Biyoloji

Hücresel Solunum

Hücrelerde yürütülen metabolik faaliyetler için enerjiye ihtiyaç duyulur. Bu enerjiyi hücre solunumla karşılar. Solunum yapmayan bir canlı yaşayamaz. Temelde solunum enerji elde etmek amacıyla karbonhidrat,yağ ve protein gibi moleküllerin parçalanması olayıdır. Hücresel solunum oksijenin kullanılıp kullanılmamasına göre oksijensiz solunum ve oksijenli solunum olmaz üzere ikiye ayrılır.

Oksijensiz Solunum

Solunum sırasında oksijenin kullanılmadığı solunum türüne denir. Anaerob solunum olarak da adlandırılır. Oksijensiz ortamda yaşamlarını sürdüren bakteriler oksijensiz solunum yaparlar. Normalde oksijenli solunum yapan canlılar da oksijenin yetersiz olduğu durumlarda oksijensiz solunum yapabilirler.

Glukozun enzimler yardımıyla pirüvik aside kadar parçalanıp ATP üretilmesi olayına glikoliz denir. Ortamda oksijen olsun veya olmasın bütün solunum reaksiyonlarında glikoliz kısmı ortaktır. Eğer ortamda oksijen yoksa veya yeterli değilse glikoliz sonucunda oluşan pirüvik asit etil alkol veya laktik asit gibi moleküllere kadar parçalanır. Bu olaya da fermantasyon adı verilir. 

Glikozun Fermantasyonu

Glikozun fermantasyonla parçalanma reaksiyonları glikozun aktifleşmesiyle başlar. Bu olay için 2 ATP enerji harcanır. Fermantasyon reaksiyonlarının büyük bir kısmı glikolizden ibarettir. Glikoliz birbirini takip eden ve her biri ayrı bir enzimle kontrol edilen 9 basamaktan oluşur. Bu basamaklar sonucunda pirüvik asit elde edilir. 

Oksijensiz şartlarda pirüvik asit iki yönde değişikliğe uğrar. Şayet pirüvik asitten alkol meydana geliyorsa buna alkol fermantasyonu, laktik asit meydana geliyorsa buna da laktik asit fermantasyonu denir. Laktik asit fermantasyonu denklem olarak şu şekilde ifade edilebilir:

Glikoz + 2ATP → 2 Laktik asit + 4ATP

Etil alkol fermantasyonu da özetle şu şekilde ifade edilir. 

Glikoz + 2ATP → 2 Etil alkol + 2CO2 + 4ATP 

Görüldüğü gibi alkol fermantasyonunda farklı olarak karbondioksit açığa çıkmaktadır. Alkol fermantasyonu çoğunlukla bakterilerde olmak üzere maya hücrelerinde ve bazı bitkilerde görülür. Bakterilerde etil alkolün yanı sıra asetik asit, aseton ve bütanol gibi maddeler de açığa çıkabilir. 

Glikoliz ve fermantasyon tamamen sitoplâzmada gerçekleşir. Toplam 4 ATP elde edildiği halde başlangıçta 2 ATP harcandığı için 2 ATP üretim yapıldığı kabul edilir. Bu reaksiyonlarda glikoz tamamen parçalanmadığı için açığa çıkarılan enerji ve ATP miktarı azdır. 

glikoliz

Oksijenli Solunum

Solunum esnasında oksijenin kullanıldığı solunum çeşididir. Aerob solunum da denir. Hücrelerin mitokondri organelinde gerçekleşir. Oksijenli ortamda monosakkaritler, yağ asitleri, gliserol ve bazı aminoasitler kilit bileşik olan asetil koenzim-A'ya dönüştükten sonra krebs çemberi reaksiyonlarına girerler. Sadece bazı aminoasitler bu dönüşümü yaşamadan krebs çemberi reaksiyonlarına direk olarak girerler. Oksijenli solunumda başlıca üç temel safha vardır.

  1. Glikoliz
  2. Krebs çemberi
  3. Oksidatif fosforilasyon

Bu safhalardan olan glikoliz oksijensiz solunumdakiyle aynıdır. Oksijenli solunumda da öncelikle sitoplâzmada glikoliz reaksiyonları gerçekleşir. Bunun sonucunda 2 ATP elde edilir. Glikoliz sonucu oluşan pirüvik asit de asetil koenzim-A'ya dönüşerek krebs çemberine dahil olur. Glikoliz evresinden özetle bahsettik. Şimdi de sonraki iki safhayı inceleyelim. 

Krebs Çemberi

Bu safha glikolizle meydana gelen pirüvik asidin oksijenin varlığında asetil koenzim-A ve karbondiaksite dönüşmesinden sonra başlar. Mitokondrinin içerisinde gerçekleşir. İlk oluşan ara bileşik sitrik asit olduğu için sitrik asit çemberi de denir. Krebs çemberinde görev yapan enzimler mitokondrinin iç zarına gevşek olarak bağlanmışlardır ya da mitokondri sıvısında toplanmışlardır. Çember şeklindeki bir döngü ile bileşikler birbirlerine dönüşerek geri kalan süreçte kullanılacak maddeler elde edilir. 

Krebs çemberi sonucunda 6 tane NADH2 ve 2 tane FADH2 oluşur. Bunların taşıdığı elektronlar ve hidrojenler ETS'ye aktarılıp yükseltgenme durumuna geçer ve ATP üretilir. 

Oksidatif Fosforilasyon

Oksijenli solunumun glikoliz ve krebs çemberi reaksiyonları sırasında doğrudan üretilen ATP miktarı oldukça azdır. Bu reaksiyonlar dizisinin çeşitli basamaklarında ara bileşikler oluşurken hidrojen atomları bu bunların yüksek enerjili elektronları ayrılır. Bu hidrojenler NAD ve FAD tarafından tutularak mitokondrinin yüzeyine tutunmuş koenzimlerin oluşturduğu elektron taşıma sistemine aktarılır. Bu sistemde yükseltgenme ve indirgenme reaksiyonları ortaya çıkan enerjinin bir kısmı sisteme bırakılır. Bu enerjinin bir bölümü ısı enerjisine dönüşüp kaybolurken bir kısmı da ADP molekülüne fosfat ekleyerek ATP üretilmesinde kullanılır. Dolayısıyla oksijenli solunumda ATP verimi oldukça yüksektir. İşte yükseltgenme reaksiyonları ile bu şekilde ATP üretilmesi olayına oksidatif fosforilasyon denir.

Oksijenli solunumun baştan sona bütün evrelerinde toplam 40 ATP üretilmesine rağmen başta glikolizde harcanan 2 ATP'yi düşersek bir glikoz molekülünden net olarak 38 ATP elde edildiğini söyleyebiliriz.