Solunum Konu Anlatımı
Solunum Sistemi
İnsanlar oksijenli solunum yapan canlılardır. Solunum için gerekli olan oksijenin hücrelere ulaştırılması ve hücrelerin solunum atığı olan karbondioksitin vücuttan uzaklaştırılması solunum ve dolaşım sisteminin ortak çalışması ile gerçekleştirilir.
Solunumda Görev Alan Organlar
Burun
✔ Havanın alınmasını sağlar. (Atılmasını da sağlayabilir.)
✔ İç yüzeyi kıllı ve bol damarlı mukoza epiteli ile döşenmiştir. Mukoza epiteli burun içinin nemli kalmasını sağlayan mukus salgısı yapar. Kıllar mikropları tutarak akciğeri enfeksiyondan korur. Kılcal damarlar ise havanın ısınmasını sağlar.
Yutak Ve Gırtlak (Farinks ve Larinks)
✔ Yutakta epiglottis bulunur. Bu yapı, gelen besin ve havanın doğru yere iletilmesini sağlar.
✔ Soluk borusunun başlangıç kısmına gırtlak denir.
✔ Gırtlakta ses telleri bulunur.
Soluk Borusu (Trake)
✔ “C” şeklinde kıkırdak halkalarından oluşmuş borudur. Yemek borusuyla komşu olan yüzeyinde kıkırdak halka bulunmaz. Kıkırdak halkalar soluk borusunun açık kalmasını sağlar.
✔ İç yüzeyinde silli epitel doku bulunur. Burada bulunan goblet hücreleri mukus salgılayarak ortamı nemlendirir, siller ise yabancı maddeleri tutarak akciğerleri enfeksiyondan korur.
✔ Soluk borusu akciğere girmeden ikiye ayrılır. Bu ayrılan kollara bronş denir.
✔ Bronşlar akciğerlere girdikten sonra bronşçuk denilen küçük borulara ayrılırlar. Bronşçuklar alveollere kadar uzanır ve yapısında kıkırdak halkalar yoktur.
Akciğerler
✔ Göğüs boşluğu içinde sağ ve sol olmak üzere iki akciğer vardır. Sağ akciğer üç loplu, sol akciğer iki lopludur. (Sol akciğerin eksik olan lobunun bulunduğu bölgede kalp yer alır.)
✔ Akciğer pleura denilen çift katlı zarla örtülüdür.
✔ Akciğerlerin içinde gaz alışverişinin gerçekleştirildiği alveoller bulunur. Alveoller bolca kılcal kan damarından oluşmuştur. (Alveol bulundurmak sadece memelilere özgüdür.)
Soluk Alırken Gerçekleşen Olaylar
1) Diyafram kası kasılarak düzleşir.
2) Kaburgalar arası kaslar kasılır ve göğüs kafesi genişler.
3) Göğüs boşluğunun hacmi artar.
4) Akciğerler genişler.
5) Akciğerlerdeki iç basınç düşer. (Akciğerlerin hacminin artması basıncı düşürür.)
6) Hava akciğerlere dolar.
Soluk Verirken Gerçekleşen Olaylar
1) Diyafram kası gevşeyerek kubbeleşir.
2) Kaburgalar arası kaslar gevşer ve göğüs kafesi daralır.
3) Göğüs boşluğunun hacmi daralır.
4) Akciğerler daralır.
5) Akciğerlerin iç basıncı yükselir. (Akciğerlerin hacminin azalması basıncı artırır.)
6) Hava akciğerlerden çıkar.
✔ Soluk verme sırasında akciğerlerin geri yaylanma basıncının da etkisi vardır. Bu basınç akciğerin yapısındaki elastik liflerle ve pleurae (plevra) zarlarının arasındaki sıvının meydana getirdiği yüzey geriliminden doğar.
✔ Soluk alma aktif bir olay olduğundan enerji harcanır. Soluk verme ise, pasif olduğundan sadece kasların gevşemesi sırasında enerji harcanması gerçekleştirilir.
Oksijenin Taşınması
✔ %98’i alyuvarlardaki hemoglobin ile %2’si kan plazması ile taşınır.
✔ Oksijen alyuvarlarda hemoglobinle birleşerek oksihemoglobini (HbO2) oluşturur.
✔ Kan doku kılcallarına geldiğinde oksijen hemoglobinden ayrılır. Alyuvardan çıkarak önce plazmaya daha sonra doku sıvısına oradan da hücrelere geçer.
✔ Doku kılcallarında oksijen hemoglobinden ayrılırken, alveol kılcallarında hemoglobinle birleşir.
✔ Bohr kayması: Doku kılcallarındaki CO2 yoğunluğu pH’ın düşmesine nedenolur. Bu durumda hemoglobin oksijenden ayrılır. Buna bohr kayması denir.
Karbondioksitin Taşınması
✔ Hücrelerde oluşan CO2 doku sıvısına buradan da doku kılcal damarlarına geçer.
✔ Kılcal damara geçen CO2 plazmada çözünebilir ya da alyuvar içine girerek hemoglobinle birleşip karbohemoglobin oluşturabilir.
✔ Büyük bir kısmı ise alyuvarda bikarbonat iyonu halinde taşınabilir.
✔ Doku kılcallarında: Alyuvar içine giren CO2, karbonik anhidraz enzimi etkisi ile H2O ile birleşip karbonik asiti (H2CO3) oluşturur. Karbonik asit daha sonra iyonlarına ayrışarak H ve HCO3 (bikarbonat) haline gelir. H, hemoglobin tarafından tutulurken bikarbonat kan plazmasına geçer ve alveol kılcallarına kadar bu şekilde taşınır.
✔ Alveol kılcallarında: Plazmada bulunan bikarbonat (HCO3) alyuvar içine girer, hemoglobin H serbest bırakır. Yeniden karbonik asit (H2CO3) oluşur. Karbonik anhidraz enziminin etkisi ile karbonik asit H2O ve CO2 haline gelir. CO2 alyuvar içinden çıkarak önce plazmaya oradan da alveollere geçer.
✔ CO2 ve H2O difüzyonla akciğere geçerek soluk verme ile dışarı atılır. H2O alveol yüzeyini nemlendirir. Fazlası ise dışarı atılır.
Solunum Siteminin Denetlenmesi
✔ Metabolik faaliyetler arttığında kandaki CO2 miktarı solunum hızını belirler. Miktarının artması pH’ı düşüreceğinden solunum ve dolaşım hızı artar.
✔ Omurilik soğanı ve beyindeki solunum merkezi tarafından denetlenir. Solunum merkezi istemli solunumu denetler.
✔ Adrenalin ve Tiroksin hormonu solunum hızını artırır.
✔ Deniz seviyesinden yukarılara çıkıldıkça basınç azalır ve havadaki O2 miktarı düşer. Bu durumda ;
– Hemoglobin miktarı
– Alyuvar sayısı
– Soluk alıp verme hızı
– Nabız sayısı artar.
✔ Deniz seviyesinden denizin derinliklerine inildikçe basınç artar. Kanda çözünmüş halde bulunan N2 (azot gazı) gaz hale geçer. Kanda kabarcık oluşmasına yol açar. Bu kabarcıklar damarın tıkanmasına ya da yırtılmasına yol açar. Buna deniz vurgunu denir.
Karbonmonoksit Zehirlenmesi: Karbonmonoksit; oksijen ve karbondioksit gibi hemoglobine bağlanabilen bir gazdır. Ancak CO hemoglobine bağlandığında tekrar ayrılma yapmaz. Bu durumda oksijen ve karbondioksit hemoglobine bağlanamadığından kişi solunum güçlüğü çeker. Müdahale edilemezse ölümle sonuçlanır.
Astım: Solunum yollarında meydana gelen enfeksiyonların ilerlemesi sonucu oluşan hastalıktır. Astımda solunum yolları daralır ve duyarlılığı artar. Mukus oranı artarak soluk alıp verme güçleşir.
Akciğer Ve Gırtlak Kanseri: Sigara içindeki katran soluk borusunun içindeki sillere yapışır. Bu durumda solunum sistemi mikroorganizmalara karşı açık hale gelir. Bu durumun ilerlemesiyle akciğer ve gırtlak kanseri oluşabilir.
Kronik Bronşit: Bronşların uzun süreli iltihaplanması sonucu oluşur. Kısa süreli iltihaplanma ise akut bronşite yol açar.
Amfizem: Kronik bronşite bağlı olarak alveollerin esnekliğini yitirmesi ve yırtılması sonucu oluşur.
KOAH: Kronik bronşit ve amfizem hastalığının ilerlemesiyle akciğerlerin yapısı bozulmasıdır. Hasta nefes almakta zorluk çeker.
OKSİJENLİ SOLUNUM
✔ Besin moleküllerinin oksijen varlığında su ve karbondioksite kadar parçalandığı hücresel solunum reaksiyonlarına oksijenli solunum denir.
✔ Enerji ihtiyacı fazla olan canlılarda görülür. Oksijensiz solunuma ve fermantasyona göre daha fazla ATP üretilir. Besin moleküllerinden ayrılan elektronların son alıcısı oksijen olduğundan bu isim verilmiştir.
MİTOKONDRİ
✔ Ökaryot hücrelerde oksijenli solunumun gerçekleşmesini s ağlayan organeldir.
✔ İç ve dış olmak üzere iki zardan oluşmuştur. İç zarı kıvrımlıdır. Yapmış olduğu kıvrımlara krista adı verilir. Kristalar, mitokondrinin solunum verimini artırır.
✔ İçini dolduran sitoplazma benzeri sıvıya matriks denir. Matriks içerisinde DNA, RNA, ribozom ve enzim başta olmak üzere çok sayıda organik ve inorganik madde vardır. Halkasal DNA’ya sahiptir.
✔ Protein sentezi yapabilir ve hücre kontrolünde bölünebilir.
MEZOZOM
✔ Oksijenli solunum yapan prokaryot canlılarda hücre zarının sitoplazmaya doğru yapmış olduğu kıvrılmalar ile oluşturulmuş yapıdır.
✔ Kesinlikle organel değildir.
✔ Oksijenli Solunum 4 aşamada gerçekleşir.
1) Glikoliz
2) Pirüvat oksidasyonu (Krebs hazırlık evresi)
3) Krebs
4) ETS
✔ Ökaryotlarda glikoliz sitoplazmada, pürivat oksidasyonu ve krebs matrikste, ETS ise iç zarda gerçekleşir.
✔ Prokaryotlarda glikoliz, pürivat oksidasyonu ve krebs sitoplazmada, ETS hücre zarında gerçekleşir.
1) Glikoliz
✔ Tüm hücresel solunum tepkimelerinin başlangıç kısmıdır.
✔ Her canlıda sitoplazmada gerçekleşir.
✔ Glikoliz evresi sonunda oluşan NADH2 ve pirüvatlar mitokondri içine girer ve krebse katılır.
2) Krebs Hazırlık Evresi (Pürivat Oksidasyonu)
✔ Mitokondrinin matriksinde gerçekleşir.
✔ Glikoliz sonucu üretilmiş olan pürivat molekülleri mitokondrinin matriksine geçerek enzimler aracılığı ile asetil-CoA haline getirilir. Bu sırada tepkimeden CO2 ayrılır, NAD indirgenir ve asetil-CoA oluşur.
Krebs (Sitrik asit döngüsü)
✔ Mitokondri matriksinde gerçekleşir.
✔ Krebs hazırlık sonunda oluşan asetil Co-A bir önceki döngü sonunda oluşmuş olan okzaloasetik asitle birleşerek sitrik asiti oluşturur.
✔ Krebs boyunca sitrik asitten CO2 çıkışı görülür. Ayrıca
NAD ve FAD indirgenmeleri gerçekleşir. NADH2 ve FADH2’ler oluşur.
✔ SDF ile ATP üretilir.
✔ Döngüde su kullanılır. (6 tane)
✔ 1 tane glikozdan 4 tane CO2, 6 tane NADH2, 2 tane FADH2 ve 2 tane ATP üretilir.
ETS (Elektron taşıma sistemi)
✔ Glikoliz, krebs hazırlık ve krebs boyunca NADH2 ve FADH2lere aktarılmış olan elektronlar mitokondrinin iç zarına gelerek zar üzerine yerleşmiş olan özel proteinler yardımı bir dizi indirgenme ve yükseltgenme tepkimeleri ile aktarılır. Bu aktarım sırasında açığa çıkan enerjinin bir kısmı ısı olarak sistemden ayrılır. Bu ısı sıcakkanlı canlılarda vücut sıcaklığının sabit tutulmasında kullanılır. Açığa çıkan enerjinin geri kalanı ise ATP içine yerleştirilerek hayatsal faaliyetlerde kullanılabilir hale getirilir.
✔ Koparılan elektronların ETS boyunca aktarılıp en son olarak oksijen tarafından tutulması ve bu sırada açığa çıkan enerji ile ATP sentezlenmesine oksidatif fosforilasyon denir. (Oksijensiz solunumda en son elektron tutucu oksijen dışında bir inorganik maddedir.)
✔ ETS elemanları iç zar üzerinde elektron tutma kapasiteleri (elektronegatiflik) artacak şekilde sıralanmışlardır.
✔ Elektronlar ETS boyunca aktarıldıkça elektronun enerjisi düşer. Bu nedenle son elektron tutucusu en güçlü elektron tutucusudur. Bu madde oksijendir.
✔ Oksijen ETS’den gelen elektronlar ile NADH2 ve FADH2’lerin hidrojenlerini alarak H2O oluşumunu sağlar.
✔ 1 glikoz için 6O2 harcanır, 12H2O oluşur.
Kemiozmotik Teori
✔ ETS sırasındaki oksidatif fosforilasyon mekanizmasını açıklayan teoridir.
✔ NADH2 ve FADH2 elektronlarını ETS ye aktardığında açıkta kalan hidrojenler açığa çıkan enerjinin etkisi ile zarlar arası boşluğa geçer. Bu geçiş matriks ile zarlar arası boşluk arasında potansiyel fark oluşmasına yol açar. İç zar hidrojenlere geçirgen olmadığından hidrojenler potansiyel farkı eşitleyebilmek için zar üzerinde bulunan ATP Sentaz içerisinden matrikse geri dönerler. Bu durum ATP Sentazın aktifleşerek ATP üretmesine yol açar.
✔ NADH2’nin getirdiği H için 2,5 ATP, FADH2’nin getirdiği H için 1,5 ATP üretilir.
✔ 2 tane glikoliz
2 tane krebs hazırlık
6 tane krebs olmak üzere toplam 10 tane NADH2 üretilir.
✔ 2 tane krebs olmak üzere toplam 2 tane FADH2 üretilir.
✔ ETS de oksidatif fosforilasyon ile toplamda 28 ATP
(25 –> NAD, 3 –> FAD) üretilmiş olur.
✔Oksijenli solunumda bir tane glikoz için net 30-32 ATP üretilir. Bu farklılık glikoliz evresinde üretilen NADH2 moleküllerinin farklı hücrelerde ETS ye farklı yerlerden katılmasından kaynaklanır.
Örnek: iskelet kası ve beyin hücrelerinde 30 ATP, karaciğer böbrek ve kalp hücrelerinde 32 ATP üretilir.
✔ Oksijenli solunumda toplamda 12H2O üretilir. Krebste 6H2O kullanıldığından net 6H2O üretilmiş olur.
BESİNLERİN OKSİJENLİ SOLUNUMA KATILMA YOLLARI
Oksijenli solunumda organik madde olarak sadece glikoz kullanılmaz.
✔ Karbonhidratlar solunuma katılacaksa glikoza kadar parçalanır. Galaktoz ve fruktoz ise glikoza dönüştürülerek solunuma katılır.
✔ Proteinler aminoasitlere parçalanırlar. Aminoasitler solunuma katılmadan önce Deaminasyona uğrarlar. Yapılarındaki azot NH3 (amonyak) olarak ayrılır. Karaciğerde üreye dönüştürülür ve böbrekler ile vücuttan uzaklaştırılır. Oluşan molekülün karbon sayısına göre farklı yollardan hücre solunumuna katılır.
✔ Lipitler hidroliz sonucunda gliserol ve yağ asidi haline dönüştürülürler.
Gliserol PGAL ye dönüştürülerek glikoliz aşamasına katılır.
Yağ asitleri ise Beta Oksidasyon adı verilen reaksiyonlar ile 2 karbonlu moleküller halinde parçalanarak asetil co-A dönüştürülüp hücresel solunuma katılırlar.
Hücresel Solunum – Fermantasyon
Hücresel Solunum
✔ Besinlerin hücre içerisinde parçalanması ile ATP üretimini sağlayan mekanizmaya Hücresel Solunum denir.
✔ Hücresel solunum sonucu açığa çıkan serbest enerji, ATP içine yerleştirilerek canlının hayatsal faaliyetlerinin (Fotosentez ve kemosentezde kullanılmaz.) yerine getirilmesinde kullanılır.
✔ Her canlının hücresel solunum mekanizması vardır. Tüm hücresel solunum mekanizmaları Glikoliz Reaksiyonu ile başlar. Daha sonra enzimler ve oksijenin varlığına göre farklı şekilde ilerler.
Oksijenli Solunum (Aerobik): Oksijen yardımı ile besin monomerlerinin parçalanarak enerjinin üretildiği solunum reaksiyonudur.
Oksijensiz Solunum (Anaerobik): Oksijen olmadan besin monomerlerinin parçalanarak enerjinin üretildiği solunum reaksiyonudur.
Fermantasyon: Enzimler yardımı ile besin monomerlerinin kısmen parçalanması ile enerjinin üretildiği solunum reaksiyonudur.
GLİKOLİZ REAKSİYONU
✔ Canlının hücresel solunum mekanizması hangisi olursa olsun tüm mekanizmalar Glikoliz Reaksiyonu ile başlar.
✔ Glikoliz reaksiyonu tüm canlılarda sitoplazmada gerçekleşir. Çünkü glikoliz reaksiyonunun gerçekleşmesini sağlayan enzimler tüm canlılarda sitoplazmada bulunur. Bu durumda glikoliz reaksiyonunu gerçekleştirmek canlıların ortak özelliğidir.
✔ Glikozu aktifleştirmek (kararsızlaştırmak) için 2 tane ATP harcanır. Bu ATP solunum reaksiyonunun aktivasyon enerjisidir. Bunun sonucunda kararsız ara bileşik oluşur. (Fruktoz bifosfat)
✔ Kararsız ara bileşik kendiliğinden ikiye bölünerek 2 tane PGAL (3C) oluşturur.
✔ Her bir PGAL yükseltgenip, NAD indirgenerek 2 tane NADH2 oluşur.
✔ Substrat düzeyinde fosforilasyon ile 4 tane ATP üretilir.
✔ 2 tane pirüvat oluşur.
✔ Net olarak 2 ATP üretilmiş olur. Üretilen ATPler canlının hayatsal faaliyetlerinde kullanılır.
✔ NADH2’ler canlının solunum mekanizmasına göre değerlendirilir.
✔ Üretilen pirüvat canlının hücresel solunum mekanizmasına uygun olarak bir yola girer. Pirüvat organik bir madde olduğundan glikoz bu reaksiyonda tam olarak parçalanamamıştır. Bu nedenle ATP üretimi az olmuştur.
OKSİJENSİZ SOLUNUM
✔ Bazı prokaryotlar besin monomerlerini oksijen dışındaki inorganik maddeler ile parçalar.
✔ ETS görev alır.
✔ Elde ettikleri ATP miktarı oksijenli solunma göre az, fermantasyona göre çoktur.
✔ Azot döngüsünde rol alan denitrifikason bakterileri, denitrifikasyon olayını oksijensiz solunum mekanizmaları ile gerçekleştirirler. Bu canlılar çoğunlukla heterotrof olmalarına rağmen, kemoototrof olanları da vardır.
FERMANTASYON
✔ Organik monomerlerin enzimler tarafından oksijen ya da farklı bir inorganik madde kullanılmadan parçalanması ile gerçekleştirilen hücresel solunumdur.
✔ Organik maddelerin parçalanması kısmen gerçekleştiğinden diğer solunum çeşitlerine göre oldukça az miktarda enerji üretimi gerçekleştirilir.
✔ Prokaryot ve ökaryot olan birçok canlıda görülebilir. Bakteri, mantar, bitki tohumları, bağırsak solucanları ve memeli canlıların çizgili kaslarında görülür.
✔ Glikoliz ve ürün oluşum aşaması olmak üzere iki aşamada gerçekleşir.
✔ Enerji üretimi sadece glikoliz aşamasında gerçekleşir.
✔ Ürün oluşum aşamasında glikolizin son ürünü olan pirüvat canlının türüne göre alkol ya da laktik asit gibi organik maddelere dönüştürülür.
✔ Fermantasyon yapabilen canlılar endüstriyel alanda kullanılır. Yoğurt, peynir, alkollü içecek, boza, sucuk, sosis ve ekmek gibi gıda ürünleri üretilir.
ETİL ALKOL FERMANTASYONU
✔ Son ürün olarak etil alkolün üretildiği fermantasyon çeşididir.
✔ Bazı bakteriler, maya hücreleri ve bitki tohumlarında görülür.
Maya hücreleri oksijen varlığında oksijenli solunum, oksijensiz ortamda ise etil alkol fermantasyonu yaparlar.
✔Endüstride bira, şarap, boza, ekmek ve saf alkol üretiminde kullanılır.
✔ Etil alkol fermantasyonu sitoplazmada gerçekleşir.
✔ Glikoliz ile üretilen pirüvat ve NADH2 etil alkol oluşum aşamasına katılırken ATP hayatsal faaliyetlerde kullanılır.
✔ Oluşan pirüvat yapısından bir molekül CO2 ayrılır. Asetaldehit oluşur.
✔ Asetaldehitin indirgenmesi, NADH2’nin yükseltgenmesi sonucu etil alkol oluşur.
✔ Asetaldehit, etil alkol fermantasyonunun ara bileşiğidir. Ayrıca bu reaksiyonun son indirgenen molekülüdür.
✔ 1 tane glikozdan 2 tane etil alkol, 2 tane CO2 ve net 2 ATP üretilir.
LAKTİK ASİT FERMANTASYONU
✔ Son ürün olarak laktik asidin üretildiği fermantasyon çeşididir.
✔ Bazı bakteriler ve omurgalıların çizgili kas hücrelerinde görülür.
✔Endüstride peynir, kefir, yoğurt, turşu üretiminde kullanılır. Ayrıca, asit özelliğinde bir madde olduğundan gıdaların içerisinde zararlı mikroorganizmaların üremesini engelleyerek koruyucu etki yapar.
✔ Laktik asit fermantasyonu sitoplazmada gerçekleşir.
✔ Glikoliz ile üretilen pirüvat ve NADH2 laktik asit oluşum aşamasına katılırken ATP hayatsal faaliyetlerde kullanılır.
✔ Oluşan pirüvatın indirgenmesi, NADH2’nin yükseltgenmesi sonucu laktik asit oluşur. Bu reaksiyonun son indirgenen molekülü pirüvattır.
✔ Laktik asit fermantasyonunda CO2 çıkışı görülmez. Bu nedenle oluşan laktik asit geri dönüşüm reaksiyonları ile pirüvat haline hatta glikoz halline getirilebilir.
✔ 1 tane glikozdan 2 tane laktik asit ve net 2 ATP üretilir.
✔ Omurgalıların çizgili kas hücreleri oksijen yetersiz olduğunda laktik asit fermantasyonu yapar. Üretilen laktik asit kasta birikir ve yorgunluğa neden olur. Laktik asitler kana geçer; kanda belirli bir düzeye gelince beyindeki yorgunluk ve uyku merkezini uyarır; uyku gelmesine ve kaslarda ağrı oluşumuna neden olurlar. Dinlenme durumunda laktik asitlerin bir kısmı karaciğere gider ve burada pirüvata dönüştürülür. Pirüvatın bir kısmı oksijenli solunumda kullanılırken, bir kısmı glikoz haline getirilir ve glikojen halinde depolanır. Laktik asitlerin bir kısmı ise kas hücrelerinde pirüvata dönüştürülür.
Etil Alkol ve Laktik Asit Fermantasyonunun Karşılaştırılması
Etil Alkol Fermantasyonu
✔ Etil alkol oluşur.
✔ Oluşan son organik ürün 2 karbonludur. (Organik ve inorganik ürün)
✔ Karbondioksit oluşur.
✔ Kapalı kap basıncını artırır.
✔ Geri dönüşümü yoktur.
Laktik asit Fermantasyonu
✔ Laktik asit oluşur.
✔ Oluşan son organik ürün 3 karbonludur. (Organik ürün)
✔ Karbondioksit oluşmaz.
✔ Kapalı kap basıncını değiştirmez.
✔ Geri dönüşümü vardır.
