Canlılarda Enerji Dönüşümleri
| Metabolizma:hücrede gerçekleşen biyokimyasal reaksiyonların tümüdür. A-Anabolizma Dış ortamdan alınan veya hücredeki reaksiyonlar sonucu oluşan basit moleküllerden hücrenin ihtiyaç duyduğu kompleks veya diğer moleküllerin sen¤¤¤lenmesidir.Protein,RNA,Fotosen¤¤¤,Kemosen¤¤¤ vb. B-Katabolizma: Dış ortamdan alınan veya hücrede daha önce üretilip işlevlerini kaybetmiş kompleks moleküllerin enerji üretimi veya yapıtaşı üretimi için daha basit moleküllere parçalanmasıdır.Hücre içi ve dışı sindirim,O2 li ve O2 siz solunum ATP(Adenozintrifosfat): Yapısı: 1-Adenin nucleotid 2-Riboz 3- 3(Üç) fosforik asit Özellikleri: 1-Yapısında iki yüksek enerjili fosfat bağları bulunur 2-Canlının tüm yaşamsal olaylarında kullandığı enerji kaynağıdır 3-Kolayca başka enerji formlarına dönüştürülebilir.(Elektrik,ısı,kimyasal bağ ,osmotik,ışık vb.) 4-Bütün reaksiyonlara katılabilir 5-Her hücre kendi ATP sini kendi sen¤¤¤ler 6-Hücrede sitoplazma,mitokondri ve kloroplastlarda sen¤¤¤lenir 7-Hücre yaşamsal olaylarında sitoplazmada veya mitokondride üretilen ATP kullanılır 8-Kloroplastlarda sen¤¤¤lenen ATP organik madde sen¤¤¤i ve kloroplastlardaki diğer yaşamsal olaylarda kullanılır 9-Yüksek enerjili son fosfat bağının kopması ile ortama 7300 cal enerji verilir. Hücrelerde ADP nin sistemden enerji alarak kendine bir fosforik asit bağlayıp ATP haline gelmesine fosforilasyon denir. Enerji ADP+P -------------- ATP (Fosforilasyon) Fosforilasyonda kullanılan enerji kaynağına göre 4 (Dört) tip fosforilasyon vardır. 1-Sübstrat düzeyde fosforilasyon: a-Bütün canlılarda görülür b-Sitoplazmik solunum enzimleri kullanılarak organik maddelerin yapısında bulunan bağ enerjisinin ATP enerjisi haline dönüşmesidir 2-Oksidatif-fosforilasyon: a-Oksijenli solunum enzimi bulunduran canlılarda gerçekleşir b-Organik maddeler oksijenli solunum enzimleri ile inorganik yapılara dönüştürülürken açığa çıkan H lerin O2 ye aktarılırken gerçekleşir c- e.t.s. görev alır 3-Foto-fosforilasyon a-Klorofil taşıyan canlılarda gerçekleşir. b-Klorofil ve e.t.s etkisi ile güneş ışık enerjisinin dönüşümü ile gerçekleşir c-Enzim görev almaz 4-Kemosentetik-fosforilasyon: a-Oksidasyon enzimi taşıyan bakterilerce gerçekleştirilir b-İnorganik maddelerin (H,Fe,N,NH3 vb.) oksidasyon enzimleri ile oksitlenmesi ile açığa çıkan kimyasal enerji ile gerçekleşir Bütün canlılar güneşin ışık enerjisini kullanırlar.Işık enerjisinin canlıların kullanabileceği enerji formuna dönüşmesinde fotosen¤¤¤ ve solunum mekanizmaları rol alır. Fotosen¤¤¤ Solunum Işık -------ATP-------- Glikoz --------- ATP ------------- ( Biyolojik iş) Biyolojik iş: Isı,elektrik,osmotik basınç,kimyasal bağ,ışık, mekanik,aktif taşıma vb. OKSİJEN VE HAYAT Not: Fotosen¤¤¤den önce (ozon oluşmadan) organik madde sen¤¤¤i için gerekli enerji u.v , şimşek , yıldırımlarla gerçekleşirken , fotosen¤¤¤de madde sen¤¤¤i için gerekli enerji güneşin görünür ışınları (450-760n.m) ile gerçekleşir .Ozon bu ışınların geçişine engel değildir. Not: Bugün yaşayan bütün canlılar (Kemosentetik ler hariç) ihtiyaç duydukları organik besini ve oksijeni fotosen¤¤¤den karşılarlar. O2 nin önemi: A-Ozon oluşumunu sağlar. B-Oksidatiffosforilasyonla yüksek ATP üretimi sağlar. Not:Oksijen aynı zamanda öldürücü olabilir. Obligat-anaerop bakteriler buna örnektir. Atmosferde O2 oranının artması solunumu engeller. Canlılar O2 nin bu olumsuz etkilerinden sahip oldukları enzimlerle korunur. Ozon oluşumu fotosen¤¤¤le başlamıştır. Enerji O2--------- O+O (Stratosferde) Oluşan O daha yükseklere çıkarak O2 ile birleşir ve ozon (200 n.m Küçük güneş ışınları)oluşur. Enerji(200-300 n.m) O+O2--------- O3 + Enerji -------------- Azotlu bileşikler. (Ozon) Ozonun önemi: A-Zararlı U.V ışınları tutarak karasal yaşamın başlamasına nede olmuştur. Buda canlıların sayı ve çeşitliliklerinde artmaya neden olmuştur. B-İlkel atmosferde organik madde sen¤¤¤i bitmiş ve canlılar için organik madde sen¤¤¤ biçimi olarak fotosen¤¤¤ önem kazanmıştır. Oksijenli solunum ve solunum kat sayısı: O2 li solunumda organik moleküldeki (C6H12O6) C ve H ler koparılır. Karbon molekülden CO2 olarak ayrılırken , H ler dışarıdan alınan O2 ile birleşerek H2O olarak ayrılır. Bu nedenle glikoz yıkımında CO2 in ayrılımında izlediği yola karbon yolu, su ve ATP oluşumum ile sonuçlanan H ayrılışınada H yolu denir. Oksijenli solunumda e.t.s H yolunda görev alır. Solunum tipleri: A-Oksijensiz solunum (Fermantasyon.) 1-Gerçek fermantasyon: Enzim C6H12O6 -------------2C2H5OH + CO2 + 2ATP Glikoz Etil alkol 2-Oksidatif fermantasyon: Enzim C2H5OH + O2 ---------------CH3COOH + H2O+ ATP Etil alkol Asetik asit B-Oksijenli solunum: Enzim + ets C6H12O6 + 6O2 --------------------6CO2 + 6H2O + 38 ATP Glikoz O2 siz SOLUNUM: 1-Bazı bakteri ve mayalarda temel enerji üretim biçimi olmakla beraber, Bitki ve bazı hayvanlarında özel durumlarda başvurduğu enerji üretim biçimidir. 2-Glikoliz ve fermantasyon olmak üzere iki evrede gerçekleşir. 3-Glikolizde temel amaç enerji üretimidir. Fermantasyonda ise temel amaç glikoliz sonucu oluşan artık ürünlerin hücreye zarar vermesinin önlenmesidir. 4-Glikoliz bütün canlılarda ortaktır.Fermantasyon ise canlının kullandığı enzime göre oluşum biçiminde ve son ürünlerde farklılıklar görülür. 5-Fermantasyon son ürüne göre adlandırılır;Alkolik,Laktik asit,Asetik asit vb. 6-Fermantasyonda O2 kullanılmaz ancak asetik asit fermantasyonunda O2 kullanılır. Oksijensiz solunumun evreleri: A-Glikoliz (Oksijensiz ve oksijenli solunum) Bütün solunum tipleri glikolizle başlar. Glikoliz bağımsız metabolizmaya sahip bütün hücrelerde görülen bir reaksiyondur. Genel özellikleri: 1-Sitoplazmada gerçekleşir. (Mitokondri ye ihtiyaç yoktur.) 2-Enzimatik reaksiyonlar dizisidir. 3-Bir mol glikozun reaksiyona girmesi için ; İki mol ATP (Aktivasyon enerjisi için) harcanır. 4-Bir mol glikozdan ; a) İki mol piruvat b) Dört mol ATP c) İki mol NADH2 , açığa çıkar. 5-O2 li ve O2 siz solunumların ortak özellikleridir. 6-Temel amaç enerji üretimidir. B-Fermantasyon 1-Sitoplazmada gerçekleşir 2-Enzimatik reaksiyonlardır 3-Temel amaç glikolizde açığa çıkan son ürünlerin hücreye zarar vermesini önlemektir 4-Kullanılan enzime göre son ürünler değişir 5-Son ürüne göre adlandırılması yapılır 6-Bakteri ,mantar ve omurgalılarda çoğunlukla çizgili kaslarda görülür Fermantasyon için gerekli koşullar: 1-Uygun ısı 2-Gerekli enzimler 3-Organik madde(Glikoz vb.) 4-Biyokimyasal ortam (Sitoplazma) Fermantasyonda açığa çıkanlar: 1-Son ürün (Alkol,Aseton vb.) 2-ATP 3-CO2 4-Isı Oksijenli solunum: Oksijenli solunum üç kademede gerçekleşir. 1-Glikoliz: (Sitoplazmada gerçekleşir) Enzim Glikoz ------------ 2Piruvat + 2ATP+ 2NADPH2 2-Kreps döngüsü: (Mitokondri matriksinde) Enzim Piruvat ------------ 3CO2 + 4NADH2 +1FADH2 + ATP (Bir pürivat için) 3-Oksidatiffosforilasyon: (Mitokondri krista zarlarında) e.t.s NADPH2 + 1/2 O2 ---------------- H2O + NAD+ 3 ÂTP e.t.s FADH2 +1/2 O2 ------------------ H2O + FAD + 2 ATP Glikoliz: Oksijensiz solunumdaki glikolizle aynı temel özellikler gösterir. Kreps döngüsü: Özellikleri 1-Eukaryotlarda mitokondride , prokaryotlarda sitoplazmada mesezom denen zar kıvrımlarında gerçekleşir 2-Pirüvatla başlar 3-Mitokondriye geçen her piruvata karşılık 3 CO2 , (substrat düzeyde) 1 ATP, 1 FADH2 ve 4 NADH2 oluşur. 4-Enzimatik reaksiyonlardır 5-Isı,PH,aktivatör ve inhibitörlerden etkilenir. 6-O2 varlığında gerçekleşen reaksiyonlardır. 7-Diğer organik moleküllerin solunum reaksiyonuna katıldığı evredir. Oksidatif fosforilasyon: Oksidatif fosforilasyon özellikleri 1-Mitokondri zarları (Bakterilerde mesezom denen zar kıvrımlarında gerçekleşir 2-Piruvat tan ayrılan H lerin O2 ye aktarımıdır 3-NAD,FAD,CoQ,Sitokromlar ve O2 görev alır 4-NAD+ ile taşınan her 2H çiftine karşılık e.t.s de 3 ATP sen¤¤¤lenir 5-FAD+ ile taşınan her 2H çiftine karşılık e.t.s de 2 ATP sen¤¤¤lenir 6-1 Glikozun yıkımından e.t.s üzerinden toplam 34 ATP sen¤¤¤lenir 7-1 Glikoz için e.t.s de O2 ye aktarılan H lerden 24 H2O üretilir: Solunumda enerji üretim aşamaları  Solunum aşamaları ilişkileri  Değişik organik moleküllerde oksijen kullanımı ve enerji üretimi durumu CO2 Solunum kat sayısı: R.Q=---------- Sonuç kullanılan maddeye göre değişir. O2 CO2 Karbonhidratlarda RQ =---------- =1 olur. O2 6CO2 Örnek: Glikoz (C6H12O6) için: RQ=------------ = 1 6O2 CO2 Yağlarda RQ = ----------- = X X > 1 çıkar,.buda daha fazla oksijen tüketmek demektir O2 Yağlarda oksijen oranı az olduğu için solunumda yağların yıkımı için çok O2 kullanılır ve diğer organik maddelere oranla daha fazla ATP üretilir. 36 CO2 Örnek: Oleik asit (2C18H34O2) + 51 O2 =-----------= 0,7 51 O2 CO2 Alkol vb maddelerde RQ=--------- = X X<1 çıkar . Çünkü alkollerde oksijen oranı fazladır. O2 4CO2 4 Örnek: C4H4O8 + O2 =--------------= --------= 4 O2 1 Solunum hızına etki eden faktörler: 1- Isı 2 - O2 yoğunluğu 3- PH 4 -CO2 miktarı 5-Ket vurucular (Zehirler) 6 - Uyaranlar. Solunum hızı: Bitkilerde ; farklı organ ve dokularda solunum hızları farklıdır. Bitkisel organlarda solunum hızı şu şekilde sıralanır: Yaprak – Kök – Gövde. Doku olarak en hızlı solunum kambiyumda görülür. Bitkilerde solunum hızını artıran faktörler. 1-Köklenme 2-Yaralanma 3-Tohum ıslanması 4-Tomurcuklanma Oksijenli ve oksijensiz solunumun ortak özellikleri: 1-Glikoliz evresi ile başlamaları 2-Glikozun aktivasyonu için ATP kullanılması 3-Reaksiyonlar sonunda ATP sen¤¤¤lenmesi 4-Isının açığa cıkması 5-CO2 nin açığa çıkması (Laktik asit fermantasyonu hariç) 6-Substrat düzeyde fosforilasyonun gerçekleşmesi 7-Enzim kullanılır Oksijenli solunumu Oksijensiz solunumdan ayıran farklar: 1- O2 kullanılması 2- H2O nun açığa çıkması 3- e.t.s nin görev alması 4- Oksidatif fosforilasyonun gerçekleşmesi 5- Glikozun CO2 ve H2O ya kadar parçalanması 6-Yüksek ATP üretimi (Bir glikozdan 38 ATP) Oksijenli solunumun karşılaştırılması A-Fotosen¤¤¤e özgü özellikler 1-Klorofile ihtiyaç duyulması 2-Işıkta gerçekleşmesi 3-Organik madde sen¤¤¤lenmesi 4-CO2 ve H2O tüketilmesi 5-Ağırlık artışı olması 6-Endotermik olması 7-Işık enerjisini ATP ve Kimyasal bağ enerjisine çevirmesi B-Oksijenli solunuma özgü özellikler 1- Oksijenli solunum enzimlerine (Mitokondri) ihtiyaç duyması 2- Besin ve O2 nin tüketilmesi 3-CO2 ve H2O nun açığa çıkması 4-Ağırlık azalması olması 5-Ekzotermik olması 6-Kimyasal bağ enerjisini ATP enerjisi haline çevirmesi C-Fotosen¤¤¤ ve O2 li solunumun ortak özellikleri 1-Enzim kullanılması 2- e.t.s kullanılması a-Solunumda: NAD-FAD-sitokrom b-Fotosen¤¤¤de:NADP-ferrodoksin-plastokinon-sitokrom 3-Isının açığa çıkması 4-ATP üretilmesi |
