Oksijensiz Solunum ve Fermantasyon

Canlılar enerji elde etmek için genellikle oksijene ihtiyaç duyar. Ancak bazı bakteri ve arkeler oksijenin olmadığı ortamlarda da enerji üretebilir. Bu olaya oksijensiz solunum (anaerobik solunum) denir.

Oksijensiz solunum, oksijenli solunuma benzer şekilde gerçekleşir fakat burada oksijen yerine başka moleküller elektronları alır. Örneğin:

Nitrat ( $NO_3^-$ )
Sülfat ( $SO_4^{2-}$ )
Karbondioksit ( $CO_2$ )
Demir iyonları ( $Fe^{3+}$ )

Oksijensiz solunumda enerji üretimi, oksijenli solunuma göre daha azdır. Çünkü kullanılan elektron alıcı moleküller, oksijen kadar güçlü değildir.

Bu şema, oksijensiz solunumun aşamalarını açıklamaktadır. Glikoz (6 karbonlu) molekülü, ilk olarak glikoliz aşamasında parçalanarak 2 piruvat (3 karbonlu) molekülüne dönüşür. Bu sırada net olarak 2 ATP molekülü kazanılır ve NAD⁺ indirgenerek NADH+H⁺ oluşturulur. Ardından piruvat molekülleri Krebs döngüsüne girer, burada NAD⁺ ve FAD molekülleri indirgenerek sırasıyla NADH+H⁺ ve FADH₂ oluşur, ayrıca CO₂ açığa çıkar ve ATP üretilir. Son olarak elektron taşıma sistemi (ETS) aşamasında oksijen dışında bir inorganik elektron alıcı (örn. sülfat, nitrat, demir iyonları, karbonat gibi) kullanılarak ATP sentezlenir.

Fermantasyon

Fermantasyon, oksijen olmadan şekerlerin kısmen parçalanarak enerji (ATP) elde edildiği süreçtir. Fermantasyonun en önemli farkı, elektron taşıma zincirinin kullanılmamasıdır. Bu nedenle fermantasyon, anaerobik solunuma göre daha az ATP üretir.

Günlük hayatta fermantasyonu sıkça görürüz. Örneğin yoğurt, peynir, turşu ve ekmek yapımı fermantasyon sayesinde gerçekleşir.

Fermantasyon ile Oksijensiz Solunumun Karşılaştırılması

Özellik	Fermantasyon	Anaerobik Solunum
Oksijen Kullanımı	Hayır	Hayır
ATP Üretim Şekli	Substrat düzeyi fosforilasyon	Elektron taşıma zinciri (oksijen yok)
Elektron Taşıma Zinciri (ETS)	Kullanılmaz	Kullanılır
ATP Üretim Miktarı	Düşük	Orta
Gerçekleştiği Yer	Prokaryot ve ökaryot hücre sitoplazması	Hücre zarı veya özel zar yapıları
Son Ürünler	Organik maddeler (etil alkol, laktik asit)	İnorganik maddeler (O₂ dışındaki moleküller)

Fermantasyon Çeşitleri

Laktik Asit Fermantasyonu

İnsanlarda oksijen yetersiz olduğunda, örneğin çok hızlı koştuğumuzda kaslarda enerji ihtiyacını karşılamak için laktik asit fermantasyonu yapılır. Bu süreçte glikoz, piruvata, ardından da laktik asite dönüşür.

Latkik Asit Fermantasyonu şu şekilde ifade edilir:

\text{Glikoz} + 2\,ATP \rightarrow 2\,\text{Laktik asit} + 4\,ATP

Spor yaparken kaslarımız yeterince oksijen alamadığında, laktik asit birikir ve yorgunluk hissederiz. Dinlendiğimizde, laktik asit karaciğere taşınarak tekrar enerjiye dönüştürülür ve yorgunluk azalır.

Etil Alkol Fermantasyonu

Bazı bakteriler ve bira mayası, oksijen olmadığında etil alkol fermantasyonu yapar. Bu süreçte glikoz önce piruvata, ardından da etil alkol ve karbondioksit gazına dönüşür. Örneğin, ekmek yaparken hamurun kabarmasını sağlayan şey aslında maya hücrelerinin ürettiği karbondioksit gazıdır.

Etil alkol fermantasyonu basitçe şöyle ifade edilir:

\text{Glikoz} \rightarrow 2\,\text{Etil alkol} + 2\,CO_2 + 2\,ATP

Etil alkol fermantasyonuna bir diğer örnek olarak şarap yapımı verilebilir. Meyve suları fermante edildiğinde ortaya çıkan alkol içeceğe tadını verir.

Etil Alkol Fermantasyonu Nasıl Gerçekleşir?

Etil alkol fermantasyonu iki adımda gerçekleşir:

Glikoz molekülü piruvata dönüşürken ATP ve NADH oluşur.
Piruvattan önce karbondioksit ayrılır, sonra kalan molekül (asetaldehit), NADH tarafından etil alkole çevrilir. Böylece NAD⁺ yeniden oluşur ve süreç devam eder.

Etil Alkol ve Laktik Asit Fermantasyonu Karşılaştırması

Laktik Asit Fermantasyonu	Etil Alkol Fermantasyonu
Laktik asit üretilir	Etil alkol üretilir
CO₂ açığa çıkmaz	CO₂ açığa çıkar
Son ürün 3 karbonludur	Son ürün 2 karbonludur
Kapalı ortam gaz basıncı değişmez	Kapalı ortam gaz basıncı artar