Canlılık ve Enerji

Canlılık ve Enerji

► Yeryüzünde yaşamın sürekliliği enerjinin varlığı ve dönüşümüile mümkündür.

► Enerjinin korunumu kanununa göre var olan enerji yok olmaz. Bir formdan başka bir forma dönüşür. Bu dönüşüm sırasında enerjinin bir bölümü ısı enerjisi şeklinde çevreye yayılır. Örneğin; fotosentez yapan canlıların ışık enerjisini, besinlerin yapısındaki kimyasal bağ enerjisine dönüştürmesi gibi.

► Tüm canlılar organik besinlerdeki kimyasal bağ enerjisini ATP'ye dönüştürerek yaşamsal faaliyetlerinde kullanırlar.

► Besinlerde bitkinin kimyasal bağlarındaki potansiyel enerji vücut hücrelerinde ATP enerjisine dönüştürülür.

► Sentezlenen ATP enerjisi de kinetik enerjiye dönüşerek kas vb.yapılarda kasılma, hareket gibi durumları gerçekleştirir. Bu enerji dönüşümü sırasında besinin kimyasal bağlarındaki enerjinin büyük bir kısmı ısı enerjisi olarak açığa çıkar.

Besindeki Kimyasal Bağ Enerjisi ⇒ ATP Enerjisi ≈≈ Isı Enerjisi ⇒ Kinetik Enerji ≈≈ Isı Enerjisi 

Bu nedenle kalabalık ortamlar tenha ortamlarda daha sıcaktır.

► Enerji; iş yapabilme kabiliyeti ve gücüdür.

► Canlıların en küçük ve işlevsel yapı birimi olan hücre canlılığını devam ettirebilmnek için yapım ve yıkım tepkimelerini gerçekleştirir.

► Canlılarda gerçekleşen bu yapım ve yıkım tepkimelerinin tümü Metabolizma olarak adlandırılır.

► Hücrelerde meydana gelen bu metabolik faaliyetler için enerji gereklidir.

► Örneğin hücreler; ürettikleri ya da dış ortamdan hazır aldıkları maddeleri kendi yapılarına uygun hâle getirmek, sentez yapmak ve madde alışverişini sağlamak için enerji harcar.

► İnsanlar fiziksel aktivitede bulunurken, otururken, düşünürken, konuşurken, müzik dinlerken hatta uyurken bile enerji üretir ve tüketir.

► Örneğin sinir hücrelerindeki kimyasal enerji, elektrik enerjisine dönüşerek bilgiler beyne iletilir.

► Kulağa gelen ses, duyu hücreleri tarafından algılandıktan sonra sinirlere aktarılır.

► Kulak sinirleri tarafından alınan ses, elektrik enerjisine dönüştürülerek beyne iletilir ve böylece duyma gerçekleşir.

► Enerji; ısı, ışık, elektrik, ses, hareket, kimyasal ve nükleer enerji gibi şekillerde bulunabilir.

Canlıların Kullandığı Bazı Enerji Çeşitleri

Kinetik Enerji: Bir cismin ya da sistemin hareketinden dolayı sahip olduğu enerjiye kinetik enerji denir. Örneğin buz parçasından koşarak suya atlayan penguenlerin hareketlerinden dolayı kinetik enerjileri artar. Ayrıca koşmaya başlayan bir insanın, uçuşa geçen bir kuşun kinetik enerjisi artar.

Potansiyel Enerji: Durağan hâldeki bir cismin ya da maddenin biriktirdiği varsayılan enerjiye ise potansiyel enerji adı verilir. Örneğin fotosentez sonucu üretilen organik besinlerin yapısında depolanan kimyasal bağ enerjisi bir potansiyel enerjidir. Bu iki enerji formu da birbirine dönüşebilir. Hayvanlarda potansiyel enerji, kinetik enerjiye; kinetik enerji de potansiyel enerjiye dönüştürülerek yaşamsal faaliyetler sürdürülür. Enerjinin hücrelerde üretimi, başka formlara dönüşümü, bir hücreden diğer bir hücreye ya da bir canlıdan başka bir canlıya aktarılması ekosistemlerin devamlılığı açısından oldukça önemlidir. 

► Kemosentez yapan canlılar hariç canlıların kullandığı enerji çeşitlerinin çoğunun kaynağı güneş enerjisidir. 

Enerjinin Temel Molekülü ATP (Adenozin Trifosfat)

► Canlılar, metabolik faaliyetleri için gerekli olan enerjiyi ürettikleri ya da dış ortamdan hazır aldıkları besinlerden sağlar.

► Fotosentetik canlılar, Güneş enerjisini kullanarak besin üretir.

► Besinlerdeki kimyasal enerji, doğrudan kullanılamaz.

► Canlılar, hücresel solunumla besinlerden elde ettikleri kimyasal enerjiyi ATP adı verilen özel bir molekülün yapısında kimyasal bağ enerjisi olarak tutar.

► ATP, canlılardaki tüm yaşamsal faaliyetlerde kullanılan temel enerji kaynağıdır.

► Her hücre, metabolizması için gerekli olan ATP’yi kendisi sentezler. ATP; depolanmaz, anlık olarak üretilir ve tüketilir.

► Canlıda ATP; elektrik, ısı, kimyasal, potansiyel, kinetik enerji gibi başka enerji formlarına kolayca dönüşebilir.

ATP Molekülünün Yapısı

► ATP molekülünün yapısında;

♦ İki organik grup (Azotlu organik baz ve beş karbonlu şeker)

♦ Bir tane inorganik grup (üç fosfat grubu) bulunur.

1. ADENİN (Azotlu Organik Baz): Bir pürin bazıdır. DNA ve RNA'daki nükleotitlerin yapısına da katılır. Adenin riboza Glikozit Bağı ile bağlanır.

2. RİBOZ (Beş karbonlu şeker): Monosakkaritlerden pentoz grubu beş karbonlu bir şekerdir. RNA'nın yapısına da katılır. Riboz 1.Fosfat Grubuna Ester Bağı ile bağlanır.

3. Üç Adet Fosfat Grubu: Asit özelliktedir. 1. ve 2. ile 2. ve 3.P grupları arasında yüksek enerjili fosfat bağları vardır. ATP enerjisi bu bağlarda depolanır.

► Fosfat grubu genellikle H₃PO₄ ile simgelenir ve P_i şeklinde kısaltılarak ifade edilir.

► Enerjinin depolanmasını ve aktarılmasını bu fosfat grupları sağlar.

ATP'nin Sentezlenmesi ve Yıkımı

► ATP'nin sentezlenmesine Fosforilasyon denir. Hücrede ADP'ye 1 fosfat grubu eklenerek ATP sentezlenir.

                              Dehidrasyon

ADP + P_i + Enerji  ——————> ATP + H₂O (Endergonik Tepkime)

                             Fosforilasyon

► ATP'nin yıkımına Defosforilasyon denir. Su ve ATPaz enzimi aracılığıyla ATP'deki fosfat bağı koparılarak ATP parçalanır ve ATP enerjisi açığa çıkarılır.

                     Hidroliz

ATP + H₂O  ———————> ADP + P_i + ATP Enerjisi (Ekzergonik Tepkime)

                     Defosforilasyon

► Adenin bazı riboza glikozit bağı ile bağlanır. Bu bağlanma ile Adenozin Nükleozit oluşur.

► Riboz 1.fosfat grubuna ester bağı ile bağlanır. Tek fosfat içeren ndenozin nükleozit Adenozin Monofosfat (AMP) adını alır.

► 1.fosfat ile 2.fosfat grubu fosfat bağı ile bağlanır. Adenozin Difosfat (ADP) adını alır.

► 2.fosfat ile 3.fosfat arasında tekrar fosfat bağı kurulu ve Adenozin Trifosfat (ATP) oluşur.

► ATP'nin bu şekilde sentezlenmesi bir Dehidrasyon sentezidir ve su oluşur.

► ATP'nin yıkımı Hidroliz ile olur. Yıkımında önce 3.fosfat grubu kopar. ADP oluşur ve enerji serbest kalır.

► Sonra 2.fosfat grubu kopar ve AMP oluşur, enerji serbest kalır. Bu esnada su kullanılır.

ATP Molekülünün Özellikleri

► ATP molekülü enerji depolar ancak kendisi hücrelerde depo edilemez.

► Tüm canlılar tarafından sentezlenir.

► ATP molekülü hücre zarından geçemez. Bu nedenle her hücre kendi ATP'sini kendi üretir ve hücre içinde harcanır.

► Hücreden hücreye transfer edilemez.

► Hücre dışı olaylarda (besinlerin sindirimi gibi) kullanılmaz.

► Asıl kaynağı güneştir.

► Yapı bakımından en çok RNA'daki adenin ribonükleotite benzer.

► Yapısında protein, peptit bağı ve yağ yoktur.

► ATP sentezini ATP Sentaz, yıkımını ise ATP Nükleaz anzimi yapar.

Canlılarda ATP'nin Sentezlenme Yolları (Fosforilasyon Çeşitleri)

1. Substrat Düzeyinde Fosforilasyon

♦ Tüm canlılarda görülür. O₂'li ve O₂'siz solunum, fermantasyon olaylarında sitoplazmada gerçekleşen Glikoliz Evresinde bu fosforilasyon çeşidi ile ATP sentezi olur. Bu olay tüm canlılarda ortaktır.

♦ Ayrıca O2'li ve O2'siz solunumun Krebs Evresinde bu yolla ATP üretimi olur.

2. Oksidatif Fosforilasyon

♦ O2'li ve O2'siz solunumun ETS (Elektron Taşıma Sistemi) Evresinde ve Kemosentez sırasında ATP üretimi bu yolla olur.

3. Fotofosforilasyon

♦ Fotosentez tepkimeleri sırasında üretilen ATP'dir.

► Hücreler ATP'nin sentezlendiği ve kullanıldığı enerji dönüşüm olaylarını gerçekleştirdikleri sürece canlılıklarını sürdürebilirler.

► ATP'deki yüksek enerjili fosfat bağlarının birinin kopması ile hücrede yaklaşık 13.000 kalori, laboratuvar ortamında ise 7.300 kalorilik enerji açığa çıkar.

► Bu oran normal bir kimyasal bağın kopmasıyla açığa çıkan enerjinin en az iki katıdır.