BİYOLOJİK SİSTEMLERDE KİMYA

1. BİYOLOJİK SİSTEMLERDE KİMYA

2. İÇERİK; • FOTOSENTEZ • SOLUNUMUN TEMEL TEPKİMELERİ • SİNDİRİM • DOĞAL DENGENİN KORUNMASI

3. FOTOSENTEZ Fotosentez, klorofil (kromozomlarda) taşıyan canlılarda ışık enerjisi kullanılarak organik bileşiklerin üretilmesi olayıdır. Bu yolla besin üreten canlıların tümünefotosentetik organizmalar denir ve bunların büyük bır çoğunluğunu bitkiler oluştururlar. Fotosentetik organizmalar, ışık enerjisinden yararlanarak enerjiyi depolarlar ve organik bileşikler üretebilirler. Bitkiler de diğer canlılar gibi yaşamsal etkinlikleri için gerekli enerjiyi organik maddelerin kimyasal enerjisinden sağlarlar. 6CO2(g) + 6H2O(S) (Işık ve Klorofil) → 6CO2(g) + C6H12O6(k)

4. Bunun için de güneş ışığını kullanarak havanın karbondioksitini indirgeyerek organik besinlerini sentez ederler. Bu işlem CO2'in indirgenmesi ve ancak güneş enerjisiyle gerçekleştiriliğinden "fotosentez" olarak anılır. Bu yolla güneşin ışık enerjisi kimyasal enerjiye dönüştürülür ve organik madde sentezi yapılmış olur.

5. Yeryüzündeki her canlı, metabolizma etkinlikleri için gerekli olan enerjiyi temelde üç yoldan sağlar. Fotosentez bir özümleme faaliyetidir ve bu yüzden özümlemeya da asimilasyongibi genel isimlerle de anılır.

6. Yapraklar, bitkilerin besin üretim merkezidir. Bitki yapraklarını oluşturan hücrelerin içinde kloroplast denilen, çok küçük yapılar vardır. Bu yapıların içindeki yeşil renkli boyar madde (pigment) olan klorofil maddesinin görevi ışık yakalamaktır. Kloroplastlar güneş ışınlarını bir panel gibi toplayıp, kollektör gibi enerjiye dönüştürerek besin üretirler. Üretilen besin yapraklardan, bitkinin beslenmesi gereken diğer bölümlerine götürülür.

7. Havadaki karbondioksit, güneş enerjisi kullanılarak, nişasta ve diğer yüksek enerjili karbonhidratlara dönüştürülür. Karbon kullanıldıktan sonra ortaya çıkan oksijen ise havaya bırakılır. Bitki daha sonra besine ihtiyaç duyduğunda bu karbonhidratlarda depoladığı enerjiyi kullanır. Bu bitkilerle beslenen canlılar da bitkide bulunan karbonhidratlardan enerji ihtiyaçlarını karşılarlar.

8. SOLUNUM Canlıların enerji elde etmek için organik besin maddelerini oksijenle parçalamalarına solunum denir. Oksijenle besinlerin parçalanması bir yanma tepkimesidir. Canlılarda organik bileşikler iki şekilde parçalanır. Bunlar oksijenli ve oksijensiz parçalanmadır.

9. Solunum sistemi, kandaki karbondioksit (CO2) gazının oksijen gazı (O2) ile yer değiştirmesini sağlayan sistem. Solunum sisteminde burun ve ağız yardımıyla dışarıdan alınan havanın içindeki oksijen yutak, gırtlak ve soluk borusundan geçtikten sonra akciğerlere gelir. Bronş ve bronşçuklardan sonra alveollere gelir. Alveollerden kana geçer. Kan, hücrelere oksijeni taşır. Hücreler bu oksijeni kullanarak enerji elde ederler. Kan yardımıyla karbondioksit, tekrar alveollere gelir. Alveollerin içindeki kılcal damarlarda bulunan karbondioksit bronşçuk, bronş, soluk borusu, gırtlak ve yutaktan geçtikten sonra bu sefer ağız ve burundan çıkar.

10. OKSİJEN TAŞINMASI Alveollerin çevresini sıkı bir şekilde sarmış olan kılcallardan geçen kırmızı kürecikler (alyuvarlar) oksijen molekülünü hemoglobinle tutarak oksijene gereksinim duyan hücrelere kadar ulaştırırlar ve orada oksijeni hücreye verirler. Hücre zarından geçen oksijen, hücrenin içerisinde mitokondri adı verilen organellere ulaşır. Sindirim sistemiyle ilk olarak sitoplâzmaya ulaşır. Burada küçültülmüş besin molekülleriyle karşılaşır ve onları oksitler.

11. Bu arada enerji açığa çıkar. Besin maddeleri ve oksijenin birleşmesi sonucunda, karbon dioksit, su ve bazen de üre ortaya çıkar. Su, kan yoluyla akciğerlere ve böbreklere ulaştırılarak dışarı atılır. Karbon dioksit ise yine dolaşım sistemiyle akciğerlere geri götürülür ve akciğerlerden dışarı atılır. Azotlu bileşiklerse üreye dönüştürülür ve idrar şeklinde böbreklerden dışarı atılır. 

12. KARBONDİOKSİT BOŞALTIMI Yandaki tepkimede oluşan H+ iyonlarının çoğu hemoglobinle birleşir. HCO3 - ise kan plazmasına geçer.HCO3 - alveol kılcallarına kadar bu şekilde taşınır. HCO3 - iyonları alveol kılcallarında plazmadan alyuvara geçerek H+ atomu ile birleşir, karbonik asiti oluşturur.

13. Serbest kalan karbon dioksit önce kan plazmasına sonra da akciğer alveolüne geçerek soluk verme ile vücudu terk eder.

14. SİNDİRİM Sindirim sistemi mekanik (fiziksel) ve kimyasal sindirim olarak ikiye ayrılır. Mekanik (fiziksel) sindirim molekülleri kücük moleküllere ayırmaktır. Kimyasal sindirim ise besinleri en küçük yapı taşına kadar ayırmaktır. Kimyasal sindirim ağız, mide, ince bağırsaklarda olur.

15. Protein Sindirimi Yediğiniz et, yumurta ve peynirde proteinlerbulunur. Vücudumuzda 100.000’in üzerinde farklı protein vardır. Proteinler C,H,O ve N elementlerinden oluşan önemli moleküllerdir.

16. Bazı proteinlerde Sve Pelementleri de bulunabilir. Proteinler birçok hücrede ve organizmanın yaptığı hemen her işte görev alırlar. Çok farklı görevleri nedeniyle yapıları da çok farklıdır. Proteinlerin amino asitlerden oluştuğunu hatırlayacaksınız. Bütün proteinler 20 çeşit amino asitten oluşturulan polimerlerdir. Amino asidin çeşitliliğini R ile gösterilen grup belirler.

17. Dehidratasyon tepkimeleriyle kurulan peptid bağları, bir amino asidin karboksil grubunu bir sonraki amino asidin amino grubuna bağlarlar. Proteinler, sindirilirken enzimler yardımıyla su ile parçalanırlar. Peptid bağlarının kopmasında görev alan enzim peptidaz enzimidir. Proteinlerin su ile parçalanma işlemi, hidroliz tepkimesine örnektir. Hidroliz tepkimesiyle proteinler, kendilerini meydana getiren, amino asitlere kadar ayrılırlar. Proteinlerin parçalanması ve sindirilmesi midede başlar. Mide çeperindeki özelleşmiş salgılama hücreleri ile pepsin adı verilen bir sıvı salgılar. NOT: Mide asidik sıvı bulundurmasına karşılık zarar görmez. Çünkü mide çeperinde bulunan özelleşmiş salgı hücreleri, mukus adı verilen sıvı salgılar. Bu sıvı asitli ortam ile mide arasında bir kalkan gibi ödev görerek mideyi korur.

18. Karbonhidrat Sindirimi Nişastanın sindirimi yukarıdaki tepkimeye göre ağızda başlar. Tükürük bazik bir çözeltidir ve içindeki amilaz enzimi ile nişasta hidrolize uğrayarak bir kısım nişasta parçalanır. Parçalanmayan nişasta mideye gelir. Midede amilaz üretilmesine rağmen midenin pH = 1,5-2 olduğundan bu enzimler etkisiz hale gelir ve nişasta midede sindirilmez. Mideden oniki parmak bağırsağına geçen nişasta hidrolize uğrayarak glikoza dönüşür. Böylece nişasta sindirimi gerçekleşmiş olur.

19. Yağların Sindirimi Yağlar, gliserin ile yağ asitlerin oluşturduğu polimerik yapılardır. Yağ asitleri, 12-18 karbonlu uzun zincirli moleküllerdir. Ağız ve midede yağ sindirimi olmaz. Yağların sindirimi oniki parmak bağırsağında başlar ve burada tamamlanır. Yağlar karaciğerden gelen bazik safra salgısı ve pankreastan gelen bazik lipaz enzimi yardımıyla hidrolizlenerek yağ asidine ve gliserine parçalanırlar. Oluşan yağ asidi ve gliserin yağdan daha küçük moleküller olduğundan ince bağırsakta emilerek kana karışır.

20. Doğal Denge ve Karbon Dioksit Bitkilerdeki fotosentez ve tüm canlılardaki solunum olayları ekolojik denge için önemlidir. Dünyanın oluşumundan günümüze kadar geçen zaman içinde oluşan olaylar sonunda kurulan dengeye, doğal denge denir. Son yüzyılda bilim ve teknolojinin oldukça fazla ve hızlı değişmesiyle insanoğlu bu doğal dengeyi etkilemektedir. Bu değişimin en önemli ve en etkilisi karbon çevrimi ile ilgili olandır. Fosil yakıtların yakılmasıyla oluşan kimyasal tepkimelere karşı olan doğanın oluşturduğu tepkimeler aynı hızla gerçekleşmediğinden doğal denge korunmamaktadır. Çünkü, karbon kaynaklarının hızla CO2’ye dönüştürülmesine karşın, bu CO2 aynı hızla karbon kaynakları haline dönüşmediğinden var olan denge bozulmuştur.

21. Doğadaki Oksijen Dengesi Oksijen canlıların yaşamında en temel elementtir. Atmosferde oksijenin bulunmaması, oksijensiz ortamda yaşayan canlılar dışında hiçbir canlının olmaması demektir. Doğadaki oksijen dengesinin nasıl sağlandığını hayat bilgisi ve fen bilgisi derslerinden hepimiz biliriz. Klorofilli bitkiler güneş ışığının etkisiyle fotosentez yaparak havadaki karbon dioksiti ve topraktan aldığı suyu glikoza çevirirken atmosfere oksijen salar. Atmosferin bileşiminde ortalama % 21 oksijen bulunmaktadır. Atmosfere salınan oksijenin yaklaşık % 70’i denizlerden, % 30’u karalardan salıverilir. Canlıların solunumu sırasında oksijenin bir kısmı karbon dioksite dönüşür.