oksijenli solunum

1
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
----------------------- OKSİJENLİ SOLUNUM ----------------------**Oksijenli solunum (aerobik):
→Besinlerin, oksijen yardımıyla parçalanarak,
ATP sentezlenmesine oksijenli solunum denir.
Enzim
C6H12O6 + 6O2 ------------> 6CO2 + 6H2O + 38 ATP
38 ATP net kazanç elde edilir.
Ökaryot olan bütün organizmalar,
mavi-yeşil algler ve bazı bakteriler
oksijenli solunumu gerçekleştirir.
Solunum reaksiyonları sitoplazma
ve mitokondrilerde gerçekleşir.
→Oksijenli solunum, bazı bakterilerde
ve arkelerde sitoplazmada gerçekleşir.
→Bu canlılarda oksijenli solunumun ETS evresi,
mezozom adı verilen hücre zarı kıvrımlarında tamamlanır.
→Ökaryatik canlılarda ise oksijenli
solunum sitoplazmada başlar, mitokondride tamamlanır.
Mitokondrinin yapısı:
2
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
O2’li solunum tepkimeleri üç aşamada gerçekleşir:
1) Glikoliz → Sitoplazmada gerçekleşir.
2) Krebs Devri = Sitrik Asit Devri
→ Mitokondri matriksinde gerçekleşir.
3) Oksidadif Fosforilasyon = Elektron Taşım Sistemi (ETS) = Hidrojen Yolu
→ Mitokondrinin krista zarında gerçekleşir.
Glikolizde ve Krebs çemberinde ETS işe karışmadan
yalnızca enzimler aracılığı ile ATP sentezlenmesi
olayına
Substrat Düzeyinde Fosforilasyon denir.
ETS aracılığı ile oksijenin de kullanıldığı ATP
sentezine
Oksidatif Fosforilasyon denir.
3
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
1- Glikoliz
°Glikoliz olayları oksijensiz solunumdaki ile aynıdır.
Glikoliz ‘in Sonucu
4 molekül ATP ----> ( net kazanç 2 ATP )
2 molekül NADH2
2 molekül Pirüvat (Pirüvik asit)
°Oksijenli solunumun, Glikoliz evresinde üretilen
NADH2’ler hemen yükseltgenmez.
Mitokondriye aktarılarak ETS’ ye katılır.
2- KREBS ÇEMBERİ (SİTRİK ASİT DEVRİ)
Mitokondride gerçekleşir.
Enzimatik reaksiyonlardır.
Enzimler mitokondrinin matriksinde bulunur.
Krebs çemberinin asıl amacı;
Glikozdaki karbon ve oksijenleri,
CO2 şeklinde atarak hidrojenleri seçmektir.
Reaksiyonlar başlamadan önce
1) 2 mol pürivik asit mitokondriye girer.
2CO2
2)2 mol pürivik asit ---------------> 2 mol Asetil CoA (Aktif asetik asit) oluşur.
Krebs Devri:
2 mol Asetil CoA’nın
2 mol oksaloasetik asit molekülü ile birleşmesi,
sitrik asiti oluşturması ve sonuçta
yine 2 mol oksaloasetik asidin ortaya çıkmasını
sağlayan reaksiyonların toplamıdır.
4
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
Krebs Devrinde Gerçekleşen Reaksiyonlar
2 C’lu aktif asetik asit, 4 C’lu bir molekülle
birleşerek 6 C’lu sitrik asidi oluşturur.
Sitrik asit 5 C’lu bir bileşiğe (alfa ketoglutarik asit)
dönüşürken bir molekül CO2 açığa çıkar.
Bu 5 C’lu bileşikten 1 molekül daha CO2 ayrılır ve 4 C’lu bileşik oluşur.
En son oluşan 4 C’lu molekül birkaç defa
ortama H+ verdikten sonra tekrar
başlangıçtaki 4 karbonlu moleküle (oksaloasetik asit) dönüşür.
Glikoliz sonrasında 2 mol pürivik asit oluştuğu, reaksiyonun iki
koldan yürüdüğü ve 2 tane Krebs çemberi olduğu
unutulmamalıdır.
5
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
Krebs Devri Sonucu
Krebse hazırlık evresinde;
2NADH2
2CO2
Krebs Devri reaksiyonları sonucunda 2 mol asetik asitten (Asetil CoA) ;
6 NADH2
2FADH2
4CO2
2ATP üretilir.
Not:
→Kreps reaksiyonlarının
gerçekleşmesi sırasında 6 H2O kullanılır.
6
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
3- OKSİDATİF FOSFORİLASYON ( ETS )
→Bu evrede; glikoliz ve kreps reaksiyonları evresinden gelen hidrojenler, oksijenle
yakılarak (oksitlenerek) ATP sentezlenir.
ETS genel denklemi:
10 NADH2 + 2 FADH2 + 6 O2 ----> 34 ATP + 12 H2O
→Elektron taşıma sistemi; NAD, FAD, CoQ
ve sitokrom sistemi' den oluşur.
→Sitokromların yapısında demir bulunur.
→ETS' yi oluşturan moleküller,
elektron çekim kuvvetlerine göre;
küçükten-büyüye doğru şöyle sıralanır:
NAD ----> FAD ----> CoQ (Ubikinon) ----> Sitokrom-b
----> Sitokrom-c ----> Sitokrom-a ----> Sitokrom-a3
→Glikoliz ve kreps reaksiyonlarında açığa
çıkan H+ iyonları ve elektronlar, mitokondri kristasına aktarılır.
→H+ iyonları, NAD, FAD ve CoQ tarafından yakalanır ve krista zarının, dış
zar kısmına bakan boşluğa bırakılır.
→Elektronlar ise NAD, FAD, CoQ ve sitokrom sistemi tarafından oksijene doğru
taşınır.
→Elektronlar, NAD’ tan FAD’ a aktarılırken 1 ATP; Sitokrom-b’ den-Sitokrom-c’ ye
aktarılırken 1 ATP;
Sitokrom-a’ dan-Sitokrom-a3’ e aktarılırken 1 ATP üretilir.
7
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
→Böylece NAD’ ın yakaladığı hidrojenler için: 3 ATP; FAD’ ın yakaladığı hidrojenler
için: 2 ATP sentezlenir.
→Elektronlar son olarak oksijen tarafndan yakalanır.
→Zarın diğer tarafındaki H+ iyonları da oksijenen tarafından yakalanır.
→Böylece; hidrojenler oksijen ile yakılarak H2O oluşur.
→ETS’de 24 H+ iyonu, 6 O2 ile yakılarak; toplam: 12 H2O oluşur.
→Kreps reaksiyonlarında 6 H2O kullanıldığından;
oksijenli solunum sonunda 6 net H2O açığa çıkar.
Not:
→En yüksek enerjili elektronlar, NAD tarafından yakalanır.
→En düşük enerjili elektronlar, oksijen tarafından yakalanır.
→Elektronu en az seven NAD, en çok seven oksijendir.
Glikozdan başlayarak açığa çıkan hidrojenlerle oluşan
NADH2 ve FADH2 molekülü sayısı aşağıdaki gibidir:
Glikolizde → 2NADH2
Piruvat ile asetil CoA arasında → 2NADH2
Krebs çemberinde → 6NADH2 ve 2FADH2
Dolayısı ile oluşan 10 NADH2 molekülünden 30 ATP,
2 FADH2 molekülünden ise 4 ATP üretilir.
Böylece 34 ATP oksidatif fosforilasyon yoluyla sentezlenmiş olur.
Bütün bu işlemler sırasında 6 mol CO2 ve 12 mol H2O oluşur.
Bu suyun 6 molekülü krebs çemberinde kullanılır.
8
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
Organik besin monomerlerinin oksijenli solunuma katılması
→Oksijenli solunumda sadece glikoz kullanılmaz.
→Aynı zamanda diğer organik besin monomerlerinin yapı taşları da kullanılır.
→Amino asitler oksijenli solunuma katılmadan önce,
deaminasyon gerçekleşir ve NH3 açığa çıkar.
Not:
→Beyin hücreleri oksijenli solunumda sadece glikoz kullanır.
9
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
Solunum Katsayısı (RQ):
→Oksijenli solunumda, Üretilen CO2 miktarının;
Tüketilen O2 miktarına oranına,
solunum katsayısı denir.
→Karbonhidratların solunum katsayısı = 1' dir.
→Yağlarda bol miktarda hidrojen bulunduğundan,
yakılmaları için bol miktarda oksijen kullanılır.
→Bu nedenle yağların solunum katsayısı < 1’ dir.
Yağların ortalama solunum katsayısı = 0,7
→Proteinlerin solunum katsayısı,
proteinin içerdiği aminoasit türüne bağlı olarak;
1’ den küçük ya da büyük olabilir.
Proteinlerin ortalama solunum katsasyısı = 0.8
→Organik asitlerin (sitrik asit) solunum katsayısı > 1' dir.
10
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
*Kemiozmotik hipotez:
→Peter mitchell tarafından ileri sürülmüştür.
→Bu hipotez, mitokondrinin iç zarında gerçekleşen oksidatif
fosforilasyon mekanizmasını moleküler düzeyde açıklar.
→Mitokondrinin iç zarında (krista) ETS elemanları bulunur.
→Oksijenli solunumda açığa çıkan H+ iyonları, krista zarında bulunan;
NADHQ-redüktaz, Sitokrom-redüktaz ve
sitokrom-oksidaz tarafından yakalanır
ve matrix sıvısından krista zarının,
dış zar tarafındaki boşluğa doğru pompalanır.
→Bunun sonucunda, krista zarının dış zara bakan kısmı pozitif (+),
matrix sıvısına bakan kısmı negatif (-) yüklenir.
→Böylece osmotik, pH ve elektrostatik bir potansiyel fark oluşturulur.
→Bu potansiyel fark, ATP sentezinde görev alan bir pil gibi görev yapar.
→Krista zarı hidrojen iyonlarına karşı geçirgen değildir.
→Zarlar arasındaki hidrojen iyonları, F0 adı verilen bir protein tarafından;
matrix sıvısına doğru geri gönderilir.
→Hidrojen iyonları matrix sıvısına geri dönerken,
ATP sentaz enzimi yardımıyla ATP sentezlenir.
11
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
*Oksijenli solunumda işaretli moleküllerin izlediği yol:
→Oksijenli solunumda; karbon ve oksijeni işaretli
glikoz (C6H12O6) ile normal atom taşıyan O2 kullanıldığında;
bu atomların hangi moleküllerin yapısına katıldığını gözlemleyebiliriz.
→Glikozun işaretli karbon ve oksijeni,
CO2 molekülünün yapısına katılır.
→Normal atom taşıyan O2 ise glikozdan
ayrılan hidrojenleri yakarak, H2O' nun yapısına katılır.
Not:
→İşaretli karbon, ağır karbon atomunu ifade eder.
→İşaretli oksijen, ağır oksijen atomunu ifade eder.
→Normal oksijen, hafif oksijen atomunu ifade eder.
12
Mustafa ayar Biyoloji Öğretmeni – Uzman Öğretmen
OKSİJENLİ SOLUNUM YAPAN BİR HÜCRENİN ENERJİ VERİMİ
Oksijenli solunum sonucu net enerji kazancı 38 ATP ‘dir.
Bir ATP molekülünün yıkımı sonucu biyolojik sistemlere
7300 kalorilik bir enerji verdiği bilinmektedir.
ATP → ADP + P + 7300 cal
Bu duruma göre bir molekül glikozdan oksijenli solunum
sonucu hücrenin sağladığı enerji miktarı
7300 x 38 = 277400 cal.’dir.
Eğer bir molekül glikoz normalde kalorimetrede
oksijenli olarak yakılsaydı 686.000 kalorilik enerji açığa çıkacaktır.
Öyleyse oksijenli solunum yapan bir hücrenin enerji verimi
Geri kalan %60 ise ısı enerjisi şeklinde ortama yayılır.
227400 / 686000 = 0,40
(Yaklaşık % 40 dır. )
Geri kalan %60 ise ısı enerjisi şeklinde ortama yayılır.