Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü Hücre Solunumu Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü

SOLUNUM

SOLUNUM İki çeşit solunum vardır HÜCRE DIŞI SOLUNUM: Canlıların dış ortamdan O2 alıp, dış ortama CO2 vermeleridir. HÜCRE İÇİ SOLUNUM: Canlıların hücrelerinde meydana gelen ve organik besin maddelerinin O2 ile yakılarak enerji elde edilmesiyle sonuçlanan bir reaksiyondur.

Ekosistemde ki enerji akışında bitkiler ve hayvanlardaki mitokondriler fotosentezin organik ürünlerini yakıt olarak kullanırlar. Solunum sonucu açığa çıkan enerji hücresel işler için kullanılır. Organik ve inorganik maddeler çevrime uğrarken , enerji çevrime uğramaz ekosisteme giren güneş enerjisi ısı olarak ekosistemi terk eder. 4

a) Hidrojen ile oksijenin kontrolsüz ekzorgonik tepkimesi su oluşturur a) Hidrojen ile oksijenin kontrolsüz ekzorgonik tepkimesi su oluşturur. Bu sırada ısı ve ışık şeklinde bir enerji açığa çıkar. b) Hücre solunumunda aynı tepkime aşamalı olarak meydana gelir. Elektron taşıma sistemi sayesinde elektronların taşınışı kademeli olarak meydana gelir. Böylece açığa kontrollü bir enerji salınımı olur ve bu enerj ATP yapımında kullanılır. 5

Nikotinamid adenin dinükleotid (NAD) NAD bir elektron taşıyıcı olarak görev yapar. Besinlerden koparılan elektronlar NAD’ye aktarılır. Dehidrogenaz adı verilen enzimler besinden (Glikoz) bir hidrojen çifti uzaklaştırır. Bir proton ve 2 elektron NAD tarafından tutularak NADH haline gelir diğer proton ise çözeltiye bırakılır. Hücre solunumu sırasında elektronlar , Besin  NADH  Elktron taşıma zinciri  Oksijen sırasında taşınır. 6

Hücre Solunumu Hücre solunumunun iki basamağı bulunmaktadır; Glikoliz Oksijenli veya Oksijensiz solunum 12

Hücre Solunumuna Genel Bakış

Oksijenli (Aerob) Solunum Organik bileşiklerdeki kimyasal bağların oksijenli ortamda yıkılarak enerji elde edilmesidir. Son ürünler CO2 ve H2O’dur. Oksijensiz (Anaerob) Solunum Glikozun oksijensiz ortamda etil alkol ve laktik asite kadar yıkılarak enerji elde edilmesidir. Fermantasyon da denir.

Oksijenli (Aerob) Solunum Oksijenli solunum 3 basamakta gerçekleşir. Bunlar: Glikoliz Krebs Çemberi (Sitrik Asit Çevrimi) ve ETS (Elektron Taşıma Sistemi)’dir

Glikoliz Hücreler glikozu özel bir yolla yıkar. Canlılar burada açığa çıkan enerjiyi, yaşamsal işlevlerini devam ettirebilmek için kullanırlar. Stoplazmada gerçekleşen ve 6C’lu glikozun 3C’lu pirüvik asite(pirüvata) kadar yıkılmasıyla sonuçlanan evreye “glikoliz” denir. Glikoliz evresinde O2 kullanılmaz. * Hem oksijenli solunum hem de oksijensiz solunumun başlangıcında glikoliz evresi görülür. Fakat glikolizden sonra farklı reaksiyonlar görülür.

Glikoliz

Glikoz yapı olarak kararlı bir bileşiktir Glikoz yapı olarak kararlı bir bileşiktir. Parçalanması için vücut ısısı yetersiz kalmakta, aktifleşerek parçalanması için de enerjiye ihtiyaç duyulmaktadır. Aktivasyon enerjisi denilen bu gelişme için ATP kullanılır.

ATP’nin Yapısı ATP, sahip olduğu fosfat bağları koptuğu zaman yüksek enerji veren organik maddelerdir. Yapısında adenin nükleotidi, 5 C’lu şeker ve 3 tane fosfat bulunur. + + Adenozin Yüksek enerjili bağlar Adenozin Mono Fosfat (AMP) Adenozin Di Fosfat (ADP) Adenozin Tri Fosfat (ATP) 5C Adenin P P P

Bu işlem için glikoz 2ATP ile reaksiyona girer Bu işlem için glikoz 2ATP ile reaksiyona girer. Bu işlem sırasında her bir ATP’den birer tane P kopar. Kopan P’ların bağ enerjisi ile glikoz aktifleştirilir. Aktif hale gelen 6C’lu glikozdan, bir dizi işlemlerden sonra 3C’lu 2 tane pirüvat oluşur. * Pirüvat = C3H4O3

.

Bu işlemler sona erdiğinde 2NADH2, 4ATP ve 2Pirüvat açığa çıkar. 2 ATP reaksiyonun başında glikozu aktifleştirmek için kullanıldığı için bu aşamada net kazanç 2ATP ve 2NADH2’dir

Glikoliz ile Krebs döngüsü arasındaki bağlantı 1- Piruvatın karboksil grubu uzaklaştırılır. Solunumda CO2 açığa çıkarılan ilk basamaktır. 2- NADH meydana gelir. 3- Mitokondriye giren Piruvat ilk önce Asetil koenzimA (Asetil CoA) adlı bileşiğe dönüştürülür. 2 3 1 18

2. Krebs Çemberi (Sitrik Asit Çevrimi) Krebs mitekondrinin matriks (iç zarın çevrelediği sıvı) kısmında meydana gelir.

Glikoliz sonucu oluşan piruvattan 1CO2 ve 2H ayrılır ve piruvat 2C’lu Asetil CoA (Aktif Asetik Asit)’e dönüşür. Krebs evresini başlatan molekül Aktif Asetik Asit’tir. A.A.Asit 4C’lu bir molekül ile birleşerek 6C’lu Sitrik Asit’i oluşturur. Sitrik Asit bir dizi reaksiyon sonucu 4C’lu bir bileşiğe dönüşür. Bu 4C’lu bileşik tekrar sitrik asit çemberine katılır.

6C Glikoliz

Krebs evresinde bir piruvatın çevrimi ile 1ATP, 4NADH2 ve 1FADH2 açığa çıkar. Glikoliz evresinde her bir glikozun yıkımı ile 2 piruvat oluştuğu ve krebs’e 2 tane piruvat girdiği için sonuçta 2ATP 8NADH2 ve 2FADH2 açığa çıkar.

3. ETS (Elektron Taşıma Sistemi) ETS mitekondrinin krista (iç zarın matriks içinde yaptığı kıvrımlar) kısmında bulunur.

Elektron taşıma zincirine genel bakış Glikoliz ve krebs döngüsü sırasında besinden uzaklaştırılan elektronlar NADH tarafından elektron taşıma zincirindeki ilk molekülene (FMN) aktarılır. Elektron taşıması sırasındaki serbest enerji değişimi belli bir sırada bileşenlerin dizilimini sağlar. Hücre besin moleküllerinde depolanmış enerjiyi redoks tepkimeleri ile açığa çıkarır. İndirgenme-oksitlenme tepkimeleriyle açığa çıkan enerji oksidatif fosforilasyon aracılığıyla ATP yapımında kullanılır. 24

ATP sentezi Zincirdeki her kompleks elektron alıp verdikçe hidrojen iyonları matriksten zarlar arası bölgeye pompalanır. Bu bölgede artan H iyonları ATP sentaz proteininden geçerek matrikse geri döner bu sırada ATP yapımı gerçekleşir. 25

Glikoliz ve krebs çemberinde NAD ve FAD moleküllerinin taşıdıkları H2’lerin elektronları bu aşamada ETS den geçerler ve burada ATP sentezlenir.

ATP sentaz ATP sentaz protein kompleksi hidrojen iyonlarının akışıyla güç sağlayan bir değirmen gibi çalışır. Bu kompleks ökaryotların mitokondri ve kloroplast zarları , prokaryotların ise plazma zarında yer alır. 27

H atomları öncelikle birer elektronlarını salarak pozifi yüklü H+ iyonları haline döner. H atomlarından ayrılan elektronlar ETS’den geçerken ATP sentezlenir. ETS’den çıkan elektronlar tekrar H+ iyonları ile birleşir. Bu noktadan sonra H atomları oksijen ile birleşerek suyu oluşturur.

NAD moleküllerinin taşıdığı her H2 için ETS’de 3ATP sentezlenir.

Fakat FAD moleküllerinin taşıdığı her H2 için ETS’de 2ATP sentezlenir.

SONUÇ Not: NAD ve FAD yoluyla ATP kazancı, bu moleküller tarafından taşınan hidrojenler ETS’den geçtikten sonra gerçekleşir.

Oksijensiz (Anaerob) Solunum Havanın serbest oksijenini kullanmadan yapılan solunuma oksijensiz (anaerob) solunum adı verilir. Oksijensiz solunumun diğer bir ismi fermantasyon (mayalanma)’dur. Yeşil bitkiler genelde oksijenli solunum yaparlar. Fakat zaruret halinde kısa süre için oksijensiz solunum da yapabilirler. Halbuki bazı bakteri ve mantarlarda oksijensiz solunum normal olarak devam eder.

Oksijensiz solunum tıpkı oksijenli solunumda olduğu gibi glikoliz olayı ile başlar.

Piruvatların oluşumundan sonra gerçekleşen olaylara göre etil alkol fermantasyonu veya laktik asit fermantasyonu adını alır.

OKSİJENSİZ SOLUNUM 2 tip oksijensiz solunum vardır. 1) Laktik Asit Fermantasyonu 2) Etil Alkol Fermantasyonu

. Laktik Asit Fermantasyonu Glikozdan başlayarak laktik asit oluşumuna kadar geçen olaylar zinciridir. Laktik Asit ferman-tasyonunda tıpkı oksijenli solunumda olduğu gibi glikoliz görülür. Glikoliz sonunda oluşan Piruvatlar NADH2’lerin H2 lerini bağlayarak laktik asite dönüşürler. .

Laktik asit fermantasyonu sonucunda bir tane glikozdan 2 tane laktik asit ortaya çıkar ve 4ATP enerji elde edilir. Glikolizin başlangıcındaki 2ATP çıkarıldığı zaman net kazanç 2ATP olur. Omurgalıların çizgili kaslarında ve yoğurt bakterilerinde laktik asit fermantasyonu görülebilir. Az miktarda oluşan laktik asit kasların daha iyi çalışmasını sağladığı halde (sporcuların ısınma hareketleri) fazlası kana karışır ve yorgunluk hissi verir.

Proteinlerin yapıtaşı olan aminoasitlerin anaerobik bazı bakteriler tarafından fermente edilmesi sonucu kötü kokular açığa çıkar. Bu olaya kokuşma (putrifikasyon) adı verilir. Yemeklerin bozulmasıyla çeşitli kokuların oluşması, kokuşma olayının bir sonucudur.

. Etil Alkol Fermantasyonu Glikozdan başlayarak etil alkol oluşumu-na kadar geçen olaylar zinciridir. Etil alkol fermantasyonunda oksijenli solunumda olduğu gibi glikoliz görülür. Glikoliz sonunda oluşan piruvatlar önce bir tane CO2 vererek asit aldehit’e dönüşürler. Asit aldehit’ler NADH2’lerin H2’lerini bağlayarak etil alkol’e dönüşürler .

Etil Alkol Fermantasyonu Etil alkol fermantasyonu sonucunda bir tane glikozdan 2 tane etil alkol ortaya çıkar ve 4ATP enerji elde edilir. Glikolizin başlangıcındaki 2ATP çıkarıldığı zaman net kazanç 2ATP olur. Bira mayası başta olmak üzere maya mantarları ve şarap bakterilerinde görülür. Bu canlılarda fermantasyon ürünleri üremeyi durdurucu etki yapar. Örneğin bira mayasında alkol oranı %18’i geçerse üreme durur.