Hücresel Solunum
HÃœCRESEL SOLUNUM
SOLUNUM
Canlılar yaşamlarını devam ettirebilmek için sürekli enerji elde etmek zorundadır. Enerjiyi de ancak besin maddelerini yıkarak yani daha küçük moleküllere parçalayarak elde eder. Canlıların besin maddelerini yıkarak onlardan enerji elde etmelerine solunum denir.
Bazı canlılar hücrelerinde bulunan yapılar sayesinde ortamda da oksijen varsa besinleri CO2 ve H2O’ya kadar yıkabilirler. Oksijen kullanmayan canlılar ise glikoz molekülünü ancak pürivata kadar yıkabilir. Pürivak molekülü henüz tam olarak yıkılmadığından baÄŸları arasında hala enerji vardır. Bu yüzden pürivata kadar yıkabilen canlılar yani oksijen kullanamayan canlılar 1 mol glikozdan daha az enerji elde edebilirler. Buradan çıkan sonuç ÅŸudur. Bazı canlılar besinlerin yıkılmasında okasijen kullanırlar; yani oksijenli solunum yaparlar.
Bazıları ise oksijen kullanamaz yada yeterli oksijen bulamaz; yani oksijensiz solunum yaparlar. oksijenli ve oksijensiz solunumları incelemeden önce bilinmesi gereken bir şey vardır ve bu hiç unutulmamalıdır. Canlılar ister oksijenli ister oksijensiz solunum yapsın başlangıç reaksiyonları hücrenin stoplazmasında gerçekleşir ve hep aynıdır.
Aşağıdaki şekilde de görülen bu reaksiyon dizisi glikozun pürivata kadar parçalandığı süreçtir ve GLİKOLİZ olarak adlandırılır.
GLİKOLİZ: Her iki tip solunumunda başlangıç reaksiyonlarının aynı olduğunu ve hücrenin stoplazmasında gerçekleştiğini belirtmiştik. Şimdi bu glikoliz reaksiyonlarının nasıl oluştuğunu inceleyelim.
Bu reaksiyon dizini enzimlerin yardımıyla ve ortamda yeterli enerji var ise baÅŸlayabilir. Bu enerji aktivasyon enerjisi olarak kullanılan enerjidir. yukarıdaki ÅŸekilden de takip ederek açıklamaya devam edelim. Glikozun parçalanmaya baÅŸlaması için yani glikoliz reaksiyonlarının (dolayısı ile de solunum reaksiyonlarının ) baÅŸlaması için stoplazmada bulunan 2 ATP’nin harcanması gerekir.
Glikoz molekülüyle tepkimeye giren ATP molekülleri son fosfatlarını glikoza vererek tepkimeden ADP olarak ayrılır. Bu arada Glikoz da Fruktoz’a dönüşür. Åžu an aktifleÅŸmiÅŸ durumdaki molekülümüz Fruktoz di fosfattır.
Ä°kiye ayrılan 6 C’lu 2 P’lı molekülümüzden iki tane PGAL (Fosfo Gliser Aldehit) oluÅŸur. Bundan sonra reaksiyon iki PGAL üzerinden yani iki koldan devam eder. Biz sadece birini anlatıp diÄŸerinde de aynı ÅŸeylerin olduÄŸunu söyleyelim.
PGAL ortamda bulunan NAD (Nikotin Amid Dinukleotid) ile reaksiyona girerek bir çift hidrojenini NAD ye verir. NADH2 oluşur. Bu arada PGAL nin bağlarında bir boşluk oluşur. Bu boşluk ortamda bulunan fosfat ile doldurulur.
Åžimdi 3 C’lu 2 P’li bir molekülümüz oluÅŸmuÅŸtur. Bu molekül ortamda bulunan ADP’ler ile reaksiyona girerek sırasıyla 2 ATP oluÅŸur. Geriye kalan molekül ise PÃœRÄ°VAT olarak adlandırılır.
DiÄŸer PGAL’de de aynı ÅŸeyler olacağı için toplam 4 ATP sentezlenmiÅŸ olur. Bundan sonra ortamda oksijen yoksa yada kullanılamıyor ise oksijensiz solunum gerçekleÅŸir.
OKSÄ°JENSÄ°Z SOLUNUM
Bakteriler ve bazı mayalar oksijen kullanamazlar. Fakat onlarda doÄŸal olarak enerjiye ihtiyaç duyarlar. Glikoz molekülünü glikoliz reaksiyonu ile parçaladıktan sonra elde ettikleri pürivattan bir molekül CO2 çıkararak ASETALDEHÄ°ToluÅŸtururlar. Daha sonra bu asetaldehit NADH2 ile reaksiyona girerek onun hidrojenlerini alır. Son ürün Etil Alkol’dür.
Aşağıdaki reaksiyonda da görülen bu oksijensiz solunum tipine ETİL ALKOL FERMANTASYONU denir.
Çizgili kaslarımızda bulunan hücreler normalde oksijenli solunum yaparlar. Ancak ortamda yeteri kadar oksijen yoksa bu hücreler oksijensiz solunumuda gerçekleÅŸtirebilir ve enerji ihtiyaçlarını karşılamaya çalışır. Oksijene ihtiyaç duyulmadan gerçekleÅŸen glikoliz reaksiyonlarından sonra oluÅŸan pürivatlar mitokondriye geçemediÄŸinden glikolizde NAD’ye verdiÄŸi hidrojenleri geri alarak Laktik asite dönüşür.
Çizgili kaslarda görülen bu oksijensiz solunum tipinede LAKTİK ASİT FERMANTASYONU denir.
OKSÄ°JENLÄ° SOLUNUM
Canlı hücrelerde karbonhidrat, yağ ve proteinlerin oksijen kullanarak parçalanması ve ATP sentezlenmesi olayına oksijenli solunum denir.
Karbonhidratlar monosakkaritlere, yağlar yağ asitleri ve gliserole, proteinler amino asitlere dönüştürüldükten sonra solunum tepkimelerine katılırlar.
oksijenli ve oksijensiz solunum besinlerde depolanmış enerjiyi açığa çıkarır. Fakat oksijen kullanılınca enerjinin büyük bir bölümü açığa çıkar. Çünkü glikoz kendini meydana getiren bileşenlerine tam olarak parçalanır. oksijensiz solunumda ise az enerji açığa çıkar. Çünkü glikoz kendini meydana getiren bileşenlerine tam olarak parçalanmaz. Fermantasyonda son ürünlerin bazıları organik molekül olup, belli oranda enerji depo etmektedirler.
oksijenli solunumun genel denklemi:
Glikoz + 6O2 ———-> 6CO2 + 6H2O + 38ATP ÅŸeklindedir.
Oksijenli solunum üç kadenede gerçekleşir.
• Glikoliz evresi
• Kerbs devri
• Oksidatif fosforilasyon evresi (ETS)
a. Glikoliz Evresi
Tıpkı oksijensiz solunumda olduğu gibidir. (yukarıda anlatılmıştı)
b. Kebs Devri
Glikoliz sonucu oluÅŸan ürün pirüvattır. Ortamda oksijen bulunması durumunda pirüvatlar mitokondriye geçerler. Her bir pirüvat molekülünden 1 mol CO2 ve 2H ayrılır. 2C’lu 1 molekül aktif asetik asit oluÅŸur. Bu olay mitokondri zarındaki enzimlerle gerçekleÅŸir.
Krebs devrini baÅŸlatan ilk molekül aktif asetik asit olup, 4C’lu bir molekülle birleÅŸerek 6C’lu sitrik asiti oluÅŸturur. Bu reaksiyonun baÅŸlaması ortamda oksijen bulunmasına baÄŸlıdır.
krebs devrinde gerçekleşen reaksiyonlar aşağıda özetlenmiştir.
• Ä°ki karbonlu aktif asetik asit, dört karbonlu bir molekülle birleÅŸerek altı karbonlu sitrik asiti oluÅŸturur.
• Sitrik asit beÅŸ karbonlu bir bileÅŸiÄŸe dönüşürken bir molekül karbondioksit açığa çıkar.
• BeÅŸ karbonlu bileÅŸikten bir molekül daha karbondioksit ayrılır ve dört karbonlu bileÅŸik oluÅŸur.
• En son oluÅŸan dört karbonlu molekül bir kaç defa ortama H+ verdikten sonra tekrar baÅŸlangıçtaki dört karbonlu bileÅŸiÄŸe dönüşür.
Krebs devri reaksiyonları sonucunda iki molekül asetik asitten 8NADH2, 2FADH2, 4CO2 ve 2ATP üretilir. Yine mitokondriye geçiş esnasında ise 2NADH2 ve 2CO2üretilir.
c. Oksidatif Fosforilasyon (ETS Olayları)
Oksijenli solunumun Glikoliz ve Krebs devrinde hazırlanan NADH2, FADH2′deki H atomlarına ait elektronlar ETS’den (elektron taşıma sistemi) geçtikten sonra O2 ile birleÅŸir. Bu sırada ATP üretilir ve sonuçta H2O molekülleri oluÅŸur. Bu devreye hidrojen yolu reaksiyonları denir. En çok enerji (ATP) hidrojen yolunda üretilir.
Solunumda oluÅŸan son ürünler: CO2, H2O ve ATP’dir. Ancak proteinler solunumda kullanılmışsa; NH3, üre, ürik asit, H2S gibi farklı ürünlerde oluÅŸabilir.
Elektron Taşıma Sistemi (ETS)
Bir hidrojen atomu bir proton (H+) ve bir elektrondan meydana gelmektedir. Hidrojen taşınmasının bazı basamaklarında her hidrojen atomunun proton ve elektronu birlikte taşınır. Fakat bazı basamaklarda proton ve elektron birbirinden ayrılır. Protonlar çözelti içinde kalırken, elektronlar bir taşıyıcıdan başka bir taşıyıcıya aktarılır.
Enerjinin açığa çıkması bu elektronların aktarılması sırasında gerçekleşir. En son kademede elektron oksijen atomuna taşınır, orada protonlarla birleşerek hidrojen atomunu oluşturmakta sonuçta su meydana gelmektedir.
Elektronların oksijene taşınması sırasında solunum zincirini oluşturan enzimler görev yapar. Bu enzimlerin her birinin elektronu tutan bir bölgesi vardır. Bu aktif bölge protonla birlikte veya tek başına gelen elektronu bir önceki taşıyıcıdan alarak, bir sonraki taşıyıcının aktif bölgesine aktarır.
Bu aktarma sırasında elektronların ortama yaydığı (bıraktığı) enerjiyle ADP molekülüne ortamda bulunan fosfork asit (P) baÄŸlanarak ATP üretlir.NADH2 üzerinden ETS’ye giren 2 elektronun oksijene taşınması sırasında 3 ATP üretilir. (EÄŸer 2 elekron FADH2 üzerinden ETS’ye katlırsa üretilen enerji miktarı 2ATP’dir.)
Burada ATP sentezi oksitlenme (yükseltgenme) ve redüklenme (indirgenme) reaksiyonlarıyla sağlandığı için bu devreye ve ATP üretim şekline oksidatif fosforilasyon denir.
Ancak elektronun her aktarılışında ATP oluşmaz. bunun için ortama verilen enerjinin belli bir değeri (7300 cal) aşması gerekir.
Bir glikoz molekülünün baÄŸları arasındaki enerjinin ancak yaklaşık % 40′ı ATP sentezinde kullanılır. Geriye kalan enerjinin çok az bir kısmı ısı olarak yayılırken, henüz %60′ı oksijenli solunumumun son ürünleri olan su ve karbondioksit moleküllerinin baÄŸları arasıdadır.
{ÖNEMLÄ° NOT: Bazı araÅŸtırılmadan ve düşünülmeden yazılmış kaynaklarda (haftalık ÖSS hazırlık dergileri ve dersane kitapları) glikoz molekülünde bulunan enerjinin %40′ı ATP sentezinde kullanılırken %60′ı ısı olarak yayılır denilmektedir. Böyle bir ÅŸeyin olması mümkün deÄŸildir. O kadar enerjinin ısıya dönüşmesi canlının kömürleÅŸmesine neden olur. DoÄŸrusu bir önceki paragrafta açıklanmıştır }
Oksijenli Solunumda Enerjinin Hesaplanması:
• Glikoliz reaksiyonlarında 4 ATP (enzim-substrat düzeyinde)
• Krebs devrinde 2 ATP (enzim-subsrat düzeyinde)
• ETS de 34 ATP (oksidatif fosforilasyonla)
• Toplam: 40 ATP
• Glikolizde harcanan 2 ATP (aktifleÅŸme enerjisi olarak)
• Net Kazanç: 38 ATP
Oksijenli Solunumun Fermantasyondan Farkları
• Glikoz + 6O2 ————> 6CO2 + 6H2O + 38ATP
• O2 kullanılır
• Ä°norganik yapıda (CO2 ve H2O) son ürünler oluÅŸur.
• 40 ATP üretilir (toplam)
• Mitokondri görev yapar.
• Canlıların çoÄŸunda gerçekleÅŸir.
• ETS enzimleri görev yapar.
• Krebs devri vardır.
Fermantasyonun Oksijenli Solunumdan Farkları
• Glikoz ——–> 2CO2 + 2 Etil Alkol + 2ATP (veya Glikoz ——–> 2 Laktik asit + 2ATP)
• O2 kullanılmaz
• Etil alkol, Laktik asit ve Asetik asit gibi organik ürünler oluÅŸur.
• 4 ATP üretilir (toplam)
• Tamamı stoplazmada gerçekleÅŸir.
• O2’siz solunum yapan az sayıda canlıda ve O2 bulunmadığı veya yetersiz olduÄŸu durumlarda kas hücrelerinde görülür.
Fermantasyon ve Oksijenli Solunumun Ortak Yönleri
• CO2 oluÅŸumu olabilir.
• ATP oluÅŸur ve ATP harcanır.
• Glikoz kullanılır.
• Enzimler görev yapar.
• Glikoliz gerçekleÅŸir.
