Hucresel Solunum Nedir
SOLUNUM
Canlılar yaşamlarını devam ettirebilmek icin surekli enerji elde etmek zorundadır Enerjiyi de ancak besin maddelerini yıkarak yani daha kucuk molekullere parcalayarak elde eder Canlıların besin maddelerini yıkarak onlardan enerji elde etmelerine solunum denir
Bazı canlılar hucrelerinde bulunan yapılar sayesinde ortamda da oksijen varsa besinleri CO2 ve H2O'ya kadar yıkabilirler Oksijen kullanmayan canlılar ise glikoz molekulunu ancak purivata kadar yıkabilir Purivak molekulu henuz tam olarak yıkılmadığından bağları arasında hala enerji vardır Bu yuzden purivata kadar yıkabilen canlılar yani oksijen kullanamayan canlılar 1 mol glikozdan daha az enerji elde edebilirler Buradan cıkan sonuc şudur 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 once bilinmesi gereken bir şey vardır ve bu hic unutulmamalıdır Canlılar ister oksijenli ister oksijensiz solunum yapsın başlangıc reaksiyonları hucrenin stoplazmasında gercekleşir ve hep aynıdır
Aşağıdaki şekilde de gorulen bu reaksiyon dizisi glikozun purivata kadar parcalandığı surectir ve GLİKOLİZ olarak adlandırılır
GLİKOLİZ: Her iki tip solunumunda başlangıc reaksiyonlarının aynı olduğunu ve hucrenin stoplazmasında gercekleştiğini belirtmiştik Şimdi bu glikoliz reaksiyonlarının nasıl oluştuğunu inceleyelim
Bu reaksiyon dizini enzimlerin yardımıyla ve ortamda yeterli enerji var ise başlayabilir Bu enerji aktivasyon enerjisi olarak kullanılan enerjidir yukarıdaki şekilden de takip ederek acıklamaya devam edelim Glikozun parcalanmaya başlaması icin yani glikoliz reaksiyonlarının (dolayısı ile de solunum reaksiyonlarının ) başlaması icin stoplazmada bulunan 2 ATP'nin harcanması gerekir
Glikoz molekuluyle tepkimeye giren ATP molekulleri son fosfatlarını glikoza vererek tepkimeden ADP olarak ayrılır Bu arada Glikoz da Fruktoz'a donuşur Şu an aktifleşmiş durumdaki molekulumuz Fruktoz di fosfattır
İkiye ayrılan 6 C'lu 2 P'lı molekulumuzden iki tane PGAL (Fosfo Gliser Aldehit) oluşur Bundan sonra reaksiyon iki PGAL uzerinden yani iki koldan devam eder Biz sadece birini anlatıp diğerinde de aynı şeylerin olduğunu soyleyelim
PGAL ortamda bulunan NAD (Nikotin Amid Dinukleotid) ile reaksiyona girerek bir cift hidrojenini NAD ye verir NADH2 oluşur Bu arada PGAL nin bağlarında bir boşluk oluşur Bu boşluk ortamda bulunan fosfat ile doldurulur
Şimdi 3 C'lu 2 P'li bir molekulumuz oluşmuştur Bu molekul ortamda bulunan ADP'ler ile reaksiyona girerek sırasıyla 2 ATP oluşur Geriye kalan molekul ise PURİVAT olarak adlandırılır
Diğer PGAL'de de aynı şeyler olacağı icin toplam 4 ATP sentezlenmiş olur Bundan sonra ortamda oksijen yoksa yada kullanılamıyor ise oksijensiz solunum gercekleşir
OKSİJENSİZ SOLUNUM
Bakteriler ve bazı mayalar oksijen kullanamazlar Fakat onlarda doğal olarak enerjiye ihtiyac duyarlar Glikoz molekulunu glikoliz reaksiyonu ile parcaladıktan sonra elde ettikleri purivattan bir molekul CO2 cıkararak ASETALDEHİT oluştururlar Daha sonra bu asetaldehit NADH2 ile reaksiyona girerek onun hidrojenlerini alır Son urun Etil Alkol'dur
Aşağıdaki reaksiyonda da gorulen bu oksijensiz solunum tipine ETİL ALKOL FERMANTASYONU denir
Cizgili kaslarımızda bulunan hucreler normalde oksijenli solunum yaparlar Ancak ortamda yeteri kadar oksijen yoksa bu hucreler oksijensiz solunumuda gercekleştirebilir ve enerji ihtiyaclarını karşılamaya calışır Oksijene ihtiyac duyulmadan gercekleşen glikoliz reaksiyonlarından sonra oluşan purivatlar mitokondriye gecemediğinden glikolizde NAD'ye verdiği hidrojenleri geri alarak Laktik asite donuşur
Cizgili kaslarda gorulen bu oksijensiz solunum tipinede LAKTİK ASİT FERMANTASYONU denir
OKSİJENLİ SOLUNUM
Canlı hucrelerde karbonhidrat, yağ ve proteinlerin oksijen kullanarak parcalanması ve ATP sentezlenmesi olayına oksijenli solunum denir
Karbonhidratlar monosakkaritlere, yağlar yağ asitleri ve gliserole, proteinler amino asitlere donuşturuldukten sonra solunum tepkimelerine katılırlar oksijenli ve oksijensiz solunum besinlerde depolanmış enerjiyi acığa cıkarır Fakat oksijen kullanılınca enerjinin buyuk bir bolumu acığa cıkar Cunku glikoz kendini meydana getiren bileşenlerine tam olarak parcalanır oksijensiz solunumda ise az enerji acığa cıkar Cunku glikoz kendini meydana getiren bileşenlerine tam olarak parcalanmaz Fermantasyonda son urunlerin bazıları organik molekul olup, belli oranda enerji depo etmektedirler
oksijenli solunumun genel denklemi:
Glikoz + 6O2 6CO2 + 6H2O + 38ATP şeklindedir
Oksijenli solunum uc kadenede gercekleşir
Glikoliz evresi
Kerbs devri
Oksidatif fosforilasyon evresi (ETS)
a Glikoliz Evresi
Tıpkı oksijensiz solunumda olduğu gibidir (yukarıda anlatılmıştı)
b Kebs Devri
Glikoliz sonucu oluşan urun piruvattır Ortamda oksijen bulunması durumunda piruvatlar mitokondriye gecerler Her bir piruvat molekulunden 1 mol CO2 ve 2H ayrılır 2C'lu 1 molekul aktif asetik asit oluşur Bu olay mitokondri zarındaki enzimlerle gercekleşir
Krebs devrini başlatan ilk molekul aktif asetik asit olup, 4C'lu bir molekulle birleşerek 6C'lu sitrik asiti oluşturur Bu reaksiyonun başlaması ortamda oksijen bulunmasına bağlıdır
krebs devrinde gercekleşen reaksiyonlar aşağıda ozetlenmiştir
İki karbonlu aktif asetik asit, dort karbonlu bir molekulle birleşerek altı karbonlu sitrik asiti oluşturur
Sitrik asit beş karbonlu bir bileşiğe donuşurken bir molekul karbondioksit acığa cıkar
Beş karbonlu bileşikten bir molekul daha karbondioksit ayrılır ve dort karbonlu bileşik oluşur
En son oluşan dort karbonlu molekul bir kac defa ortama H+ verdikten sonra tekrar başlangıctaki dort karbonlu bileşiğe donuşur
Krebs devri reaksiyonları sonucunda iki molekul asetik asitten 8NADH2, 2FADH2, 4CO2 ve 2ATP uretilir Yine mitokondriye geciş esnasında ise 2NADH2 ve 2CO2uretilir
c Oksidatif Fosforilasyon (ETS Olayları)
Oksijenli solunumun Glikoliz ve Krebs devrinde hazırlanan NADH2, FADH2'deki H atomlarına ait elektronlar ETS'den (elektron taşıma sistemi) gectikten sonra O2 ile birleşir Bu sırada ATP uretilir ve sonucta H2O molekulleri oluşur Bu devreye hidrojen yolu reaksiyonları denir En cok enerji (ATP) hidrojen yolunda uretilir
Solunumda oluşan son urunler: CO2, H2O ve ATP'dir Ancak proteinler solunumda kullanılmışsa; NH3, ure, urik asit, H2S gibi farklı urunlerde oluşabilir
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 cozelti icinde kalırken, elektronlar bir taşıyıcıdan başka bir taşıyıcıya aktarılır
Enerjinin acığa cıkması bu elektronların aktarılması sırasında gercekleşir En son kademede elektron oksijen atomuna taşınır, orada protonlarla birleşerek hidrojen atomunu oluşturmakta sonucta su meydana gelmektedir
Elektronların oksijene taşınması sırasında solunum zincirini oluşturan enzimler gorev yapar Bu enzimlerin her birinin elektronu tutan bir bolgesi vardır Bu aktif bolge protonla birlikte veya tek başına gelen elektronu bir onceki taşıyıcıdan alarak, bir sonraki taşıyıcının aktif bolgesine aktarır
Bu aktarma sırasında elektronların ortama yaydığı (bıraktığı) enerjiyle ADP molekulune ortamda bulunan fosfork asit (P) bağlanarak ATP uretlirNADH2 uzerinden ETS'ye giren 2 elektronun oksijene taşınması sırasında 3 ATP uretilir (Eğer 2 elekron FADH2 uzerinden ETS'ye katlırsa uretilen enerji miktarı 2ATP'dir)
Burada ATP sentezi oksitlenme (yukseltgenme) ve reduklenme (indirgenme) reaksiyonlarıyla sağlandığı icin bu devreye ve ATP uretim şekline oksidatif fosforilasyon denir
Ancak elektronun her aktarılışında ATP oluşmaz bunun icin ortama verilen enerjinin belli bir değeri (7300 cal) aşması gerekir
Bir glikoz molekulunun bağları arasındaki enerjinin ancak yaklaşık % 40'ı ATP sentezinde kullanılır Geriye kalan enerjinin cok az bir kısmı ısı olarak yayılırken, henuz %60'ı oksijenli solunumumun son urunleri olan su ve karbondioksit molekullerinin bağları arasıdadır
Oksijenli Solunumda Enerjinin Hesaplanması:
Glikoliz reaksiyonlarında 4 ATP (enzimsubstrat duzeyinde)
Krebs devrinde 2 ATP (enzimsubsrat duzeyinde)
ETS de 34 ATP (oksidatif fosforilasyonla)
Toplam: 40 ATP
Glikolizde harcanan 2 ATP (aktifleşme enerjisi olarak)
Net Kazanc: 38 ATP
Oksijenli Solunumun Fermantasyondan Farkları
Glikoz + 6O2 6CO2 + 6H2O + 38ATP
O2 kullanılır
İnorganik yapıda (CO2 ve H2O) son urunler oluşur
40 ATP uretilir (toplam)
Mitokondri gorev yapar
Canlıların coğunda gercekleşir
ETS enzimleri gorev 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 urunler oluşur
4 ATP uretilir (toplam)
Tamamı stoplazmada gercekleşir
O2'siz solunum yapan az sayıda canlıda ve O2 bulunmadığı veya yetersiz olduğu durumlarda kas hucrelerinde gorulur
Fermantasyon ve Oksijenli Solunumun Ortak Yonleri
CO2 oluşumu olabilir
ATP oluşur ve ATP harcanır
Glikoz kullanılır
Enzimler gorev yapar
Glikoliz gercekleşir
SOLUNUM
Canlılar yaşamlarını devam ettirebilmek icin surekli enerji elde etmek zorundadır Enerjiyi de ancak besin maddelerini yıkarak yani daha kucuk molekullere parcalayarak elde eder Canlıların besin maddelerini yıkarak onlardan enerji elde etmelerine solunum denir
Bazı canlılar hucrelerinde bulunan yapılar sayesinde ortamda da oksijen varsa besinleri CO2 ve H2O'ya kadar yıkabilirler Oksijen kullanmayan canlılar ise glikoz molekulunu ancak purivata kadar yıkabilir Purivak molekulu henuz tam olarak yıkılmadığından bağları arasında hala enerji vardır Bu yuzden purivata kadar yıkabilen canlılar yani oksijen kullanamayan canlılar 1 mol glikozdan daha az enerji elde edebilirler Buradan cıkan sonuc şudur 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 once bilinmesi gereken bir şey vardır ve bu hic unutulmamalıdır Canlılar ister oksijenli ister oksijensiz solunum yapsın başlangıc reaksiyonları hucrenin stoplazmasında gercekleşir ve hep aynıdır
Aşağıdaki şekilde de gorulen bu reaksiyon dizisi glikozun purivata kadar parcalandığı surectir ve GLİKOLİZ olarak adlandırılır
GLİKOLİZ: Her iki tip solunumunda başlangıc reaksiyonlarının aynı olduğunu ve hucrenin stoplazmasında gercekleştiğini belirtmiştik Şimdi bu glikoliz reaksiyonlarının nasıl oluştuğunu inceleyelim
Bu reaksiyon dizini enzimlerin yardımıyla ve ortamda yeterli enerji var ise başlayabilir Bu enerji aktivasyon enerjisi olarak kullanılan enerjidir yukarıdaki şekilden de takip ederek acıklamaya devam edelim Glikozun parcalanmaya başlaması icin yani glikoliz reaksiyonlarının (dolayısı ile de solunum reaksiyonlarının ) başlaması icin stoplazmada bulunan 2 ATP'nin harcanması gerekir
Glikoz molekuluyle tepkimeye giren ATP molekulleri son fosfatlarını glikoza vererek tepkimeden ADP olarak ayrılır Bu arada Glikoz da Fruktoz'a donuşur Şu an aktifleşmiş durumdaki molekulumuz Fruktoz di fosfattır
İkiye ayrılan 6 C'lu 2 P'lı molekulumuzden iki tane PGAL (Fosfo Gliser Aldehit) oluşur Bundan sonra reaksiyon iki PGAL uzerinden yani iki koldan devam eder Biz sadece birini anlatıp diğerinde de aynı şeylerin olduğunu soyleyelim
PGAL ortamda bulunan NAD (Nikotin Amid Dinukleotid) ile reaksiyona girerek bir cift hidrojenini NAD ye verir NADH2 oluşur Bu arada PGAL nin bağlarında bir boşluk oluşur Bu boşluk ortamda bulunan fosfat ile doldurulur
Şimdi 3 C'lu 2 P'li bir molekulumuz oluşmuştur Bu molekul ortamda bulunan ADP'ler ile reaksiyona girerek sırasıyla 2 ATP oluşur Geriye kalan molekul ise PURİVAT olarak adlandırılır
Diğer PGAL'de de aynı şeyler olacağı icin toplam 4 ATP sentezlenmiş olur Bundan sonra ortamda oksijen yoksa yada kullanılamıyor ise oksijensiz solunum gercekleşir
OKSİJENSİZ SOLUNUM
Bakteriler ve bazı mayalar oksijen kullanamazlar Fakat onlarda doğal olarak enerjiye ihtiyac duyarlar Glikoz molekulunu glikoliz reaksiyonu ile parcaladıktan sonra elde ettikleri purivattan bir molekul CO2 cıkararak ASETALDEHİT oluştururlar Daha sonra bu asetaldehit NADH2 ile reaksiyona girerek onun hidrojenlerini alır Son urun Etil Alkol'dur
Aşağıdaki reaksiyonda da gorulen bu oksijensiz solunum tipine ETİL ALKOL FERMANTASYONU denir
Cizgili kaslarımızda bulunan hucreler normalde oksijenli solunum yaparlar Ancak ortamda yeteri kadar oksijen yoksa bu hucreler oksijensiz solunumuda gercekleştirebilir ve enerji ihtiyaclarını karşılamaya calışır Oksijene ihtiyac duyulmadan gercekleşen glikoliz reaksiyonlarından sonra oluşan purivatlar mitokondriye gecemediğinden glikolizde NAD'ye verdiği hidrojenleri geri alarak Laktik asite donuşur
Cizgili kaslarda gorulen bu oksijensiz solunum tipinede LAKTİK ASİT FERMANTASYONU denir
OKSİJENLİ SOLUNUM
Canlı hucrelerde karbonhidrat, yağ ve proteinlerin oksijen kullanarak parcalanması ve ATP sentezlenmesi olayına oksijenli solunum denir
Karbonhidratlar monosakkaritlere, yağlar yağ asitleri ve gliserole, proteinler amino asitlere donuşturuldukten sonra solunum tepkimelerine katılırlar oksijenli ve oksijensiz solunum besinlerde depolanmış enerjiyi acığa cıkarır Fakat oksijen kullanılınca enerjinin buyuk bir bolumu acığa cıkar Cunku glikoz kendini meydana getiren bileşenlerine tam olarak parcalanır oksijensiz solunumda ise az enerji acığa cıkar Cunku glikoz kendini meydana getiren bileşenlerine tam olarak parcalanmaz Fermantasyonda son urunlerin bazıları organik molekul olup, belli oranda enerji depo etmektedirler
oksijenli solunumun genel denklemi:
Glikoz + 6O2 6CO2 + 6H2O + 38ATP şeklindedir
Oksijenli solunum uc kadenede gercekleşir
Glikoliz evresi
Kerbs devri
Oksidatif fosforilasyon evresi (ETS)
a Glikoliz Evresi
Tıpkı oksijensiz solunumda olduğu gibidir (yukarıda anlatılmıştı)
b Kebs Devri
Glikoliz sonucu oluşan urun piruvattır Ortamda oksijen bulunması durumunda piruvatlar mitokondriye gecerler Her bir piruvat molekulunden 1 mol CO2 ve 2H ayrılır 2C'lu 1 molekul aktif asetik asit oluşur Bu olay mitokondri zarındaki enzimlerle gercekleşir
Krebs devrini başlatan ilk molekul aktif asetik asit olup, 4C'lu bir molekulle birleşerek 6C'lu sitrik asiti oluşturur Bu reaksiyonun başlaması ortamda oksijen bulunmasına bağlıdır
krebs devrinde gercekleşen reaksiyonlar aşağıda ozetlenmiştir
İki karbonlu aktif asetik asit, dort karbonlu bir molekulle birleşerek altı karbonlu sitrik asiti oluşturur
Sitrik asit beş karbonlu bir bileşiğe donuşurken bir molekul karbondioksit acığa cıkar
Beş karbonlu bileşikten bir molekul daha karbondioksit ayrılır ve dort karbonlu bileşik oluşur
En son oluşan dort karbonlu molekul bir kac defa ortama H+ verdikten sonra tekrar başlangıctaki dort karbonlu bileşiğe donuşur
Krebs devri reaksiyonları sonucunda iki molekul asetik asitten 8NADH2, 2FADH2, 4CO2 ve 2ATP uretilir Yine mitokondriye geciş esnasında ise 2NADH2 ve 2CO2uretilir
c Oksidatif Fosforilasyon (ETS Olayları)
Oksijenli solunumun Glikoliz ve Krebs devrinde hazırlanan NADH2, FADH2'deki H atomlarına ait elektronlar ETS'den (elektron taşıma sistemi) gectikten sonra O2 ile birleşir Bu sırada ATP uretilir ve sonucta H2O molekulleri oluşur Bu devreye hidrojen yolu reaksiyonları denir En cok enerji (ATP) hidrojen yolunda uretilir
Solunumda oluşan son urunler: CO2, H2O ve ATP'dir Ancak proteinler solunumda kullanılmışsa; NH3, ure, urik asit, H2S gibi farklı urunlerde oluşabilir
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 cozelti icinde kalırken, elektronlar bir taşıyıcıdan başka bir taşıyıcıya aktarılır
Enerjinin acığa cıkması bu elektronların aktarılması sırasında gercekleşir En son kademede elektron oksijen atomuna taşınır, orada protonlarla birleşerek hidrojen atomunu oluşturmakta sonucta su meydana gelmektedir
Elektronların oksijene taşınması sırasında solunum zincirini oluşturan enzimler gorev yapar Bu enzimlerin her birinin elektronu tutan bir bolgesi vardır Bu aktif bolge protonla birlikte veya tek başına gelen elektronu bir onceki taşıyıcıdan alarak, bir sonraki taşıyıcının aktif bolgesine aktarır
Bu aktarma sırasında elektronların ortama yaydığı (bıraktığı) enerjiyle ADP molekulune ortamda bulunan fosfork asit (P) bağlanarak ATP uretlirNADH2 uzerinden ETS'ye giren 2 elektronun oksijene taşınması sırasında 3 ATP uretilir (Eğer 2 elekron FADH2 uzerinden ETS'ye katlırsa uretilen enerji miktarı 2ATP'dir)
Burada ATP sentezi oksitlenme (yukseltgenme) ve reduklenme (indirgenme) reaksiyonlarıyla sağlandığı icin bu devreye ve ATP uretim şekline oksidatif fosforilasyon denir
Ancak elektronun her aktarılışında ATP oluşmaz bunun icin ortama verilen enerjinin belli bir değeri (7300 cal) aşması gerekir
Bir glikoz molekulunun bağları arasındaki enerjinin ancak yaklaşık % 40'ı ATP sentezinde kullanılır Geriye kalan enerjinin cok az bir kısmı ısı olarak yayılırken, henuz %60'ı oksijenli solunumumun son urunleri olan su ve karbondioksit molekullerinin bağları arasıdadır
Oksijenli Solunumda Enerjinin Hesaplanması:
Glikoliz reaksiyonlarında 4 ATP (enzimsubstrat duzeyinde)
Krebs devrinde 2 ATP (enzimsubsrat duzeyinde)
ETS de 34 ATP (oksidatif fosforilasyonla)
Toplam: 40 ATP
Glikolizde harcanan 2 ATP (aktifleşme enerjisi olarak)
Net Kazanc: 38 ATP
Oksijenli Solunumun Fermantasyondan Farkları
Glikoz + 6O2 6CO2 + 6H2O + 38ATP
O2 kullanılır
İnorganik yapıda (CO2 ve H2O) son urunler oluşur
40 ATP uretilir (toplam)
Mitokondri gorev yapar
Canlıların coğunda gercekleşir
ETS enzimleri gorev 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 urunler oluşur
4 ATP uretilir (toplam)
Tamamı stoplazmada gercekleşir
O2'siz solunum yapan az sayıda canlıda ve O2 bulunmadığı veya yetersiz olduğu durumlarda kas hucrelerinde gorulur
Fermantasyon ve Oksijenli Solunumun Ortak Yonleri
CO2 oluşumu olabilir
ATP oluşur ve ATP harcanır
Glikoz kullanılır
Enzimler gorev yapar
Glikoliz gercekleşir
