CANLILAR VE ENERJİ Enerji bir maddede değişiklik, hareket oluşturabilme yeteneğidir. Başlıca enerji çeşitleri olan ısı, ışık, kimyasal enerji canlılar.

... konulu sunumlar: "CANLILAR VE ENERJİ Enerji bir maddede değişiklik, hareket oluşturabilme yeteneğidir. Başlıca enerji çeşitleri olan ısı, ışık, kimyasal enerji canlılar."— Sunum transkripti:

1 CANLILAR VE ENERJİ Enerji bir maddede değişiklik, hareket oluşturabilme yeteneğidir. Başlıca enerji çeşitleri olan ısı, ışık, kimyasal enerji canlılar için önemlidir. Tüm enerji çeşitleri birbirine dönüştürülebilir ve asla yok olmaz.

2 Enerji yoktan var olmaz vardan da yok olmaz
Enerji yoktan var olmaz vardan da yok olmaz. Daima giren ve çıkan enerji miktarı eşittir ancak farklı formlarda olabilir. Tüm enerji kullanılamaz, arada kaybolan enerji ancak iş yapamaz bir enerji türüne dönüşmüş olabilir.

3 Isı enerjisi: Enerji bir şekilden diğerine çevrilirken bir kısmı ısı enerjisine dönüşür. Ve çevreye yayılır. Işık enerjisi- Akkor halindeki maddelerin çevrelerine yaydıkları enerjidir. Güneş en baş ışık kaynağıdır. Bu enerji canlılar tarafından emilebilir.

4 Kimyasal bağ enerjisi- Atom veya moleküllerin birbirlerine bağlanarak oluşturdukları bağdaki enerjidir. Bu bağ oluşurken enerji gerekir. Yıkıldığında da enerji açığa çıkar.

5 Canlılarda meydana gelen metabolik reaksiyonları 2 ye ayırabiliriz.

6 Anabolik reaksiyonlar (anabolizma-özümleme-assimilasyon) küçük moleküllerden daha büyük moleküllerin oluşturulma reaksiyonlarıdır. Aminoasitlerden protein sentezi, glikozdan glikojen sentezi, fotosentez, dehidrasyon bu tür reaksiyonlardır. Anabolik reaksiyonların yürütülmesi için enerji gereklidir. Ve bu enerjiyi kimyasal bağ olarak hapsederler. (endotermik) biyosentez, hareket, kasılma, aktif taşıma, genetik bilgi aktarımı, sinirsel iletim, aktivasyon enerjisi v.s. Katabolik reaksiyonlar (katabolizma-yadımlama-dissimilasyon) büyük moleküllerin daha küçük moleküllere parçalanması olaylarıdır. Bu sırada kırılan kimyasal bağlardan enerji açığa çıkar. Hücre solunumu, proteinlerin yıkımı, hidroliz reaksiyonları buna örnektir.(ekzotermik)

7 I. Aminoasit+aminoasit →Dipeptid+ H20 II. CO2 +H2O → Glikoz+O2
III. Nişasta +H2O → Glikoz+glikoz...... IV. Yağ asidi + Gliserol → Yağ+ su Yukarıdaki tepkimelerden hangileri anabolik tepkimelerdir? A. I ve IV B. II ve III C. Yalnız III D. Yalnız II E. I, II, IV Bu tepkimelerden hangileri dehidrasyondur? A. Yalnız III B. Yalnız II ve III C. Yalnız I ve II D. I ve IV E. I, II, III, IV e d

8 ATP Tüm canlılarda enerji ATP adenozin tri fosfata dayanır. Hücrede üretilen enerji ATP nin P kimyasal bağına aktarılır, yine hücrede reaksiyonlar için gereken enerji de bu bağların yıkılması ile sağlanır. ATP adenin bazı, 5 C lu riboz şekeri ve 3 Fosfat grubu taşır. Şeker ve baza Adenozin denir. Yapısal olarak RNA ya benzer.

9 ATP molekülünün yapısında aşağıdaki bağ çeşitlerinden hangilerine rastlanmaz?
I. Glikozit bağı II. Ester bağı III. Peptid bağı IV. Yüksek enerjili bağ A. Yalnız I B. Yalnız II C. Yalnız III D. I ve II E. I, II, III c

10 Fosforilasyon: ADP ye P eklenerek ATP sentezlenmesidir
Fosforilasyon: ADP ye P eklenerek ATP sentezlenmesidir. Sitoplazmada, mitokondri ve kloroplastta gerçekleşir. Defosforilasyon: ATP deki P bağının koparılması ve ADP üretilmesidir. Hücrede tüm anabolik reaksiyonlarda gerçekleşir. ATP + H2O →ADP + Pi + serbest enerji(7.3 kcal)

11 Hücrede Fosforilasyon çeşitleri
Fotofosforilasyon: Işık enerjisi kullanarak ATP üretimi (fotosentetik canlılar) Oksidatif fosforilasyon(oksijenli solunum): Organik bileşiklerin yükseltgenmesi(oksitlenmesi) sonucu ATP üretimi. Oksijen en son elektron alıcı olarak rol oynar Substrat seviyesinde fosforilasyon : Enzimler yardımı ile ATP sentezidir bu sırada oksijen kullanılmaz (glikoliz ve krebs döngüsü) Kemosentetik fosforilasyon: İnorganik maddelerin (NH3,NO2) yükseltgenmesi(oksitlenmesi) ile ATP sentezi. Oksijen kullanılır. Amonyak, nitrit, kükürt oksitlenerek enerji oluşturulur. Sonra bu enerji ile CO2 bağlanarak besin üretilir.

12 Aşağıda çeşitli fosforilâsyon şekilleri ve tanımları karşılıklı olarak verilmiştir. Buna göre, fosforilasyon çeşiti ile karşılığı olan tanımı doğru olacak şekilde eşleştiriniz. Fosforilâsyon çeşidi I. Fotofosforilâyon II. Oksidatif fosforilâsyon III. Substrat düzeyde fosforilâsyon Tanımı …...Oksijenli solunum sırasında ETS (elektron taşıma sistemi) molekülleri aracılığı ile ATP sentezlenmesidir. …...ETS (elektron taşıma sistemi) molekülleri olmaksızın sadece enzimler aracılığı ile ATP sentezlenmesidir. ……Işık enerjisi ve ETS (elektron taşıma sistemi) molekülleri aracılığı ile ATP sentezlenmesidir.

13 I. Substrat düzeyinde fosforilasyon II. Fotofosforilasyon
Aşağıdakilerden hangileri hayvan ve Bitki hücrelerinde ortak olarak görülür? I. Substrat düzeyinde fosforilasyon II. Fotofosforilasyon III. Oksidatif fosforilasyon A. I ve II B. II ve III C. I ve III D. Yalnız II E. I, II,III c

14 P ekleme veya é aktarımı
ADP ye P eklenerek ATP üretilmesi endergonik bir reaksiyondur ve bu enerji genelde ekzergonik reaksiyonlardan gelir. Enerji aktarımının bir diğer yolu elektron aktarımıdır. Bir molekülden diğerine elektron aktarılmasına yükseltgenme-indirgenme (redoks) tepkimeleri denir. İndirgenme- bir molekülün bir veya daha fazla elektron almasına verilen isimdir. Yükseltgenme-oksidasyon bir molekülün bir veya daha fazla elektron kaybetmesine denir. Ae + B → A + Be redüksiyon oksidasyon

15 Fe2+ → Fe3+ + e- nasıl bir reaksiyondur?
Fe2+ ya ne olmuştur?

16 NAD+ + 2 H → NADH + H+ indirgenme (dehidrogenaz enzimi)
ADP bir koenzim gibi davranarak ekzergonik reaksiyonlarda açığa çıkan enerjiyi alarak ATP yapımında kullanır. Benzer bir şekilde koenzim NAD (nicotinamide adenine dinucleotide) da enerji taşıyıcısı olarak görev alır. NAD kimyasal olarak yükseltgenmiş (NAD+) ve indirgenmiş şekilde (NADH + H+) yer alır. NAD+ + 2 H → NADH + H+ indirgenme (dehidrogenaz enzimi) NADH + H+ + 1⁄2 O2 → NAD+ + H2O yükseltgenme FAD (şavin adenine dinucleotide), da glikoz metabolizmasında elektron aktarımında görev yapar ( sadece oksidatif fosforilasyonda) FAD + H → FADH2 Eğer NADH2 ve FADH indirgenmiş olarak kalırsa (elektronla dolu olarak) , daha fazla elektron veya H alamazlar ve o seviyedeki reaksiyonlar durur.

17 Her reaksiyon için özel bir enzim katalizör olarak görev yapar.
HÜCRE SOLUNUMU Hücreler glikozdan enerjilerini yükseltgenme tepkimeleri ile elde ederler. Bu tepkimeler bir dizi halinde çalışan enzimlerin aracılık ettiği tepkimelerdir. Her reaksiyon için özel bir enzim katalizör olarak görev yapar. Çoğu metabolik reaksiyon bakterilerden insanlara kadar benzerdir. Ökaryotlarda metabolik reaksiyonlar belli organellerde belli bölgelerde gerçekleşir. Her metabolik reaksiyon enzimlerle kontrol edilir C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + enerjiATP (ısı ve ışık)

18 Glikozun enerji elde etmek üzere yıkılmasında 3 temel yol vardır
Glikozun enerji elde etmek üzere yıkılmasında 3 temel yol vardır. Glikoliz, hücre solunumu ve fermentasyon. Glikoliz TÜM hücrelerde glikoz ile başlar ve 2 tane 3Clu piruvat(pirüvik asit) oluşumu ile tamamlanır. Glikozdaki enerjinin sadece çok küçük bir bölümü kullanılabilir hale(ATP) çevrilir. Glikoliz evresi TÜM hücrelerde sitoplazmada gerçekleşir ve oksijen ASLA kullanılmaz. Oksijenli-oksidatif solunum çevredeki oksijeni kullanır ve her piruvat molekülünü tamamen 3 molekül CO2 e bir çok adımda yıkar. Bu işlem sırasında piruvatın kovalent bağlarında depo edilen enerji açığa çıkarılır ve enerji ATP üretiminde kullanılır. Bu aşamalarda oksijene ihtiyaç vardır. Fermentasyon sırasında O2 kullanılmaz. Bu işlem sırasında piruvat laktik asit(3C) ve etanol(etil alkol-2C) gibi organik moleküllere çevrilir. Bu moleküllerin bağlarında hala yüksek miktarda enerji vardır ve glikoz tam olarak yıkılmadığı için çok az enerji açığa çıkar ve bu enerji ile ATP sentezlenemez.

19 Oksijenli veya oksijensiz solunum
Bazı hücreler yeterli oksijeni alamadıklarında bile enerji üretmeye devam ederler. Oksijensiz bir ortamda organik bileşiklerin yıkılarak ATP üretilmesine oksijensiz solunum veya fermentasyon denir. İster Oksijenli ister oksijensiz olsun Tüm canlılarda Glikoliz evresi gerçekleşir.

20 Glikoliz Glikoliz Tüm hücrelerde sitoplazmada gerçekleşir. Glikozu piruvata yıkar ve bu yıkım sırasında glikoz kısmen yıkıldığı için az miktarda ATP üretilir. 10 adımlık enzim katalizörlüğündeki reaksiyon sonunda, 2 molekül piruvat elde edilir. Net 2 ATP (2 ATP glikozun aktişeştirilmesi için kullanılır ve 4 ATP substrat seviyesinde üretilir) 2 mol piruvat(3C) 2 NADH2 Glikolizde elde edilen ATPler substrat düzeyinde fosforilasyonla oluşur.

21 GLİKOLİZ 6 C lu şeker 2 ATP ile fosfatlanarak kararsız hale getirilir. Böylece daha kolay yıkılır. 2 tane 3C lu bileşik oluşur(fosfogliseraldehit- PGAL). Bu 3Clu bileşiğin fazla H leri de NAD ile alınır(Nikotinamid Adenin Dinükleotit) . Bu sırada 3Clu bileşiğe inorganik fosfat (H3PO4) ten de P bağlanır. Fosfatlar 4 ATP sentezi için kullanılır. Ve 3 Clu pirüvik asit(piruvat) oluşur.

22

23 2 molekül glikozun glikolizi sonucunda;
a. Kaç molekül pirüvik asit oluşur? b. Kaç molekül NADH+H+ oluşur. c. Toplam ATP üretimi nedir? d. Net ATP kazancı nedir?

24 a. 1 molekül glikozun glikolizi sonucu 2 molekül pirüvik asit oluşursa
2 molekül glikozun glikolizi sonucu x x= 4 molekül pirüvik asit oluşur. b. 1 molekül glikozun glikolizi sonucu NADH+H+ oluşursa 2 molekül glikozun gilkolizi sonucu x x = 4 molekül NADH+H+ oluşur. c. 1 molekül glikozun glikolizi sonucu toplam 4ATP kazanç x = 4 x 2 = 8 ATP toplam kazanç olur. d. Buna göre, 1 molekül glikozun gilkolizi sonucu net 2 ATP kazanç x = 4ATP net kazanç sağlan›r.

25 NAD nedir 1 elektron ve 1 H atomu alabilir.
NAD nin görevi elektronları H le beraber almak ve daha sonra elektron alıcısı olan diğer moleküllere aktarmaktır. NAD eğer H leri aldıktan sonra başka bir moleküle aktaramazsa yeniden H alamaz. O zaman bu enerji elde etme süreci durur. Oksijenli solunumda 3 Clu molekül tamamen yıkılır ve en son elektron alıcı Oksijendir Bu işlemler asıl enerji ATP üreten işlemlerdir. Ancak eğer ortamda oksijen yoksa NADH elektronlarını (H) veremez ve dolu kalır. Hücre en azından ATP yi Glikolizdeki kadar (2ATP) sentezleyebilmek için NADH deki elektronları bir başka moleküle aktarır. Bu Molekülün yapısına göre Oksijensiz solunum 2 ayrı şekilde olabilir. NAD nedir 1 elektron ve 1 H atomu alabilir. indirgenme NAD e + 2 H NADH2 yükseltgenme

26 Glikoliz eğer O2 varsa oksijenli solunuma(krebs döngüsü) devam eder. O2 yoksa fermentasyon devam eder. Oksijenli Hücre solunumunun ilk reaksiyonu piruvatın oksidasyonu(yükseltilmesidir). Ardından Krebs döngüsü En son Elektron taşıma sistemi

27 Piruvatın yükseltgenmesi
Piruvatın asetata ve ardından da asetil coA ya dönüştürülmesi, glikoliz ve oksijenli solunumu birbirine bağlayan reaksiyonlardır. Piruvat mitokondrinin içine girer. 1. Burada 2Clu asetil gruba yükseltgenir ve 1 molekül CO2 serbest kalır. 2. Yükseltgenme sırasında açığa çıkan enerjinin bir kısmı NAD+ ın NADH + H+ ye indirgenmesi için kullanılır. 3. Kalan enerjinin bir kısmı asetil grubun CoA ile birleşmesi ile depolanır.(2C)

28 Krebs döngüsü(sitrik asit döngüsü)
Asetil coA sitrik asit döngüsünün başlangıç noktasıdır. Bu evredeki 8 basamak sonunda 2Clu asetil grubu 2 tane CO2 ye tamamen yükseltgenir. Bu sırada açığa çıkan enerji ADP ,ve elektron yakalayan coenzimler NAD ve FAD tarafından yakalanır. Tüm krebs reaksiyonları mitokondri matriksinde gerçekleşir. (prokaryotlarda ise sitoplazmada) Krebs döngüsünün girdileri asetat (asetil grup CoA dan ayrılır ), su, ve yükseltgenmiş elektron alıcılarıdır (NAD+ ve FAD). Çıktılar ise karbon dioksit, indirgenmiş elektron taşıyıcıları (NADH + H+ ve FADH2), ve az miktarda ATP dir. Her asetil grubu için 2 C karbondioksit olarak çıkar ve 4 çift H atomu elektron taşıyıcılarını indirger.

29

30 Mitokondriye giren pirüvik asitten bir molekül CO2 ayrılır ve NAD, NADHye indirgenir.
Böylece oluşan 2-C lu molekül Co-A ile birleşerek asetil co-A yı oluşturur. 1. Asetil coA, co-A ayrılır 2Clu asetil grubu krebs döngüsünde 4Clu okzaloasetik asit ile birleşerek 6Clu sitrik asiti oluşturur. Bu nedenle ilk oluşan bileşiğin adı ile anılır. 2. 6Clu bileşikten önce 1 CO2 ayrılır. 5C lu bileşik oluşur. NAD indirgenir 3. 5Clu bileşikten 1 CO2 ayrılır ve 4 Clu bileşik oluşur. NAD indirgenir ve bu sırada substrat seviyesinde ATP sentezlenir. 4. FAD is indirgenir 5. NAD is indirgenir ve tekrar 4Clu okzaloasetik asit oluşur

31 indirgenme FAD + H FADH2

32 Elektron taşıma sistemi
Glikoliz ve piruvat oksidasyonu ve sitrik asit döngüsü aşamalarında enerjinin büyük bir kısmı elektron taşıyıcıları olan NADH+H ve FADH2 te saklı kalmıştır. Elektron taşıma sistemi işte bu enerinin açığa çıkarıldığı yani en fazla enerjinin üretildiği (ATP) ve suyun oluşturulduğu aşamadır.Bu olay (iç zar) krista’daki enzimler(ETS) ile gerçekleşir. Elektronlar H alıcısı olan NADH2 ve FADH2 den alınır. H nin elektonları(e-) ETS de taşınır. Protonlar ise (+) özel taşıyıcı enzimlerle matriksten zarlar arası boşluğa atılır ve potansiyel farkına dayalı olarak ATP üretilir.**

33 ETS basamakları Bu reaksiyonlar ökaryotlarda mitokondri iç zarında , prokaryotlarda ise mezezom adı verilen hücre zarı kıvrımlarında gerçekleşir. 1. Electronlar( NADH2 ve FADH2dan) zarda bulunan bir dizi elektron taşıyıcı enzim sisteminden geçerler.(solunum enzimleri) 2. Elektronların ETS boyunca taşınması sırasında açığa çıkan enerji protonların matriksin dışına atılmasına sebep olur böylece matriks ve dışı arasında bir proton farkı oluşur. 3. Protonlar tekrar matrikse gelirken ATP sentezlenir. En son ETS den taşınan elektron ise en son elektron alıcısı OKSİJEN tarafından tutulur ve protonlarla da birleşerek su oluştururlur.

34 NADH2 elektronları uzun ETS zinciri boyunca taşınır ama FADH2 gelen eletronlar ETS de daha kısa bir yol izler. Bu nedenle NADH2 elektronlarının taşınması sırasında FADH2 ye göre daha fazla ATP sentezlenir. Elektronların en son alıcısı Oksijendir. Oksijene aktarılan elektronlarla protonlar birleşerek suyu oluştururlar. Oksijen indirgenmiş olur.

35 Substrat düzeyinde fosfatlama ETS (Oksidatif fosforilasyon) ATP FADH2 NADH+H Net kazanç Glikoliz 2 2x3 8 Pirüvik asit- Asetil coA - 6 Krebs döngüsü 2x2 6x3 24 Toplam 4ATP 30ATP 38ATP 2NADH+H x 3 6 ATP Glikoliz 6 ATP Mitokondri 6NADH+H x 3 18 ATP Krebs 2FADH+H x 2 4 ATP 34 ATP

36

37 Sitoplazma- 6-C, 2ATP ATP, 2 NADH2, 2-3C Mitokondri- 3-C 2 tane C+2 CO2 Krebs 2-C 2 tane ATP, 8 NADH2 2FADH2, H2O, 4CO2 Elektron taşıma sistemi 10 NADH2 2 FADH2

38 FERMENTASYON (OKSİJENSİZ SOLUNUM)
FERMENTASYON Glikoliz sonucunda oluşan piruvatın oksijenin bulunmadığı ortamda yıkılması olayıdır. Eğer ETS nin son basamağında elektronları alacak oksijen bulunmuyorsa NADH2 ve FADH2 elektronlarının elektron taşıyıcılara aktaramaz ve ve indirgenmiş olarak kalırlar. Eğer serbest yükseltgenmiş NAD ve FAD olmazsa yeni elektronlar yakalanamaz ve reaksiyonlar durur bu yüzden de enerji üretimi aksar ve hücre ölür. Hücreyi bu zor durumdan kurtarmak için Oksijensiz durumlarda çoğu hücre (sinir hücresi hariç) az da olsa ATP sentezleyebilmek için fermentasyon yaparlar. Bu sayede NAD tekrar yükseltgenir ve yeni elektronları yakalayabilecek hale gelir. Fermentasyonun ana amacı NADH2 yi yükseltgemektir. Ve bu reaksiyonlar sitoplazmada olur.

39 Fermentasyon böylece GLİKOLİZin devam edebimesini ve az da olsa ATP üretilmesini sağlar. ANCAK fermentasyon tepkimelerinde asla ATP üretilmez sadece NAD yükseltgenir. Ökaryot hücrelerde ve bazı bakterilerde farklı fermentasyon çeşitleri görülür bu fermentasyon çeşitleri son ürüne göre ayırtedilir. Örneğin laktik asit fermentasyonunda piruvat H alarak 3Clu laktik asite indirgenir.

40 Etil Alkol Fermentasyonu
Bir çok maya oksijensiz koşullarda etil alkol fermentasyonu yapar. Önce , Piruvattan(3C) karbondioksit ayrılır ve asetaldehit(2C) oluşturulur, Daha sonra , asetaldehit NADH + H+ tarafından indirgenir ve NAD+ ve etil alkol(2C) (ethanol) oluşur. Bira ve şarap ta bu şekilde oluşur.

41 Eğer en son elektron alıcısı Piruvattan CO2 ayrılması ile oluşan Asetaldehit ise son ürün Etil alkoldür . Ve bu fermentasyon etil alkol fermentasyonu olarak adlandırılır (Maya ) Eğer elektronlar en son tekrar pirüvik asit tarafından alınıyorsa laktik asit oluşur. Buna laktik asit fermentasyonu denir. (Hayvan hücrelerinde laktik asit fermentasyonu oluşur ve CO2 bu sırada oluşmaz.)

42 Laktik asit fermentasyonu Etil Alkol fermentasyonu 2 ATP 2 Laktik asit
Hayvan hücrelerinde 2 CO2 Bazı mantar, bakteri Her iki reaksiyonda da amaç NADH2 yi boşaltmaktır. Ve NAD’ a yükseltgenir.

43 Aşağıdaki şekilde fermentasyon ve oksijenli solunumda ortak gerçekleşen Glikoliz olayı gösterilmiştir. Numaralı kısımların hangilerinde oluşan moleküllere fosfat bağlanması gerçekleşir? 1 ve 2 b. 1,2, c.1,2,4 d. 1,2, e. 3,4,5 Hangi numaralarla gösterilen tepkimeler için kesinlikle oksijen gereklidir? a. Yalnız I b.Yalnız II c. Yalnız III d. I ve II e. II ve III

44 İnsanda çizgili kaslara yeterli oksijen gitmezse pirüvik asitin bir kısmı laktik asite çevrilir. Bu dönüşüm sırasında: I. NADH2 hidrojen vererek yükseltgenir. II. Laktik asit hücreler arası sıvıya geçer. III. Glikolizin son ürünleri olan piruvat ve NADH2 reaksiyona girer. IV Glikolizin devamına imkan sağlanır. Olaylarını sıraya diziniz. I-II-III-IV B. II-I-III-IV I-II-IV-III D. IV-I-II-III E. III-I-IV-II Bütün oksijensiz solunum çeşitlerinde: I. Organik artık oluşumu II. CO2 açığa çıkması III. ATP harcanması Olaylarından hangileri ortaktır? a. yalnız I b. Yalnız II c. Yalnız III d. I ve II e. I ve III

45

46 KATABOLİK DÖNÜŞÜMLER Polisakkaritler, yağlar, proteinler nükleik asitler enerji elde etmek için kullanılabilirler.

47 e a b

48

49 Oksijensiz Oksijenli Sitoplazma
Son ürün etil alkol, laktik asit gibi organik mol. Glikoz tam parçalanamaz ETS yok 2 ATP net(2 ATP harcanır) NAD var Substrat düzeyinde fosfatlanma En son e alıcısı piruvat veya asetaldehittir Etil alkol fer. CO2 oluşur. Su oluşmaz Sitoplazma ve mitokondri Son ürün CO2 ve H2O gibi inorganik mol. ETS var. asıl ATP üreten oksidatif fosf. İle 36 ATP(hiç ATP harcanmaz) NAD ve FAD var Substrat düz. Fosf. Krebs döngüsünde En son e alıcı O dir ve H2O oluşur. Gliserol, yağ asidi ve amino asitler doğrudan krebse katılır.

50 e c

51 c d

52 a