Solunum Nedir?

İnsanlar doğdukları andan itibaren soluk alış verişi yaparlar. Solunum olarak adlandırılan bu olay sayesinde oksijen bakımından zengin hava ak ciğerlerimize dolarken , karbondioksit bakımından zengin hava akciğerlerimizden dışarıya uzaklaştırılır.

Soluk alma ile akciğerlere dolan havadaki oksijen difüzyonla kana geçerken dolaşım sistemi aracılığı ile tüm hücrelere taşınır. Hücrelerde oluşan karbondioksit ise kanla akciğerlere taşınır ve soluk verme ile vücüttan uzaklaştırılır. Hücrelere ulaşan oksijen organik moleküllerin parçalanmasında kullanılır.Hücresel solunum adı verilen bu olay ile organik molekülle parçalanarak hücrenin metabolik olayları için gerekli olan ATP elde edilir.

Not : Solunum organlarında gaz alış verişinin gerçekleşmesine solunum ; glikoz gibi organik moleküllerin parçalanarak ATP üretilmesi ise hücresel solunum olarak adlandırılır.

Hücreler ATP üretmek içim karbonhidrat , yağ ve protein gibi molekülleri kullanırlar. Fakat hücresel solunumda yaygın olarak kullanılan substrat glikozudur.

Glikoz molekülünün hücre solunumuyla parçalanması , her basamağında farklı bir enzimin görev yaptığı bir dizi tepkime sonucunda kademeli olarak gerçekleşir. Bu süreçte açığa çıkan enerjinin bir kısmı   ATP sentezinde kullanılırken büyük bir kısmı da hücreye ısı olarak yayılır . Hücreler metabolik aktiviteleri için gerekli olan enerjiyi ATP molekülünden sağlarlar.

Not : Glikozun kademeli olarak parçalanması ATP üretimini daha verimli hale getirir . Glikozun parçalanması bir anda gerçekleşseydi üretilen ATP miktarı azalıp açığa çıkan ısı miktarı artardı . Bu durum hücrenin ölümüne neden olurdu.

Glikozun parçalanarak ATP molekülünün sentezlenmesi ,

-Glikoliz

-Fermantasyon

-Hücre solunumu olarak adlandırılan üç farklı metaboluk yol ile gerçekleşir.

1)Glikoliz

Glikozun çeşitli enzimler yardımıyla üç karbonlu prüvik asite kadar yıkımına glikoliz denir.Glikoliz oksijenli solunum oksijensiz solunum ve fermantasyonda ortak olup tüm canlı hücrelerde sitoplazmada gerçekleşir. Glikoliz olayı , enerji harcanan evre ve enerjinin geri ödendiği evre olmak üzere ikiye ayrılabilir.

Enerji harcanan evrede , glikozun aktivasyonu için 2 molekül ATP harcanır.

Enerji geri ödendiği evdrede ise substrat seviyesinde fosforilasyon ile 4 molekül ATP üretilir.Ayrıca ara ürünlerden kopan hidrojen atomları ve elektronlar NAD+  koenzimi tarafından yakalanır ve 2NADH  molekülü oluşturur. (NAD + indirgenir).

2)Fermantasyon

Glikoliz sonucu oluşan pirüvik asidin oksijen kullanmadan laktik asit veya etil alkol gibi başka bir organik moleküle yıkılmasına fermantasyon denir. Farklı canlılarda gerçekleşen fermantasyon tepkimelerinin çok çeşitli tipleri vardır. Bu tepkimelerin ortak amacı glikoliz tepkimeleri sonucu açığa çıkan NADH moleküllerinin yükseltgenerek serbest NAD+moleküllerinin oluşturulmasıdır. Böylece NAD+ molekülleri glikoliz tepkimelerinde tekrar tekrar kullanılır ve glikolizin devamlılığı sağlanır .

Fermantasyon tepkimeleri laktik asi fermantasyonu ve etil alkol fermantasyonu olmak üzere ikiye ayrılır.Aşağıda tepkimelerin genel özellikleri verilmiştir.

Prokaryot ve ökaryot hücrelerin sitoplazmasında gerçekleşir.

Organik monomerler tamamen parçalanmadığı için enerji verimli oksijenli solunuma göre çok daha düşüktür.

Sadece substrat seviyesinde fosforilasyonla ATP sentezi gerçekleşir.

ETS kullanılmaz.

1-Laktik Asit Fermantasyonu, oksijen yetersizliği sırasında bazı bakteri ve hayvan hücrelerinde görülmekte olan bir fermantasyon biçimi olarak tanımlanabilmektedir. Normal şartlar altında glikozun glikoliz yoluyla parçalanması söz konusudur. Bu parçalanma sonucunda iki molekül ATP, iki molekül NADH ve iki molekül de pirüvat elde edilmektedir. Ancak yeni glikoz moleküllerinin parçalanmaya devam edebilmesi için NADH moleküllerinde bulunan hidrojen atomunun başka bir moleküle aktarılarak NAD+’nın tekrar oluşturulması gerekmektedir.

Ortamda yeterli oksijen bulunduğu takdirde NADH molekülünde bulunan hidrojenin bir takım ara moleküller aracılığı ile oksijene aktarılması ve glikozun ilk aşamalarında ortaya çıkan bir hidrojen iyonunun da kullanılmasıyla bir molekül su meydana geldiğini görebilirsiniz. Bu süreç sırasında da hücreye enerji sağlamakta olan ATP moleküllerinin ortaya çıkması söz konusudur.

Ortamda yeteri kadar oksijen bulunmaması durumunda ise pirüvatın laktik aside dönüşmesi NADH’dan tekrar NAD+ elde edilmesini sağlamaktadır. Bu durumda laktat daha fazla parçalanmasa bile NAD+ yenilendiğinden dolayı yeni glikoz moleküllerinin parçalanmasında kullanılabilmektedir. Bu durumda az miktarda ATP üretiminin sağlanması ve laktatın hücreden difüzyonla çıkarılması mümkündür.

Laktik asit fermantasyonu yoğurt bakterilerinde, oksijen yetersizliğinde omurgalıların çizgili kaslarında gerçekleşir.

Çizgili kasta oluşan laktik asitin bir kısmı difüzyonla kana geçerek beyinde yorgunluk merkezini uyarır.

Yeterli miktarda oksijen geldiğinde laktik asitin bir kısmı pirüvata dönüşerek oksijenli solunum tepkimelerine katılır.

Laktik asitin bir kısmı kana geçerek karaciğere taşınır.

Karaciğerde glikoza dönüştürülerek glikojen şeklinde depo edilir.

UYARI: Laktik asit fermantasyonunda CO2 çıkışı olmaz.

2-Etil Alkol Fermantasyonu (Alkolik Fermantasyon)

Glikoliz sonucu oluşan 3 karbonlu pirüvik asit, ortama CO2 vererek 2 karbonlu Asetaldehite dönüşür. Asetaldehit glikoliz evresinde oluşan NADH2’lerin hidrojenlerini (H) tutarak etil alkole dönüşür. İndirgenen NAD glikoliz evresinde tekrar kullanılır. Bu fermantasyon sitoplazmada gerçekleşir.

Bir hücreli canlılardan bazı bakteriler ve maya mantarları enerji elde etmek için etil alkol fermantasyonu yapar.
Etil alkol fermantasyonunda pürivat molekülünden bir molekül Karbondioksit çıkarak 2 karbonlu asetoldesit oluşur.
Daha sonra NADH2 deki H ları alarak etil alkol oluşur.Etil alkol sonucunda meydana gelen Atp Enerjisi ile etil alkol fermantasyonu oluşmaz.Bu ATP glikolizde kazanılan ATP dir.

Alkolik fermantasyon meyvelerdenmeyve suyu yapımında,alkol yapımında,hamurun kabarmasında,sirke oluşumunda kullanılır.Ayrıca alkolik fermantasyonun glikolizin devamlılığı için şart olduğunu unutulmamalıdır.

Not:

Glikolizde oluşan pirüvatların her birinden 2 CO2 çıkışı sonucu 2 C lu asetaldehit oluşur.

NADH2 lerin yükseltgenmesi ile açığa çıkan hidrojenlerin asetaldehite bağlanmasıyla etil alkol oluşur.

Etil alkol fermantasyonu sonucu ortamda CO2 miktarı artar.