THE FIRST LAW OF THERMODYNAMICS ANALYSIS OF TRANSPORTERS INVOLVED IN THE GLUTAMATE/GABA-GLUTAMINE CYCLE

Authors : Mert GUR, Sema Zeynep YILMAZ, Elhan TAKA

Pages : 265-276

Doi:10.47480/isibted.1025952

View : 14 | Download : 7

Publication Date : 2021-10-31

Article Type : Research Paper

Abstract :Glutamin-glutamat/GABA çevrimi (GGC), nörotransmiter homeostazını sürdürmek için glutamatın nörotransmitter havuzunun yenilenmesini sağlayan bir olaylar dizisidir. GGC'de, glutamat veya GABA molekülleri nöronlardan salınır ve ardından astrositlere alınır. Astrositler, glutamat veya GABA moleküllerini glutamine dönüştürür ve onları sinapsa salar. Glutamin molekülleri, glutamat veya GABA sentezi için bir öncü olarak kullanılmak üzere nöronlar tarafından alınır. Bu moleküllerin, nöronların ve astrositlerin hücre zarları boyunca taşınması, taşıyıcı proteinler tarafından sağlanmaktadır. Söz konusu taşıyıcı proteinler biyomoleküler makinalar olup termodinamik çevrimlerde çalışmakta ve giren enerjinin bir kısmını yararlı işe dönüştürmektedir. Moleküllerin/iyonların elektrokimyasal gradyanı yönündeki taşınımından elde eldilen enerji, protein içerisinde mekanik yararlı işe dönüştürülerek moleküllerin/iyonların elektrokimyasal gradyanlarının tersine taşınımı için kullanılmaktadır. Çalışmamızda enerjinin korunumu yasası uygulanmıştır ve çevrim boyunca sisteme giren enerjinin ne kadarının yararlı işe dönüştürüldüğünü gösteren termodinamik birinci yasa verimlilikleri, GGC’de bulunan EAAT, ASCT2, B0AT2, SA, SN ve GABA taşıyıcıları için hesaplanmıştır. Sinapstaki nörotransmitter konsantrasyonları, sinyal iletimiyle değişmekte ve daha sonra bazal seviyelerine geri dönmektedir. Bu ise taşıyıcıların konsatrasyonlara bağlı olarak değişen birinci yasa verimlilik değerleriyle çalışmalarına sebep olmaktadır. EAAT (glutamat taşınımı için), ASCT2, B0AT2, SA SN, GABA (ileri yönde taşınım) için birinci yasa verimliliklerinin aralıkları sırasıyla %60-85, %46-78, %61-89, %61-89, %55-80 ve %54-76 olarak hesaplanmıştır. Taşıyıcı proteinler için elde edilen verimlilik değerleri, günlük hayatımızda karşılaştığımız makro ölçekli ısı makinalarına nazaran çok yüksektir. Buna ek olarak, EAAT proteinin glutamat taşınımını, maksimum %45 değerinde birinci yasa verimliliğiyle gerçekleşen aspartat taşınımına göre, daha yüksek verimlilikle gerçekleştirdiği belirlenmiştir. Dolayısıyla, farklı substratların aynı taşıyıcı tarafından taşınımının farklı verimliliklerle gerçekleşebileceği ortaya konulmuştur.
Keywords : Termodinamik, Birinci Yasa Verimliliği, Biyomoleküler Makinalar, GlutaminGlutamat GABA çevrimi, EAAT, GABA, Glutamin, Glutamat, Taşıyıcı, Nörotransmitter ve iyon konsantrasyonları