ORGANİK MOLEKÜLLERİN

SOLUNUMLA YIKILARAK ENERJİ ELDE

EDİLMESİ

SOLUNUM

Solunum, enerji elde etmek amacıyla organik bileşiklerdeki bağların yıkılmasıdır. Solunum sonucunda ototrof canlıların organik madde üretmesi için ham madde sağlanır. (CO2 ve H2O)

1) Oksijensiz (Anaerob) Solunum: Glikozun oksijensiz ortamda etil alkol, laktik asit ve diğer maddelere kadar yıkılıp enerji elde edilmesidir. Fermantasyon da denir. Glikoliz meydana gelir.

2) Oksijenli (Aerob) Solunum: Organik bileşiklerdeki kimyasal bağların oksijenli ortamda yıkılarak enerji elde edilmesidir. Son ürünler CO2 ve H2O’dur. Üç basamakta gerçekleşir. Glikoliz, Krebs ve ETS.

ATP’nin Yapısı Yapısındaki fosfat bağları hidrolizle koptuğu zaman yüksek enerji

veren organik maddedir. Yapısında adenin nükleotidi, 5 C’lu riboz ve üç fosfat bulunur.

+ +

Adenozin Yüksek enerji bağları

Adenozin Mono Fosfat (AMP)

Adenozin Di Fosfat (ADP)

Adenozin Tri Fosfat (ATP)

Adenin 5CP P P

GLİKOLİZ Glikoz doğada çok yaygın bir monosakkariddir. Hücreler glikozu özel bir yolla yıkar. Canlılar burada açığa çıkan enerjiyi, yaşamsal işlevlerini devam ettirebilmek için kullanırlar. Oksijen kullanmaksızın sitoplazmada gerçekleşen glikozun pirüvik asite(pirüvata) kadar yıkımına “glikoliz” denir. Şeker parçalanması glikoz molekülünün aktivasyonu ile başlar. Glikoz ilk olarak “hekzokinaz” enziminin etkisi altında ATP ile tepkimeye girerek kimyasal olarak aktif hale geçer. Daha sonra her biri bir enzim tarafından katalizlenen tepkimeler olur. Glikoliz sonucunda 1molekül glikozdan 2 pirüvik asit oluşurken; 4 molekül ADP, ATP’ye çevrilir. Başlangıçta 2 ATP, glikozu, glikoz-6-fosfata ve fruktoz-6-fosfatı, fruktoz-1,6 difosfata çevirmek için kullanıldığından net kazanç 2 ATP’ dir. Sonraki tepkimelerde kullanıma hazır 2 molekül de NADH+H+ koenzimi oluşur.

C6H12O6+ 2ATP 2C3H4O3(pirüvik asit) + 4H + 2ADP + 2P

Pirüvik asit(pürivat), oksijen bulamazsa ya laktik asite dönüşerek birikir ya da mayalarda olduğu gibi alkole dönüşür. Eğer oksijen bulursa asetil koenzim A’ya dönüşerek krebs çemberine katılır veya karaciğerde glikojene geri sentezlenir. Glikozun yeniden yapımına “glikoneogenez” denir. Bazı bakteriler ve mayalar oksijen kullanamazlar. Fakat onlarda doğal olarak enerjiye ihtiyaç duyarlar. Glikoz molekülünü glikoliz reaksiyonu ile parçaladıktan sonra elde ettikleri pürivattan bir molekül CO2 çıkararak ASETALDEHİT oluştururlar. Daha sonra bu asetaldehit NADH2 ile reaksiyona girerek onun hidrojenlerini alır. Son ürün Etil Alkol'dür. Aşağıdaki reaksiyonda da görülen bu oksijensiz solunum tipine ETİL ALKOL FERMANTASYONU denir.

Çizgili kaslarımızda bulunan hücreler normalde oksijenli solunum yaparlar. Ancak ortamda yeteri kadar oksijen yoksa bu hücreler oksijensiz solunumu da gerçekleştirebilir. Enerji ihtiyaçlarını bu şekilde karşılamaya çalışırlar. Oksijene ihtiyaç duyulmadan gerçekleşen glikoliz reaksiyonlarından sonra oluşan pürivatlar mitokondriye geçemediğinden glikolizde NAD’a verdiği hidrojenleri geri alarak Laktik aside dönüşür. Çizgili kaslarda görülen bu oksijensiz solunum tipine de LAKTİK ASİT FERMANTASYONU denir.

Az miktarlarda laktik asit kasın daha iyi çalışmasını sağlar. (Spor hareketlerine başlamadan önce ısınma hareketlerinin yapılmasının nedeni de budur). Meydana gelen laktik asit, kana geçer ve beyin hücrelerine etki ederek yorgunluk duygusu yaratır. Yoğurt yenildiğinde de bu durum gözlenir. Yeteri kadar oksijen bulununca laktik asitten bir hidrojen çıkarılarak pirüvik aside dönüştürülür. Laktik asidin bir kısmı karaciğere taşınarak glikoza kadar geri sentezlenir. Kalp kası, laktik asit fazlasını uzaklaştırmaz enerji olarak kullanır. Bazen de laktik asitin fazlası “fizyolojik tetanos” yani “kramp”a neden olur.

KREBS ÇEMBERİ(SİTRİKASİT ÇEVRİMİ) Krebs devri karbonhidratlar, yağlar ve proteinlerin solunumla parçalanması olayında ortak karbon yoludur. Yağ asitleri ve aminoasitler farklı sayıda karbon atomu taşıdıkları için farklı sayıda ATP üretilmesine neden olurlar. Sonuçta oluşan su ve karbondioksit miktarı da farklı olur. Örneğin yağ asitleri az O2, çok H2 taşırlar ve solunum sonucunda az CO2 ve çok H2O oluşur. Bunu nedenle yağlar kurak ortam hayvanlarında iyi bir su deposu kaynağıdır.

O2'li solunumun glikoliz ve krebs çemberi devrinde doğrudan üretilen ATP miktarı çok azdır. Her iki devrede özellikle krebs devrinde organik bileşeğin parçalanmasıyla açığa çıkan H atomları yardımıyla NaDH2 ve FADH2 maddeleri üretilir. Bu maddelerdeki H atomlarının elektronları ETS'den geçerek en son O2'ye aktarılır ve elektronlar O2 ile birleşerek suyu oluşturur. Eğer bir çift hidrojen atomu ETS’ye NAD tarafından taşınırsa her bir hidrojen atomuna karşılık 3 ATP, FAD ile taşınırsa 2 ATP sentezlenir. Krebs çemberi mitokondrinin matriksinde, ETS ise solunum enzimlerini taşıyan kristada gerçekleşir. ETS sisteminde iç zardaki enzimlere taşınan elektronlar, sonunda oksijene verilir ve H2O meydana getlir. Bu oksijenli solunum sonucunda toplam 40 ATP sentezlenir. Glikolizde 2 ATP harcandığı için net kazanç 38 ATP’dir.

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + H2O + ENERJİ(net 38 ATP)

ATP (net)ATP (net) FADHFADH22 NADHNADH22 Net KazançNet Kazanç

GlikolizGlikoliz 2 ATP2 ATP ____ 2x32x3 8 ATP8 ATP

Pirüvik asitPirüvik asit ____ ____ 2x32x3 6 ATP6 ATP

Krebs Krebs ÇemberiÇemberi

2 ATP2 ATP 2x22x2 6x36x3 24 ATP24 ATP

ToplamToplam 4 ATP4 ATP 4 ATP4 ATP 30 ATP30 ATP 38 ATP38 ATP

ÖNEMLİ NOT: Bazı araştırılmadan ve düşünülmeden yazılmış kaynaklarda (haftalık ÖSS hazırlık dergileri ve dersane kitapları) glikoz molekülünde bulunan enerjinin %40'ı ATP sentezinde kullanılırken %60'ı ısı olarak yayılır denilmektedir. Böyle bir şeyin olması mümkün değildir. O kadar enerjinin ısıya dönüşmesi canlının kömürleşmesine neden olur. Bir glikoz molekülünün bağları arasındaki enerjinin ancak yaklaşık % 40'ı ATP sentezinde kullanılır. Geriye kalan enerjinin çok az bir kısmı ısı olarak yayılırken, henüz %60'ı oksijenli solunumumun son ürünleri olan su ve karbondioksit moleküllerinin bağları arasında kalır.

!

YAĞ YIKIMI Besinlerin sindirimi sonucu elde edilen yağlar, bağırsaktan geçerek lenf sistemine ulaşır ve bu sistem aracılığıyla kana karışır. Kan, yağın bir kısmını karaciğere, bir kısmını da dokulara taşır; yağın fazlası, “trigliserit” şeklinde yağ dokularında depo edilir. İnsanların şişmanlamasının nedeni de budur. Fakat aksine, kaslar fazla çalıştığı zaman kas hücrelerindeki mitokondriler ATP üretmek için ortamda bulunan yağ asitlerini, depo edilmesine fırsat bırakmadan kullanarak enerji ihtiyaçlarını karşılarlar. Şişman bir kimse elinden geldiğince spor yapıp hareket ederse, yağ dokularındaki trigliserit molekülleri enerji ihtiyacı olduğu için yağ asitlerine kadar parçalanacak ve mitokondrilere ulaşacaktır. Karaciğerde de fazla miktarlarda alınmış karbonhidrattan yağ sentezlenerek depo edilir. Gereksinim halinde, depo edilmiş yağ, enerji elde etmede kullanılır.

3 Yağ asidi + Gliserin(Gliserol) Yağ(trigliserit) + 3 Su

Nötral yağların katabolizması iki ana döneme ayrılılır; 1) Yağ yıkımı : Yağ moleküllerinin hidrolize uğrayarak gliserin ve yağ asidine ayrılmasıdır. Bunun için lipaz ve esteraz enzimleri gereklidir.

Yağ + Lipaz + Öd sıvısı + Su Yağ asitleri + Gliserol 2) Yağ asitlerinin ve gliserolün yıkımı : Gliserol özel bir enzim ve

ATP harcanarak gliserolfosfata dönüştürülür ve glikolizde kullanılır. Çoğunlukla palmitik veya stearik asit gibi (16 ve 18 karbon atomlu) uzun karbon zincirli yağ asitleri çok basamaklı bir yıkım olayına girer. Buna “beta-oksidasyon “ denir. Yağ asidi yıkımı ATP kullanılarak, molekülün aktivasyonu ile başlar. Yağ asidi bu reaksiyonda koenzim A’ya bağlanır. İlk yıkım basamağı dehidrasyondur. Yağ asidi yıkımı mitokondride olur. Her yağ asidi iki karbonlu asetil koenzim A’ya parçalanır. Bu asetil koenzim A, sitrik asit çevrimine girer ve enerji elde edilir.

Yağ Asidi Yıkmında Enerji Kazancı 18 karbonlu yağ asidi olan stearik asidi 9 asetil koenzim A’ya ayrılır. Bunun için yağ asidi yıkım çevrimi 9 defa tekrarlanır. Bu parçalanmada 38 mol ATP doğrudan doğruya elde edilen enerji kazancıdır. 9 mol asetil koenzim A, sitrik asit yıkılarak 9 mol ATP, 9 mol FADH2=(18 mol ATP), 27 mol NADH2=(81 mol ATP) elde edilir. Sonuç olarak bir mol stearik asit yıkımı 146 mol ATP’ lik bir enerji kazancı sağlar. Bunun 2 ATP’ si başlangıçta aktivasyon enerjisi için kullanıldığından net kazanç 144 ATP’ dir.