Hücresel solunum, canlıların organik besinlerde depolanan kimyasal enerjiyi, hücrelerin doğrudan kullanabileceği ATP enerjisine dönüştürme sürecidir. Bu olay, yaşamsal faaliyetler için gerekli olan enerjinin sürekli olarak sağlanmasını garanti eder. Hücresel solunum, oksijen varlığına veya yokluğuna göre iki temel yolda gerçekleşebilir: oksijenli solunum ve oksijensiz solunum.

Oksijenli Solunum

Oksijenli solunum, organik besinlerin oksijen kullanılarak, daha verimli bir şekilde parçalanmasıdır. Enerji üretimi açısından en verimli yol budur.

• Gerçekleştiği Yer: Ökaryot canlılarda sitoplazma ve mitokondri organelinde, prokaryot canlılarda ise sitoplazma ve hücre zarında gerçekleşir.
• Genel Denklemi: C6​H12​O6​+6O2​→6CO2​+6H2​O+ATP
• Evreleri: Oksijenli solunum üç temel evreden oluşur:
  1. Glikoliz:
     • Tüm canlılarda sitoplazmada gerçekleşir.
     • Oksijenli ve oksijensiz solunumun ortak başlangıç evresidir.
     • Bir glikoz molekülü, enzimler yardımıyla iki pirüvat molekülüne parçalanır. Bu süreçte net 2 ATP ve 2 NADH molekülü sentezlenir.
  2. Krebs Döngüsü (Sitrik Asit Döngüsü):
     • Ökaryotlarda mitokondri matriksinde, prokaryotlarda sitoplazmada gerçekleşir.
     • Glikoliz sonucunda oluşan pirüvat, asetil-CoA’ya dönüştürülerek döngüye katılır.
     • Bu döngü sırasında karbondioksit (CO₂), NADH ve FADH₂ gibi elektron taşıyıcı moleküller ve 2 ATP üretilir.
  3. Elektron Taşıma Sistemi (ETS):
     • Ökaryotlarda mitokondrinin iç zarında, prokaryotlarda hücre zarında gerçekleşir.
     • Glikoliz ve Krebs döngüsünde oluşan NADH ve FADH₂’den gelen elektronlar, ETS üzerindeki bir dizi protein kompleksinden geçer.
     • Elektronlar bu sistemde ilerlerken açığa çıkan enerji, protonların (H+) zarlar arası boşluğa pompalanmasını sağlar. Bu protonlar, ATP Sentaz enzimi üzerinden geri dönerken, en yüksek miktarda ATP (26-28) sentezlenir.

Oksijensiz Solunum ve Fermantasyon

Oksijenin bulunmadığı ortamlarda enerji elde etme yollarıdır. Oksijenli solunuma göre çok daha az verimlidir.

• Fermantasyon: Sadece glikoliz evresini içerir ve sitoplazmada gerçekleşir. Toplamda net 2 ATP üretilir.
  • Etil Alkol Fermantasyonu: Glikoz, etil alkol ve karbondioksite dönüşür. (Örnek: Maya mantarları).
  • Laktik Asit Fermantasyonu: Glikoz, laktik aside dönüşür. (Örnek: Yoğurt bakterileri, kas hücrelerimiz).
• Oksijensiz Solunum: Oksijen yerine, nitrat, sülfat, demir gibi inorganik bileşikler son elektron alıcısı olarak kullanılır. Bu süreçte de ATP üretimi sağlanır, ancak verim oksijenli solunumdan düşüktür.

Çözümlü Örnek Test Soruları

1. Soru:

Hücresel solunumun glikoliz evresi ile ilgili aşağıdakilerden hangisi yanlıştır?

A) Sitoplazmada gerçekleşir. B) Tüm canlılarda ortak olarak gerçekleşir. C) Glikozun parçalanmasıyla net 2 ATP sentezlenir. D) Bu evrenin sonunda karbondioksit açığa çıkar. E) Oksijenli ve oksijensiz solunumun ortak başlangıç evresidir.

Çözüm: Glikoliz evresi, glikozun pirüvata parçalandığı evredir ve sitoplazmada gerçekleşir. Karbondioksit (CO₂) oluşumu, oksijenli solunumun Krebs döngüsü evresinde gerçekleşir, glikolizde değildir. Bu nedenle D seçeneği yanlıştır.

Doğru Cevap: D

2. Soru:

Oksijenli solunumda en fazla ATP üretiminin gerçekleştiği evre ve bu evrenin gerçekleştiği organel aşağıdakilerden hangisinde doğru eşleştirilmiştir?

A) Krebs Döngüsü – Sitoplazma B) Elektron Taşıma Sistemi (ETS) – Mitokondri C) Glikoliz – Mitokondri D) Krebs Döngüsü – Hücre zarı E) Glikoliz – Sitoplazma

Çözüm: Oksijenli solunumda en verimli ATP üretimi, elektron taşıma sisteminde gerçekleşir ve bu evre ökaryot hücrelerde mitokondri organelinde yer alır.

Doğru Cevap: B

3. Soru:

Yoğun egzersiz yapan bir insanın kas hücrelerinde oksijen yetersizliği durumunda aşağıdaki olaylardan hangisi gerçekleşir?

A) Glikojen sentezi B) Etil alkol fermantasyonu C) Oksijenli solunum hızlanır. D) Laktik asit fermantasyonu E) Fotosentez

Çözüm: Kas hücreleri, oksijen yetersizliğinde yeterli ATP’yi üretebilmek için glikozu laktik aside dönüştürerek laktik asit fermantasyonu yapar.

Doğru Cevap: D

4. Soru:

Aşağıdaki moleküllerden hangisi oksijenli solunumun sonunda oluşan son ürünlerden biridir?

A) Glikoz B) Pirüvat C) Karbondioksit D) FADH₂ E) NADH

Çözüm: Glikoz, pirüvat, FADH₂ ve NADH oksijenli solunumun ara basamaklarında yer alan moleküllerdir. Solunumun sonunda oluşan inorganik son ürünler ise karbondioksit ve sudur.

Doğru Cevap: C

5. Soru:

Enerji verimi açısından en yüksekten en düşüğe doğru sıralanmış besin grupları aşağıdakilerin hangisinde verilmiştir?

A) Karbonhidrat > Yağ > Protein B) Yağ > Protein > Karbonhidrat C) Protein > Karbonhidrat > Yağ D) Karbonhidrat > Protein > Yağ E) Yağ > Karbonhidrat > Protein

Çözüm: Vücut, birim gram başına en fazla enerjiyi yağlardan elde eder. Bu nedenle sıralamada yağlar ilk sırada yer alır. En az enerjiyi ise proteinler verir. Bu sıralama, besinlerin kimyasal yapılarındaki hidrojen atomu sayısıyla ilişkilidir.

Doğru Cevap: B