Canlının en küçük yapı birimi olan hücre; solunum yapmak, büyümek, çoğalmak, hareket etmek, gerekli maddeleri sentezlemek ve çevreyle madde alışverişi yapmak gibi yaşamsal faaliyetleri gerçekleştirmek zorundadır. Hücre bu faaliyetler için enerjiye ihtiyaç duyar.
Enerji; iş yapabilme yeteneğidir. Enerjinin; ışık enerjisi, elektrik enerjisi, potansiyel enerji ve kinetik enerji gibi çeşitli biçimleri vardır. Enerji yok olmaz, bir formdan başka bir forma dönüşür. Yeryüzünde yaşam, canlının enerjiyi bir biçimden diğerine dönüştürme yeteneği sayesinde devam eder. Örneğin yeşil bitkiler güneş enerjisini besinlerdeki kimyasal bağ enerjisine dönüştürerek kendileri ve diğer canlılar için besin üretir.
İçindekiler
Canlılığın Devamı için Enerjinin Gerekliliği
Canlılar için yeryüzündeki en önemli enerji kaynağı Güneş’tir. Fotosentez yapan canlılar, güneşin ışık enerjisini hücrenin kullanabileceği enerji biçimi olan besinlerdeki kimyasal bağ enerjisine dönüştürür. Böylece güneşin ışık enerjisi, besinlerdeki kimyasal bağlarda depolanır. Besin moleküllerindeki bu enerjiyi hücreler doğrudan kullanamaz. Hücrelerin bu enerjiyi kullanabilmesi için besinlerin yapı taşlarına kadar parçalanması (sindirim) gerekir. Besinlerin sindirimi sonucu oluşan yapıtaşları, hücrede oksijenli ya da oksijensiz solunumla parçalanarak ATP (Adenozin trifosfat) molekülü üretilir. Oluşan ATP molekülü tüm hücrelerde canlılığın devamı için gerekli olan yaşamsal faaliyetlerin gerçekleştirilmesinde enerji molekülü olarak kullanılır. Hücrede gerçekleşen enerji dönüşümlerinde serbest kalan enerjinin bir kısmı ısı enerjisi olarak çevreye verilir.
Tüm canlılar, organik besinlerdeki kimyasal bağ enerjisini ATP’ye dönüştürerek yaşamsal faaliyetlerinde kullanır. Bu yüzden ATP molekülü bütün canlılar için temel enerji molekülüdür.
Enerjinin Temel Molekülü ATP (Adenozin trifosfat)
ATP, hücrede gerçekleşen bütün yaşamsal faaliyetlerde kullanılan temel enerji molekülüdür. Her hücre ihtiyacı olan ATP’yi kendisi sentezler. ATP molekülü hücre içinde sentezlenir ve hücre içinde kullanılır, bir hücreden diğerine aktarılamaz, depolanamaz, anlık olarak hücre tarafından üretilir ve tüketilir. ATP; elektrik enerjisi, ısı enerjisi, kimyasal enerji gibi başka formlara kolayca dönüşebilir. Örneğin sinir hücrelerinde uyarının ilerlemesi için ATP’ deki enerji, elektrik enerjisine dönüştürülür.
ATP molekülünün yapısında; adenin bazı, beş karbonlu riboz şekeri ve üç tane fosfat grubu bulunur. Adenin bazı ile riboz şekeri arasında glikozit bağı kurulmasıyla adenozin adı verilen yapı oluşur. Adenozin molekülüne fosfoester bağıyla fosfat grubu bağlanmasıyla AMP (adenozin monofosfat) oluşur. AMP’ye bir fosfat grubunun eklenmesiyle ADP (adenozin difosfat) oluşur. ADP’ye bir fosfat grubunun eklenmesiyle ATP (adenozin trifosfat) oluşur. ATP molekülünde fosfat grupları arasındaki bağlara yüksek enerjili fosfat bağları denir.
Organik maddelere fosfat grubu (Pi) eklenmesine fosforilasyon; organik maddelerden fosfat grubu koparılmasına defosforilasyon denir. Örneğin ADP molekülüne bir fosfat grubu eklenerek ATP sentezlenmesi fosforilasyondur. ATP’den bir fosfat grubu koparılarak ADP elde edilmesi ise defosforilasyondur.
ATP’nin tüketilip yeniden üretilmesi ATP döngüsü olarak ifade edilir. Hücrelerde ATP döngüsü, oldukça hızlı gerçekleşir. Örneğin çizgili kas hücresi, bir saniyede yaklaşık on milyon ATP molekülünü tüketir ve yeniden üretir. ATP enerji gerektiren metabolizma olaylarının kesintisiz devam etmesini sağlar.
Hücrede gerçekleşen yapım ve yıkım tepkimelerinin tümüne metabolizma denir. Metabolizma faaliyetleri için gerçekleşen tepkimeler ekzergonik (enerji açığa çıkaran) ve endergonik (enerjiye ihtiyaç duyan) tepkimeler olarak iki grupta incelenir. Ekzergonik tepkimeler sonucu enerji açığa çıkar. Örneğin solunum tepkimeleri sonucu ATP üretildiği için solunum tepkimeleri ekzergonik tepkimedir. Endergonik tepkimelerin gerçekleşmesi için enerji gerekir. Örneğin hücrede gerçekleşen aktif taşıma ya da sinir hücresinde uyarı iletimi endergonik tepkimedir. Hücre endergonik tepkimeler için gerekli olan enerjiyi ekzergonik tepkimelerden sağlar.
Fosforilasyon Çeşitleri
ADP molekülüne bir fosfat grubunun eklenmesiyle ATP sentezlenmesine fosforilasyon denir. Fosforilasyon, kullanılan enerjinin kaynağına göre substrat düzeyinde fosforilasyon, oksidatif fosforilasyon ve fotofosforilasyon olmak üzere üç grupta incelenir.
a. Substrat Düzeyinde Fosforilasyon
Hücrelerde enzimler yardımıyla çeşitli organik maddelerden (substrat) ayrılan fosfat grubunun ADP’ye eklenerek ATP sentezlenmesine substrat düzeyinde fosforilasyon denir. Oksijenli solunum, oksijensiz solunum ve fermantasyon yapan tüm canlılarda substrat düzeyinde fosforilasyonla ATP sentezi görülür.
b. Oksidatif Fosforilasyon
Organik moleküllerin yıkımıyla ya da inorganik moleküllerin oksitlenmesiyle açığa çıkan elektronların, elektron taşıma sistemi (ETS) ile taşınması sırasında oluşan enerjiden ATP üretilmesine oksidatif fosforilasyon denir. Oksijenli solunum ve oksijensiz solunum yapan canlılar ile kemosentez ve fotosentez yapan canlılarda oksidatif fosforilasyon gerçekleşir. Oksidatif fosforilasyon; prokaryot canlılarda hücre zarının sitoplazmaya doğru oluşturduğu kıvrımlarda, ökaryot canlılarda mitokondride gerçekleşir.
c. Fotofosforilasyon
Klorofil molekülü ve ışık enerjisi kullanılarak ADP’ye inorganik fosfat (Pi) eklenmesiyle ATP sentezlenmesine fotofosforilasyon denir. Fotofosforilasyon, fotosentez yapan canlıların klorofil bulunduran hücrelerinde ışık varlığında gerçekleşir. Fotofosforilasyonla sentezlenen ATP molekülü, fotosentez olayında kullanılır.
