HÜCRE SOLUNUMU
Organizmalar, hayatlarını devam ettirebilmek ve bütünlüklerini koruyabilmek için enerjiye ihtiyaç duyarlar. Bu enerji, canlının besin olarak aldığı organik maddelerin parçalanması ile elde edilir. Yeşil bitkiler, ışık enerjisini kimyasal bağ enerjisine dönüştürerek enerjiyi besinlerde depo ederler. Fosforilasyonda organik besinlerin yapısında bulunan kimyasal bağ enerjisi solunumda ATP sentezlenmesinde kullanılır.
Canlıların ATP enerjisi üretmek amacıyla organik maddeleri hücre içinde parçalaması reaksiyonlarına “hücre solunumu” denir.
Hücrelerde ADP’ye P bağlanarak ATP sentezlenmesine “Fosforilasyon” denir.
Hücresel solunum oksijen kullanılıp kullanılmamasına göre oksijenli solunum ve oksijensiz solunum olmak üzere ikiye ayrılır.
A. OKSİJENLİ SOLUNUM
Organik monomerlerin, O2’li ortamda, enzimler varlığında CO2 ve H2O’ya kadar parçalanması ve bu sırada açığa çıkan enerjinin ATP’ye dönüştürüldüğü metabolik olaylara oksijenli solunum denir. Oksijenli solunum tepkimelerinin genel özellikleri şunlardır:
* Tüm basamaklarda enzimler görev alır.
* Ökaryot hücrelerde, oksijenli solunum tepkimelerinin bir bölümü sitoplazmada bir bölümü mitokondride gerçekleşir.
* Tepkimeler sırasında organik monomerlerin yapısındaki C, CO2 olarak dışarı verilirken; H ise ETS denilen özel bir sistemle O2’e kadar taşınır ve birleşim sonucu H2O oluşur.
Genel denklem şu şekildedir.
Bir molekül glikoz oksijenli solunumda parçalandığında yaklaşık 32 ATP sentezlenir. Glikozun parçalanmasında oluşan enerjinin %40’ı ATP’ye dönüştürülür. Geri kalan kısmı ise ısı olarak açığa çıkar. Bu ısı vücudun sıcaklığını korumada kullanılır.
* Oksijenli solunum; ökaryotların sitoplazmasında başlar mitokondrilerinde biter. Aerob bakterilerde ise sitoplazmada başlar ve sitoplazmada sonlanır. Bakteriler prokaryot oldukları için zarlı organel (mitokondri) yoktur.
* Ara ürünlerden kopan hidrojen atomları NAD+ ve FAD koenzimleri ile yakalanarak ETS’ye taşınır.
* ATP üretimi substrat seviyesinde fosforilasyon ve oksidatif fosforilasyon ile gerçekleşir.
* Son ürün olarak CO2, H2O ve ATP oluşur. Oluşan CO2‘nin yapısına glikozdan karbon (C) ve oksijen (O) atomları; H2O’nun yapısına ise glikozdan hidrojen (H) ve atmosferden oksijen (O) atomları katılır. Aşağıdaki denklemde oksijenli solunumda reaksiyona giren maddeler ve bunların hangi ürüne nasıl dönüştükleri görülmektedir.
Denklemde görüldüğü üzere oksijen glikozun parçalanarak ATP sentezlenmesinde görev almaktadır. Ancak O2 tepkimeye doğrudan girmez. Yani hücresel solunum bir yanma reaksiyonu değildir. Oksijen solunumda glikozların hidrojenlerini alarak suyu meydana getirir. Bu reaksiyonda oksijen son elektron alıcısı olarak görev yapar.
MİTOKONDRİ:
Mitokondri çift zarlı bir organeldir. Dış zar düz, iç zar ise kıvrımlıdır. Kıvrımlı iç zara Krista denir. İki zar arasında zarlar arası boşluk bulunur.
Kristada solunum enzimlerinin bir kısmı bulunur. ETS reaksiyonları zarda gerçekleştiği için zar yüzeyi ne kadar geniş olursa o kadar fazla ATP sentezlenir. Yüzey alanı kristanın kıvrımları sayesinde arttırılmış olur.
Kıvrımların iç kısmını dolduran Matriks denilen sıvı bulunur. Matrikste de oksijenli solunum enzimlerinin bir kısmı bulunur.
Besin monomerleri hücre sitoplamasında bir miktar parçalanır, oluşan moleküller mitokondriye geçer. Bu moleküller mitokondride CO2 ve H2O şeklinde inorganik maddelere kadar parçalanır.
OKSİJENLİ SOLUNUM EVRELERİ
Oksijenli solunum tepkimeleri ökaryot hücrelerde 4 aşamada gerçekleşir.
A – Glikoliz reaksiyonları (Sitoplazmada)
B – Piruvat okidasyonu (Mitokondrinin matriks sıvısında)
C – Krebs reaksiyonları (Mitokondrinin matriks sıvısında)
D – E.T.S. (Elektron Taşıma Sistemi) reaksiyonları (Mitokondrinin krista zarında)
Hücresel solunumda organik besinlerin yıkımı basamak basamak ve enzimler aracılığı ile gerçekleşir. Her basamakta ayrı bir enzim görev yapar. Solunum tepkimeleri gerçekleşirken bazı basamaklarda, substrat molekülündeki fosfat grubunun ADP’ye enzimatik reaksiyonlar ile aktarılması sonucu ATP sentezi gerçekleşir (Substrat Düzeyinde Fosforilasyon). Bazı basamaklarda ise besinin yıkılması sonucu açığa çıkan H atomlarından taşıyıcı moleküller (NAD+ ve FAD) ve oksijen yardımıyla ATP sentezi gerçekleşir (Oksidatif Düzeyde Fosforilasyon).
