Elektron taşıma sisteminin elektron taşıyıcı molekülleri ökaryot hücrelerde mitokondrinin kıvrımlı iç zarında, prokaryot hücrelerde ise hücre zarına yerleşmiştir.
Glikoliz ve Krebs döngüsü reaksiyonları sırasında her glikoz molekülü için substrat düzeyinde fosforilasyonla toplam 6 ATP sentezlenir. Bu ATP’lerin 4’ü glikolizde 2 tanesi ise Krebs döngüsü aşamasında sentezlenir.
O halde bir glikoz molekülünün yıkımından kazanılacak ATP’nin çok önemli bir kısmı son oksidasyon evresi olarak ta bilinen bu aşamada üretilecektir.
Oksijenli solunumda son elektron alıcısı olan oksijen, hem çok ucuz yoldan elde edilmekte, hem de oluşan son ürün olan su metabolizma için toksik etki göstermemektedir. Burada ucuzluktan kasıt oksijenin hücreye girişinin difüzyonla gerçekleşip bu süreçte ATP harcanmamasıdır.
Glikoliz ve Krebs döngüsünde oluşan NADH+H+ ve FADH2 deki hidrojen atomlarının protonları ve yüksek enerjili elektronları ETS’ye aktarılarak ATP üretimine katkı sağlar. NADH+H+ ve FADH2 molekülleri hidrojenlerini bu aşamada bırakarak NAD+ ve FAD şekline tekrar yükseltgenir.
Elektron taşıma sistemi, bir dizi elektron taşıyıcı molekülden oluşur. ETS bileşenlerinin çoğu protein yapısındadır. Protein yapılı bu bileşenlerin yardımcı grupları zincir boyunca e- kazanıp kaybederek yükseltgenir ve indirgenir.
Bu moleküller,
NADH-Q reduktaz
Sitokrom reduktaz
Sitokrom oksidaz
Sitokrom c ve
Ubikinon ya da diğer adıyla Koenzim Q ( Protein olmayan tek eleman )
dur.
Bu moleküller NADH+H+ ve FADH 'den yüksek enerjili elektronları alır ve bir dizi indirgenme yükseltgenme tepkimesinden geçirerek sistem boyunca taşır. Koenzimlerle taşınan elektronlar taşıyıcı moleküllere aktarılırken protonlar matrikse bırakılır.
Bu sırada NADH+H+ ve FADH2 sırasıyla NAD+ ve FAD formlarına yükseltgenir. Böylece NAD+ ve FAD molekülleri tekrar Krebs döngüsündeki elektronları kabul edebilecek hâle gelir.
Taşıma sisteminde elektronların enerji seviyeleri kademeli olarak düşürülür. Bu sırada açığa çıkan serbest enerjinin bir kısmı ısı olarak ortama yayılırken büyük kısmı matriksteki protonları pompalamada kullanılır.
Protonlar (H+) matriksten mitokondrinin iç ve dış zarı arasında bulunan boşluğa doğru ETS molekülleri aracılığıyla pompalanır. Böylece mitokondrinin iç ve dış zarı arasındaki boşluk matrikse oranla daha yüksek proton derişimine sahip olur.
Protonlar elektrik yükü taşıdığından mitokondrinin iç zarının iki yüzü arasında elektriksel yük farkına da yol açar. Bu derişim ve elektriksel yük farkı bir potansiyel enerji oluşturur. Solunumun son aşaması olan oksidatif fosforilasyon için bu potansiyel enerji ATP sentaz yardımıyla kullanılır hâle getirilir.
Mitokondrinin iç zarı protonları geçirgen olmadığından ATP sentaz, zarlar arası boşluktaki protonların tekrar matrikse geri akışını sağlayan bir yol oluşturur. ATP sentaz karmaşık bir enzimdir. Proton akışı sırasında aktifleşir ve enzimde yapısal değişimler olur. Bu değişimler ADP’ye bir fosfat eklenerek ATP sentezlenmesini sağlar.
Protonlar matrikse doğru aktıkça ATP sentezi de devam eder. ETS’nin son elektron alıcısı oksijendir. Elektron taşınmasının son aşamasında düşük enerjili hâle gelmiş olan elektronlar, oksijen ve protonlarla (H+) birleşerek suyu oluşturur.
Mitokondri iç zarında bulunan ETS elemanlarınca elektronların oksijene taşınması ve ATP sentezlenmesi olayına oksidatif fosforilasyon denir. Solunumda üretilen enerjinin büyük bir kısmı bu evrede üretilir. Proton ve elektronlar ETS’ne NADH + H+ şeklinde taşınırsa yaklaşık 3 ATP, FADH2 şeklinde taşınırsa yaklaşık 2 ATP üretimine kaynaklık eder.
Çünkü FAD, elektron ve protonları daha düşük bir enerji seviyesinden ETS zincirine aktarır.
CO2 oluşumu
Bir molekül piruvatın mitokondride yıkımı sırasında 3 molekül CO2 oluşur. 1 molekül glikozdan 2 piruvat sentezlendiğine göre toplamda 6 molekül CO2 piruvatın asetil CoA’ya dönüşümü ve Krebs döngüsü reaksiyonları sırasında açığa çıkar.
Suyun oluşumu
Oksijenli solunumda NADH + H+ ve FADH2 tarafından ETS’ne aktarılan bir çift hidrojen atomunun moleküler oksijen ile birleşmesi sonucu 1 molekül su oluşur.
Elektron taşıma sistemine NADH + H+ şeklinde 10 x 2 = 20, FADH2 şeklinde 2 x 2 = 4 H atomu taşınır. Taşınan 24 H atomu, 12 molekül suyun sentezini sağlar.
Ancak oluşan 12 molekül sudan 6 tanesi Krebs reaksiyonlarında kullanıldığından net olarak 6 molekül H2O dışarı verilir.
Oksijenli Solunumda Enerji Verimi
Oksijenli solunumda bir molekül glikozun yıkımı ile 38 ATP kazancı olur. ATP’nin yapısındaki son fosfat bağının koparılması ise 7300 kalorilik bir enerji açığa çıkmasına sebep olur.
O halde 1 molekül glikozdan hücrenin enerji kazancı 38 x 7300 = 277.400 kaloridir. Oysa 1 molekül glikozun kalorimetre kabında yakılmasıyla 686.000 kalorilik bir ısı enerjisi açığa çıkmaktadır.
Bu da demek oluyor ki, oksijenli solunum bir molekül glikozda depolanmış olan 686.000 kalorilik enerjinin 277.400 kalorilik kısmını ATP molekülüne aktarabilmektedir. Bu durumda oksijenli solunumun enerji verimi 277.400 / 686.000 = 0,40 olmaktadır.
Depolanmış enerjinin geri kalan kısmı bir miktar solunumun son ürünleri içerisinde kalmakta, bir miktar ise hücrelere ısı şeklinde yayılmaktadır. Bu ısının bir kısmı oldukça yüksek olan vücut ısısının korunmasında kullanılır. ( 37 oC )