Bu videolara ait PDF dosyalarına buradan ulaşabilirsiniz.

pdf_sh.png

Fermantasyon ve Oksijensiz Solunum

pdf_sh.png

Oksijenli Solunum

Hücresel Solunum

✔ Besinlerin hücre içerisinde parçalanması ile ATP üretimini sağlayan mekanizmaya Hücresel Solunum denir.

✔ Hücresel solunum sonucu açığa çıkan serbest enerji, ATP içine yerleştirilerek canlının hayatsal faaliyetlerinin (Fotosentez ve kemosentezde kullanılmaz.) yerine getirilmesinde kullanılır.

✔ Her canlının hücresel solunum mekanizması vardır. Tüm hücresel solunum mekanizmaları Glikoliz Reaksiyonu ile başlar. Daha sonra enzimler ve oksijenin varlığına göre farklı şekilde ilerler.

 

Oksijenli Solunum (Aerobik):  Oksijen yardımı ile besin monomerlerinin parçalanarak enerjinin üretildiği solunum reaksiyonudur.

Oksijensiz Solunum (Anaerobik): Oksijen olmadan besin monomerlerinin parçalanarak enerjinin üretildiği solunum reaksiyonudur.
Fermantasyon: Enzimler yardımı ile besin monomerlerinin kısmen parçalanması ile enerjinin üretildiği solunum reaksiyonudur.

GLİKOLİZ REAKSİYONU

✔ Canlının hücresel solunum mekanizması hangisi olursa olsun tüm mekanizmalar Glikoliz Reaksiyonu ile başlar.

✔ Glikoliz reaksiyonu tüm canlılarda sitoplazmada gerçekleşir. Çünkü glikoliz reaksiyonunun gerçekleşmesini sağlayan enzimler tüm canlılarda sitoplazmada bulunur. Bu durumda glikoliz reaksiyonunu gerçekleştirmek canlıların ortak özelliğidir.

✔ Glikozu aktifleştirmek (kararsızlaştırmak) için 2 tane ATP harcanır. Bu ATP solunum reaksiyonunun aktivasyon enerjisidir. Bunun sonucunda kararsız ara bileşik oluşur. (Fruktoz bifosfat)

✔ Kararsız ara bileşik kendiliğinden ikiye bölünerek 2 tane PGAL (3C) oluşturur.

✔ Her bir PGAL yükseltgenip, NAD indirgenerek 2 tane NADH2 oluşur.

✔ Substrat düzeyinde fosforilasyon ile 4 tane ATP üretilir.

✔ 2 tane pirüvat oluşur.

✔ Net olarak 2 ATP üretilmiş olur. Üretilen ATPler canlının hayatsal faaliyetlerinde kullanılır.

✔ NADH2’ler canlının solunum mekanizmasına göre değerlendirilir.

✔ Üretilen pirüvat canlının hücresel solunum mekanizmasına uygun olarak bir yola girer. Pirüvat organik bir madde olduğundan glikoz bu reaksiyonda tam olarak parçalanamamıştır. Bu nedenle ATP üretimi az olmuştur.

OKSİJENSİZ SOLUNUM

✔ Bazı prokaryotlar besin monomerlerini oksijen dışındaki  inorganik maddeler ile parçalar.

✔ ETS görev alır.

✔ Elde ettikleri ATP miktarı oksijenli solunma göre az, fermantasyona göre çoktur.

✔ Azot döngüsünde rol alan denitrifikason bakterileri, denitrifikasyon olayını oksijensiz solunum mekanizmaları ile gerçekleştirirler. Bu canlılar çoğunlukla heterotrof olmalarına rağmen, kemoototrof olanları da vardır.

FERMANTASYON

✔  Organik monomerlerin enzimler tarafından oksijen ya da farklı bir inorganik madde kullanılmadan parçalanması ile gerçekleştirilen hücresel solunumdur.

✔ Organik maddelerin parçalanması kısmen gerçekleştiğinden diğer solunum çeşitlerine göre oldukça az miktarda enerji üretimi gerçekleştirilir.

✔ Prokaryot ve ökaryot olan birçok canlıda görülebilir. Bakteri, mantar, bitki tohumları, bağırsak solucanları ve memeli canlıların çizgili kaslarında görülür.

✔ Glikoliz ve ürün oluşum aşaması olmak üzere iki aşamada gerçekleşir.

✔ Enerji üretimi sadece glikoliz aşamasında gerçekleşir.

✔ Ürün oluşum aşamasında glikolizin son ürünü olan pirüvat canlının türüne göre alkol ya da laktik asit gibi organik maddelere dönüştürülür.

✔ Fermantasyon yapabilen canlılar endüstriyel alanda kullanılır. Yoğurt, peynir, alkollü içecek, boza, sucuk, sosis ve ekmek gibi gıda ürünleri üretilir.

ETİL ALKOL FERMANTASYONU

✔ Son ürün olarak etil alkolün üretildiği fermantasyon çeşididir.

✔ Bazı bakteriler, maya hücreleri ve bitki tohumlarında görülür.

Maya hücreleri oksijen varlığında oksijenli solunum, oksijensiz ortamda ise etil alkol fermantasyonu yaparlar.

✔Endüstride bira, şarap, boza, ekmek ve saf alkol üretiminde kullanılır.

 

✔ Etil alkol fermantasyonu sitoplazmada gerçekleşir.

✔ Glikoliz ile üretilen pirüvat ve NADH2 etil alkol oluşum aşamasına katılırken ATP hayatsal faaliyetlerde kullanılır.

✔ Oluşan pirüvat yapısından bir molekül CO2 ayrılır. Asetaldehit oluşur.

✔ Asetaldehitin indirgenmesi, NADH2’nin yükseltgenmesi sonucu etil alkol oluşur.

✔ Asetaldehit, etil alkol fermantasyonunun ara bileşiğidir. Ayrıca bu reaksiyonun son indirgenen molekülüdür.

✔ 1 tane glikozdan 2 tane etil alkol, 2 tane CO2 ve net 2 ATP üretilir.

LAKTİK ASİT FERMANTASYONU

✔ Son ürün olarak laktik asidin üretildiği fermantasyon çeşididir.

✔ Bazı bakteriler ve omurgalıların çizgili kas hücrelerinde görülür.

✔Endüstride peynir, kefir, yoğurt, turşu üretiminde kullanılır. Ayrıca, asit özelliğinde bir madde olduğundan gıdaların içerisinde zararlı mikroorganizmaların üremesini engelleyerek koruyucu etki yapar.

 

✔ Laktik asit fermantasyonu sitoplazmada gerçekleşir.

✔ Glikoliz ile üretilen pirüvat ve NADH2 laktik asit oluşum aşamasına katılırken ATP hayatsal faaliyetlerde kullanılır.

✔ Oluşan pirüvatın indirgenmesi, NADH2’nin yükseltgenmesi sonucu laktik asit oluşur. Bu reaksiyonun son indirgenen molekülü pirüvattır.

✔ Laktik asit fermantasyonunda CO2 çıkışı görülmez. Bu nedenle oluşan laktik asit geri dönüşüm reaksiyonları ile pirüvat haline hatta glikoz halline getirilebilir.

✔ 1 tane glikozdan 2 tane laktik asit ve net 2 ATP üretilir.

✔ Omurgalıların çizgili kas hücreleri oksijen yetersiz olduğunda laktik asit fermantasyonu yapar. Üretilen laktik asit kasta birikir ve yorgunluğa neden olur. Laktik asitler kana geçer; kanda belirli bir düzeye gelince beyindeki yorgunluk ve uyku merkezini uyarır; uyku gelmesine ve kaslarda ağrı oluşumuna neden olurlar. Dinlenme durumunda laktik asitlerin bir kısmı karaciğere gider ve burada pirüvata dönüştürülür. Pirüvatın bir kısmı oksijenli solunumda kullanılırken, bir kısmı glikoz haline getirilir ve glikojen halinde depolanır. Laktik asitlerin bir kısmı ise kas hücrelerinde pirüvata dönüştürülür.

Etil Alkol ve Laktik Asit Fermantasyonunun Karşılaştırılması

Etil Alkol Fermantasyonu

✔ Etil alkol oluşur.

✔ Oluşan son organik ürün 2 karbonludur. (Organik ve inorganik ürün)

✔ Karbondioksit oluşur.

✔ Kapalı kap basıncını artırır.

✔ Geri dönüşümü yoktur.

Laktik asit Fermantasyonu

✔ Laktik asit oluşur.

✔ Oluşan son organik ürün 3 karbonludur. (Organik ürün)

✔ Karbondioksit oluşmaz.

✔ Kapalı kap basıncını değiştirmez.

✔ Geri dönüşümü vardır.

OKSİJENLİ SOLUNUM

✔ Besin moleküllerinin oksijen varlığında su ve karbondioksite kadar parçalandığı hücresel solunum reaksiyonlarına oksijenli solunum denir.

✔ Enerji ihtiyacı fazla olan canlılarda görülür. Oksijensiz solunuma ve fermantasyona göre daha fazla ATP üretilir. Besin moleküllerinden ayrılan elektronların son alıcısı oksijen olduğundan bu isim verilmiştir.

MİTOKONDRİ

✔ Ökaryot hücrelerde oksijenli solunumun gerçekleşmesini s ağlayan organeldir.

✔ İç ve dış olmak üzere iki zardan oluşmuştur. İç zarı kıvrımlıdır. Yapmış olduğu kıvrımlara krista adı verilir. Kristalar, mitokondrinin solunum verimini artırır.

✔ İçini dolduran sitoplazma benzeri sıvıya matriks denir. Matriks içerisinde DNA, RNA, ribozom ve enzim başta olmak üzere çok sayıda organik ve inorganik madde vardır. Halkasal DNA’ya sahiptir.

✔ Protein sentezi yapabilir ve hücre kontrolünde bölünebilir.

MEZOZOM

✔ Oksijenli solunum yapan prokaryot canlılarda hücre zarının sitoplazmaya doğru yapmış olduğu kıvrılmalar ile oluşturulmuş yapıdır.

✔ Kesinlikle organel değildir.

✔ Oksijenli Solunum 4 aşamada gerçekleşir.
1) Glikoliz

2) Pirüvat oksidasyonu (Krebs hazırlık evresi)

3) Krebs

4) ETS

 

✔ Ökaryotlarda glikoliz sitoplazmada, pürivat oksidasyonu ve krebs matrikste, ETS ise iç zarda gerçekleşir.

✔ Prokaryotlarda glikoliz, pürivat oksidasyonu ve krebs sitoplazmada, ETS hücre zarında gerçekleşir.

 

1) Glikoliz

✔ Tüm hücresel solunum tepkimelerinin başlangıç kısmıdır.

✔ Her canlıda sitoplazmada gerçekleşir.

✔ Glikoliz evresi sonunda oluşan NADH2 ve pirüvatlar mitokondri içine girer ve krebse katılır.

2) Krebs Hazırlık Evresi (Pürivat Oksidasyonu)

 

✔ Mitokondrinin matriksinde gerçekleşir.

✔ Glikoliz sonucu üretilmiş olan pürivat molekülleri mitokondrinin matriksine geçerek enzimler aracılığı ile asetil-CoA haline getirilir. Bu sırada tepkimeden CO2 ayrılır, NAD indirgenir ve asetil-CoA oluşur.

Krebs (Sitrik asit döngüsü)

✔ Mitokondri matriksinde gerçekleşir.

✔ Krebs hazırlık sonunda oluşan asetil Co-A bir önceki döngü sonunda oluşmuş olan okzaloasetik asitle birleşerek sitrik asiti oluşturur.

✔ Krebs boyunca sitrik asitten CO2 çıkışı görülür. Ayrıca
NAD ve FAD indirgenmeleri gerçekleşir. NADH2 ve FADH2’ler oluşur.

✔ SDF ile ATP üretilir.

✔ Döngüde su kullanılır. (6 tane)

✔ 1 tane glikozdan 4 tane CO2, 6 tane NADH2, 2 tane FADH2 ve 2 tane ATP üretilir.

ETS (Elektron taşıma sistemi)

✔ Glikoliz, krebs hazırlık ve krebs boyunca NADH2 ve FADH2lere aktarılmış olan elektronlar mitokondrinin iç zarına gelerek zar üzerine yerleşmiş olan özel proteinler yardımı bir dizi indirgenme ve yükseltgenme tepkimeleri ile aktarılır. Bu aktarım sırasında açığa çıkan enerjinin bir kısmı ısı olarak sistemden ayrılır. Bu ısı sıcakkanlı canlılarda vücut sıcaklığının sabit tutulmasında kullanılır. Açığa çıkan enerjinin geri kalanı ise ATP içine yerleştirilerek hayatsal faaliyetlerde kullanılabilir hale getirilir.

✔ Koparılan elektronların ETS boyunca aktarılıp en son olarak oksijen tarafından tutulması ve bu sırada açığa çıkan enerji ile ATP sentezlenmesine oksidatif fosforilasyon denir. (Oksijensiz solunumda en son elektron tutucu oksijen dışında bir inorganik maddedir.)

✔ ETS elemanları iç zar üzerinde elektron tutma kapasiteleri  (elektronegatiflik) artacak şekilde sıralanmışlardır.

✔ Elektronlar ETS boyunca aktarıldıkça elektronun enerjisi düşer. Bu nedenle son elektron tutucusu en güçlü elektron tutucusudur. Bu madde oksijendir.

✔ Oksijen ETS’den gelen elektronlar ile NADH2 ve FADH2’lerin hidrojenlerini alarak H2O oluşumunu sağlar.

✔ 1 glikoz için 6O2 harcanır, 12H2O oluşur.

Kemiozmotik Teori

✔ ETS sırasındaki oksidatif fosforilasyon mekanizmasını açıklayan teoridir.

✔ NADH2 ve FADH2 elektronlarını ETS ye aktardığında açıkta kalan hidrojenler açığa çıkan enerjinin etkisi ile zarlar arası boşluğa geçer. Bu geçiş matriks ile zarlar arası boşluk arasında potansiyel fark oluşmasına yol açar. İç zar hidrojenlere geçirgen olmadığından hidrojenler potansiyel farkı eşitleyebilmek için zar üzerinde bulunan ATP Sentaz içerisinden matrikse geri dönerler. Bu durum ATP Sentazın aktifleşerek ATP üretmesine yol açar.

✔ NADH2’nin getirdiği H için 2,5 ATP, FADH2’nin getirdiği H için 1,5 ATP üretilir.

✔ 2 tane glikoliz
    2 tane krebs hazırlık

    6 tane krebs olmak üzere toplam 10 tane NADH2 üretilir.

✔ 2 tane krebs olmak üzere toplam 2 tane FADH2 üretilir.

✔ ETS de oksidatif fosforilasyon ile toplamda 28 ATP

(25 à NAD, 3 à FAD) üretilmiş olur.

 

✔Oksijenli solunumda bir tane glikoz için net 30-32 ATP üretilir. Bu farklılık glikoliz evresinde üretilen NADH2 moleküllerinin farklı hücrelerde ETS ye farklı yerlerden katılmasından kaynaklanır.


Örnek: iskelet kası ve beyin hücrelerinde 30 ATP, karaciğer böbrek ve kalp hücrelerinde 32 ATP üretilir.

 

✔ Oksijenli solunumda toplamda 12 H2O üretilir. Krebste 6 H2O kullanıldığından net 6H2O üretilmiş olur.

BESİNLERİN OKSİJENLİ SOLUNUMA KATILMA YOLLARI

Oksijenli solunumda organik madde olarak sadece glikoz kullanılmaz.

✔ Karbonhidratlar solunuma katılacaksa glikoza kadar parçalanır. Galaktoz ve fruktoz ise glikoza dönüştürülerek solunuma katılır.

✔ Proteinler aminoasitlere parçalanırlar. Aminoasitler solunuma katılmadan önce Deaminasyona uğrarlar. Yapılarındaki azot NH3 (amonyak) olarak ayrılır. Karaciğerde üreye dönüştürülür ve böbrekler ile vücuttan uzaklaştırılır. Oluşan molekülün karbon sayısına göre farklı yollardan hücre solunumuna katılır.

✔ Lipitler hidroliz sonucunda gliserol ve yağ asidi haline dönüştürülürler.
Gliserol PGAL ye dönüştürülerek glikoliz aşamasına katılır.
Yağ asitleri ise Beta Oksidasyon adı verilen reaksiyonlar ile 2 karbonlu moleküller halinde parçalanarak asetil co-A dönüştürülüp hücresel solunuma katılırlar.