Kemiozmotik Hipotez

Kemiozmotik hipotez Peter Mitchell tarafından ileri sürülen ve ATP üretimini anlatan bir hipotezdir. Bu hipotezi ortaya koyan Mitchell, 1978 yılında Nobel kimya ödülünü almıştır. Bu yazıda kemiozmotik hipotez ya da diğer adıyla kemiozmozis (kemiosmoz) nedir öğrenmeye çalışacağız.

Oksijenli solunum ve fotonsentez tepkimeleri sırasında ATP sentezlenmektedir. Fotosentezde üretilen ATP’ler yine fotosentez tepkimelerinde kullanılırken, solunumda üretilen ATP ise hücresel faaliyetler için de kullanılmaktadır. ATP sentezlenmesi canlı hücrelerde gerçekleşen en önemli biyokimyasal olaylardan biridir. Bu nedenle kemiozmotik hipotez biyokimya biliminin inceleme konularından biridir.

Kemiozmotik hipotez kısaca oksijenli solunum ve fotosentez sürecinde ATP sentezlenmesini açıklayan bir hipotezdir.

Kemiozmotik Yolla ATP Sentezi

Hücresel solunumun oksijenli evresi mitokondrinin iç zarlarında gerçekleşir. Bu olaya oksidatif fosforilasyon denir.

Fotosentezin ışıklı reaksiyonlarında üretilen ATP’yi de bu hipotez açıklamaktadır. Fotosentezde fotofosforilasyon görülür.

Önce oksijenli solunumda ATP sentezini ele alalım. Oksijenli solunumda ATP sentezi şu şekilde gerçekleşir:

Oksijenli Solunumda Kemiozmotik Hiptez

Oksijenli solunumda H⁺ iyonları açığa çıkar. Bu iyonlar  mitokondrinin krista zarında bulunan
NADHQ-redüktaz, Sitokrom-redüktaz, sitokrom-oksidaz yapıları tarafından yakalanır. Ardından zarın
dış zar yönündeki boşluğa pompalanır. Bu işlemin sonucunda krista zarının dış zara bakan yönü pozitif ve iç tarafa bakan kısmı negatif yüklenir.

Bu sayede mitokondri matrixi ile zarlar arasındaki bir osmotik çekim oluşur. Aynı zamanda pH ve elektrostatik potansiyel fark da oluşur. İşte bu potansiyel fark bir enerji kaynağıdır ve pil şeklinde davranır. Krista zarı protonları geçirmez. Bu nedenle hidrojen iyonları arada birikir. Krista zarında bulunan ATP sentaz enzimi sayesinde bu iyonlar matrix sıvısına ger yollanır.

Hidrojen iyonlarının matrixe geçişi sırasında var olan potansiyel fark enerji olarak kullanılır ve ATP sentezi gerçekleşir.

Kemiozmotik Hipotez ve Fotosentez

Kemiozmotik hipotez nedir kısaca öğrendik. Oksijenli solunumda mitokondride gerçekleşen sürecin bir benzeri de kloroplastta gerçekleşir. Fotosentez sırasında ATP üretildiğini ancak bu ATP’lerin yine fotosentezde kullanıldığını unutmamalıyız.

Fotosentezde ATP sentezi ışıklı evre reaksiyonlarında gerçekleşir. Bu esnada elektronlar tilakoid zardan geçer. Aynı şekilde stromadaki  H⁺ iyonları boşluğa doğru pompalanır.

Suyun fotolizinden oluşan  H⁺ iyonları ise tilakoit zar ile iç bölgenin arasındaki boşlukta birikir. Burada iyonların birikmesi sonucu aynı şekilde iç kısım pozitif, dış kısım negatif olur. Bu da elektrostatik farkın oluşmasına neden olur.

Tıpkı hücresel solunumda olduğu gibi fotosentezde de elektrostatik potansiyel fark pil gibi işlev görür ve enerji sağlar. ATP sentaz enziminin devreye girmesiyle bu enerji sayesinde ATP üretilir.