KİMYASAL ENERJİ ve HAYAT
Transkript
KİMYASAL ENERJİ ve HAYAT
KİMYASAL ENERJİ ve HAYAT ÜN‹TE – 1 KİMYASAL ENERJİ ve HAYAT ATP (Adenozin Trifosfat) Hücrenin enerji kaynağıdır. Yapısında bulunan elementler; C, H, O, N ve P’dir. Yapı taşları: ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ P P P 3 tane fosforik asit (H3PO4) 1 tane 5C lu şeker (Riboz) 1 tane Azotlu organik baz (Adenin) ATP’nin yapısında üç tane fosfat grubu vardır. İki tanesi yüksek enerjili fosfat bağı içerir. ATP canlı hücrelerde ADP’ye kadar hidrolize edilirse 13000 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. ATP hücre içinde üretilir ve tüketilir. Difüzyon ve sindirim reaksiyonlarında ATP harcanmaz. Birçok biyosentez reaksiyonlarında ATP aktivasyon enerjisi olarak kullanılır. ATP üretimine fosforilasyon denir. AMP:Adenozinmonofosfat ADP:Adenozindifosfat ATP:Adenozintrifosfat Hücrede ATP nin üretildi¤i yerler Sitoplazma Mitokondri Kloroplast ATP nin üretildi¤i reaksiyonlar Solunum ¾¾ ¾¾ Fotosentez Solunum reaksiyonlarında üretilen ATP fotosentez ve kemosentez reaksiyonlarında kullanılmaz. Fotosentez ve kemosentez reaksiyonlarında üretilen ATP sadece bu reaksiyonlar için kullanılır. Oksijenli solunum ATP ¾¾ Oksijensiz solunum Serbest enerji Hücre bölünmesi Aktif ta›ma Kas kas›lmas› Pi Kemosentez P Sinirsel iletim Biyosentez reaksiyonlar› ADP ATP üretimine fosforilasyon denir. Fosforilasyon Çeşitleri: 1. Substrat düzeyinde fosforilasyon: Organik besine enzimin etki etmesi sonucunda ATP üretilmesidir. Bütün canlılar için ortaktır. 2. Fotofosforilasyon : Işık enerjisini kullanarak gerçekleşen ATP üretim şeklidir. Fotosentetik hücrelerde gerçekleşir. 3. Kemofosforilasyon : İnorganik maddelerin oksijenle reaksiyona girdirilmesi (oksitlenmesi) sonucunda elde edilen kimyasal enerjiden ATP üretilmesidir. 4. Oksidatif Fosforilasyon : Oksijenli solunumun ETS’de gerçekleştirilen ATP üretim şeklidir. 9 10. S›n›f Biyoloji Konu Anlat›m› KİMYASAL ENERJİ ve HAYAT OKSİJENSİZ (ANAEROB) SOLUNUM Organik besin maddelerinin (özellikle glikoz) sitoplazmada oksijen kullanmadan enzimler yardımıyla prüvikasite (P.A) parçalanmasına Glikoliz denir. Sitoplazmada gerçekleir Glikoz 6C 2 P.A 3C Glikoliz ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ Glikolizde ATP 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. Glikoliz de CO2 üretimi olmaz Glikolizden sonra farklı ürünlerin açığa çıkmasının nedeni kullanılan enzimlerin farklı olmasındandır. EX Glikoz 6C 2 P.A 3C 2 Laktik asit 2 CO2 + 2 Etil alkol (C2H5OH) EQ FERMANTASYON ¾¾ Fermantasyon reaksiyonlarının tamamı sitoplazmada gerçekleşir. 1) ET‹L ALKOL FERMANTASYONU: 2 CO2 Glikoz (C6H12O6) ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ 2 Prüvik asit 2 Aset aldehid 2 Etil alkol (C2H5OH) 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: Glikozun yapısındaki oksijen işaretleniyor. İşaretlenen bu oksijene etil alkol fermantasyonu reaksiyonlarında hangi moleküllerde rastlanır? Çözüm: 2 CO2 Glikoz 2 Prüvik asit 2 Aset aldehid (C6H12O6) ¾¾ (C2H5OH) Yıldız konulan moleküllerde oksijene rastlanır. 10 10. S›n›f Biyoloji Konu Anlat›m› 2 Etil alkol KİMYASAL ENERJİ ve HAYAT Örnek: Glikoz çözeltisi bulunan bir behere bira mayası konularak havası boşaltılıyor ve aşağıdaki deney düzeneği hazırlanıyor. Termometre Hazırlanan deneye göre neler söylenebilir? Bira mayas› Çözüm: yy Glikoz azalır. yy Kireç suyu bulanır. yy Termometrede sıcaklık artışı olur. yy Bira mayası belirli süre artar. Glikoz çözelitisi Örnek: Glikoz çözeltisi bulunan bir behere bira mayası özütü konularak havası boşaltılıyor ve aşağıdaki deney düzeneği hazırlanıyor. Termometre Hazırlanan deneye göre neler söylenebilir? Bira mayas› özütü Çözüm: yy Glikoz azalır. yy Civa seviyesi A kolunda düşer. Glikoz çözelitisi yy Kireç suyu bulanmaz. Arada civa bulunduğu için CO2 geçemez. yy Bira mayası artmaz. Bira mayası özüt halinde bulunduğu için canlılık yoktur. yy Termometrede sıcaklık artışı olur. Kireç suyu A B Civa Kireç suyu 2) LAKT‹K AS‹T FERMANTASYONU : Glikoz 6C ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ 2 Prüvik asit 3C 2 Laktik asit 3C Bitkilerde görülmez. Hayvanlarda ve sütü yoğurda dönüştüren bakterilerde görülür. Çift yönlüdür. Çift yönlü olması zehir etkisini ve enerji kaybını azaltır. CO2 üretimi yoktur. Aç›klama : ‹skelet kas› Metabolizma h›z› Al›nan oksijen V 120 2V 147 3V 161 11 10. S›n›f Biyoloji Konu Anlat›m› Yeterli oran Al›nan oksijen oran bak›m›ndan yeterli olmaz. ‹laveten laktik asit fermantasyonu balar. Laktik asit fermantasyonunun artmas›na ba¤l› olarak laktik asit birikir, bireken laktik asit yorgunlu¤a neden olur. KİMYASAL ENERJİ ve HAYAT Aç›klama : 1000 glikoz as it ik as it O so ksi lu jen nu li m 16 00 Pr üv ik üv Pr CO2 H2O ATP iz ns ije um ks n O lu so 0 40 2000 prüvik asit Laktik asit fermantasyonuna geçilmesinin nedeni; Oksijen yeterli olmad›¤› için ara kademede biriken pürivik asiti uzaklat›rarak glikoliz reaksiyonlar›n›n devaml›l›¤› sa¤lan›r. Oksijen yeterli Laktik olursa asit P.A Laktik asit Kan Kalp Karaci¤er Laktik asit P.A CO2 H2O ATP Laktik asit Oksijenli solunum P.A Böbrek CO2 H2O ATP Oksijenli solunum P.A P.A CO2 H2O ATP Oksijenli solunum Laktik asit idrara verilebilir. Baz› aminoasitler Laktik asit Laktik asit Glikoz Gliserol ¾¾ Karaciğerde laktik asit fermantasyonu olmaz. ¾¾ Koşan bir insanın karaciğerine giren damarda laktik asit fazladır. ¾¾ Kalpte laktik asit fermantasyonu olmaz. ¾¾ Koşan bir insanın idrarında laktik asite rastlanabilir. ¾¾ Fermantasyonda ETS olmaz. ¾¾ Bütün solunum reaksiyonlarında ısı üretimi olur. ¾¾ Fermantasyonda oksijen kullanımına bağlı su üretimi olmaz. ¾¾ Fermantasyonda üretilen ATP substrat düzeyinde fosforilasyona örnektir. ¾¾ Bütün solunum reaksiyonlarında ilk gerçekleşen olay, glikozun ATP ile aktifleştirilmesidir. Amaç glikozun parçalanmasını kolaylaştırmaktır. ¾¾ Solunum reaksiyonları basamaklar halinde gerçekleşir. Nedeni enerjinin kontrollü olarak açığa çıkmasını sağlamaktır. 12 10. S›n›f Biyoloji Konu Anlat›m› KİMYASAL ENERJİ ve HAYAT Glikoz ATP ADP ~P Glikoz monofosfat [6] Früktoz monofosfat ATP ADP ~P Früktoz 1,6 – difosfat Früktoz 1,6 – difosfat NAD+ P PGAL (Fosfogliseraldehid) 3C 3C P 3C P NAD+ NADH +H+ 3C P 3C P 2 ATP PGA (Fosfogliserik asit) 2 ATP 2 ADP + 2P 3C 2H DPGA (Difosfogliserik asit) 2 ADP + 2P P P Sitoplazma 2H NADH +H+ P 3C PA (Prüvik asit) 3C Glikolizde oluşan prüvik asit ve NADH2’lerin uzaklaştırılması gerekir. Çünkü ortamda serbest NAD+ olmaz ise yeni parçalanan glikozların hidrojenleri reaksiyondan çekilemediği için glikoliz reaksiyonları durur. Glikoz 2 PGAL 2 PA 2 LA 4H 2NADH2 (indirgenir) 2NAD+ (Yüksetgenir) 2CO2 Glikoz 2 PGAL 2 PA 2 Asetaldehit 2 Etil alkol 4H 2NADH2 (indirgenir) 2NAD+ (Yüksetgenir) Yukarıdaki reaksiyonlarda noktalamalarla gösterilen yerlere ana reaksiyona bakarak neler yazılacağını pratik yapınız. 13 10. S›n›f Biyoloji Konu Anlat›m› KİMYASAL ENERJİ ve HAYAT ¾¾ ¾¾ Fermantasyonda prüvik asitten sonra ATP üretimi olmaz. Prüvik asitten sonra reaksiyonun devam etmesinin nedeni ara ürünlerin uzaklaştırılarak glikolizin sürekliliğini sağlamaktır. Fermantasyonda NAD+ yükseltgenmesi prüvik asitten sonra meydana gelir. Borç ATP Toplam ATP Net ATP Laktik asit Etil alkol CO2 2 1 0 4 2 4 4 4 8 8 2 3 4 4 6 2 2 2 4 4 2 2 2 4 4 2 2 2 4 4 Glikoz Glikoz monofosfat Glikoz difosfat Maltoz Maltoz difosfat OKSİJENL‹ (AEROB) SOLUNUM Organik besin maddelerinin oksijen varlığında inorganik bileşenlerine kadar parçalanmasına denir. Genel denklem : C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 38 net ATP Oksijenli solumun Prokaryot hücre Ökaryot hücre Sitoplazma Hücre zar› iç yüzeyi Sitoplazmada balar, mitokondride biter. Mezozom MİTOKONDRİ: ¾¾ Çift katlı zardan oluşur. Krista Matriks ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ ETS reaksiyonlar› gerçekleir Krebs çemberi reaksiyonlar› gerçekleir 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 ATP üretim merkezidir. 14 10. S›n›f Biyoloji Konu Anlat›m› KİMYASAL ENERJİ ve HAYAT ¾¾ Enerjiye ihtiyacın fazla olduğu yerlerde sayısı daha fazladır. Örnek: Kas – dokusayısı fazladır. ¾¾ Enerji dönüşümü gerçekleşir. Is› Besin ATP Yumurta ile spermin döllenmesi sonucu oluşan zigottaki mitokondri yumurta hücresinden aktarılır. Bu yolla meydana gelen oğul döller mitokondriyal kalıtım olarak dişi organizmaya benzer. ¾¾ Ökaryot her hücrede mitokondri bulunur. ¾¾ Ökaryotlarda oksijenli (aerob) solunum reaksiyonlar›, mitokondride gerçekleşir. ¾¾ Glikoz + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38 net ATP ¾¾ Mitokondride iki çeit fosforilasyon görülür. Oksidatif fosforilasyon (E.T.S’de) Substrat düzeyinde fosforilasyon (Krebs çemberinde) ¾¾ ¾¾ Mitokondride üretilen ATP’nin büyük bir kısmı oksidatif fosforilasyon yoluyla gerçekleşir. Oksidatif fosforilasyonla ATP 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 ATP sentaz enziminin içinden geçirerek ATP üretilir. nH+ nH+ nH+ nH+ StC NADH – Q 2e– Ubikinon 2e– 2e– Sitokrom redüktaz 2e– NADH + H+ NAD+ 2e– Sitokrom 2H+ oksidaz 2e– 1O 2 2 2e– 2H+ ADP + P FADH + H+ H2O FAD+ 15 10. S›n›f Biyoloji Konu Anlat›m› ATP KİMYASAL ENERJİ ve HAYAT Sitoplazma Mitokondri Baz› aminoasitler Ya¤ asitleri Hidrojen Vitamin Mineral Oksijen mRNA ATP CO2 H2O ¾¾ Mitokondri, DNA’sı yeterli şifre dizisine sahip olmadığı için bazı proteinleri sentezlemek için gerekli şifreyi çekirdek DNA’sının sentezlediği mRNA üzerinden alır. ¾¾ Bir solunum reaksiyonunun oksijenli ya da oksijensiz olması “glikoliz” reaksiyonundan sonra anlaşılır. Mitokondri Sitoplazma Glikoz 2 PGAL Sitrik asit 2 PA 2 Asetil – CoA Krebs 2 çemberi Okzaloasetik asit Glikoliz E T S H2O Aerob Solunum Glikoliz ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ Krebs çemberi Oksijenli solunumda glikoz mitokondriye giremez. Oksijen glikozu doğrudan yıkamaz. Krebs çemberi reaksiyonlarının başlangıç maddesi sitrik asittir. Krebs çemberi reaksiyonlarının son maddesi okzaloasetik asittir. CO 2 Solunum katsayısı dir. O2 CO 2 Solunumda karbonhidrat kullanıldığında =1 O2 CO 2 Solunumda yağ kullanıldığında oranı azalır. O2 16 10. S›n›f Biyoloji Konu Anlat›m› ETS 1 O 2 2 KİMYASAL ENERJİ ve HAYAT OKSİJENLİ SOLUNUMDA KARBON TAKİBİ : 2CO2 2CO2 Sitrik asit Glikoz 2 PGAL 2 PA 2 Asetil – CoA 6C 3C 3C 2C 2 Okzaloasetik asit 2CO2 5C 6C Krebs çemberi 4C 4C 4C 4C E T S 1 O 2 2 ¾¾ Glikoliz ve ETS reaksiyonlarında CO2 üretimi olmaz. OKSİJENLİ SOLUNUMDA HİDROJEN VE SU TAKİBİ : 6C C6H12O6 2 PGAL 2 PA (2NAD 4H (2NAD 2NADH2) 2 Asetil – CoA 4H 2NADH2) 2 12H (6NAD 6NADH2) 16 H E T (2FAD S 1 O 2 2 nH2O ¾¾ Oksijenli solunumda ETS’ye aktarılan hidrojen sayısı 24’tür. ¾¾ Glikozda 12 hidrojen vardır, geriye kalan 12 tane hidrojen krebs çemberinden aktarılır. ¾¾ ETS’de 12 tane su üretilir. ¾¾ Üretilen 12 molekül sudan 6 molekülü krebs çemberine aktarılır, 6 molekülü ise açığa çıkar. ¾¾ Hidrojenlerin ETS’ye aktarılma nedeni yüksek enerjili elektronlar sayesinde ATP üretebilmektir. 17 10. S›n›f Biyoloji Konu Anlat›m› 4H 2FADH2) KİMYASAL ENERJİ ve HAYAT OKSİJENLİ SOLUNUMDA ATP HESABI : ¾¾ Glikoliz reaksiyonlarının başında 2 ATP harcanır. ¾¾ Glikoliz reaksiyonlarında substrat düzeyinde fosforilasyonla 4 ATP üretilir. ¾¾ Krebs çemberi reaksiyonlarında substrat düzeyinde fosforilasyonla 2 ATP üretilir. ¾¾ Hidrojenler üzerinden ETS’de oksidatif fosforilasyonla 34 ATP üretilir. ¾¾ 2H ETS’ye NAD+ üzerinden aktarılırsa 3ATP üretilir. ¾¾ 2H ETS’ye FAD+ üzerinden aktarılırsa 2 ATP üretilir. ¾¾ NAD+ üzerinden ETS’ye aktarılan elektronların enerjisi FAD+ üzerinden ETS’ye aktarılan elektronlara göre daha yüksektir. Bu nedenle NAD+ üzerinden aktarılan elektronlardan daha fazla ATP üretilir. ¾¾ FAD+ üzerinden aktarılan elektronların enerjisinin bir kısmı krebs çemberi reaksiyonlarında substrat düzeyinde fosforilasyonla ATP üretimine aktarılmıştır. ATP ATP 2ATP 2ATP 6C 2 ATP C6H12O6 2 PGAL 2 PA 4H (2NADH2) 4H (2NADH2) 16 H 2 2 Asetil – CoA 12H (6NADH2) T 18 ATP 6 ATP Borç ATP Toplam ATP Net ATP S 4 ATP 1 O 2 2 6 ATP 4H (2FADH2) E Substrat düzeyinde Oksidatif fosforilasyonla üretilen ATP üretilen ATP Glikoz 2 40 38 6 34 Glikoz monofosfat 1 40 39 6 34 Glikoz 1, 6 – difosfat 0 40 40 6 34 Glikoz 2 10 8 4 6 → 2 Prüvik asit Glikoz → 2 Asetil CoA 2 Prüvik asit → CO2 + H2O 2 Asetil CoA → CO2 + H2O 2 Prüvik asit → 2 Asetil CoA ¾¾ 2 16 14 4 12 0 30 30 2 28 0 24 24 2 22 0 6 6 0 6 Oksijenli solunum reaksiyonlarında fazla ATP üretilmesinin nedeni; glikozun kendini oluşturan inorganik bileşenlerine kadar parçalanmasıdır. 18 10. S›n›f Biyoloji Konu Anlat›m› KİMYASAL ENERJİ ve HAYAT 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+ StC NADH – Q 2e– 2e– Ubikinon 2e– Sitokrom redüktaz 2e– Sitokrom 2e– 2e– NADH + H+ 1O 2 2 2e– NAD+ 2H+ oksidaz 2H+ ADP + P FADH + H+ H2O FAD+ ETS elemanları NADH – Q 1 sidaz O 2 2 ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ ATP Ubikinon Sitokrom redüktaz SitoktromC Sitokrom ok- Ubikinon protein yapısında değildir. Yağ asiti yapısındadır, diğerleri protein yapılıdır. ETS elemanları sadece elektron taşırlar. ETS elemanlarından ubikinon ve sitokromC hareketlidir. Kemiosmoz hipotezine göre krebs çemberi reaksiyonlarında açığa çıkan hidrojenler NAD+ ve FAD+ tarafından tutulur. 2e– 2H + NAD+ ‹ndirgenme NADH + H+ H+ 2e– 2H + FAD+ ‹ndirgenme FADH + H+ H+ Krebs çemberi reaksiyonlarında oluşan NADH2 ve FADH2’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 ATP sentaz enziminin içinden geçerek bu enzimi aktif hale getirirler. ATP sentaz sayesinde ADP + P birleşerek ATP üretilir. Bu yolla üretilen ATP oksidatif fosforilasyona örnektir. ATP sentaz içinden geçen H+ protonları matrikste indirgenmiş oksijen ile birleşerek su üretilir. 19 10. S›n›f Biyoloji Konu Anlat›m› KİMYASAL ENERJİ ve HAYAT ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ Krebs çemberi reaksiyonları gerçekleşirken NAD+ ve FAD+ indirgenir. ETS reaksiyonlarında NAD+ ve FAD+ yükseltgenir. ETS elemanları hem indirgenir hem de yükseltgenir. 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 Ya¤ asiti Gliserol Karbonhidratlar Proteinler ekerler Aminoasitler Glukoz PGAL Glikoliz Prüvat NH3 Asetil CoA Krebs çemberi Elektron ta›ma sistemi ve Oksidatif fosforilasyon Glikoz Gliserol Ya€ asiti Aminoasit + + + + O 2 O 2 O 2 O 2 ATP tüketimi ATP üretimi Substrat düzeyinde fosforilasyon Oksidatif fosforilasyon Enzim kullan›m› CO2 üretimi Oksijen kullanarak su üretimi NAD indirgenmesi NAD yüksetgenmesi FAD indirgenmesi FAD yüksetgenmesi CO2 + H2O + ATP CO2 + H2O + ATP CO2 + H2O + ATP CO2 + H2O + NH3 + ATP Glikoliz Krebs çemberi + + + – + – – + – – – – + + – + + – + – + – 20 10. S›n›f Biyoloji Konu Anlat›m› ETS – + – + + – + – + – +
Benzer belgeler
Yeni Microsoft Office Word Belgesi _2
Yukarıda verilen glikoz metabolizmasının genel denkleminde CO2 moleküllerindeki karbon atomları, __________ reaksiyonları sırasında
__________ gelir.
10. (fotsentez,solunum, ATP,ADP,AMP,NADPH,NADH,...
Aşağıda verilen bilgilerin karşısına doğru ya da
2. Glikoliz reaksiyonlarında önce ATP üretilir, sonra da ATP tüketilir.
3. Glikoliz reaksiyonları bütün canlılar için ortaktır.
4. Fermantasyonda sadece substrat düzeyinde fosforilasyon görülür....