Canlılarda Enerji Dönüşümü

Enerji, maddede bir değişiklik ya da hareket oluşturma yeteneği olarak tanımlanır Biz buna kısaca iş yapabilme yeteneği diyoruz Bildiğimiz gibi enerji ne yeniden yaratılır ne de var olan enerji yok olur Hücreden hücreye organizmadan organizmaya dönüşüme uğrayarak aktarılır

Örneğin; canlılar dünyasındaki kimyasal enerji sinir ve beyinde elektrik enerjisine, kas hücrelerinde mekanik enerjiye, ateş böceği gibi hayvanlarda ışık enerjisine dönüşmektedir
Canlılarda genellikle temel enerji kaynağı güneştir Ancak bazı bakterilerde, mantarlarda demir ve kükürt gibi inorganik maddeleri kullanılarak enerji elde ederler Bunlara kemosentetik ototrof denir Canlılardaki enerji dönüşümünü inceleyelim

Güneş
yeşil bitki
hayvansal solunum
biyolojik iş
ısı enerjisi

- Temel enerji kaynağı güneştir
- Güneşten gelen ışınım enerjisi fotosentez olayı ile yeşil bitkiler de organik bileşiklerdeki kimyasal enerjisine dönüştürülür
- Organik bileşiklerdeki kimyasal bağ enerjisi, hayvanlarda hücresel solunumla yüksek enerjili fosfat bağlarına dönüştürülür
- Elde edilen enerji biyolojik iş yapımında kullanılır Yani yeni molekül sentezi, hücre bölünmesi, kas hareketleri vs
Canlı sistemlerinde en çok kullanılan enerji şekilleri ısı, ışık, hareket ve kimyasal bağ enerjisidir

Enerji dönüşümü esnasında bir miktar enerji çevreye yayılır ve kendini ısı şeklinde gösterir İşte yayılan bu ısı enerjisi ne kadar az olursa dönüşüm o kadar verimli olmuş demektir Çünkü ortalama verilen ısı enerjisi düzensizliği sağlar
Canlılardaki biyokimyasal olaylar 2’ye ayrılır Bunlardan birincisi oluşumu esnasında çevreye ısı veren ekzergonik reaksiyonlar, bir diğeri de oluşumu esnasında çevreden ısı alan endergonik reaksiyonlardır

Işık enerjisi; güneşten gelen ışınlar farklı dalga boyundadırlar Bunlar; gama ve kozmik ışınlar gibi kısa dalga boylu olanlar ve radyo dalgaları gibi uzun dalga boylu olanları vardır

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 sentezlenmesidirProteinRNAFot osentezKemosentez vb

B-Katabolizma: Dış ortamdan alınan veya hücrede daha önce üretilip işlevlerini kaybetmiş kompleks moleküllerin enerji üretimi veya yapıtaşı

üretimi için daha basit moleküllere parçalanmasıdırHücre içi ve dışı sindirimO2 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(Elektrikısık imyasal bağ osmotikışık vb)
4-Bütün reaksiyonlara katılabilir
5-Her hücre kendi ATP sini kendi sentezler
6-Hücrede sitoplazmamitokondri ve kloroplastlarda sentezlenir
7-Hücre yaşamsal olaylarında sitoplazmada veya mitokondride üretilen ATP kullanılır
8-Kloroplastlarda sentezlenen ATP organik madde sentezi 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- ets görev alır

3-Foto-fosforilasyon
a-Klorofil taşıyan canlılarda gerçekleşir
b-Klorofil ve ets etkisi ile güneş ışık enerjisinin dönüşümü ile gerçekleşir
c-Enzim görev almaz

4-Kemosentetik-fosforilasyon:
a-Oksidasyon enzimi taşıyan bakterilerce gerçekleştirilir
b-İnorganik maddelerin (HFeNNH3 vb) oksidasyon enzimleri ile oksitlenmesi ile açığa çıkan kimyasal enerji ile gerçekleşir

Bütün canlılar güneşin ışık enerjisini kullanırlarIşık enerjisinin canlıların kullanabileceği enerji formuna dönüşmesinde fotosentez ve solunum mekanizmaları rol alır

Fotosentez Solunum
Işık -------ATP-------- Glikoz --------- ATP ------------- ( Biyolojik iş)

Biyolojik iş:
Isıelektrikosmotik basınçkimyasal bağışık mekanikaktif taşıma vb

OKSİJEN VE HAYAT

Not: Fotosentezden önce (ozon oluşmadan) organik madde sentezi için gerekli enerji uv şimşek yıldırımlarla gerçekleşirken fotosentezde madde sentezi için gerekli enerji güneşin görünür ışınları (450-760nm) ile gerçekleşir Ozon bu ışınların geçişine engel değildir

Not: Bugün yaşayan bütün canlılar (Kemosentetik ler hariç) ihtiyaç duydukları organik besini ve oksijeni fotosentezden 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 fotosentezle başlamıştır

Enerji
O2--------- O+O (Stratosferde) Oluşan O daha yükseklere çıkarak O2 ile birleşir ve ozon (200 nm Küçük güneş ışınları)oluşur

Enerji(200-300 nm)
O+O2--------- O3 + Enerji -------------- Azotlu bileşikler
(Ozon)

Ozonun önemi:
A-Zararlı UV ışınları tutarak karasal yaşamın başlamasına nede olmuştur Buda canlıların sayı ve çeşitliliklerinde artmaya neden olmuştur
B-İlkel atmosferde organik madde sentezi bitmiş ve canlılar için organik madde sentez biçimi olarak fotosentez 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 ets 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 ortaktırFermantasyon ise canlının kullandığı enzime göre oluşum biçiminde ve son ürünlerde farklılıklar görülür
5-Fermantasyon son ürüne göre adlandırılır;AlkolikLaktik asitAsetik 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 (AlkolAseton 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)
ets
NADPH2 + 1/2 O2 ---------------- H2O + NAD+ 3 ÂTP
ets
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-IsıPHaktivatör 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-NADFADCoQSitokromlar ve O2 görev alır
4-NAD+ ile taşınan her 2H çiftine karşılık ets de 3 ATP sentezlenir
5-FAD+ ile taşınan her 2H çiftine karşılık ets de 2 ATP sentezlenir
6-1 Glikozun yıkımından ets üzerinden toplam 34 ATP sentezlenir
7-1 Glikoz için ets de O2 ye aktarılan H lerden 24 H2O üretilir:
Değişik organik moleküllerde oksijen kullanımı ve enerji üretimi durumu
CO2
Solunum kat sayısı: RQ=---------- 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 çıkarbuda 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 =-----------= 07
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 sentezlenmesi
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- ets 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-Fotosenteze özgü özellikler
1-Klorofile ihtiyaç duyulması
2-Işıkta gerçekleşmesi
3-Organik madde sentezlenmesi
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-Fotosentez ve O2 li solunumun ortak özellikleri
1-Enzim kullanılması
2- ets kullanılması
a-Solunumda: NAD-FAD-sitokrom
b-Fotosentezde:NADP-ferrodoksin-plastokinon-sitokrom
3-Isının açığa çıkması
4-ATP üretilmesi