Enerjinin Temel Molekülü ATP -10.Sınıf 1.Ünite-

Enerjinin Temel Molekülü ATP
Sporcular ağır egzersiz yapmaya hazırlanırken pilav, patates ya da karbonhidrat bakımından zengin diğer besinleri yiyerek hücrelerine karbonhidrat yüklemesi yapar. Bitkiler de metabolik faaliyetlerini gerçekleştirmek için tohumlarında nişasta ve yağ depolar. Böylece tohumda çimlenme ve gelişme hızlı bir şekilde başlatılabilir. Sporcunun ya da bitki embriyosunun hücrelerinde organik bileşiklerin yıkımını sağlayan kimyasal tepkimeler enerjiyi açığa çıkarır.

Metabolik faaliyetlerdeki kimyasal tepkimeler, enerjiye ihtiyaç duyma veya enerjiyi açığa çıkarmalarına göre gruplandırılabilir. Enerji açığa çıkaran tepkimelere ekzergonik (enerji veren) tepkime denir. Örneğin solunum ekzergonik bir tepkimedir. Bunun tam aksine eğer tepkimenin gerçekleşmesi için enerji gerekiyorsa bu tepkimelere endergonik tepkime denir. Örneğin fotosentezdeki kimyasal tepkimelerin çoğunluğu ve diğer biyosentetik tepkimeler endergonik tepkimedir. Bir hücre endergonik tepkimelerini devam ettirmek için gerekli enerjiyi ekzergonik tepkimelerle bağlantı kurarak yürütür.

Besinlerdeki kimyasal enerji, canlı hücrelerinde önce ortak bir enerji şekline dönüştürülür. Besinlerden elde edilen enerji, hücrede doğrudan kullanılamaz. Önce adenozin trifosfat (ATP) adı verilen özel bir molekülün yapısında tutulur. Biyolojik sistemlerde serbest enerjiyi kısa süreli depolayan ATP, ihtiyaç hâlinde enerjinin acil kaynağı olarak görev yapar ve birkaç dakika içinde kullanılır. Serbest enerji, hücrelerin kullanabildiği ya da hücrede iş yapabilen enerjidir.

Canlılarda hareket, aktif taşıma, uyartıların iletimi ve biyosentez tepkimeleri gibi faaliyetler, ATP’den sağlanan serbest enerjiyle gerçekleşir. Bu nedenle hücrede öncelikle ATP’nin sentezlenmesi gerekir. ATP sentezi için solunum tepkimelerinde kullanılacak besinlere gereksinim vardır. Heterotroflar hücrede kullanılabilir enerji kaynağı olan ATP molekülünü ototrofların sentezlediği besinlerden üretir. Canlılarda besin üretimi farklı yollarla olabilir. Fotoototroflar besin yapımı için ışık enerjisinden yararlanırken kemoototroflar da ortamdaki inorganik maddeleri oksitleyerek elde ettiği enerjiyi besin sentezlerken kullanır. Ototroflar yaşamsal faaliyetler için gereksinim duydukları enerji moleküllerini sentezlerken kendi ürettikleri besinlerden yararlanır.

Organik bileşiklerde depolanmış olan kimyasal enerji bir hücrenin kullanabileceğinden çok daha fazladır. Bu nedenle canlılar, bir hücrenin tek başına kullanamayacağı kadar büyük miktarlardaki enerjiyi küçük parçalara ayırarak ATP’de depolar. Her hücre ATP’yi kendisi için üretir ve canlılık faaliyetlerini bu bileşikte depoladığı enerji ile gerçekleştirir. Kısacası ATP bir hücrede sentezlenip başka bir hücreye taşınarak kullanılamaz, üretildiği hücrede tüketilir.

Genellikle ATP'de fosfatlar arasındaki bağlar yüksek enerjili bağlar olarak adlandırılır. Gerçekte bu bağlar özel bağlar değildir. Böyle bilinmesinin nedeni ATP hidroliz olduğunda büyük miktarda serbest enerjinin açığa çıkmasıdır. ATP'nin hidrolizi bu molekülden bir fosfatın ayrılması anlamına gelir. Kopan fosfat grubu inorganik
fosfat olarak adlandırılır ve "Pi" şeklinde sembolize edilir. Ayrılan inorganik fosfat başka bir moleküle bağlanarak kimyasal bir tepkimenin yürütülmesinde etkili olur. Serbest enerjinin açığa çıkmasını ve aktarılmasını sağlayan bu fosfat gruplarıdır.

ATP molekülünün hidroliziyle fosfatın ayrılması sonucu açığa çıkan serbest enerji hücredeki yaşamsal faaliyetlerin yerine getirilmesinde kullanılır. ATP'den bir fosfat ayrılırsa ADP, iki fosfat ayrılırsa AMP oluşur.

ATP'nin hidrolizinde fosfat grubunun ayrılması kendiliğinden gerçekleşmez. Bu tepkimenin aktivasyon enerjisini düşüren etken, enzimlerin varlığıdır. Enzimlerin de etkisiyle ATP'den fosfat ayrılır ya da ADP'ye fosfat bağlanır.

Hücre solunumu sayesinde organik moleküller parçalanır ve ekzergonik tepkimeler sonucu kimyasal enerji ile ATP sentezlenir. Başka bir deyişle hücre metabolizmasında kullanılan enerjinin kaynağı organik moleküllerdir (Şekil 1.2).

Canlılarda ATP fosforilasyon tepkimeleriyle üretilir. Fosforilasyon, bir fosfat grubunun organik moleküle bağlanmasıdır. Hücrede enerji gerektiren olaylar sürekli tekrarlanır. Kullanılan ATP kaynaklarının da yenilenmesi gerekir. Bu nedenle ADP'ler yapısına tekrar inorganik fosfatı bağlayarak ATP'leri oluşturur. Bu
süreçte ATP enerji taşıyan bir molekül olarak görev yapmakta, hücre içinde ekzergonik ve endergonik tepkimeler arasında bir elçi gibi çalışmaktadır.

Besinlerden solunumla elde edilen ATP'nin hücre tarafından kullanılabilir hâle gelmesi yıkım tepkimeleri ile olur. Öte yandan fotosentezde meydana gelen ATP'nin sentezi ışık enerjisinin kimyasal enerjiye dönüşmesi sonucu oluşan yapım tepkimeleriyle gerçekleşir.

Yaşamsal faaliyetler için gerekli olan ATP üretimi canlılarda substrat seviyesinde fosforilasyon, oksidatif fosforilasyon ve fotofosforilasyon olmak üzere farklı şekillerde gerçekleşir. Substrat seviyesinde fosforilasyon ve oksidatif fosforilasyonla ATP sentezine bu bölümde yer verilirken ATP sentezlenmesinin bir başka yolu olan