9. SınıfBiyoloji

Hücresel Solunum ve Enerji Üretimi

Biyoloji · 9. Sınıf · Hücre Bölünmeleri (Giriş)

Konu Anlatımı

Hücresel Solunum ve Enerji Üretimi

Bu derste ne öğreneceğiz?

Hücresel solunum, canlı hücresinde besinlerin oksijenli ya da oksijensiz ortamda parçalanarak kullanılabilir enerjiye dönüştürülmesidir. Bu derste solunumun dört aşamasını, her aşamada hangi moleküllerin oluştuğunu, oksijenin neden son alıcı olduğunu, aerobik ve anaerobik solunumun ATP verimi farkını ve mitokondri sayısının enerji ihtiyacıyla ilişkisini öğreneceğiz.

Dersten sonra şunları yapabiliyor olmanız gerekiyor: bir glikoz molekülünün yıkımında toplam kaç ATP oluştuğunu aşamalara ayırarak hesaplamak, oksijen tüketimini aşamalarıyla ilişkilendirmek, bir dokudaki mitokondri sayısını verilen bilgilerle hesaplamak ve bir hücrenin enerji ihtiyacının neden mitokondri sayısıyla ilişkili olduğunu açıklamak.

Ön bilgi

Bu konunun ön bilgisi Enzimler ve Enzim Aktivitesi konusudur. Solunumdaki her basamak bir enzimin yardımıyla yürür; enzimlerin substrata özgü olması, solunumun belirli basamaklarda durup başka yollara geçebilmesini açıklar.

İkinci ön bilgi, Fotosentez ve Enerji Dönüşümü konusudur. Fotosentezde depolanan kimyasal enerji hücresel solunumla kullanılabilir hâle gelir; iki süreç birbirinin tamamlayıcısıdır. Üçüncü ön bilgi, Hücre Bölünmeleri konusundaki hücre döngüsüdür; büyüyen ve bölünen hücrelerin enerji ihtiyacı artar.

Hücresel Solunum Nedir, Nerede Gerçekleşir?

Hücresel solunum, hücrede depolanmış organik besinlerin oksijen kullanılarak ya da kullanılmadan parçalandığı ve bu sırada kimyasal enerjinin adenozin trifosfata aktarıldığı dizi tepkimelerdir. Oluşan karbondioksit ve su atılır, karbondioksit atmosfere verilir. Solunumun temel işlevi, besinden enerji çekmektir.

Solunum ikiye ayrılır. Oksijen kullanılan solunuma aerobik solunum, kullanılmayana anaerobik solunum denir. Oksijenli solunumda başlıca organel mitokondridir; ökaryotlarda mitokondrinin iç zarında elektron taşıma zinciri bulunur. Sitoplazmada ise yalnız glikoliz basamağı yürür. Prokaryotlarda mitokondri olmadığı için solunumun tamamı sitoplazmada gerçekleşir.

Glikoliz: Sitoplazmanın İlk Aşaması

Glikoliz, bir glikoz molekülünün iki molekül pirüvik aside parçalandığı dokuz basamaklı tepkimeler dizisidir. Bu basamaklar sitoplazmada yürür ve mitokondriye ihtiyaç duyulmaz. Glikoz molekülünün altı karbon atomu, iki molekül pirüvik aside aktarılır.

Glikolizde dört ATP üretilir ancak tepkimenin başlangıcında iki ATP harcanır; bu yüzden net kazanç iki ATP olur. Ayrıca iki yüksek enerjili elektron taşıyıcısı oluşur. Bu elektron taşıyıcıları, glikozun hidrojen atomlarını mitokondriye taşır. Glikoliz, oksijene ihtiyaç duyurmaz; bu yüzden anaerobik solunumda da yürür.

Mitokondride: Dekarboksilasyon ve Krebs Döngüsü

İkinci basamakta iki molekül pirüvik asit mitokondriye geçer. Bu moleküllerin karbonundan karbondioksit ayrılır ve asetil grubu oluşur. Bu basamakta iki ATP ve iki yüksek enerjili elektron taşıyıcısı üretilir. Karbondioksitin ilk çıkışı burada gerçekleşir.

Üçüncü basamakta Krebs döngüsü, matrikste yürür. Asetil grubu bir dört karbonlu bileşikle birleşir; sonuçta altı karbonlu sitrik asit oluşur. Döngüde altı molekül karbondioksit, altı yüksek enerjili elektron taşıyıcısı, iki elektron taşıyıcısı ve iki ATP oluşur. Döngü, elektron taşıyıcılarını yükleyerek mitokondrinin iç zarına aktarır.

Elektron Taşıma Zinciri ve Oksijenin Rolü

Yüksek enerjili elektron taşıyıcıları, elektronlarını mitokondrinin iç zarında bulunan elektron taşıma zincirine verir. Elektronlar bir hücre zarı proteininden diğerine aktarılırken enerji açığa çıkar; bu enerji protonların matriksten zarın aralığına pompalanmasında kullanılır.

Zarın iki yanı arasında biriken proton farkı, protonların geri akışı sırasında adenozin difosfat ve fosfatın birleşmesini sağlar ve adenozin trifosfat oluşur. Zincirin son basamağında elektronlar oksijene verilir ve su oluşur. Oksijen bu basamakta son alıcı görevi görür; elektronların birikmesini önler.

Aerobik ve Anaerobik Solunum Karşılaştırması

Aerobik solunumda bir glikozdan otuz sekiz adenozin trifosfat elde edilir. Anaerobik solunumda ise yalnızca iki elde edilir; çünkü elektron taşıma zinciri çalışmaz. Anaerobik verimin aerobik verime oranı 2 ÷ 38 = 0,053 katına, yani yüzde 5 düzeyine denk gelir.

Anaerobik solunumda pirüvik asit etil alkole ya da laktik aside dönüştürülür. Mayalarda etanol, kas hücrelerinde laktik asit oluşur. Laktik asit birikmesi kaslarda yanma hissini açıklar. Oksijen yetersizliğinde kalp kası gibi sürekli çalışan organlar anaerobik solunuma geçemez; çünkü laktik asit birikimi bu hücrelerde kalıcı zarar verir.

ATP Neden Sürekli Üretilir?

Adenozin trifosfat, hücresel solunumun temel enerji taşıyıcısıdır. Hidrolizle parçalandığında enerji açığa çıkar ve bu enerji hücresel işlerde kullanılır. Ancak hücrede adenozin trifosfat miktarı çok azdır; vücut ağırlığının binde biri düzeyindedir. Bu nedenle sürekli yenilenmesi gerekir.

Örneğin vücut ağırlığı 70 kilogram olan bir kişide adenozin trifosfat miktarı 70 × 0,001 = 0,07 kilogramdır. Bu miktar saniyeler içinde tüketilebilir. Kalp kası, sinir hücresi ve böbrek gibi organlar bu yüzden enerji depolarını sürekli doldurmak zorundadır. Özellikle kalp kası hücresinde mitokondri sayısı çok yüksektir.

Mitokondri Sayısı ve Enerji İhtiyacı

Mitokondri sayısı, hücrenin enerji ihtiyacıyla doğru orantılıdır. Kalp kası hücresi sürekli çalıştığı için en çok mitokondriyi taşır; karaciğer hücresi metabolik faaliyet nedeniyle fazla mitokondri içerir; olgun alyuvar ise mitokondrisini kaybetmiştir ve enerjisini anaerobik olarak üretir.

Bu sayıyı ölçmek için sayım yapılabilir. Örneğin bir dokuda 2000 hücre bulunuyor ve her hücrede 2500 mitokondri varsa toplam mitokondri sayısı 2000 × 2500 = 5000000 olur, yani beş milyondur. Bu sayı, dokunun enerji tüketim kapasitesi hakkında doğrudan bilgi verir ve hücrenin büyüme hızıyla ilişkilendirilebilir.

Basit örnek

Bir molekül glikozun tam yıkımında elde edilen adenozin trifosfatı aşamalara ayırarak hesaplayalım. Glikolizde net 2 adenozin trifosfat, dekarboksilasyon basamağında 2 adenozin trifosfat, Krebs döngüsünde 2 adenozin trifosfat elde edilir. Bu doğrudan kazanç 2 + 2 + 2 = 6 adenozin trifosfattır. Kalan, elektron taşıma zincirinden gelen kısımdır ve toplamdan çıkarılarak bulunur.

İleri örnek

Bir hücrenin enerji tüketimi ölçülerek 1 saniyede 0,02 gram adenozin trifosfat tüketildiği bulunmuştur. Buna göre hücrenin saniyedeki tüketimi, günlük tüketimle karşılaştırılabilir. Önce günlük tüketim bulunur: 0,02 × 3600 = 72 gram adenozin trifosfat. Bu değerin büyüklüğü, hücrenin enerji ihtiyacının yalnız küçük bir kısmının stokla karşılandığını ve sürekli üretim gerektiğini gösterir.

Adım adım çözülmüş örnek

Aşağıdaki örnekte bir glikozun tam yıkımında toplam kaç adenozin trifosfat üretildiği adım adım hesaplanmaktadır.

Kavram karşılaştırma tablosu

ÖlçütAerobik solunumAnaerobik solunumFotosentez
OksijenKullanılır ve su oluşurKullanılmazÜretilir
YerSitoplazma ve mitokondriSitoplazmaKloroplast
Net adenozin trifosfatBir glikozdan 38 adetBir glikozdan 2 adetAdenozin trifosfat tüketilir
Son ürünKarbondioksit ve suEtil alkol veya laktik asitGlikoz ve oksijen
Elektron taşıma zinciriÇalışır ve en büyük kazancı sağlarÇalışmazZarın içinde ters yönde çalışır
Enerji yönüEnerji kimyasal bağdan adenozin trifosfata aktarılırÇok az enerji açığa çıkarIşık enerjisi kimyasal bağa aktarılır
OrganellerMitokondriSitoplazmaKloroplast

Sık Yapılan Hatalar

Özet

Hücresel solunum, depolanmış organik besinlerin parçalanarak adenozin trifosfata aktarıldığı enerji üretim sürecidir. Glikoliz sitoplazmada yürür, bir glikozdan iki molekül pirüvik asit ve net iki adenozin trifosfat oluşur. Mitokondride gerçekleşen dekarboksilasyon basamağında karbondioksit açığa çıkar ve iki adenozin trifosfat üretilir. Krebs döngüsü mitokondri matriksinde yürür; altı karbondioksit, yüksek enerjili elektron taşıyıcıları ve iki adenozin trifosfat oluşur. Elektron taşıma zinciri mitokondrinin iç zarında bulunur, proton farkı oluşturur ve en büyük adenozin trifosfat kazancını sağlar; oksijen bu zincirin son alıcısıdır ve su oluşumunu sağlar. Bir glikozun tam yıkımında 6 adet doğrudan, 32 adet elektron taşıma zincirinden olmak üzere toplam 38 adenozin trifosfat üretilir. Oksijensiz solunumda verim 2 adede düşer ve verim oranı 2 ÷ 38 = 0,053 katına denk gelir. Hücredeki adenozin trifosfat miktarı çok az olduğundan üretim süreklidir. Mitokondri sayısı hücrenin enerji ihtiyacıyla doğru orantılıdır; kalp kası hücresinde çok, olgun alyuvar hücresinde ise hiç yoktur.

Kendini dene

Üç soruyu yanıtlamadan önce her biri için puan ver. Birincisi, bir glikozun yıkımında adenozin trifosfat kazancını dört aşamaya bölerek hesaplayıp hangi aşamanın en büyük katkıyı sağladığını yazman gerekiyor. İkincisi, oksijenin tüketilmesinin hangi basamakları durduracağını ve bunun hücrede neye yol açacağını açıklaman gerekiyor. Üçüncüsü, kalp kası hücresi ile olgun alyuvarın mitokondri sayısının neden farklı olduğunu karşılaştırman gerekiyor. Puanlarken hesap adımlarını, kullandığın kavramı ve yorumun temelli olup olmadığını ayrı ayrı not et.

İlgili konular

Hücresel Solunum ve Enerji Üretimi — Sık Sorulan Sorular

Bu derste ne öğreneceğiz?

Hücresel solunum, canlı hücresinde besinlerin oksijenli ya da oksijensiz ortamda parçalanarak kullanılabilir enerjiye dönüştürülmesidir. Bu derste solunumun dört aşamasını, her aşamada hangi moleküllerin oluştuğunu, oksijenin neden son alıcı olduğunu, aerobik ve anaerobik solunumun ATP verimi farkını ve mitokondri…

Hücresel Solunum Nedir, Nerede Gerçekleşir?

Hücresel solunum, hücrede depolanmış organik besinlerin oksijen kullanılarak ya da kullanılmadan parçalandığı ve bu sırada kimyasal enerjinin adenozin trifosfata aktarıldığı dizi tepkimelerdir. Oluşan karbondioksit ve su atılır, karbondioksit atmosfere verilir. Solunumun temel işlevi, besinden enerji çekmektir.

ATP Neden Sürekli Üretilir?

Adenozin trifosfat, hücresel solunumun temel enerji taşıyıcısıdır. Hidrolizle parçalandığında enerji açığa çıkar ve bu enerji hücresel işlerde kullanılır. Ancak hücrede adenozin trifosfat miktarı çok azdır; vücut ağırlığının binde biri düzeyindedir. Bu nedenle sürekli yenilenmesi gerekir.

Hücresel Solunum ve Enerji Üretimi konusunda sık yapılan hatalar nelerdir?

Hata: Hücresel solunumun tamamının mitokondride gerçekleştiğini düşünmek: Glikoliz sitoplazmada yürür ve mitokondri gerektirmez. Doğrusu, solunum iki hücre bölgesine yayılır. Hata: Hücresel solunumda oksijen üretildiğini düşünmek: Aerobik solunumda oksijen tüketilir ve su oluşur. Doğrusu, oksijeni üreten süreç…

Hücresel Solunum ve Enerji Üretimi için hangi formüller ve kurallar kullanılır?

Bir glikozun tam yıkımında toplam adenozin trifosfat = 38 adet · Doğrudan adenozin trifosfat kazancı = 2 + 2 + 2 = 6 adet · Elektron taşıma zincirinden kazanç = 38 − 6 = 32 adet · Anaerobik verim oranı = 2 ÷ 38 = 0,053 kat

Hücresel Solunum ve Enerji Üretimi Kazanımları

Örnek Sorular ve Çözümleri

Örnek Soru 1 kolay

Aerobik hücresel solunumda oksijen nasıl kullanılır?

  1. A) Hücrede oksijen üretilir
  2. B) Elektron taşıma zincirinin son alıcısı olarak su oluşumunu sağlar
  3. C) Glikozu doğrudan parçalar
  4. D) Krebs döngüsünü başlatır
Cevabı göster

Doğru cevap: B) Elektron taşıma zincirinin son alıcısı olarak su oluşumunu sağlar

Oksijen, elektron taşıma zincirinin son basamağında elektronları alır ve su oluşumunu sağlar. Oksijeni üreten süreç fotosentezin ışık tepkimeleridir.

Örnek Soru 2 orta

Kalp kası hücresinin diğer kas hücrelerine göre daha fazla mitokondri taşımasının nedeni aşağıdakilerden hangisidir?

  1. A) Kalp kası hücresi kesintisiz enerji ihtiyacı duyar
  2. B) Kalp kası hücresi daha küçüktür
  3. C) Kalp kası hücresi kloroplast taşır
  4. D) Kalp kası hücresi daha fazla besin depolar
Cevabı göster

Doğru cevap: A) Kalp kası hücresi kesintisiz enerji ihtiyacı duyar

Kalp kası istemli olarak durdurulamaz ve yaşam boyu kasılır; bu nedenle kesintisiz enerji üretimi gerekir. Bu ihtiyaç daha fazla mitokondriyle karşılanır.

Örnek Soru 3 zor

Bir glikozun tam yıkımında doğrudan elde edilen adenozin trifosfat sayısı kaçtır?

  1. A) 2
  2. B) 4
  3. C) 6
  4. D) 12
Cevabı göster

Doğru cevap: C) 6

Glikolizden net 2, dekarboksilasyon basamağından 2 ve Krebs döngüsünden 2 olmak üzere toplam 2 + 2 + 2 = 6 adenozin trifosfat doğrudan elde edilir.

Sıradaki adım

Konu anlatımları hesapsız okunur. Quiz, slayt ve deneme için hesap gerekir.

DersTeders ile devam et

Biyoloji için çalışma yolu

  1. OkuKonu anlatımını bu sayfada bitir.
  2. Soru çözÖrnekleri çöz, cevabı açıklamayla karşılaştır.
  3. Quiz ile pekiştirHesapla kendini ölç.

Slaytla adım adım öğren · Tüm dersler · Ana sayfa

Hesap açTüm dersleri keşfet

Konu anlatımları hesapsız okunur; quiz, slayt ve deneme için hesap gerekir.

Bu sayfa Hücresel Solunum ve Enerji Üretimi konusunun anlatımını, kazanımlarını ve örnek sorularını içerir. Konuyla ilgili tüm sorular için testi çöz, diğer konular için DersTeders ana sayfasına geçebilirsin.

Bu konunun öğretmen materyallerini (ders planı, çalışma kâğıdı, çözümlü soru bankası, rubrik) yazdırabilirsin: Yazıcı çıktısı modülünü aç