Oksijenli Solunum ve ATP Üretimi
Oksijenli solunum, hücrelerin besin maddelerini (özellikle glikozu) oksijen kullanarak enerjiye (ATP) dönüştürdüğü süreçtir. Bu süreç, ökaryot hücrelerde mitokondride, prokaryot hücrelerde ise sitoplazma ve hücre zarında gerçekleşir.
Oksijenli Solunumun Aşamaları ve ATP Kazançları
Oksijenli solunum üç ana aşamadan oluşur. Her aşamada farklı miktarlarda ATP üretilir ve harcanır.
- Glikoliz:
- Bir glikoz molekülü, iki pirüvat molekülüne parçalanır.
- Brüt (Toplam) Kazanç: 4 ATP ve 2 NADH
- Net Kazanç: Reaksiyonun başlangıcında 2 ATP harcandığı için, net olarak 2 ATP ve 2 NADH üretilir.
- Yer: Sitoplazma
- Krebs (Sitrik Asit) Döngüsü:
- Glikolizden gelen her bir pirüvat, asetil CoA'ya dönüştürülür ve Krebs döngüsüne girer. Bir glikozdan iki pirüvat geldiği için döngü iki kez işler.
- Bir Glikoz İçin Net Kazanç (2 Tur): 2 ATP (veya GTP), 6 NADH, 2 FADH\(_2\)
- Yer: Mitokondri matriksi
- Elektron Taşıma Zinciri (ETS) ve Oksidatif Fosforilasyon:
- Glikoliz ve Krebs döngüsünde üretilen NADH ve FADH\(_2\) molekülleri, bu aşamada kullanılır. Bu moleküller taşıdıkları elektronları ETS'ye verirler. Elektronların taşınması sırasında açığa çıkan enerji, proton pompalama için kullanılır. Oluşan proton gradyanı sayesinde ATP sentaz enzimi çalışır ve büyük miktarda ATP üretilir.
- Burada ATP üretimi, NADH ve FADH\(_2\) başına üretilen ATP sayısına bağlıdır.
Net ATP Hesabı
Bir glikoz molekülünden oksijenli solunumla elde edilen net ATP miktarı genellikle 36 veya 38 olarak belirtilir. Bu farkın nedeni, NADH moleküllerinin mitokondriye aktarılma şekli ve kullanılan hesaplama yöntemleridir.
Hesaplamayı adım adım yapalım:
- Glikoliz: Net 2 ATP ve 2 NADH
- Pirüvat'ın Asetil CoA'ya dönüşümü: 2 NADH (Her pirüvat için 1 NADH)
- Krebs Döngüsü (2 tur): Net 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH\(_2\)
Şimdi bu elektron taşıyıcılarını ATP'ye çevirelim. Genel kabul görmüş değerler:
- 1 NADH → Elektron Taşıma Zinciri'nde ~2.5 ATP
- 1 FADH\(_2\) → Elektron Taşıma Zinciri'nde ~1.5 ATP
Toplam ATP hesabı:
- Doğrudan ATP'ler: Glikoliz (2) + Krebs (2) = 4 ATP
- NADH'lardan gelen ATP:
- Glikolizdeki 2 NADH: Sitoplazmada üretildikleri için mitokondriye girişleri sırasında enerji harcanabilir. Bu durumda her biri ~1.5 ATP değerinde olabilir. (2 NADH x 1.5 = 3 ATP)
- Diğer 8 NADH (Pirüvattan 2 + Krebs'ten 6): Mitokondri içinde üretildikleri için tam verimle çalışırlar. (8 NADH x 2.5 = 20 ATP)
- FADH\(_2\)'lerden gelen ATP: 2 FADH\(_2\) x 1.5 = 3 ATP
Toplam Net ATP: 4 (doğrudan) + 3 (glikoliz NADH) + 20 (diğer NADH) + 3 (FADH\(_2\)) = 30 ATP
Eğer glikolizdeki NADH'lar da mitokondriye "malat-aspart mekiği" gibi bir yolla, enerji kaybı olmadan aktarılırsa, her biri 2.5 ATP değerinde olur (2 NADH x 2.5 = 5 ATP). Bu durumda toplam:
Toplam Net ATP: 4 (doğrudan) + 5 (glikoliz NADH) + 20 (diğer NADH) + 3 (FADH\(_2\)) = 32 ATP
Daha eski kaynaklarda 1 NADH = 3 ATP ve 1 FADH\(_2\) = 2 ATP olarak hesaplanırdı. Bu eski hesaba göre toplam net ATP 38 çıkardı. Güncel ve daha gerçekçi hesaplamalarla, bir glikoz molekülünden oksijenli solunumla elde edilen net ATP sayısının 30-32 aralığında olduğu kabul edilmektedir.
Özetle: Oksijenli solunumda net ATP üretimi, hücre tipine ve koşullara bağlı olarak değişmekle birlikte, güncel biyoloji kitaplarında bu değer 30 ile 32 ATP arasında kabul edilir. Eski kaynaklarda ise 36-38 ATP olarak geçmektedir.
