Canlılarda Enerji Dönüşümleri

Oksijensiz Solunum

Organik moleküllerden oksijen yokluğunda Krebs döngüsü ve ETS kullanılırak ATP elde edilmesine oksijensiz solunum denir. Oksijensiz solunumun işleyişi oksijenli solunuma benzer ancak oksijensiz solunumda kullanılan ETSelemanları farklıdır. Oksijensiz solunumda oksijen (O2) yerine sülfat (SO4-2), nitrat (NO3-), karbonat (CO3-2) ve demir (Fe+3) son elektron alıcısı olarak kullanılır. Örneğin bataklıkta yaşayan bazı bakteriler besin moleküllerinden kopardıkları elektronları sülfat iyonuna aktarırlar. Elektronları alarak indirgenen sülfat, hidrojen sülfür (H2S) oluşumunu sağlar. ETS’de elektronların taşınması sırasında açığa çıkan enerji ile ATP sentezlenir. Bataklıklardan çürük yumurta kokusunun gelmesinin nedeni, oksijensiz solunum yapan bakterilerin oluşturduğu H2S’dür. Toprakta yaşayan ve oksijensiz solunum yapan bazı bakteriler ise ETS’de son elektron alıcısı olarak nitrat kullanır. ETS kullanılarak enerji üretilirken nitrat, denitrifikasyonla moleküler azota dönüştürülür. Bu olay, biyosferdeki azot dengesinin korunması için önemlidir.


Hücresel Solunumda Enerji Verimi

Fermantasyonda enerji verimi oksijenli solunuma göre daha azdır. Çünkü fermantasyon sırasında glikozun CO2 ve H2 O’ya kadar yıkımı tam olarak gerçekleşmez. Enerjinin büyük bir kısmı, fermantasyon sonucu oluşan son ürünlerde kalır. Aynı zamanda fermantasyonda ETS’nin olmayışı enerji verimini düşürür. Oksijenli solunumda ise glikoz, H2O ve CO2 gibi inorganik bileşiklere kadar yıkılır. NADH ve FADH2 moleküllerinin taşıdıkları elektronların ETS’ye aktarılmasıyla en yüksek seviyede ATP üretilmiş olur. Fermantasyonda sadece substrat düzeyinde fosforilasyon görülürken oksijenli solunumda substrat düzeyinde fosforilasyon ve oksidatif fosforilasyon birlikte görülür. Oksijensiz solunumda ise substrat düzeyinde fosforilasyon ve oksidatif fosforilasyon ile ATP üretimi görülür. Bu sebeple oksijensiz solunumda oksijenli solunuma göre daha az sayıda ATP, fermantasyona göre ise daha fazla sayıda ATP açığa çıkar. Her üç yöntem karşılaştırıldığında NADH moleküllerinin oksitlenme (yükseltgenme) yolları farklıdır.


Fotosentez ve Solunum Arasındaki İlişki

Ekosistemdeki fotosentetik canlılar, güneş enerjisini fotosentez yoluyla kimyasal enerjiye çevirerek besinlerin yapısında depo eder. Üretici canlılar besin zincirinin ilk halkasını oluşturur. Kendi besinini üretemeyen canlılar üreticilerden sağladıkları besinlerde depolanmış enerjiyi hücresel solunumla mitokondrilerinde açığa çıkararak güneş enerjisinden dolaylı olarak yararlanır. Fotosentez ve solunum tepkimeleri arasında birbirlerini tamamlayıcı bir ilişki bulunmaktadır. Fotosentez ile oluşturulan besinler solunumda kullanılır. Solunumun yan ürünleri olan CO2 ve H2O, fotosentezin ham maddesidir.

Fotosentez ürünleri olmadan solunum, solunum ürünleri olmadan da fotosentez gerçekleşemez. Bitkiler gece gündüz solunum yaparken sadece gündüzleri fotosentez yapar. Gündüzleri fotosentez hızı solunum hızından fazla olduğu için bitkiler, solunum sonucu ürettikleri CO2 ve H2 O’yu atmosfere vermeden fotosentezde kullanır. Bunun sonucunda atmosfere CO2 salınımı, geceye göre gündüzleri azdır.

Atmosferdeki CO2 ’nin büyük bir kısmı canlıların solunumu sonucunda oluşur. Ayrıca ısınmak için kullanılan odun, kömür, ve doğal gazın, taşıtlarda kullanılan petrol ürünlerinin yanması sonucu da çok miktarda CO2 atmosfere salınır. Atmosferde biriken bu gaz yine üreticiler tarafından tutularak besin sentezinde kullanılır. Bu da doğadaki madde döngülerinin devamlılığını sağlar. Fosil yakıtların aşırı tüketimi, atmosferde CO2 artışına yol açarak sera etkisi yaratmakta ve küresel ısınmaya yol açmaktadır. Küresel ısınma, Dünya iklimi ve canlı türleri üzerinde etkili olmaktadır. Bazı türler yok olurken bazıları yok olma tehlikesiyle karşı karşıya kalmaktadır. Atmosferdeki CO2 miktarını dengede tutmak için ormanlar korunmalı ve çoğaltılmalıdır.


Kemiosmotik Görüş

Mitokondri ve kloroplastlarda, zarın iki tarafındaki proton konsantrasyonu (yoğunluk) farkına bağlı olarak ortaya çıkan proton itici gücünün ATP sentezlenmesinde kullanılması kemiosmotik görüş ile açıklanır. Protonlar (H+), ATP sentezi sırasında mitokondrilerde zarlar arası boşlukta; kloroplastlarda ise tilakoit boşlukta birikir. Fotosentezde ADP+ ve hücresel solunumda NAD+ ve FAD molekülleri ile taşınan elektronlar, ETS’deki taşıyıcı moleküllere aktarılır. Elektronlar, ETS’de taşınırken yüksek enerji düzeyinden düşük enerji düzeyine iniş eğilimindedirler. Yüksek enerjili elektronların ETS’de aktarımı sırasında açığa çıkan serbest enerjinin bir kısmı, ısı olarak ortama verilir. Diğer kısmı ise iç zarın çevrelediği sıvı ortamdaki protonları, ETS molekülleri aracılığı ile iç ve dış zar arasındaki boşluğa pompalamada kullanılır. Zarlar arası boşluktaki proton konsantrasyonu, iç zarın çevrelediği sıvı ortama göre daha yüksek olur. İç zarın iki tarafındaki proton konsantrasyonu farkı, bir potansiyel enerji oluşturur.

Protonlar, zarlar arası boşluktan sıvı ortama dönme eğilimdedirler. Ancak iç zar, protonlar için geçirgen değildir. İç zarda yer alan ATP sentaz enzimi, protonların sıvı ortama geri dönmelerini sağlayan bir kanal oluşturur. Protonların sıvı ortama akışı, ATP sentazı aktif hâle getirir. Aktifleşen ATP sentaz, ATP sentezini gerçekleştirir. Zarlar arasındaki boşluk ile sıvı ortam arasında elektriksel yük farkı oluşur. Elektron akışı, elektron çekim gücü yüksek olan oksijen molekülüne doğrudur. Oksijen, ETS’nin son elektron alıcısıdır. Oksijenli solunumda oksijen, ETS’nin son molekülüne gelen elektronları alarak elektron akışının ve ATP molekülünün sentezinin sürdürülmesini sağlar. Elektron kazanan oksijen, elektronunu kaybetmiş bir çift proton (2H+) ile birleşerek suyu oluşturur. Oksijensiz solunumda ise sülfat, nitrat, karbonat veya demir son elektron alıcısı olarak kullanılır.

Fotosentezin Oksijenli Solunumla Karşılaştırılması

Fotosentezin Oksijenli Solunumla Karşılaştırılması

İlginizi Çekebilir...

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir