2.1 ATP: hücrenin enerji parası
Hücreler besinlerdeki enerjiyi doğrudan kullanamaz; önce ATP (adenozin trifosfat) molekülüne aktarır. ATP'nin son fosfat grubunun koparılmasıyla ADP ve fosfat oluşur, açığa çıkan enerji kas kasılması, aktif taşıma ve sentez tepkimelerinde kullanılır. Hücre ATP'yi depolamaz, sürekli yeniden üretir: dinlenen bir insan bile her gün kendi vücut ağırlığına yakın miktarda ATP üretip harcar.
Hücresel solunumun genel denklemi şöyledir: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + enerji. Bu yanma tepkimesine benzer, ama hücrede enerji tek seferde değil, enzimlerle küçük basamaklarda açığa çıkar ve bir kısmı ATP'de tutulur.
FormülC₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + enerji (yaklaşık 30–32 ATP)
2.2 Solunumun üç evresi
Glikoliz sitoplazmada gerçekleşir ve oksijen gerektirmez: bir glikoz iki pirüvata parçalanır, net 2 ATP ve 2 NADH kazanılır. Oksijen varsa pirüvat mitokondriye girer, asetil-KoA'ya dönüşür ve mitokondri matriksindeki Krebs döngüsünde tamamen CO₂'ye yıkılır. Bu sırada az ATP, ama çok sayıda NADH ve FADH₂ üretilir.
Asıl ATP kazancı mitokondri iç zarındaki elektron taşıma sisteminde olur. NADH ve FADH₂'nin getirdiği elektronlar bir protein zincirinden geçerken H⁺ iyonları zarlar arası boşluğa pompalanır. H⁺ iyonları ATP sentaz enziminden geri akarken ATP üretilir (kemiosmoz). Zincirin sonunda elektronları oksijen alır ve su oluşur. Oksijen yoksa zincir durur; bu durumda hücreler fermantasyona geçer: kaslarda laktik asit, mayada etil alkol ve CO₂ oluşur ve glikoz başına yalnızca 2 ATP kazanılır.
2.3 Fotosentez: ışıktan şekere
Fotosentez kloroplastta iki aşamada gerçekleşir. Işığa bağımlı tepkimeler tilakoit zarlarında olur: klorofil ışık enerjisini yakalar, su molekülleri parçalanır (fotoliz) ve oksijen açığa çıkar. Bu sırada ATP ve NADPH üretilir. Işıktan bağımsız tepkimeler, yani Calvin döngüsü ise stromada gerçekleşir: RuBisCO enzimi CO₂'yi beş karbonlu RuBP'ye bağlar ve ATP ile NADPH kullanılarak şeker üretilir.
Bir glikoz için 6 CO₂ bağlanmalı; bu da Calvin döngüsünde 18 ATP ve 12 NADPH harcanması demektir. Fotosentezin hızı ışık şiddeti, CO₂ derişimi ve sıcaklık tarafından sınırlanır; en kıt olan etmen hızı belirler (sınırlayıcı etmen). Mısır gibi C4 bitkileri ve kaktüs gibi CAM bitkileri, sıcak ve kurak ortamlarda su kaybını ve RuBisCO'nun oksijenle yaptığı israfı azaltan özel yollar kullanır.
Formül6 CO₂ + 6 H₂O + ışık → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
Anahtar terimler
- Kemiosmoz
- H⁺ iyonlarının ATP sentazdan akışıyla ATP üretilmesi.
- Fermantasyon
- Oksijensiz ortamda glikozdan az ATP elde edilmesi.
- Fotoliz
- Işık enerjisiyle suyun parçalanması.
- Sınırlayıcı etmen
- Bir sürecin hızını belirleyen, en kıt bulunan etmen.
Ünite sonu soruları
Önce kendin çöz, sonra çözümü aç.
Siyanür, elektron taşıma sistemindeki son enzimi (sitokrom c oksidaz) bloke eder. Siyanür zehirlenmesinde hücrede ATP üretimi neden çok azalır? Hangi süreç hâlâ ATP üretebilir?
Çözümü göster
Elektronlar oksijene aktarılamayınca zincir durur, H⁺ pompalanamaz ve kemiosmozla ATP üretimi biter. NADH yeniden NAD⁺'ye dönüşemediği için Krebs döngüsü de yavaşlar. Yalnızca glikoliz (fermantasyonla birlikte) glikoz başına 2 ATP üretmeyi sürdürebilir; bu, vücudun ihtiyacına yetmez.
Bir bitki ¹⁸O ile işaretlenmiş CO₂ içeren havada fotosentez yapıyor. İşaretli oksijen atomları önce hangi molekülde görülür: açığa çıkan O₂'de mi, glikozda mı?
Çözümü göster
Açığa çıkan O₂ sudan gelir, bu yüzden işaretsizdir. CO₂'nin oksijen atomları Calvin döngüsünde şekere (glikoza) ve suya geçer. İşaret glikozda görülür.
Bir sporcu kısa bir koşuda glikozun bir kısmını oksijenli solunumla (glikoz başına 30 ATP), bir kısmını fermantasyonla (glikoz başına 2 ATP) yıkıyor. 10 glikozdan 4'ü oksijenli solunumla yıkılırsa toplam kaç ATP elde edilir?
Çözümü göster
4 × 30 = 120 ATP; 6 × 2 = 12 ATP. Toplam 132 ATP. Aynı 10 glikoz tamamen oksijenli yıkılsaydı 300 ATP elde edilirdi; fermantasyonun neden "verimsiz" olduğu buradan görülür.
Bir serada ışık şiddeti artırıldığında fotosentez hızı değişmiyor, ama CO₂ derişimi artırıldığında hız yükseliyor. Bu durumda sınırlayıcı etmen hangisidir? Sıcaklık 45 °C'ye çıkarılırsa ne beklenir?
Çözümü göster
Hız yalnızca CO₂ artınca yükseldiği için sınırlayıcı etmen CO₂ derişimidir. 45 °C'de RuBisCO gibi enzimler denatüre olmaya başlar ve gözenekler su kaybını önlemek için kapanır; fotosentez hızı düşer.
🦉 Daha kolay anlatım: Profesör Baykuş'un dersi: Bitkiler ve fotosentez