HÜCRESEL SOLUNUM

Organik maddelerin yapıtaşlarının yapısındaki kimyasal bağ enerjisini kullanarak ATP sentezlenmesine hücresel solunum denir. Hücresel solunum oksijenli solunum, oksijensiz solunum ve fermantasyon olmak üzere üç şekilde gerçekleşir.

OKSİJENLİ SOLUNUM

Organik moleküllerin yapıtaşlarının (glikoz, yağ asidi…) oksijen varlığında ve enzimler yardımıyla karbondioksit ve suya kadar parçalanıp ATP üretilmesine oksijenli solunum denir. Oksijenli solunum prokaryot canlılarda sitoplazma ve hücre zarı kıvrımlarında gerçekleşirken ökaryotlarda sitoplazma ve mitokondride gerçekleşir.

Mitokondri:

•      Ökaryot hücrelerde solunumun gerçekleştiği organeldir.
•      Kendine ait DNA, RNA ve ribozomu vardır.

     Çift katlı zara sahiptir. Dış zar düz iç zar kıvrımlıdır ve kıvrımlarına krista denir. Krista üzerinde ETS elemanları bulunur.

     İçindeki sıvının adı matrikstir.

     Substrat düzeyinde ve oksidatif fosforilasyonla ATP üretilir.

Oksijenli Solunum Evreleri:

1.Glikoliz:

•      Glikozun çeşitli enzimler yardımıyla pirüvik asite kadar yıkılmasına glikoliz denir.
•      Tüm canlılarda gerçekleşir.
•      Oksijenli solunum, oksijensiz solunum ve fermantasyonun ilk basamağıdır.
•      Sitoplazmada gerçekleşir.
•      Oksijen kullanılmaz.
•      Karbondioksit çıkışı gözlenmez.
•      Glikozun aktifleşmesi için başlangıçta 2 ATP harcanır daha sonra substrat düzeyinde fosforilasyonla 4 ATP sentezlenir.
•      NAD hidrojen alarak indirgenir ve NADH oluşur.

2.Pirüvik Asitten Asetil-CoA Oluşumu:

•      Pirüvik asit sitoplazmada oluştuktan sonra mitokondri matriksine geçer.
•      Bu sırada pirüvik asitin yapısından CO2 ve hidrojen ayrılarak asetil-CoA molekülünü oluşturur. Hidrojenler NAD tarafından tutulur ve NAD indirgenerek NADH oluşur.
•      Ortamda yeterince oksijenin bulunmadığı durumda pirüvik asit asetil-CoA’ya dönüşmez, etil alkol veya laktik asit fermantasyonuna katılır.
•      Asetil-CoA oluşumu, oksijenin hücrede yeterli miktarda bulunduğunu gösterir.

3.Krebs Döngüsü (Sitrik asit döngüsü):

•      Bir glikoz molekülü için iki kez krebs döngüsü gerçekleşir.
•      Krebs döngüsü 2C’lu asetil – CoA’nın matrikste bulunan 4C’lu bir bileşikle enzim yardımıyla birleşerek 6C’lu sitrik asiti oluşturmasıyla başlar.
•      Daha sonra art arda gerçekleşen enzimatik reaksiyonlarla matriksten alınan 4C’lu bileşik yeniden oluşturularak yeniden matrikse bırakılır.
•      Gerçekleşen enzimatik reaksiyonlar sırasında 4 molekül CO2 çıkışı olur.
•      Oluşan ara bileşiklerin yapısından ayrılan elektron ve protonlar NAD ve FAD tarafından tutulup indirgenerek 6NADH ve 2FADH2 moleküllerini oluşturur.
•      Substrat düzeyinde fosforilasyonla 2ATP üretilir.
•      6NADH ve 2FADH2 ETS’ye aktarılır.

4.ETS (Elektron Taşıma Sistemi):

•      Oksijenli solunumda ATP’nin en çok üretildiği evredir.
•      Prokaryotlarda hücre zarı kıvrımlarında, ökaryotlarda ise mitokondri iç zarında kristalarda gerçekleşir.
•      ETS elemanları NAD ve FAD’ın getirdiği elektronları tutar ve bir dizi indirgenme ve yükseltgenme tepkimesi gerçekleştirerek elektronları oksijene kadar taşır. Bu sırada oksidatif fosforilasyonla ATP üretilir.
•      ETS’de elektronlar taşınırken açığa çıkan enerji kullanılarak matriksteki protonlar zarlar arası bölgeye pompalanır ve burada proton yoğunluğu artar. Protonlar tekrar matrikse geçme eğilimindedir ve bunun için ATP sentaz içindeki kanalı kullanırlar bu sırada ATP sentezi gerçekleşir. Buna kemiozmozis denir.
•      Kemiozmoz, ETS'deki elektron taşınmasıyla ATP sentezini eşleştiren bir mekanizmadır.
•      Son elektron alıcı olarak oksijen bulunur.
•      Elektron almış olan oksijen matriksten proton da alarak su molekülünü oluşmasını sağlar.

Sonuç olarak oksijenli solunum reaksiyonları devam ederken CO2 ve H2O oluşur ve ATP de üretilmiş olur. Oksijenli solunumda bir glikoz molekülden

glikolizde substrat düzeyinde fosforilasyonla net kazanç 2 ATP, krebs döngüsünde substrat düzeyinde fosforilasyonla 2 ATP, oksidatif fosforilasyon ile NADH’tan gelen elektronları ETS’de hangi molekülün aldığına bağlı olarak da 26 ya da 28 ATP sentezlenir. Böylece 1 glikoz molekülünden 30 ya da 32 ATP üretilir.

OKSİJENSİZ SOLUNUM

   Glikozun oksijen kullanılmadan yıkılması sırasında ETS kullanılarak ATP sentezlenmesine oksijensiz solunum denir. Oksijensiz solunumda son elektron alıcısı, oksijen dışında çekim gücü zayıf olan bir inorganik maddedir be bundan dolayı daha az ATP üretilir.

   Bazı bakteriler, besin moleküllerinden kopardıkları elektronları sülfat, kükürt, nitrat, karbondioksit ve demir gibi inorganik yapılı son elektron alıcılarına aktarır ve enerji elde eder.

Oksijensiz solunum yapan bazı bakteriler suda ya da toprakta bulunan nitratı oksijensiz solunumla havadaki serbest azota dönüştürürler. Son elektron alıcısı olarak nitratı kullanırlar. Bu olaya denitrifikasyon denir ve azot döngüsüne katkı sağlar.

FERMANTASYON

Oksijensiz ortamda glikoz sonucu üretilen pirüvik asitten etil alkol veya laktik asit gibi organik son ürünlerin oluştuğu ve ve bu sırada ATP’nin üretildiği metabolik bir süreçtir. Fermantasyon iki evreden oluşur bunlar; glikoliz ve son ürün reaksiyonlarıdır. Fermantasyon, oluşan son ürün çeşidine göre adlandırılır. prokaryot ve ökaryotlarda sitoplazmada gerçekleşir. Yalnızca substrat düzeyinde fosforilasyonla ATP sentezlenir.

1.Etil Alkol Fermantasyonu

Oluşan son ürün etil alkoldür. Bazı bakteriler, bazı bitkiler ve maya mantarları etil alkol fermantasyonu yapar. Fermantasyon sırasında CO2 açığa çıkar. Hamurun mayalanması örnek verilebilir.

2.Laktik Asit Fermantasyonu:

Oluşan son ürün laktik asittir. Sütten peynir ve yoğurt yapılması örnek verilebilir. İnsanlarda çizgili kas hücrelerinde gerçekleşir. Laktik asit; beyindeki ağrı, uyku ve yorgunluk merkezini uyarır. Dinlenme halinde eğer yeterince oksijen sağlanırsa karaciğere taşınır ve burada önce pirüvik asite sonra glikoza dönüştürülür.