HÜCRESEL SOLUNUM = →Besinlerin parçalanarak ATP

██ HÜCRESEL SOLUNUM =
→Besinlerin parçalanarak ATP sentezlenmesine, hücresel solunum denir.
→Hücresel solunum; oksijensiz ve oksijenli solunum olmak üzere iki gruba ayrılır.
**Oksijensiz solunum (fermantasyon,
anaerobik):
→Besinlerin enzimler yardımıyla parçalanarak, ATP sentezlenmesine oksijensiz solunum denir.
→Oksijensiz solunum reaksiyonları, sitoplazmada gerçekleşir.
→Oksijensiz solunum; glikoliz ve son ürünler evresi olmak üzere iki aşamada gerçekleşir.
***Glikoliz evresi:
C6H12O6 + 2 ATP ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐> 2 Piruvat + 2 NADH2 + 4 ATP
(Glikoz)
→ 2 ATP net kazanç elde edilir.
→Glikoliz evresi, bütün canlılarda ortak olarak gerçekleşir.
→Çünkü bu evrenin gerçekleşmesi için kullanılan enzimler, bütün canlılarda ortak olarak bulunur.
→Glikoliz evresinin amacı: substrat düzeyinde fosforilasyonla ATP sentezlemektir.
Glikoliz evresi tepkimeleri:
→Glikoz molekülü, ATP’ den 1 fosfat alır ve glikoz mono fosfat molekülüne dönüşür. →Glikoz monofosfat, enzimler yardımıyla fruktoz monofosfat molekülüne dönüşür.
→Früktoz monofosfat, ATP’ den 1 fosfat alır ve früktoz difosfat molekülüne dönüşür.
→Böylece substrat aktifleşmiş olur.
→Früktoz difosfat, 2 PGAL molekülüne parçalanır.
→2 PGAL' den, 2 hidrojen ayrılır ve kalan moleküle sitoplazmadan 2 fosfat katılarak, 2 DPGA molekülü oluşur.
→Açığa çıkan H+ iyonları, NAD++ tarafından yakalanır. (NAD indirgenir)
→Böylece 2 NADH2 molekülü sentezlenir.
→2 DPGA molekülü, 2 fosfat kaybeder ve 2 PGA molekülüne dönüşür.
→Bu dönüşüm reaksiyonları sırasında, 2 ATP sentezlenir.
→2 PGA molekülü, 2 fosfat kaybeder ve 2 pürivik aside (piruvat) dönüşür.
→Bu dönüşüm reaksiyonları sırasında; 2 ATP daha sentezlenir.
Sonuç:
→Glikolizde bir mol glikoza karşılık, 4 ATP sentezlenir.→Glikoliz olayının başlaması için, başlangıçta 2 ATP harcandığından; 2 ATP net kazanç elde edilir.
***Son ürünler evresi:
→Bu evrede, ATP sentezlenmez ve aynı zamanda ATP kullanılmaz.
→Son ürünler evresinin amacı: →Pirüvik asidin, ortamda birikmesini engellemektir. (ortam pH’ ın aşırı düşmemesi için)
→Aynı zamanda; glikoliz evresinin tekrar gerçekleşebilmesi için, kullanılan NAD moleküllerini geri kazanmaktır.
(NADH2' nin yükseltgenmesini sağlamak)
→Bu evrede kullanılan enzimler, farklı canlılarda farklı olduğundan; farklı son ürünler oluşur.
→Son ürünler lak k asit ya da etil alkol olur.
►Laktik asit oluşumu:
→Çizgili kas hücrelerinde ve bazı bakterilerde (yoğurt bakterileri) gerçekleşir.
→Glikoliz evresinin sonunda oluşan piruvat, NADH2' nin hidrojenlerini alır ve laktik aside dönüşür.
(NADH2 yükseltgenir)
Pirüvat + NADH2 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐> Laktik asit + NAD++
→Glikoliz evresi sonunda 2 pirüvat açığa çıktığından; çıkan değerler 2 ile çarpılır.
2 Pirüvat + 2 NADH2 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐> 2 Laktik asit + 2 NAD++
Laktik asit fermantasyonu genel denklemi:
C6H12O6 + 2 ATP ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐> 2 Laktik asit + 4 ATP
(Glikoz) (C3H6O3)
►Etil alkol oluşumu:
→Çimlenmekte olan tohumlarda, gelişmiş bitkilerin köklerinde, bazı bakterilerde ve maya mantarlarında (bira mayası, hamur mayası, şarap mayası...) gerçekleşir. →Piruvat, önce bir CO2 kaybeder ve asetaldehit molekülüne dönüşür. Pirüvat (3C) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐> Asetaldehit (2C) + CO2
→Daha sonra asetaldehit, NADH2' nin hidrojenlerini alır ve etil alkole dönüşür.
Asetaldehit + NADH2 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐> Etil alkol + NAD++
→Glikoliz evresi sonunda, 2 pirüvat açığa çıktığından; çıkan değerler 2 ile çarpılır.
2 Pirüvat ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐> 2 Asetaldehit + 2 CO2
2 Asetaldehit + 2 NADH2 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐> 2 Etil alkol + 2 NAD++
Etil alkol fermantasyonu genel denklemi:
C6H12O6 + 2 ATP ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐> 2 Etil alkol + 2 CO2 + 4 ATP
(Glikoz) (C2H5OH) Not:
→İnsanlarda laktik asit fermantasyonu, çizgili kaslara yeteri kadar oksijen gitmediğinde gerçekleşir.
→Oluşan laktik asit, kas yorgunluğuna yol açar.
→Dinlenme anında; laktik asidin bir kısmı, tekrar piruvata dönüşür ve oksijenli solunumda kullanılır.
→Lak k asidin geri kalan kısmı ise, karaciğere gider ve glikoza dönüşür.
→Oksijensiz solunumda, besinler tam olarak parçalanmadığından; çok miktarda ATP üretilmez.
→Enerjinin büyük bir kısmı, son ürünlerde kalır.
Laktik asit fermantasyonu ile etil alkol
fermantasyonu arasındaki farklar:
***Glikoliz evresi:
C6H12O6 + 2 ATP ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐> 2 Piruvat + 2 NADH2 + 4 ATP
(Glikoz)
→2 ATP net kazanç elde edilir.
→Glikoliz evresi, bütün canlılarda ortak olarak gerçekleşir.
→Çünkü bu evrenin gerçekleşmesi için kullanılan enzimler, bütün canlılarda ortak olarak bulunur.
→Glikoliz evresinin amacı: substrat düzeyinde fosforilasyonla ATP sentezlemektir.
Glikoliz evresi tepkimeleri:
**Oksijenli solunum (aerobik):
→Besinlerin, oksijen yardımıyla parçalanarak, ATP sentezlenmesine oksijenli solunum denir.
Glikoz + 6O2 + 2ATP ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐> 6CO2 + 6H2O + 40 ATP
→ 38 ATP net kazanç elde edilir.
→Oksijenli solunum, bazı bakterilerde ve arkelerde sitoplazmada gerçekleşir.
→Bu canlılarda oksijenli solunumun ETS evresi, mezozom adı verilen hücre zarı kıvrımlarında tamamlanır.
→Ökarya k canlılarda ise oksijenli solunum sitoplazmada başlar, mitokondride tamamlanır.
Mitokondrinin yapısı:
Oksijenli solunum; glikoliz, kreps reaksiyonları ve ETS olmak üzere 3 evrede gerçekleşir.
→Glikoliz evresi, sitoplazmada; kreps çemberi reaksiyonları ve ETS evresi ise mitokondride gerçekleşir.
→Kreps çemberi reaksiyonları, mitokondrinin matriksinde; ETS evresi ise mitokondrinin kristasında gerçekleşir.
→Glikoliz ve kreps reaksiyonları evresinde, substrat düzeyinde fosforilasyonla ATP sentezlenir.
→ETS evresinde ise oksidatif fosforilasyonla ATP sentezlenir.
→Glikoz molekülü, ATP’ den 1 fosfat alır ve glikoz mono fosfat molekülüne dönüşür. →Glikoz monofosfat, enzimler yardımıyla fruktoz monofosfat molekülüne dönüşür.
→Früktoz monofosfat, ATP’ den 1 fosfat alır ve früktoz difosfat molekülüne dönüşür.
→Böylece substrat aktifleşmiş olur.
→Früktoz difosfat, 2 PGAL molekülüne parçalanır.
→2 PGAL' den, 2 hidrojen ayrılır ve kalan moleküle sitoplazmadan 2 fosfat katılarak, 2 DPGA molekülü oluşur.
→Açığa çıkan H+ iyonları, NAD++ tarafından yakalanır. (NAD indirgenir)
→Böylece 2 NADH2 molekülü sentezlenir.
→2 DPGA molekülü, 2 fosfat kaybeder ve 2 PGA molekülüne dönüşür.
→Bu dönüşüm reaksiyonları sırasında, 2 ATP sentezlenir.
→2 PGA molekülü, 2 fosfat kaybeder ve 2 pürivik aside (piruvat) dönüşür.
→Bu dönüşüm reaksiyonları sırasında; 2 ATP daha sentezlenir.
***Kreps reaksiyonları evresi:
→Kreps reaksiyonları evresi; Asetil Co‐A oluşumu ve kreps çemberi olmak üzere iki aşamada gerçekleşir.
Kreps reaksiyonları tepkimeleri:
►Asetil Co-A oluşumu:
→Glikoliz evresi sonunda oluşan pirüvat, mitokondri içine girer.
→Pirüvat molekülünden, 1 CO2 ve 2 H+ iyonu ayrılarak; 1 Asetil‐CoA molekülü oluşur.
→Ayrılan H+ iyonları, NAD tarafından yakalanır ve 1 NADH2 sentezlenir.
→Oluşan Asetil Co‐A molekülü ise, kreps çemberine katılır.
►Kreps çemberi:
→Ase l‐CoA molekülü, okzalo asetik asit ile birleşerek sitrik asiti oluşturur.
→Sitrik asi en, 2 H+ iyonu ve 1 CO2 ayrılarak; α‐
ketoglutarik asit oluşur.
→Serbest kalan H+ iyonları, NAD tarafından yakalanır ve 1 NADH2 sentezlenir.
→α‐ketoglutarik asit’ ten 2 H+ iyonu ve 1 CO2 ayrılarak; Süksinil CoA oluşur.
→H+ iyonları, NAD tarafından yakalanır ve 1 NADH2 sentezlenir.
→Süksinil CoA molekülü, Süksinik asit molekülüne dönüşür ve açığa çıkan enerjiden; 1 ATP sentezlenir. →Süksinik asit molekülü, Fumarik asit molekülüne dönüşürken; 2 H+ iyonu ayrılır.
→H+ iyonları, FAD tarafından yakalanır ve 1 FADH2 sentezlenir.
→Fumarik asit, Malik asite dönüşür.
→Malik asit, Oksaloase k asite dönüşürken; 2 H+ iyonu ayrılır.
→H+ iyonları, NAD tarafından yakalanır ve 1 NADH2 sentezlenir.
Sonuç:
→Kreps reaksiyonları evresi sonunda, 1 pürivat molekülüne karşılık;
1 ATP ,4 NADH2 ve 1 FADH2 sentezlenirken ve 3 CO2 açığa çıkar.
→Kreps reaksiyonları evresinde, 2 pürivat kulladıldığından;
toplam: 2 ATP, 8 NADH2 ve 2 FADH2 sentezlenir ve 6 CO2 açığa çıkar.
Not:
→Kreps reaksiyonlarının gerçekleşmesi sırasında 6 H2O kullanılır.
**Oksidatif fosforilasyon evresi (ETS):
→Bu evrede; glikoliz ve kreps reaksiyonları evresinden gelen hidrojenler, oksijenle yakılarak (oksitlenerek) ATP sentezlenir. ETS genel denklemi:
10 NADH2 + 2 FADH2 + 6 O2 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐> 34 ATP + 12 H2O
→Elektron taşıma sistemi; NAD, FAD, CoQ ve sitokrom sistemi' den oluşur.
→Sitokromların yapısında demir bulunur.
→ETS' yi oluşturan moleküller, elektron çekim kuvvetlerine göre; küçükten‐büyüye doğru şöyle sıralanır: NAD ‐‐‐‐> FAD ‐‐‐‐> CoQ (Ubikinon) ‐‐‐‐> Sitokrom‐b ‐‐‐‐> Sitokrom‐c ‐‐‐‐> Sitokrom‐a ‐‐‐‐> Sitokrom‐a3
→Glikoliz ve kreps reaksiyonlarında açığa çıkan H+ iyonları ve elektronlar, mitokondri kristasına aktarılır.
→H+ iyonları, NAD, FAD ve CoQ tarafından yakalanır ve krista zarının, dış zar kısmına bakan boşluğa bırakılır.
→Elektronlar ise NAD, FAD, CoQ ve sitokrom sistemi tarafından oksijene doğru taşınır.
→Elektronlar, NAD’ tan FAD’ a aktarılırken 1 ATP; Sitokrom‐b’ den‐Sitokrom‐c’ ye aktarılırken 1 ATP; Sitokrom‐a’ dan‐Sitokrom‐a3’ e aktarılırken 1 ATP üretilir.
→Böylece NAD’ ın yakaladığı hidrojenler için: 3 ATP; FAD’ ın yakaladığı hidrojenler için: 2 ATP sentezlenir.
→Elektronlar son olarak oksijen tarafndan yakalanır.
→Zarın diğer tarafındaki H+ iyonları da oksijenen tarafından yakalanır.
→Böylece; hidrojenler oksijen ile yakılarak H2O oluşur.
→ETS’de 24 H+ iyonu, 6 O2 ile yakılarak; toplam: 12 H2O oluşur. →Kreps reaksiyonlarında 6 H2O kullanıldığından; oksijenli solunum sonunda 6 net H2O açığa çıkar.
Not:
→En yüksek enerjili elektronlar, NAD tarafından yakalanır. →En düşük enerjili elektronlar, oksijen tarafından yakalanır.
→Elektronu en az seven NAD, en çok seven oksijendir.
*Organik besin monomerlerinin oksijenli
solunuma katılması:
→Oksijenli solunumda sadece glikoz kullanılmaz.
→Aynı zamanda diğer organik besin monomerlerinin yapı taşları da kullanılır.
→Amino asitler oksijenli solunuma katılmadan önce, deaminasyon gerçekleşir ve NH3 açığa çıkar.
Not:
→Beyin hücreleri oksijenli solunumda sadece glikoz kullanır.
*Solunum Katsayısı (RQ):
→Oksijenli solunumda, üretilen CO2 miktarının; tüketilen O2 miktarına oranına, solunum katsayısı denir. →Karbonhidratların solunum katsayısı = 1' dir. →Yağlarda bol miktarda hidrojen bulunduğundan, yakılmaları için bol miktarda oksijen kullanılır. →Bu nedenle yağların solunum katsayısı < 1’ dir.
Yağların ortalama solunum katsayısı = 0,7
→Proteinlerin solunum katsayısı, proteinin içerdiği aminoasit türüne bağlı olarak; 1’ den küçük ya da büyük olabilir. Proteinlerin ortalama solunum katsasyısı = 0.8
*Kemiozmotik hipotez:
→Peter mitchell tarafından ileri sürülmüştür. →Bu hipotez, mitokondrinin iç zarında gerçekleşen oksidatif fosforilasyon mekanizmasını moleküler düzeyde açıklar.
→Mitokondrinin iç zarında (krista) ETS elemanları bulunur.
→Oksijenli solunumda açığa çıkan H+ iyonları, krista zarında bulunan; NADHQ‐redüktaz, Sitokrom‐redüktaz ve
sitokrom‐oksidaz tarafından yakalanır ve matrix sıvısından krista zarının, dış zar tarafındaki boşluğa doğru pompalanır. →Bunun sonucunda, krista zarının dış zara bakan kısmı pozitif (+), matrix sıvısına bakan kısmı negatif (‐) yüklenir.
→Böylece osmo k, pH ve elektrostatik bir potansiyel fark oluşturulur.
→Bu potansiyel fark, ATP sentezinde görev alan bir pil gibi görev yapar.
→Krista zarı hidrojen iyonlarına karşı geçirgen değildir.
→Zarlar arasındaki hidrojen iyonları, F0 adı verilen bir protein tarafından; matrix sıvısına doğru geri gönderilir.
→Hidrojen iyonları matrix sıvısına geri dönerken, ATP sentaz enzimi yardımıyla ATP sentezlenir.
*Oksijenli solunumda işaretli moleküllerin izlediği yol: →Oksijenli solunumda; karbon ve oksijeni işaretli glikoz (C6H12O6) ile normal atom taşıyan O2 kullanıldığında;
bu atomların hangi moleküllerin yapısına katıldığını gözlemleyebiliriz.
→Glikozun işaretli karbon ve oksijeni, CO2 molekülünün yapısına katılır.
→Normal atom taşıyan O2 ise glikozdan ayrılan hidrojenleri yakarak, H2O' nun yapısına katılır.
→Organik asitlerin (sitrik asit) solunum katsayısı > 1' dir.