Embed Size (px)
Citation preview
Oksijenli Solunum ve Fermentasyon
Ders Notu Hazırlayan: Ali DAĞDELEN
Besin maddelerinin hücre içerisinde oksijen ile kimyasal tepkimeye girerek ATP + Su oluşması olayıdır.
Solunum ile kastımız kesinlikle hücresel düzeydeki kimyasal tepkimedir.
Soluk alıp vermek değildir. Oksijenli solunumu mitokondri organeli içeren tüm canlılar yapar yani ökaryot canlılar.
Prokaryot bir hücreli canlılardan bazıları da mitokondrileri olmasa bile oksijenli solunum yapabilirler. Bunların hücre içerisinde özel kıvrımlı mezozom adı verilen yapıları vardır. Oksijenli solunum enzimleri burada yer alır
Oksijenli solunumun genel denklemi aşağıdaki gibidir abiler.
Oksijenli solunumun sonucunda toplamda 38 net ATP elde edilmektedir.
Oksijenli solunum Glikoliz, Krebs ve ETS olmak üzere 3 aşamadan meydana gelmektedir.
Oksijenli solunumu iyice öğrenmek ve anlayabilmek için bu aşamaları detaylı bir şekilde inceleyelim.
A) GLİKOLİZ
Glikoliz oksijenli solunum ile oksijensiz solunumun ortak olan kısmıdır. Tüm
canlılarda Glikoliz olayı ortaktır.
Prokaryot olsun ökaryot olsun her canlı yapıda Glikoliz enzimleri vardır ve
oksijenli solunum olacaksa Glikoliz aşamasından sonra devam eder.
Glikoliz , kararlı bir bileşik olan Glikozun 1 ATP harcanarak
aktifleştirilmesiyle başlar
Glikozun aktifleşmesi için ATP den 1 Fosfat kopar ve Glikoza bağlanır Glikoz6Fosfat
oluşur. 1 ATP harcanmış olur.
Glikoz6Fosfat enzimlerin etkisiyle kardeş bileşiği olan Fruktoz6Fosfata dönüştürülür.
Fruktoz6Fosfata bir fosfat grubu daha eklenir bunun için bir ATP daha harcanır Fruktoz1 , 6Difosfat oluşur.
Toplamda 2ATP harcanmış olur ve şeker aktifleşmiştir.
Fruktoz1 , 6Difosfat enzimlerin yardımıyla her biri 1 Fosfat Grubu taşıyan 2 tane 3C lu PGAL molekülüne (fosfogliseraldehit) parçalanır.
3C lu PGAL moleküllerinden herbirinden NAD+ ile H2 çekilir bu şekilde NAD+ koenzimi indirgenir ayrıca hücre içindeki serbest fosfat gruplarından birer tanesi moleküle bağlanır ve yüksek enerjili hale gelir. Bu şekilde DiFosfoGliserikAsit DPGA molekülleri oluşur.
DPGA daki P gruplarından birer tanesi ADP ye katılır bu şekilde toplamda 2 ATP sentezlenmiş olur PGA molekülleri meydana gelir.
PGA daki kalan birer P grubu da ADP ye bağlanarak 2 ATP meydana getirir. Böylece 4 ATP sentezlenmiş olur. Sonuçta 2 PGA ( fosfogliserikasit veya
pirüvat ) kalır.
Glikoliz sonucunda 4 ATP üretilir
Fakat başlangıçta 2 ATP de aktifleştirme için kullanılmıştı
Sonuçta net ATP kazancı 2 ATP dir.
KREBS ÇEMBERİ (SİTRİK ASİT DÖNGÜSÜ)
Glikolizin sonunda 2 tane 3C lu Pirüvik Asit PGA oluşmuştu. Bu iki Pirüvat sitoplazmadan ayrılıp Mitokondriye girer. Yandaki hücre modeline bakın.
Her bir Pirüvattan bir CO2 ve H2 ayrılır ayrılan hidrojenler NAD koenzimi tarafından tutulur ve NADH + H+ meydana gelir CO2 ise serbest kalır.
Bu reaksiyonlar neticesinde 2C lu AsetilCoA meydana gelir. AsetilCoA krebs döngüsünü başlatan maddedir.
Yukarıdaki olayı tekrar izah edeyim arkadaşlar aslında çok basit ama ne demişler tekrarda fayda var.. Hatırlarsanız Glikolizde oluşan 2 tane Pirüvatımız vardı // Pirüvik Asit de denir salla.. :D // Bunlar 3C lu her biri ya aga sen bunlardan 1 er CO2 çekersen ne olur adam yamulur la 2C kalır bir de hidrojen çekersin NAD hidrojeni gördüğü yerde öper hiç affetmez.. her bir pirüvattan 1 er tane de hidrojen çekilir böylece 2 tane 2c lu Asetil CoA oluşur abiler. Mesele budur yani. Aşağıdaki renkli grafiğime bakın lütfen.
Mavi olan kısım eldeki o da turuncuya dönüşüyor sonuçta sarı banttaki gibi 2 CO2 ve 2 NADH2 ayrılıyor. Aşağıda ilk etapta krebsin tamamını veriyorum bunu dönen bir tekerlek gibi düşünün tır lastiği veya yok tır lastiği iyi :) dikkat edin bakalım yukarıdaki Asetil CoA zımbırtısı nereden dahil olmuş?? // çembere bakıp yuh bunun neresi tır lastiği bu nasıl menem birşey! demeyin.. zor değil.. sakin olun hele..//
Bu çembere giren çıkan belli değil haklısınız bu olsa olsa köy yolunda giden traktör lastiği olur.. biraz karışık gelmiş olabilir. Bazen bütüne baktığımızda beynimizin şarkülü kayar ama parça parça bakarsak çok daha kolaydır bir teneke suyu bir dikişte ancak inekler içebilir insan evladı onu bir dikişte içemez biz de inek değiliz arkadaşlar insanız yahu.. o zaman bu çemberi parçalayıp bakalım..
AsetilCoA 4C lu Okzaloasetik Asit ile birleşir ve 6C lu sitrik asit oluşur dikkat edilirse Asetil CoA 2C lu ve Okzaloasetik asit 4C lu bunların toplamında 6Clu Sitrik asit oluşuyor. // x2 olduğunu unutma! //
Sitrik asitten 1 CO2 ve 2H atomu ayrılıyor ayrılan Hidrojenler NAD+koenzimi tarafından tutuluyor ve NADH + H+ elde ediliyor. // x2 olduğunu unutma! //
Bu kez de 5C lu ara bileşikten 1 CO2 ve 2H atomu ayrılıyor ayrılan Hidrojenler NAD+ koenzimi tarafından tutuluyor ve NADH + H+ elde ediliyor. // x2 //
4C lu ara bileşikten sonra SDF* ile bir ATP sentezi gerçekleşiyor bu arada sadece ATP sentezi oluyor. CO2 çıkışı veya H çekilmesi söz konusu değil.
Bir sonraki aşamada yine karbon sayımız 4C bu kez de ara bileşiğimizden FAD koenzimi ile bir H2 çekiyoruz ve FADH2molekülü elde ediyoruz. // x2 //
Bu kez de 4C lu ara bileşikten sadece 2 tane H atomu ayrılıyor ayrılan Hidrojenler NAD+ koenzimi tarafından tutuluyor ve NADH + H+ elde ediliyor. // x2 //
Böylece başa dönmüş olduk yani döngüyü tamamladık tekerleği icat ettik :) bir bakalım elimizde neler var abiler;
Tepkimeler iki koldan 2 tane AsetilCoA için gerçekleştiğinen herşeyi iki ile çarparız. Aşağıdaki çember de bize olayın özetini gösteriyor çembere giren ve çıkan neler?
Arkadaşlar burada hidrojen tutucular var NAD ve FAD bunlar hidrojenleri oyun olsun diye toplamadılar herhalde :) Süper mario oynayan var mı içinizde? Orda bonus topluyor ya büyüme mantarı falan bu NAD ve FAD böyle birşey onlar da Hidrojenleri boş yere toplamadılar adamlar 9 takla attı o krebs çemberinde boş yere amelelik yapmadılar.. ölüm gibi geldi o çemberi turlamak ama bu kadar zahmetin sonunda boş yere almadılar o hidrojenleri lazım olucak onlar.. Nerede mi lazım olacak.. bekleyip görcüz.
KREBS DÖNGÜSÜNÜN YAZILI ÖZETİ (Yazılı Müracat Gibi Oldu :D)
4 CO2 ayrılır (x2 den dolayı 4 oldu)
2 ATP sentezlenir ( SDF ile )
6 NADH + H+ sentezlenir
2 FADH2 sentezlenir
Proteinler Polisakkaritler ve Yağların krebs döngüsüne katıldıkları noktaları gösteren güzel bir diyagram aminoasitlerin bir kısmı pirüvik asite dönüşürken diğer bir kısmı asetil CoA’ya bir kısmı ise doğrudan krebse katılıyor. Yağların Gliseol kısmı PGAL aşamasından glikolize dahil olurken yağ asitleri ise Asetil CoA aşamasından Krebs çemberine dahil olur. Polisakkaritler bizim glikolizde işlediğimiz yolu izleyerek PGAL ve Pirüvik asite sonra asetil CoA ve krebs döngüsüne katılırlar.
Evet arkadaşlar bir oksijenli solunum krebs döngüsü biyoloji konu anlatımı nın sonuna geldik umarız faydalı olmuştur ders anlatımı ve ders notu.. Bir sonraki derste görüşmek üzere rahat durun. :)
OKSİJENLİ SOLUNUM ETS KONUSUNUN PÜF NOKTASI NEDİR?
PÜF NOKTASI >> Çok basit arkadaşlar Glikolizden gelen 4NADH+H+ ile KREBS de oluşan 6NADH+H+ ve 2FADH2 var ya bunların taşıdığı elektronların enerjilerini ETS ye aktarmasıdır bütün olay.. 1 adet NADH+H+ dan 3ATP lik
elektron enerjisi geldiğinden 3ATP sentezletir toplam 10 tane olduğundan 30 ATP sentezlenmesine neden olacaktır.
ETS ye Geçmeden Önce…
Oksijenli solunum konusunu 1 adet glikoz molekülü üzerinden anlattığımızı anımsayın. 1 adet glikozun oksijenli solunumunun denklemi aşağıdaki gibidir.
ETS de gerçekleşen olaylar indirgenme yükseltgenme hadisesinden başka bişey değil ama burada REDOKS bilmemize gerek yok işin o kısımlarıyla ilgilenmeyeceğiz oksidasyon (yükseltgenme) ve redüksiyon(indirgenme) üzerine örnek verelim.
Koenzimler NAD+ ve FAD Hakkında
NAD+ ve FAD solunumda görev alan yapılarında vitamin bulunan koenzimlerdir. NAD+ B3 vitamininin bir çeşidi olan nikotinamidden sentezlenir FAD ise B2 vitamini içerir.
NAD+ indirgendiğinde NADH , FAD indirgendiğinde FADH oluşur.NAD+ 2H ile indirgenirse NADH + H+ oluşur bunun nedeni 2 elektron ve 1 proton tutmasıdır. FAD 2H ile indirgenirse FADH2 oluşur yani tam 2H tutar.
ETS Elemanları Nelerdir?
ETS elemanlarımız ETS de elektronların aşama aşama taşınmasından sorumlu olan taşıyıcılardır bunlar;
NADHQ Redüktaz
Ubikinon
Sitokrom Redüktaz
Sitokrom C
Sitokrom Oksidaz
Arkadaşlar yukarıdaki olayın mantığı şudur tüm NADH+H ler ile FADH2 lerin tuttuğu elektronlar ETS en yukarıdan aktarılıyor elektron ilerledikçe enerjisi düşüyor şeklin üçgen olmasının da mantığı budur zaten. Dikkat edin en yukarıdan başlamış aşağıya doğru giderek azalmış enerji.Bu enerji farkı kırmızı üçgenle gösteriliyor bundan biz ATP üretiyoruz yani elektronlardaki yüksek enerji ta en uca gelene kadar azalıyor ama bu enerjiden ATP sentezlenir.
Son elektron yakalayıcısı Oksijendir düşük enerjili elektronları tutarak indirgenir serbest kalan protonlar ile birleşen indirgenmiş oksijen suyu meydana getirmektedir. Aşağıdaki tablo ETS den önce üretilen ATP leri ve tutulan Hidrojenleri göstermektedir.
Glikolizde toplam 4 ATP üretilir ama net kazancımız 2 ATP dir. KREBS döngüsünde de toplam 2 ATP üretilir.
Böylece ETS ye girmeden önce elimizde 4 ATP var.. ETS sonucunda her bir NADH+H+ için 3ATP elde ederiz ve her bir FADH2 için 2ATP elde ederiz. Toplamda 10 NADH+H+ ve 2 FADH2 olduğuna göre ETS de 34 ATP elde ederiz. 4 ATP de ETS öncesinde elde vardı bunların toplamı 38 ATP yapar.
1 NADH + H+ ile ETS ye elektron aktarılması sonucu 3ATP sentezlenirken 1 FADH2 ile ETS ye elektron aktarılması sonucunda 2ATP sentezlenir.
Her NADH+H+ için 3ATP ve her FADH2 için 2ATP yazdığımızda tablodaki toplam ATP sayısının 38 ATP olduğunu görebilirsiniz!
Glikolizde ve Krebste ATP sentezi Substat Düzeyinde Fosforilasyondur.
ETS de gerçekleşen ATP sentezi ise Oksidatif Fosforilasyondur.
ÖNEMLİ >>>> Mitokondride hem SDF hem de ODF gerçekleşir
( Krebste SDF , ETS de ODF )
NAD ve FAD toplamda 24H+ tutar bunların 12 tane O2 ile birleşmesi sonucunda 12 tane H2O yani su mülekülü oluşur. Burada Oksijen son elektron tutucu olarak en düşük enerjili elektronları yakalamaktadır.
ÖNEMLİ >> Suyun oluşumu ETS sonunda gerçekleşir.
Bazı Önemli Noktalar!
Glikolizde 4 ATP sentezlendi fakat 2ATP net kazancımız var glikoliz
sitoplazmada gerçekleşti.
Krebs Döngüsünde 2 ATP sentezlendi krebs mitokondride gerçekleşti.
Böylece ETS den önce net 4 ATP elimizde var aslında 6 ATP üretildiğini
unutmayın!
ETS de 10 NADH+H+ dan 10×3=30 ATP ve 2FADH2 den 2×2=4 ATP olmak
üzere sadece ETS ile 34 ATP üretilir
En son oluşan sudaki oksijenin kaynağı solunuma giren serbest oksijendir.
Krebs döngüsünde ayrılan CO2 deki oksijenin kaynağı karbonlu ara
bileşiklerdir
En son oluşan sudaki hidrojenin kaynağı karbonlu bileşiklerden çekilen
hidrojenlerdir.
Mitokondride CO2 Oluşması
Glikolizde hiç CO2 çıkışı olmaz
İlk CO2 çıkışı Pirüvik Asitin AsetilCoA ya dönüşmesi sırasında çıkar.
Krebs çemberinde de 6Clu sitrik asitin 5Clu arabileşiğe dönüşmesi sırasında
CO2 çıkışı olur
Sonra da 5Clu arabileşikten CO2 çıkışıyla 4C lu arabileşik oluşur.
Sonuçta toplamda 3 kez CO2 çıkışı olur ama iki Pirüvik asit olduğundan
toplam 6 eder.
Dikkat edersek Krebste toplam 4CO2 ayrılmış olur, Glikolizde toplam 2CO2
ayrılmış olur
Oksijenli Solunumun Enerji Verimi
Oksijenli solunumun enerji verimi %40 tır. Kalan %60 ın büyük kısmı ısı
enerjisi olarak az bir kısmı da CO2 ve H2O bağlarında kalır
Oksijensiz solunumun enerji verimi %210 civarındadır
Oksijenli solunumun oksijensiz solunuma göre daha verimli olduğu
ortadadır.
Oksijensiz solunum ile 1 Glikozdan net 2 ATP üretilirken Oksijenli solunum
ile 38 ATP üretilmektedir.
Oksijensiz Solunum (Fermantasyon) Glikozun (veya diğer besinlerin) oksijensiz ortamda GLİKOLİZ ilePirüvik Asite kadar parçalanmasına FERMANTASYON adı verilir.
Oksijenli solunumda net 38 ATP elde edilebilmesine rağmenOksijensiz solunumda net 2 ATP kazancı vardır.
Sonuçta oksijensiz solunum oksijenli solunumdan daha verimsizdir. Fakat bazı canlılar oksijensiz ortamda yaşadıklarından oksijenli solunum yapma şansları yoktur.
Sütten peynirin ve yoğurdun elde edilmesi, ekmek hamurunun mayalanması ve etil alkol elde edilmesi gibi olaylar da oksijensiz solunumdur.
Oksijensiz solunum oluşan son ürüne göre çeşitlenebilmektedir. Biyolojide iki farklı oksijensiz solunum türü göreceğiz. Bunlardan biri etil alkol fermantasyonu olup son ürün olarak etil alkol oluşmaktadır diğeri ise laktik asit fermantasyonudur.
1.Etil Alkol Fermantasyonu
Son ürün Etil Alkol (C2H5OH) olduğu için bu şekilde isimlendirilmiştir.
Etil Alkol fermantasyonu da bir çeşit oksijensiz solunumdur
ATP’nin üretilmesi Pirüvik Asite kadar olan Glikoliz kısmında gerçekleşir
Biz yukarıda sadece Pirüvik Asitten sonrasını gösterdik.
Etil Alkol fermantasyonunun genel denklemini de aşağıda paylaşıyorum enzimler yardımıyla 2 ATP ile aktifleştirilen Glikoz molekülü ile sonuçta 2 etil alkol 2 CO2 ve 4 ATP elde ediliyor fakat net ATP kazancı 2 ATP dir.
2.Laktik Asit Fermantasyonu
Pirüvik Asite hidrojen katılmasıyla Laktik Asit oluşur. Dikkat edin, CO2 çıkışı yok! Bu yüzden Carbon sayısı değişmedi..NADH+H+ dan hidrojen ilave edilmesiyle Laktik asit elde ediliyor ATP üretimi Glikoliz sırasında gerçekleşti burada ATP üretimi veya tüketimi yoktur.
Gerek etil alkol gerekse laktik asit fermantasyonunda glikoliz sırasında sentezlenen NADH + H+ molekülleri taşıdıkları hidrojenleri son ürüne aktararak NAD+ koenziminin tekrar çalışır duruma gelmesini sağlar. Bu durum glikolizin devamlılığı için gereklidir. Neden son ürün oluşuyor diye soranlarınız olabilir bu nedenlerden bir tanesi ama çok fazla nedeni olabilir.
Çizgili Kas Hücrelerinde Laktik Asit Fermantasyonu
Yoğun kas faaliyetleri nedeniyle çizgili kaslara yeterli oksijen ulaşamaması durumunda çizgili kas hücrelerinde Laktik Asit fermantasyonu gerçekleşir.
Kanda laktik asit miktarı artınca beyne yorgunluk ve bitkinlik uyku sinyalleri gider yoğurdun uyku yapmasının nedeni de budur laktik asit içermesi..
Kas faaliyetleri sona erdiğinde laktik asitlerin bir kısmı yeniden glikoza dönüştürülür bir kısmı da pirüvik asite dönüştürülüp krebs reaksiyonlarıyla yola devam eder..
Çizgili Kas Hücrelerinde Kreatin Fosfat Kullanımı
Çizgili kaslarda enerjinin büyük bir kısmı kreatin fosfat ile depo edilir. Bunun nedeni kreatin fosfatın depolanmasının pratik olması ve ATP nin yüksek miktarda depolama için elverişsiz olmasıdır. Enerji ihtiyacı olduğunda kreatin fosfatın enerjisinden ATP sentezlenir ve kullanılır.
Oksijenli solunum ile oksijensiz solunumu karşılaştırmamız ikisi arasındaki farkları amlamamız bizim için biyoloji sorularının çözümüne yönelik büyük kolaylıklar sağlamaktadır.
