Hücrelerde Enerji Transferi: ATP ve Kimyasal Tepkimeler
Hücreler, enerji ihtiyaçlarını karşılamak ve hayatta kalmak için enerjiye ihtiyaç duyarlar. Bu enerji, açık sistemler olarak adlandırılan ekosistemlerde madde ve enerji alışverişi yaparak sağlanır. Ekosistemlerdeki temel enerji kaynağı güneştir. Güneş enerjisi, fotosentetik organizmalar tarafından kimyasal bağ enerjisine dönüştürülür ve büyük moleküller içerisinde depolanır.
Heterotrof organizmalar ve fotosentetik özellikte olmayan hücreler ise besinlerini dışarıdan hazır olarak almak zorundadır. Bu organizmalar, kendi bünyelerinde gerçekleşecek kimyasal reaksiyonlar için gereken enerjiyi besinleri yıkarak elde ederler. Ekosistemlerdeki madde ve enerjinin akışı, fotosentez ve solunum gibi olaylarla gerçekleşir. Fotosentez, güneş enerjisini kimyasal bağ enerjisine dönüştürerek organik besinler üretirken, solunum besinlerden açığa çıkan enerjiyi serbest bırakır.
Hücre, minyatür bir kimya laboratuvarı olarak düşünülebilir. Binlerce kimyasal tepkimenin gerçekleştiği hücrede, bazı tepkimeler sırasında enerji açığa çıkarılırken, bazıları için enerjiye ihtiyaç duyulur. Tüm kimyasal tepkimelerin başlayabilmesi için aktivasyon enerjisi denilen bir engelin aşılması gereklidir. Enzimler, aktivasyon enerjisi engelini aşmada yardımcı olur ve hücrede gerçekleşecek tepkimeler için uygun koşullar yaratır.
ATP, tüm canlı hücrelerde enerji transfer molekülü olarak kullanılır. ATP molekülü, adenin bazı, riboz şekeri ve 3 fosfat grubundan oluşur. Fosfat grupları arasındaki yüksek enerjili bağlar, ATP’nin enerji depolama ve transfer etme yeteneğini sağlar. ATP molekülün yapısındaki bir fosfat grubunun çıkarılması sonucunda ADP ve Pi olarak sembolize edilen inorganik fosfat kalırken yaklaşık 13.000 kalorilik enerji açığa çıkar. ATP molekülün enzim kontrolünde hidroliz edilerek içindeki enerjinin açığa çıkarılmasına defosforilasyon denir.
Güneş ışığı kaynaklı ya da besinlerin yıkılması sonucunda açığa çıkan enerjinin ADP molekülüne fosfat bağlanması için kullanılması ile ATP sentezi gerçekleşir. Fosforilasyon olarak adlandırılan ATP sentezi, substrat düzeyinde, oksidatif fosforilasyon ve fotofosforilasyon şeklinde gerçekleşebilir. ATP, hücredeki ekzergonik reaksiyonlarla endergonik reaksiyonlar arasında kontrollü enerji transferini sağlar.