Oksijenli Solunum (Aerobik) [Konu Anlatımı]

Mitokondriye sahip olan bütün hücreler, bazı bakteriler ve arkeler oksijenli solunumla ATP sentezleyebilirler. Organik besin maddelerinin oksijenle yıkılması sonucu, organik bağlarındaki enerjinin açığa çıkarılmasına oksijenli solunum denir.

Oksijenli solunum, aerobik solunum olarak da adlandırılır. Organik besinlerin oksijen yoluyla ATP (Adenozin Tri Fosfat) elde etme işlemidir. Hücrede besinlerdeki kimyasal enerjinin oksijen kullanarak açığa çıkarılması demektir.

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 38 ATP + Isı

Oksijen varlığında organik besinler tamamen monomerlerine kadar parçalandığı için, toplam 38 ATP gibi yüksek enerji açığa çıkar.

Oksijenli solunum prokaryot canlılarda sitoplazmada ve hücre zarının kıvrımlarında gerçekleşir. Ökaryot özellikteki hücrelerde ise sitoplazmada başlayan reaksiyonlar mitokondri içinde devam eder.

Mitokondriler çift zar sistemine sahip olan hücre organelleridir. Dış kısmında bulunan zar düz ve esnektir. İç kısımda bulunan zar ise mitokondrinin enerji verimini artıracak şekilde kıvrımlıdır. Bu kıvrımlara krista denir.Kıvrımların arası matriks denilen bir sıvı ile doludur.

Krista ve matrikste solunum tepkimelerinin gerçekleşmesini sağlayan enzimler vardır. Besin molekülleri sitoplazmada belirli aşamaya kadar parçalanır. Bu şekilde oluşan küçük moleküller mitokondri içine girer

Hücrenin oksijenli solunumunda glikoliz, krebs çemberi ve ETS (elektron taşıma sistemi) olmak üzere üç önemli evre ayırt edilir.

OKSİJENLİ SOLUNUMUN EVRELERİ 

1. GLİKOLİZ

Glikozun sitoplazmada, enzimlerle 2 molekül pirüvik asite kadar yıkımıdır. Oksijenli solunumun glikoliz reaksiyonlarında gerçekleşen reaksiyonlar, oksijensiz solunumdaki ile aynıdır.

Oksijenli solunumun glikoliz evresinde meydana gelen NADH+H+ lar, solunumun son aşamasında (ETS) ATP sentezinde kullanılır.

2. KREBS DÖNGÜSÜ

Bu döngüde meydana gelen reaksiyonlar mitokondrinin sıvı kısmında (matrix) gerçekleşir. Glikolizin son ürünü olan, iki molekül pirüvatın, oksijen varlığında mitokondriye girmesiyle krebs çemberi başlar.

Mitokondriye girerken parçalanan iki molekül pirüvattan (bir molekül glikozun parçalanmasıyla oluşmuş); 1 mol CO2 ve 2 H atomu çıkar. Açığa çıkan hidrojen atomları NAD+ tarafından tutulur ve NADH+H+ molekülü oluşur. Sonuçta pirüvat iki karbonlu bir bileşik olan Asetil Co-A ya dönüşür.

Krebs devrini başlatan ilk molekül asetil Co-A , 4 karbonlu okzaloasetik asit ile birleşerek 6 karbonlu sitrik asiti oluşturur. Bu nedenle krebs devrine sitrik asit çemberi de denir.

Bundan sonraki aşamalarda 6 karbonlu sitrik asit, bir dizi tepkimeyle 5 karbonlu ve 4 karbonlu bileşiklere dönüşür. Bu dönüşümler sırasında 4 molekül CO2, 6NADH+H+ ve 2 FADH2 oluşur. Bu reaksiyonlar sırasında
ayrıca sübstrat düzeyinde fosforilasyonla 2 ATP molekülü sentezlenir

3. ETS (Elektron Taşıma Sistemi)

Mitokondrinin dış zarı küçük moleküllere ve iyonlara karşı geçirgen olmasına rağmen, iç zarı protonlar da dahil pek çok molekül için geçirgen değildir. Mitokondri iç zarındaki kıvrımlarda (krista) elektron taşma sistemi ve ATP sentaz enzimleri bulunur. Elektron taşıma sistemi bir dizi elektron taşıyıcı molekülden oluşur.

Bu elemanlar, elektron çekme özelliğine göre;

NADHQ redüktaz (FAD), ubikinon (koenzim Q), sitokrom redüktaz (sitokrom b), sitokrom c sitokrom oksidaz (sitokrom a ve a3) şeklinde sıralanır.

ETS elemanlarından ubikinon (koenzim Q) dışındakiler protein yapısındadır. Ubikinonun ise yapısı bir çeşit yağ türevidir.

Koenzimlerle (NAD+ ve FAD) taşınan elektronlar, ETS elemanlarına aktarılırken protonlar mitokondrinin matriksine (sıvı kısım) bırakılır. Bu sırada NADH+H+, NAD+ haline, FADH2 ise FAD haline yükseltgenir.

Elektronların ETS de taşınması sırasında açığa çıkan enerjinin bir kısmı ısı olarak ortama verilirken, bir kısmı da matriksteki protonları (H+) pompalamak için kullanılır.

Protonlar bu enerji yardımıyla ve ETS molekülleri aracılığıyla mitokondrinin iç ve dış zarı arasındaki boşluğa pompalanır. Bu sayede mitokondrinin iç ve dış zarı arasındaki boşluk, maktriks sıvısına oranla daha fazla proton derişimine sahip olur.

Protonlar elektrik yükütaşıdığı için zarın iki yüzü arasında elektriksel yük farkı
oluşur. Bu derişim ve elektrik yük farkı ise bir potansiyel enerji farkı meydana getirir.

Mitokondrinin iç zarı protonlara geçirgen olmadığı için ATP sentaz enzimi, zarlar arasındaki boşlukta bulunan protonların tekrar matrikse dönmesini sağlayan bir yol oluşturur. Bu proton akışı sırasında ATP sentaz enzimi aktifleşir ve ADP ye fosfat eklenerek ATP sentezlenmesini sağlar.

Protonlar matrikse akmaya devam ettikçe ATP sentezi de devam eder. Bu şekilde ATP sentezlenmesi olayına oksidatif fosforilasyon denir. Bu şekilde zar yüzeyleri arasındaki proton derişim farklı ile ATP üretilmesi kemiozmotik hipotez olarak bilinen hipotezle açıklanır.

ETS zincirindeki son elektron alıcısı olan molekül oksijendir. ETS nin sonunda düşük enerjili hale gelmiş olan elektronlar, oksijen ve protonlar birleşerek suyu meydana getirir.

Proton ve elektronlar glikoliz ve krebste toplam 10 NADH+H+ ve 2 FADH2 şeklinde ETS ye iletilir. Proton ve elektronlar NADH+H+ şeklinde ETS ye iletilirse 3 ATP, (10NADH+H+ x 3 = 30 ATP) sentezlenir. Proton ve elektronlar FADH2 halinde ETS ye taşınırsa 2 ATP (2FADH2 x 2 = 4 ATP) sentezlenir.

• Karbondioksitin oluşması; solunumun glikoliz evresinde oluşan 2 molekül pirüvik asitin asetil koenzim- A ya dönüşmesi sırasında 2CO2, krebs döngüsünde organik moleküllerin dönüşümü sırasında da 4CO2 oluşur. Böylece bir glikoz molekülü için 6 CO2 oluşur ve dış ortama atılır.
• Suyun oluşumu; oksijenli solunumda ETS ye aktarılan bir çift hidrojen atomunun oksijen ile birleşmesi sonucunda 1 molekül H2O oluşur. NAD+ ve FAD molekülleri ile taşınan 24 hidrojen atomu oksijenle birleşerek 12 molekül H2O oluşturur.Krebs devrinde 6 molekül H2O harcandığı için, genel denklemde 6H2O çıkışı gösterilir.
• Oksijenli solunumda ATP üretimi; oksijenli solunum sırasında glikoliz evresinde sübstrat düzeyinde fosforilasyonla 4 ATP sentezlenir.

Glikozun aktivasyonu için 2 ATP harcandığından glikoliz reaksiyonlarında net olarak 2 ATP sentezlenmiş olur. Krebs döngüsünde de yine sübstrat düzeyinde fosforilasyonla 2 molekül pirüvik asit için 2 molekül ATP sentezlenir.

ETS reaksiyonlarında ise oksidatif fosforilasyonla 10 NADH + H+ dan 30 ATP, 2FADH2 dende 4 ATP sentezlenir. Böylece 1 glikoz molekülü için net olarak 38 ATP sentezlenmiş olur.

OKSİJENLİ SOLUNUM (AEROBİK) KONU ANLATIMI – PDF