Sitrik Asit Döngüsü Nedir? Oksidatif Fosforilasyon Nasıl Gerçekleşir?

- Özgün
- Kimya
- Metabolik Biyokimya
Ökaryotik hücrelerde, glikoliz sürecinin sonunda açığa çıkan pirüvat molekülleri, hücresel solunum bölgeleri olan mitokondriye taşınır. Mitokondride oksijen bulunuyorsa aerobik solunum süreci devam edecek; pirüvat, bir karbondioksit molekülünün çıkarılmasıyla B5 vitamininden oluşan koenzim A (CoA) adlı taşıyıcı bir bileşik tarafından alınacak iki karbonlu bir asetil grubuna dönüştürülecektir. Ortaya çıkan bileşik, asetil CoA olarak adlandırılır. Asetil CoA, hücre tarafından çeşitli şekillerde kullanılabilir, ancak ana işlevi pirüvattan elde edilen asetil grubunu glukoz katabolizmasındaki bir sonraki yola iletmektir.

Ökaryotik hücrelerdeki sitrik asit döngüsü de pirüvatın asetil CoA'ya dönüşümü gibi mitokondri matrisi üzerinde gerçekleşir. Sitrik asit döngüsü, glikolizden farklı olarak kapalı bir döngüdür; yani döngünün sonunda üretilen bileşik, döngünün ilk adımında kullanılır. Sekiz adımlı bu döngü sırasında gerçekleşen kimyasal reaksiyonlarla iki karbondioksit molekülü, bir ATP molekülü (veya eşdeğeri), NAD+ ve FAD+'ın indirgenmiş formları (NADH ve FADH2) açığa çıkar. Döngü ile üretilen NADH ve FADH2, elektronlarını sistemde bir sonraki yola aktarır. Bu aktarım işlemi oksijen gerektirmektedir; bu nedenle döngünün bir kısmı aerobik yol olarak kabul edilir. Oksijenin bulunmadığı durumlarda elektron transferi gerçekleşmez.
Sitrik asit döngüsüne katılan her asetil grubundan iki karbon atomu gelir ve her döngü turunda iki karbondioksit molekülü salınır. Bununla beraber salınan karbondioksit molekülleri, asetil gruplarının döngünün ilgili turunda bıraktıkları karbon atomunu içermezler. İki asetil-karbon atomu, döngünün sonraki turlarında salınır ve böylelikle orijinal glikoz molekülünde bulunan altı karbon atomunun tamamı sonunda karbondioksit olarak serbest bırakılır.
Bir glikoz molekülüne eşdeğer bir molekülün oluşabilmesi için döngünün iki tur dönmesi gerekir. Döngünün her turunda üç yüksek enerjili NADH molekülü ve bir yüksek enerjili FADH2 molekülü oluşur. Bu yüksek enerji içeren moleküller, aerobik solunumun son aşamasında kullanılır ve ATP molekülleri üretilir.
Her bir aerobik döngüde bir ATP (veya eşdeğeri) de üretilmektedir. Sitrik asit döngüsündeki ara bileşiklerin birçoğu esansiyel olmayan amino asitlerin sentezlenmesinde kullanılabilir; bu nedenle döngü hem anabolik hem de kataboliktir.
Oksidatif Fosforilasyon
Glikozun aerobik katabolizması sırasında üretilen ATP'nin büyük bir kısmı glikoliz ve sitrik asit döngüsü ile üretilmemekte; elektronların bir dizi kimyasal reaksiyondan geçerek son elektron alıcısı olan oksijene aktarılmasıyla başlayan oksidatif fosforilasyon süreci ile üretilmektedir. Oksidatif fosforilasyon sürecinde rol oynayan reaksiyonlar, ökaryotik organizmaların mitokondrilerinin iç zarında ve prokaryotik organizmaların hücre zarının iç kısmında bulunan özelleşmiş protein komplekslerinde gerçekleşir. Bu bölgelerde elektronların enerjisi toplanır ve iç mitokondriyal zar boyunca elektrokimyasal bir gradyan oluşturmak için kullanılır. Bu gradyanın potansiyel enerjisi ile de ATP üretilir.
Elektron taşınımı, elektronların bir bileşenden diğerine, oksijenin son elektron alıcısı olduğu ve suyun üretildiği zincirin son noktasına kadar hızla aktarıldığı bir dizi kimyasal reaksiyondur.
Elektron taşıma zinciri, ökaryotların iç mitokondriyal membranında ve prokaryotların plazma membranında birden fazla kopya halinde bulunur, aerobik solunumun son bileşenidir ve metabolizmanın atmosferik oksijen kullanan tek bölümüdür. Oksijen, bu amaçla kullanılmak üzere bitkilerde sürekli olarak difüze olur. Hayvanlarda ise vücuda solunum sistemi yoluyla girer.
Elektron taşıma zincirinin aşağıdaki şekilde I'den IV'e kadar etiketlenmiş proteinlerden oluşan dört kompleksi bulunur. Bu kompleksler, ilişkili mobil ve elektron taşıyıcılar, elektron taşıma zincirinin temel bileşenleridir. Bu zincir boyunca transfer edilen elektronlar, her transferde enerji kaybeder. Bununla beraber bazı transferlerde enerji, hidrojen iyonlarını iç mitokondriyal membrandan membranlar arası boşluğa pompalamak için kullanılarak potansiyel enerji olarak depolanır ve elektrokimyasal bir gradyan oluşturur.

NADH ve FADH2'den gelen elektronlar, elektron taşıma zincirindeki protein komplekslerine aktarılır. Elektronlar, bir kompleksten diğerine geçerken enerji kaybeder ve bu enerjinin bir kısmı hidrojen iyonlarının mitokondriyal matristen membranlar arası boşluğa pompalanmasında kullanılır. Dördüncü protein kompleksinde elektronlar, terminal alıcı olan oksijen tarafından alınır. Fazladan elektrona sahip oksijen, daha sonra iki hidrojen iyonuyla birleşerek elektrokimyasal gradyanı daha da güçlendirir ve su açığa çıkarır. Mitokondride oksijen bulunmaması takdirinde elektronlar, sistemden çıkarılamaz ve tüm elektron taşıma zinciri durur; yeni ATP üretilemez ve hücre nihayetinde enerji eksikliğinden ölürdü. Nefes alış verişimizle hücrelerimize sürekli oksijen sağlamamızın nedeni de budur.
Elektron taşıma zincirinde, az önce açıklanan bir dizi reaksiyondan elde edilen serbest enerji, membran boyunca hidrojen iyonlarını pompalamak için kullanılır. H+ iyonlarının membran boyunca eşit olmayan dağılımı, H+ iyonlarının pozitif yükü ve membranın bir tarafında daha yüksek konsantrasyona sahip olmaları nedeniyle bir elektrokimyasal gradyan oluşturur.
Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor.
Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak (yani kendi mesleğimiz doğrultusunda bir iş sahibi olursak) Evrim Ağacı'na zaman ayıramayacağımızı, ayakta tutamayacağımızı biliyoruz. Çünkü az sonra detaylarını vereceğimiz üzere, Evrim Ağacı sosyal medyada denk geldiğiniz makale ve videolardan çok daha büyük, kapsamlı ve aşırı zaman alan bir bilim platformu projesi. Bu nedenle bizler, meslek olarak Evrim Ağacı'nı seçtik.
Eğer hem Evrim Ağacı'ndan hayatımızı idame ettirecek, mesleklerimizi bırakmayı en azından kısmen meşrulaştıracak ve mantıklı kılacak kadar bir gelir kaynağı elde edemezsek, mecburen Evrim Ağacı'nı bırakıp, kendi mesleklerimize döneceğiz. Ama bunu istemiyoruz ve bu nedenle didiniyoruz.
Hidrojen iyonları, ATP sentaz adı verilen integral bir membran proteini aracılığıyla iç membrandan difüze olur. Bu kompleks protein, devinimini difüze olan hidrojen iyonlarının kuvvetinin sağladığı küçük bir jeneratör görevi görür; iyonlar, zarlar arası boşlukta yer alan elektrokimyasal gradyanlarından aşağıya doğru (çoktan aza doğru) hareket eder. Bu moleküler makinenin sağladığı devinim ile ADP'den ATP sentezlenir. Hidrojen iyonlarının ATP sentaz yoluyla membran boyunca bu şekilde akışına kemiyosmoz adı verilmiştir.
Kemiyozmoz, aerobik glikoz katabolizması sırasında üretilen ATP'nin %90'ından sorumludur. Kemiyozmoz çerçevesinde meydana gelen reaksiyonlar, hidrojen atomlarından elektronların ayrılmasına sebep olur. Bu yolla açığa çıkan enerji de ATP üretiminde kullanılır. Hidrojen atomları aslen bir glikoz molekülünün bir parçasıdır; elektron taşıma sisteminin sonunda elektronlar, bir oksijen molekülünün oksijen iyonlarına indirgenmesinde kullanılır. Oksijen iyonlarında bulunan ek elektronlar, çevreden hidrojen iyonlarını (protonları) çeker ve su ortaya çıkar. Elektron taşıma zinciri ve kemiyozmoz yoluyla ATP üretimine oksidatif fosforilasyon adı verilmiştir.
ATP Miktarı
Glikozun katabolizmasından üretilen ATP moleküllerinin sayısı değişkenlik gösterir. Örneğin, elektron taşıma zinciri komplekslerinin membrandan pompalayabildiği hidrojen iyonlarının sayısı türden türe değişmektedir. Değişikliğin bir başka sebebi de mitokondriyal membran üzerinde gerçekleşen elektron alışverişidir: Glikoliz ile üretilen NADH, mitokondriye kolayca giremez. Bu nedenle elektronlar mitokondrinin içinde NAD+ veya FAD+ ile toplanır. Toplama ve taşıma işlemi FAD+ ile gerçekleştiğinde daha az ATP molekülü üretilir. Karaciğerde elektron taşıyıcı olarak NAD+, beyinde ise FAD+ kullanılır, dolayısıyla ATP verimliliği incelenen dokuya göre farklılık göstermektedir.
Glikozdan üretilen ATP moleküllerinin verimini etkileyen bir diğer faktör de ara bileşiklerin başka amaçlar için de kullanılmasıdır. Glikoz katabolizması, hücrelerdeki diğer tüm biyokimyasal bileşikleri oluşturan veya parçalayan yollarla bağlantılıdır. Dolayısıyla gerçek dünyada işlemler, şimdiye kadar açıklanan ideal durumlardan daha karmaşıktır. Örneğin, glikoz dışındaki şekerler, glikolitik yola aktarılır ve enerjiye dönüştürülür. Böylesi bir durumda normalde glikoliz veya sitrik asit döngüsü yoluyla enerji üretiminde kullanılacak moleküller, nükleik asit, amino asit, lipit veya başkaca bileşikler oluşturmak üzere kullanılabilir. Ana hatlarıyla ele alındığında bu yazıda ifade edilen glikoz katabolizması yolları, glikozun içerdiği enerjinin yaklaşık %34'ünden faydalanabilmektedir.

Kariyer İmkânı: Mitokondriyal Hastalıklar Uzmanı!
Hücresel solunumda kritik rol oynayan reaksiyonlar doğru bir şekilde gerçekleşmediğinde ne olur? Mitokondriyal hastalıklar. Bu hastalıklar, vücut hücrelerinde normalden daha az enerji üretimine sebep olur, kalıtsal metabolizma bozukluklarıdır ve çekirdek veya mitokondriyal DNA'daki mutasyonlardan kaynaklanabilir. Mitokondriyal hastalıkların belirtileri arasında kas güçsüzlüğü, koordinasyon eksikliği, felç benzeri ataklar ve görme ve işitme kaybı sayılabilir. Bu hastalıklardan etkilenen kişilerin çoğuna çocukluk çağında tanı konur, ancak bazı yetişkin başlangıçlı hastalıklar da bulunmaktadır. Mitokondriyal bozuklukların tanısı ve tedavisi, üniversite eğitimi ve tıbbi genetik alanında yüksek lisans gerektiren özel bir tıp alanıdır. Tıbbi genetikçiler, Amerikan Tıbbi Genetik Kurulu gibi kurumlardan sertifika alabilir ve Mitokondriyal Tıp Derneği, Kalıtsal Metabolik Hastalıklar Derneği gibi mitokondriyal hastalık çalışmaları konusunda faaliyet gösteren profesyonel kurumlarda çalışabilirler.
Evrim Ağacı'nda tek bir hedefimiz var: Bilimsel gerçekleri en doğru, tarafsız ve kolay anlaşılır şekilde Türkiye'ye ulaştırmak. Ancak tahmin edebileceğiniz gibi Türkiye'de bilim anlatmak hiç kolay bir iş değil; hele ki bir yandan ekonomik bir hayatta kalma mücadelesi verirken...
O nedenle sizin desteklerinize ihtiyacımız var. Eğer yazılarımızı okuyanların %1'i bize bütçesinin elverdiği kadar destek olmayı seçseydi, bir daha tek bir reklam göstermeden Evrim Ağacı'nın bütün bilim iletişimi faaliyetlerini sürdürebilirdik. Bir düşünün: sadece %1'i...
O %1'i inşa etmemize yardım eder misiniz? Evrim Ağacı Premium üyesi olarak, ekibimizin size ve Türkiye'ye bilimi daha etkili ve profesyonel bir şekilde ulaştırmamızı mümkün kılmış olacaksınız. Ayrıca size olan minnetimizin bir ifadesi olarak, çok sayıda ayrıcalığa erişim sağlayacaksınız.
Makalelerimizin bilimsel gerçekleri doğru bir şekilde yansıtması için en üst düzey çabayı gösteriyoruz. Gözünüze doğru gelmeyen bir şey varsa, mümkünse güvenilir kaynaklarınızla birlikte bize ulaşın!
Bu makalemizle ilgili merak ettiğin bir şey mi var? Buraya tıklayarak sorabilirsin.
Soru & Cevap Platformuna Git- 4
- 2
- 1
- 1
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- S. Fowler, et al. Citric Acid Cycle And Oxidative Phosphorylation. (22 Eylül 2021). Alındığı Tarih: 16 Ocak 2023. Alındığı Yer: Libre Texts | Arşiv Bağlantısı
Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?
Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:
kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci
Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 29/03/2025 10:22:12 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/13834
İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.