CANLILARDA ENERJİ DÖNÜŞÜMÜ Enerji ve Enerji Çeşitleri: Enerji

CANLILARDA ENERJİ DÖNÜŞÜMÜ
Enerji ve Enerji Çeşitleri:
Enerji, iş yapabilme kapasitesi yani maddenin yerçekimi ve sürtünme gibi zıt güçlere karşı
hareket oluşturma yeteneğidir. Temel enerji kaynağı güneştir.
2- IŞIK ENERJİSİ:
Yeryüzünün ışık kaynağı güneştir. Beyaz bir ışık prizmada kırıldığında mordan kırmızıya
doğru renkler oluşur.
GÜNEŞ
IŞINIM ENERJİSİ
YEŞİL BİTKİLER
KİMYASAL ENERJİ
HAYVANLARDA SOLUNUM
BİYOLOJİK İŞ
ISI
1- ISI ENERJİSİ:
Maddenin sıcaklığını artırmak için verilmesi gereken enerji çeşidine ısı enerjisi denir.
Ortama verilen ve entalpi olarak adlandırılan ısı enerjisi vücut ısısını oluşturur. Bir
sistemde elde edilen enerjinin ısı olarak ortama verilen miktarı ne kadar az olursa verim o
kadar fazla olur. Canlılar ileri derecede bir organizasyona sahip oldukları için entropileri
minimumdur. Bunu da çevreye sürekli enerji vermekle korurlar.
Organik bileşiklerin hücre solunumu ile yıkımı sonucu serbest enerji açığa çıkar. Bu tür
tepkimelere ekzergonik tepkimeler denir. Solunum sonucu açığa çıkan serbest enerji,
hücre içinde enerji gerektiren olaylarda kullanılır. Bu tür tepkimelere endergonik
tepkimeler denir.
İnsan gözü 3900A0 ve 7600A0 arası görür. Mor, mavi, yeşil, sarı, turuncu ve kırmızı ışıkları
görürüz. En uzun dalga boyu kırmızı, en kısa dalga boyu mordur. Kısa dalga boyu olan
ışınlar fazla enerji yüklüdür.
Enerjinin Temel Molekülü ATP:
ATP molekülündeki fosfat grupları arasındaki bağlar yüksek enerjilidir.
ATP + SU
ADP + P + 7300cal.
ATP üretim olayına fosforilasyon yıkımına defosforilasyon denir.
Her canlı hücre kendi ATP enerjisini üretir. Hücreler arası ATP alış verişi yapılamaz.
ATP depolanabilir bir enerji değildir. Üretildiği kadarı harcanır. Fazlası ısıya dönüştürülür.
Canlıların Enerji İhtiyacı:
Canlılar enerjiye
1. Sentez reaksiyonları için
2. Organizasyon için
3. Organizasyonun devamlılığı için
4. Üreme için ihtiyaç duyarlar.
1- OKSİJENSİZ SOLUNUM ( FERMENTASYON) (ANAEROBİK SOLUNUM)
Organik besinlerin oksijen kullanmadan enzimler yardımıyla daha küçük moleküllere
parçalanması sonucu açığa çıkan enerji yardımıyla ATP sentezlenmesine fermantasyon
denir. Bazı bakterilerde, maya mantarlarında, omurgalıların çizgili kas hücrelerinde ve
bazı tohumlarda gerçekleşir.
Oksijensiz solunum 2 aşamada gerçekleşir; 1. Glikoliz 2. Son ürün reaksiyonu
1- GLİKOLİZ: Glikozun çeşitli enzimler yardımıyla pirüvik asite kadar yıkımına glikoliz
denir. Her basamakta ayrı enzimler kullanılır ve bu enzimler tüm canlılarda aynıdır. Tüm
canlılarda sitoplazmada gerçekleşir.
NOT: Elektron veren (H) + yüklü ve yükseltgenir, elektron alan (H) - yükle yüklenir ve
indirgenir.
Glikoliz olayı sonucunda bir glikozdan toplam 4 ATP, 2 pirüvik asit ve 2 NADH+Holuşur.
Başlangıçta glikozun aktivasyonu için 2 ATP harcanır. Net kazanç 2 ATP’dir.
2- SON ÜRÜN REAKSİYONU:
Son ürün reaksiyonları oluşan ürün çeşitlerine göre 2 çeşittir ;1.Etil Alkol Fermantasyonu
2. Laktik Asit Fermantasyonu.
A- ETİL ALKOL FERMANTASYONU:
Glikoliz aşamasından sonra pirüvattan etil alkol oluşturulması olayına etil alkol
fermantasyonu denir. Maya mantarlarında, bazı bakterilerde ve bazı bitki tohumlarında
görülür.
Alkolik fermantasyon sonucu ekmek hamuru, bira, şarap vb. oluşur.
Glikoz çözeltisi ve etil alkol fermantasyonu yapan maya hücrelerinin bulunduğu kapta;
-Hücre sayısı artar.
– Glikoz miktarı azalır.
– ısı artar.
- Etil alkol ve CO2 artar.
- Etil alkol miktarı belirli bir düzeyin üzerine çıkarsa (%18) hücreler zarar görür ve hücreler
ölür.
-Hücrelerin tamamı ölünceye kadar CO2 üretimine bağlı olarak ortamın gaz basıncı artar.
B- LAKTİK ASİT FERMANTASYONU:
Pirüvatın laktik aside dönüşmesi sonucu oluşan fermantasyondur. Mantarlar, bazı
bakteriler ve hayvan hücrelerinde (kas) görülür. Peynir ve yoğurt yapımında kullanılır.
Çizgili kas hücrelerinde sitoplazmalarında üretilen pirüvik asit moleküllerinden laktik asit
oluşur. Laktik asitler;
- Beyinde yorgunluk merkezini uyarır.
- Kalp kası ve çizgili kas hücrelerinde yeniden pirüvik asite dönüştürülerek enerji
verici olarak tüketilir.
- Hücrelerdeki laktik asitin fazlası karaciğere taşınır , pirüvata ve glikoza
dönüştürülür.
- Kaslar hızlı çalıştığı için gerekli ATP kreatin fosfat devrinden elde edilir.
Kasılma
Kreatin fosfat + ADP
Kreatin + ATP
Dinlenme
2-OKSİJENLİ SOLUNUM: (AEROBİK SOLUNUM)
Organik besinlerin oksijen yardımıyla bir dizi enzimatik reaksiyonla karbondioksit ve suya
parçalandığı ve bu sırada açığa çıkan enerjinin ATP’de tutulduğu metabolik olaya oksijenli
solunum denir. Mezozoma sahip bakterilerde ve mitokondri bulunan tüm ökaryot
hücrelerde görülür.
Oksijenli solunum:1. Glikoliz
2. Krebs Devri 3. ETS
I. GLİKOLİZ: Glikozun çeşitli enzimler yardımıyla pirüvik asite kadar yıkımına glikoliz
denir.
2ATP 2ADP
GLİKOZ
2 NAD
2 PİRÜVİK ASİT
2NADH
4ATP
Glikoliz olayı sonucunda bir glikozdan toplam 4 ATP, 2 pirüvik asit ve 2 NADH oluşur.
Başlangıçta glikozun aktivasyonu için 2 ATP harcanır. Net kazanç 2 ATP’dir. Burada
üretilen ATP’ler substrat düzeyinde fosforilasyonla elde edilir.
Glikoliz hücre sitoplazmasında gerçekleşir.
II. KREBS DEVRİ (SİTRİK ASİT ÇEMBERİ): Mitokondri organelinin matriksinde
gerçekleşir. Glikozun kimyasal bağlarında depolanmış enerjinin ¼ den azı glikoliz
aşamasında açığa çıkarılır. Enerjinin büyük bir kısmı ise 2 molekül pirüvatta
depolanmış halde kalır. Krebs döngüsüyle, pirüvatın CO2’e kadar yıkımı ve pirüvatta
depolanmış kimyasal enerjinin açığa çıkmasını sağlanır.
1 Pirüvattan Krebs Devrinde: 3 çift H NAD’ye = 3 NADH
1 çift H FAD’ye = 1 FADH2
2 mol CO2 çıkar.
1 ATP oluşur.
3 mol H2O kullanılır.
NOT: Glikolizde 1 glikozdan 2 pirüvik asit oluşur.
Krebs devrinde üretilen ATP’ler substrat düzeyinde fosforilasyonla elde edilir.
III. ELEKTRON TAŞIMA SİSTEMİ (ETS):
Elektron taşıma sisteminin elektron taşıyıcı
molekülleri ökaryot hücrelerde mitokondrinin
kıvrımlı iç zarında, prokaryot hücrelerde ise hücre
zarında bulunur.
Elektron taşıma sistemi bir dizi elektron taşıyıcı
molekülden oluşur. ETS moleküllerinden NADH-Q
redüktaz, sitokrom redüktaz, sitokrom oksidaz ve
sitokrom c (cytc) protein yapılıdır. Ubikinon (Q) ise
protein yapısında olmayan ve koenzim olarak
görev yapan bir moleküldür. Bu moleküller
NADH+H+ ve FADH2'den yüksek enerjili
elektronları alır ve bir dizi indirgenme
yükseltgenme tepkimesinden geçirerek sistem
boyunca taşır. Elektronlarından ayrılmış protonlar
ise matrikse bırakılır. Elektronlar ETS molekülleri
tarafından son elektron alıcısı olan oksijene doğru
taşınırlar ve bu sırada enerjilerinin bir kısmını
kaybederler.
Elektronlardan kazanılan bu enerji hidrojen atomuna ait protonları (H+) matriksden
mitokondrinin iç ve dış zar arasındaki boşluğa (iç zarın dış tarafındaki boşluğa) pompalamak için kullanılır. Bu sayede zarlar arası boşlukta yüksek proton (H+) derişimi oluşur.
Bu durum iç zarın iki yüzü arasında elektriksel yük farkına da yol açar.
Mitokondri iç zarında ADP'yi ATP'ye dönüştüren çok sayıda ATP sentaz enzimi bulunur.
Mitokondri iç zarı protonlara geçirgen olmadığından ATP sentaz, zarlar arası boşluktaki
protonların tekrar matrikse geri akışını sağlayan bir yol oluşturur. Protonlar (H+) yoğun
bulundukları zarlar arası bölgeden matrikse geri dönerken protein kompleksi olan ATP
sentazın içindeki özgül H+ kanalcıklarından geçerler. Protonların (H+) zardan geri
akışından güç sağlayan ATP sentaz enzimi aktifleşerek ADP'den ATP üretilmesini sağlar
(KEMİOZMOTİK HİPOTEZ).
Su oluşumu: Oksijenli solunumda NADH + H+ ve FADH2 tarafından ETS'ye aktarılan bir çift
hidrojen atomunun moleküler oksijen ile birleşmesi sonucu 1 molekül H20 oluşur.
Reaksiyonlar sırasında 24 hidrojen
atomu ETS'ye aktarılarak oksijenle
birleşir ve toplam 12 molekül H20
oluşur. 1 molekül glikozun yıkımı için
Krebs reaksiyonlarında ise 6 molekül
H20 kullanılır. Sonuçta 12-6 = 6
molekül H20 ortama verilir.
ATP ELDESİ:
C₆H₁₂O₆ + 6O₂
CO₂+ 6H2O + yaklaşık 30-32ATP
Hücresel solunumda 1 glikoz molekülünden 6 CO2 , 10 NADH, 2 FADH2 ve net 4 ATP
oluşur.
1 NADH den 2,5 ATP
1 FADH2’den 1,5 ATP oluşur.
1 glikoz molekülünden oksidatif fosforilasyon ile
10 x 2,5 = 25 ATP NADH+H üzerinden
2x 1,5 = 3 ATP FADH2 üzerinden
Toplamda: 28 ATP oksidatif fosforilasyonla üretilir.
Substrat düzeyinde fosforilasyonla:
Glikolizde toplam 4 ATP
Krebste 2 ATP toplamda substrat düzeyinde fosforilasyonla 6 ATP oluşur.
NET KAZANÇ= 34-2 =32 ATP
C02 oluşumu: 1 molekül pirüvatın mitokondride yıkımı sırasında 3 molekül C02 oluşur. 1
molekül glikozdan 2 molekül
pirüvat oluştuğuna göre
toplam 6 molekül C02 açığa
çıkar.
Oksijenli Solunumda Enerji Verimi:
Oksijenli solunumda 1 molekül glikozdan net 32 ATP kazanılır. Bir ATP molekülünün son
fosfat bağı koparıldığında 7300 kalorilik enerji açığa çıkar.
ATP
ADP + Pi + 7300 cal
1 molekül glikozun yıkımıyla; 32 x 7300 = 233.600 kalorilik enerji hücre tarafından
sağlanır. 1 molekül glikozun kalorimetre kabında oksijen ile yakılması sonucunda 686.000
kalorilik ısı enerjisi açığa çıkar.
O halde oksijenli solunum yapan bir hücrede enerji verimi 233.600 686000 = 0.34 'dır.
Yani yaklaşık olarak % 34'dür. Depolanmış enerjinin geri kalanı ise ısı enerjisi şeklinde
hücreye yayılır. Bu ısının bir kısmını oldukça yüksek olan vücut sıcaklığımızı (37°C)
korumak için kullanırız.
SOLUNUM KATSAYISI: Oksijenli solunum tepkimelerinde
üretilen C02 miktarının, tüketilen 02 miktarına oranına
solunum katsayısı denir. Solunum katsayısı, "Rq" ile
gösterilir.
Üretilen CO2
Rp =
Tüketilen O2
Besinlerde solunum katsayısı farklıdır. Karbonhidratların
solunum tepkimelerine girmesi sonucu elde edilen solunum
katsayısı "1" dir. Yani üretilen C02 ile tüketilen 02
dengededir.
FOTOSENTEZ
Işık enerjisinin kimyasal bağ enerjisine
dönüşmesine fotosentez denir.
Işık bir cisme çarptığında ya yansır, ya cisimden
geçer ya da emilir. Bu üç olay aynı anda da
olabilir. Işık bir cisim tarafından emilirse, ışık
enerjisi olmaktan çıkar ve başka bir enerji
şekline dönüşür.
Işığın soğurulması ototrof canlıya yeşil rengi
veren klorofil pigmenti sayesinde olur.
Yağların solunum tepkimelerine girmesi sonucu elde
edilen solunum katsayısı "1" den küçüktür. (Rq < 1 )
Proteinlerin yapıtaşı olan amino asitlerin solunum
tepkimelerine girmesi sonucu elde edilen solunum
katsayısı "1" den büyüktür. (Rq > 1)
Klorofil C, H, O, N ve Mg atomlarından oluşur.
Klorofilin yapısında Fe yoktur fakat klorofil
sentezi için ortamda Fe olması gerekmektedir.
Klorofilin 20 çeşidi olup en yaygın olan klorofil
a ve b dir. Klorofil a C55H72O5N4Mg klorofil b’
nin kapalı formülü C55H70O6N4Mg’dir.
Klorofil tarafından soğurulan ve geçirilen farklı
dalga boylarındaki ışık miktarı spektrofotometre cihazı ile ölçülür.
Fotosentezle görünür ışık spektrumu arasındaki ilişkiyi Theodore Engelmann bir deneyle
göstermiştir.
Yeşil ipliksi alg (Spirogyra) üzerine
prizmadan geçirilen farklı dalga boylarına
ayrılmış güneş ışınlarını düşürmüştür.
Fotosentezin hızını ölçmek için aerob
bakteriler eklemiştir. Bu deneyle klorofilin
en çok mor, mavi ve kırmızı ışığı
soğurduğunu ve fotosentezin bu ışınların
düştüğü noktalarda daha hızlı gerçekleştiğini göstermiştir. Klorofil yeşil ışığı çok az
soğurduğundan bu dalga boyunda
fotosentez hızı minimum olur. Klorofilin
yanı sıra karotenoit denilen pigment molekülleri bulunur.
Fotosentez; ışık reaksiyonları ve karbon tutma reaksiyonları ( ışıktan bağımsız
reaksiyonları) olmak üzere iki aşamada gerçekleşir.
A-IŞIK REAKSİYONLARI:
Granumları oluşturan tilakoit zarlarda, klorofil molekülünün ışığı soğurmasıyla serbest
kalan elektronları tutabilen elektron taşıma sistemleri (ETS) vardır. Bu ETS elemanları;
ferrodoksin (fd), sitokrom b ve sitokrom c'den oluşan sitokrom kompleksi (stk),
plastokinon (pq) ve plastosiyanin (pc)'dir. Bu sistemde klorofilden ayrılan elektronlar,
yükseltgenme-indirgenme kurallarına göre hareket ederek bir molekülden diğerine
aktarılır.
Klorofile sahip canlıların ışık enerjisini kullanarak ADP ve inorganik fosfattan (Pi) ATP
sentezlenmesi olayına fotofosforilasyon denir. Fotofosforilasyon tepkimeleri devirsiz
fotofosforilasyon ve devirli fotofosforilasyon olmak üzere iki yolla gerçekleşir.
1- DEVİRLİ FOTOFOSFORİLASYON:
FS I'in tepkime merkezinde klorofilin uyarılan elektronu, ilk alıcı tarafından tutulur.
Elektron taşıma sistemine aktarılan elektronlar önce ferrodoksin sonra sitokrom, oradan
da plastosiyanin üzerinden tekrar klorofile döner. Böylece klorofil kaybettiği elektronu
tekrar aldığı için bu olaya devirli fotofosforilasyon denir. Döngü sırasında ATP
sentezlenir. Böylece ışık enerjisi kimyasal bağ enerjisine dönüşür.
2- DEVİRSİZ FOTOFOSFORİLASYON:
FS II'nin ışığı soğurmasıyla tepkime merkezinde yer alan klorofildeki uyarılmış (enerji
kazanmış) elektronlar ilk alıcı tarafından tutulur. Daha sonra elektronlar ETS (pq, stk ve
pc) aracılığı ile FS I'e aktarılır. FS I'e elektron verdiği için FS II yükseltgenmiştir. Bu arada
açığa çıkan enerji, tilakoit zarda bulunan ATP sentaz enziminin yardımıyla ATP'nin
sentezlenmesinde kullanılır.
FS I kaybettiği elektronunu FS II'den gelen elektronlarla tamamlar. FS II'nin kaybetmiş
olduğu elektronlar ise ortamda bulunan suyun elektron, proton (H+) ve O 'e ayrışması
sonucunda karşılanır. Tilakoit boşlukta parçalanan suyun elektronları fotosistem II'ye ve
ETS'ye aktarılır. Protonlar NADP+ tarafından tutu- lup NADPH'nin sentezlenmesi
sağlanırken moleküler oksijen (O2 )serbest bırakılarak atmosfere verilir.
Devirsiz fotofosforilasyonda H O molekülü kullanılarak ATP ve NADPH üretilmiş ve
atmosfere O 2 verilmiştir.
Fotosentezin ışıktan bağımsız tepkimeleri için gerekli olan NADPH ve ATP genellikle
devirsiz fotofosforilasyonla karşılanır. Bitkinin ATP ihtiyacına göre devirli
fotofosforilasyon da gerçekleşebilir.
Fotosentezin, ışıktan bağımsız tepkimelerinde 1 molekül CO2 'in kullanılması için ışığa
bağımlı tepkimelerinde 3 ATP ve 2 NADPH üretilir, O2 ise yan ürün olarak açığa çıkar.
Işığa bağımlı tepkimelerde oluşturulan ATP ve NADPH molekülleri, stroma sıvısına girer.
Bu moleküllerdeki kimyasal enerji, stromada CO2'i basit şekerlere dönüştüren ışıktan
bağımsız tepkimeler için kullanılmaya hazırdır.
B-IŞIKTAN BAĞIMSIZ REAKSİYONLARI (KARBON TUTMA- KARANLIK EVRE):
Bu evre kloroplastın stromalarında gerçekleşir. Bu olaya ışıktan bağımsız tepkimeler
denmesinin nedeni ışığın doğrudan kullanılmamasıdır. Tepkimeler sırasında doğrudan ışık
gerekli değilse de ışığa bağımlı olarak gerçekleşen tepkimelerde açığa çıkan ürünlere
(ATP, NADPH) ihtiyaç duyulur. Ayrıca bazı enzimlerin aktifleşmesi için ışığın gerekli olduğu
bilinmektedir.
Kemiozmotik hipotezine göre mitokondrilerde ATP sentezi sırasında protonlar (H+) zarlar
arası boşlukta birikirken kloroplastlarda tilakoit boşlukta birikir. İkisi arasındaki fark
budur. Bu hipoteze göre ışığa bağımlı tepkimelerde elektronların tilakoit zarda bulunan
ETS'den geçişi, stromada var olan protonların tilakoit boşluğa pompalanmasını sağlar.
Aynı zamanda tilakoit boşlukta da suyun ayrıştırılması sonucunda protonlar oluşur.
Bu iki olay tilakoit boşlukta proton (H+) derişimini artırır. Protonlar derişimlerinin yüksek
olduğu tilakoit boşluktan ATP sentaz enzimi aracılığıyla stromaya aktarılırken ATP sentezi
gerçekleşir.
Işıktan bağımsız tepkimelerde bir molekül CO 'in besin oluşumuna katılabilmesi için 3 ATP
ve 2 NADPH gereklidir. Bir glikozun yapısında 6 karbon olduğuna göre glikoz
molekülünün sentezlenebilmesi için 6CO2 molekülünün indirgenmesi gerekir. Bunun için
de ışığa bağımlı tepkimelerden 18 ATP ve 12 NADPH gelmelidir.
Işık Dalga Boyu:
Sıcaklık:
Fotosentez hızı
Işığın dalga boyu (nm)
380 nm
Su Miktarı:
FOTOSENTEZİN HIZINI ETKİLEYEN FAKTÖRLER
1. Çevresel Faktörler:
Karbon dioksit miktarı:
Işık Şiddeti:
CO2 ve ışık şiddeti bir arada düşünülürse
CO2 miktarı arttıkça ışığın şiddetine bağlı
olarak fotosentez hızında değişiklikler
gözlenir. Işık şiddeti arttıkça fotosentez hızı da
artar. CO2miktarı artsa bile fotosentezin hızını
ışık şiddeti belirler.( Minimum kuralı)
Mineraller:
Bitkilerin fotosentez hızı
dolayısıyla büyüme hızı,
bitkinin bulunduğu topraktaki
minerallerden miktarı
en az olana göre belirlenir.
Fotosentez hızını etkileyen faktörler çevresel ve genetik olmak üzere ikiye ayrılır.
CO2 miktarı, ışık şiddeti, ışığın dalga boyu, sıcaklık, su miktarı, mineral ve pH çevresel
faktörleri oluşturur.
750 nm
Ortamın pH'si: Fotosentezdeki biyokimyasal tepkimelerin gerçekleşebilmesi için bitkinin
pH'sinin belirli bir düzeyde tutulması gerekir.
2. Genetiksel Faktörler:
Kloroplast sayısı, yaprak yapısı ve sayısı, stomaların sayısı, kütiküla kalınlığı ve enzim
miktarı genetik faktörlerin etkisiyle belirlenir.
Kloroplast sayısı: Bitkide kloroplast sayısı az ise fotosentez yavaş, kloroplast sayısı fazla
ise fotosentez hızlı gerçekleşir.
Yaprak yapısı ve sayısı: Bitkilerde yaprak genişliği arttıkça yaprakta bulunan kloroplast
sayısı arttığından fotosentez hızı da artar. Buna bağlı olarak sentezlenen besin miktarında
da artış görülür. Bitkide yaprak sayısı ne kadar fazlaysa fotosentez hızı da o kadar fazladır.
Yaprak konumu da fotosentez hızını etkiler. Örneğin, aynı bitkinin doğrudan ışık gören
yaprakları ile alt kısımda ışığı tam olarak alamayan yaprakları aynı hızda fotosentez
yapamaz.
Stoma sayısı: Stomalar yapraktaki gaz alış verişini sağlayan yapılardır. Açılıp
kapanabilirler. Bu nedenle yaprakta sayıları ne kadar fazla olursa bitkinin karbon
dioksitten yararlanma oranı o kadar artacağından stoma sayısı fotosentez hızını
etkileyecektir.
Kütiküla kalınlığı: Kütiküla yaprak yüzeyinde bulunan koruyucu tabakadır. Bitkilerde su
kaybı bu tabakanın kalınlığına bağlı olarak önlenir. Su bitkilerinde kütiküla ince, kurak
bölge bitkilerinde ise kalındır.
C3, C4veCAM BİTKİLERİ
C3BİTKİLERİ:
Bitkilerin çoğunda C02 rubisko enziminin yardımıyla fotosentezin karbon tutma
reaksiyonlarına katılır. Bu reaksiyonlarda oluşan ilk kararlı organik molekül üç karbonlu
bir molekül olan PGA (fosfogliserik asit) dır. Bu yüzden bu bitkilere C3bitkileri denir.
(Rubisko C02 ile tepkimeye girince iki PGA oluşur). Pirinç, buğday ve soya fasulyesi
tarımsal önemi olan C} bitkileridir. Bu bitkilerin en önemli sorunlarından bir tanesi
fotosentez olayını yavaşlatan fotorespirasyondur.
Fotorespirasyon
Bitkiler C02 molekülünü stomaları ile atmosferden alırlar. Stomaların açık olması
durumunda terleme ile suda kaybederler. C3 bitkileri sıcak ve kurak ortamlarda su kaybını
azaltmak için stomalarını kapatırlar. Sonuç olarak yapraktaki C02 konsantrasyonu azalır.
Bu durumda rubisko enzimi C02 yerine 02 ile tepkimeye girerek bir molekül PGA ve başka
bir organik molekülü oluşturur. Bu organik molekül 02'nin kullanıldığı ve C02'nin serbest
bırakıldığı başka bir tepkimeye girer. Bu olaya fotorespirasyon denir.
C3 bitkilerinde fotorespirasyon ışık yoğunluğu ve sıcaklık arttıkça artar. Bu yüzden C3
bitkileri sıcak yaz aylarında daha az verimlidirler. Çünkü fotorespirasyondan dolayı
havadan alıp bağladıkları karbonun %50'ye yakın bir kısmını C02 olarak geri verirler.
Böylece bitkinin fotosentez ve büyüme hızı azalır. Fotorespirasyon C3 yolunu verimsiz
yapar.
CAM BİTKİLERİ:
Çöl gibi çok kurak ortamlarda yaşayan bitkiler su kaybını azaltmak için stomalarını
gündüzleri kapatıp, geceleri açarlar. Gündüzleri stomaların kapalı olması suyun
korunmasını sağladığı gibi, yapraklara C02 girişini de önler. Bu tür bitkiler, geceleri
stomaları açıkken havadaki C02'yi alıp C4 yolu ile bir dizi organik aside dönüştürüp
depolarlar. Stomaların kapalı olduğu gündüz saatlerinde depoladıkları C02'yi kullanarak
fotosentez olayını gerçekleştirirler. Kısaca özetlenen metabolizmayı gerçekleştiren
bitkilere CAM (Crassulaesan asit metabolizması) bitkileri adı verilir. Söz konusu
metabolizmanın ilk keşfedildiği bitki ailesi "Crassulaceae" olduğundan ve malik asit
sentezi görüldüğünden yukarıdaki adlandırma ve kısaltma kullanılır.
Sukkulent (su depolayan) bitkiler, kaktüs ve ananas CAM bitkilerine örnek olarak
verilebilir.
CAM bitkileri gece C02 bağlayarak fotorespirasyonu azaltır.
C4 BİTKİLERİ:
C4 bitkilerinin yaprak yapısı C3 bitkilerinden farklıdır. Bu bitkilerde mezofil tabakası
hücrelerinden farklı olarak iletim demetlerini saran hücrelerde de (demet kını) kloroplast
bulunur. Mezofil hücreleri ise bu hücrelere C02 sağlar. C4 bitkileri mezofil hücrelerinde
depoladıkları C02'yi demet kını hücrelerinde kullanarak fotosentez olayını gerçekleştirir.
Böylece sıcak havalarda bile fotosentez yapan hücrelerin etrafındaki C02 yoğunluğu
azalmaz. Rubisko enzimi sürekli olarak C02'yi karbon tutma reaksiyonlarına sokar ve
fotosentez hızlanır.C4 bitkilerinin sıcak havalarda böyle büyük oranda başarılı olmalarının
nedeni C4yolu olarak adlandırılan ilave bir fotosentetik yola sahip olmalarıdır. Bu
bitkilerde havadan alınan C02 önce dört karbonlu bir bileşiğe dönüşür. Bu yüzden bu
bitkiler C4 bitkileri olarak adlandırılır. Şeker kamışı ve mısır tarımsal öneme sahip olan C4
bitkileridir.
C4 bitkileri yapraklarında havanın 10 katı kadar C02 depolayarak fotorespirasyonu
azaltırlar.
BAKTERİ FOTOSENTEZİ
Fotosentez yapan bakteriler kloroplast organeli taşımazlar. Bunların klorofil pigmentleri sitoplazmada, ETS enzimleri ise hücre zarında bulunur. Fotosentez yapan bakterilere; siyanobakteriler, mor sülfür bakterileri ve hidrojen bakterileri örnek olarak
verilebilir. Fotosentetik bakteriler farklı hidrojen ve elektron kaynaklan kullanarak
organik besin sentezini gerçekleştirirler.
SİYANOBAKTERİLER:
Yeşil bitkilerde olduğu gibi hidrojen ve elektron kaynağı olarak su kullanarak organik
besin sentezini gerçekleştirirler ve yan ürün olarak oksijen gazı açığa çıkarırlar.
MOR SÜLFÜR BAKTERİLERİ
Hidrojen ve elektron kaynağı olarak hidrojen sülfürü (H2S), hidrojen bakterileri ise H2
gazını kullandıklarından yan ürün olarak oksijen üretmezler.
FOTOSENTEZ VE OKSİJENLİ SOLUNUMUN ORTAK ÖZELLİKLERİ
KEMOSENTEZ
İnorganik maddelerden organik madde sentezini gerçekleştiren ototroflar, kullandıkları
enerji kaynakları bakımından farklıdırlar. Fotosentezde gerekli enerji güneş ışığından
karşılanırken, kemosentezde ışık yerine hidrojen sülfür (H2S), amonyak (NH3), demir
(Fe+2), nitrit (N02) gibi inorganik maddelerin oksidasyonundan sağlanan kimyasal enerji
kullanılır.
İşte bu şekilde inorganik maddelerin oksidasyonuyla açığa çıkan kimyasal enerjiyi
kullanarak C02 ve H20'dan organik madde sentezlenmesine kemosentez, böyle bakterilere
de kemosentetik bakteriler denir. Kemosentetik bakterilere nitrit ve nitrat bakterileri,
demir bakterileri, kükürt bakterileri, hidrojen bakterileri ve bazı arkeler örnek verilebilir.
1.
2.
3.
4.
5.
Enzimatik reaksiyonlarla gerçekleşir.
Elektron taşıma sistemi (ETS) görev yapar.
ATP hem üretilir hem de tüketilir.
Prokaryot canlılarda sitoplazmada gerçekleşir.
Ökaryot canlılarda çift kat zarlı organellerde gerçekleşir.
OKSİJENSİZ VE OKSİJENLİ SOLUNUMUN BENZERLİKLERİ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Her iki olayda da amaç ATP üretmektir
Solunum için en çok kullanılan madde genellikle glikozdur.
Başlangıç tepkimelerinde bir mol glikoz için 2 ATP tüketilir.
Laktik asit fermantasyonu hariç yan ürün C02 açığa çıkar.
ATP üretiminin yanı sıra ısı açığa çıkar.
Glikozun pirüvata kadar yıkım tepkimeleri aynı şekilde olur.
OKSİJENSİZ SOLUNUM İLE OKSİJENLİ SOLUNUM ARASINDAKİ FARKLAR
OKSİJENSİZ SOLUNUM
1. Bazı bakterilerde, mayalarda ve
O2 yeterince bulunmadığı zaman
kas hücrelerinde görülür.
OKSİJENLİ SOLUNUM
1. Bazı bakterilerde, bir hücrelerinin çoğunda ve
çok hücrelilerde görülür.
2. Sitoplazmada geçer
2. Glikozun pirüvata kadar yıkımı sitoplazmada,
pirüvattan sonrası mitokondride geçer.
3. Oksijen kullanılmaz
4. Besin maddelerindeki kimyasal
bağ enerjisinin %2-10’u ATP’ de
depolanır.
5. Glikoz, etil alkol, laktik asit gibi
organik bileşiklere kadar parçalanır.
Sadece etil alkol fermantasyonunda
karbon dioksit açığa çıkar.
6. ETS görev yapmaz.
7. Sadece substrat düzeyinde
fosforilasyonla ATP üretilir.
3. Moleküler oksijen kullanılır.
4. Besin maddelerindeki kimyasal bağ enerjisinin
yaklaşık %34’ü ATP’ de depolanır.
5. Glikoz.su ve karbon dioksite kadar parçalanır.
6. ETS görev yapar.
7. Hem substrat düzeyinde hem de oksidatif
fosforilasyonla ATP üretilir.
Bir molekül glikozdan net 38 ATP’lik enerji
8. Bir molekül glikozdan net 2 ATP’lik 8.
kazanılır. Oksijensiz solunuma göre 36 ATP daha
enerji kazanılır.
fazla enerji elde edilir.
FOTOSENTEZ İLE OKSİJENLİ SOLUNUMUN KARŞILAŞTIRILMASI
FOTOSENTEZ
OKSİJENLİ SOLUNUM
1. Enzimatik tepkimelerle gerçekleşir.
1. Enzimatik tepkimelerle gerçekleşir.
2. ETS görev yapar.
3.Kloroplastlarda ve bazı bir
hücrelilerin sitoplazmalarında
gerçekleşir.
4. Besin ve oksijen üretir.
2. ETS görev yapar.
3. Sitoplazma ve mitokondrilerde
gerçekleşir,
4. Besin ve oksijen tüketilir.
5. Karbon dioksit kullanılır.
5. Karbon dioksit açığa çıkar.
6. Su kullanılır.
6. Su açığa çıkar.
7. Işık gereklidir.
8. Işık enerjisi, kimyasal enerjiye
çevrilir.
7. Işık gerekmez.
8. Kimyasal bağ enerjisi, ATP enerjisine
çevrilir.
9. Endergonik bir tepkimedir.
9. Ekzergonik bir tepkimedir.