CANLILARDA ENERJİ DÖNÜŞÜMÜ

1. CANLILARDA ENERJİ DÖNÜŞÜMÜ giriş için tıklayın

2. Bu programda; • ATP molekülü ve yapısal özellikleri • ATP molekülünün nasıl kullanıldığı • Oksijensiz solunum ve glikoliz • Etil alkol ve laktik asit fermantasyonu • Fotosentez • Fotosentezin evreleri • Fotosenteze etki eden faktörler • Kemosentez • Oksijensiz solunum ve evreleri • Fotosentez,Oksijenli solunum ve Oksijensiz solunum benzerlik ve farkları Öğrenilecektir. Derse başla

3. KONULAR • ATP • FOTOSENTEZ • KEMOSENTEZ • SOLUNUM

4. Adenin Enerjinin Temel Molekülü ATP ATP’nin Yapısı ATP, iki organik bileşik ve birbirine bağlanmış üç fosfat grubundan oluş_ muştur. Bu organik bileşiklerden biri azotlu baz olan adenin, diğeride 5 C’ lu şeker olan ribozdur.Adenin ile ribozun birleşmesi nükleoziti yapar.Bu birlikteliğe adenozin denir.Adenozinin bir fosfatla birleşmesinden AMP,iki fosfatla birleşmesinden ADP,üç fosfatla birleşmesinden ATP sentezlenmiş olur. ATP’nin sentezlenmesine fosforilasyon denir. Riboz P P P Adenozin nükleozit Adenozin monofosfat (AMP) Adenozindifosfat(ADP) Adenozin trifosfat (ATP) ATP molekülünün şematik şekli

5. tersinir H O 2 Bir molekülü oluşturan atomların arasındaki bağlarda bulunan enerjiyekimyasal bağ enerjisidenir.ATP molekülündeki üç fosfat bağının sondan iki tanesi yüksek enerjilidir.Bu bağlar yüksek enerjili bağlar diye adlandırılır.Bu bağların hidrolizi ile 7300 kalorilik enerji açığa çıkar ve hücresel olaylarda kullanılır. ATP + + ADP P + Enerji (7300 cal) ATP’nin Canlılar İçin Önemi Hücre, bütün yaşam olaylarının yapıldığı biyolojik bir sistemdir.İçinde sürekli kimyasal bağ kurma ve çözme olayları gerçekleşmektedir.Bu sırada büyük enerji dönüşümleri Olmakta ve fazla enerji açığa çıkmaktadır.Hücre fazla enerjiden zarar görmez.Çünkü hücre,enerji dönüşümlerini denetim altında kademeli olarak gerçekleştirir ve ATP’de Depolar.ATP’nin asıl enerji kaynağı güneştir.Güneş enerjisi fotosentez ile organik moleküllerin bağlarında kimyasal enerjiye dönüştürerek depolanır.Organik moleküller Hücre solunumu ile parçalanır,bu sırada açığa çıkan kimyasal enerji ile ATP sentezlenir. ATP fotosentez sırasında,besin moleküllerinin yapılmasında da enerji kaynağı olarak Kullanılır.

6. ATP Kullanımı Güneş enerjisi ATP Besin molekülleri Büyüme,üreme,haraket ATP Aktivasyon enerjisi Biyosentez tepkimeleri Oksijenli solunum Aktif taşıma Hareket ve kasılma Oksijensiz Solunum Sinirsel iletim Fosfat Isı ADP Hücrede enerji dönüşümleri

7. FOTOSENTEZ

8. GÜNEŞ IŞIĞ’ININ KİMYASAL ENERJİYE DÖNÜŞÜMÜ • GÜNEŞ IŞIĞI TAPRAK- TAKİTABAKALAR BO-YUNCA İLERLER. • KİMYASAL ENERJİYE DÖNÜŞÜR. • OLUŞAN ENERJİ BE-SİN ELDE ETMEK İÇİN HARCANIR.

9. FOTOSENTEZ • Dünyada yaşayan tüm canlıların hayatında devamlı olarak enerji dönüşümü gerçekleşir. • Bütün enerjilerin kaynağı güneştir. • Klorofilli canlılar ışık enerjisini önce ATP’ye,daha sonra kimyasal enerjiye fotosentez olayı ile dönüştürebilirler. • Fotosentez;inorganik maddelerden ışık enerjisi ardımı ile organik madde sentezinin gerçekleştirilmesidir. Uyarı: • Fotosentezi gerçekleştiren canlılar;yeşil bitkiler,mavi-yeşil algler,fotosentetik bakteriler,öglena ve diğer alglerdir. • Atmosferdeki oksijenin temel kaynağı alg’lerdir.Yaz-kış sürekli fotosentez yaparlar.Bitkilerin çoğu kışın yapraklarını döker. • Mantarlar ile bitkilerin klorofil taşımayan kök odunsu gövde kısımları fotosentez yapamazlar. • Bitkilerin yaprak ve otsu gövdelerinde fotosentez en iyi şekilde gerçekleşir. Işık enerjisini kullanarak organik bileşikleri yapan bakterilerin tümüne birden Fotosentetik bakteriler adı verilir.

10. BİTKİ FOTOSENTEZİ BAKTERİ FOTSENTEZİ 6CO2+6H2O C6H12O6+6O2 CO2+2H2S (CH2O)n+2S+H2O (CH2O)n+H2O CO2+2H2 • Elektron kaynakları H2 veya H2S dir. • Klorofil pigmenti katalizör olarak görev yapar. • Kullanılan hidrojen kaynağına göre yan ürünler değişir. • Oksijen açığa çıkmaz. • Kloroplastlar yoktur.Klorofil pigmenti sitoplazmada bulunur. • Yan ürün olarak oksijen açığa çıkar. • Elektron kaynakları sudur. • Klorofil pigmenti katalizör olarak görev yapar. • Klorofil pigmenti kloroplast içinde bulunur. • Bitkiler atmosferdeki CO2-O2 oranını dengeler UYARI:Fotosentetik canlılarda klorofil.ışık,CO2 kullanımı ve organik madde sentezi ortak özelliktir.

11. klorofil IŞIK REAKSİYONLARI (Grana’da) DEVİRLİ DEVİRSİZ FOTOSENTEZ REAKSİYONLARI Fotosentez ışık ve karanlık olmak üzere iki evrede gerçekleşir. Işık • İki evredede mutlaka ışık gereklidir. • Klorofil hem elektron alıcı hem de vericidir. • Karanlık evre reaksiyonları ışık olmasada yürütülür. • Karanlık devre reaksiyonlarının gerçekleşebilmesi için,mutlaka ışık reaksiyonlarının gerçekleşmesi gerekir. H2O O2 2ATP 1 ATP+NADPH2 KARANLIK DEVRE REAKSİYONLARI (Stroma’da) CO2 C6H12O6

12. - - - - e e e e IŞIK REAKSİYONLARI 1. Devirli Fotofosforilasyon • Işık enerjisi yardımı ile ATP sentezlenmesi olayına Fotofosforilasyon denir. • Işık enerjisini soğurmuş olan klorofil-a yüksek enerjili bir elektronu ferrodoksine aktarır. • Klorofil-a yükseltgenir, ferrodoksin indirgenir. • Elektronlar daha sonra sırası ile plastokinon ve stokromlar tarafından tutularak, klorofil molekülüne geri dönerler. • Bu geri dönüş sırasında elektronların serbest kalan enerjisinden yararlanılarak ADP molekülüne fosfat grubu eklenir ve ATP üretilir. ışık ferrodoksin ADP+P ATP Klorofil-a Plastokinon ADP+P sitokromlar ATP Sonuç: 2 ATP UYARI: • Devirli fotofosforilasyonda herhangi bir bileşiğin tüketimi olmaz. • Hücrenin kazancı yalnız 2 ATP dir. • Elektronlar sadece fofforilasyon amaçlı kullanılır.

13. - - - - - - e e e e e e 2. Devirsiz Fotofosforilasyon • Işık enerjisinin soğurulmasıyla yüksek enerjili elektronlar klorofil-a ‘dan ayrılır ve ferrdoksintarafından tutulur. • İndirgenen ferrodoksin NADP koenzimi tarafından yükseltgenir. • Elektron kazanan ‘NADP suyun fotolizi ile açığa çıkan H protonu alarak ‘NADPH2 haline geçer. • Klorofil-a’ dan ayrılan elektronlar tekrar geri gönmediğinden devirsiz fosforilasyon adını alır. 2NADP ferrodoksin 2NADPH2 ışık fotoliz + - 4H2O Klorofil-a 4H + 4OH 4OH 2H2O +O2 Plastokinon ADP+P Klorofil-b sitokromlar ATP UYARI: • Klorofil-a nın elektron kaynağı klorofil-b’dir. • Su;NADP için hidrojen, atmosfer için O2, klorofil için ise elektron kaynağıdır. • Klorofil-b nin elektron kaynağı sudur. ışık

14. KARANLIK DERE REAKSİYONLARI • Kloroplastların stromalarında gerçekleşir. • Işık reaksiyonlarının devamı niteliğindedir, ışık reaksiyonları durunca karanlık devre reaksiyonları da otomatik olarak durur. • Enzim denetiminde gerçekleştiğinden sıcaklık değişimlerine karşı oldukça hassasdır. RİBULOZ DİFOSFAT CO2 ATP CALVİN DÖNGÜSÜ 2 FOSFOGLİSERİK ASİT 2ATP RİBULOZ FOSFAT 2 DİFOSFOGLİSERİK ASİT FRUKTOZ 6-FOSFAT 2NADPH 2 FOSFOGLİSERALDEHİT • Karbon Devrinin Evreleri • 5C’lu şeker olan Ribuloz difosfata CO2 bağlanması ile 6C’lu kararsız ara bileşik oluşur. • Kararsız ara bileşik su alarak hemen 2 molekül 3C’lu fosfo gliserik asite (PGA) ayrışır. • PGA;ATP tarafından fosforize edilerek DPGA dönüşür. • DPGA molekülleri NADPH2’lerle reaksiyona girerek, redüklenir. Fotosentezdeki enerji akışı:Işık enerjisi ATP kimyasal bağ enerjisi şeklinde olur

15. KEMOSENTEZ Çeşitli mikroorganizmaların inorganik maddeleri okside edip, açığa çıkan kimyasal enerji ile yapılan CO2 özümlemesine Kemosentez denir. • Güneş ışığı kullanılmaz. • Nitrit ve nitrat bakterileri S,Fe,Sn,H2 ve CH4 bakterileri örnek olarak verilebilir. • Kemosentez sayesinde, yeryüzündeki bütün organizmaların metabolik olaylarının temeli sayılan bazı elementlerin doğadaki devirsel değişimlerin tamamlanması ve dolaşımları sağlanmış olur. • İnorganik maddelerin oksidasyonu ile inorganik ara ürünler meydana getirilir. • Oksidasyon ile elde edilen enerji ise suyun parçalanmasında kullanılır.Bu olay sonucunda açığa çıkan oksijeni metabolik işlevlerinde harcar. • Hidrojenler ise karbondioksitin indirgenmesi sırasında kullanılır.

16. SOLUNUM

17. SOLUNUM NEDİR? • Canlılar yaşamlarını devam ettirebilmek için sürekli enerji elde etmek zorundadır. • Enerji ancak besin maddelerini yıkarak elde edilebilir. • Canlıların besin maddelerini yıkarak enerji elde etmesine solunum denir.

18. SOLUNUM ÇEŞİTLERİ • Bazı canlılar besinlerin yıkılmasında oksijen kullanırlar;yani OKSİJENLİ SOLUNUM yaparlar. • Bazıları ise oksijen kullanamaz;yani OKSİJENSİZ SOLUNUM yaparlar.

19. GLİKOLİZ • Canlılar ister oksijenli ister oksijensiz solunum yapsın başlangıç reaksiyonları glikolizdir. • Glikozun pürivata parçalandığı bu reaksiyonlara glikoliz denir.

20. Glikoliz Reaksiyonları • Stoplazmada gerçekleşir. • Glikoz fruktoza dönüşür ve 2 PGAL(Fosfogliseraldehit)oluşur. • PGAL ortamda bulunan NAD(NikotinAmidDinükleotid) ile NADH2 oluşturur. • Ortamda bulunan ADP’ler ATP’ye dönüşür.4 ATP sentezlenmiş olur.

21. OKSİJENSİZ SOLUNUM 2 tip oksijensiz solunum vardır. 1) Etil Alkol Fermantasyonu 2)Laktik Asit Fermantasyonu

22. EtilAlkol Fermantasyonu • Bakteriler ve bazı mayalar tarafından gerçekleştirilir. • Glikoz parçalandıktan sonra elde edilen pürivattan 1 CO2 çıkarak Asetaldehit oluşturular • Asetaldehit NADH2 ile reaksiyona girerek onun Hidrojenlerini alır. • Son ürün Etil Alkoldür.

23. Laktik Asit Fermantasyonu • Çizgili kaslardaki hücreler yeterli oksijen bulamadığında, oksijensiz solunum gerçekleştirirler. • Glikolizde oluşan pürivatlar mitokondriye geçemediğinden, glikolizde NAD’a verdiği hidrojenleri geri alarak laktik asite dönüşür.

24. Oksijenli Solunum • Canlı hücrelerde karbonhidrat, yağ ve proteinlerin oksijen kullanarak parçalanması ve ATP sentezlenmesi olayıdır. • Karbonhidratlar monosakkaritlere, yağlar yağ asitleri ve gliserole, proteinler aminoasitlere dönüştürüldükten sonra solunum tepkimelerine katılırlar. • Oksijenli solunumun genel denklemi: Glikoz + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP şeklidedir

25. Oksijenli Solunum 3 Kademede Gerçekleşir • Glikoliz Evresi • Krebs Devri • Oksidatif Fosforilasyon Evresi (ETS)

26. A) Glikoliz Evresi Tıpkı oksijensiz solunumda olduğu gibidir.

27. B) Krebs Devri • Ortamda O2 varsa pürivatlar mitokondriye geçer. • Herbir pürivat molekülünden 1 mol CO2 ve 2 mol H ayrılır. • 2 C’lu bir molekül olan Aktif Asetik asit oluşur. • Aktif Asetik asit 4 C’lu bir molekülle birleşerek 6 C’lu Sitrik asiti oluşturur. • Sitrik asit 5 C’lu bir bileşiğe dönüşürken 1 CO2 oluşur. • 5 C’lu bileşikten 1 CO2 daha ayrılır ve 4 C hale gelir. • En son 4 C’lu molekül bir kaç defa ortama H+ verdikten sonra tekrar 4 C’lu hale gelir.

28. C) Oksitatif Fosforilasyon (ETS) • Glikoliz ve krebs devrinde hazırlanan NADH2 ve FADH2 deki H atomlarına ait elektronlar ETSden geçtikten sonra O2 ile birleşir. • Bu sırada ATP üretilir ve sonuçta HO2 molekülleri oluşur. Bu devreye Hidrojen yolu reaksiyonları denir. • NADH2 üzerinden ETSye giren 2 elektronun O2 ye taşınması sırasında 3 ATP üretilir. • Eğer 2 elektron FADH2 üzerinden ETSye katılırsa üretilen enerji miktarı 2 ATPdir. • Burada ATP sentezi yükseltgenme ve indirgenme reaksiyonlarıyla sağlandığı için bu devreye ve ATP üretim şekline Oksitatif Fosforilasyon denir.

29. Oksijenli Solunumda Enerjinin Hesaplanması • Glikoliz reaksiyonlarında 4 ATP (enzim-substrat düzeyinde), • Krebs devrinde 2 ATP (enzim-substrat düzeyinde), • ETS de 34 ATP (oksitatif fosforilasyonla) olmak üzere • Toplam 40 ATP • Glikolizde harcanan 2 ATP (aktifleşme enerjisi olarak) ile • Net Kazanç: 38 ATP dir.

30. Oksijenli Solunumun Fermantasyondan Farkları • Glikoz + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP • O2 kullanılır. • İnorganik yapıda (CO2 ve H2O) son ürünler oluşur. • 40 ATP üretilir. (toplam) • Mitokondri görev yapar. • Canlıların çoğunda gerçekleşir. • ETS enzimleri görev yapar. • Krebs devri vardır.

31. Fermantasyonun Oksijenli Solunumdan Farkları • Glikoz 2 CO2 + 2 Etil Alkol + 2 ATP veya Glikoz 2 Laktik Asit + 2 ATP • O2 kullanılmaz • Etil Alkol, Laktik Asit ve Asetik Asit gibi organik ürünler oluşur. • 4 ATP üretilir. (Toplam) • Tamamı sitoplazmada gerçekleşir. • O2 siz solunum yapan az sayıda canlıda ve de O2 nin bulunmadığı veya yetersiz olduğu durumlarda kas hücrelerinde gerçekleşir.

32. Fermantasyon ve Oksijenli Solunumun Ortak Yönleri • CO2 oluşumu olabilir. • ATP oluşur ve ATP harcanır. • Glikoz kullanılır. • Enzimler görev yapar. • Glikoliz gerçekleşir.