CANLILAR VE ENERJİ

Anabolizma: Yapım Katabolizma: Yıkım özümleme yadımlama Metabolizma Anabolizma: Yapım Katabolizma: Yıkım özümleme yadımlama Bazal Metabolik hız nasıl ölçülür? Yemekten 12 saat sonra tam dinlenme anında vücudun sadece yaşamaya yetecek fonksiyonlarını sürdürecek kadar ihtiyacı olan enerji. Bazal Metabolizma Hızını, vücut yüzeyi, cinsiyet, yaş, gebelik, kas dokusu, büyüme, hormonlar.., uyku, ateş, çevre ısısı gibi etmenler etkilemektedir. Bazal metabolizma kullanılan oksijen miktarı belirlenerek ve oluşan kalori ölçülerek bulunabilir.

CO2+H2O  C6H12O6 +O2 C6H12O6 +O2  CO2 +H2O Anabolizma Katabolizma

Enerji Nedir? Neden Canlıların enerjiye ihtiyaçları vardır? Vücudunuzda enerji harcadığınız 3 önemli faaliyet nedir?

Hücrede Enerji gerektiren faaliyetler Hücrenin neden enerjiye ihtiyacı vardır? Hücrede Enerji gerektiren faaliyetler Nerede gerçekleşir? Niçin enerji gerekir?

Canlılar enerji ihtiyaçlarını nereden karşılarlar? Hücre enerji ihtiyacını nereden karşılar?

Aşağıda verilen molekülleri inceleyerek enerji miktarlarını azdan çoğa doğru sıralayınız.

KİMYASAL BAĞ ENERJİSİ : Atom veya moleküllerin birbirlerine bağlanarak oluşturdukları bağdaki enerjidir. Bu bağ oluşurken enerji gerekir. Yıkıldığında da enerji açığa çıkar.

I. Aminoasit+aminoasit →Dipeptid+ H20 II. CO2 +H2O → Glikoz+O2 III. Nişasta +(H2O)n-1 → (Glikoz)n IV. 3Yağ asidi + Gliserol → Yağ+3Su 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.II ve III C.I ve II D. I ve IV E. I, II,III,IV

Neden reaksiyona girmiyor? Glikoz

Enerji kaybolur mu? Tüm enerjiden yararlanılabilir mi?

Termodinamik kuralları: 1. Enerji kaybolmaz, farklı enerji şekillerine dönüşür. 2. Bu dönüşüm sırasında enerji kullanılamaz (ısı) şekline de dönüşebilir.

Biyolojik dünyada üç ana tip enerji dönüşümü vardır: 1. Güneşin ışık enerjisi fotosentez olayı ile organik besinlerin bağlarındaki kimyasal enerjiye dönüşür. 2.Organik besinlerin kimyasal bağ enerjisi hücresel solunum sırasında biyolojik olarak kullanışlı enerjiye ( ATP’nin fosfat bağları ) 3. Fosfat bağlarının kimyasal enerjisi kas kasılması , yeni moleküllerin sentezi gibi işlerde kullanılır.

ISI ENERJİSİ : Enerji bir şekilden diğerine çevrilirken bir kısmı ısı enerjisine dönüşür. Ve çevreye yayılır IŞIK ENERJİSİ : Akkor halindeki maddelerin çevrelerine yaydıkları enerjidir. Güneş en önemli ışık kaynağıdır ve tek yönlü bir akış gösterir. Işık enerjisi, çeşitli maddeler tarafından emilebilir, yansıtılabilir ve geçirilebilir. Bu üç olayın ikisi ya da üçü birlikte de olabilir. Hareket enerjisi: Kimyasal enerji:

HÜCRELERİN KULLANABİLECEĞİ ENERJİ ( ATP ) Görevi: Yapısı: Hücrelerde meydana gelen metabolizma olayları için gerekli enerji ATP den sağlanır. Bütün hücreler ihtiyaçları olan ATP yi kendileri üretirler! ATP nin yapısında ; 1. Adenin bazı 2. Riboz şekeri 3. Üç tane fosfat (P) bulunur

ATP Biyolojik sistemlerde görev yapan ve serbest enerjiyi kısa süreli depolayan acil enerji kaynağıdır.

Adenin ile Ribozun birleşmesinden nükleozit oluşur Adenin ile Ribozun birleşmesinden nükleozit oluşur.Buna Adenozin adı verilir. Fosfat gruplarının arasında yüksek enerjili fosfat bağları bulunur.( ~ ) Yapısal olarak RNAya benzer.

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

ATP hücrelerde depolanamaz. Canlılar ATP dışında başka bir molekülü enerji amacıyla doğrudan kullanamaz. ATP hücrelerde depolanamaz. ATP hücre zarından geçemez. Bu nedenle her hücrede sentezlenir. Yani her hücre aralıksız solunum yaparak kendi ATP’sini sentezlemek zorundadır. Sadece virüsler ATP sentezleyemez. ATP’nin sentezi, dehidrasyondur. Su açığa çıkar. Yıkımı, hidrolizdir. Su ile parçalanır. ATP,kimyasal reaksiyonların başlaması gerekli olan, aktivasyon enerjisini sağlar. ATP nin Önemi

A― P ~ P ~ P A― P ~ P + Pi + 7.3 kcal ATP + Su ADP + Pi + Enerji (7.3kcal) ADP ye bir fosfat bağlanarak ATP sentezlenmesine Fosforilasyon denir. ATP sentezi için enerji gereklidir. ADP+ Pi + Enerji ATP + Su

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.

Fotosentez (karanlık evre) FOSFORİLASYON DEFOSFORİLASYON * Aktivasyon Enerjisi * Aktif Taşıma * Biyosentez R. ( protein, yağ, karbonhidrat, DNA sentezi) *Kas kasılması * Sinirsel iletim Fotosentez (karanlık evre) Oksijenli Solunum ( 38ATP) Oksijensiz solunum (2ATP) Fotosentez AYDINLIK EVRE (fotofosforilasyon) Kemofosforilasyon EGZERGONİK reaksiyonlar enerji verir. ENDERGONİK reaksiyonlar enerji alır

Canlı sistemlerde enerjinin ATP nin yapısına aktarılması dört farklı yolla sağlanabilir: 1. Substrat Düzeyinde Fosforilasyon 2. Oksidatif Fosforilasyon 3. Fotofosforilasyon 4. Kemosentetik Fosforilasyon

Substrat Düzeyinde Fosforilasyon : Nasıl gerçekleşir? Nerede gerçekleşir?

Substrat Düzeyinde Fosforilasyon : Fosfat içeren bazı Organik bileşiklerin yapısındaki fosfatın enzimatik tepkimelerle ADP ye eklenerek ATP sentezlenmesidir. Bütün canlı hücrelerde gerçekleşir Glikolizevresi(sitoplazma) ve Krebs (mitokondri) evresinde görülür. Oksijen ve Elektron taşıma sistemi enzimleri(E.T.S.) kullanılmaz.

substrat düzeyinde fosforilasyon

2. Fotofosforilasyon : Nasıl gerçekleşir? Nerede gerçekleşir?

2. Fotofosforilasyon : Klorofil ve ETS ( Elektron Taşıma Sistemi) elemanları sayesinde ışık enerjisinden ATP sentezlenmesidir. Fotosentez yapabilen hücrelerde aydınlık evre reaksiyonlarında meydana gelir. Ökaryot hücrelerde kloroplastlarda , prokaryot hücrelerde klorofilli hücre zarı kıvrımlarında veya sitoplazmada meydana gelir.

3. Oksidatif Fosforilasyon: Nasıl gerçekleşir? Nerede gerçekleşir?

3. Oksidatif Fosforilasyon: Organik moleküllerin yıkımı sırasında serbest kalan elektronların ETS den geçerek oksijene aktarılması sırasında ATP üretilmesidir. Oksijenli solunum yapabilen hücrelerde ETS sırasında gerçekleşir Ökaryot hücrelerin mitokondrilerinde prokaryotların mezozomlarında gerçekleşir. Sonuçta H2O meydana gelir.

B- oksidadif fosforilasyon

4. Kemofosforilasyon : Nasıl gerçekleşir? Nerede gerçekleşir?

4. Kemofosforilasyon : İnorganik maddelerin oksidasyonu sonucu oluşan kimyasal enerjiden ATP elde edilmesidir. Sadece bakteride sitoplazmada görülür. 2NH3 + 3O2 2HNO2+ 2H2O+Enerji ATP

HÜCRE SOLUNUMU Hücrenin enerji elde ettiği metabolik reaksiyonlardır. Oksijenli(aerobik) ve oksijensiz (anaerobik) olmak üzere iki şekilde gerçekleşir.

OKSİJENLİ SOLUNUM Glikozun içindeki C-H bağlar kontrollü olarak yıkılırken elektronlar bir dizi enzimatik reaksiyonla oksijene aktarılır. Bu sırada açığa çıkan enerji ATP üretilmesi için kullanılır. Bu olaya Oksijenli solunum denir. Student Misconceptions and Concerns 1. Students should be cautioned against the assumption that energy is created when it is converted from one form to another. This might be a good time to review the principle of conservation of energy (the first law of thermodynamics addressed in Module 5.10). 2. The advantage of the gradual degradation of glucose may not be obvious to some students. Many analogies exist that reveal the advantages of short and steady steps. Fuel in an automobile is burned slowly to best utilize the energy released from the fuel. A few fireplace logs release gradual heat to keep a room temperature steady. In both situations, excessive use of fuel becomes wasteful, reducing the efficiencies of the systems. Teaching Tips The use of the word falling when discussing the movement of electrons in a redox reaction can be confusing. Consider explaining the use of the term falling, in reference to the potential energy of a falling object. © 2012 Pearson Education, Inc. 40

Oksijenli solunum bir redox işlemidir. fl10b H kaybı (yükseltgenme) Glikoz (ATP) H alımı (indirgenme) Figure 6.5A Rearrangement of hydrogen atoms (with their electrons) in the redox reactions of cellular respiration. Glikozun yapısındaki atomlar işaretlenmiş olarak aşağıda gösterilmiştir. C* Radyoaktif karbon atomu H* Radyoaktif hidrojen atomu O* Radyoaktif oksijen atomu

Hücre solunumu denklemi H iyon dağılımındaki değişikliği gösterir. Glikoz H iyonlarını kaybeder ve CO2 ye dönüşür. Aynı anda, O2 H atomlarını alır ve H2O ya dönüşür. Elektronların kaybına yükseltgenme- oksidasyon Elektron alımına indirgenme- redüksiyon denir. The movement of electrons is called an oxidation-reduction or redox reaction. The combustion of gasoline in an automobile engine is also a redox reaction: the energy released pushes the pistons. Our main energy foods are carbohydrates and fats because they are reservoirs of large numbers of electrons associated with hydrogen. You may want to tell your students that a hydrogen atom consists of an electron and a proton, and although we have only considered the electron up to now, the proton becomes important later in the synthesis of ATP. Student Misconceptions and Concerns 1. Students should be cautioned against the assumption that energy is created when it is converted from one form to another. This might be a good time to review the principle of conservation of energy (the first law of thermodynamics addressed in Module 5.11). 2. The advantage of the gradual degradation of glucose may not be obvious to some students. Many analogies exist that reveal the advantages of short and steady steps. Fuel in an automobile is burned slowly to best utilize the energy released from the fuel. A few fireplace logs release gradual heat to keep a room temperature steady. In both situations, excessive use of fuel becomes wasteful, reducing the efficiencies of the systems. Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.

Suyun Oksijeninin kaynağı:.................... Havadaki C nun kaynağı:..................... Suyun Hidrojeninin kaynağı:.................. Havadaki oksijenin kaynağı:..................

Glikoz ve diğer besinlerin yükseltgenmeleri için Enzimler gereklidir. NAD+ (Nicotinamide Adenine Dinucleotide) Glikozu yükseltgeyen önemli bir koenzimdir, Elektronları alır ve NADH ye indirgenir. Student Misconceptions and Concerns 1. Students should be cautioned against the assumption that energy is created when it is converted from one form to another. This might be a good time to review the principle of conservation of energy (the first law of thermodynamics addressed in Module 5.10). 2. The advantage of the gradual degradation of glucose may not be obvious to some students. Many analogies exist that reveal the advantages of short and steady steps. Fuel in an automobile is burned slowly to best utilize the energy released from the fuel. A few fireplace logs release gradual heat to keep a room temperature steady. In both situations, excessive use of fuel becomes wasteful, reducing the efficiencies of the systems. Teaching Tips The use of the word falling when discussing the movement of electrons in a redox reaction can be confusing. Consider explaining the use of the term falling, in reference to the potential energy of a falling object. NAD+ + 2 H→NADH + H+ indirgenme NADH + H++ 1⁄2 O2 → NAD++ H2O yükseltegnme © 2012 Pearson Education, Inc. 44

(Nicotinamide Adenine Dinucleotide) Koenzim NAD (Nicotinamide Adenine Dinucleotide)

NAD kimyasal olarak yükseltgenmiş (NAD+) ve indirgenmiş şekilde (NADH + H+) yer alır. NAD++ 2 H+ → NADH + H+ İndirgenme NADH + H+ + 1⁄2 O2 → NAD+ + H2O Yükseltgenme

(Flavin Adenine Dinucleotide) Koenzim FAD (Flavin Adenine Dinucleotide)

FAD (Flavin Adenine Dinucleotide), da glikoz metabolizmasında(ETS) elektron aktarımında görev yapar ( sadece oksidatif fosforilasyonda ) FAD + 2H → FADH2 Eğer NADH2 ve FADH indirgenmiş olarak kalırsa (elektronla dolu olarak) , daha fazla elektron veya H alamazlar ve o seviyedeki reaksiyonlar durur. Bu nedenle kısa süreli indirgenmeli sonra tekrar Yükseltgenmelidir.fl10b

Oksijenli solunum Hücre solunumunda 3 önemli adım bulunur: Glikoliz 2. Krebs (Sitrik asit döngüsü) 3. Elektron taşıma sistemi(ETS) Eğer yeterli oksijen varsa glikoliz ürünleri Krebs döngüsüne girer Eğer yeterli oksijen yoksa Fermentasyon ( oksijensiz solunum) başlar)

Oksijenli Hücre solunumu Mitokondri CO2 NADH ATP Elektron taşıyan NADH 2C Krebs döngüsü GLİKOLİZ 2 tane Piruvat 3C Glikoz 6C ve FADH2 Substrat seviyesinde fosforilasyon Oksidatif fosforilasyon (Elektron taşıma Ve Kemiozmoz) Oksidatif Sitoplazma iç zarı O2 Piruvat yükseltgenmesi H2O

1. GLİKOLİZ Kim ? Tüm canlı hücrelerde görülür (ortak enzim ve ortak ata) Nerede ? Sitoplazmada Ne ? Glikozu (6C) piruvata (3C) yıkar ve bu yıkım sırasında glikoz kısmen yıkıldığı için az miktarda ATP üretilir. ( 2 net) Nasıl ? Enzimler aracılığı ile gerçekleşir. SDF ile ATP üretilir.

2 molekül piruvat Net 2 ATP Glikoz NAD+ + 2 2 ADP NADH P ATP H+ 2 Piruvat 2 molekül piruvat Net 2 ATP (2 ATP glikozun aktifleştirilmesi için kullanılır ve 4 ATP substrat seviyesinde üretilir) 2 mol piruvat (3C) 2 NADH2 elde edilir CH3COCOOH

Glikoz ATP ADP Glikoz monofosfat Fruktoz monofosfat ATP ADP Fruktoz difosfat PGAL fosfogliser aldehit NAD NAD NADH NADH DPGA Difosfogliserik asit ATP ATP PGA Fosfogliserik asit ATP ATP Piruvat

Figure 6.7C Details of glycolysis. ENERGY INVESTMENT PHASE Glucose ATP Steps – A fuel molecule is energized, using ATP. 1 3 Step 1 ADP P Glucose-6-phosphate 2 P Fructose-6-phosphate ATP 3 ADP P P Step A six-carbon intermediate splits Into two three-carbon intermediates. Fructose-1,6-bisphosphate 4 4 P P Glyceraldehyde-3-phosphate (G3P) Step A redox reaction generates NADH. 5 NAD+ 5 NAD+ 5 ENERGY PAYOFF PHASE NADH P NADH P + H+ + H+ P P P P 1,3-Bisphosphoglycerate ADP ADP 6 6 ATP ATP Figure 6.7C Details of glycolysis. P P 3-Phosphoglycerate 7 7 Steps – ATP and pyruvate are produced. 6 9 P P 2-Phosphoglycerate 8 8 H2O H2O P P Phosphoenolpyruvate (PEP) ADP ADP 9 9 ATP ATP Pyruvate

Glikoliz Basamakları 6 C lu şeker 2 ATP ile fosfatlanarak kararsız hale getirilir. Glikoz Glikoz monofosfat  fruktoz difosfat Böylece daha kolay yıkılır ve 2 tane 3C lu bileşik oluşur (PGAL -fosfogliseraldehit). Bu 3C lu bileşiğinden ayrılan elektron ve H+ protonlar NADa aktarılır. Bu sırada 3C lu bileşikta H ayrıldığı yere inorganik fosfat (H3PO4) tan P bağlanır.(DPGA-Difosfogliserik asit) DPGA daki fosfatlar 4 ATP sentezi için kullanılır(SDF). Ve 3 C lu pirüvik asit(piruvat) oluşur.

Glikoz 2 Piruvat 2 ATP 2 NADH+H+ Memelilerdeki alyuvar hücresi gibi bazı doku ve hücreler, oksijensiz solunum yapan bakteriler veya mantarlar için tek metabolik enerji kaynağı glikoliz tepkimeleridir . Patatesin yumrularında nişastadepolanması, su teresi gibi su kenarında yaşayan bitkilerin yaşamsal faaliyetlerinin sürdürülmesi gibi pek çok olayda kullanılan enerjinin büyük kısmı glikolizden sağlanır. Fl10 a Glikoz 2 Piruvat 2 ATP 2 NADH+H+ C6H12O6 CH3COCOOH

1 molekül fruktoz monofosfat glikolizi sonucunda; a. Kaç molekül pirüvik asit oluşur? b. Kaç molekül NADH+H+ oluşur. c. Toplam ATP üretimi nedir? d. Net ATP kazancı nedir?

Aşağıdaki şekil hangi çeşit fosforilasyondur?

Glikoliz sonrası gerçekleşen olaylar

MİTOKONDRİ YAPISI

Krebs Döngüsü Tepkimeleri Krebs döngüsü tepkimeleri, bilim insanı Hans Krebs (Hans Krebs, 1937) tarafından aydınlatılmıştır. Ortamda oksijen bulunduğunda pirüvat parçalanmak üzere mitokondriye girerken glikolizde oluşan 2 NADH+H+ molekülü de mitokondriye alınır. Oksijenli ortamda pirüvat mitokondride asetil koenzim A'ya yükseltgenir. Asetil koenzim A (asetil Co A) ise Krebs döngüsüne girer.

Piruvatın yükseltgenmesi 1 molekül glikoz için (2 Piruvat ) : 2 Asetil CoA 2 CO2 2 NADH+ H+ üretilir Piruvat Koenzim A Asetil koenzim A NAD NADH H CoA CO2 3 2 1

Piruvatın yükseltgenmesi Piruvatın Asetata ve ardından da Asetil-CoA ya dönüştürülmesi, glikoliz ve oksijenli solunumu birbirine bağlayan reaksiyonlardır. Piruvat mitokondrinin içine girer. 1. Burada 2C lu asetil grubuna 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) Ürün: 1 glikoz (2 piruvat) için: 2 Tane Asetil coA 2 tane NADH2

Asetil coA nın KREBS DÖNGÜSÜne girişi (Sitrik asit döngüsü) Oksijen varlığında Pirüvik asit, krebs döngüsünü başlatacak temel madde olan Asetil-CoA ya mitokondri matriksinde dönüşür. Krebs tepkimeleri sonucunda asetil co A enzimlerle parçalanır.

Asetil coA Asetil grubu Okzaloasetat 1 Sitrat 5 2 Sitrik asit döngüsü NADH H NAD 5 NAD NADH H 2 Sitrik asit döngüsü Krebs döngüsü Malat CO2 Figure 6.9B_s3 A closer look at the citric acid cycle (step 3) FADH2 ATP Alpha-ketoglutarate 4 P 3 ADP FAD CO2 NAD Suksinat NADH H 67

Bu evredeki 8 basamak sonunda 2C lu asetil grubu 2 tane CO2 ye tamamen yükseltgenir. Bu sırada açığa çıkan enerji ADP ,ve elektron yakalayan koenzimler 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). Krebs döngüsünün çıktıları: Karbon dioksit, (Her asetil grubu için-2C karbondioksit olarak çıkar) indirgenmiş elektron taşıyıcıları (NADH+H+ ve FADH2), (4 çift H atomu elektron taşıyıcılarını indirger) az miktarda ATP (SDF)dir.

1. Asetil CoA dan Co-A ayrılır 1. Asetil CoA dan 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 4Clu bileşik oluşur. NAD indirgenir 4. FAD indirgenir. bu sırada substrat seviyesinde ATP sentezlenir 5. NAD indirgenir ve tekrar 4C lu okzaloasetik asit oluşur

Piruvatın yükseltgenmesi sırasında: 1 piruvattan 2 piruvattan 1 CO2 2 CO2 1 NADH + H+ 2 NADH+ H+ 1 asetil coA 2 asetil coA oluşur. Krebs döngüsünde 2 molekül Asetil-CoA dan: 4 CO2 2 ATP (Substrat düzeyinde fosf) 6 NADH + H+ 2 FADH2

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

ELEKTRON TAŞIMA SİSTEMİ Glikoliz, piruvat oksidasyonu ve sitrik asit döngüsü aşamalarında net 4 ATP üretilmiştir ancak enerjinin büyük bir kısmı elektron taşıyıcıları olan NADH+H+ ve FADH2 te saklı kalmıştır. ETS işte bu enerinin açığa çıkarıldığı yani en fazla enerjinin üretildiği (ATP) ve suyun oluşturulduğu aşamadır. NADH2 ve FADH2 yi yükseltgemek!!

Bu olay (iç zar) ökaryotlarda krista’daki, prokaryotlarda ise mezozomdaki enzimler ile gerçekleşir. 1948 yılında Eugene Kennedy (Öjin Kenedi) ve Albert Lehninger (Albırt Lehninger) tarafından ökaryotlarda oksidatif fosforilasyonun yerinin mitokondri olduğu keşfedildi

Kemiozmotik hipotez adı verilen teoriye göre matriks ile zarlararası boşluk arasında, proton (H+) derişimi farkına dayanarak ATP sentezlenir.

Figure 7.9 The Electron Transport Chain (ETC) The movement of electrons through the ETC powers the process that provides the bulk of the ATP yield in respiration. The electrons carried by NADH and are released into the ETC and transported along its chain of molecules. The movement of electrons along the chain releases enough energy to power the pumping of hydrogen ions across the membrane into the outer compartment of the mitochondrion. It is the subsequent energetic "fall" of the ions back into the inner compartment that drives the synthesis of ATP molecules by the enzyme ATP synthase.

ETS Basamakları Elektronlar( NADH+H+ ve FADH2 dan) zarda bulunan bir dizi elektron taşıyıcı enzim sisteminden geçerler.(solunum enzimleri en yüksek enerjiden en düşüğe doğru sıralanmıştır) NADH-Q redüktaz ubikinonsit. redüktazsitokrom c sit.oksidazoksijen

sitokrom redüktaz Zarlararası boşluk NADH-Q redüktaz sitokrom oksidaz ATP sentaz Ubikinon sitokrom c III IV I İç zar-Krista II Elektron FADH2 FAD 1 2 2 H NADH NAD O2 H2O Matriks H Figure 6.10 Oxidative phosphorylation: electron transport and chemiosmosis in a mitochondrion ADP P ATP H Elektron taşıma sistemi Kemiozmoz Oksidatif fosforilasyon 82

2. Elektronların ETS boyunca taşınması sırasında açığa çıkan enerji,NADH ve FADH ten ayrılan protonların matriks dışına atılmasına sebep olur böylece matriks ve dışı arasında bir proton farkı oluşur. 3. Protonlar tekrar matrikse gelirken ATP sentaz enzimi aracılığı ile ATP sentezlenir. En son elektron alıcısı OKSİJEN dir ve protonlarla da birleşerek su oluşturulur.

Figure 7.3 The Electron Carrier In its unloaded form (NAD+) and its loaded form (NADH), this molecule is a critical player in energy transfer, picking up energetic electrons from food and transferring them to later stages of respiration.

Oksijenli solunumda ETS aracılığıyla ATP sentezlenmesine “Oksidatif Fosforilasyon” denir. Bir çift Hidrojen atomu ETS ye NAD aracılığıyla girerse 3 ATP , FAD aracılığıyla girerse 2 ATP sentezlenir. ETS NADH ve FADH2 yi yükseltger.

ATP ÜRETİMİ Oksijenli solunumda hem substrat düzeyinde hem de oksidatif fosforilasyonla ATP üretilir. Sustrat düzeyinde fosforilasyonla : Glikoz safhasında 4 ATP sentezlenir.2 ATP aktivasyon enerjisinde harcandığından net kazanç 2 ATP dir. Krebs çemberinde 2 ATP sentezlenir.

Oksidatif Fosforilasyonla ATP üretimi : Glikoliz safhasında 2 NADH+2H+ oluşur. 2H atomu NAD tarafından ETS ye girdiğinde 3 ATP sentezlendiğine göre, 2NADH+2H+ daki 4H atomu 2x3=6 ATP sağlar Pirüvik asidin Asetil-CoA ya dönüşmesi sırasında oluşan 2NADH+2H+ daki 4H ile ETS de 6 ATP sentezlenir. Krebs döngüsünde 6NADH+6H+ daki 12H atomu 18 ATP , 2FADH2 deki 4H atomu ise 2x2 = 4 ATP sağlar.

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

Suyun Oluşumu Oksijenli solunumda ETS ye aktarılan bir çift H atomunun oksijen ile birleşmesi sonucu 1 molekül su oluşur. NAD ve FAD’ın tuttuğu hidrojen atomu sayısı 24 tür. Bu 24 Hidrojen atomunun oksijen ile birleşmesi sonucu 12 molekül H2O meydana gelir. 6 molekül H2O krebs döngüsünde kullanılır. Geri kalan 6 molekül H2O ortama verilir.

CO2 oluşumu ( Tamamı mitokondride ) Piruvat yükseltgenmesi sırasında bir molekül glikozdan 2 CO2 açığa çıkar. Her bir Krebs döngüsünde ise 6C lu sitrik asitten 5C lu bileşiğin oluşumunda ve 5C lu bileşikten 4C lu bileşiğin oluşumunda birer molekül CO2 oluşur. Buna göre 1 molekül glikozdan 6CO2 çıkışı olur.

Oksijenli solunumda bir organik molekülün yıkımıyla toplam 32 NAD ve 8 FAD molekülü görev yapmıştır. Buna göre oksidatif fosforilasyonla kaç ATP üretilmiştir ?

6 DPGA nın oksijenli solunumla yıkılması sonucu kaç mol ATP oluşur?

Organik Besinlerin Oksijenli Solunumda İzlediği Yol Krebs döngüsü besinlerin ortak yıkım yoludur. Yağlar öne hidrolize uğrayarak gliserol ve yağ asidine dönüşür. Daha sonra gliserol PGAL’e dönüştürülerek glikolize sokulur. PGAL den pirüvik asit oluşur. Yağ asitleri ise Asetil-CoA ya dönüştürülerek solunum tepkimelerine katılır.

Yağlar Yağ asidi Gliserol PGAL Pirüvik asit Asetil-CoA Krebs Döngüsü

Proteinlerin parçalanması sonucu oluşan aminoasitler bir dizi yolla parçalanırlar. Yıkım sırasında önce amino grubu amonyak halinde ayrılır. Oluşan amonyaktan karaciğerde üre sentezlenir. Amino gubunu kaybeden amino asitler karbon sayılarına göre pirüvik aside,Asetil-CoA ya veya krebs döngüsü bileşiklerine dönüştürülür.

Proteinler Aminoasitler Pirüvik asit Amonyak Asetil-CoA Karaciğer Deaminasyon Pirüvik asit Amonyak Asetil-CoA Karaciğer (Üre Sentezi) Krebs Döngüsü

Oksijenli solunum sırasında 5 molekül fruktoz-6-fosfat kullanan bir hücrenin net ATP kazancını hesaplayınız

Oksijenli solunumda 12 çift H atomu NAD+ ile, 4 çift H atomu ise FAD ile ETS ye iletilirse toplam kaç ATP sentezlenir ?

Hidrolizi için 179 molekül su kullanılan bir polisakkarit molekülünün tamamı oksijenli solunumda yıkılırsa oksdiatif fosforilasyonla kaç ATP sentezlenir ?

Oksijenli solunum tepkimelerinde substrat düzeyinde fosforilasyonla toplam 42 ATP üretilmiştir. Buna göre yıkılan glikoz ve oluşan pirüvik asit sayısı kaçtır ?

FERMENTASYON (OKSİJENSİZ SOLUNUM) Organik maddelerin oksijensiz ortamda parçalanarak enerji elde edilmesi olayına fermentasyon denir. Oksijen yokluğunda ya da yetersizliğinde oksidatif fosforilasyon gerçekleşemez. Bu koşullardaki hücrede sadece glikoliz evresinde substrat düzeyinde fosforilasyonla ATP sentezlenir. Çünkü glikoliz evresindeki reaksiyonlar oksijen gerektirmez

Eğer ETS nin son basamağında elektronları alacak oksijen bulunmuyorsa NADH2 ve FADH2 elektronlarının elektron taşıyıcılara aktaramaz ve ve indirgenmiş olarak kalırlar. Dolayısıyla yeni elektronlar yakalanamaz ve reaksiyonlar durur bu yüzden de enerji üretimi aksar ve hücre ölür. NADH2 FADH2 O2 yoksa Yükseltgenemez

Hücreyi bu zor durumdan kurtarmak için Oksijensiz durumlarda çoğu hücre (sinir hücresi hariç - alyuvar hücresi daima, kas az da olsa ) ATP sentezleyebilmek için fermentasyon yaparlar. Bu sayede NADH2 tekrar yükseltgenir ve yeni elektronları yakalayabilecek hale gelir.

FERMENTASYON (OKSİJENSİZ SOLUNUM) Fermentasyonun ana amacı NADH2 yi yükseltgemektir. Bu reaksiyonlar sitoplazmada olur. ANCAK fermentasyon tepkimelerinde asla ATP üretilmez sadece NADH2 yükseltgenir. Oksijen olmadığı için NADH2 den son elektron alıcı ya asetaldehit yada piruvattır.

Oksijenli solunumda glikoz başına net 38 ATP elde edilmesine karşılık fermentasyonda 2 ATP elde edilir. Bu da glikolizde oluşandır.

Fermentasyonun canlı hücrelere özgü bir olay değildir. Maya hücrelerinin parçalanması sonucu elde edilen özsu da fermentasyon yaparlar.

Glikoliz evresinde oluşan pirüvik asit ortamda oksijen olmadığında Asetil-CoA ya dönüşemediğinden; etil alkol, laktik asit, bütanol,aseton, bütirik asit gibi ürünlere dönüşebilir. Son ürün farklılığı enzim farklılığına dayanır.

Fermentasyon sonucu oluşan ara ürünler tam olarak parçalanamadığı için hala daha kimyasal enerji içerirler. Bu yüzden üretilen ATP miktarı oksijenli solunuma göre daha azdır.

Etil Alkol Fermentasyonu Başta bira mayası olmak üzere birçok maya mantarı ve bazı bakteriler oksijensiz koşullarda etil alkol fermentasyonu yapar. Bira ve şarap da bu şekilde oluşur.

Figure 6.13B Glucose 2 ADP 2 NAD Glycolysis 2 P 2 ATP 2 NADH 2 Pyruvate Figure 6.13B Alchohol fermentation: NAD is regenerated as pyruvate is broken down to CO2 and ethanol. 2 NADH 2 CO2 2 NAD 2 Ethanol 114

Önce Piruvattan(3C), CO2 ayrılır ve asetaldehit (2C) oluşturulur Daha sonra , asetaldehitlere glikoliz evresinde oluşan NADH+H+ lardaki Hidrojenlerin katılmasıyla NAD+ ve etil alkol (2C) ( C2H5OH ) oluşur. Böylece NAD+ tekrar kullanılmak üzere serbest kalır.

Pirüvat (3C) CO2 Asetaldehit (2C) Etil Alkol (2C) NADH2 NAD+ Etil Alkol (2C) C6H1206 +2ATP 2C2H5OH +2CO2 + 4ATP

Bir bira mayası hücresinde etil alkol fermentasyonu sonucu 10 molekül CO2 oluşuyor.Bu maya hücresinin kullandığı glikozlarıon aktive edilmesi için harcaması gereken ATP sayısı kaçtır ? C6H1206 +2ATP 2C2H5OH +2CO2 + 4ATP

Laktik Asit Fermentasyonu Glikoliz sonucu oluşan pirüvik asitlerin herbirine NADH+H+ lardaki hidrojenler katılır. Böylece 2 mol laktik asit (C3H6O3) oluşur.

Figure 6.13A Glucose 2 ADP 2 NAD 2 P Glycolysis 2 ATP 2 NADH 2 Pyruvate 2 NADH Figure 6.13A Lactic acid fermentation: NAD+ is regenerated as pyruvate is reduced to lactate. 2 NAD 2 Lactate 119

Pirüvik asit + NADH Þ NAD+ + Laktik Asit Etil alkol fermentasyonundan farklı olarak CO2 açığa çıkmaz Laktik asit glikoliz son ürünlerinin oluşumunu önler. ( pirüvik asit ve NADH+H+ lardaki hidrojenlerin ortamdan uzaklaştırılmasını sağlar.) Pirüvik asit + NADH Þ NAD+ + Laktik Asit                                                                                                                                                                                        

Beyin Karaciğer Laktik asit Piruvat Oksijenli solunum Glikoz Glikojen Oksijen miktarı arttığında Laktik asit kaslardan kanla karaciğere gelir. Burada tekrar piruvata çevrilir. Beyin Karaciğer Laktik asit Oksijen Piruvat Oksijenli solunum Glikoz Glikojen

Pirüvik asidin Laktik asit veya Etil alkole dönüşmesi ATP üretilmesine yol açmaz!!!. Fermantasyon NAD’ın tekrar yükseltgenmesini ve böylece glikolizin devam etmesini sağlar. Oksijenli solunumda NAD+ ve FAD’a aktarılan H ler ETS de Oksijene kadar taşınır ve su oluşur. Ancak oksijensiz solunumda H’ler fermentasyon ürünlerinin oluşumunu sağladığı için su meydana gelmez.

OKSİJENSİZ OKSİJENLİ Sitoplazma Sitoplazma ve Mitokondri Glikoz tam parçalanmaz (Son ürün organik) Glikoz CO2 ve suya parçalanır (Son ürün inorganik) ETS yok ETS kullanılır ( Asıl ATP üretimi oksidatif f. İle) Net 2 ATP Net 38 ATP NAD kullanılır NAD ve FAD kullanılır Son e alıcısı pirüvat ya da asetaldehittir Son e alıcısı oksijendir, Etil alkol fermentasyonunda CO2 oluşur su oluşmaz Su oluşur Substrat düzeyinde f. Oksidatif f.

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

I. NADH2 hidrojen vererek yükseltgenir. 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

Laktik asit fermentasyonu bakteri ve omurgalıların çizgili kas hücrelerinde oksijen yetersizliğinde görülür. Hücrelerde biriken laktik asit kan dolaşımı yolu ile beyne gider uyku merkezini etkiler ve yorgunluğa neden olur.

Kasta oluşan laktik asidin bir kısmı burda kalırken çoğu kan yoluyla karaciğere taşınır.Aşırı aktivite sona erdikten sonra hızlı soluk alıp vermelerle karaciğer ve kas hücrelerine yeterli O2 ulaşır. Bunun sonucunda tepkimeler tersine döner ve laktik asit pirüvata dönüşür. Pirüvik asit oksijenli solunuma katılır. Karaciğer hücreleri laktik asidin bir kısmını pirüvik aside dönüştürürken geri kalanını glikoza çevirir ve bundan da glikojen sentezlenir.

Kaslarda görev yapan bir diğer enerji molekülü de kreatin fosfattır Kaslarda görev yapan bir diğer enerji molekülü de kreatin fosfattır. Kasların yoğun çalıştığı durumda kaslarda ATP den 20 kat daha fazla bulunan kreatin fosfata başvurulur. Dinlenme sırasında kreatin ATP den bir fosfat alarak kreatin fosfatı oluşturur. Kreatin + ATP Kreatin fosfat+ ADP

Kreatin fosfat doğrudan kullanılamaz Kreatin fosfat doğrudan kullanılamaz. Kasılma sırasında ATP enerjisi kullanılıp bitince, kreatin fosfat hidroliz olarak fosfatını ADP ye aktarır. Çizgili kas hücrelerinde harcanan ATP lerin yeniden üretilebilmesi için kullanılan moleküller sırasıyla; Kreatin fosfat Glikoz Glikojendir

Kas kasılması sırasında miktarı azalanlar: Glikojen Glikoz Oksijen ATP Kreatin fosfat Kas kasılması sırasında miktarı artanlar: CO2 - Fosfat Kreatin - Laktik asit ADP - Isı

Oksijensiz solunum sırasında 10 molekül Fruktoz-1,6-difosfat kullanan bir hücrenin net ATP kazancı ne olur ?