Bilim ve Sağlık

Canlılar yaşamlarını devam ettirebilmek için sürekli enerji elde etmek zorundadır. Enerjiyi de ancak besin maddelerini yıkarak yani daha küçük moleküllere parçalayarak elde eder. Canlıların besin maddelerini yıkarak onlardan enerji elde etmelerine solunum denir.
Bazı canlılar hücrelerinde bulunan yapılar sayesinde ortamda da oksijen varsa besinleri CO2 ve H2O'ya kadar yıkabilirler. Oksijen kullanmayan canlılar ise glikoz molekülünü ancak pürivata kadar yıkabilir. Pürivak molekülü henüz tam olarak yıkılmadığından bağları arasında hala enerji vardır. Bu yüzden pürivata kadar yıkabilen canlılar yani oksijen kullanamayan canlılar 1 mol glikozdan daha az enerji elde edebilirler. Buradan çıkan sonuç şudur. Bazı canlılar besinlerin yıkılmasında okasijen kullanırlar; yani oksijenli solunum yaparlar.

Bazıları ise oksijen kullanamaz yada yeterli oksijen bulamaz; yani oksijensiz solunum yaparlar. oksijenli ve oksijensiz solunumları incelemeden önce bilinmesi gereken bir şey vardır ve bu hiç unutulmamalıdır. Canlılar ister oksijenli ister oksijensiz solunum yapsın başlangıç reaksiyonları hücrenin stoplazmasında gerçekleşir ve hep aynıdır.

Aşağıdaki şekilde de görülen bu reaksiyon dizisi glikozun pürivata kadar parçalandığı süreçtir ve GLİKOLİZ olarak adlandırılır.

GLİKOLİZ: Her iki tip solunumunda başlangıç reaksiyonlarının aynı olduğunu ve hücrenin stoplazmasında gerçekleştiğini belirtmiştik. Şimdi bu glikoliz reaksiyonlarının nasıl oluştuğunu inceleyelim.

Bu reaksiyon dizini enzimlerin yardımıyla ve ortamda yeterli enerji var ise başlayabilir. Bu enerji aktivasyon enerjisi olarak kullanılan enerjidir. yukarıdaki şekilden de takip ederek açıklamaya devam edelim. Glikozun parçalanmaya başlaması için yani glikoliz reaksiyonlarının (dolayısı ile de solunum reaksiyonlarının ) başlaması için stoplazmada bulunan 2 ATP'nin harcanması gerekir.
Glikoz molekülüyle tepkimeye giren ATP molekülleri son fosfatlarını glikoza vererek tepkimeden ADP olarak ayrılır. Bu arada Glikoz da Fruktoz'a dönüşür. Şu an aktifleşmiş durumdaki molekülümüz Fruktoz di fosfattır.

İkiye ayrılan 6 C'lu 2 P'lı molekülümüzden iki tane PGAL (Fosfo Gliser Aldehit) oluşur. Bundan sonra reaksiyon iki PGAL üzerinden yani iki koldan devam eder. Biz sadece birini anlatıp diğerinde de aynı şeylerin olduğunu söyleyelim.

PGAL ortamda bulunan NAD (Nikotin Amid Dinukleotid) ile reaksiyona girerek bir çift hidrojenini NAD ye verir. NADH2 oluşur. Bu arada PGAL nin bağlarında bir boşluk oluşur. Bu boşluk ortamda bulunan fosfat ile doldurulur.

Şimdi 3 C'lu 2 P'li bir molekülümüz oluşmuştur. Bu molekül ortamda bulunan ADP'ler ile reaksiyona girerek sırasıyla 2 ATP oluşur. Geriye kalan molekül ise PÜRİVAT olarak adlandırılır.

Diğer PGAL'de de aynı şeyler olacağı için toplam 4 ATP sentezlenmiş olur. Bundan sonra ortamda oksijen yoksa yada kullanılamıyor ise oksijensiz solunum gerçekleşir.

OKSİJENSİZ SOLUNUM
Bakteriler ve bazı mayalar oksijen kullanamazlar. Fakat onlarda doğal olarak enerjiye ihtiyaç duyarlar. Glikoz molekülünü glikoliz reaksiyonu ile parçaladıktan sonra elde ettikleri pürivattan bir molekül CO2 çıkararak ASETALDEHİToluştururlar. Daha sonra bu asetaldehit NADH2 ile reaksiyona girerek onun hidrojenlerini alır. Son ürün Etil Alkol'dür.

Aşağıdaki reaksiyonda da görülen bu oksijensiz solunum tipine ETİL ALKOL FERMANTASYONU denir.

Çizgili kaslarımızda bulunan hücreler normalde oksijenli solunum yaparlar. Ancak ortamda yeteri kadar oksijen yoksa bu hücreler oksijensiz solunumuda gerçekleştirebilir ve enerji ihtiyaçlarını karşılamaya çalışır. Oksijene ihtiyaç duyulmadan gerçekleşen glikoliz reaksiyonlarından sonra oluşan pürivatlar mitokondriye geçemediğinden glikolizde NAD'ye verdiği hidrojenleri geri alarak Laktik asite dönüşür.

Çizgili kaslarda görülen bu oksijensiz solunum tipinede LAKTİK ASİT FERMANTASYONU denir.

OKSİJENLİ SOLUNUM
Canlı hücrelerde karbonhidrat, yağ ve proteinlerin oksijen kullanarak parçalanması ve ATP sentezlenmesi olayına oksijenli solunum denir.

Karbonhidratlar monosakkaritlere, yağlar yağ asitleri ve gliserole, proteinler amino asitlere dönüştürüldükten sonra solunum tepkimelerine katılırlar.
oksijenli ve oksijensiz solunum besinlerde depolanmış enerjiyi açığa çıkarır. Fakat oksijen kullanılınca enerjinin büyük bir bölümü açığa çıkar. Çünkü glikoz kendini meydana getiren bileşenlerine tam olarak parçalanır. oksijensiz solunumda ise az enerji açığa çıkar. Çünkü glikoz kendini meydana getiren bileşenlerine tam olarak parçalanmaz. Fermantasyonda son ürünlerin bazıları organik molekül olup, belli oranda enerji depo etmektedirler.

oksijenli solunumun genel denklemi:
Glikoz + 6O2 ----------> 6CO2 + 6H2O + 38ATP şeklindedir.
Oksijenli solunum üç kadenede gerçekleşir.
• Glikoliz evresi
• Kerbs devri
• Oksidatif fosforilasyon evresi (ETS)

a. Glikoliz Evresi
Tıpkı oksijensiz solunumda olduğu gibidir.

b. Krebs Devri
Glikoliz sonucu oluşan ürün pirüvattır. Ortamda oksijen bulunması durumunda pirüvatlar mitokondriye geçerler. Her bir pirüvat molekülünden 1 mol CO2 ve 2H ayrılır. 2C'lu 1 molekül aktif asetik asit oluşur. Bu olay mitokondri zarındaki enzimlerle gerçekleşir.
Krebs devrini başlatan ilk molekül aktif asetik asit olup, 4C'lu bir molekülle birleşerek 6C'lu sitrik asiti oluşturur. Bu reaksiyonun başlaması ortamda oksijen bulunmasına bağlıdır.
krebs devrinde gerçekleşen reaksiyonlar aşağıda özetlenmiştir.
• İki karbonlu aktif asetik asit, dört karbonlu bir molekülle birleşerek altı karbonlu sitrik asiti oluşturur.
• Sitrik asit beş karbonlu bir bileşiğe dönüşürken bir molekül karbondioksit açığa çıkar.
• Beş karbonlu bileşikten bir molekül daha karbondioksit ayrılır ve dört karbonlu bileşik oluşur.
• En son oluşan dört karbonlu molekül bir kaç defa ortama H+ verdikten sonra tekrar başlangıçtaki dört karbonlu bileşiğe dönüşür.

Krebs devri reaksiyonları sonucunda iki molekül asetik asitten 8NADH2, 2FADH2, 4CO2 ve 2ATP üretilir. Yine mitokondriye geçiş esnasında ise 2NADH2 ve 2CO2üretilir.

c. Oksidatif Fosforilasyon (ETS Olayları)
Oksijenli solunumun Glikoliz ve Krebs devrinde hazırlanan NADH2, FADH2'deki H atomlarına ait elektronlar ETS'den (elektron taşıma sistemi) geçtikten sonra O2 ile birleşir. Bu sırada ATP üretilir ve sonuçta H2O molekülleri oluşur. Bu devreye hidrojen yolu reaksiyonları denir. En çok enerji (ATP) hidrojen yolunda üretilir.
Solunumda oluşan son ürünler: CO2, H2O ve ATP'dir. Ancak proteinler solunumda kullanılmışsa; NH3, üre, ürik asit, H2S gibi farklı ürünlerde oluşabilir.

Elektron Taşıma Sistemi (ETS)
Bir hidrojen atomu bir proton (H+) ve bir elektrondan meydana gelmektedir. Hidrojen taşınmasının bazı basamaklarında her hidrojen atomunun proton ve elektronu birlikte taşınır. Fakat bazı basamaklarda proton ve elektron birbirinden ayrılır. Protonlar çözelti içinde kalırken, elektronlar bir taşıyıcıdan başka bir taşıyıcıya aktarılır.

Enerjinin açığa çıkması bu elektronların aktarılması sırasında gerçekleşir. En son kademede elektron oksijen atomuna taşınır, orada protonlarla birleşerek hidrojen atomunu oluşturmakta sonuçta su meydana gelmektedir.

Elektronların oksijene taşınması sırasında solunum zincirini oluşturan enzimler görev yapar. Bu enzimlerin her birinin elektronu tutan bir bölgesi vardır. Bu aktif bölge protonla birlikte veya tek başına gelen elektronu bir önceki taşıyıcıdan alarak, bir sonraki taşıyıcının aktif bölgesine aktarır.
Bu aktarma sırasında elektronların ortama yaydığı (bıraktığı) enerjiyle ADP molekülüne ortamda bulunan fosfork asit (P) bağlanarak ATP üretlir.NADH2 üzerinden ETS'ye giren 2 elektronun oksijene taşınması sırasında 3 ATP üretilir. (Eğer 2 elekron FADH2 üzerinden ETS'ye katlırsa üretilen enerji miktarı 2ATP'dir.)

Burada ATP sentezi oksitlenme (yükseltgenme) ve redüklenme (indirgenme) reaksiyonlarıyla sağlandığı için bu devreye ve ATP üretim şekline oksidatif fosforilasyon denir.
Ancak elektronun her aktarılışında ATP oluşmaz. bunun için ortama verilen enerjinin belli bir değeri (7300 cal) aşması gerekir.

Bir glikoz molekülünün bağları arasındaki enerjinin ancak yaklaşık % 40'ı ATP sentezinde kullanılır. Geriye kalan enerjinin çok az bir kısmı ısı olarak yayılırken, henüz %60'ı oksijenli solunumumun son ürünleri olan su ve karbondioksit moleküllerinin bağları arasıdadır.
{ÖNEMLİ NOT: Bazı araştırılmadan ve düşünülmeden yazılmış kaynaklarda (haftalık ÖSS hazırlık dergileri ve dersane kitapları) glikoz molekülünde bulunan enerjinin %40'ı ATP sentezinde kullanılırken %60'ı ısı olarak yayılır denilmektedir. Böyle bir şeyin olması mümkün değildir. O kadar enerjinin ısıya dönüşmesi canlının kömürleşmesine neden olur. Doğrusu bir önceki paragrafta açıklanmıştır }

Oksijenli Solunumda Enerjinin Hesaplanması:

• Glikoliz reaksiyonlarında 4 ATP (enzim-substrat düzeyinde)
• Krebs devrinde 2 ATP (enzim-subsrat düzeyinde)
• ETS de 34 ATP (oksidatif fosforilasyonla)
• Toplam: 40 ATP
• Glikolizde harcanan 2 ATP (aktifleşme enerjisi olarak)
• Net Kazanç: 38 ATP

Oksijenli Solunumun Fermantasyondan Farkları

• Glikoz + 6O2 ------------> 6CO2 + 6H2O + 38ATP
• O2 kullanılır
• İnorganik yapıda (CO2 ve H2O) son ürünler oluşur.
• 40 ATP üretilir (toplam)
• Mitokondri görev yapar.
• Canlıların çoğunda gerçekleşir.
• ETS enzimleri görev yapar.
• Krebs devri vardır.

Fermantasyonun Oksijenli Solunumdan Farkları

• Glikoz --------> 2CO2 + 2 Etil Alkol + 2ATP (veya Glikoz --------> 2 Laktik asit + 2ATP)
• O2 kullanılmaz
• Etil alkol, Laktik asit ve Asetik asit gibi organik ürünler oluşur.
• 4 ATP üretilir (toplam)
• Tamamı stoplazmada gerçekleşir.
• O2'siz solunum yapan az sayıda canlıda ve O2 bulunmadığı veya yetersiz olduğu durumlarda kas hücrelerinde görülür.

Fermantasyon ve Oksijenli Solunumun Ortak Yönleri

• CO2 oluşumu olabilir.
• ATP oluşur ve ATP harcanır.
• Glikoz kullanılır.
• Enzimler görev yapar.
• Glikoliz gerçekleşir.