Biyoloji Canlılarda Solunum Enerjinin Açığa Çıkışı

Biyoloji Canlılarda Solunum Enerjinin Açığa Çıkışı
Canlılarda Enerji Dönüşümleri
Canlılarda Solunum: Enerjinin Açığa Çıkışı
Canlı hücrede gerçekleşen tüm metabolik olaylar enerji gerektirir. Hayvanlar enerjilerini yedikleri besinlerden
alır.
Besinlerdeki bu enerji, fotosentez yoluyla güneşten alınan ışınım enerjisinin organik maddelerin kimyasal
bağlarındaki potansiyel enerjiye çevirilmiş şeklidir.
Hücresel solunumda enzimler aracılığıyla besinler karbondioksit ve suya parçalanırken kimyasal bağ enerjisi açığa
çıkarak, ATP molekülünde depolanır.
Hücreler ATP’nin yapısındaki yüksek enerji bağlarını yıkarak elde ettiği enerjiyi biyolojik işte kullanır.
Özetle;
Işık Enerjisi —Fotosentez—> Kimyasal Bağ Enerjisi —Solunum—> ATP —> Canlılık Olayları
A. Enerjinin Temel Molekülü ATP
Canlıların yaşamsal etkinliklerinde doğrudan kullanabildiği tek tek enerji molekülü ATP’dir. ATP
yalnızhücre içinde sentezlenir. ATP depo edilmez. ATP hücreden hücreye transfer edilmez. ATP yapımı ve yıkımı
birbirinin tersi olaylardır.
ATP oluşması ve harcanması
ATP’den fosfat ayrılması ya da ADP‘ye fosfat bağlanması enzimler kontrolünde gerçekleşir.
ATP üretim reaksiyonlarına fosforilasyon adı verilir. Yaşamsal faaliyetler için gerekli olan ATP üretimi
canlılardasubstrat seviyesinde fosforilasyon, oksidatif fosforilasyon ve fotofosforilasyon olmak üzere
farklı şekillerde gerçekleşir.
Metabolik faaliyetlerde enerji açığa çıkaran tepkimelere ekzergonik (enerji veren ) , enerji ihtiyacı olan
tepkimelere endergonik tepkime denir.
B. Canlılarda Enerji İhtiyacı
Canlı yapısını oluşturan hücrelerin molekülleri sürekli bir kimyasal değişim içindedir. Bu değişme biyokimyasal
tepkimelerle gerçekleşir. Canlılardaki bu biyokimyasal olaylara metebolizma denir.
Metebolizma anabolizma (yapım) ve katabolizma (yıkım) olaylarının bütünüdür. Metebolizma faaliyetleri
sırasında enerjiye ihtiyaç duyulur. Canlıların enerji gereksinimi fiziksel aktivitelere bağlı olarak
değişir. Metabolizma hızı arttıkça ihtiyaç duyulan enerji miktarı da artar. İnsanlarda metabolizma yaş, cinsiyet
hormonal etkiler ve vücut büyüklüğü gibi faktörlerden etkilenir.
C. Oksijenli Solunum
Enerji verici organik besinlerin oksijenli ortamda parçalanarak ATP üretilmesidir. Mezozomu olan prokaryotlarda
solunum enzimleri yardımıyla, ökaryotlarda ise mitokondri yardımıyla gerçekleşir.
Glikozun oksijen ile tepkimeye girmesi sonucu H2IO ve CO2 gibi inorganik maddelere kadar parçalandı için enerji
verimide yüksektir. Açığa çıkan enerjinin bir bölümü ATP enerjisi olarak depolanırken, bir kısmı ise ısı enerjisi
olarak açığa çıkar.
Oksijenli solunum tepkimeleri
Glikoz molekülünün yapısına katılan atomların radyoaktif izotopları kullanılarak solunum son ürünleri
izlenmiştir.
İzotop atom izleme yöntemi ile;

Havadan alınan oksijenin suyun yapısına ,


Glikozun hidrojenlerinin suyun yapısına ,
Glikozun karbon ve oksijenlerinin karbon dioksitin yapısına katıldığı tespit edilmiştir.
Mitokondri
Mitokondri çift zarla çevirili bir organeldir. Yapısal olarak dış zar düz ve esnektir. İçteki zar krista denilen
kıvrımlardan oluşur. Kristada ETS elemanları bulunur. Mitokondirinin içini dolduran sıvıya matriks denir.
Matrikste ve krista da solunum enzimleri bulunur. Görevi karbonlu moleküllerdeki enerjiyi ATP‘ye
dönüştürmektir.
Mitokondrinin içyapısı
Oksijenli solunum reaksiyonları üç aşamada gerçekleşir;
1) Glikoz evresi
2) Krebs döngüsü
3) ETS (elektron taşıma sistemi) evresi
1. Glikoz
Glikozun üç karbonlu piruvata çevrilmesi sırasında bir miktar ATP’nin üretildiği tepkime dizisine glikoliz denir.
Oksijenli ve oksijensiz solunum tepkimelerinde glikoliz ortaktır. Bu da glikoliz olayını kontrol eden kalıtsal yapı ve
enzimlerin tüm hücrelerde benzer olduğunu gösterir. Glikoliz bütün hücrelerde sitoplâzmada gerçekleşir.
Glikoz evresi tepkimeleri
Glikoz evresinde;

Glikoz ATP moleküllüleri bağlanarak aktif hale getirir.

Organik bileşik parçalanarak iki tane üç karbonlu fosfogliseraldehit (PGAL) oluşur.

PGAL ‘den ayrılan proton ve elektronlar NAD+ koenzimine aktarılır. 2 molekül NADH +H+ oluşur.

Her iki PGAL’e bir fosfat bağlanır, difosfogliserik asit (DPGA) oluşur.

Oluşan her iki DPGA’dan fosfatlar ayrılır ADP’lere bağlanarak subsrat seviyesinden 4 ATP sentezlenmesi
sağlanır.

Glikoliz tepkimeleri sonucu iki pirüvat oluşur.
Glikolizde;

Oksijen kullanılmaz, karbondioksit açığa çıkmaz.


Elektron taşıma sistemi (ETS) kullanılmaz.
Enerji verimi düşüktür.
2. Krebs Döngüsü Tepkimeleri
Krebs döngüsü, krebse hazırlık ve krebs çemberinden oluşmaktadır.
Krebse hazırlık evresinde; pirüvat oksijen varlığında mitokondriye girer, karbon ve hidrojen kaybetmesiyle asetil
CoA ya dönüşür. 2 molekül NEADH + H+, 2 molekül CO2 meydana gelir.
Krebs çemberinde; asetil CoA, 4C’lu okzaloasetik tarafından yakalanır ve altı karbonlu sitrik asit oluşur. Sitrik asit
bir dizi tepkimeyle 5C ‘lu ve 4C’lu bileşiklere dönüşür. Son olarak tekrar okzaloasetik asit oluşur. Bir molekül
glikozdan iki tane pirüvik asit olduğu için, iki tane krebs tepkimesi gerçekleşir.
Krebs döngüsü sırasında 6CO2 6 NADH + H+ , 2FADH2 subsrat seviyesinde fosforilasyonla 2 ATP sentezlenir.
Krebs tepkimeleri
3. Elektron Taşıma Sistemi (ETS)
Mitokondrinin krista zarında gerçekleşir. Bu zar elektron taşıma sistemi (ETS) ve ATP sentaz enzimi taşır. Bu
sistem elektron alma ilgilerine göre sıralanmış çoğu protein yapıda olan moleküller den oluşur. Bunlar NADH-Q
redüktaz, sitokrom redüktaz, sitokrom oksidaz ve sitokrom C ‘dir. Protein yapıda olmayan görevi olan molekül ise
ubikinondur. Glikoliz ve krebs çemberinde üretilen NADH + H + ve FADH + H+’nın hidrojen ve elektronları ETS
elemanlarından geçerken açığa çıkan enerji ATP şeklinde depolanır.
Mitokondri ve kloroplastlarda ETS ‘de ATP sentezi kemiozmotik hipoteze dayandırılmaktadır. Bu hipoteze göre
oksidatif fosforilasyonda zar yüzeyleri arasındaki proton derişimi farklı ATP sentezini sağlar.
ETS doğrudan ATP üretmez. Bu zincirin amacı, besinden H2 halinde koparılan elektronların enerjisini düşürerek
oksijene aktarılmasını sağlamaktır. Bu sırada açığa çıkan enerjinin bir kısmı ısı olarak ortama yayılırken geri
kalanı mitokondri matriksindeki protonları, mitokondrinin iç ve dış zarı arasında bulunan boşluğa pompalamada
kullanır. Protonlar, ETS molekülleri aracılığıyla pompalanır. Böylece zar arasındaki boşlukta yüksek proton
derişimi ve elektriksel yük farkı oluşur. Bu durum potansiyel enerji oluşturur. Zarlar arası boşlukta biriken
protonlar, ATP sentaz enziminden geçerek matrikse döner. ATP sentaz hidrojen iyonlarını akışıyla güç sağlayan
bir değirmen gibi çalışır. Böylece ADP’ye bir fosfat eklenerek ATP sentezlenmesini sağlar. ETS’ler aracılığıyla
elektronların oksijene taşınması ve ATP sentezlenmesineoksidatif fosforilasyon denir.
Proton ve elektronlar NAD tarafından ETS ‘ ye iletilirse 3 ATP, FAD tarafından alınıp ETS’ye iletilirse 2 ATP
sentezlenir.
ATP üretimi
1. Subsrat düzeyinde fosforilasyonla
a) Glikolizde… 4ATP
b) Krebs çemberinde… 2ATP
2. Oksidatif fosforilasyonla
a) Glikolizden gelen 2 NADH2’ den… 6 ATP
b) Pirüvat Asetil CoA’ya dönüşürken oluşan 2 NADH2’den… 18 ATP
c) Krebs çemberinde oluşan 6 NADH2… 6 ATP 2 FADH2 ‘ den… 4 ATP
Toplam üretilen… 40 ATP
Glikolizde harcanan… 2 ATP
Net kazanç… 38 ATP
Suyun Oluşumu
Oksijenli solunumda ETS ‘ye aktarılan bir çift hidrojen atomunun oksijen ile birleşmesi 1 molekül H2O oluşur.
NAD ve FAD molekülleri aracılığıyla 24 hidrojen atomu oksijenle birleşerek 12 molekül H2O oluşturur.6 mol su
ortama verilirken 6 mol su krebs çemberinde kullanılır.
Karbondioksitin Oluşumu
2 pirüvattan asetil CoA oluşumu sırasında 2 CO2 ,Krebs çemberi reaksiyonları sırasında 4 CO2 olmak üzere toplam
6 CO2 çıkışı olur
D. Besinlerin Oksijenli Solunuma Katılım Yolları
Yağlar, karbonhidratlar ve proteinler monomerleri solunum olayında yıkılırken farklı kademelerden reaksiyona
katılır.
Farklı organik bileşiklerin solunumda yakılması
Karbonhidratlar ve lipitler solunum tepkimelerinde kullanıldığında CO2,H2O ve HN3 meydana gelir.
E.Oksijensiz Solunum(Fermantasyon)
Organik besinlerin oksijen kullanımda enzimler parçalanarak ATP sentezlemesine fermantasyon denir. Besin
CO2 ve H2O’ye kadar parçalandığından enerjinin büyük bir bölümü son ürünlerin kimyasal bağlarında gizli kalır.
Fermantasyon tepkimeleri hücre sitoplazmasında gerçekleşir. Glikoz tepkimeleri oksijenli solunumdaki gibi aynı
şekilde gerçekleşir. Glikoz evresinden sonraki tepkimelerden farlı enzimler kullanılmasıyla farklı fermantasyon
reaksiyonları görülür.
1. Etil Alkol Fermantasyonu
Maya mantarı, bazı bakteriler ve çeşitli bitki tohumlarında görülür. Glikoz oksijensiz ortamda etil alkolle yıkılır.
Glikoz önce glikoz tepkimeleriyle 2 molekül pirüvata kadar parçalanır. ATP sentezi glikoz safhasında olur.
Pirüvat,2 karbon dioksit vererek 2 aset aldehite dönüşür. Aset aldehitte glikoz evresinde sentezlenen 2
NADH+H+ molekülünden hidrojen alarak 2 etil alkol’e dönüşür. Serbest kalan NAD+ molekülleri glikolizin devamı
ve ATP üretimi için gereklidir.
Bir molekül
glikozdan fermantasyon sonrası 2 etil alkol, 2 CO2 ve net 2 ATP oluşurken bir miktarda ısı açığa çıkar.
Alkol fermantasyonu yapan canlılarda açığa çıkan son ürün %18’ aşarsa hücrelerin ölümüne sebep olur. Etil alkol
fermantasyonu ile alkollü içecekler ve hamur gibi ticari önemi olan ürünler elde edilir.
2.Laktik Asit Fermantasyonu
Bazı mantar, bakteri ve omurgalı hayvanları çizgili kas hücrelerinde görülür.
Glikoliz tepkimeleri sonucu oluşan piruvat yine glikolizde oluşan 2NADH+H+ moleküllerinden hidrojen alarak 2
laktik asite dönüşür. Böylece NADH+H+ molekülü yükseltgenerek glikolizin devamı için NAD+molekülü ortama
kazandırılır
Laktik asit fermantasyonu sonucunda bir molekül glikozdan 2 molekül laktik asit ve net 2 ATP oluşur.ATP sentezi
glikoliz safhasında oluşur.Bir miktar ısı enerjisi açığa çıkar.
Laktik asit çizgili kaslarda birikirse kas yorgunluğu görülür. Eğer daha sonra doku yeterince oksijen sağlarsa laktik
asit H vererek tekrar piruvata döner.
Bakteri ve mantarlar laktik asit fermantasyonu ile peynir yoğurt ve turşu gibi ürünlerin üretiminde ticari amaçla
kullanılmaktadır.
Oksijensiz ve oksijenli solunum arasındaki farklar
Oksijensiz solunum
Oksijenli solunum
Oksijen kullanılmaz
Oksijen kullanılır.
Sitoplazmada kullanılır.
Sitoplazmada ve mitokondride gerçekleşir.
ETS görev yapmaz.
ETS görev yapar.
Hem substrat düzeyinde hem de fosforilasyonla ATP
Sadece substrat düzeyinde fosforilasyonla ATP üretilir.
üretilir.
Enerji verimi %2-10 arasında.
Enerji verimi %40’dır.
Koenzim olarak NAD kullanılır.
Koenzim olarak NAD ve FAD kullanılır.
Son elektron alıcısı etil alkol fermantasyonunda
asetaldehit, laktik asit fermantasyonunda pirüvattır.
Son elektron alıcısı oksijendir.
1 molekül glikozdan 40 ATP üretilir. Net kazanç 38
1 molekül glikozdan 4 ATP üretilir. Net kazanç 2 ATP’dir.
ATP’dir.
Glikoz, etil alkole ve laktik asite vb. parçalanır.
Glikoz, su ve karbondioksite parçalanır.
Bazı bakterilerde, maya hücrelerinde ve oksijen
yetersizliğinde çizgili kas hücrelerinde görülür.
Bazı bakterilerde ve çok hücreli canlılarda görülür.
Laktik Asit ve Etil Alkol Fermantasyonlarının Ortak Özellikleri

Enzim kullanılması

Sitoplazmada meydana gelmesi

4 ATP üretmesi,2 ATP harcaması, net ATP kazancının 2 olması

NAD’ın glikolizde indirgenip glikolizden sonra yükseltgenmesi


ATP sentezinin substrat düzeyinde fosforilasyonla olması
Glikolizden sonra ATP sentezinin olmaması
http://www.biyolojidersnotlari.com