Hücrenin parası: ATP
Besindeki enerji doğrudan kullanılamaz; önce ATP’ye dönüştürülür. Bu ünitede ATP’nin üç parçasını (adenin, riboz, üç fosfat), iki yüksek enerjili fosfat bağını, fosforilasyon ile defosforilasyonu ve üç üretim yolunu göreceksin: substrat düzeyinde fosforilasyon, oksidatif fosforilasyon ve fotofosforilasyon. Kritik cümle şu: ATP başka bir hücreye aktarılamaz ve depolanamaz.
Canlılarda meydana gelen bütün metabolik süreçlerin ayrılmaz bir parçası olan enerji; büyüme, gelişme, çoğalma gibi olaylarda kullanılır. Gerekli olan bu enerjiyi ototroflar kendi ürettikleri besinlerden, heterotroflar ise dış ortamdan aldıkları besinlerden sağlar. Canlılar, en çok kullandıkları enerji çeşidi olan kimyasal bağ enerjisini de besin zinciri yolu ile birbirlerine iletirler. Canlılar tarafından besinlerin kimyasal bağlarındaki bu enerji doğrudan kullanılamadığı için ATP’ye dönüştürülür.
İki düğme iki beslenme tipini gösterir. Ototrof kipinde enerji güneşten gelir ve canlı kendi besinini üretir; heterotrof kipinde besin dışarıdan alınır ve ok besin zinciri boyunca akar. İki kipte de yol aynı yerde birleşir: besindeki kimyasal bağ enerjisi doğrudan kullanılamaz, önce ATP kutusuna girer. ATP kutusundan çıkan oklar büyüme, gelişme ve çoğalma kutularına gider. Ekrandaki kırmızı çarpı, besinden doğrudan kullanıma giden yolun kapalı olduğunu gösterir.
ATP molekülü yaşamsal faaliyetlerin enerji kaynağıdır. Hücre içinde sentezlenir. Başka bir hücreye aktarılamaz. Depolanamaz. Hücrede elektrik, ısı, hareket gibi farklı enerji formlarına dönüştürülür. Tüm canlı hücrelerde bulunur. Sürekli olarak üretilir ve tüketilir. ATP sentezlenmeyen hücrelerde canlılık sona erer.
Kaydırakla fosfat sayısını 0’dan 3’e çıkar. Sıfırda ekranda yalnız adenin + riboz vardır ve aralarındaki bağ glikozit bağı olarak etiketlenir; bu yapının adı adenozindir. Bir fosfat eklenince AMP, ikincide ADP, üçüncüde ATP yazısı çıkar. Riboz ile ilk fosfat arasındaki bağ ester bağı olarak, fosfatlar arasındakiler ise yüksek enerjili fosfat bağı olarak ayrı renkte çizilir. Sağdaki sayaç yüksek enerjili bağ sayısını yazar: AMP’de 0, ADP’de 1, ATP’de 2.
Yapısında; azotlu organik baz olan adenin bazı, beş karbonlu şeker olan riboz, adenin bazı ile riboz arasında glikozit bağı, üç fosfat grubu, riboz ile fosfat grubu arasında ester bağı, üç fosfat arasında 2 adet yüksek enerjili fosfat bağı bulunur.
Adenin bazı ile riboz şekeri adenozin adını alır. Adenozin molekülüne bir fosfatın bağlanmasıyla adenozin monofosfat (AMP) oluşur. AMP’ye bir fosfatın bağlanmasıyla adenozin difosfat (ADP) oluşur. ADP’ye bir fosfatın bağlanmasıyla da adenozin trifosfat (ATP) oluşur. ATP molekülü, canlıların kullanabildiği evrensel enerji kaynağı olarak kabul edilir.
Yaşamsal faaliyetlerin enerji kaynağıdır. Hücre içinde sentezlenir. Başka bir hücreye aktarılamaz. Depolanamaz. Hücrede elektrik, ısı, hareket gibi farklı enerji formlarına dönüştürülür. Tüm canlı hücrelerde bulunur. Sürekli olarak üretilir ve tüketilir. ATP sentezlenmeyen hücrelerde canlılık sona erer.
Bu sekiz maddenin ikisi birlikte okunduğunda ünitenin en kritik sonucu çıkar: ATP depolanamadığı ve aktarılamadığı için her hücre kendi ATP’sini sürekli üretmek zorundadır. Üretim durursa canlılık da durur.
ATP’ye çoğu zaman “enerji deposu” denir ama gerçek bunun tam tersidir: depolanamaz ve başka bir hücreye aktarılamaz. Depolanan şey besindeki kimyasal bağ enerjisidir (nişasta, glikojen, yağ); ATP ise anlık kullanım parasıdır ve sürekli olarak üretilir ve tüketilir. Bu yüzden ATP miktarına değil, ATP üretim hızına bakılır.
Hücrelerde büyüme, üreme, hareket, biyosentez, aktif taşıma gibi yaşamsal faaliyetler için gereken yapım ve yıkım tepkimelerine metabolizma denir. Basit moleküllerden kompleks yapılı moleküllerin sentezlenmesine anabolizma (yapım), karmaşık moleküllerin basit moleküllere parçalanmasına katabolizma (yıkım) denir. Yapım tepkimeleri enerji gerektiren endergonik, yıkım tepkimeleri ise genellikle enerji açığa çıkaran ekzergonik tepkimelerdir.
Halka sürekli döner. Sol yarıda ekzergonik tepkimeler (hücresel solunum, fermantasyon) enerji açığa çıkarır ve ADP + Pi’den ATP kurulur; sağ yarıda endergonik tepkimeler (kas faaliyetleri, hücre bölünmeleri, sinirsel iletim, aktif taşıma, biyosentez) bu ATP’yi harcar. Ok yönünü izle: yukarı giden ok fosforilasyon, aşağı inen ok defosforilasyon olarak etiketlidir. Su molekülünün yönü de değişir — fosforilasyon sırasında su açığa çıkar (dehidrasyon), defosforilasyonda ise ATP suyla hidroliz edilir. Kaydırakla döngüyü yavaşlatıp adımları tek tek okuyabilirsin.
ATP molekülü, sürekli kullanılan ve yenilenebilen bir moleküldür. ADP’ye enerji ile birlikte inorganik fosfat (Pi) eklenmesi sonucu ATP üretilmesine fosforilasyon denir. Fosforilasyon sırasında su açığa çıkar (dehidrasyon).
ATP’nin H₂O ile hidroliz edilerek yapısındaki enerjinin açığa çıkarılmasına defosforilasyon denir.
ATP sitoplazma, mitokondri ve kloroplast gibi yapılarda sentezlenir. Oluşumu dehidrasyon, parçalanması hidroliz tepkimesiyle gerçekleşir.
ATP sentezi, fosforilasyon olayıdır. Fosforilasyon gerçekleşirken enzim, fosfat, enerji ve AMP veya ADP maddelerine ihtiyaç vardır.
Listedeki son madde dikkat ister: fosfat eklenecek molekül ADP olabileceği gibi AMP de olabilir. Yani ATP’ye giden yol tek bir molekülden başlamaz.
Dört kutucuk, fosforilasyon için gereken dört maddedir: enzim, fosfat, enerji ve AMP veya ADP. Kutucukları tek tek kapatıp aç. Dördü birden açık değilse tepkime ekranda yürümez ve rozet “ATP OLUŞMAZ” der, eksik olan madde adıyla yazılır. Dördü de açıkken ok tamamlanır, ATP kutusu yanar ve açığa çıkan su molekülü ayrıca çizilir.
| Ölçüt | Anabolizma (yapım) | Katabolizma (yıkım) |
|---|---|---|
| Tanım | Basit moleküllerden kompleks yapılı moleküllerin sentezlenmesi | Karmaşık moleküllerin basit moleküllere parçalanması |
| Enerji | Enerji gerektirir (endergonik) | Genellikle enerji açığa çıkarır (ekzergonik) |
| ATP ile ilişki | ATP harcar | ATP üretimini besler |
| Örnek | Biyosentez, kas faaliyetleri, hücre bölünmeleri, sinirsel iletim, aktif taşıma | Hücresel solunum, fermantasyon |
| Ortak ad | İkisinin toplamı metabolizmadır | |
Satırlar metabolizma ve ATP döngüsü maddelerinden derlenmiştir.
İki olay birbirinin tersidir ve su iki ayrı tarafta durur. Fosforilasyon sırasında su açığa çıkar (dehidrasyon) — yani ATP kurulurken su ürün tarafındadır. ATP’nin H₂O ile hidroliz edilerek yapısındaki enerjinin açığa çıkarılmasına defosforilasyon denir — burada su giren tarafındadır. Kısa hâli: oluşumu dehidrasyon, parçalanması hidroliz tepkimesiyle gerçekleşir.
Canlı organizmalarda ATP molekülünün üretilmesi; substrat düzeyinde fosforilasyon, oksidatif fosforilasyon ve fotofosforilasyon olmak üzere üç şekilde gerçekleştirilir.
Üç yolu tek tek seç. Substrat düzeyinde kipinde fosfat, yapısında fosfat bulunduran bir substrattan doğrudan ADP’ye enzim aracılığıyla aktarılır ve substrat “ürün”e dönüşür. Oksidatif kipinde elektronlar elektron taşıma sisteminde basamak basamak iner; her basamakta yükseltgenme-indirgenme yazılır ve açığa çıkan enerjiyle ATP kurulur. Fotofosforilasyonda klorofile foton çarpar, ışık enerjisi ADP + Pi’den ATP üretmek için kullanılır ve üretilen ATP’nin çıkışına kırmızı bir engel konur — çünkü bu ATP yalnız fotosentezde kullanılır. Altta her yolun hangi canlılarda ve nerede gerçekleştiği yazılır.
Yapısında fosfat bulunduran bir substrattan enzimler aracılığı ile bir fosfatın ADP’ye aktarılması sayesinde ATP sentezlenmesine substrat düzeyinde fosforilasyon denir.
Substrat düzeyinde fosforilasyon; oksijenli solunum, oksijensiz solunum, fermantasyon yapan tüm canlı hücrelerde gerçekleşen ortak bir olaydır. Görev alan enzimler de ortaktır.
Organik moleküllerin yıkımıyla veya inorganik moleküllerin oksitlenmesi sonucu açığa çıkan elektronların, elektron taşıma sisteminde yükseltgenme ve indirgenme reaksiyonları ile taşınması sırasında oluşan enerjiden ATP üretilmesine oksidatif fosforilasyon denir.
Oksijenli solunum ve oksijensiz solunum yapan canlılar ile kemosentez yapan canlılarda ATP’nin çoğu oksidatif fosforilasyonla elde edilir.
Klorofil molekülünün ışık enerjisini kullanarak ADP’ye inorganik fosfat eklemesi yoluyla ATP sentezlemesine fotofosforilasyon denir.
Fotofosforilasyonla sentezlenen ATP molekülü fotosentezde kullanılır. Başka bir metabolik olay için kullanılmaz. Fotofosforilasyon, fotosentez yapan canlıların klorofil bulunduran hücrelerinde ışık ve su varlığında gerçekleşir. Klorofilli (siyanobakteri gibi) canlılarda ve bitkilerde ışık varlığında fotofosforilasyon görülür. Fotofosforilasyon, prokaryot canlılarda sitoplazmada; ökaryotlarda kloroplast organelinde gerçekleşir.
| Ölçüt | Substrat düzeyinde | Oksidatif | Fotofosforilasyon |
|---|---|---|---|
| Fosfatın kaynağı | Yapısında fosfat bulunduran substrat | İnorganik fosfat | İnorganik fosfat |
| Enerjinin kaynağı | Substrattaki bağ enerjisi | Elektron taşınması sırasında oluşan enerji | Işık enerjisi |
| Görüldüğü olaylar | Oksijenli solunum, oksijensiz solunum, fermantasyon | Oksijenli ve oksijensiz solunum, kemosentez | Fotosentez |
| Yeri | Tüm canlı hücrelerde ortak | Elektron taşıma sisteminin bulunduğu yapılar | Prokaryotta sitoplazma, ökaryotta kloroplast |
| Üretilen ATP nerede kullanılır | Hücrenin her işinde | Hücrenin her işinde | Yalnız fotosentezde |
Tablo üç fosforilasyon başlığından derlenmiştir.
Üç yoldan yalnız biri “tüm canlı hücrelerde gerçekleşen ortak bir olaydır” diye tanımlanır ve bu substrat düzeyinde fosforilasyondur. Oksidatif fosforilasyon solunum ve kemosentez yapanlarda, fotofosforilasyon ise yalnız klorofil bulunduran hücrelerde ışık ve su varlığında görülür. İkinci tuzak da fotofosforilasyonun ürünündedir: o ATP başka bir metabolik olay için kullanılmaz.
Bu ünitenin kuralları maç saatinden telefon şarjına kadar her yerde iş başında.
Prize takılı telefon dolarken kullanılabilir. ATP döngüsü de öyle sürekli: ATP molekülü, sürekli kullanılan ve yenilenebilen bir moleküldür ve sürekli olarak üretilir ve tüketilir.
Büyük banknotla otomattan bir şey alamazsın, bozdurman gerekir. Besindeki enerji de öyle: besinlerin kimyasal bağlarındaki bu enerji doğrudan kullanılamadığı için ATP’ye dönüştürülür.
Kendi telefonundaki şarjı arkadaşınınkine aktaramazsın. ATP için de kural aynı: hücre içinde sentezlenir, başka bir hücreye aktarılamaz. Her hücre kendi ATP’sini üretir.
Sahada koşarken harcanan şey kas faaliyetidir ve döngünün endergonik tarafındadır: kas faaliyetleri, hücre bölünmeleri, sinirsel iletim, aktif taşıma ve biyosentez ATP harcayan olaylardır.
Nefes almanın sonunda gerçekleşen hücresel solunum döngünün ekzergonik tarafında durur ve ATP üretimini besler. Fermantasyon da aynı taraftadır.
Pencere kenarındaki bitkinin yaprağında fotofosforilasyon çalışır: klorofil molekülünün ışık enerjisini kullanarak ADP’ye inorganik fosfat eklemesi. Ama o ATP başka bir metabolik olay için kullanılmaz.
Parçaları birleştirmek emek ister, sökmek kolaydır. Metabolizmada da öyle: yapım tepkimeleri enerji gerektiren endergonik, yıkım tepkimeleri ise genellikle enerji açığa çıkaran ekzergonik tepkimelerdir.
Gergin tel enerji taşır ve bıraktığında bunu geri verir. ATP’deki 2 adet yüksek enerjili fosfat bağı da böyle: fosfat koparılınca yapısındaki enerji açığa çıkar.
Koşudan sonra vücudun ısınması boşuna değil: ATP hücrede elektrik, ısı, hareket gibi farklı enerji formlarına dönüştürülür. Aynı molekül üç ayrı işte kullanılır.
46 soruluk test · canlılarda enerjinin gerekliliği ve ototrof-heterotrof ayrımı, ATP’nin yapısı ve sekiz özelliği, adenozin-AMP-ADP-ATP basamakları, glikozit-ester-yüksek enerjili fosfat bağları, metabolizma ile anabolizma-katabolizma, fosforilasyon ve defosforilasyon, fosforilasyon için gereken dört madde, substrat düzeyinde-oksidatif-fotofosforilasyon karşılaştırması
Canlılarda meydana gelen bütün metabolik süreçlerin ayrılmaz bir parçası olan enerji; büyüme, gelişme, çoğalma gibi olaylarda kullanılır. Gerekli olan bu enerjiyi ototroflar kendi ürettikleri besinlerden, heterotroflar ise dış ortamdan aldıkları besinlerden sağlar. Canlılar, en çok kullandıkları enerji çeşidi olan kimyasal bağ enerjisini besin zinciri yolu ile birbirlerine iletir. Besinlerin kimyasal bağlarındaki bu enerji doğrudan kullanılamadığı için ATP’ye dönüştürülür.
Yaşamsal faaliyetlerin enerji kaynağıdır. Hücre içinde sentezlenir. Başka bir hücreye aktarılamaz. Depolanamaz. Hücrede elektrik, ısı, hareket gibi farklı enerji formlarına dönüştürülür. Tüm canlı hücrelerde bulunur. Sürekli olarak üretilir ve tüketilir. ATP sentezlenmeyen hücrelerde canlılık sona erer. ATP molekülü, canlıların kullanabildiği evrensel enerji kaynağı olarak kabul edilir.
Yapısında; azotlu organik baz olan adenin bazı, beş karbonlu şeker olan riboz, adenin bazı ile riboz arasında glikozit bağı, üç fosfat grubu, riboz ile fosfat grubu arasında ester bağı, üç fosfat arasında 2 adet yüksek enerjili fosfat bağı bulunur. Adenin bazı ile riboz şekeri adenozin adını alır. Adenozine bir fosfat bağlanmasıyla AMP, AMP’ye bir fosfat bağlanmasıyla ADP, ADP’ye bir fosfat bağlanmasıyla ATP oluşur.
Hücrelerde büyüme, üreme, hareket, biyosentez, aktif taşıma gibi yaşamsal faaliyetler için gereken yapım ve yıkım tepkimelerine metabolizma denir. Basit moleküllerden kompleks yapılı moleküllerin sentezlenmesine anabolizma (yapım), karmaşık moleküllerin basit moleküllere parçalanmasına katabolizma (yıkım) denir. Yapım tepkimeleri enerji gerektiren endergonik, yıkım tepkimeleri ise genellikle enerji açığa çıkaran ekzergonik tepkimelerdir.
ADP’ye enerji ile birlikte inorganik fosfat (Pi) eklenmesi sonucu ATP üretilmesine fosforilasyon denir. Fosforilasyon sırasında su açığa çıkar (dehidrasyon). ATP’nin H₂O ile hidroliz edilerek yapısındaki enerjinin açığa çıkarılmasına defosforilasyon denir. ATP sitoplazma, mitokondri ve kloroplast gibi yapılarda sentezlenir. Oluşumu dehidrasyon, parçalanması hidroliz tepkimesiyle gerçekleşir. Fosforilasyon gerçekleşirken enzim, fosfat, enerji ve AMP veya ADP maddelerine ihtiyaç vardır.
Yapısında fosfat bulunduran bir substrattan enzimler aracılığı ile bir fosfatın ADP’ye aktarılması sayesinde ATP sentezlenmesine substrat düzeyinde fosforilasyon denir. Oksijenli solunum, oksijensiz solunum ve fermantasyon yapan tüm canlı hücrelerde gerçekleşen ortak bir olaydır. Görev alan enzimler de ortaktır.
Organik moleküllerin yıkımıyla veya inorganik moleküllerin oksitlenmesi sonucu açığa çıkan elektronların, elektron taşıma sisteminde yükseltgenme ve indirgenme reaksiyonları ile taşınması sırasında oluşan enerjiden ATP üretilmesine oksidatif fosforilasyon denir. Oksijenli solunum ve oksijensiz solunum yapan canlılar ile kemosentez yapan canlılarda ATP’nin çoğu bu yolla elde edilir.
Klorofil molekülünün ışık enerjisini kullanarak ADP’ye inorganik fosfat eklemesi yoluyla ATP sentezlemesine fotofosforilasyon denir. Sentezlenen ATP fotosentezde kullanılır, başka bir metabolik olay için kullanılmaz. Fotosentez yapan canlıların klorofil bulunduran hücrelerinde ışık ve su varlığında gerçekleşir. Prokaryot canlılarda sitoplazmada, ökaryotlarda kloroplast organelinde görülür.