BİYOLOJİ CANLILARDA ENERJİ OLUŞUMU

Canlılarda enerji paketçiklerine ATP adı verilir.

ATP : Adenozin trifosfat

ADP : Adenozin di fosfat

AMP : Adenozin monofosfat

Adenozin trifosfat: Adenin+Riboz+P+P+P

ATPšADP+P+Enerji

ADP+Pš(enerji, enzim)šATP

- Küçük moleküllerden büyük moleküller sentezleme işine özümleme (anabolizma, biyosentez, asimilasyon) denir. Örneğin fotosentez, besinlerden alınan aminoasitlerin canlıya özgü protein haline dönüştürülmesi gibi...

- Yadımlama (katabolizma) ise, büyük moleküllerin çeşitli amaçlarla küçük moleküllere ayrılmasıdır. Disimilasyon, katabolizma ya da yıkım da denir. Örneğin, sindirim, oksijenli ve oksijensiz solunum,...

- Bir canlıda özümleme, yadımlamadan büyük ise canlı büyümekte olan genç bir organizmadır. Özümleme yadımlamaya eşit ise gelişmesi tamamlanmış erişkin ve dengeli bir organizmadır. Özümleme yadımlamadan küçük ise küçülmekte ve yaşlanmakta olan bir organizmadır.

- Metabolizma: Organizmada geçen bütün yapım ve yıkım reaksiyonlarına metabolizma denir.

ATP'nin üretildiği hayatsal olaylar şunlardır:

1) Fotosentez,

2) Kemosentez,

3) Oksijensiz (Ana aerobik) solunum (Fermantasyon),

4) Oksijenli (Aerobik) solunum.

Oksijensiz Solunum (Ana aerobik solunum, Fermantasyon): Organik besin maddelerinin oksijen kullanılmadan yine organik olan moleküllere ayrıştırılmasıyla enerji elde edilmesine denir. Fermantasyon, hücrenin sitoplazmasında meydana gelir. Çünkü bu olay için gerekli enzimler sitoplazmada yer almaktadır. Oksijensiz solunum genellikle enerji ihtiyacı fazla olmayan bakterilerde, maya mantarlarında gözlenir. Ayrıca oksijen yetersizliği durumunda omurgalıların çizgili kas hücrelerinde ve bazı tohumlarda gerçekleşir. Oksijensiz solunum glikoliz ve son ürün oluşumu basamaklarında gerçekleşir:

1) Glikoliz: Hem oksijenli, hem de oksijensiz solunum başlangıcında yer alan ve sitoplazmada enzimler tarafından gerçekleştirilen bir olaydır. Virüsler hariç bütün canlılar glikolizi gerçekleştirirler. Temel olarak glikozun pirüvik asite (pirüvat) kadar parçalanmasıdır. Pasif haldeki glikozun aktifleşerek reaksiyona girmesi için canlıların vücut ısısı yetersizdir. Bunun için glikozun aktifleşmesinde iki ATP molekülü harcanır. Aktifleşen glikoz, enzimlerle çeşitli reaksiyonlara girmesi sonucunda pirüvata kadar parçalanır. Bu reaksiyonların sonucunda 4 ATP ve 2 NADH₂ sentezlenir. Bu olaydaki net kazanılan ATP, iki tanedir. Sonuç: NAD'ler, diPGAL'in iki hidrojenini alır. İki ATP de diPGA'nın iki fosfatını alarak ATP'ye dönüşür.

2) Son Ürün Oluşumu: Glikoliz sonucu oluşan pirüvat canlı türüne uygun olarak artık maddeye dönüştürülerek dışarı atılır. Son ürün oluşumunu sağlayan enzimler sitoplazmada bulunur, fakat glikolizde kullanılan enzimlerden farklıdır. Glikolizde sentezlenen NADH₂ bu aşamada harcanır. Son ürün oluşumu ATP harcatan ya da ATP kazandıran bir faaliyet değildir. Buradaki amaç pirüvata göre daha kolay difüzyona uğrayabilecek son ürünü sentezlemektir. Fermantasyon çeşitleri son ürünün ismine göre adlandırılır.

a) Etil Alkol Fermantasyonu: Bira mayası, bazı maya mantarları ve şarap bakterilerinde gerçekleşir. Pirüvat ortama bir molekül CO₂ verir ve aset aldehite dönüşür. Aset aldehit NADH₂'nin H₂'lerini tutup etil alkole dönüştürür. Serbest kalan NAD ise glikolizde tekrar kullanılabilir.

2C₃H₄O₃š(œ2CO₂)š2C₂H₄O^-š(2NADH₂š2NAD)š2C₂H₅OH etil alkol

Glikoliz (Fermantasyon)

(6C)

(C₆H₁₂O₆)

œ

(ATPšADP)

œ

(6C) - P früktoz fosfat

œ

(ATPšADP)

œ

P - (6C) - P

(früktoz di fosfat-aktif)

œ

(3C) - P P - (3C)

(ikiye ayrılır: fosfogliseraldehit (PGAL))

œ

(inorganik fosfat)

œ

P š (3C) - P P - (3C) ™ P

œ

P - (3C) - P P - (3C) - P

(difosfogliseraldehit (diPGAL))

œ

(2NADš2NADH₂)

œ

P - (3C) - P P - (3C) - P

(difosfogliserik asit (diPGA))

œ

(2ADPš2ATP + 2ADPš2ATP)

œ

(3C) (3C)

C₃H₄O₃ (Pirüvik Asit (Pirüvat))

b) Laktik Asit Fermantasyonu: Omurgalıların çizgili kaslarında oksijen yetersizliği sırasında başvurulan bir fermantasyon şeklidir. Ayrıca yoğurt bakterilerinde de gerçekleşir. Pirüvat, CO₂ çıkışı olmadan sadece NADH₂'nin H₂'lerini alarak laktik asite dönüşür. Çizgili kaslarda O yetersizliği halinde oluşan laktik asidin az miktarı kasın daha iyi çalışmasını sağlar, fakat fazla laktik asit kası sertleştirir ve çalışmasını engeller. Kasta oluşan laktik asit kana geçerek beyne ve akciğerlere taşınır. Beyinde yorgunluk hissini laktik asit oluşturur. Karaciğere gelen laktik asit ise yeterli O₂ bulduğunda tersinir bir reaksiyonla pirüvata dönüşerek O₂li solunum zincirine katılmak karbondioksit ve suya parçalanır. Bir kısmından ise glikoz sentezlenir.

2C₃H₄O₃š(2NADH₂š2NAD)š2C₃H₄O₃ laktik asit

C₆H₁₂O₆+2 ATPš2C₃H₄O₃+4 ATP+ısı

Bazı bakteri türlerinde ise son ürün oluşumunda sitrik asit, asetik asit (sirke), bütanol, aseton gibi son ürünler oluşturulabilir.

Sonuç olarak, fermantasyonla oluşan son ürünlerin hepsi organik bileşiklerdir. Yani enerjinin büyük bir bölümü bu moleküllere bağlı kullanılmaktadır. Glikozun kimyasal bağ enerjisinin %2'si enerjiye dönüştürülür. O₂li solunumda ise glikoz inorganik moleküllere parçalanır. Bu nedenle kârlı bir yöntemdir.

Fermantasyonun faydalı sonuçları: Turşu, yoğurt, hamur, şarap, bira gibi ürünler...

Oksijenli Solunum (Aerobik Solunum): Üç aşamada gerçekleşir:

1) Glikoliz 2) Krebs Çemberi 3) ETS

C₆H₁₂O₆+6O₂š(2 ATP)š6CO₂+6H₂O+40 ATP

2 (3C) pirüvat

œ

MİTEKONDRİ

(Oksijen varlığında)

œ œ œ

4H⁺ 2(2C) 2CO₂

œ

2 (2C) Asetik Asit+CO.A=Asetil CO.A (H açığa çıkar)

œ

2 (4C) Oksala asetik asitš2 (6C) Sitrik Asit (œ2CO₂+œ4H⁺)š2 (5C) ketoglutarik asit (œ2CO₂+œ4H⁺)š2 (4C) süksinik asitš(2ADP+2P=2ATP)š2 (4C) fumarik asitš(œ4H⁺)š2 (4C) malikasitš(œ4H⁺)š2 (4C) Oksala asetik asit

Krebs Çemberi Döngüsü

---

2) Krebs Çemberi: Glikoliz sonucunda oluşan iki pirüvata karşılık, iki ayrı krebs gerçekleşir. Her bir pirüvat 1 mol CO₂ VE 2 H⁺ kaybeder. 2 C'lu Asetik asit oluşur. Oluşan asetik asit Co.A ile birleşip Asetil Co.A'yı oluşturur. Bu olay ortamda O varlığında ve Mitokondri zarında gerçekleştirilir. Asetil Co.A, bir önceki krebs çemberinden kalan 4C'lu oksala asetik asitle birleşir. Böylece 6C'lu sitrik asit oluşur. Sitrik asit 2 H ve 1 CO₂ kaybedip 5C'lu ketoglutarik asiti meydana getirir. Buradan da 2H ve 1 CO₂ ayrılıp 4C'lu süksinik asit meydana gelir. Bundan sonra reaksiyondan CO₂ çıkmaz. Süksinik asit 4C'lu Fumarik asite dönüşürken 1ATP sentezlenir. Fumarik asitten Malik Asit oluşurken 2H⁺ daha açığa çıkar. Bu Hler ETS'ye FAD tarafından taşınır. Diğer Hler ise NAD tarafından taşınır. Malik asit, oksala asetik asite dönüşürken 2H daha kaybedilir. Buradaki rakamlar tek bir krebs çemberi için geçerlidir. Reaksiyonlar çizilirken 1 Glikoza karşılık 2 Krebs oluştuğu için rakamlar iki katına çıkarılmıştır.