Melek Bıçakçı - Biyoloji Öğretmeni
MEB KAZANIMLARI NE DİYOR?
12.2.4. Hücresel Solunum
Anahtar Kavramlar
fermantasyon, glikoliz, mitokondri, oksijenli solunum, hücresel solunum, krebs döngüsü, oksijensiz solunum
18.104.22.168. Hücresel solunumu açıklar.
a.Oksijenli solunum; glikoliz, krebs döngüsü ve ETS-oksidatif fosforilasyon olarak verilir.
b.Tepkimelerdeki NADH, FADH2 , ATP üretim ve tüketimi matematiksel hesaplamalara girilmeden verilir.
c.Tüm canlılarda glikozun çeşitli tepkimeler zinciri ile pirüvik asite parçalandığı vurgulanır. Pirüvik asite kadar olan ara basamaklara ve ara ürünlere değinilmez.
ç. Etil alkol-laktik asit fermantasyonu açıklanarak günlük hayattan örnekler verilir.
d.Oksijensiz solunumda, elektronun oksijen dışında bir moleküle (sülfat, kükürt, nitrat,karbondioksit, demir) aktarıldığı belirtilir.
e.Oksijenli solunumda fermantasyona göre enerji verimliliğinin daha fazla olmasının nedenleri üzerinde durulur.
f.Hücresel solunum süreçleri görsel ögeler, grafik düzenleyiciler, e-öğrenme nesnesi ve uygulamalarından faydalanarak açıklanır.
22.214.171.124. Oksijenli solunumda reaksiyona girenler ve reaksiyon sonunda açığa çıkan son ürünlere ilişkin deney yapar.
HÜCRESEL SOLUNUMUN AMACI
Canlılar yaşamsal faaliyetlerini gerçekleştirebilmek için enerjiye ihtiyaç duyarlar. Hücre zarından geçiş olaylarından bazıları, hareket, sinirsel iletim gibi pek çok yaşamsal faaliyet ATP harcanarak gerçekleştirilir. Bu ATP’nin eldesi ise besinlerin parçalanması ile sağlanır. Besin moleküllerinin kimyasal bağlarında bulunan enerji, çeşitli enzimler yardımıyla ve bazı reaksiyon zincirleri sonucunda ATP’ye ve ısıya dönüştürülür.
Canlılarda besinlerden ATP üretimini sağlayan 3 temel olay vardır:
1. Fermantasyon
2. Oksijenli solunum
3. Oksijensiz solunum
Her üç olay da canlı hücreler içerisinde meydana gelir ve canlının ihtiyaç duyduğu enerjinin üretimini sağlar.
GLİKOLİZ
Her üç enerji üretim mekanizması da glikoliz adı verilen tepkimeler zinciri ile başlar. Glikoliz prokaryot veya ökaryot tüm hücrelerde sitoplazmada gerçekleşir. Tüm canlılar için ortak bir evredir.
Solunum ve fermantasyon tepkimeleri pek çok besin monomeri ile başlayabilir ancak genelde glikoz ile başlayan tepkimeleri inceliyoruz.
Glikoliz tepkimeleri sonucu 1 mol glikozdan 2 adet pirüvat (3C’lu bir molekül) ve 2 adet NADH molekülü sentezlenir. Ayrıca net 2 ATP üretilir. ATP üretimi, substrat düzeyinde fosforilasyon ile sağlanır.
NAD ( Nikotinamid Adenin dinükleotid) : Bir çeşit koenzimdir. Fotosentezde görev yapan NADP ile benzer yapılıdır. Hidrojen alınca indirgenerek NADH ‘a dönüşür.
Pirüvat ya da pirüvik asit 3C’lu bir ara moleküldür. Olayın niteliğine göre gerektiğinde etil alkol gibi organik moleküllere, gerektiğinde de karbondioksit ve suya dönüştürülebilir.
Burada önemli rol oynayan moleküllerden biri de NAD’dir. Glikozun yapısında bulunan hidrojenlerden bir bölümü NAD tarafından yakalanır. Elektron alan NAD molekülleri indirgenir. Amaç, bu hidrojenleri ETS (Elektron Taşıma Sistemi) aşamasına taşıyarak her birinden ATP üretimini sağlamaktır.
NOT: Glikoliz tepkimelerinin ve diğer evrelerin ara basamakları daha önceki yıllarda anlatılmaktaydı. Ancak yeni müfredatta yer almamaktadır.
FERMANTASYON
Glikoz moleküllerinin etil alkol, laktik asit, asetik asit gibi organik moleküllere kadar parçalanmasıdır. Oluşan moleküller yeterince küçük değildir yani koparılan bağ sayısı azdır. Bu nedenle fermantasyon sonucu oluşan ATP, solunum tepkimelerine göre oldukça azdır.
Bilmemiz gereken 2 çeşit fermantasyon vardır:
1. Etil alkol fermantasyonu
2. Laktik asit fermantasyonu
Her iki fermantasyon da glikoliz evresi ile başlar ve her ikisinin de tamamı sitoplazmada gerçekleşir.
Etil Alkol Fermantasyonu:
1 molekül glikozdan 2 molekül etil alkol, 2 CO2 , ATP ve ısı elde edilmesidir.
Pirüvik asit 3C’lu bir bileşikken etil alkol 2C’ludur. Bu nedenle pirüvik asit molekülü C (karbon) kaybeder ki bu da CO2 çıkışı ile sağlanır. Bu aşamada asetaldehit adı verilen bir ara molekül oluşur.
NOT: Asetaldehit ,etil alkol fermantasyonu sırasında oluşan 2 C’lu bir ara bileşiktir.
Asetil Co-A ise solunum tepkimeleri sırasında oluşan,yine 2 C’lu bir ara moleküldür. İki molekülü birbirine karıştırmamalıyız.
Ayrıca üretilen ve tüketilen ATP sayıları önemsizdir.
NAD molekülü glikolizde yakaladığı hidrojenleri Asetaldehit molekülüne aktararak yükseltgenir. Yani etil elkol fermantasyonunda son elektron alıcısı asetaldehittir.
Etil alkol fermantasyonu prokaryot ya da ökaryot bazı hücrelerde gerçekleşebilir. Üzüm suyunu sirkeye dönüştüren bakteriler, bira mayası, bazı bitki tohumları etil alkol fermantasyonu yapabilirler. Bira mayasının oksijensiz ortamda etil alkol fermantasyonu yapması sonucu oluşan CO2 , mayalanan hamurun kabarmasına neden olur. Uyku halindeki bazı tohumlarda oksijenli solunum yerine etil alkol fermantasyonu yapılır.
Laktik Asit Fermantasyonu:
1 molekül glikozdan 2 molekül laktik asit, 2 NADH ve net 2 ATP elde edilir.
Pirüvik asit de Laktik asit de 3C’lu bileşiklerdir. Bu nedenle laktik asit fermantasyonunda CO2 çıkışı gerçekleşmez. NAD molekülü glikolizde yakaladığı hidrojenleri pirüvik aside aktarır. Yani laktik asit fermantasyonunda son elektron alıcısı pirüvik asittir.
NOT: Tüm fermantasyon tepkimeleri sitoplazmada gerçekleşir.
Laktik asit fermantasyonu, oksijenin yeterli olmadığı durumda çizgili kas hücrelerinde meydana gelir. Dinlenme veya oksijenin yeterli olması halinde laktik asit karaciğerde tekrar pirüvik aside dönüştürülerek oksijenli solunum tepkimelerinde kullanılabilir.
Laktik asit fermantasyonu ayrıca sütün yoğurda dönüşümünü sağlayan bakterilerce de gerçekleştirilir.
OKSİJENLİ SOLUNUM
Bazı prokaryotlarda ve ökaryotlarda gerçekleşen enerji üretim mekanizmasıdır. En fazla ATP üretimi oksijenli solunum ile sağlanır. Prokaryotlarda sitoplazmada başlar, plazma zarı kıvrımlarında sonlanır. Ökaryotlarda ise sitoplazmada başlar, mitokondride devam eder ve sonlanır.
G