UNİTE 1Canlılarda Enerji Dönüşümü
UNİTE 1 - 1.KONUCanlılık ve Enerji
Hücre, minyatür bir kimya fabrikası gibidir. Bu fabrikanın mikroskobik mekanında binlerce tepkime meydana gelir. Bu tepkimeler hücresel, fiziksel ve kimyasal faktörlerin etkisi altında, hücrenin gereksinimlerine göre gerçekleşir. Hücre, dış ortamdan almış olduğu maddeleri kendi yapısına göre düzenlemek için enerji harcar. Enerji, iş yapabilme kapasitesi yani maddenin yerçekimi ve sürtünme gibi zıt güçlere karşı hareket oluşturma yeteneğidir. Enerji bütün metabolik süreçlerin ayrılmaz bir parçasıdır. Enerji ısı, ışık, hareket, kinetik, potansiyel ya da kimyasal enerji gibi çeşitli formlarda bulunur. Canlıların iş yapabilmesi, enerjiyi bir formdan diğer forma dönüştürebilme yeteneklerine dayanır. Hücresel düzeyde enerji dönüşümlerinin sağlanmasının yanında, madde ve enerjinin bir organizmadan diğer bir organizmaya hiç durmadan akışı ekosistemlerde yaşamın temel kuralıdır. Bütün bu enerji dönüşümlerini başlatan temel kaynak ise güneş enerjisidir.
Güneş enerjisi fotosentez olayı sayesinde organik bileşiklerde kimyasal bağ enerjisine dönüşür. Kimyasal bağ enerjisi hücre içinde kullanılabilecek bir form olan yüksek enerjili fosfat bağlarında depolanır. Bu dönüşüm hücre solunumu sayesinde gerçekleşir.
Yüksek enerjili fosfat bağlarının hidrolizle kopması sonucu depolanmış kimyasal enerji serbest kalır ve hücrede metabolik faaliyetler için kullanılır. Bu sırada enerjinin bir kısmı çevreye ısı enerjisi olarak akar. Bitkilerde mitokondri ve kloroplastlar, hayvanlarda ise mitokondriler enerji dönüşümü sağlayan organellerdir.
A. ENERJİNİN TEMEL MOLEKÜLÜ ATP (Adenozin Trifosfat)
Kimyasal olayların başlayabilmesi için enerji engeli olan aktivasyon enerjisinin aşılması gerekir. Bu enerji engelinin aşılması ya molekülleri etkileşime sokmakla ya da iç enerjilerini artırmakla mümkündür. Örneğin molekülleri ısıtmak, moleküllerin iç enerjisini artırarak aktivasyon enerjisi engelinin aşılmasını sağlayan bir yoldur. Canlı sistemlerde ise ısıtmak hücreye zarar vereceğinden, aktivasyon enerjisi, enzim kullanılarak düşürülür.
Enzimler aktivasyon enerjisini düşürse de hücreler görevlerini sürdürebilmek ve hücrede gerçekleşen pek çok kimyasal tepkimenin devamlılığını sağlamak için enerjiye ihtiyaç duyar. İşte bu enerji besinlerde bulunan organik moleküllerin yıkılması sonucu açığa çıkan kimyasal enerjidir. Bu kimyasal enerji hücrede doğrudan kullanılamaz ve ATP (adenozin trifosfat) adı verilen özel bir molekülün yapısında tutulur.
ATP, üç farklı kısımdan oluşan bir moleküldür. ATP molekülü, adenin denilen azotlu organik bir baz, beş karbonlu bir karbonhidrat olan riboz şekeri ve birbirine bağlanmış üç fosfat grubundan meydana gelir. Adenin bazı ve riboz şekeri organik, fosfat grubu ise inorganik yapıdadır
ATP molekülündeki fosfat grupları arasındaki bağlar yüksek enerjilidir. Bu bağlar kısa bir çizgi (~) ile gösterilir. En uçtaki fosfat bağının bir molekül su ilave edilip kırılmasıyla ATP’nin hidrolizi gerçekleşir ve bir molekül inorganik fosfat (Pi) ATP’den ayrılır. Bu tepkime sırasında 7300 cal./mol enerji açığa çıkar. Açığa çıkan bu enerji ise hücre metabolizmasında etkin bir şekilde kullanılır.
ATP + Su D ADP + P + Enerji
Bir ATP molekülünden bir fosfat grubu koptuğu zaman ADP (adenozin difosfat), iki fosfat grubu koptuğu zaman AMP (adenozin monofosfat) oluşur.
İş yapan bir organizma sürekli olarak ATP kullanır ve ATP yenilenebilen bir kaynaktır. ADP’ye bir fosfat grubu bağlanarak ATP sentezlenmesi olayına fosforilasyon, yıkımına ise defosforilasyon denir. ATP sentezi için gereken enerji, organik bileşiklerin yıkımı (katabolizma) sonucu açığa çıkan serbest enerjiden sağlanır. İnorganik fosfat ve enerjinin bu şekilde çevrimi ATP döngüsü olarak adlandırılır ve bu döngü hücredeki enerji veren (ekzergonik) olayları, enerji kullanan (endergonik) olaylara bağlar.
Hücrede iş yapabilmek için kullanılabilen enerjiye serbest enerji denir. Hücrede gerçekleşen kimyasal tepkimeler serbest enerji değişimine göre iki gruba ayrılır. 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. Gerçekleşmesi için enerjiye ihtiyaç duyulan bu tür tepkimelere ise endergonik tepkimeler adı verilir.
ATP yapımı endergonik, yıkımı ise ekzergonik bir olaydır. Çünkü ATP’nin yapımı için enerji gerekirken, ATP’nin yıkımı sonucunda enerji açığa çıkar.
ATP döngüsü : Hücredeki yıkım (katabolik) tepkimeleri sırasında açığa çıkan enerji ADP’nin fosforilasyonu için kullanılır ve ATP yenilenir. ATP’de depolanan kimyasal potansiyel enerji hücresel işlerin çoğunu gerçekleştirir.
B. FOSFORİLASYON ÇEŞİTLERİ
Bir maddeye fosfat grubunun eklenmesine fosforilasyon adı verilir. ATP’nin sentezi bir fosforilasyon olayıdır
ATP sentezi, ökaryot hücrelerin sitoplazmasında, mitokondrilerinde ve kloroplastlarında gerçekleşirken prokaryot hücrelerin sitoplazmasında ve hücre zarında gerçekleşir.
Fosforilasyon olayının gerçekleşmesi için enerjiye ihtiyaç vardır. Fosforilasyon tipini, ADP molekülüne Pi eklenmesi sırasında kullanılan enerji çeşidi belirler. Hücrelerde ATP sentezi sırasında fotofosforilasyon, substrat düzeyinde fosforilasyon ve oksidatif fosforilasyon olmak üzere üç çeşit fosforilasyon görülür.
1. Fotofosforilasyon : Klorofile sahip olan hücrelerde, güneş enerjisi yardımıyla inorganik maddelerden organik madde sentezini sağlayan fotosentez olayı gerçekleşir. Fotosentezin ışıklı tepkimelerinde ışık enerjisi kullanılarak ADP molekülüne bir fosfat grubunun eklenmesine fotofosforilasyon denir. Bu sayede ışık enerjisi ATP formunda kimyasal enerjiye dönüştürülür. Üretilen ATP molekülleri ise fotosentezde glikoz ve diğer organik besinlerin sentezi sırasında kullanılır.
2. Substrat düzeyinde fosforilasyon : Substrat olarak kullanılan bir organik molekülden enzimler yardımıyla fosfat grubunun koparılarak ADP molekülüne eklenmesine substrat düzeyinde fosforilasyon denir. Bu olay, hücre sitoplazmasında ve mitokondrinin matriksinde gerçekleşir.
3. Oksidatif fosforilasyon : Organik besinlerin kademeli olarak yıkılması sonucu oluşan yıkım ürünlerinden gelen elektronlar elektron taşıma zincirine (ETS) aktarılır. ETS aracılığı ile bir molekülden diğerine indirgenme - yükseltgenme tepkimeleriyle taşınan bu elektronların enerjisi kullanılarak ADP molekülünden ATP sentezlenir. Bu olaya oksidatif fosforilasyon denir. Oksidatif fosforilasyon olayı prokaryotlarda hücre zarındaki, ökaryotlarda ise mitokondri zarındaki ETS elemanları aracılığı ile gerçekleşir.
Kemosentez olayında oksidatif fosforilasyon ile ATP sentezi gerçekleşir
UNİTE 1 - 2.KONUFotosentez
Yeryüzündeki yaşam güneşten gelen enerjiye bağlıdır. Fotosentez ışık enerjisini kullanabilen tek biyolojik olaydır. Fotosentetik organizmalar, güneşten gelen ışık enerjisini kullanarak organik madde sentezlerler ve ışık enerjisini bu maddelerdeki kimyasal enerjiye dönüştürürler. Karbondioksit, su ve güneş enerjisi kullanılarak özümleme ile organik maddelerin sentezlendiği olaya fotosentez adı verilir. Biyosferde en önemli enerji dönüşümü fotosentezle gerçekleştirilir.
A. FOTOSENTEZİN CANLILAR İÇİN ÖNEMİ
Fotosentetik organizmaların büyük çoğunluğunu bitkiler oluşturur. Klorofil gibi özel pigmentlere sahip bitkiler, algler ve bazı bakteriler, güneşin ışık enerjisini organik besin maddelerindeki kimyasal bağ enerjisine dönüştürür. Yeryüzündeki canlıların büyük çoğunluğu, enerji ihtiyaçlarını karşılamak için doğrudan veya dolaylı olarak fotosenteze bağımlıdırlar.
İnorganik maddelerden ihtiyaç duydukları organik maddeleri sentezleyen canlılara ototrof (üretici) canlılar denir. Organik madde sentezi için ışık enerjisi kullanan ve klorofil pigmenti içeren ototroflara ise fotosentetik ototrof adı verilir.
B. FOTOSENTEZİN BULUNUŞU
Doğada çok önemli bir olay olan fotosentez, hem geçmişte hem de günümüzde bilim insanlarının ilgisini çekmiş ve araştırma konusu olmuştur
* 1772 yılında Joseph Priestley; bitkilerin havaya O2 verirken havadaki CO2′yi kullandığını, yani bitkilerin havayı temizlediğini gözlemlemiştir.
* 1779 yılında Jan Ingenhousz; bitkilerin sadece yeşil kısımlarının fotosentez yaptığını, gündüzleri oksijen geceleri ise karbondioksit açığa çıkardığını göstermiştir.
C. FOTOSENTEZ REAKSİYONLARI
Fotosentez olayı iki evreler gerçekleşir. Işığa bağımlı reaksiyonlar adını alan ilk evrede güneş enerjisi kimyasal enerjiye dönüştürülür. Işıktan bağımsız reaksiyonlar adını alan ikinci evrede ise CO2 kullanılarak organik madde sentezlenir.
1- IŞIĞA BAĞIMSIZ REAKSİYONLAR
Fotosentez tepkimeleri klorofilin ışık tarafından uyarılmasıyla başlar. Tilakoit zarlarda: ferrodoksin(fd), sitokrom kompleksi (stk), plastokinon (pq) ve plastosiyanin (pc) den oluşan elektron taşıma sistemi (ETS) bulunur. Klorofilden ayrılan elektronlar ETS’de yükseltgenme – indirgenme kurallarıyla bir molekülden diğerine aktarılır.
Işığa bağımlı reaksiyonlarda güneş enerjisi kullanılarak su parçalanır (Fotoliz). Böylece elektronlar, protonlar ve oksijen serbest kalır. Elektron ve protonlar ATP ve NADPH oluşturmak için kullanılırken oksijen atmosfere verilir. Işık enerjisi kullanılarak ADP’ye bir fosfat grubunun katılmasıyla ATP sentezlenmesine fotofosforilasyon denir. Işık reaksiyonları; devirsiz ve devirli fotofosforilasyon olmak üzere iki yolla gerçekleşir.
a. Devirsiz fotofosforilasyon
Bu reaksiyonlarda gerçekleşen olaylar şu şekilde özetlenebilir:
*FS II’nin ışığı soğurmasıyla klorofilden ayrılan elektronlar ilk alıcı tarafından tutulur ve ETS’ye aktarılır.
* FS II’den ayrılan elektronların yerini suyun parçalanmasıyla oluşan elektronlar alır. Bu arada açığa çıkan oksijen atmosfere verilir.
* ETS ‘ye geçen elektronların taşınması sırasında açığa çıkan enerji ile ATP sentezlenir. Bu elektronlar FS I’in elektron açığını kapatır. Çünkü FS I’deki klorofil molekülü daha önce uyarılmış ve elektron kaybetmiştir.
* FS I’den ayrılan elektronlar ferrodoksinden NADP’ye taşınır ve NADP protonlarla birleşerek NADPH’ı oluşturur.
b. Devirli fotofosforilasyon
Bu reaksiyonlarda gerçekleşen olaylar şu şekilde özetlenebilir:
*FS I’in ışığı soğurmasıyla klorofilden ayrılan elektronlar ilk alıcı tarafından tutulur ve ETS’ye aktarılır.
* Elektronların ETS’de taşınması sırasında açığa çıkan enerji ile ATP sentezlenir.
* Bu elektronlar tekrar FS I’deki klorofil molekülüne geri döner.Ha
2- IŞIKTAN BAĞIMSIZ REAKSİYONLAR
Kloroplastın stromasında gerçekleşen bu evrede ışığa doğrudan gerek duyulmaz. Ancak ışık reaksiyonlarında oluşan ATP ve NADPH gereklidir. Işıktan bağımsız reaksiyonlarda gerçekleşen kimyasal olaylarda enzimler görev alır. Bu nedenle fotosentezin bu evresi sıcaklıktan etkilenir.
Calvin döngüsü olarak da adlandırılan bu reaksiyonlarda CO2 beş karbonlu bir şekerle(ribuloz difosfat) birleşir. Daha sonra NADPH’dan gelen elektronlar ve ATP enerjisi kullanılarak üç karbonlu bir şeker olan fosfogliser aldehit (PGAL) oluşur. PGAL’in bir kısmı ribuloz difosfatın yeniden üretiminde kullanılırken bir kısmı da glikoz gibi organik moleküllerin sentezinde kullanılır.
Fotosentezin ışıktan bağımsız reaksiyonlarına bir molekül CO2’nin katılması için 3 ATP ve 2 NADPH gereklidir. Bir molekül glikozun üretimi için 6 CO2 molekülüne ihtiyaç duyulduğuna göre ışığa bağımlı reaksiyonlardan 18 ATP ve 12 NADPH’ın gelmesi gereklidir.
Işıktan bağımsız reaksiyonlarda oluşan PGAL’in bir bölümü glikoz oluşumuna katılırken bir bölümü de yağ asidi, gliserol, amino asit, vitamin ve nükleotitlerin yapımında kullanılır.
* 1804 yılında Nicolas Theodore de Saussure; bitki ağırlığına dayanarak fotosentezde su kullanıldığını saptamıştır.
* 1883 yılında Theodor Wilhem Engelmann ışığın dalga boyunun fotosentezde etkili olduğunu; mor - mavi ve kırmızı ışıkta fotosentezin daha fazla yeşil ışıkta ise daha az gerçekleştiğini bulmuş ve bunu bir deney ile göstermiştir.
Engelmann, yeşil ipliksi alg (Spirogyra) üzerine prizmadan geçirilerek farklı dalga boylarına ayrılmış güneş ışınlarını düşürmüştür. Kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi ve mor dalga boylarındaki ışınların bulunduğu sisteme algin fotosentez hızını ölçmek için aerobik bakterileri eklemiştir. Deney sonunda aerobik bakterilerin algin en çok oksijen oluşturduğu noktalarda yani mavi, mor ve kırmızı ışınların düştüğü noktalarda toplandığı görülmüştür. Bakterilerin toplanması, fotosentezin bu bölgelerde daha hızlı gerçekleştiğini dolayısıyla daha fazla oksijen üretildiğini göstermiştir.
Engelmann deneyi : Bu deney ile klorofilin en çok mor, mavi ve kırmızı en az yeşil ışığı soğurduğu açıklanmıştır.
* 1930′lu yıllarda Cornelis Bernardus Van Niel; fotosentez sırasında açığa çıkan oksijenin kaynağının su olduğunu ileri sürmüştür. Van Niel, CO2 kullanarak kendi besinini oluşturan ancak atmosfere oksijen vermeyen bakteriler üzerinde çalışmalar yapmıştır. Bu çalışmalarının sonucunda bazı bakterilerin gerçekleştirdiği fotosentezde H2O yerine H2S kullanılabildiğini ve yan ürün olarak oksijen yerine kükürt gazı çıktığını saptamıştır
* 1937 yılında Robert Hill tarafından, fotosentezde açığa çıkan oksijenin kaynağının su olduğu bir deneyle ispatlamıştır. Deneyde, Chlorella cinsi yeşil algin ortamına ağır oksijen taşıyan su molekülleri (H2O18) ile normal CO2 verilmiştir. Deneyin sonunda fotosentez sonucu açığa çıkan oksijenin ağır oksijen olduğu ve oksijenin sudan geldiği ispatlanmıştır. Ağır oksijen taşıyan karbondioksit (CO18 ) kullanıldığında ise, ağır oksijen molekülüne glikozun yapısında rastlanmıştır
UNİTE 1 - 3.KONU Kemosentez
→Bazı bakterilerin, inorganik maddeleri oksitleyerek; inorganik maddelerden organik besin sentezlemelerine kemosentez denir.→Kemosentezde klorofil ve ışık kullanılmaz.→Dış ortama oksijen gazı verilmez.→Gece-gündüz kesintisiz devam eder.→Kemosentez; nitrit, nitrat, kükürt, demir, metan ve hidrojen bakterilerinde gerçekleşir.**Nitrit bakterilerinde kemosentez:→Nitrit bakterisi, önce amonyağı oksitleyereknitrite dönüştürür ve açığa çıkan enerji ile ATP sentezler.→Daha sonra karbondioksit ve su molekülünü, ATP harcayarak birleştirir ve glikoz sentezler. **Nitrat bakterilerinde kemosentez:→Nitrat bakterisi, önce nitriti oksitleyerek nitrata dönüştürür ve açığa çıkan enerji ile ATP sentezler. →Daha sonra karbondioksit ve su molekülünü, ATP harcayarak birleştirir ve glikoz sentezler. Not: →Nitrit ve nitrat bakterilerinin gerçekleştirdikleri bu dönüşüme nitrifikasyon adı verilir. →Kemosentezde hidrojen kaynağı olarak, sadece su kullanılmaz. →Bazı bakteriler su yerine, H2S ya da H2 molekülünü kullanırlar. **Kükürt bakterilerinde kemosentez: 2H2S + O2 --------> 2H2O + 2S + ATP2S + 2H2O + 3O2 -----> 2H2SO4 + ATP **Demir bakterilerinde kemosentez: 4FeCO3 + 6H2O + O2 -----> 4Fe(OH)3 + 4CO2 + ATP **Metan bakterilerinde kemosentez: Metan gazı üreten bakterilerde kemosentez: CO2 + 4H2 ----> CH4 + 2H2O + ATP Metan gazı parçalayan bakterilerde kemosentez: CH4 + 2O2 ----> CO2 + 2H2O + ATP**Hidrojen bakterilerinde kemosentez: 2H2 + O2 ----> 2H2O + ATP
UNİTE 1 - 4.KONU Solunum
1. GLİKOLİZ VE KREPS REAKSİYONLARI ***Glikoliz evresi: C6H12O6 + 2 ATP ----> 2 Piruvat + 2 NADH2 + 4 ATP (Glikoz) 2 ATP net kazanç elde edilir. →Glikoliz evresi, bütün canlılarda ortak olarak gerçekleşir. →Çünkü bu evrenin gerçekleşmesi için kullanılan enzimler, bütün canlılarda ortak olarak bulunur. →Glikoliz evresinin amacı: substrat düzeyinde fosforilasyonla ATP sentezlemektir.Glikoliz evresi tepkimeleri:→Glikoz molekülü, ATP’ den 1 fosfat alır ve glikoz mono fosfat molekülüne dönüşür. →Glikoz monofosfat, enzimler yardımıyla fruktoz monofosfat
UNİTE 1 - 1.KONUCanlılık ve Enerji
Hücre, minyatür bir kimya fabrikası gibidir. Bu fabrikanın mikroskobik mekanında binlerce tepkime meydana gelir. Bu tepkimeler hücresel, fiziksel ve kimyasal faktörlerin etkisi altında, hücrenin gereksinimlerine göre gerçekleşir. Hücre, dış ortamdan almış olduğu maddeleri kendi yapısına göre düzenlemek için enerji harcar. Enerji, iş yapabilme kapasitesi yani maddenin yerçekimi ve sürtünme gibi zıt güçlere karşı hareket oluşturma yeteneğidir. Enerji bütün metabolik süreçlerin ayrılmaz bir parçasıdır. Enerji ısı, ışık, hareket, kinetik, potansiyel ya da kimyasal enerji gibi çeşitli formlarda bulunur. Canlıların iş yapabilmesi, enerjiyi bir formdan diğer forma dönüştürebilme yeteneklerine dayanır. Hücresel düzeyde enerji dönüşümlerinin sağlanmasının yanında, madde ve enerjinin bir organizmadan diğer bir organizmaya hiç durmadan akışı ekosistemlerde yaşamın temel kuralıdır. Bütün bu enerji dönüşümlerini başlatan temel kaynak ise güneş enerjisidir.
Güneş enerjisi fotosentez olayı sayesinde organik bileşiklerde kimyasal bağ enerjisine dönüşür. Kimyasal bağ enerjisi hücre içinde kullanılabilecek bir form olan yüksek enerjili fosfat bağlarında depolanır. Bu dönüşüm hücre solunumu sayesinde gerçekleşir.
Yüksek enerjili fosfat bağlarının hidrolizle kopması sonucu depolanmış kimyasal enerji serbest kalır ve hücrede metabolik faaliyetler için kullanılır. Bu sırada enerjinin bir kısmı çevreye ısı enerjisi olarak akar. Bitkilerde mitokondri ve kloroplastlar, hayvanlarda ise mitokondriler enerji dönüşümü sağlayan organellerdir.
A. ENERJİNİN TEMEL MOLEKÜLÜ ATP (Adenozin Trifosfat)
Kimyasal olayların başlayabilmesi için enerji engeli olan aktivasyon enerjisinin aşılması gerekir. Bu enerji engelinin aşılması ya molekülleri etkileşime sokmakla ya da iç enerjilerini artırmakla mümkündür. Örneğin molekülleri ısıtmak, moleküllerin iç enerjisini artırarak aktivasyon enerjisi engelinin aşılmasını sağlayan bir yoldur. Canlı sistemlerde ise ısıtmak hücreye zarar vereceğinden, aktivasyon enerjisi, enzim kullanılarak düşürülür.
Enzimler aktivasyon enerjisini düşürse de hücreler görevlerini sürdürebilmek ve hücrede gerçekleşen pek çok kimyasal tepkimenin devamlılığını sağlamak için enerjiye ihtiyaç duyar. İşte bu enerji besinlerde bulunan organik moleküllerin yıkılması sonucu açığa çıkan kimyasal enerjidir. Bu kimyasal enerji hücrede doğrudan kullanılamaz ve ATP (adenozin trifosfat) adı verilen özel bir molekülün yapısında tutulur.
ATP, üç farklı kısımdan oluşan bir moleküldür. ATP molekülü, adenin denilen azotlu organik bir baz, beş karbonlu bir karbonhidrat olan riboz şekeri ve birbirine bağlanmış üç fosfat grubundan meydana gelir. Adenin bazı ve riboz şekeri organik, fosfat grubu ise inorganik yapıdadır
ATP molekülündeki fosfat grupları arasındaki bağlar yüksek enerjilidir. Bu bağlar kısa bir çizgi (~) ile gösterilir. En uçtaki fosfat bağının bir molekül su ilave edilip kırılmasıyla ATP’nin hidrolizi gerçekleşir ve bir molekül inorganik fosfat (Pi) ATP’den ayrılır. Bu tepkime sırasında 7300 cal./mol enerji açığa çıkar. Açığa çıkan bu enerji ise hücre metabolizmasında etkin bir şekilde kullanılır.
ATP + Su D ADP + P + Enerji
Bir ATP molekülünden bir fosfat grubu koptuğu zaman ADP (adenozin difosfat), iki fosfat grubu koptuğu zaman AMP (adenozin monofosfat) oluşur.
İş yapan bir organizma sürekli olarak ATP kullanır ve ATP yenilenebilen bir kaynaktır. ADP’ye bir fosfat grubu bağlanarak ATP sentezlenmesi olayına fosforilasyon, yıkımına ise defosforilasyon denir. ATP sentezi için gereken enerji, organik bileşiklerin yıkımı (katabolizma) sonucu açığa çıkan serbest enerjiden sağlanır. İnorganik fosfat ve enerjinin bu şekilde çevrimi ATP döngüsü olarak adlandırılır ve bu döngü hücredeki enerji veren (ekzergonik) olayları, enerji kullanan (endergonik) olaylara bağlar.
Hücrede iş yapabilmek için kullanılabilen enerjiye serbest enerji denir. Hücrede gerçekleşen kimyasal tepkimeler serbest enerji değişimine göre iki gruba ayrılır. 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. Gerçekleşmesi için enerjiye ihtiyaç duyulan bu tür tepkimelere ise endergonik tepkimeler adı verilir.
ATP yapımı endergonik, yıkımı ise ekzergonik bir olaydır. Çünkü ATP’nin yapımı için enerji gerekirken, ATP’nin yıkımı sonucunda enerji açığa çıkar.
ATP döngüsü : Hücredeki yıkım (katabolik) tepkimeleri sırasında açığa çıkan enerji ADP’nin fosforilasyonu için kullanılır ve ATP yenilenir. ATP’de depolanan kimyasal potansiyel enerji hücresel işlerin çoğunu gerçekleştirir.
B. FOSFORİLASYON ÇEŞİTLERİ
Bir maddeye fosfat grubunun eklenmesine fosforilasyon adı verilir. ATP’nin sentezi bir fosforilasyon olayıdır
ATP sentezi, ökaryot hücrelerin sitoplazmasında, mitokondrilerinde ve kloroplastlarında gerçekleşirken prokaryot hücrelerin sitoplazmasında ve hücre zarında gerçekleşir.
Fosforilasyon olayının gerçekleşmesi için enerjiye ihtiyaç vardır. Fosforilasyon tipini, ADP molekülüne Pi eklenmesi sırasında kullanılan enerji çeşidi belirler. Hücrelerde ATP sentezi sırasında fotofosforilasyon, substrat düzeyinde fosforilasyon ve oksidatif fosforilasyon olmak üzere üç çeşit fosforilasyon görülür.
1. Fotofosforilasyon : Klorofile sahip olan hücrelerde, güneş enerjisi yardımıyla inorganik maddelerden organik madde sentezini sağlayan fotosentez olayı gerçekleşir. Fotosentezin ışıklı tepkimelerinde ışık enerjisi kullanılarak ADP molekülüne bir fosfat grubunun eklenmesine fotofosforilasyon denir. Bu sayede ışık enerjisi ATP formunda kimyasal enerjiye dönüştürülür. Üretilen ATP molekülleri ise fotosentezde glikoz ve diğer organik besinlerin sentezi sırasında kullanılır.
2. Substrat düzeyinde fosforilasyon : Substrat olarak kullanılan bir organik molekülden enzimler yardımıyla fosfat grubunun koparılarak ADP molekülüne eklenmesine substrat düzeyinde fosforilasyon denir. Bu olay, hücre sitoplazmasında ve mitokondrinin matriksinde gerçekleşir.
3. Oksidatif fosforilasyon : Organik besinlerin kademeli olarak yıkılması sonucu oluşan yıkım ürünlerinden gelen elektronlar elektron taşıma zincirine (ETS) aktarılır. ETS aracılığı ile bir molekülden diğerine indirgenme - yükseltgenme tepkimeleriyle taşınan bu elektronların enerjisi kullanılarak ADP molekülünden ATP sentezlenir. Bu olaya oksidatif fosforilasyon denir. Oksidatif fosforilasyon olayı prokaryotlarda hücre zarındaki, ökaryotlarda ise mitokondri zarındaki ETS elemanları aracılığı ile gerçekleşir.
Kemosentez olayında oksidatif fosforilasyon ile ATP sentezi gerçekleşir
UNİTE 1 - 2.KONUFotosentez
Yeryüzündeki yaşam güneşten gelen enerjiye bağlıdır. Fotosentez ışık enerjisini kullanabilen tek biyolojik olaydır. Fotosentetik organizmalar, güneşten gelen ışık enerjisini kullanarak organik madde sentezlerler ve ışık enerjisini bu maddelerdeki kimyasal enerjiye dönüştürürler. Karbondioksit, su ve güneş enerjisi kullanılarak özümleme ile organik maddelerin sentezlendiği olaya fotosentez adı verilir. Biyosferde en önemli enerji dönüşümü fotosentezle gerçekleştirilir.
A. FOTOSENTEZİN CANLILAR İÇİN ÖNEMİ
Fotosentetik organizmaların büyük çoğunluğunu bitkiler oluşturur. Klorofil gibi özel pigmentlere sahip bitkiler, algler ve bazı bakteriler, güneşin ışık enerjisini organik besin maddelerindeki kimyasal bağ enerjisine dönüştürür. Yeryüzündeki canlıların büyük çoğunluğu, enerji ihtiyaçlarını karşılamak için doğrudan veya dolaylı olarak fotosenteze bağımlıdırlar.
İnorganik maddelerden ihtiyaç duydukları organik maddeleri sentezleyen canlılara ototrof (üretici) canlılar denir. Organik madde sentezi için ışık enerjisi kullanan ve klorofil pigmenti içeren ototroflara ise fotosentetik ototrof adı verilir.
B. FOTOSENTEZİN BULUNUŞU
Doğada çok önemli bir olay olan fotosentez, hem geçmişte hem de günümüzde bilim insanlarının ilgisini çekmiş ve araştırma konusu olmuştur
* 1772 yılında Joseph Priestley; bitkilerin havaya O2 verirken havadaki CO2′yi kullandığını, yani bitkilerin havayı temizlediğini gözlemlemiştir.
* 1779 yılında Jan Ingenhousz; bitkilerin sadece yeşil kısımlarının fotosentez yaptığını, gündüzleri oksijen geceleri ise karbondioksit açığa çıkardığını göstermiştir.
C. FOTOSENTEZ REAKSİYONLARI
Fotosentez olayı iki evreler gerçekleşir. Işığa bağımlı reaksiyonlar adını alan ilk evrede güneş enerjisi kimyasal enerjiye dönüştürülür. Işıktan bağımsız reaksiyonlar adını alan ikinci evrede ise CO2 kullanılarak organik madde sentezlenir.
1- IŞIĞA BAĞIMSIZ REAKSİYONLAR
Fotosentez tepkimeleri klorofilin ışık tarafından uyarılmasıyla başlar. Tilakoit zarlarda: ferrodoksin(fd), sitokrom kompleksi (stk), plastokinon (pq) ve plastosiyanin (pc) den oluşan elektron taşıma sistemi (ETS) bulunur. Klorofilden ayrılan elektronlar ETS’de yükseltgenme – indirgenme kurallarıyla bir molekülden diğerine aktarılır.
Işığa bağımlı reaksiyonlarda güneş enerjisi kullanılarak su parçalanır (Fotoliz). Böylece elektronlar, protonlar ve oksijen serbest kalır. Elektron ve protonlar ATP ve NADPH oluşturmak için kullanılırken oksijen atmosfere verilir. Işık enerjisi kullanılarak ADP’ye bir fosfat grubunun katılmasıyla ATP sentezlenmesine fotofosforilasyon denir. Işık reaksiyonları; devirsiz ve devirli fotofosforilasyon olmak üzere iki yolla gerçekleşir.
a. Devirsiz fotofosforilasyon
Bu reaksiyonlarda gerçekleşen olaylar şu şekilde özetlenebilir:
*FS II’nin ışığı soğurmasıyla klorofilden ayrılan elektronlar ilk alıcı tarafından tutulur ve ETS’ye aktarılır.
* FS II’den ayrılan elektronların yerini suyun parçalanmasıyla oluşan elektronlar alır. Bu arada açığa çıkan oksijen atmosfere verilir.
* ETS ‘ye geçen elektronların taşınması sırasında açığa çıkan enerji ile ATP sentezlenir. Bu elektronlar FS I’in elektron açığını kapatır. Çünkü FS I’deki klorofil molekülü daha önce uyarılmış ve elektron kaybetmiştir.
* FS I’den ayrılan elektronlar ferrodoksinden NADP’ye taşınır ve NADP protonlarla birleşerek NADPH’ı oluşturur.
b. Devirli fotofosforilasyon
Bu reaksiyonlarda gerçekleşen olaylar şu şekilde özetlenebilir:
*FS I’in ışığı soğurmasıyla klorofilden ayrılan elektronlar ilk alıcı tarafından tutulur ve ETS’ye aktarılır.
* Elektronların ETS’de taşınması sırasında açığa çıkan enerji ile ATP sentezlenir.
* Bu elektronlar tekrar FS I’deki klorofil molekülüne geri döner.Ha
2- IŞIKTAN BAĞIMSIZ REAKSİYONLAR
Kloroplastın stromasında gerçekleşen bu evrede ışığa doğrudan gerek duyulmaz. Ancak ışık reaksiyonlarında oluşan ATP ve NADPH gereklidir. Işıktan bağımsız reaksiyonlarda gerçekleşen kimyasal olaylarda enzimler görev alır. Bu nedenle fotosentezin bu evresi sıcaklıktan etkilenir.
Calvin döngüsü olarak da adlandırılan bu reaksiyonlarda CO2 beş karbonlu bir şekerle(ribuloz difosfat) birleşir. Daha sonra NADPH’dan gelen elektronlar ve ATP enerjisi kullanılarak üç karbonlu bir şeker olan fosfogliser aldehit (PGAL) oluşur. PGAL’in bir kısmı ribuloz difosfatın yeniden üretiminde kullanılırken bir kısmı da glikoz gibi organik moleküllerin sentezinde kullanılır.
Fotosentezin ışıktan bağımsız reaksiyonlarına bir molekül CO2’nin katılması için 3 ATP ve 2 NADPH gereklidir. Bir molekül glikozun üretimi için 6 CO2 molekülüne ihtiyaç duyulduğuna göre ışığa bağımlı reaksiyonlardan 18 ATP ve 12 NADPH’ın gelmesi gereklidir.
Işıktan bağımsız reaksiyonlarda oluşan PGAL’in bir bölümü glikoz oluşumuna katılırken bir bölümü de yağ asidi, gliserol, amino asit, vitamin ve nükleotitlerin yapımında kullanılır.
* 1804 yılında Nicolas Theodore de Saussure; bitki ağırlığına dayanarak fotosentezde su kullanıldığını saptamıştır.
* 1883 yılında Theodor Wilhem Engelmann ışığın dalga boyunun fotosentezde etkili olduğunu; mor - mavi ve kırmızı ışıkta fotosentezin daha fazla yeşil ışıkta ise daha az gerçekleştiğini bulmuş ve bunu bir deney ile göstermiştir.
Engelmann, yeşil ipliksi alg (Spirogyra) üzerine prizmadan geçirilerek farklı dalga boylarına ayrılmış güneş ışınlarını düşürmüştür. Kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi ve mor dalga boylarındaki ışınların bulunduğu sisteme algin fotosentez hızını ölçmek için aerobik bakterileri eklemiştir. Deney sonunda aerobik bakterilerin algin en çok oksijen oluşturduğu noktalarda yani mavi, mor ve kırmızı ışınların düştüğü noktalarda toplandığı görülmüştür. Bakterilerin toplanması, fotosentezin bu bölgelerde daha hızlı gerçekleştiğini dolayısıyla daha fazla oksijen üretildiğini göstermiştir.
Engelmann deneyi : Bu deney ile klorofilin en çok mor, mavi ve kırmızı en az yeşil ışığı soğurduğu açıklanmıştır.
* 1930′lu yıllarda Cornelis Bernardus Van Niel; fotosentez sırasında açığa çıkan oksijenin kaynağının su olduğunu ileri sürmüştür. Van Niel, CO2 kullanarak kendi besinini oluşturan ancak atmosfere oksijen vermeyen bakteriler üzerinde çalışmalar yapmıştır. Bu çalışmalarının sonucunda bazı bakterilerin gerçekleştirdiği fotosentezde H2O yerine H2S kullanılabildiğini ve yan ürün olarak oksijen yerine kükürt gazı çıktığını saptamıştır
* 1937 yılında Robert Hill tarafından, fotosentezde açığa çıkan oksijenin kaynağının su olduğu bir deneyle ispatlamıştır. Deneyde, Chlorella cinsi yeşil algin ortamına ağır oksijen taşıyan su molekülleri (H2O18) ile normal CO2 verilmiştir. Deneyin sonunda fotosentez sonucu açığa çıkan oksijenin ağır oksijen olduğu ve oksijenin sudan geldiği ispatlanmıştır. Ağır oksijen taşıyan karbondioksit (CO18 ) kullanıldığında ise, ağır oksijen molekülüne glikozun yapısında rastlanmıştır
UNİTE 1 - 3.KONU Kemosentez
→Bazı bakterilerin, inorganik maddeleri oksitleyerek; inorganik maddelerden organik besin sentezlemelerine kemosentez denir.→Kemosentezde klorofil ve ışık kullanılmaz.→Dış ortama oksijen gazı verilmez.→Gece-gündüz kesintisiz devam eder.→Kemosentez; nitrit, nitrat, kükürt, demir, metan ve hidrojen bakterilerinde gerçekleşir.**Nitrit bakterilerinde kemosentez:→Nitrit bakterisi, önce amonyağı oksitleyereknitrite dönüştürür ve açığa çıkan enerji ile ATP sentezler.→Daha sonra karbondioksit ve su molekülünü, ATP harcayarak birleştirir ve glikoz sentezler. **Nitrat bakterilerinde kemosentez:→Nitrat bakterisi, önce nitriti oksitleyerek nitrata dönüştürür ve açığa çıkan enerji ile ATP sentezler. →Daha sonra karbondioksit ve su molekülünü, ATP harcayarak birleştirir ve glikoz sentezler. Not: →Nitrit ve nitrat bakterilerinin gerçekleştirdikleri bu dönüşüme nitrifikasyon adı verilir. →Kemosentezde hidrojen kaynağı olarak, sadece su kullanılmaz. →Bazı bakteriler su yerine, H2S ya da H2 molekülünü kullanırlar. **Kükürt bakterilerinde kemosentez: 2H2S + O2 --------> 2H2O + 2S + ATP2S + 2H2O + 3O2 -----> 2H2SO4 + ATP **Demir bakterilerinde kemosentez: 4FeCO3 + 6H2O + O2 -----> 4Fe(OH)3 + 4CO2 + ATP **Metan bakterilerinde kemosentez: Metan gazı üreten bakterilerde kemosentez: CO2 + 4H2 ----> CH4 + 2H2O + ATP Metan gazı parçalayan bakterilerde kemosentez: CH4 + 2O2 ----> CO2 + 2H2O + ATP**Hidrojen bakterilerinde kemosentez: 2H2 + O2 ----> 2H2O + ATP
UNİTE 1 - 4.KONU Solunum
1. GLİKOLİZ VE KREPS REAKSİYONLARI ***Glikoliz evresi: C6H12O6 + 2 ATP ----> 2 Piruvat + 2 NADH2 + 4 ATP (Glikoz) 2 ATP net kazanç elde edilir. →Glikoliz evresi, bütün canlılarda ortak olarak gerçekleşir. →Çünkü bu evrenin gerçekleşmesi için kullanılan enzimler, bütün canlılarda ortak olarak bulunur. →Glikoliz evresinin amacı: substrat düzeyinde fosforilasyonla ATP sentezlemektir.Glikoliz evresi tepkimeleri:→Glikoz molekülü, ATP’ den 1 fosfat alır ve glikoz mono fosfat molekülüne dönüşür. →Glikoz monofosfat, enzimler yardımıyla fruktoz monofosfat
Yorumlar
Yorum Gönder