Kemosentez

Kemosentez Olayı

Güneş ışığının ulaşamadığı okyanusların derin bölgelerinde yaşam oldukça sınırlıdır. Ancak 1970'li yıllarda, Galapagos Adaları yakınlarında deniz seviyesinden 1.600 metre derinlikte, birçok canlı türünün volkanik bacalar etrafında yaşadığı keşfedilmiştir. Bu canlılar, güneş ışığı olmadan yaşamlarını sürdürmekte ve kemosentez adı verilen bir süreçle enerji üretmektedir.

Kemosentez Nedir?

Kemosentez, klorofile sahip olmayan bazı ototrof prokaryotların, güneş ışığı yerine inorganik maddeleri oksitleyerek enerji elde ettiği bir biyokimyasal süreçtir. Bu enerji, ATP ve NADPH üretiminde kullanılır ve ardından organik madde sentezi gerçekleştirilir. Kemosentez sırasında enerji; hidrojen sülfür (H₂S), amonyak (NH₃), demir (Fe²⁺), nitrit (NO₂⁻), kükürt (S) gibi kimyasal maddelerin oksidasyonundan sağlanır.

Kemosentez Süreci

Enerji Kaynağı: İnorganik maddeler oksitlenerek enerji elde edilir.

Elektron Taşıma Sistemi (ETS): Oksidasyon sırasında açığa çıkan elektronlar ETS’den geçirilerek ATP ve NADH/NADPH sentezlenir.

Calvin Döngüsü: Üretilen ATP ve NADH, Calvin döngüsünde karbon fiksasyonu için kullanılır ve organik madde sentezlenir.

Kemosentez Yapan Canlılar

Kemoototrof Canlılar: Nitrifikasyon bakterileri, kükürt bakterileri, hidrojen bakterileri ve bazı arkeler.

Nitrifikasyon Süreci: Topraktaki amonyak (NH₃), nitrit (NO₂⁻) ve nitrat (NO₃⁻) gibi bitkiler tarafından kullanılabilir bileşiklere dönüşür. Bu süreçte açığa çıkan enerji, besin sentezi için kullanılır.

Örnek Tepkimeler

Amonyak Oksidasyonu: 2NH₃ + 3O₂ → 2HNO₂ + 2H₂O + Enerji

Nitrit Oksidasyonu: 2HNO₂ + O₂ → 2HNO₃ + Enerji

Bu süreç, okyanus diplerinde ve karasal ekosistemlerde, özellikle azot döngüsünde önemli bir rol oynar.

Kemosentezin Azot Döngüsüne Katkısı

Bitkiler, havadaki karbondioksiti (CO₂) bağlayarak organik bileşikler sentezleyebilirken, atmosferde bulunan azot gazını (N₂) doğrudan kullanamaz. Gelişimleri için büyük önem taşıyan azot, bitkiler tarafından azotlu bileşikler hâlinde topraktan alınır. Bu sürecin temel taşı, doğada azot döngüsünün gerçekleşmesidir.

Azot Döngüsünde Kemosentezin Rolü

Kemosentetik Bakteriler: Topraktaki azotlu organik maddeleri bitkilerin kullanabileceği nitrat ve nitrit gibi bileşiklere dönüştürür. Bu süreçte:

• Amonyak (NH₃): Çürükçül organizmalar tarafından organik maddelerden elde edilir.
• Amonyum (NH₄⁺): NH₃’ye H⁺ iyonlarının eklenmesiyle oluşur.
• Nitrifikasyon: Kemosentetik bakteriler amonyağı nitrata ve nitrite dönüştürerek bitkilerin kullanımına sunar.
• Denitrifikasyon: Denitrifikasyon bakterileri, nitratı parçalayarak azot gazını (N₂) atmosfere geri kazandırır. Bu süreçle döngü tamamlanır.

Kemosentezin Ekosistemdeki Önemi

Madde Döngüsüne Katkı: Kemosentetik bakteriler, çevredeki atık maddeleri ayrıştırarak hem biyolojik dengeyi korur hem de çevre kirliliğini önler.

Endüstriyel Kullanım: Bu bakterilerin enzimleri:

► Atık metallerin toksik özelliklerini azaltır.

► Kalitesiz metal cevherlerini kullanılabilir hâle getirir.

► Boya endüstrisinde oksijensiz arıtma tanklarında atık suyun temizlenmesinde etkilidir.

Volkanik Faaliyetler: Volkanlardan çıkan azotu kemosentezle çözünebilen azot tuzlarına dönüştürerek canlılar için kullanılabilir hâle getirir.

İnsanların Azot Döngüsüne Etkisi

Suni Gübre Üretimi: Endüstriyel yöntemlerle nitratlı gübre üretilir, ancak bu yöntem biyolojik azot kazanımının sadece yarısı kadar katkı sağlar.

Kirlilik: Sanayi ve taşıtlardan yayılan nitrit oksitler hava kirliliğine yol açar. Ayrıca, endüstriyel ve evsel atıklardaki yüksek azot bileşikleri doğaya zarar vererek mikroorganizmaların yaşam alanlarını olumsuz etkiler ve azot döngüsünün dengesini bozar.