Canlılığın Devamı İçin Enerji

Enerjinin Temel Molekülü ATP (Adenozin Trifosfat)

• Canlılar, metabolik faaliyetleri için gerekli olan enerjiyi ürettikleri ya da dış ortamdan hazır aldıkları besinlerden sağlar.
• Fotosentetik canlılar, Güneş enerjisini kullanarak besin üretir.
• Besinlerdeki kimyasal enerji, doğrudan kullanılamaz.
• Canlılar, hücresel solunumla besinlerden elde ettikleri kimyasal enerjiyi ATP adı verilen özel bir molekülün yapısında kimyasal bağ enerjisi olarak tutar.
• ATP, tüm yaşamsal faaliyetlerde kullanılan enerji kaynağıdır.
• Her hücre, metabolizması için gerekli olan ATP’yi kendisi sentezler. ATP; depolanmaz, anlık olarak üretilir ve tüketilir.
• ATP; elektrik, ısı, kimyasal enerji gibi başka formlara kolayca dönüşebilir.

ATP'nin Yapısı

• ATP molekülünün yapısında; adenin bazı, beş karbonlu riboz şekeri ve üç tane fosfat grubu bulunur.
• Adenin bazı ve riboz şekeri arasında glikozit bağı kurulur, oluşan yeni yapı adenozin adını alır.
• Adenozin molekülüne fosfoester bağıyla fosfat grubu bağlanır.
• Adenozin ve bir fosfatın birleşmesi ile oluşan yapıya adenozin monofosfat (AMP), iki fosfatın birleşmesi ile oluşan yapıya adenozin difosfat (ADP), üç fosfatın birleşmesi ile oluşan yapıya adenozin trifosfat (ATP) denir.

• ATP, yapı olarak RNA molekülündeki adenin nükleotide benzer.
• Tek farkı, yapısında bir yerine üç tane fosfat grubu bulundurmasıdır.
• ATP molekülündeki fosfat bağları, diğer organik moleküllerdeki birçok kimyasal bağa göre daha zayıf ve kararsızdır.
• Kararsız olan bu bağların hidrolizi ile enerji açığa çıkar. ATP’nin hidrolizi ile oluşan ADP ve fosfat grubu, ATP molekülünden daha kararlıdır.

Ekzergonik Tepkimeler Nedir?

• ATP hidroliz edildiğinde fosfat grupları arasındaki bağlar kopar.
• Bir fosfat bağının kopmasıyla ATP, ADP’ye dönüşür ve enerji açığa çıkar.
• Bu şekilde enerji açığa çıkaran tepkimelere ekzergonik tepkimeler denir.
• Standart koşullar altında laboratuvar ortamında 1 mol ATP’nin hidrolizi ile 7,3 kcal enerji açığa çıkar.
• Ancak bu olay hücre içinde gerçekleşirse yaklaşık 13 kcal enerji elde edilir.

Endergonik Tepkimeler Nedir?

• Ekzergonik tepkimelerle açığa çıkan enerji, çeşitli metabolik faaliyetlerde kullanılır.
• Gerçekleşmesi için enerjiye ihtiyaç duyulan bu çeşit tepkimelerin endergonik tepkimelerdir.
• Hücrede gerçekleşen çoğu yıkım tepkimeleri, ekzergonik; yapım tepkimeleri ise endergonik reaksiyonlara örnektir.
• ATP, aynı hücrede hem üretilir hem de tüketilir. ATP, yenilenebilen biyolojik bir enerji kaynağıdır.

Fosforilasyon ve Defosforilasyon Nedir?

• Organik maddelere fosfat grubu eklenmesine fosforilasyon;
• organik maddelerden fosfat grubu koparılmasına ise defosforilasyon denir.
• ADP molekülüne bir fosfat grubu eklenerek ATP sentezlenmesi, fosforilasyona;
• ATP’den bir fosfat grubu koparılarak ADP elde edilmesi defosforilasyona örnektir.

ATP Döngüsü Nedir?

• ATP’nin yıkılıp yeniden sentezlenmesi ATP döngüsü olarak ifade edilir.
• ATP döngüsü, endergonik ve ekzergonik tepkimeler arasında köprü kuran çok önemli bir olaydır.
• Çünkü ekzergonik tepkimeler sonucu açığa çıkan enerji, endergonik tepkimelere enerji taşıma görevi üstlenen ATP molekülü ile transfer edilir.
• ATP enerjisi; sinirsel iletim, kas hareketleri, protein sentezi, aktif taşıma, bölünme gibi hücresel olaylarda harcanır.

Fosforilasyon Çeşitleri

ATP sentezi, kullanılan enerji kaynağına göre canlılarda 3 şekilde gerçekleşir.

1. Substrat Düzeyinde Fosforilasyon
2. Oksidatif Fosforilasyon
3. Fotofosforilasyon

1. Substrat Düzeyinde Fosforilasyon

• Hücrelerde enzimler yardımıyla çeşitli organik maddelerden (substrat) ayrılan fosfat grubunun ADP’ye eklenerek ATP sentezlenmesine substrat düzeyinde fosforilasyon denir.
• Canlı hücreler enerji ihtiyaçlarını hücresel solunumla veya fermantasyon yaparak karşılar.
• Her iki olayda da substrat düzeyinde fosforilasyon gerçekleşir.
• Bundan dolayı substrat düzeyinde fosforilasyon ve bu esnada görev alan enzimler tüm canlılarda ortaktır.

2. Oksidatif Fosforilasyon

• Yüksek enerjili elektronları alıp indirgenme ve yükseltgenme tepkimelerini gerçekleştiren molekül sistemine elektron taşıma sistemi (ETS) denir.
• Organik moleküllerden ayrılan yüksek enerjili elektronların ETS aracılığıyla oksijene aktarılması sırasında kademeli olarak ATP sentezlenmesine oksidatif fosforilasyon denir.
• Bu tip fosforilasyon, ökaryot hücrelerin mitokondrileri ile bazı prokaryotların hücre zarının sitoplazmaya doğru yapmış olduğu kıvrımlarında gerçekleşir.
• Bazı prokaryot canlıların inorganik maddeleri okside ederek elde ettikleri enerji ile inorganik maddelerden organik madde sentezlemelerine kemosentez denir.
• Kemosentetik canlılar da oksidatif fosforilasyonla enerji üretir.
• Kemosentezde fotosentezden farklı olarak ışık enerjisi yerine kimyasal enerji kullanılır.
• Bu yüzden fotosentez sadece ışık varlığında gerçekleşirken kemosentez gece gündüz gerçekleşir.

3. Fotofosforilasyon

• Klorofil pigmenti taşıyan ototrof canlıların ışık enerjisi yardımıyla inorganik maddelerden organik madde sentezlemelerine fotosentez denir.
• Klorofil pigmenti bulunduran ökaryot ve prokaryot hücrelerde ışık enerjisi yardımıyla oluşan yüksek enerjili elektronlardan elektron taşıma sistemi ile kademeli olarak yapılan ATP sentezine fotofosforilasyon denir.
• Sadece fotosentetik canlılar fotofosforilasyonla ATP üretir.