reaksiyonlara aşağıdaki görselden bakın. Laktat molekülü atık bir madde değildir aksine çok önemli bir şeye öncülük eder, okumaya devam edin.
GÖRSEL - Glikoliz (son 6 reaksiyon)
Kas hücresinde sürekli olarak ATP harcanmaktadır. Glikoliz 400 metre koşusunda ana enerji sistemiyse, bu durumda sporcu ciddi oranda ATP harcıyor ve anaerobik glikoliz ile de ciddi oranda ATP resentezliyor demektir. Çok hızlı ATP yıkımı ortama enerjiyle beraber çok fazla hidrojen iyonu da salar. Hidrojen iyonlarının birikmesiyle ortamda asidoz meydana gelir. Asidoz, yani pH düşüşü kaslarınızdaki yanma hissini yaratan olaydır.
Hidrojen ve elektron taşıyıcı NAD+'ler NADH yapısındayken yeni hidrojen ve elektron alamaz. Serbest kalmak için ortamdan topladıkları bu hidrojen iyonlarını mitokondriye bırakmaları gerekir. Hidrojen ve elektronlar mitokondri içinde asidoza sebep olamazlar çünkü oksijen molekülüne eklenirler, böylece yararlı bir madde olan su üretilir. Bu olayla beraber NAD+ serbest forma geçer ve tekrar hidrojen ve elektron toplama görevine dönebilir.
Bu noktada sizlere önemli bir sorum var. Egzersize yeni başladıysanız ve kalp atışınızla solunumunuz kasa yeterli oksijen ulaştıracak kadar hızlanmadıysa NADH nasıl serbest kalır? Artan hidrojen iyonlarının hepsini aktaracak kadar oksijen kas hücrelerinizde olmadığında NAD oluşumunu sağlayacak ikinci bir yol var: laktat üretimi.
Bu durumda, NADH yapısındaki hidrojeni pirüvata aktararak laktat oluşumunu sağlar. Pirüvattan laktat elde edilmesini sağlayan enzim laktat dehidrogenaz, LDH, enzimidir. Laktat oluşumu NAD+'ın serbest kalmasını sağlar ve hidrojen iyonlarını geçici süreliğine (ortam pH'sini bozmadan) depolar. Bu olayı açıklayan görselimize aşağıdan bir göz atın.
GÖRSEL - NAD elde etmek için laktat oluşumu
Laktat molekülü daha sonralarda çeşitli yollarla metabolize edilebilir. Aynı veya farklı kas hücrelerinde, kalp kasında veya karaciğerde çeşitli değişimler geçirir. Bunları detaylı anlattığımız bol bol laktat yazımız mevcut. Bu yazının sonundan istediğiniz yazılara tıkla-git yapabilirsiniz.
Hız sınırlayıcı enzim olan PFK ile ilgli kritik bir bilgi verme vakti de geldi. Glikoliz çok hızlı şekilde işliyor ise sporcu çok hızlı ATP harcıyor ve sentezliyor demiştik. ATP'nin yıkılmasıyla da iyi olan enerji ve kötü olan hidrojen iyonları açığa çıkıyor.
ATP hidrolizinden ötürü hidrojen iyonlarının üretim hızı NAD+ taşıma kapasitesini geçtiği noktada hidrojen iyonları ortamda birikmeye başlıyor ve pH düşüşüne, asidoza, sebep oluyor. Bu durum laktattan bağımsızdır ancak laktatın üretim miktarıyla paralel şekilde meydana gelir. Maksimum laktat ve hidrojen birikimi çok yüksek şiddetli egzersizde 40-60 saniye civarında olur.
GÖRSEL - pH ve enzim aktivitesi
Asidoz, PFK'nın işleyişini yavaşlatır. Kaslarınızda yanma meydana geldiğinde bu yüzden devam edemezsiniz; PFK enzimi iş kapasitesini kaybeder. Ne demiştik PFK yavaşlar veya hızlanırsa glikoliz de durumdan o şekilde etkilenir. Asidoz meydana geldiğinde aynı egzersizi aynı şiddette sürdüremezsiniz ama daha düşük şiddette devam edebilirsiniz. Bu mantığı kavrayabilmek için bu yazıdan sonra Aerobik Sistemi okumalısınız.
Sonuç olarak, anaerobik glikolizin reaksiyonları oksijene ihtiyaç duymaz ve 10-11 reaksiyonluk bir süreci kapsar. Bu süreç sonunda net olarak 2 ATP kazancı bulunur. Laktat ve H+ yan ürünler olarak ortamda birikir, maksimum birikim maksimum şiddette 40-60 saniye sonunda oluşur. Hidrojen iyonları birikimi hız sınırlayıcı enzim olan PFK'nın işleyişini yavaşlatır ve sistem kendi kendisini kısıtlamış olur. Pirüvattan laktat oluşumunu sağlayan enzim LDH enzimidir. Konuya ilişkin bilginizi tamamlamak ve kendinize seviye atlatmak için önceki ve sonraki yazılara göz atmayı ihmal etmeyin. Linklere aşağıdan ulaşabilirsiniz.
SSPS - level up yourself
Bu ve sitemizde yer alan diğer yazılar SSPS spor ve sağlık bilimleri kütüphanesi kaynakları kullanılarak hazırlanmıştır.