KİMYASAL ENERJİ ve HAYAT ÜN TE 1 - PDF
Download "KİMYASAL ENERJİ ve HAYAT ÜN TE 1"
1 ÜN TE
2 (Adenozin Trifosfat) Hücrenin enerji kaynağıdır. Yapısında bulunan elementler; C, H, O, N ve P dir. Yapı taşları: P P ¾ 3 tane fosforik (H3 4 ) P tane 5C lu şeker (Riboz) tane Azotlu organik baz (Adenin) nin yapısında üç tane fosfat grubu vardır. İki tanesi yüksek enerjili fosfat bağı içerir. canlı hücrelerde ADP ye kadar hidrolize edilirse 3000 kalori enerji elde edilirken, laboratuvar şartlarında ADP ye kadar parçalanırsa 7300 kalori enerji elde edilir. Bu durum organik enzimlerle gerçekleşen reaksiyonların enerji verimini artırdığını gösterir. hücre içinde üretilir ve tüketilir. Difüzyon ve sindirim reaksiyonlarında harcanmaz. Birçok biyosentez reaksiyonlarında aktivasyon enerjisi olarak kullanılır. üretimine fosforilasyon denir. AMP:Adenozinmonofosat f ADP:Adenozindifosfat :Adenozintrifosfat Hücrede nin üretildi i yerler Sitoplazma Mitokondri Kloroplast nin üretildi i reaksiyonlar Solunum Fotosentez Kemosentez Solunum reaksiyonlarında üretilen fotosentez ve kemosentez reaksiyonlarında kullanılmaz. Fotosentez ve kemosentez reaksiyonlarında üretilen sadece bu reaksiyonlar için kullanılır. Oksijenli solunum Serbest enerji Hücre bölünmesi Aktif ta ma Pi P Kas kas lmas Sinirsel iletim Oksijensiz solunum ADP Biyosentez reaksiyonlar üretimine fosforilasyon denir. Fosforilasyon Çeşitleri:. Substrat düzeyinde fosforilasyon: Organik besine enzimin etki etmesi sonucunda üretilmesidir. Bütün canlılar için ortaktır. 2. Fotofosforilasyon : Işık enerjisini kullanarak gerçekleşen üretim şeklidir. Fotosentetik hücrelerde gerçekleşir. 3. Kemofosforilasyon : İnorganik maddelerin oksijenle reaksiyona girdirilmesi (oksitlenmesi) sonucunda elde edilen kimyasal enerjiden üretilmesidir. 4. Oksidatif Fosforilasyon : Oksijenli solunumun ETS de gerçekleştirilen üretim şeklidir. 9
3 OKSİJENSİZ (ANAEROB) SOLUNUM Organik besin maddelerinin (özellikle glikoz) sitoplazmada oksijen kullanmadan enzimler yardımıyla prüvike (P.A) parçalanmasına Glikoliz denir. Sitoplazmada gerçekle ir 6 C 2 P.A 3 C Glikoliz Glikolizde önce harcan r, sonra üretilir. Glikoliz bütün canl larda ayn d r. Glikolizin bütün canl larda ayn olmas n n nedeni kullan lan enzimlerin ayn olmas d r. Glikolizde kullan lan enzimlerin ayn olmas canl larda ortak gen flifrelerinin oldu unu gösterir. Glikolizde baz genlerin ortak olmas evrime göre ortak atadan gelme kan t d r. ¾ Glikoliz de CO2 üretimi olmaz Glikolizden sonra farklı ürünlerin açığa çıkmasının nedeni kullanılan enzimlerin farklı olmasındandır. E X 2 Laktik 6 C 2 P.A 3 C E Q Etil alkol (C 2 H 5 OH) FERMANTASYON Fermantasyon reaksiyonlarının tamamı sitoplazmada gerçekleşir. ) ET L ALKOL FERMANTASYONU: 2 (C 6 H 2 O 6 ) 2 Prüvik 2 Aset aldehid 2 Etil alkol (C 2 H 5 OH) Hayvanlarda görülmez. Birçok bakteride ve mantarda, ayrıca zorunlu hallerde bitkilerde görülebilir. Tek yönlüdür. Tek yönlü olması ortamda etil alkol birikmesine neden olur. Biriken etil alkol zehir etkisi yapar. Fermantasyonda glikoz tam parçalanmadığı için enerjinin büyük bir kısmı etil alkolün yapısında kalır. Etil alkolün tekrar kullanılmaması enerji kaybını artırır. Örnek: un yapısındaki oksijen işaretleniyor. İşaretlenen bu oksijene etil alkol fermantasyonu reaksiyonlarında hangi moleküllerde rastlanır? Çözüm: 2 (C 6 H 2 O 6 ) 2 Prüvik 2 Aset aldehid 2 Etil alkol (C 2 H 5 OH) Yıldız konulan moleküllerde oksijene rastlanır. 0
4 Örnek: çözeltisi bulunan bir behere bira mayası konularak havası boşaltılıyor ve aşağıdaki deney düzeneği hazırlanıyor. Termometre Hazırlanan deneye göre neler söylenebilir? Çözüm: y azalır. y Kireç suyu bulanır. y Termometrede sıcaklık artışı olur. y Bira mayası belirli süre artar. Bira mayas çözelitisi Kireç suyu Örnek: çözeltisi bulunan bir behere bira mayası özütü konularak havası boşaltılıyor ve aşağıdaki deney düzeneği hazırlanıyor. Termometre A B Hazırlanan deneye göre neler söylenebilir? Çözüm: y azalır. y Civa seviyesi A kolunda düşer. y Kireç suyu bulanmaz. Arada civa bulunduğu için y geçemez. Bira mayası artmaz. y Termometrede sıcaklık artışı olur. Bira mayas özütü Bira mayası özüt halinde bulunduğu için canlılık yoktur. çözelitisi Civa Kireç suyu 2) LAKT K AS T FERMANTASYONU : 2 Prüvik 2 Laktik 6 C 3 C 3 C Bitkilerde görülmez. Hayvanlarda ve sütü yoğurda dönüştüren bakterilerde görülür. Çift yönlüdür. Çift yönlü olması zehir etkisini ve enerji kaybını azaltır. ¾ CO üretimi yoktur. 2 Aç klama : skelet kas Metabolizma h z Al nan oksijen V 20 Yeterli oran 2V 47 3V 6 Al nan oksijen oran bak m ndan yeterli olmaz. laveten laktik fermantasyonu ba lar. Laktik fermantasyonunun artmas na ba l olarak laktik birikir, bireken laktik yorgunlu a neden olur.
5 Aç klama : Oksijenli solunum glikoz 2000 prüvik Prüvik 400 Prüvik Oksijen yeterli olursa P.A Oksijensiz solunum Laktik Laktik fermantasyonuna geçilmesinin nedeni; Oksijen yeterli olmad için ara kademede biriken pürivik i uzakla t rarak glikoliz reaksiyonlar n n devaml l sa lan r. Laktik Kan Karaci er Kalp Böbrek Laktik P.A Laktik P.A Laktik P.A Oksijenli solunum Oksijenli solunum Oksijenli solunum Baz aminoler Laktik idrara verilebilir. Laktik P.A Gliserol Karaciğerde laktik fermantasyonu olmaz. Koşan bir insanın karaciğerine giren damarda laktik fazladır. Kalpte laktik fermantasyonu olmaz. Koşan bir insanın idrarında laktik e rastlanabilir. Fermantasyonda ETS olmaz. Bütün solunum reaksiyonlarında ısı üretimi olur. Fermantasyonda oksijen kullanımına bağlı su üretimi olmaz. Fermantasyonda üretilen substrat düzeyinde fosforilasyona örnektir. Bütün solunum reaksiyonlarında ilk gerçekleşen olay, glikozun ile aktifleştirilmesidir. Amaç glikozun parçalanmasını kolaylaştırmaktır. Solunum reaksiyonları basamaklar halinde gerçekleşir. Nedeni enerjinin kontrollü olarak açığa çıkmasını sağlamaktır. 2
6 ~P ADP monofosfat [ 6 ] Früktoz monofosfat ~P ADP Früktoz,6 difosfat Früktoz,6 difosfat PGAL (Fosfogliseraldehid) P 3C 3C P NAD+ + NAD + Sitoplazma 2H 2H NADH +H+ NADH +H+ DPGA (Difosfogliserik ) P 3C P P 3C P 2 ADP + 2P 2 P 3C PGA (Fosfogliserik ) 3C P 2 ADP + 2P 2 3C PA (Prüvik ) 3C Glikolizde oluşan prüvik ve NADH 2 lerin uzaklaştırılması gerekir. Çünkü ortamda serbest NAD + olmaz ise yeni parçalanan glikozların hidrojenleri reaksiyondan çekilemediği için glikoliz reaksiyonları durur. 2 PGAL 2 PA 2 LA 2NADH 2 2NAD + (indirgenir) (Yüksetgenir) 2 2 PGAL 2 PA 2 Asetaldehit 2 Etil alkol 2NADH 2 2NAD + (indirgenir) (Yüksetgenir) Yukarıdaki reaksiyonlarda noktalamalarla gösterilen yerlere ana reaksiyona bakarak neler yazılacağını pratik yapınız. 3
7 Fermantasyonda prüvik ten sonra üretimi olmaz. Prüvik ten sonra reaksiyonun devam etmesinin nedeni ara ürünlerin uzaklaştırılarak glikolizin sürekliliğini sağlamaktır. ¾ Fermantasyonda NAD+ yükseltgenmesi prüvik ten sonra meydana gelir. Borç Toplam Net Laktik Etil alkol monofosfat difosfat Maltoz Maltoz difosfat OKSİJENL (AEROB) SOLUNUM Organik besin maddelerinin oksijen varlığında inorganik bileşenlerine kadar parçalanmasına denir. Genel denklem : C 6 H 2 O 6 + 6O net Oksijenli solumun Prokaryot hücre Sitoplazma Hücre zar iç yüzeyi Mezozom Ökaryot hücre Sitoplazmada ba lar, mitokondride biter. MİTOKONDRİ: Çift katlı zardan oluşur. Krista ETS reaksiyonlar gerçekle ir Matriks Krebs çemberi reaksiyonlar gerçekle ir Halkasal yapıda kendine özgü DNA sı var. Kendini her an eşleyebilir. İçerisinde RNA ve Ribozom vardır. ETS bulundurur. (ETS:Elektron Taşıma Sistemi) Ökaryot hücrelerde en büyük üretim merkezidir. 4
8 Enerjiye ihtiyacın fazla olduğu yerlerde sayısı daha fazladır. Örnek: Kas dokusayısı fazladır. Enerji dönüşümü gerçekleşir. Is Besin Yumurta ile spermin döllenmesi sonucu oluşan zigottaki mitokondri yumurta hücresinden aktarılır. Bu yolla meydana gelen oğul döller mitokondriyal kalıtım olarak dişi organizmaya benzer. Ökaryot her hücrede mitokondri bulunur. Ökaryotlarda oksijenli (aerob) solunum reaksiyonlar, mitokondride gerçekleşir. ¾ + 6O H 2O + 38 net Mitokondride iki çe it fosforilasyon görülür. Substrat düzeyinde fosforilasyon (Krebs çemberinde) Oksidatif fosforilasyon (E.T.S de) Mitokondride üretilen nin büyük bir kısmı oksidatif fosforilasyon yoluyla gerçekleşir. Oksidatif fosforilasyonla üretilebilmesi için, krebs çemberi reaksiyonlarında açığa çıkan hidrojenlerin elektronları ETS ye aktarılırken elektron enerjileri sayesinde hidrojenler mitokondrideki iki zar arasına pompalanır. Burada meydana gelen hidrojen derişimi farkından dolayı potansiyel enerji farkı oluşur. Bu hidrojenler sentaz enziminin içinden geçirerek üretilir. nh + nh + nh + nh + St C NADH + H + NADH Q NAD + Ubikinon Sitokrom redüktaz Sitokrom oksidaz 2H + 2 O 2 2H + ADP + P FADH + H + FAD + 5
9 Sitoplazma Baz aminoler Ya leri Hidrojen Vitamin Mineral Oksijen mrna Mitokondri Mitokondri, DNA sı yeterli şifre dizisine sahip olmadığı için bazı proteinleri sentezlemek için gerekli şifreyi çekirdek DNA sının sentezlediği mrna üzerinden alır. Bir solunum reaksiyonunun oksijenli ya da oksijensiz olması glikoliz reaksiyonundan sonra anlaşılır. Mitokondri Sitoplazma Sitrik 2 PGAL 2 PA 2 Asetil CoA 2 Glikoliz Okzaloasetik Krebs çemberi E T S 2 O 2 Aerob Solunum Glikoliz Krebs çemberi ETS Oksijenli solunumda glikoz mitokondriye giremez. Oksijen glikozu doğrudan yıkamaz. Krebs çemberi reaksiyonlarının başlangıç maddesi sitrik tir. Krebs çemberi reaksiyonlarının son maddesi okzaloasetik tir. CO2 Solunum katsayısı dir. O2 CO2 Solunumda karbonhidrat kullanıldığında = O2 CO2 Solunumda yağ kullanıldığında oranı azalır. O2 6
10 2 2 KİMYASAL ENERJİ ve HAYAT OKSİJENLİ SOLUNUMDA KARBON TAKİBİ : 5C 2 Sitrik 6C 4C Krebs 2 PGAL 2 PA 2 Asetil CoA 2 çemberi 4C 4C 6C 3C 3C 2C Okzaloasetik 4C E T S 2 O 2 ¾ Glikoliz ve ETS reaksiyonlarında CO2 üretimi olmaz. OKSİJENLİ SOLUNUMDA HİDROJEN VE SU TAKİBİ : C 6 H 2 O 6 2 PGAL 2 PA 2 Asetil CoA 2 6C 6 H (2NAD 2NADH 2 ) (2NAD 2NADH 2 ) 2H (6NAD 6NADH 2 ) E T (2FAD 2FADH 2 ) S 2 O 2 n Oksijenli solunumda ETS ye aktarılan hidrojen sayısı 24 tür. da 2 hidrojen vardır, geriye kalan 2 tane hidrojen krebs çemberinden aktarılır. ETS de 2 tane su üretilir. Üretilen 2 molekül sudan 6 molekülü krebs çemberine aktarılır, 6 molekülü ise açığa çıkar. Hidrojenlerin ETS ye aktarılma nedeni yüksek enerjili elektronlar sayesinde üretebilmektir. 7
11 OKSİJENLİ SOLUNUMDA HESABI : Glikoliz reaksiyonlarının başında 2 harcanır. Glikoliz reaksiyonlarında substrat düzeyinde fosforilasyonla 4 üretilir. Krebs çemberi reaksiyonlarında substrat düzeyinde fosforilasyonla 2 üretilir. Hidrojenler üzerinden ETS de oksidatif fosforilasyonla 34 üretilir. ¾ 2H ETS ye NAD+ üzerinden aktarılırsa 3 üretilir. ¾ 2H ETS ye FAD+ üzerinden aktarılırsa 2 üretilir. ¾ NAD+ üzerinden ETS ye aktarılan elektronların enerjisi FAD + üzerinden ETS ye aktarılan elektronlara göre daha yüksektir. Bu nedenle NAD + üzerinden aktarılan elektronlardan daha fazla üretilir. ¾ FAD+ üzerinden aktarılan elektronların enerjisinin bir kısmı krebs çemberi reaksiyonlarında substrat düzeyinde fosforilasyonla üretimine aktarılmıştır. 2 2 C 6 H 2 O 6 2 PGAL 2 PA 2 Asetil CoA 2 6C 2 6 H (2NADH 2 ) (2NADH 2 ) 2H (6NADH 2 ) E (2FADH T 2 ) 8 S O 2 Substrat düzeyinde Oksidatif fosforilasyonla Borç Toplam Net üretilen üretilen monofosfat , 6 difosfat Prüvik Asetil CoA Prüvik + H 2 O Asetil CoA + H 2 O Prüvik 2 Asetil CoA Oksijenli solunum reaksiyonlarında fazla üretilmesinin nedeni; glikozun kendini oluşturan inorganik bileşenlerine kadar parçalanmasıdır. 8
12 ELEKTRON TAŞIMA SİSTEMİ : Mitokondrinin dış zarı küçük moleküllere ve iyonlara karşı geçirgen olmasına karşın, mitokondrinin iç zarı protonlar H + dahil birçok küçük molekül ve iyon için geçirgen değildir. nh + nh + nh + nh + St C NADH + H + NADH Q NAD + Ubikinon Sitokrom redüktaz Sitokrom oksidaz 2H + 2 O 2 2H + ADP + P FADH + H + FAD + ETS elemanları NADH Q Ubikinon Sitokrom redüktaz Sitoktrom C Sitokrom oksidaz O2 2 Ubikinon protein yapısında değildir. Yağ i yapısındadır, diğerleri protein yapılıdır. ETS elemanları sadece elektron taşırlar. ¾ ETS elemanlarından ubikinon ve sitokromc ¾ Kemiosmoz hipotezine göre krebs çemberi reaksiyonlarında açığa çıkan hidrojenler NAD+ ve FAD + tarafından tutulur. 2H + NAD + ndirgenme NADH + H+ H + 2H + FAD + ndirgenme FADH + H+ H + Krebs çemberi reaksiyonlarında oluşan NADH 2 ve FADH 2 ler elektronları ETS ye aktarırlar, protonlar matrikste kalır. ETS ye aktarılan elektron enerjisinden bir kısmı ısı olarak açığa çıkarken, büyük bir kısmı protonları (H + ) iki zar arasına pompalamada kullanılır. Hidrojen protonları iki zar arasına pompalan nca matriksin ph ı yükselirken, iki zar arasının ph ı düşer. İki zar arasında biriken H + protonları elektriksel yük farkına neden olur. İki zar arasındaki H + protonları sentaz enziminin içinden geçerek bu enzimi aktif hale getirirler. sentaz sayesinde ADP + P birleşerek üretilir. Bu yolla üretilen oksidatif fosforilasyona örnektir. sentaz içinden geçen H + protonları matrikste indirgenmiş oksijen ile birleşerek su üretilir. 9
13 ¾ Krebs çemberi reaksiyonları gerçekleşirken NAD+ ve FAD + indirgenir. ¾ ETS reaksiyonlarında NAD+ ve FAD + yükseltgenir. ETS elemanları hem indirgenir hem de yükseltgenir. ¾ ETS ye dışarıdan katılan oksijen elektron alarak indirgenir, protonla (H ) birleşince nötürleşir. Oksijenli solunum reaksiyonlarında enerji verici organik besinlerin solunuma katılım yolları aşağıdaki gibidir. Ya lar Karbonhidratlar Proteinler Ya i Gliserol ekerler Aminoler Glukoz PGAL Glikoliz Prüvat NH 3 Asetil CoA Krebs çemberi Elektron ta ma sistemi ve Oksidatif fosforilasyon + O 2 + H 2 O + Gliserol + O 2 + H 2 O + Ya i + O 2 + H 2 O + Amino + O 2 + H 2 O + NH 3 + Glikoliz Krebs çemberi ETS tüketimi + üretimi Substrat düzeyinde fosforilasyon + + Oksidatif fosforilasyon + Enzim kullan m üretimi + Oksijen kullanarak su üretimi + NAD indirgenmesi + + NAD yüksetgenmesi + FAD indirgenmesi + FAD yüksetgenmesi + 20