10. Sınıf Besinlerden Enerjiye — Konu Anlatımı

Süt Nasıl Yoğurda Döner?

Evde yoğurt yapan biri sütü önce kaynatır, sonra "serçe parmağı yakmayacak" sıcaklığa, yani 43-45 °C'ye kadar soğutur. İçine bir kaşık eski yoğurt karıştırır, kabı örtüp 4-6 saat ılık bir yerde bekletir. Sabah akışkan süt kıvamlı ve ekşi bir yoğurda dönmüştür.

Gece boyunca ne oldu? Eski yoğurttaki bakteriler sütteki şekeri (laktoz) oksijen kullanmadan yıktı ve laktik asit üretti. Asit arttıkça sütün pH'ı 6,7 dolayından 4,5'e yakın bir değere indi; süt proteinleri bu asitte pıhtılaşıp yoğurdun kıvamını verdi. Mini soru: Maya sütü kaynarken eklenseydi ne olurdu? Bakterilerin enzimleri bozulur, bakteriler ölür, yoğurt tutmazdı. Soğuk süte eklenseydi de enzimler çok yavaş çalışır, mayalanma saatlerce uzardı.

Oksijensiz Yol: İki Fermantasyon

Fermantasyon glikozun oksijensiz ortamda, sitoplazmada, yarım yıkılmasıdır. Glikoz başına yalnız 2 ATP kazanılır.

Hamur kabarırken işi $\mathrm{CO_2}$ yapar; alkol fırında uçar. Kapalı bir kaptaki maya kültüründe bir süre sonra gaz çıkışı durur: ya şeker tükenmiştir ya da biriken alkol mayayı zehirlemiştir.

Şeker miktarının fermantasyon hızına etkisini ölçmek isteyen bir öğrenci ne yapmalı? Aynı hacimde suya aynı miktarda maya koyduğu, sıcaklığı aynı tuttuğu dört şişe hazırlar; yalnız şeker miktarını değiştirir (0, 5, 10, 20 gram). Belirli sürelerde balonların çevresini ya da toplanan gazın hacmini ölçer. 0 gramlık şişe kontrol düzeneğidir; orada gaz çıkmaması, gazın şekerden geldiğini kanıtlar.

Mitokondride Üç Basamak

Oksijen varsa yıkım sürer ve glikoz $\mathrm{CO_2}$ ile suya kadar parçalanır:

$\mathrm{C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + enerji}$

1. Glikoliz (sitoplazma): 6 karbonlu glikoz iki adet 3 karbonlu pirüvata bölünür; net 2 ATP. Bu basamak fermantasyonla ortaktır.
2. Krebs döngüsü (mitokondri matriksi): pirüvatın karbonları tek tek $\mathrm{CO_2}$ olarak koparılır. Soluduğumuz havadaki $\mathrm{CO_2}$ buradan gelir. Asıl kazanç, yüklenen elektron taşıyıcılarıdır (NADH, FADH₂).
3. Elektron taşıma sistemi (iç zar): taşıyıcılar elektronlarını bir zincire bırakır. Enerji basamak basamak açığa çıkar ve ATP'nin büyük kısmı burada üretilir. Zincirin sonunda elektronları oksijen alır ve su oluşur.

Toplam kazanç glikoz başına yaklaşık 30 ATP'dir. Oksijen olmazsa üçüncü basamak durur, taşıyıcılar boşalamaz, Krebs de durur. Hücre glikolize ve fermantasyona geri çekilir.

Oksijen Arttıkça ATP

Bir maya kültüründe ortamdaki oksijen derişimi artırılıp üretilen ATP ölçülüyor. Eğri önce hızla yükselir, sonra yataylaşır. İlk kısımda oksijen sınırlayıcıdır. Yatay kısımda artık glikoz miktarı, enzim sayısı ya da mitokondri sayısı sınırlayıcıdır; oksijen eklemek işe yaramaz.

Aynı mantık dokular için de geçerlidir. Bir kas hücresinde deri hücresinden çok daha fazla mitokondri bulunur, çünkü kas çok ATP harcar. Mitokondrisi olmayan bakteriler de oksijenli solunum yapabilir: gereken enzimler onların hücre zarına yerleşmiştir. Belirleyici olan organel değil, enzim sistemidir.

Koşarken Kaslarda Ne Oluyor?

100 metre koşusunda kaslar ATP'yi kanın oksijen getirebileceğinden hızlı harcar. Açığı kapatmak için kas hücreleri laktik asit fermantasyonuna da başvurur: az ama hızlı ATP. Asitliğin artması yorgunluk ve yanma hissine katkıda bulunur. Koşu bitince hızlı soluma sürer; fazladan alınan oksijen biriken laktatın temizlenmesine ve depoların yenilenmesine harcanır.

Bir yanılgıya dikkat: ertesi gün hissedilen kas ağrısı laktik asitten kaynaklanmaz. Laktat dinlenmeden sonraki bir saat içinde büyük ölçüde temizlenir; ertesi günkü ağrının sebebi kas liflerindeki küçük hasarlar ve onarım sürecidir.

Önce Şeker, Sonra Yağ, En Son Protein

Hücre enerji için önce karbonhidratları kullanır: hızlı yıkılırlar. Glikojen depoları azalınca yağlar devreye girer; 1 gram yağ yaklaşık 9 kcal, 1 gram karbonhidrat yaklaşık 4 kcal verir. Protein en son kullanılır, çünkü proteinler enzimlerin, kasların ve zar kanallarının yapı taşıdır. Uzun açlıkta proteine sıra gelmesi, hücrenin kendi makinelerini yakmaya başlaması demektir.

Metabolizma iki zıt yönün toplamıdır. Yıkım (katabolizma) büyük molekülleri parçalar ve enerji açığa çıkarır; yapım (anabolizma) küçüklerden büyük molekül kurar ve enerji harcar. Solunum yıkım, protein sentezi yapımdır. Büyüyen bir çocukta denge yapım yönüne kaymıştır.

Bitkiler de bu kuralın dışında değildir. Fotosentez enerjiyi glikozda depolar, ama hücrenin işleri ATP ile yürür. Işık almayan kök hücreleri, çimlenen bir tohum ya da gece yaprağı, glikozu solunumla yıkarak ATP üretir. Çimlenen fasulyelerin konduğu kapalı bir kavanozda sıcaklığın ortamdan 1-2 °C yükselmesi bu solunumun ısısıdır.

Karıştırılanlar ve Sınav Notu

Sık yapılan hata 1: "Fermantasyon hızlı olduğu için daha verimlidir." Hızlıdır ama glikoz başına 2 ATP verir; oksijenli solunum yaklaşık 15 kat fazlasını.

Sık yapılan hata 2: "Solunumun tamamı mitokondride olur." Glikoliz sitoplazmadadır.

Sık yapılan hata 3: "Solunum, fotosentezin tersidir." Toplam denklemler ters görünür ama basamaklar, enzimler ve organeller tamamen farklıdır.

Sınav notu (TYT): Balonlu maya deneyi sorusunda kontrol düzeneği şekersiz şişedir; tek fark şeker olmalıdır. "Su ılık olmalı" uyarısının gerekçesi enzimlerin sıcaklığa duyarlılığıdır. Şema sorusunda "elektronlar taşıma sistemine aktarılır" basamağının sonucu "ATP'nin çoğu üretilir"dir.

Sık sorulanlar