CANLILIK ve ENERJİ ATP’NİN YAPISI

12. SINIF ÜNİTE, KONU, KAZANIM VE AÇIKLAMALARI

12.2. Canlılarda Enerji Dönüşümleri

12.2.1. Canlılık ve Enerji

Anahtar Kavramlar

ATP, enerji, enerji dönüşümü, fosforilasyon, fotosentez, hücresel solunum, kemosentez,

Anahtar Kavramlar

12.2.1.1. Canlılığın devamı için enerjinin gerekliliğini açıklar.

a. ATP molekülünün yapısı açıklanır.

b. Fosforilasyon çeşitleri kısaca belirtilir.

Canlılığın Devamı İçin Enerji Gerekliliği

-Hücre, canlılığını devam ettirebilmek için sürekli bir biçimde enerjiye ihtiyaç duyar. Büyüme, çoğalma, hareket, gerekli maddelerin sentezlenmesi ve çevreyle madde alışverişi gibi hücrede gerçekleşen bütün yaşamsal faaliyetlerde enerji kullanılır.

-Enerji, bir sistemin iş yapabilme yeteneğidir.

-Yeryüzündeki bütün canlıların en önemli temel enerji kaynağı güneştir.

Canlılarda Enerji Dönüşümü

-Yeryüzünde yaşam, canlıların enerjiyi bir biçimden diğerine dönüştürme yeteneği sayesinde devam eder. Enerji yeryüzüne güneşten gelir.

-Canlılar dünyasında üç ana tip enerji dönüşümü vardır.

I. tip enerji dönüşümü: Fotosentez olayı ile güneşin ışınım enerjisi organik bileşiklerin bağlarındaki kimyasal enerjiye dönüşür. Kimyasal enerji fotosentezle üretilen organik moleküllerdeki kimyasal bağlarda depolanır.

II. tip enerji dönüşümü: Organik bileşiklerdeki kimyasal bağ enerjisinin, hücresel solunum sırasında hücre içinde kullanılabilen yüksek enerjili fosfat bağlarına dönüşümü. Yani ATP sentezlenmesi (fosforilasyon) olayıdır.

III. tip enerji dönüşümü: ATP nin yüksek enerjili fosfat bağlarının hidroliz reaksiyonlarıyla kopartılması şeklinde başlayan dönüşümdür. ATP açığa çıkan enerjisi farklı enerji türlerine dönüştürülerek kullanılır.  Örneğin bu enerji hareket ederken kaslarınızda kinetik enerjiye, düşünürken sinir hücrelerinizde elektrik enerjisine dönüştürülür. Bunun yanı sıra ateş böceği gibi bazı canlılar kimyasal enerjiyi ışık enerjisine dönüştürebilen sistemlere sahiptir.

-Hücrede gerçekleşen kimyasal tepkimeler serbest enerji değişimine göre iki gruba ayrılır.

a. Ekzergonik tepkime: Enerji açığa çıkaran tepkimelere (enerji veren) denir.

-Örnek: Defosforilasyon, oksijenli ve oksijensiz solunum solunum…

b. Endergonik tepkime: Gerçekleşmesi için enerjiye ihtiyaç duyulan tepkimelerdir.

-Örnek: Fosforilasyon, fotosentez sırasında organik moleküllerin sentezlendiği reaksiyonlar, bütün biyosentez reaksiyonları, kasların kasılmasını, aktif taşıma, hücre bölünmesi ve sinirsel iletimi sağlayan reaksiyonlar endergoniktir.

ATP Molekülünün Yapısı

Enerji taşıma işini yapan, nükleotid yapılı bir moleküldür.

-ATP:  Enerji üreten tepkimelerden (ekzergonik) aldığı enerjiyi, enerji isteyen tepkimelere (endergonik) taşıyan «enerji taşıyıcı” bir moleküldür.

ATP’nin Yapısı

-Adenin bazı, Riboz şekeri (pentoz) ve üç fosfat grubundan  (fosforik asit) oluşur.

-Adenin bazına ribozun glikozit bağı ile bağlanmasıyla adenozin nükleozit oluşur.

-Fosfat ile şeker arasında ester bağı bulunur.

ATP’nin Özellikleri

-Tüm canlılar tarafından sentezlenir.

-ATP enerji depolar ancak kendisi hücrede depo edilemez.

-ATP, hücreler arası boşluklara çıkamaz. Hücre içinde sentezlenir ve hücre içinde harcanır. 

-ATP ihtiyaç durumunda hücreden hücreye transfer edilebilir. Örneğin; bitkilerde arkadaş hücrelerden kalburlu hücrelere ATP geçişi olur.

-Sitoplazma, mitokondri ve kloroplastlarda sentezlenir.

-Yapısında iki tane yüksek enerjili fosfat bağı bulunur. Bu fosfat bağlarının kopmasıyla açığa çıkan enerji hücrelerdeki metabolik olaylarda kullanılır.

-Hücrede ADP’ye bir fosfat grubunun eklenmesi sonucu ATP sentezlenir. Bu olaya fosforilasyon denir. Enerji harcanarak gerçekleştiği için endergonik tepkimedir.

-ATP’den su ve ATPaz enzimi aracılığı ile bir fosfat bağının kopması ile tekrar ADP oluşur. Bu olaya da ATP yıkımı (defasforilasyon) denir. Enerji açığa çıktığı için ekzergonik tepkimedir. Laboratuvar koşullarında bir mol ATP'nin hidrolizi ile 7 300 cal'lik enerji açığa çıkar.

-ADP’den bir fosfat daha ayrılırsa Adenozin Mono Fosfat (AMP) oluşur.

Fosforilasyon çeşitleri

-Fosforilasyon için kullanıan enerjinin şekli , kaynağı ve açığa ç›kartılma biçimi bakımından üç çeşit fosforilasyon vardır :

01. Substrat düzeyinde fosforilasyon (SDF): Enzim aracılığı ile  fosfat grubu içeren bir substrattan fosfatın ADP’ye aktarılması ile yapılan ATP sentezidir. Tüm canlılar tarafından ortak olarak gerçekleştirilir. Hücresel solunum olaylarının glikoliz evresinde ve oksijenli solunumun krebs döngüsünde gerçekleşir.

2. Oksidatif fosforilasyon (O.F): Organik moleküllerden ayrılan hidrojenlerin yüksek enerjili elektronlarının elektron taşıma sistemine (ETS) akarken sisteme bırakılan enerji ile yapılan ATP sentezidir.

3. Fotofosforilasyon: Klorofil bulunduran hücrelerde  ışık enerjisi kullanılarak yapılan ATP sentezidir. Sadece fotosentez sırasında fotoototrof canlılar tarafından gerçekleştirilir.

SORU 1. ATP molekülünün yapı ve özellikleri ile ilgili olarak aşağıdakilerden hangisi yanlıştır?

A) Yapısında fosfoester ve glikozit bağı bulunur.

B) ATP’nin kullanıldığı bütün tepkimelerde enzimler de kullanılır.

C) Enzimlerin kullanıldığı tüm tepkimelerde ATP de kullanılır.

D) Yapısında adenin bazı, riboz şekeri ve fosfatlar bulunur.

E) ATP’den fosfatların ayrılması hidroliz ile gerçekleşir.

SORU 2. “Hücrelerde ATP tüketilen tepkimelerin hızının artmasına bağlı olarak ATP üretilen tepkimelerin hızı da artar.”

Buna göre, aşağıdakilerden hangisi ATP üretilen tepkimelerin hızının artmasına neden olmaz?

A) Dehidrasyon tepkimelerinin hızlanması

B) Fotosentezin hızlanması

C) Oksijenin yoğun olarak kandan hücrelere geçmesi

D) Na⁺ iyonlarının azdan çoğa taşıma hızının artması

E) Bakteri enfeksiyonu sonucu akyuvarların etkinliğinin artması

SORU 3. Hücrede, ADP’den ATP üretilmesi sürecinde

I. Enerji       II. Fosfat     III. Su

gibi verilenlerden hangileri azalır?

A) Yalnız I       B) Yalnız II       C) Yalnız III

D) I ve II          E) II ve III

SORU 4. Bir bitkinin fotofosforilasyon ile ürettiği ATP;

I. Nişastanın hidrolizi

II. Yağ sentezi

III. Hücre bölünmesi

IV. Aktif taşıma

V. Karbon dioksitten şeker üretilmesi

gibi olayların hangisinde kullanılmaz?

A) Yalnız I                  B) Yalnız IV      C) Yalnız V

D)  II, III, IV ve V       E) I, II, III ve IV

SORU 5. ATP molekülünün yapısında,

I. adenin bazı,

II. deoksiriboz şekeri,

III. fosforik asit,

IV. riboz şekeri      

moleküllerinden hangileri bulunur?

A) I ve III            B) II ve IV         C) III ve IV

D) I, II ve III      E) I, III ve IV

SORU 6. Aşağıda ATP’nin yapısı ve bulundurduğu bağlar A, Y ve T şeklinde gösterilmiştir.

Buna göre, bu bağlardan hangileri hem nükleik asitlerde hem de yağlarda ortak olarak bulunur?

A) Yalnız A       B) Yalnız Y       C) Yalnız T 

D) A ve Y          E) Y ve T

SORU 7. Aşağıdaki şemada enerji dönüşümü gösterilmiştir.

Buna göre, I, II ve III ile gösterilen yerlere aşağıdakilerden hangisi gelmelidir?

SORU 8. Aşağıdaki şemada bir bitki hücresinde gerçekleşen bazı olaylar numaralandırılmıştır.

Şemada numaralandırılmış olaylardan hangileri hayvan hücresinde gerçekleşmez.

A) Yalnız I       B) Yalnız II       C) Yalnız III

D) I ve II          E) II ve III

SORU 9. Aşağıda canlılarda gerçekleşen fosforilasyon çeşitleri verilmiştir.

I. Substrat düzeyinde fosforilasyon (SDF)

II. Oksidatif fosforilasyon (O.F)

III. Fotofosforilasyon

Bunlardan hangileri herhangi bir canlı hücresinde birlikte gerçekleşebilir.

A) Yalnız I       B) Yalnız II       C) Yalnız III

D) I ve III          E) I, II ve III

SORU 9. Aşağıda bazı enerji dönüşümleri gösterilmiştir.

Numaralarla gösterilenlerden hangileri ekzergoniktir?

A) Yalnız IV       B) I ve II       C) III ve IV

D) I, II ve III          E) I, III ve IV

CEVAPLAR ve ÇÖZÜMLERİ

1. Hücrelerde ATP’nin kullanıldığı bütün reaksiyonlarda enzim kullanılır. Ancak enzimlerin kullanıldığı reaksiyonlarda ATP kullanılmayabilir. Örneğin Nişasta hidrolizinde enzim kullanılır ancak ATP kullanılmaz. Nişasta sentezinde hem ATP hem de enzim kullanılır.

Cevap: C

2. Soruda ATP tüketilmeyen olayı bulmamız istenmiştir. A, B,D ve E seçeneklerinde verilen olaylarda ATP tüketilir. Dolayısı ile bu olaylarının hızının artması ATP üretim hızını da artırır. Ancak oksijenin yer değiştirmesi pasif taşımadır. ATP harcanmaz. Üretim hızını da artırmaz.

Cevap: C

3. ADP + P_İ + Enerji → ATP + H₂O   

olayı sorulmuş. Fosfat enerji harcandığı için azalır. Su oluştuğu için artar.

Cevap: D     

4. Fotofosforilayon ile üretilen ATP,  karbon dioksitten şeker üretilmesi için kullanılır. Zaten nişastanın hidolizinde ATP kullanılmaz. Diğer olaylar için gerekli ATP hücresel solunumda üretilen ATP’dir.

Cevap: E

5. Adenin bazı, fosforik asit ve riboz şekeri ATP’nin yapısını oluşturur. Deoksiriboz şekeri ATP’nin yapısında bulunmaz.

Cevap: E

6. A: Glikozit bağıdır. Nükleik asitlerde bulunur. Yağlarda bulunmaz. Y: Ester bağıdır hem nükleik asitlerde hem de yağlarda bulunur. T: Yüksek enerjili fosfat bağlarıdır. ATP’ye özgüdür.

Cevap: B

7. Enerji dönüşümü olaylarında I. Fotosentez, II. H₂O veya O₂ III. Solunumda üretilen ATP’nin harcandığı bir olay olmalıdır.

Cevap: E

8. I. Fotosentezdir. Hayvan hücresinde gerçekleşmez. II. Hücresel solunumdur. III. Defosforilasyondur. İkisi de gerçekleşir.

Cevap: A

9. Palizat parankiması gibi fotosentez yapan bir bitki hücresinde hepsi birlikte gerçekleşebilir.

Cevap: E

10. I: ATP → ADP + P + Enerji  (Ekzergonik)

II. ADP → AMP + P + Enerji (Ekzergonik)

III. AMP + P + Enerji → ADP (Endergonik)

IV. ADP + P + Enerji → ATP (Endergonik)

Cevap: B