Hücre vE enerji

ENERJİ

Enerji, bir sistemin iş yapabilme yeteneğidir. Bu tarif insan yapısı, makineler ve sistemler için geçerli olduğu kadar, biyolojik sistemler için de geçerlidir. Gerçekten her canlı iş yapabilme yeteneğine sahiptir. Aksi takdirde canlılık özelliğini kaybeder. Canlı, bir sistem olduğuna göre, sistemin işlemesi, sistemi meydana getiren her parçanın çalışması ile mümkündür. Çünkü organizma canlı kaldığı sürece, milyarlarca atom ve molekülü belli bir düzende tutmak zorundadır. Bu da ancak enerji harcamakla mümkündür.

Hücre ve enerji

Hücreler bütün hayatsal olayların meydana geldiği yerlerdir. Hücre başlı başına bir organizma ve sistemdir. Bu biyolojik sistemin iş yapabilme yeteneği, sahip olduğu enerjisi ile mümkündür. Hücreler dışarıdan kaynak sağlamadan enerji üretemezler; yani, enerji bağları içeren molekülleri ( karbonhidratlar, yağlar, proteinler) yıkmak suretiyle kendileri için gerekli olan enerjiyi temin edebilirler.

Organik moleküllerdeki bu enerjinin ilk kaynağı ışık enerjisidir. İlk olarak güneşteki hidrojen atomlarının helyuma dönüşmesi ile ışık enerjisi meydana gelir. Bu enerjinin çok az bir kısmı dünyamıza ulaşabilir, ulaşan bu enerjinin de ancak % 3’ü klorofile sahip olan fotosentetik canlılar tarafından tutularak fotosentezle kimyasal bağlardaki potansiyel enerjiye çevrilir. Yani fotsentez yapabilen canlılar, sistemlerini çalıştırmak için güneş enerjisini kullanırken, aynı enerji ile heterotrof canlıların enerji hammaddelerini de hazırlar. Fotoototrof ve heterotrof canlılar enerji dönüşümleri ile hayatın devamlılığını sağlar.


Fotosentez yoluyla senede milyarlarca ton organik madde sentezi yapılır. Bu organik moleküller oksijenli ve oksijensiz solunumla kimyasal bağları kırılarak en küçük birimlerini yıkılır. Bu yıkım sonucunda açığa çıkan enerji ise, hücrelerin yaşamsal fonksiyonlarında kullanılır. Kimyasal bağ, iki atomu veya molekülü bir arada tutan kuvvettir. Bir bağı yıkmak için gereken enerji miktarı, bu bağın kurulmasında harcanan enerji miktarına eşittir. Hücre içinde, organizmanın ölümüne kadara devam eden bir bağ yıkma ve yapma reaksiyonları gözlenir. Reaksiyonlar sırasında kimyasal bağlardan sağlanan enerji değişik enerji şekillerine dönüştürülerek canlılık olaylarında kullanılır.


Hücrelerde en önemli yüksek bağ enerjisi ATP’de bulunur. İki atom arasındaki bağ ne kadar kuvvetli ise açığa çıkan enerji o kadar fazladır. Bir hücrede genelde üç çeşit olayda enerjşye ihtiyaç vardır:

1. Mekaniksel hareket; kas hücrelerinde kasılma, hücre bölünmeleri sırasında kromozomların hareketi buna örnek verilebilir.

2. Madde taşınması; aktif taşıma ile hücre zarından madde alış verişi.

3. Kimyasal reaksiyonlar; endorgonik(enerji alan) reaksiyonlar enerji gerktirir.


ATP ( Adenozin Trifosfat)

Hücredeki bir çok reaksiyonun enerji kaynağı olan ATP molekülünde “yüksek enerjili fosfat bağları” bulunur. Bu yüksek enerjili bağlar yıkıldıklarında, diğer kimyasal bağlara göre çok daha fazla enerji serbest kalır. ATP molekülünün yapısında adenin bazı, beş karbonlu riboz şekeri ve üç molekül fosforik asit bulunur. Adenin bazı ile riboz şekerinin oluşturduğu yapıya “adenozin” denir. Adenozin ile bir fosfat molekülü “adenozin monofosfat (AMP)” ı; iki fosfat molekülü “adenozin difosfat (ADP)”ı; üç fosfat molekülü “adenozin trifosfat (ATP)”ı oluşturur.

ATP molekülünün üç tane fosfat grubu arasındaki iki bağ oldukça yüksek enerji taşır. Bu bağlara yüksek enerjili fosfat bağları denir ve “ ~ ” şeklinde gösterilir. ATP’den bir fosfat ayrılırsa ADP, iki fosfat ayrılırsa AMP oluşur. Fosfatlar ayrılırken enerji açığa çıkar. Bir yüksek enerjili fosfat bağının kopması ile hücredeki reaksiyonlarda kullanılabilecek 7300 kalorilik enerji açığa çıkar. ATP molekülündeki bu enerjinin ilk kaynağının güneş olduğunu belirtmiştik. Güneş enerjisi fotosentezle organik moleküllerin bağlarında kimyasal enerjiye dönüştürülerek depolanır. Hücre solunumu ile organik moleküller parçalanır. Ve açığa çıkan kimyasal enerji ile ATP sentezlenir. Yani hücre metabolizmasında kullanılan enerjinin kaynağı organik moleküllerdir.



Organik moleküllerden enerji elde edilirken önce karbonhidratlar sonra yağlar ve en son olarak proteinler kullanılır. Hücre yapısındaki vitaminler ise enerji elde etmek için kullanılmaz.
Proteinlerin enerji verici madde olarak kullanılması ancak uzun süreli açlık durumunda geçerlidir. Çünkü hücrenin hayal faaliyetlerini yapması enerji üretmesidir. Proteinler yapı maddesi olduğundan protein elde etmek, hücrenin kendi kendini yemesi demektir.

1 gr karbonhidratın yanmasıyla 4,2 kcal,
1 gr proteinin yanmasıyla 4,3 kcal
1 gr yağın yanmasıyla da 9,5 kcal’lik enerji açığa çıkar.

1 gr yağ; 1 gr karbonhidrat ve 1 gr protein yaklaşık iki kat enerji vermesine rağmen birinci sırada enerji elde etmek için kullanılmaz. Çünkü yağların yıkımı zordur.


Bazı durumlar Dinlenme halinde olan bir kişi Oturarak çalışan bir kişi Ağır işlerde
İhtiyaç duyulan enerji miktar 1500 kcal. 2500 kcal. 4000-5000 kcal.




ATP sentezine fosforilasyon denir. Dört çeşit fosforilasyon vardır:



*Substrat Düzeyinde Fosforilasyon: Hücre sitoplazmasında O2 ve E.T.S. olmadan enzim varlığında substrattan direk ATP sentezidir (Fermantasyon). Oksijen ve elektron taşıma sistemi (ETS) kullanılmaz, organik madde tamamen parçalanmadığı için ATP kazancı azdır. Enzimler tüm canlılarda var olduğundan tüm canlılarda görülür. Bazı bakteriler yalnızca fermantasyon yapar.
NOT: Evrimde ilk ortaya çıkan fosforilasyon şeklidir.
*Oksidatif Fosforilasyon: Enerji verici besin maddelerinin yıkımından oluşan yüksek enerjili elektronların mitokondrilerde ETS den Oksijene iletilirken ATP’nin sentezlenmesidir. Oksijenli solunumda görülür. Prokaryot hücrelerde sitoplazmada, ökaryot hücrelerde mitokondri de gerçekleşir.
*Fotofosforilasyon: Işık yardımıyla ADP ye fosfat bağlanarak ATP sentezlenmesine denir. Klorofile sahip hücrelerde, fotosentezde meydana gelir. Fotosentezin ışıklı evresinde devirli ve devirsiz basmaklarda gerçekleşir. Elektron taşıma sistemi(ETS) kullanılır. Oksijenli solunuma benzer ancak klorofil şarttır. Prokaryot canlılarda sitoplazmada, ökaryot canlılarda ise çift katlı zarı olan kloroplastlarda gerçekleşir.
*Kemosentetik Fosforilasyon : Kemosentez reaksiyonlarında açığa çıkan enerji ile ATP sentezi yapılmasıdır. İnorganik bileşikleri oksitleyerek elde ettikleri enerji ile organi madde yani besin üretirlerler. Bu olay sadece kemosentetik bakterilerde gerçekleşir. Örneğin; kükürt bakterileri, nitrit ve nitrat bakterileri.