Aşağıdaki metin ve şekilden yararlanarak soruları cevaplayınız.
Enerji, iş yapabilme ya da bir değişikliğe neden olabilme yeteneği olarak tanımlanır. Enerji, duran bir nesneyi harekete geçirebilir veya bir molekülün yapısını değiştirebilir. Işık enerjisi, elektrik enerjisi, potansiyel ve kinetik enerji gibi çeşitli enerji biçimleri vardır. Enerji yok edilemez ve yoktan var edilemez, ancak farklı bir biçime dönüştürülebilir, depolanabilir ve aktarılabilir.
Enerjiyi depolama ve aktarma yeteneği ATP’nin yapısal özelliklerinden kaynaklanmaktadır. ATP molekülü azotlu bir baz (adenin), beş karbonlu bir şeker (riboz) ve birbirine bağlı 3 fosfat grubundan oluşur. Kimyasal enerji, ATP’nin fosfat grupları arasındaki bağlarda depolanır.
ATP, su ile tepkimeye girdiğinde fosfat grupları arasındaki bağlar çözülür (hidroliz) ve büyük miktarda enerji açığa çıkar. ATP’nin fosfat bağlarının en önemli özelliği çok kırılgan olmalarıdır. Enerji açığa çıkaran tepkimelere ekzergonik tepkimeler, gerçekleşmesi için enerjiye ihtiyaç duyulan tepkimelere ise endergonik tepkimeler denir.
Hücrede ATP sentezi fosforilasyon reaksiyonlarıyla gerçekleşir. Bir organik moleküle fosfat grubu bağlanmasına fosforilasyon denir. Fosforilasyon, ATP sentezinde kullanılan enerjinin kaynağına göre oksidatif fosforilasyon, substrat düzeyinde fosforilasyon ve fotofosforilasyon olmak üzere 3’e ayrılır.
1. İnsan vücudunda hangi enerji dönüşümleri olur? Örneklerle açıklayınız.
Cevap:
İnsan vücudunda enerji üretimi, solunum ile gelen oksijen ve bitkilerden gelen karbonların hücrelerimizde enerji fabrikaları olan mitokondrilerde yakılması ile gerçekleşir. Bu şekilde bitkide saklı enerji dışarı çıkarılır ve bize lazım olan ATP enerjisine çevrilir.
Vücudumuzun temel enerji kaynağı yiyeceklerin yapı taşları olan karbonhidrat, protein ve yağlardır. Karbonhidratlar sindirim süreci sonucu basit şekerlere, proteinler amino asitlere, yağlar ise yağ asitlerine ve gliserole dönüşür.
İnsan vücudunda enerjiler; termal (ısıl), kimyasal ve mekanik olarak ortaya çıkar. Termal enerjiler; vücut sıcaklığı, solunumun sıcaklığı ve buharlaşma ısısıdır. Kimyasal enerjiler: glukoz, laktik asit ve sudur. Mekanik enerji ise kasların hareketi ile oluşur.
Örnek olarak, bir elma yediğimizi düşünelim. Elma sindirim sisteminde parçalanarak glukoza dönüşür. Glukoz kana karışır ve hücrelere taşınır. Hücrelerde glukoz oksijen ile tepkimeye girerek ATP enerjisi, karbondioksit ve su üretir. ATP enerjisi kasların çalışması, hormon üretimi, ısı üretimi gibi işlevler için kullanılır. Karbondioksit ve su ise solunum yoluyla dışarı atılır.
2. Fotosentez sonucu oluşan bir glikozu tükettiğinizi ve bu glikozdaki enerjiyi hücrenizde aktif taşıma için kullandığınızı düşününüz. Tükettiğiniz bu enerji hücrenizde kullanılana kadar hangi fosforilasyon olayları gözlemlenir? Kısaca açıklayınız.
Cevap:
Fotosentez sonucu oluşan bir glikozu tükettiğinizde, bu glikozun enerjisi hücrenizde aktif taşıma için kullanılana kadar substrat düzeyinde fosforilasyon ve oksidatif fosforilasyon olayları gözlemlenir.
Substrat düzeyinde fosforilasyon, reaktif bir ara üründen ADP’ye fosfat grubu aktarımı ile ATP’nin üretildiği bir kimyasal reaksiyondur. Bu olay glikoliz ve Krebs döngüsü sırasında gerçekleşir. Glikolizde glikozun parçalanması sonucu 2 ATP, 2 NADH ve 2 pirüvat molekülü oluşur. Krebs döngüsünde ise pirüvat molekülü asetil-CoA’ya dönüşürken 2 NADH, döngü sırasında ise 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2 ve 4 CO2 molekülü oluşur.
Oksidatif fosforilasyon, gıdaların oksidasyonu sonucu ATP’nin oluştuğu metabolik yoldur. Bu olay mitokondri iç zarında gerçekleşir. Oksidatif fosforilasyonda NADH ve FADH2 molekülleri elektron taşıma zincirine elektron verirler. Elektronlar taşıma zincirindeki protein kompleksleri arasında hareket ederken proton pompalanması gerçekleşir. Bu da mitokondri iç zarında proton gradienti oluşturur. Proton gradienti ATP sentaz enzimini çalıştırır ve ADP’ye fosfat grubu eklenerek ATP üretilir.
Bu şekilde fotosentez sonucu oluşan bir glikoz molekülünün enerjisi hücrenizde aktif taşıma için kullanılana kadar substrat düzeyinde fosforilasyon ile 4 ATP, oksidatif fosforilasyon ile de yaklaşık 30 ATP üretilmiş olur.
