Oksijen yoksa glikoliz durmasın
Fermantasyonun asıl işi son ürün üretmek değil, NAD⁺’ı yenilemektir. NAD⁺ yenilenmezse glikoliz durur, glikoliz durursa ATP de biter. Ekmeğin kabarması da, koşarken kaslarında olan da bununla ilgili.
Glikoliz reaksiyonları sonucunda oluşan piruvatın etil alkol ya da laktik asit gibi moleküllere dönüştürüldüğü tepkimelere fermantasyon denir.
Bu süreç ökaryot ve prokaryot hücrelerin sitoplazmasında oksijen ve ETS kullanılmadan genellikle monosakkaritlerin parçalanması ile gerçekleşir.
Dört anahtar sözcük: sitoplazma · oksijen yok · ETS yok · monosakkarit. Fermantasyon da glikolizle başlar; ayrım piruvattan sonra ortaya çıkar.
Fermantasyon sonucunda organik bileşiklerin yanı sıra bazı durumlarda inorganik bileşikler de (örneğin karbondioksit) oluşabilir.
“Bazı durumlarda” ifadesi önemlidir: etil alkol fermantasyonunda CO₂ çıkar, laktik asit fermantasyonunda çıkmaz.
Bu süreçte glikoliz evresinde oluşan 2 NADH molekülündeki hidrojenlerin organik ya da inorganik yapılı maddelere aktarılmasıyla yeniden NAD⁺ oluşur ve böylece glikoliz ve ATP üretiminin devamlılığı sağlanır.
Bu cümle ünitenin kalbidir. Hücrenin elindeki NAD⁺ miktarı sınırlıdır; hepsi NADH’ye dönüşürse glikoliz hidrojenini verecek yer bulamaz ve durur. Fermantasyon, NADH’nin hidrojenlerini bir yere boşaltarak NAD⁺’ı geri kazandırır.
Döngü kapanmazsa glikolizin ne olduğunu son adımda gör.
Glikolizden sonraki basamaklarda kullanılan enzimler canlı türüne göre farklılık gösterebilir. Fermantasyon, oluşan son ürün çeşidine göre isimlendirilir. Bunlardan en yaygın olanları etil alkol fermantasyonu ve laktik asit fermantasyonudur.
Yani fermantasyonun adı, girdiye göre değil çıktıya göre konur.
Etil alkol fermantasyonu, glikoliz sonucu oluşan piruvatın enzim varlığında iki basamakta etil alkole dönüştürülmesidir.
Karbon muhasebesi: piruvat 3 karbonludur, asetaldehit 2 karbonludur — aradaki fark CO₂ olarak ayrılmıştır.
Glikoz + 2ATP → 2 Etil alkol + 2 CO₂ + 4 ATP
Denklem harcananı ve üretileni ayrı ayrı gösterir: 2 ATP harcanır, 4 ATP üretilir. Net kazanç 2 ATP’dir — bu, glikolizin net kazancının ta kendisidir. Fermantasyonun son ürün evresinde ek ATP üretilmez.
Mayalar, birçok bakteri ve bazı bitkilerin tohumları etil alkol fermantasyonu gerçekleştirir.
Ekmek yapımında etil alkol fermantasyonu yapan maya mantarları kullanılmaktadır. Etil alkol fermantasyonunda oluşan CO₂ gazı, mayalanan hamurun bir süre sonra kabarmasını sağlar.
Hamurun içindeki delikler bu gazın kabarcıklarıdır. Yoğurt mayalanırken hamur gibi bir kabarma görülmez — çünkü orada laktik asit fermantasyonu vardır ve o yolda CO₂ çıkışı olmaz.
Laktik asit fermantasyonu glikoliz sonucu oluşan piruvatın enzim varlığında laktik aside dönüştürülmesidir.
Glikoliz reaksiyonu sonucunda 2 NADH, 2 ATP ve 2 piruvat molekülü oluşur. Piruvatlar, 2 NADH molekülünün hidrojenlerini alarak doğrudan son ürün olan laktik aside dönüşür. Bu sırada yeniden NAD⁺ oluşturularak glikolizin devamı sağlanır. Laktik asit fermantasyonunda CO₂ çıkışı görülmez.
Glikoz → 2 Laktik asit + 2 ATP
Buradaki 2 ATP net kazançtır; etil alkol denklemindeki “2 ATP harcanır, 4 ATP üretilir” yazımıyla aynı şeyi söyler. İki fermantasyon çeşidinin de net ATP kazancı 2’dir.
Aynı piruvattan iki farklı son ürüne giden yolu karşılaştırır. Sol yol asetaldehit üzerinden, sağ yol doğrudan gider.
Laktik asit fermantasyonu; bazı bakterilerde, bazı mantarlarda, memelilerin olgun alyuvar hücrelerinde ve omurgalıların çizgili kas hücrelerinde görülür. Endüstride peynir, yoğurt ve turşu üretiminde kullanılır.
Olgun alyuvarların mitokondrisi yoktur; bu yüzden oksijen taşıdıkları hâlde kendileri oksijenli solunum yapamaz.
İnsanlarda çizgili kas hücrelerine yeterli oksijen gelmediği durumlarda laktik asit fermantasyonu ile ATP üretilir. Yoğun kas aktivitesinin başlangıcında ATP üretmek için glikoz yıkım hızı, kasın kandan oksijen alma hızını aşar.
Bu koşullarda hücrelerde oksijenli solunum ve fermantasyon birlikte gerçekleştirilir. Bu durumda oksijenli solunuma devam edilirken çizgili kaslarda laktik asit fermantasyonu ile gerekli olan enerji üretilir. Bu sayede ani bir performans sonrasında ortamda oksijen olsa bile hızlı ancak enerji olarak verimsiz ATP üretimi sağlanır.
Yeterli oksijen sağlandığında üretilen az miktardaki laktik asitle kasların daha iyi çalışması sağlanır. Bunun için yoğun kas egzersizlerinden önce yapılan ısınma hareketleri oldukça faydalıdır.
Şiddet arttıkça glikoz yıkım hızı, kasın kandan oksijen alma hızını aşar; fermantasyonun payı büyür.
| Soru | Etil alkol fermantasyonu | Laktik asit fermantasyonu |
|---|---|---|
| Glikoliz gerçekleşir mi? | Evet | Evet |
| CO₂ çıkışı gözlenir mi? | Evet (ilk basamakta) | Hayır |
| ATP sentezi gerçekleşir mi? | Evet — net 2 ATP (glikolizden) | Evet — net 2 ATP (glikolizden) |
| Ara ürün var mı? | Evet — asetaldehit (2 karbonlu) | Hayır — piruvat doğrudan dönüşür |
| Son ürün çeşitleri nelerdir? | Etil alkol ve CO₂ | Laktik asit |
| ETS görev alır mı? | Hayır | Hayır |
| Kaç basamakta gerçekleşir? | İki | Tek (doğrudan) |
| Hangi canlılarda görülür? | Mayalar, birçok bakteri, bazı bitkilerin tohumları | Bazı bakteriler, bazı mantarlar, memelilerin olgun alyuvarları, omurgalıların çizgili kas hücreleri |
| Endüstrideki kullanımı | Ekmek yapımı (hamurun kabarması) | Peynir, yoğurt ve turşu üretimi |
Fermente besinler bakteri, mantar, maya vb. mikroorganizmaların kullanıldığı ve kontrollü olarak büyümesinin sağlandığı; enzimatik işlemlerle bir ham maddeden üretilen yiyecek veya içecekler olarak tanımlanmaktadır.
Kefir, yoğurt, kımız, peynir ve kurut (kurutulmuş yoğurt) fermente süt ürünleri arasında yer alır. Et, balık, sebze, meyve, tahıllar gibi farklı besin ve besin gruplarından da fermantasyon tepkimesi sayesinde fermente besinler (sucuk, pastırma, tarhana, boza, turşu vb.) elde edilebilmektedir.
Fermente besinler; probiyotik özellikleri sayesinde bağırsak sağlığını geliştirerek ülseratif kolit (bağırsak iltihabı), hazımsızlık, şişkinlik, crohn (kronik bağırsak iltihabı) hastalığı, irritabl bağırsak sendromu (hassas bağırsak sendromu) gibi hastalıkların semptomları üzerinde olumlu etkiler göstermektedir.
Probiyotik içerikli fermente ürünlerin tüketimi, sağlıklı bağırsak mikrobiyotası (bakteri, maya vb. mikroorganizma gruplarının oluşturduğu popülasyon) ile doğrudan ilişkilendirilmiş ve bu ürünlerin bağışıklık sistemini güçlendiren etkilerinin de bulunduğu bildirilmiştir. Fermente besinlerin başta sindirim sistemi olmak üzere sağlık üzerinde olumlu etkileri gözlenmektedir.
Probiyotik, yararlı canlı mikroorganizma içeren ürün demektir. Semptom ise hastalığın kendini gösterme biçimi (belirti).
Şalgam suyu Adana’da asırlardır üretilen, yöre ile ünlenmiş ve coğrafi işaret tescili almış bir gıdadır. Bulgur unu, ekşi maya, su, tuz, siyah havuç, şalgam ve pancarın fermente edilmesiyle yapılan şalgam; mor-kırmızı renkli, ekşi bir içecektir.
Sorular ve şıklar her turda karışıyor.
Öğretmenin koşudan önce ısınma yaptırmasının bir sebebi de şu: yeterli oksijen sağlandığında üretilen az miktardaki laktik asitle kasların daha iyi çalışması sağlanır. Isınma, kasları hazırlıksız yakalanmaktan kurtarır.
Sprint başlar başlamaz kasların oksijen beklemez. Yoğun kas aktivitesinin başlangıcında glikoz yıkım hızı, kasın kandan oksijen alma hızını aşar ve laktik asit fermantasyonu devreye girer — hızlı ama verimsiz bir ATP kaynağı.
Mayalı hamurun bir süre bekleyip kabarmasının sebebi, maya mantarlarının etil alkol fermantasyonunda ürettiği CO₂ gazıdır. Ekmeğin içindeki delikler o gazın kabarcıklarıdır.
Sütü mayalayınca yoğurt kabarmaz, ekşir ve katılaşır. Çünkü orada laktik asit fermantasyonu vardır ve o yolda CO₂ çıkışı görülmez. Ekşilik son üründen — laktik asitten — gelir.
Turşu kavanozunda mikroorganizmalar kontrollü olarak çoğalır ve ortamı asitlendirir. Turşu, laktik asit fermantasyonunun endüstride ve mutfakta en bilinen kullanımlarından biridir.
Şalgam suyu coğrafi işaret tescili almış bir gıdadır: bulgur unu, ekşi maya, su, tuz, siyah havuç, şalgam ve pancarın fermente edilmesiyle yapılır. Ekşiliği de rengi de bu süreçten gelir.
Kefir, kımız, peynir ve kurut fermente süt ürünleridir. Probiyotik özellikleri sayesinde bağırsak sağlığını geliştirir ve bağışıklık sistemini güçlendiren etkileri bildirilmiştir.
Tarhana, boza, sucuk ve pastırma da fermente besinlerdir: et, sebze ve tahıllardan enzimatik işlemlerle üretilirler. Fermantasyon aynı zamanda besinleri saklamanın eski bir yoludur.
Memelilerin olgun alyuvar hücreleri laktik asit fermantasyonu yapar. Oksijeni taşıyan hücrenin kendisinin oksijenli solunum yapamaması ilk bakışta şaşırtıcıdır; sebebi mitokondri taşımamalarıdır.
Fermantasyonun tanımı, sitoplazmada oksijen ve ETS kullanılmadan monosakkaritlerin parçalanmasıyla gerçekleşmesi, glikolizde oluşan 2 NADH’nin hidrojenlerinin aktarılmasıyla NAD⁺’ın yenilenmesi ve glikoliz ile ATP üretiminin devamlılığının sağlanması, fermantasyonun son ürüne göre adlandırılması, etil alkol fermantasyonunun iki basamağı ve asetaldehit ara ürünü, denklemleri ve net 2 ATP kazancı, ekmek yapımında maya mantarları ve CO₂’nin hamuru kabartması, laktik asit fermantasyonunda piruvatın doğrudan dönüşmesi ve CO₂ çıkışı görülmemesi, laktik asit fermantasyonunun görüldüğü canlılar ve endüstrideki kullanımı, çizgili kaslarda oksijenli solunumla birlikte yürümesi ve ısınma hareketlerinin faydası, fermente besinler, probiyotikler ve mikrobiyota, şalgam suyu
Glikoliz reaksiyonları sonucunda oluşan piruvatın etil alkol ya da laktik asit gibi moleküllere dönüştürüldüğü tepkimelere fermantasyon denir.
Ökaryot ve prokaryot hücrelerin sitoplazmasında, oksijen ve ETS kullanılmadan, genellikle monosakkaritlerin parçalanmasıyla gerçekleşir.
Glikolizde oluşan 2 NADH’nin hidrojenleri organik ya da inorganik maddelere aktarılır, yeniden NAD⁺ oluşur ve böylece glikoliz ile ATP üretiminin devamlılığı sağlanır.
Fermantasyon oluşan son ürün çeşidine göre isimlendirilir. Glikolizden sonraki basamaklarda kullanılan enzimler canlı türüne göre farklılık gösterebilir.
İki basamak. 1) Piruvattan CO₂ uzaklaştırılır, 2 karbonlu
asetaldehit oluşur. 2) Asetaldehit NADH ile etil alkole indirgenir; NAD⁺
yenilenir.
Glikoz + 2ATP → 2 Etil alkol + 2 CO₂ + 4 ATP (net 2 ATP).
Mayalar, birçok bakteri ve bazı bitkilerin tohumları. Ekmek yapımında kullanılan maya mantarlarının ürettiği CO₂, hamurun kabarmasını sağlar.
Piruvatlar 2 NADH’nin hidrojenlerini alarak doğrudan laktik aside dönüşür;
ara ürün yoktur ve CO₂ çıkışı görülmez.
Glikoz → 2 Laktik asit + 2 ATP.
Bazı bakteriler, bazı mantarlar, memelilerin olgun alyuvar hücreleri ve omurgalıların çizgili kas hücreleri. Endüstride peynir, yoğurt ve turşu üretiminde kullanılır.
Yoğun aktivitenin başlangıcında glikoz yıkım hızı, kasın kandan oksijen alma hızını aşar. Oksijenli solunum ve fermantasyon birlikte yürür; sonuç hızlı ancak enerji olarak verimsiz ATP üretimidir.
Yeterli oksijen sağlandığında üretilen az miktardaki laktik asitle kasların daha iyi çalışması sağlanır; bu yüzden yoğun egzersizden önceki ısınma hareketleri faydalıdır.
Süt ürünleri: kefir, yoğurt, kımız, peynir, kurut. Ötekiler: sucuk, pastırma, tarhana, boza, turşu. Şalgam suyu Adana’da üretilen, coğrafi işaret tescilli bir gıdadır.
Probiyotik özellikleri bağırsak sağlığını geliştirir; ülseratif kolit, hazımsızlık, şişkinlik, crohn hastalığı ve irritabl bağırsak sendromu belirtileri üzerinde olumlu etki gösterir. Bağışıklık sistemini güçlendiren etkileri de bildirilmiştir.
ATP son ürün evresinde değil glikolizde kazanılır · CO₂ yalnız etil alkol yolunda · asetaldehit yalnız etil alkol yolunda · ETS ve oksijen yok · ad son ürüne göre konur.