Biyoloji Canlılarda Solunum

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

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.

Canlıların yaşamsal etkinliklerinde doğrudan kullanabildiği tek tek enerji molekülü ATP’dir. ATP yalnız hücre içinde sentezlenir. ATP depo edilmez. ATP hücreden hücreye transfer edilmez. ATP yapımı ve yıkımı birbirinin tersi olaylardır.

 

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 canlılarda substrat 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.

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.

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.