ATP sentezi ile ilgili sorular Test 2

Oksijenli solunum sırasında, bir molekül glikozun tamamen parçalanması sonucu teorik olarak en fazla kaç ATP molekülü sentezlenir?

A) 2 ATP
B) 36-38 ATP
C) 24 ATP
D) 12 ATP

Sevgili öğrenciler, oksijenli solunum, hücrelerimizin enerji üretmek için glikozu ($C_6H_{12}O_6$) tamamen parçaladığı karmaşık ama çok verimli bir süreçtir. Bu süreç, dört ana aşamada gerçekleşir ve her aşamada farklı miktarlarda enerji (ATP) veya enerji taşıyıcı moleküller ($NADH$, $FADH_2$) üretilir. Bir molekül glikozun tamamen parçalanmasıyla ne kadar enerji (ATP) üretildiğini adım adım inceleyelim:

• 1. Glikoliz:

  Bu ilk aşama, sitoplazmada gerçekleşir ve oksijenli ya da oksijensiz solunumun ortak başlangıcıdır. Bir molekül glikoz, iki molekül pirüvata parçalanır.

  Bu aşamada:

  Net 2 ATP doğrudan üretilir (substrat düzeyinde fosforilasyon).

  2 NADH molekülü sentezlenir. Bu $NADH$ molekülleri, daha sonra elektron taşıma sisteminde $ATP$ üretimine katkıda bulunacaktır.

• 2. Pirüvatın Asetil-CoA'ya Dönüşümü (Pirüvat Oksidasyonu):

  Pirüvat molekülleri mitokondriye girer ve her bir pirüvat, bir $CO_2$ kaybederek asetil-CoA'ya dönüşür. Bu aşamada doğrudan $ATP$ üretimi olmaz.

  Bu aşamada:

  Her bir pirüvat için 1 NADH sentezlenir. Glikozdan gelen iki pirüvat olduğu için toplam 2 NADH üretilir.

• 3. Krebs Döngüsü (Sitrik Asit Döngüsü):

  Mitokondri matriksinde gerçekleşen bu döngüde, asetil-CoA tamamen $CO_2$'ye oksitlenir. Bir glikoz molekülünden gelen iki asetil-CoA için:

  Bu aşamada:

  Net 2 ATP (veya $GTP$, $ATP$'ye eşdeğerdir) doğrudan üretilir (substrat düzeyinde fosforilasyon).

  6 NADH molekülü sentezlenir.

  2 $FADH_2$ molekülü sentezlenir.

• 4. Elektron Taşıma Sistemi (ETS) ve Oksidatif Fosforilasyon:

  Mitokondrinin iç zarında gerçekleşen bu son ve en verimli aşamada, önceki basamaklarda üretilen $NADH$ ve $FADH_2$ moleküllerindeki yüksek enerjili elektronlar $O_2$'ye aktarılır. Bu süreçte proton gradyanı oluşturulur ve bu gradyan kullanılarak büyük miktarda $ATP$ sentezlenir. Bu hesaplamalarda genellikle kabul edilen teorik $ATP$ verimleri şöyledir:

  Her bir $NADH$ molekülü yaklaşık 3 ATP üretir.

  Her bir $FADH_2$ molekülü yaklaşık 2 ATP üretir.

Şimdi tüm bu $ATP$ üretimini toplayalım:

• Doğrudan Üretilen ATP (Substrat Düzeyinde Fosforilasyon):

  Glikolizden: 2 ATP

  Krebs Döngüsünden: 2 ATP

  Toplam: 4 ATP

• NADH ve $FADH_2$'den Üretilen ATP (Oksidatif Fosforilasyon):

  Toplam NADH: Glikolizden 2 NADH, Pirüvat Oksidasyonundan 2 NADH, Krebs Döngüsünden 6 NADH. Toplam 10 NADH.

  Bu 10 NADH'den üretilen ATP: $10 \times 3 = 30$ ATP.

  Toplam $FADH_2$: Krebs Döngüsünden 2 $FADH_2$.

  Bu 2 $FADH_2$'den üretilen ATP: $2 \times 2 = 4$ ATP.

  NADH ve $FADH_2$'den Toplam ATP: $30 + 4 = 34 ATP$.

Toplam ATP: Doğrudan üretilen $ATP$ + $NADH$ ve $FADH_2$'den üretilen $ATP$ = $4 + 34 = 38 ATP$.

Peki neden cevap 36-38 ATP aralığında veriliyor? Bu fark, glikoliz sırasında sitoplazmada üretilen 2 $NADH$ molekülünün elektronlarının mitokondriye taşınma şeklinden kaynaklanır. Mitokondriye taşınma için iki farklı mekik sistemi (shuttle system) vardır:

• 1. Malat-Aspartat Mekik Sistemi: Bu sistemde, sitoplazmik $NADH$'nin elektronları mitokondriye $NADH$ olarak taşınır ve her bir $NADH$ için 3 $ATP$ üretilir. Bu durumda glikolizden gelen 2 $NADH$ için $2 \times 3 = 6$ $ATP$ elde edilir. Bu senaryoda toplam 38 ATP üretilir.
• 2. Gliserol-Fosfat Mekik Sistemi: Bu sistemde, sitoplazmik $NADH$'nin elektronları mitokondriye $FADH_2$ olarak taşınır. Her bir $FADH_2$ için 2 $ATP$ üretildiği için, glikolizden gelen 2 $NADH$ için $2 \times 2 = 4$ $ATP$ elde edilir. Bu senaryoda, $NADH$'den gelen $ATP$ miktarı 2 $ATP$ daha az olacağı için toplam 36 ATP üretilir.

Bu nedenle, bir molekül glikozun oksijenli solunumda tamamen parçalanması sonucu teorik olarak en fazla 36-38 ATP molekülü sentezlenir.

Cevap B seçeneğidir.