Hücresel Solunum

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. 2

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. 3

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. 4

Hücre Solunumuna Genel Bakış Ökaryotik hücrelerde glikoliz mitokondrinin dışında sitoplazmada gerçekleşir. Glikoliz sonucu oluşan Piruvat mitokondriye girerek krebs döngüsüne katılır. Bu döngü sırasında oluşan NADH ve FADH’lar ETS (elektron taşıma zinciri) ye aktarılırlar. Bu NADH ve FADH’ın taşıdığı elektronlar oksijene kademeli olarak aktarılır ve ATP sentezlenir. Ayrıca glikoliz ve krebs döngüsü sırasında sübstrat düzeyinde ATP sentezi de gerçekleşir. 5

Hücre Solunumuna Genel Bakış

Glikoliz Glikoliz hücre sitoplaz-masında gerçekleşir. Glikoz iki molekül Piruvata dönüşür. Glikoliz sonunda net olarak 2ATP ve 2 NADH oluşur. Oksijen kullanılmaz ve CO oluşmaz. Kimyasal enerji sağlar. 7

Oksijenli ve oksijensiz solunumda glikolize kadar gerçekleşen olaylar tüm canlılarda ortaktır. Glikoliz ve krebs döngüsündeki bazı basamaklar dehidrogenaz enzimlerinin substratlardan NAD’ye elektron aktarmasıyla NADH oluşturan redoks tepkimelerdir. 8

ATP sentezi için elektronları besinden oksijene aktaran redoks tepkimelerinden enerji sağlanmasına oksidatif fosforilasyon denir. ATP sentezi için bir fosfat grubunun enzimatik olarak bir substrat (glikoz yıkımı sırasında ortaya çıkan bir organik molekül) molekülünden ADP’ye aktarılmasıyla enerji sağlanmasına substrat düzeyinde fosforilasyon denir.

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 10

Krebs döngüsüne genel bakış Bu döngü piruvatı okside eden bir fırın gibi iş görür. İki karbonlu Asetil CoA dört karbonlu okzaloasetat ile birleşerek altı karbonlu sitratı oluşturur. Bu döngü üç molekül CO2 açığa çıkarır. Döngünün her turunda Sübstrat seviyesinde 1 ATP sentezi gerçekleşir. Ayrıca 3NADH ve 1FADH sentezi yapılır. Krebs döngüsü reaksiyonları mitokondri matriksinde oluşur. 11

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. 12

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. 13

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. 14

Sonuç olarak Hücre solunumu sırasında enerjinin büyük kısmı, Glikoz NADH elektron taşınım zinciri H+ gradienti ATP yönünde akar. Oksidatif fosforilasyon tarafından 34 ATP, substrat seviyesinde 4 ATP verimi vardır. Depolanmış enerjinin yaklaşık % 40 kullanılırken geri kalanı ısı olarak kaybedilir.

Glikozun oksijenli solunumla parçalanması en fazla net 38 ATP üretir. 16

Glikoliz ve Krebs döngüsü çok sayıda başka metabolik yol ile bağlantılıdır Çeşitli katabolitik yollar besinlerden gelen elektronları hücre solunumuna yönlendirmek üzere işbirliği yaparlar. Anabolizma için gereken karbon iskeletler ya sindirimden ya da glikoliz ve krebs döngüsü ara ürünlerinden sağlanır. 17

Oksijensiz solunum Birçok canlı oksijen yokluğunda sübstrat seviyesinde ATP üretmek için fermentasyon yapar. Sitoplazmada gerçekleşir. Glikolizin son ürünü olan piruvat NADH’ın NAD’ye oksidasyonu için, elektron alıcısı olarak iş görür. Substrat seviyesinde net olarak 2 ATP sağlanır. Fermantasyon sonucu yaygın olarak etanol ve laktat oluşmaktadır. 18

Piruvat NADH tarafından doğrudan doğruya redüklenir. Laktik asit fermantasyonunda co2 oluşmaz. Bazı fungus ve bakteriler tarafından gerçekleştirilir ve özellikle süt endüstrisinde kullanılır. Laktik asit fermentasyonu insanın kas hücrelerinde oksijen yokluğunda gerçekleşir. Biriken laktat yorgunluğa neden olur ve dinlenme sırasında karaciğer tarafından metabolize edilir. 19