Oksijenli solunum
Oksijenli solunum, aerobik solunum olarak da bilinir. Organik besinlerden Oksijen yoluyla ATP elde etme işidir. Hücrede besinlerdeki bazı kimyasal tepkimelerin enerjinin oksijen kullanarak açığa çıkarılması demektir. Biyoloji ders kitapları sık sık hücresel solunum sırasında glikoz molekülü başına 38 ATP molekülü (2 glikolizden, 2 Krebs döngüsünden, 34 kadar elektron taşıma sisteminden) üretildiğini söylese de[1] sızıntılı zarların yanı sıra mitokondriyal matrikse pirüvat ve ADP hareketinin maliyetinden dolayı %100 verim olamayacağından bu sayıya asla ulaşılmaz, mevcut tahminler glikoz başına 29 ilâ 30 ATP dolayındadır.[1]
C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) → 6 CO2 (g) + 6 H2O + 32 ATP
Üç şekilde incelenir:
Oksijenli solunum yapan canlılar
Canlıların çoğu oksijenli solunum yapar. Besin moleküllerindeki enerjinin hücrelerde oksijen kullanılarak açığa çıkarılmasına oksijenli solunum denir.
İnsanlar, hayvanlar, bakteriler ve mantarlar oksijenli solunum yaparlar. Memeli canlılar, sürüngenler, kuşlar, kurbağalar, balıklar, kabuklu deniz canlıları, eklem bacaklılar, yılanlar ve solucanlar, oksijenli solunum yapan canlı örnekleridir. Akciğerler, solungaçlar, trake ve deri aracılığı ile oksijenli solunum yapılır.
Glikoliz
Glikozpirüvik asite kadar parçalanır. Glikoliz şeker parçalanması anlamına gelir ve bu metabolik yolda gerçekleşen olay da budur.
Altı karbonlu bir şeker olan glikoz, önce 1 ATP harcanarak aktifleştirilir ve Glukoz-6-fosfat (glukozmonofosfat) bileşiğine çevrilir. Daha sonra ATP harcanmadan glikozmonofosfat, fruktozmonofosfata çevirilir. ATP harcanmaz çünkü glukoz ve fruktoz birbirlerinin izomerleridir. Daha sonra eldeki fruktozmonofosfata 1 ATP daha harcanarak ikinci fosfat grubu bağlanır. Bu ara ürüne fruktozdifosfat adı verilir. Fruktozdifosfat 2 ye ayrılır ve bundan sonra glikoliz olayı 2 kolda aynı şekilde gerçekleşmeye devam eder. 2ye ayrıldıktan sonra oluşan ara ürün, 3 karbonlu ve bir fosfat içerir. Adı ise fosfogliseraldehit(PGAL)tir. NAD koenzimi PGAL’den 2hidrojen alarak indirgenir. Ortamdan bir tane fosfat bağlanır. Bu yeni ara ürüne ise difosfogliserik asit (DPGA) adı verilir. DPGA’dan bir fosfat bağı koparılarak substrat düzeyinde fosforilasyonla 1ATP üretilir. Yeni ara ürüne fosfogliserik (PGA) asit denir. PGA’dan da kalan diğer fosfat bağı koparılarak substrat düzeyde 1 ATP daha üretilir. Glikolizdeki son ürün ise pirüvik asittir.
Glikoliz yolu her biri özgül bir enzim tarafından katalizlenen on basamak içerir. Bu on basamağı iki evreye ayırabiliriz. Enerji harcaması yapılan evre ilk beş basamağı, enerjinin geri ödendiği ikinci evre ise, diğer beş basamağı içerir. Enerji harcanan evrede hücre yakıt moleküllerini fosforile etmek için, ATP harcar. Bu harcama, enerjinin geri ödendiği evrede, substrat seviyesinde fosforilasyon ve NAD+’nin NADH’ye indirgenmesiyle üretilen ATP aracılığı ile yeniden kazanılır. Glikolizin net enerji verimi, glikoz başına 2 ATP ve 2 NADH2‘dır.
Glikolizde oluşan 2 pirüvik asitten, oksijen varlığında, NAD indirgenmesi ve iki molekül karbondioksit çıkmasıyla oluşan 2 karbonlu asetil CoA (aktif asetik asit) oluşumudur.
Krebs çemberindeki (sitrik asit döngüsü) olayların başlaması için ortamda 4 karbonlu okzala asetik asit bulunması gerekir. 2 karbonlu asetil CoA, okzalo asetik asit ile birleşerek 6 karbonlu sitrik asit oluşur. Sitrik asitten NAD indirgenmesi ve bir molekül karbondioksit çıkması sonrasında 5 karbonlu farklı bir yapı oluşur. 5 karbonlu yapıdan da NAD indirgenmesi ve bir molekül karbondioksit çıkmasıyla 4 karbonlu farklı bir yapı oluşur. Bu 4 karbonlu yapıdan substrat düzdeyde fosforilasyonla 2 ATP üretilir. Daha sonra FAD (koenzim çeşidi) ve NAD indirgenir ve okzalo asetik asit oluşur.
Elektron Taşıma Sistemi (ETS) Prokaryot canlıların hücre zarında, ökaryot canlılarda ise Mitokondri iç zarlarında (krista) gerçekleşir. Glikolizde ve krebste açığa çıkan hidrojenlerin ETS’den geçerek yine ETS elemanı olan oksijen ile birleşerek suyun oluştuğu evredir.
NAD ve FAD yükseltgenmesiyle hidrojenler ortama bırakılır. Hidrojen 1 elektron ve 1 protondan oluşur. Hidrojen elektron ve proton olarak ayrılır ve elektronu ETS’ye aktarır. Burada elektronlar sırasıyla,ETS elemanları olan, NADH-Q redüktaz, Ubikinon redüktaz, Sitokrom redüktaz, Sitokrom C, Sitokrom oksidaz ve son olarak oksijene doğru ilerlerken, açığa çıkardıkları enerjilerin önemli bir kısmı matrixteki protonların mitokondrinin iç ve dış zarı arasındaki boşluğa pompalanmasında kullanılır. (mitokondrinin iç zarı protonlara geçirgen değildir.) Bir kısmı da ortama ısı olarak verilir. (ETS elemanları elektron alma isteklerine göre dizilmişlerdir. Oksijen en çok elektron alma isteğine sahiptir. ETS elemanlarından sadece Ubikinon redüktaz yağ yapılı bir koenzimdir diğerleri ise protein yapılıdırlar.) Mitokondrinin 2 zarı arasındaki boşlukta protonların fazla olmasıyla elektrik yük farkı ortaya çıkar. Bu durumda ATP sentaz enzimi protonların iç zarından geçmesini sağlayarak oksidatif fosforilasyonla ATP oluşumunu sağlar. Daha sonra protonlar, ETS’deki son ETS elemanı oksijene gelmiş olan elektronlarla birleşir ve H2O oluşur.
NADH2‘nin elektronları ETS’den geçerken 2 hidrojen için 3 ATP, FADH2‘nin elektronları ETS’den geçerken 2 hidrojen için 2 ATP üretilir.
Oksijensiz Solunum Yapan Canlılara Örnekler Nelerdir?
Besin moleküllerinin hücre içinde oksijen kullanılmadan çok daha küçük parçalara bölünerek enerji elde edilmesi olayına oksijensiz solunum denir. Oksijensiz solunum ile elde edilmekte olan enerji miktarı oksijenli solunum çeşidine göre çok daha azdır.
Oksijensiz Solunum Nedir?
Organik yapılı moleküllerden oksijenin yokluğunda Krebs döngüsü ile birlikte ETS kullanılarak ATP’nin elde edilme işlemine oksijensiz solunum adı verilir. Oksijensiz solunumun işlevi oksijenli solunuma benzer bir oluşumdur fakat oksijensiz solunumda kullanılacak olan ETS elemanları çok daha farklıdır.
Oksijensiz solunum içerisinde oksijen yerine sülfat, nitrat, karbonat ve demir son elektron alıcısı şeklinde kullanılır. Örnek verilirse, bataklıkta yaşamakta olan bazı parazitler besin moleküllerinden koparmış oldukları elektronları sülfat iyonunun içine aktarırlar. Elektronları alarak indirgenen sülfat, hidrojen sülfür (H2S) oluşumunu sağlar. ETS’de elektronların taşınması sırasında açığa çıkan enerjiyle ATP sentezlenir. Bataklıkların içerisinden çürük yumurtaya benzeyen bir kokunun gelmesinin sebebi, oksijensiz solunum yapan parazitlerin oluşturmuş olduğu H2S’dür.
Oksijensiz Solunum Nerede Gerçekleşir?
Oksijensiz solunum glikoliz tepkimeleri ile başlayan bir süreçtir. Son ürünlerin ortaya çıkışı evresi ile de biten bir solunumdur. Son ürünlerin ortaya çıkması evresinde gerçekleşmekte olan tepkimeler canlıdan canlıya göre değişiklik gösterir. Bir glikozun kullanılmış olduğu oksijensiz solunum tepkimesinin içerisinde net 2 ATP üretilir. Bundan dolayı hücrenin sitoplazmasının içinde gerçekleşir.
Oksijensiz Solunumu Kimler Yapar?
Oksijensiz solunum yapan canlılar oldukça sınırlıdır. Bundan dolayı oksijensiz solunum yalnızca bazı bakteri çeşitlerinde görülür.
Oksijensiz Solunum Yapan Parazitlere Ne Denir?
Oksijensiz solunum yapan parazitler anaerob bakteri şeklinde isimlendirilir. Hem oksijenli bir biçimde hem de oksijensiz bir biçimde solunum yapan parazitler ise fakültatif parazitler şeklinde isimlendirilir. Birkaç prokaryot hücrelerde nükleotit adı verilen yapıya yakın bir bölgede DNA’ların bağlanacağı hücrelerin girintilerine ise mezozom adı verilir.
Aerobik Solunum
AEROBİK SOLUNUM
daha bilinen bir adıyla oksijenli solunum birçok hücrede meydana gelen solunum türlerinden biridir. Bu solunum hücreler içindeki glikoz molekülleri arasındaki ATP enerjisine dönüştürülmesine denmektedir. Bazı hücrelerin yaşamına devam edebilmesi için aerobik solunuma ihtiyaçları vardır. Bitki hücreleri bu solunumu yapraklarındaki gözenekleri sayesinde yaparlar.
Bazı hayvanlar ise bu solunumu, solunum organları sayesinde gerçekleştirirler. Aerobik solunum sitoplazmada başlayarak mitokontride biten bir solunumdur. Hücre içerisinde bu solunum sayesinde enerji üretimi sağlanmaktadır. Yapılan solunum sayesinde hücreye yetecek hatta artacak kadar fazla enerji üretilir. Artan enerjiler ATP enerjisine çevrilerek hücre içerisinde kullanılır. Aerobik solunum sonrasında açığa karbondioksit ve su çıkar. Bu solunumda üretilen enerji oksijensiz solunuma göre çok daha fazladır. Hücrelerin canlı kalabilmeleri için sürekli olarak canlı kalmaları gerekmektedir. Ağız yolumuzla ve deri yolumuzla aldığımız hava sayesinde bu solunumu gerçekleştirmekteyiz. Birçok böcekte ise akciğer olmadığı için direk olarak solunum boruları ile böceğin her bölgesine oksijen gitmektedir.
Aerobik solunumun en büyük amacı hücrenin ve diğer dokuların sağlıklı bir şekilde çalışmasıdır. Bu solunumun eksikliğinde hücrelerde hızlı bir şekilde kayıplar görülebilmektedir. Bu nedenle oksijensiz ortamlarda durulduğunda kişide baş ağrısı ve benzer problemler görülebilmektedir. Tek hücreli canlılar bu solunumu genellikle bulundukları ortamdan direk olarak alırlar ve gerekli solunumu tamamlamış olurlar. Solunum sonrasında canlı dış ortama karbondioksit verir. Aerobik solunum yapan canlılar genellikle vücut olarak gelişim göstermiş canlılardır. Bu canlılar gelişmiş bir vücuda sahip oldukları için Aerobik solunum yapmaktadırlar.
Aerobik solunum bol oksijenli ortamlarda çok daha rahat bir şekilde yapılabilmektedir. Aksi halde bu solunum işlemiş gerçekleşmez ve canlıda problemler meydana gelebilmektedir. Bunun için bol oksijen her zaman canlı için çok daha iyidir. Daha öncede söylediğimiz gibi aerobik solunum ilk olarak sitoplazmada yapılır ve mitokondriye geçerek burada son bulur. Böylelikle solunum hücre içerisini gezmiş olur.
Aerobik solunum sonrasında açığa karbondioksit ve su çıkmaktadır. Solunum öncesinde ise vücuda alınan oksijen hücre içerisinde gerekli alanlarda kullanılır. Bir aerobik solunumda açığa birçok Atp çıkar. Bu ATP ler hücre içerisinde gerektiğinde kullanılmaktadır. Fazla olan ATP enerjileri vücutta depo edilir ve gerektiğinde vücudun herhangi bir bölgesinde kullanılır. Zaten oksijenli solunumda meydana birçok enerji çıkmaktadır. Bu enerji hücreler için oldukça fazladır. Fazla olan bu enerji vücudunuzun günlük enerjisi için yeterlidir. Aerobik solunum tüketilen besinler içerisindeki enerjileri ortaya çıkarmaktadır. Böylelikle yediğiniz besinin enerjisi sizler için çok daha sağlıklı olmaktadır. Aerobik solunum sonucu ortaya çıkan enerjinin bazıları moleküller tarafından kullanılmaktadır. Bu enerjilerden verim yüzde kırk olarak belirlenmiştir. Bu solunum bütün ökaryot hücrelerde meydana gelmektedir. Bunun yanında bakterilerde de çok fazla görülen bu solunum canlı yaşamı için oldukça önemlidir.
ANAEROBİK SOLUNUM
Oksijensiz solunum olarakta bilinen bu sistem, oksijenin bulunmadığı ortamlarda veya az bulunan ortamlarda moleküllerin oksidasyonu yani indirgenmesi ile enerji üretim biçimidir. Aerobik solunum ile farkı, oksijen kullanımıdır. İnsanlarda ve gelişmiş canlılarda aerobik solunumun yanında anaerobik solunum yaptıklıkları bilinmektedir. Özellikle fazla enerji harcandığı durumlarda ya da oksijensiz ortamlarda dokulara yeterli miktarda oksijen iletilemez. Böyle durumlarda glikolizin parçalanması oksijensiz olarak gerçekleşir. Bu yıkımta tam verim edilmezken, tam yıkım oluşmadığından oluşan enerji miktarı olduğunca azdır.
Ayrıca son ürün olarak laktik asit birikir. Bilindiği üzere laktik asit yorgunluk ve uykusuzluğa sebep olduğundan oksijenin yetersiz, karbondioksitin bol olduğu durumlarda vücudumuzun yorgun olduğunu hissederiz. Bu solunum bazı bakteri türlerinde ve mayalarda gözlenirken oksijenin bulunmadığı ortamlarda, şeker moleküllerini parçalayarak enerji elde edilir. Bu canlılarda son ürün olarak alkol elde edilirken, fermantasyon yani mayalanma olarak adlandırılır. Bu canlılara bataklıkta yaşayan canlılar, kirli göllerin altındaki bakteriler örnek olarak verilebilir. Başka bir önemli örnek ise çöplerde yaşayan bir bakteri türü olan canlı son ürün olarak metan gazı oluşur.
Bilindiği üzere metan organik kimyanın H2N2+2 formüllü yapılarından biridir. Patlayıcı kimliği ile bilinir. Büyük ve kalabalık olan şehirlerde çöplüklerin yanmasının ve patlamasının sebebi bu gaza bağlıdır. Bizdeki hücrelerin aynı şekilde oksijensiz solunumu ile asit üretimi sonucu beyin hücreleri uyarılır. Beyin hücrelerinin uyarılmasından dolayı vücudumuzda ağrılar oluşur. Aslında sadece olumsuz etkileri yoktur. Olumlu etkisine örnek olarak bira mayasında etil alkol fermantasyonu ile mayalanma olayını gerçekleştirir. Ve yalnızca etil alkol fermantasyonunda karbondioksit açığa çıktığının altını çizmekte fayda var. Bu solunum aynı zamanda bazı çizgili kaslarımızdaki hücrelerimizin yaptığı solunum çeşididir. Kaslar çok çalıştığında oksijen yeterli gelmediğinden bu solunumu gerçekleştirirler. Bu olay ortalama altıda bir olarak bilinmektedir. Çok konuştuğumuzda ya da zor çiğnemelerden dolayıda çenedeki ağrının sebebidir. Eğer laktik asit açığa çıkmadığını varsayacak olursak vücuttaki ağrıların bittiği görülecektir. Ancak tahminlerin aksine ağrıların bitmesi iyi sonuca değil kötü sonuca yol açmaktadır. Ağrılar ve yorgunluk olmasaydı, harekete devam edecek ölümle sonuçlanacaktı. Atların koşarak çatlaması olayı tam olarak bu solunuma bağlanır. Anaerobik egzersiz denilen olay ise oksijensiz ortamlarda yapılan sporun tanımıdır. Bu egzersizi yapan kişinin kalp atış hızı normal spor yapan birine göre daha hızlıdır.
A LAKTİK ENERJİ SİSTEMİ:Spor yapılırken bu solunum sistemine başvurulduğu haldeki basamaklardan biridir. Spor yapılırken hücrenin oksijensiz çalışma süresi, beş saniyeden az yirmi saniyeden fazla olmayacak şekilde gerçekleşmesidir. Totaldeki çalışma süresi ise altı ila sekiz dakikayı geçmemelidir. Bu nedenle sık sık dinlenilmesi gerekir.
LAKTİK ENERJİ SİSTEMİ: Uygun koşullar dahilinde bu sistemi yaklaşık yüzde 300 oranında geliştirmeniz mümkündür. Aynı zamanda kırk ila altmış saniyelik periyotlarla gerçekleştirilmelidir. İki dakika sonra aerobik solunum devreye gireceğinden bu süre aşılmamalıdır. Totaldeki süreç ise 10-12 dakika arasındadır. Çalışma dinlenme oranları ortalama üçte bir iken bu süreç 3-4 dakika gibidir.
