AÖL Seçmeli Biyoloji 3 Dersi Ders özeti, Konu anlatımı, Ders notu - Ünite 2 - Açık Lise
Canlıların yaşamsal faaliyetlerini gerçekleştirebilmeleri için enerjiye ihtiyaçları vardır. Enerjinin esas kaynağı Güneş’tir. Güneş’ten aldıkları ışıklar ile besin üreten ototrof canlılar sayesinde enerji akışı başlar ve besin döngüsü oluşur. Bu sayede bütün canlılar yaşamları ve yaşamlarını sürdürmek için gerçekleştirdikleri yapım ve yıkım olayları için enerji kazanmış olur.
Canlılar hücresel solunum yoluyla besinlerden kimyasal enerji elde ederek ATP üretirler. ATP, hücrenin yaşamsal faaliyetleri için gerekli enerji kaynağıdır. Her canlı kendi metabolizması için gerekli olan ATP’yi kendi sentezler. ATP anlık olarak üretilen ve depolanamayan bir enerjidir. ATP’nin yapısında adenin bazı, üç adet fosfat grubu ve 5 karbonlu riboz şekeri bulunmaktadır.
Bir fosfat grubunun organik moleküller ile birleşmesine fosforilasyon denir. Enerji kaynağına göre 3 çeşit fosforilasyon vardır; oksidatif fosforilasyon, substrat düzeyinde fosforilasyon ve fotofosforilasyon. Substrat düzeyinde fosforilasyon; organik moleküllerden ayrılan fosfat grubunun ADP’ye eklenerek ATP oluşmasıdır. Oksidatif fosforilasyon; organik moleküllerin ETS aracılığıyla oksijene aktarılmasıdır. Fotofosforilasyon; fotosentez yapan canlıların ATP sentezlenmesidir.
Yeryüzündeki tüm canlılar için fotosentez son derece önemli bir yere sahiptir. Yaşamın sürdürülebilmesi için fotosentez ile besin döngüsünün oluşması gerekmektedir. Organik madde sentezleyen canlılara ototrof, bu besinleri tüketen canlılara heterotrof canlılar denir. Bu organik maddeler fotosentez yolu ile üretilirse fotoototrof canlılar, kemosentez ile üretilirse kemoototrof canlılar adı verilir.
Fotosentez Sürecinin Anlaşılmasına Katkı Sağlayan Bilim İnsanları ve Çalışmaları Fotosentez ve Fotosentezin Gerçekleştiği Yapılar
1774 yılında Joseph Priestley oksijeni bularak fotosentez için en önemli elementi bulmuştur. 1820 yılında Theodore De Saussure, bitkilerin ışık olduğunda karbondioksit alarak oksijen verdiğini ölçmüştür. 1930 yılında C.B.Van Niel, fotosentezde hidrojen kaynağı olarak suyun kullanıldığını bulmuştur. 1937 yılında Robert Hill fotosentezin ışığa bağlı olduğunu bulmuştur.
Fotosentezin reaksiyonları ışığa bağımlı ve ışığa bağımsız olarak gerçekleşmektedir.
Fotosentezin ışığa bağımlı reaksiyonları, ökaryot hücrelerin kloroplast organelinin granalarında; prokaryot hücrelerin hücre zarı kıvrımında gerçekleşmektedir. Bu evrelerde ışık enerjisi kimyasal enerjiye dönüştürülür ve ATP geçici olarak depolanır. Ayrıca bu evrede fotoliz gerçekleşir.
Fotosentezin ışığa bağımlı reaksiyonları, ökaryot hücrelerin kloroplast organelinin stromalarında; prokaryot hücrelerin sitoplazmasın gerçekleşmektedir. Bu reaksiyonlar Kalvin döngüsü olarak da bilinmektedir.
Glikoz, güneş enerjisinin kimyasal enerjiye dönüştürülmesi sırasında oluşan organik moleküldür.
Fotosentez hızını etkileye faktörler; klorofil miktarı, ışık şiddeti, ışığın dalga boyu, CO2 yoğunluğu ve sıcaklık gibidir. Bu faktörlerden hangisinin miktarı en az ise fotosentez hızını o belirler.
Optimum koşullar olduğunda klorofil miktarı arttıkça fotosentez hızı da artar.
Işık olmadan fotosentez olması söz konusu değildir. Işık şiddeti arttıkça fotosentez hızı da artar.
Fotosentez mor, mavi ve kırmızı ışık dalga boyunda daha hızlı; yeşil dalga boyunda en yavaştır.
Ortamda CO2 yoğunluğu arttıkça fotosentez hızı belirli bir yere kadar ancak bir noktadan sonra hız sabit kalır.
Sıcaklık optimum seviyedeyken fotosentez en hızlı durumdadır.
Tarımsal Ürün Miktarını Artırmada Yapay Işıklandırma
Kış aylarında ışık seviyesinin azalması ve havaların soğumasından dolayı tarımda yapay ışıklandırma kullanılmaktadır. Yapay ışıklandırma, bitki geliştirme ve yetiştirmede kullanılır.
Ototrof canlılar grubunda yer alan canlılar inorganik maddeleri organik maddeye çevirirken kullandıkları enerji çeşidine göre iki farklı grupta incelenir. Fotosentetik ototrof grubunda yer alan canlılar gerekli enerjiyi ışıktan alırken, kemosentetik canlılar ise inorganik yapıda bulunan maddeleri oksitleyerek açığa çıkan enerjiyi kullanırlar. Bazı prokaryot canlılar tarafından gerçekleştirilen bu işleme kemosentez adı verilir.
Kemosentez yapabilen canlılar grubunda yer alan nitrat ve nitrit bakterileri doğadaki azot döngüsünde önemli bir role sahiptir. Bitkilerin azotu topraktan alabilmesi için azot tuzu haline getirilmesi gerekir. Ölü canlı organizmalarında yer alan azotlu bileşikler bazı ayrıştırıcı canlılar tarafından NH3’e dönüştürülür. NH3 bileşiğinin nitrit ve nitrat tuzuna dönüştürülmesinde ise kemosentez yapabilen bakteriler görev alır.
Tüm canlı hücreleri çoğalmak ve canlılığını sürdürebilmek için enerjiye ihtiyaç duymaktadır. Bitkiler tarafından fotosentez ile üretilen organik besinler oksijen ile parçalanarak solunum olayında enerji elde edilir. Hücrelerde bulunan yağ asidi, glikoz, gliserol ve aminoasit gibi moleküllerde bulunan kimyasal bağ enerji ise ATP üretilmesi olayına hücresel solunum adı verilir.
Canlı vücutlarında gerçekleştirilen tüm metabolik faaliyetler için enerjiye ihtiyaç duyulmaktadır. Enerji ihtiyacında kullanılan ATP hücre dışından hazır olarak alınamadığından hücresel solunum ile elde edilir.
Gelişmiş canlılarda daha çok görülen hücresel solunum çeşidinde besinlerin yapı taşları, oksijen ve enzimler sayesinde su ve karbondioksite dönüştürülür. Oksijensiz solunuma göre daha fazla ATP sentezlendiğinden bu solunum çeşidini gerçekleştiren canlılarda metabolizma oldukça hızlıdır.
Enerji üretimi ile görevli olan organel mitokondri, çift katlı zara sahiptir. Dış yüzeyinde bulunan zar düz bir yapıya sahipken, iç yüzeyinde bulunan zar girintili ve çıkıntılı bir yapıya sahiptir. Bu kıvrımlar sayesinde solunum sırasında yüzey alanını genişleterek daha fazla ATP sentezlenmesini sağlar.
Oksijenli solunum sırasında organik bileşik olarak glikoz kullanıldığında, ilk aşama olarak glikoliz evresinin gerçekleşmesi şarttır. Solunumda tüketilecek olan glikoz 6 karbonlu bir yapıya sahip olduğundan bazı enzimler yardımıyla pirüvat adı verilen 3 karbonlu bir yapıya dönüştürülür. Bu evrede ATP üretilirken, aynı zamanda ATP de harcanır.
Oksijenli solunumun en önemli evresi olan krebs döngüsü başlamadan önce pirüvik asitler mitokondri içerisinde bulunan matriks adlı yapıya geçerek NADH oluşumu ve karbondioksit çıkışı ile asetil-CoA adındaki iki karbonlu bir yapıya dönüşür. Ortamda yeteri kadar oksijen bulunmadığında bu evre gerçekleşemez ve solunum oksijensiz olarak devam eder.
Bu evre bir önceki aşamada oluşturulan iki karbonlu yapı ile matriks içerisinde hazır olarak yer alan 4 karbonlu yapının bir araya gelerek 6 karbona sahip sitrik asit oluşması ile başlar. Bu aşamadan sonra sürekli gerçekleşen reaksiyonlar ile dört karbonlu organik yapılı bir madde yeniden üretilir ve bu evre sona erer.
Glikozun oksijen kullanılmadan parçalanarak ETS yardımı ile ATP sentezlenmesi olayına oksijensiz solunum adı verilir. Bu solunum çeşidinde son elektron alan O2 molekülü haricinde bir inorganik bileşiktir. Son elektron alıcı inorganik bileşiklerin elektron çekme kuvveti az olduğundan oksijenli solunuma göre daha az ATP üretilir.
Oksijen kullanılmadan hücresel solunumun ilk aşaması olan glikoliz ile ATP üretilebilen sürece fermantasyon adı verilir. Bu aşamada oluşturulan pirüvik asit oksijensiz bir ortamda laktik asit veya etil alkol adı verilen son ürünlere dönüştürülebilir.
Glikoliz evresi sonucunda oluşan pirüvik asitler enzimler yardımı ile etil alkole dönüşebilir. Bir adet glikozdan 2 adet pirüvik asit oluştuktan sonra son ürünlerde ise iki adet karbondioksit çıkışı gerçekleşir. İlk evrede elden edilen NADH moleküllerinde bulunan hidrojenler son ürün evresinde bazı tepkimeler ile etil alkol oluşumunu sağlar.
Diğer bir fermantasyon çeşidi olan laktik asit fermantasyonunda diğeri gibi karbondioksit çıkışı olmaz. Geri kalan tüm aşamalar aynıdır. Glikoliz evresinde oluşan pirüvik asitler gerekli olan enzimler yardımı ile laktik asit adı verilen son ürünlere dönüşür.
Doğada üretici ve tüketici olmak üzere iki farklı canlı türü bulunmaktadır. Üretici olan canlılar yapısında bulunan klorofil sayesinde karbondioksit ve suyu kullanarak oksijen üretirler. Tüketici grubunda yer alan canlılar ise doğaya salınan bu oksijen yardımı ile hücre içi solunum yaparak enerji üretirler. Oksijenli solunumun gerçekleşebilmesi için fotosentez yapabilen canlıların doğada bulunması şarttır.