HÜCRE SOLUNUMU ATP sentez şekilleri : A-)Substrat düzeyinde fosforilasyon : ADP molekülü yüksek enerji potansiyeline sahip molekülle direkt ilişkiye girer.Solunumun glikoliz ve krebs evrelerinde görülür. ADP+fosfoenol pirüvat pirüvat+ATP B-)Oksidatif fosforilasyon : Enerji verici besin maddelerinin yıkımından oluşan yüksek enerjili elektronların mitokondrilerde ETS’den oksijene iletilirken ATP’nin sentezlenmesidir.O2’li solunumda görülür. C-)Fotofosforilasyon : Işık enerjisi ile ADP’ye fosfat bağlanmasına denir.Klorofile sahip hücrelerde fotosentezde meydana gelir. D-)Kemosentetik fosforilasyon : Kemosentez reaksiyonlarında açığa çıkan enerji ile ATP sentezi yapılmasıdır.Kemosentetik bakteriler gerçekleştirir. Bir hücrede endergonik ve ekzergonik reaksiyonlar vardır. Endergonik reaksiyon =Enerji gerektiren reaksiyonlardır.(Protein sentezi ,Hücre bölünmesi,Aktif taşıma ,Fotosentez) Ekzergonik reaksiyonlar=Enerji veren reaksiyonlardır.(Hücre solunumu) HÜCRE SOLUNUMU Hücrelerde organik besin monomerlerinin enzimler yardımı ile parçalanması ve bu sırada açığa çıkan enerji ile ATP sentezlenmesine Hücresel solunum denir. O2’siz Solunum (Fermantasyon) : Organik besin maddelerinin O2 kullanılmadan yıkılarak enerji üretilmesine denir.Fermantasyon olayının tamamı hücrenin stoplazmasın da meydana gelir. Gerçek solunum denklemi C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O Sadeleştirilmiş solunum denklemi C6H12+6O2 6CO2+6H2O C6H12O6+6O2+6H2O
6CO2+12H2O+38ATP+ISI
O2’siz yolla enerji eldesi bakterilerin büyük bir bölümünde maya mantarlarında,omurgalıların çizgili kaslarında ve bazı tohumlarda gerçekleşir. Fermantasyon iki kademeden oluşur. a-)Glikoliz b-)Son ürün
Glikoliz reaksiyonları : Glikozun prüvik asite kadar parçalanması reaksiyonlarına Glikoliz denir.Bu reaksiyonlar hem O2’li hem de O2’siz solunumun başlangıç kısmını oluşturur. Her canlı hücre glikoliz olayını gerçekleştirebilir.Bütün canlılarda glikoliz safhasında görev yapan enzimler aynıdır.Pirüvik asitden sonra kullanılan enzimler farklı türlerde farklılık gösterir.Bunun için fermantasyonun son ürünleri canlı türlerinde farklılık gösterir.Pasif haldeki glikoz moleküllerinin aktifleşerek reaksiyona girebilmesi için canlıların vücut ısısı yetersizdir.Bunun için aktivasyon enerjisi olarak ATP harcanır. S-ATP sentezi için gerekli enerji nereden alınır. C-Elektronların ortama bıraktığı enerjiden alınır. S-ETS’de elektronların aktarım sırası rast gelemidir. C-ETS elamanları birbirlerinden elektron alma ve bir sonrakine elektron verebilme yeteneklerine göre dizilmiş olup elektronların aktarım sırası bu sıraya göre gerçekleşir. S –Elektronlar neden doğruda son elektron alıcısı oksijen ile birleşmez. C-Elektronların başlanğıc da yüksek enerjili olmaları nedeniyle doğrudan oksijen ile birleşmesi yüksek düzeyde enerjinin aniden açığa çıkmasına neden olurdu ki bu da canlıya önemli derecede zarar verirdi. NAD ve FAD hidrojen ve elektron taşıyıcı koenzimler olup ilk elektron alıcı NAD’dır. ETS elamanlarının özellikleri : NAD,FAD ve CoQ organik yapılı koenzimler olup H ve elektron taşırlar.Yapılarında vitamin vardır.Sitokromlar ise yapısında demir bulunan kofaktörler olup sadece elektron taşırlar. Glikozun aktifleşmesi için 2 molekül ATP gereklidir. Glikoliz sonucu : a-) 4 molekül ATP b-) 2 molekül NADH2 c-) 2 molekül pirüvik asit (Pürivat) Son ürünlerin oluşması : Pirüvik asit her canlı türünde en uygun artık maddeye dönüştürülerek vücut dışına atılır.Bu dönüşümü sağlayan enzimlerde farklıdır.Bu kademelerde ATP harcanmaz ve oluşmaz. 1-)Etil alkol fermantasyonu : Bira mayası (bakteri) ve maya mantarlarında (Fungi) ve şarap bakterilerinde görülür. Glikoz 2 Pirüvat 2 Asetaldehit 2Etil alkol CO2 2NADH2 2NAD
Pirüvik asit CO2 kaybederek,Asetaldehide dönüşür.Buda NADH2’nin hidrojenlerini tutarak etil alkole dönüşür.Bu reaksiyonda serbest kalan NAD glikolizde tekrar kullanılabilir. Glikoz+2 ATP 2 CO2+ 2Etil alkol+4 ATP+Isı Enzimler Bu canlılarda fermantasyon ürünleri üremeyi durdurucu etki yapar.Bira mayasının ortamdaki alkol oranı % 18’i geçerse üremesi engellenir. 2-)Laktik asit fermantasyonu : Omurgalıların çizgili kaslarında ve yoğurt bakterilerinde olur. Glikoz 2 Pirüvat 2 Laktik asit(C3H6O3) 2NADH2 2 NAD İnsanda çizgili kas hücrelerinde oksijensiz solunum,oksijen yetmezliğinde gerçekleştirilir.Bu durumda ortamda pirüvik asit birikimi olur.Hücrelerde pirüvik asit (pirüvat) PH’ı düşürür ve bu madde stoplazma dışına çıkamaz. UYARI : Memeli hayvanlardan olan At’larda laktik asit üretimi olmadığı için yorgunluk hissi oluşmaz. Pirüvat NADH2’nin hidrojenlerini tutarak laktik asite dönüşür.Yoğurt bakterileri süt şekerini fermente ederek laktik asit yaparlar.Az miktarda oluşan laktik asit kasın daha iyi çalışmasını sağlar.Fakat fazla birikirse kasın sertleşmesine ve kasılamamasına neden olur.Laktik asit hücre stoplazmasından kana geçer ve kanın PH’ını düşürür ve beyne giderek yorgunluk hissi verir. Laktik asit kalpte karaçiğerde ve yeterli O2 varlığında kas hücrelerinde yeniden prüvik asite dönüştürülür.Karaçiğer ve kas hücrelerinde glikozda üretilebilir yani dönüştürülebilir.Pirüvat da yeniden mitokondriye girerek enerji üretimi gercekleşir. Glikoz+2ATP 2C3H6O3 (Laktik asit)+4ATP Enerji kazancının az olması O2’nin kullanılmaması,monomerlerine tam olarak parcalanamamasından kaynaklanır. Glikojen bittiği zaman karaciğer diğer organik bileşikleri glikoza dönüştürür.Dönüşüm de yağ asidi ,gliserol,aa’ler kullanılır.Buna glikoneogenezis denir.
Karbonhi drat
Protein
Yağ
Protein Karbonhidrat Yağ Oksijensiz solunum Oksijenli solunum 1-Bazı bakteriler ,tohumlar , 1-Bütün ökaryotik canlılar, bazı omurgalıların çizgili kaslarında bakteriler ve mavi yeşil alglerde görülür. görülür. 2-Stoplazma da gerçekleşir 2-Stoplazma ve mitokondride olur. 3-Net 2 ATP elde edilir. 3-Net 38 ATP üretilir. 4-Sonuçta etil alkol,laktik asit,asetik 4-Sonuçta CO2,H2o ve NH3 gibi asit,CO2 gibi artık ürünler oluşur. inorganik artık ürünler oluşur. 5-Sadece substrat düzeyinde 5-Substrat ve oksidatif fosforilasyon fosforilasyon meydana gelir. meydana gelir. 6-Enerji verimliliği % 2-10 kadardır. 6-Enerji verimliliği % 40 kadardır. O2’li Solunum : Karbonhidrat,yağ ve proteinlerin O2’ile parçalanması ve ATP sentezlenmesi olayına denir. O2’li solunumun 3 kademesi vardır. 1-Glikoliz (Stoplazmada görülür) (O2’li ve O2’siz solunumda görülür) 2-Krebs çemberi (Mitokondride görülür) (O2’li solunumda görülür.) 3-Oksidatif fosforilasyon (Mitokondride görülür)(O2’li solunumda görülür) Krebs çemberi : Üretilen pirüvik asitler oksijen varlığında ortama birer tane CO2 ve H2 vererek asetik asite parçalanır.Asetik asit kısa adı CoA olan bir enzim ile bağlanarak asetil CoA oluşur.Bu arada açığa çıkan hidrojenler NAD tarafından tutularak NADH2 üretimi yapılır. 2Pirüvik asit 2 Asetil CoA+2CO2+2NADH2 Pirüvik asitin asetil CoA ya dönüştüğü reaksiyonlar glikoliz veya krebs devri reaksiyonlarına dahil olmayıp ara bir reaksiyondur.Bu reaksiyonlar mitokondride gerçekleşir. Solunum sonucu oluşan 12 molekül suyun 6 molekülü krebs devrinde kullanılır.Glikoliz evresinde oluşan Pirüvatın mitokondri içerisindeki matrixe geçip O2’li solunuma katılabilmesi için Asetil CoA ya dönüşmesi gerekir.Ortamda O2 varsa pirüvat,Asetil CoA ya döndürülür. Sonuçta = 4 CO2,6 NADH2,2 FADH2 , 2 ATP üretilir(Substrat düzeyinde). NADH2 kendi başına enerji değildir.Enerji haline dönüşmesi ,ATP üretiminin yapılabilmesi için NADH2’nin taşıdığı yüksek enerjili elektronlerın ve hidrojenin ETS ye aktarılması gerekir.
ETS ( Elektron taşıma sistemi) : Yükseltgenme yolu ile ETS ‘de ATP sentezlenmesine Oksidatif fosforilasyon denir.Bu safhada görev yapan NAD( nikotin amid adenin dinüklleotid) ,FAD (Flavin adenin di nükleotid),koenzim ve stokromlar(Sit-b, Sit-c, Sit-a , Sit –a3) gibi elektron alıcıları yukarıda olduğu gibi elektron çekme özelliğine göre mitikondrinin iç zarında yer alırlar. ETS’de bir NADH2 kullanımı sonucu : 3 ATP ve H2O üretilir.Bir atom oksijen tüketilir. ETS’de bir FADH2 kullanımı sonucu : 2 ATP ve H2O üretilir.Bir atom oksijen tüketilir. NAD ile koparılan hidrojenler ETS’ne en üst basamaktan girdiklerinden NADH2’den 3 ATP, FAD ile koparılanlar ETS’ne bir alt basamaktan girdiğinden dolayı FADH2’den 2 ATP sentezlenir. UYARI: 1 glikoz yakılırsa 690000 kalori açığa çıkar. 1 glikoz,organizmada yakılırsa 277400 kalori açığa çıkar.Geri kalan enerji ısı olarak serbest bırakılır. 277400 kal.=38 ATP oluşturulur.(ATP ADP+P+7300 kal.) C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12 H2O Değişik kademelerden ayrılan 24 hidrojen enerji yüklü elektronlarını Elektron taşıma sistemine (ETS) verip iyon haline geçer. Solunum katsayısı= Verilen CO2 Solunumda kullanılan maddenin Alınan O2 cinsine göre solunum katsayısı değişebilir. 277400 = % 40 Enerji verimi ortaya çıkar. 686000 Enerjinin geri kalan % 60’lık kısmı ise canlıların vüçüdünda ısı enerjisine dönüştürülür. Oksijenli solunumda meydana gelen % 40 lık enerji veriminin sebebi ise ,glikozun oksijen sayesinde CO2 ve H2O’ya kadar parçalanması sonucu üretilen enerji miktarının fazla olmasıdır. NOT : Yağ asitleri,gliserol,aminoasitler ve karbonhidratlar farklı sayıda karbon taşıdıkları için farklı sayılarda ATP üretilmesine sebep olurlar. Solunumda ATP üretiminin hesaplanması karbon sayısına ve reaksiyona hangi basamaktan katıldığına bakılarak yapılır. 4C’lu Aminoasitler krebsden,3C’lu Aminoasitler Pirüvatdan,2C’lu aminoasitler Asetil Co-a’dan solunuma katılırlar. 2C’lu yağ asitleri Asetil Co-a’dan ,3C’lu Gliserol Prüvatdan solunuma katılırlar. Glikoz, galaktoz ve fruktoz Glikoza dönüşerek katılırlar. Görevi biten 24 H ile O2 birleşir ve su oluşur.O2’li solunum reaksiyonlarında 6H2O açığa çıktığı gösterilir.Çünkü diğer 6H2O mitokondride tutlarak enzimlerin aktive edilmesinde kullanılır.
Sonuçta ETS’ler de toplam 34 ATP elde edilir.Bu oksijenli solunumda en fazla ATP üretilen yerlerdir.Ayrıca dışarıdan alınan 6 O2’de harcanır. Oksijenli solunum(Glikoliz+Krebs+ETS) Stoplazma Glikoliz Substrat düzeyinde fosforilasyonla Oksidatif fosforilasyonile (2NADH+H) 4H Aktivasyon İçin Pirüvat Asetil CoA Mitokondri Oksidatif fosforilasyonile (2NADH+H) 4H Krebs Çemberi ve ETS Substrat düzeyinde fosforilasyonla Oksidatif fosforilasyonla (2FADH+H) 4H Oksidatif fosforilasyonla (6NADH+H) 12H Toplam Substrat düzeyinde fosforilasyonla Aktivasyon için 10 NADH+H 24 H 2 FADH+H
durumda ETS’ler 12 H2O oluşurken ATP
Net Kazanç
4 6 -2
8 ATP
6
6 ATP
2 4 18
24 ATP
6 -2 34
38 ATP 277.400 Kalori