Oksijenli solunum, aerobik solunum olarak da bilinir. Organik besinlerin oksijen yoluyla yakılarak ATP elde etme işidir. Sonucunda net 38 ATP üretilir. Ökaryotlar canlılarda mitokondri orgenelinde, prokaryotlarda mezozom adını verdiğimiz yapılarda gerçekleşir.
Oksijenli solunum; glikoliz tepkimesi (sitoplazmada), krebs çemberi (mitokondrinin matriksinde) ve ETS (elektron taşıma sistemi) (mitokondrinin kristasında) olmak üzere 3 adımda gerçekleşir.
Glikoliz Tepkimeleri
Glikoliz tepkimeleri bütün canlıların sitoplazmalarında gerçekleşir ve gerçekleşen adımların hepsi ortaktır. Bu bilgi canlılarda glikoliz reaksiyonlarını kontrol eden kalıtsal yapı ve enzim benzerliğini kanıtlar. Glikozun piruvata çevrilmesi sırasında bir miktar ATP’nin üretildiği tepkimelere glikoliz tepkimesi denir.
Glikoliz tepkimeleri her hücrede şöyle gerçekleşir.
Glikoliz tepkimelerinde temel 2 amaç vardır:
- Enerji üretmek
- Glikozun mitokondrinin içine girecek kadar küçültmek (oksijenli solunum yapan ökaryotlar için)
Glikoliz tepkimelerine giren 1 molekül glikozdan üretilenler:
- 4 Atp üretilir. 2 Atp’de ilk başta aktifleştirmek için harcanır. Net 2 ATP üretilir.
- 2 NADH+H üretilir.
Glikoliz tepkimelerinden sonra oluşan NADH’lar (oksijenli solunum yapan canlılar için), elektron taşıma sisteminde kullanılarak ATP üretilmesini sağlarlar. Oksijensiz solunumda NADH+H’ların hangi amaçla kullanıldığı oksijensiz solunum çeşidine göre değişir.
Krebs Döngüsü Tepkimeleri
Krebs döngüsü, oksijenli solunum tepkimelerinin; glikoliz tepkimesinden sonra gerçekleşen ikinci basamağıdır. Mitokondrinin matriksinde gerçekleşir. Oluşan ürün strik asit olduğundan strik asit döngüsü diye de bilinir. Enzimatik bir reaksiyondur. Bunun için ısı, sıcaklık, ph değeri gibi dış etmenlerden kolayca etkilenebilir.
Krebs döngüsünü Hans Krebs ortaya atmış, geliştirmiştir. Aynı zamanda Hans Krebs bu çalışmalarından dolayı 1953 yılında Nobel ödülünü almaya hak kazanmıştır.
Oksijenli ortamda bulunan pirüvat mitokondride Asetil Koenzim A’ya yükseltgenir ve krebs döngüsü başlar. Krebs döngüsünün bir sonraki adımlarını aşağıdaki resimde görebilirsiniz.
Gerçekleşen bir krebs döngüsünde 2 Co2, 3 NADH+H, 1 FADH+H ve 1 Atp üretilir (not: krebs çemberinden 2 pirüvat geçeceğini unutmamalıyız).
Elektron Taşıma Sistemi (ETS)
Mitokondri iç zarlarinda (krista) gerçekleşir. Glikolizde ve krebste açığa çıkan hidrojenlerin ETS’den geçerek yine ETS elemanı olan oksijen ile birleşerek suyun oluştuğu evredir.
Kısaca çalışma sistemini özetlersek;
NADH2 ve FADH2 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 matriksteki protonların mitakondrinin iç ve dış zarı arasındaki boşluğa pompalanmasında kullanılır; enerjinin bir kısmı da ortama ısı olarak verilir. 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 olan oksijene gelmiş bulunan elektronlarla birleşir ve H2O oluşur.
Buradaki çalışma sistemi barajlardaki gibidir. Hidrojen çok olan yerden az olan yere doğru giderken ATP sentaz enziminden geçerek ATP üretilmesini sağlar.
ETS’den geçen her FADH2 2 atp üretebilirken her NADH2 3 atp üretebilmektedir. ETS’ye; 2 NADH2 glikoliz tepkimelerinden, 2 NADH2 asetil COA’ya dönüşüm sırasında, 6 NADH2 ise krebs çemberinden gelir. Aynı zamanda ETS’ye 2 FADH2 de sadece krebs çemberinden gelir. Böylece 1 glikozun oksijenli solunumuyla elektron taşıma sistemine toplam 10 NADH2 ve 2 FADH2 gelir ve toplamda 34 ATP elektron taşıma sisteminde üretilir.
Bu 3 adım gerçekleştikten sonra toplam 40 ATP üretilir; ancak glikoliz tepkimesinde harcadığımız 2 ATP’den sonra NET 38 ATP kazancımız olur. Bütün bölümlerde harcadığımız ve ürettiklerimizi bir denklemde toplarsak; C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) → 6 CO2 (g) + 6 H2O + 38 ATP denklemini elde ederiz.
Besinlerin Oksijenli Solunuma Katılma Yolları
Her besin yukarıdaki gibi glikoliz adımından başlayamaz. Proteinler ve yağlar (hidrolize uğradıktan sonra) içerdikleri karbon sayılarına göre uygun bulunan yerlerden oksijenli solunum tepkimelerine katılırlar. Besinlerin oksijenli solunuma katılma sıralaması karbonhidratlar, yağlar ve en son proteinlerdir.
Proteinlerden amino grubu ayrıldıktan ve hidroliz olduktan sonra oluşan aminoasitler karbon sayılarına göre pirüvattan, asetil CO A’dan veya Krebs çemberinden tepkimeye girerler.
Aynı hidroliz işleminden geçen lipitler ise; yağ asidi olarak Asetil CO A’dan, gliserol olarak da glikoliz tepkimelerinden oksijenli solunum tepkimelerine katılır.
