Canlılar dünyası
Yapıyı göreve bağla: her organelin, organın bir işi var.
9 bölüm · ~16 dk · 14 etkileşim
Hücresel solunum, organik besin moleküllerinin (özellikle glikozun) hücre içinde yıkılarak kimyasal bağ enerjisinin ATP'ye aktarılması sürecidir. Oksijen kullanılıp kullanılmamasına göre oksijenli solunum ve oksijensiz solunum (fermantasyon) olmak üzere ikiye ayrılır. AYT Biyoloji'de bu konu, sınavın en çok sayısal soru barındıran başlıklarından biridir: glikoliz, piruvat oksidasyonu, Krebs döngüsü ve elektron taşıma sisteminin ürünleri (ATP, NADH, FADH₂, CO₂) tek tek ya da toplu şekilde hesaplattırılır. Bu yüzden her basamağın gerçekleştiği yeri ve sayısal ürünlerini eksiksiz bilmek, bu konudaki soruların neredeyse tamamını çözmeye yeter.
1Glikoliz: sitoplazmadaki ilk basamak
İlk bölüm! Temeli burada atıyoruz, acele etme.
2Mitokondride: piruvat oksidasyonu ve Krebs
Önemli yerleri altını çizer gibi oku.
Bir mitokondride Krebs döngüsü art arda 6 kez dönmektedir. Bu sırada toplam kaç NADH, FADH₂, ATP ve CO₂ oluşur?
Bir hücrede 4 tur Krebs döngüsü tamamlanmıştır.
Bu sırada oluşan toplam FADH₂ ve CO₂ miktarı için aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
3Elektron taşıma sistemi (ETS)
Örneklere dikkat et; soruların çoğu buradan çıkar.
Elektron taşıma sistemi (ETS) ve oksidatif fosforilasyon (mitokondri iç zarında): Önceki basamaklarda üretilen NADH ve FADH₂'nin taşıdığı yüksek enerjili elektronlar, iç zar üzerindeki taşıyıcı proteinler boyunca aktarılır. Bu aktarım sırasında H⁺ iyonları matriksten zar arası boşluğa pompalanır ve bir H⁺ derişim farkı oluşur; bu fark, ATP sentaz üzerinden ATP üretiminde kullanılır (kemiosmoz). Zincirin sonunda elektronlar ve H⁺, oksijen tarafından tutularak su (H₂O) oluşur; oksijen, elektron taşıma sisteminin nihai (son) elektron alıcısıdır.
4Oksijenin rolü
Bunu bir arkadaşına anlatabilir misin? Kafanda bir dene.
Oksijen, glikolizde veya Krebs döngüsünde doğrudan kullanılmaz; yalnızca ETS'nin son basamağında elektronları ve H⁺ iyonlarını alarak suya dönüşür. Oksijen olmadan elektronlar ETS'de ilerleyemez, NADH ve FADH₂ yeniden NAD⁺ ve FAD'a yükseltgenemez. NAD⁺ ve FAD stoku tükenen hücrede glikoliz ve Krebs döngüsü de durmak zorunda kalır; bu yüzden oksijen yokluğunda hücreler NAD⁺'ı yenilemek için fermantasyona yönelir.
Bir hücreye solunum zehiri uygulanarak oksijenin ETS'nin son basamağında elektron kabul etmesi engelleniyor. Bu durumda hücrede kısa sürede ne gözlenir?
5Toplam ATP hesabı
Yarıyı geçtin, harika gidiyorsun! 4 bölüm kaldı.
Bir glikoz molekülünün tam oksijenli solunumla yıkımında üretilen toplam taşıyıcı sayıları:
| Basamak | Yer | ATP (substrat düzeyi) | NADH | FADH₂ | CO₂ |
|---|---|---|---|---|---|
| Glikoliz | Sitoplazma | 2 (net) | 2 | – | – |
| Piruvat oksidasyonu | Mitokondri matriksi | – | 2 | – | 2 |
| Krebs döngüsü (2 tur) | Mitokondri matriksi | 2 | 6 | 2 | 4 |
| Toplam | 4 | 10 | 2 | 6 |
Bir glikozun tam yıkımında ETS'de ve toplamda kaç ATP elde edilir?
Ökaryotik hücrelerde glikolizde sitoplazmada üretilen 2 NADH'nin mitokondriye taşınması bazı hücrelerde (kas, beyin gibi gliserol-fosfat şatl sistemi kullanan dokularda) ekstra bir ATP maliyeti getirir; bu NADH'ler mitokondriye girerken FADH₂ değerine düşürülür (her biri 3 yerine 2 ATP kazandırır), bu da toplam ATP'yi 2 birim azaltarak 36 ATP'ye indirir. Karaciğer, kalp ve böbrek gibi malat-aspartat şatl sistemi kullanan dokularda bu kayıp olmaz ve net ATP 38 olarak kalır. Bu nedenle bir glikozun oksijenli solunumla yıkımında elde edilen net ATP miktarı, hücre tipine bağlı olarak 36-38 ATP arasında değişebilir; mitokondrisi olmayan prokaryotlarda taşıma kaybı olmadığından değer 38'e daha yakındır.
Bir hücrede 5 molekül glikoz, oksijenli solunumla tam olarak yıkılıyor ve her glikozdan net 38 ATP elde edildiği kabul ediliyor. Bu durumda toplam kaç ATP elde edilir?
Bir hücrede oksijenli solunum sırasında toplam 6 CO₂ açığa çıktığı gözlenmiştir.
Buna göre bu süreçte kaç molekül glikoz tamamen yıkılmış olabilir?
6Oksijensiz solunum (fermantasyon)
Takıldığın yere not al, sonra birlikte döneriz.
Fermantasyonda yalnızca glikoliz basamağı çalışır; bu basamak sitoplazmada gerçekleşir ve mitokondriye ihtiyaç duymaz. Glikolizden elde edilen net kazanç yine 2 ATP'dir; Krebs döngüsü ve ETS çalışmadığından ek ATP üretilmez. Fermantasyonun asıl işlevi, glikolizde üretilen NADH'nin taşıdığı elektronları piruvata (veya piruvattan türeyen bir ürüne) aktararak NAD⁺'ı yeniden oluşturmaktır; böylece glikoliz kesintisiz devam edebilir.
| Özellik | Laktik asit fermantasyonu | Etil alkol fermantasyonu |
|---|---|---|
| Yol | Piruvat, NADH'den aldığı elektron ve H⁺ ile doğrudan laktik aside indirgenir | Piruvat önce CO₂ kaybederek asetaldehite dönüşür, ardından asetaldehit NADH'den aldığı elektron ve H⁺ ile etil alkole indirgenir |
| CO₂ | Açığa çıkmaz | Bir glikoz başına 2 CO₂ |
| Görüldüğü yerler | İnsan kas hücrelerinde oksijen yetersiz kaldığında, bazı bakteri ve mantarlarda | Maya mantarlarında ve bazı bitki hücrelerinde oksijensiz koşullarda |
| Net ATP | 2 | 2 |
Her iki fermantasyon türünde de bir glikozdan elde edilen net ATP miktarı 2'dir; bu, oksijenli solunumdaki 36-38 ATP'nin çok altındadır. Bu fark, oksijenli solunumun neden çok daha verimli olduğunu açıklar.
Bir glikoz molekülü önce laktik asit fermantasyonuyla, sonra ayrı bir hücrede etil alkol fermantasyonuyla yıkılıyor. Bu iki süreç sonunda üretilen net ATP miktarı ve açığa çıkan CO₂ miktarı bakımından karşılaştırma yapınız.
7Sık yapılan hatalar
Önemli yerleri altını çizer gibi oku.
Hangi yargı doğru, hangisi yanlış?
Glikoliz mitokondride gerçekleşir.
Glikolizde net ATP kazancı 4'tür.
Her NADH ve FADH₂ eşit miktarda ATP verir.
Fermantasyonda Krebs döngüsü ve ETS de çalışır.
Laktik asit fermantasyonunda da CO₂ açığa çıkar.
Oksijen glikolizde veya Krebs döngüsünde doğrudan kullanılır.
Hücresel solunumla ilgili,
- I.Glikoliz sitoplazmada gerçekleşir.
- II.Krebs döngüsü ökaryotlarda mitokondri matriksinde gerçekleşir.
- III.ETS'de ATP, substrat düzeyinde fosforilasyonla sentezlenir.
ifadelerinden hangileri doğrudur?
8ÖSYM'de nasıl soruluyor
Örneklere dikkat et; soruların çoğu buradan çıkar.
AYT'de hücresel solunum soruları büyük ölçüde sayısal ve karşılaştırmalıdır:
- Belirli sayıda glikoz, piruvat veya asetil-CoA verilerek toplam ATP, NADH, FADH₂ ya da CO₂ miktarı hesaplattırılır.
- Glikoliz, piruvat oksidasyonu, Krebs döngüsü ve ETS'nin gerçekleştiği hücre bölgesi (sitoplazma/mitokondri matriksi/mitokondri iç zarı) sorulur.
- Oksijenli solunum ile fermantasyonun ATP verimi, gerçekleştiği yer ve CO₂ açığa çıkışı bakımından karşılaştırılması istenir.
- Laktik asit ve etil alkol fermantasyonu birbirleriyle karşılaştırılır; hangisinde CO₂ açığa çıktığı sıkça sorulur.
- ETS'de oksijenin görevi ve oksijen yokluğunda hücrede meydana gelen değişiklikler (NAD⁺ birikimi, fermantasyona geçiş) yorumlatılır.
- Bazı sorularda net ATP miktarının 36 mı 38 mi olduğu, glikolizdeki NADH'lerin mitokondriye taşınma şekline bağlanarak sorgulanır.
9Kısa tekrar
Son bölüm! Biraz kaldı, bitirmek üzeresin.