Oksijenli Solunum ve ATP Sentezi
Oksijenli solunum, hücrelerin besin maddelerini (özellikle glikozu) oksijen kullanarak parçalayıp büyük miktarda ATP enerjisi elde ettiği biyokimyasal bir süreçtir. Bu süreç, ökaryot hücrelerde mitokondride, prokaryot hücrelerde ise sitoplazma ve hücre zarında gerçekleşir.
Oksijenli Solunumun Genel Denklemi
Glikoz için genel denklem şu şekildedir:
\( C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + \text{ATP (Enerji)} \)
Bu süreç toplamda yaklaşık 36-38 ATP molekülünün sentezlenmesiyle sonuçlanır.
ATP Sentezinin Aşamaları
Oksijenli solunum, birbirini takip eden üç ana aşamadan oluşur:
- 1. Glikoliz
- 2. Krebs Döngüsü (Sitrik Asit Döngüsü)
- 3. Elektron Taşıma Zinciri (ETS) ve Kemiozmoz
1. Glikoliz
Glikoliz, oksijenli ve oksijensiz solunumun ortak ilk aşamasıdır.
- Yer: Sitoplazma
- Girdi: 1 molekül Glikoz (\( C_6H_{12}O_6 \)), 2 ATP, NAD+ koenzimi
- Süreç: Bir glikoz molekülü, iki molekül pirüvik asit (pirüvat)'a parçalanır.
- Enerji Yatırımı: Sürecin başlaması için 2 ATP harcanır.
- Enerji Üretimi: Süreç sonunda 4 ATP (net 2 ATP) ve 2 NADH (yüksek enerjili elektron taşıyıcısı) üretilir.
Net Kazanç: 2 ATP, 2 NADH
2. Krebs Döngüsü (Sitrik Asit Döngüsü)
Glikoliz sonucu oluşan pirüvik asit, mitokondriye geçer ve burada bir dizi reaksiyona girer.
- Yer: Mitokondrinin matriks sıvısı
- Hazırlık Aşaması (Pirüvik Asitin Asetil-CoA'ya Dönüşümü):
- Her bir pirüvik asit molekülünden bir karbon, \( CO_2 \) olarak atılır.
- Bu sırada 1 molekül NADH üretilir.
- Kalan iki karbonlu yapı, Asetil-CoA molekülüne dönüşür.
- Krebs Döngüsü:
- Asetil-CoA, döngüye girerek oksaloasetik asit ile birleşir ve sitrik asidi oluşturur.
- Döngü boyunca karbonlar \( CO_2 \) olarak serbest bırakılır.
- Yüksek enerjili elektron taşıyıcıları olan NADH ve FADH2 üretilir.
- Doğrudan 1 ATP (veya GTP) üretilir (substrat düzeyinde fosforilasyon).
Net Kazanç (1 Glikoz için): 2 ATP, 8 NADH, 2 FADH2, 6 \( CO_2 \)
Not: 1 glikoz 2 pirüvat oluşturduğu için tüm bu ürünler 2 ile çarpılır.
3. Elektron Taşıma Zinciri (ETS) ve Kemiozmoz
Bu aşama, oksijenli solunumda en fazla ATP'nin üretildiği yerdir.
- Yer: Mitokondrinin iç zarı (krista)
- Girdi: Glikoliz ve Krebs döngüsünden gelen NADH ve FADH2 molekülleri.
- Süreç:
- NADH ve FADH2'de taşınan yüksek enerjili elektronlar, ETS'deki proteinlere aktarılır.
- Elektronlar bu zincir boyunca ilerlerken enerjileri azalır ve serbest kalan enerji, mitokondri iç zarından dışarı proton (H+) pompalama işlemi için kullanılır.
- Bu sayede zarın iki tarafında bir proton (H+) konsantrasyon gradyanı oluşur.
- Kemiozmoz ve ATP Sentezi:
- Yüksek konsantrasyondaki protonlar, ATP Sentaz adı verilen özel bir kanaldan zardan geri geçmek ister.
- Protonların bu akışı, bir su değirmenini döndürür gibi ATP Sentaz enzimini döndürür.
- Bu mekanik enerji, ADP'ye bir fosfat grubu eklenerek ATP sentezlenmesi için kullanılır. Bu işleme oksidatif fosforilasyon denir.
- Son Elektron Alıcısı: Elektron taşıma zincirinin sonunda, elektronlar ve protonlar (H+) nihai olarak oksijen (O2) ile birleşerek su (H2O) oluşturur.
Net Kazanç: Yaklaşık 28-34 ATP
Özet: Toplam ATP Kazancı
- Glikoliz: Net 2 ATP
- Krebs Döngüsü: 2 ATP
- ETS ve Kemiozmoz: ~28-34 ATP
TOPLAM: 1 glikoz molekülünden ~32-38 ATP
Not: Bu sayılar değişkenlik gösterebilir çünkü NADH'ların mitokondriye taşınma şekline ve hücre tipine bağlı olarak ETS'de üretilen ATP miktarı farklılık gösterebilir.
