ÖĞRENME ALANI : CANLILAR VE HAYAT ÜNİTE 6 : CANLILAR VE ENERJİ İLİŞKİLERİ

Transkript

1 ÖĞRENME ALANI : CANLILAR VE HAYAT ÜNİTE 6 : CANLILAR VE ENERJİ İLİŞKİLERİ C MADDE DÖNGÜLERİ (6 SAAT) 1 ATP Enerjisi 2 ATP Molekülünün Yapısı 3 Solunum 4 Solunum Çeşitleri 5 ATP Enerjisinin Hücrelerde Kullanılması 6 Fotosentez ve Solunum Arasındaki Benzerlikler 7 Fotosentez ve Solunum Arasındaki Farklılıklar 8 Fotosentez ve Solunum Arasındaki İlişki 9 Madde Döngüleri 10 Su Döngüsü 11 Karbon ve Oksijen Döngüsü 12 Azot Döngüsü 1

2 C MADDE DÖNGÜLERİ : 1 ATP Enerjisi : Canlılar, yaşamsal faaliyetlerini sürdürebilmek için enerjiye ihtiyaç duyarlar. Canlılar tarafından ihtiyaç duyulan enerjilerin temel kaynağı güneş enerjisidir. Hücreler, yaşamsal faaliyetlerini gerçekleştirirken her enerji türünü kullanamaz. Hücrelerin kullanabileceği enerjinin hücrenin yapısını bozmayacak yani hücreyi parçalamayacak düzeyde olması gerekir. Bu nedenle canlı hücrelerinde kullanılabilecek tek enerji çeşidi ATP (Adenozin Tri Fosfat) molekülünde depolanan enerjidir. ATP enerjisinin kaynağı da organik besinlerde depolanan kimyasal bağ enerjisidir. 2 ATP Molekülünün Yapısı : Solunum olayı ile açığa çıkan kimyasal bağ enerjisinin kademeli olarak kullanılmasını sağlayan moleküle ATP molekülü denir. ATP molekülü; adenin denilen organik bir baz, 5 C lu riboz şekeri ve 3 tane fosfat (PO 4 ) grubundan oluşur. ATP molekülündeki fosfatları birbirine bağlayan kimyasal bağlar yüksek enerji depolayabilen bağlardır. Bu bağlar, hücre içerisindeki solunum olayı sonucu açığa çıkan kimyasal bağ enerjisinin bir kısmını depolarlar. A Adenin R Riboz P Fosfat P Fosfat P Fosfat Yüksek Enerjili Fosfat Bağları Adenozin Adenozin Mono Fosfat (AMP) Adenozin Di Fosfat (ADP) Adenozin Tri Fosfat (ATP) 3 Solunum : Yaşamsal faaliyetlerde kullanılan kimyasal bağ enerjisinin protein, karbonhidrat, yağ gibi organik besin maddelerinin hücre içerisinde parçalanarak açığa çıkarılmasına solunum denir. Solunum olayında besinlerin parçalanması için enerji gereklidir ve solunum sonucu enerji üretilir yani enerji açığa çıkar. Solunum sonucu açığa çıkan enerji kimyasal bağ enerjisidir ve bu enerji ATP moleküllerinde depolanır yani ATP enerjisine dönüştürülür ve ATP enerjisi de yaşamsal faaliyetlerde kullanılır. Bütün canlılar gece ve gündüz sürekli solunum yaparlar. Solunum, canlılığın devam etmesi için gereklidir. Canlılarda oksijensiz ve oksijenli solunum olarak iki çeşit solunum olayı görülebilir. 4 Oksijensiz (Aneorobik) Solunum (Fermantasyon = Mayalanma) : Organik besin maddelerinin hücre içerisinde oksijen kullanılmadan sadece enzimler sayesinde parçalanarak enerji elde edilmesine oksijensiz (O 2 siz) solunum (fermantasyon) denir. 2

3 Oksijensiz solunum enerji ihtiyacı az olan maya mantarları (bira mayası mantarı), bazı bakteriler ve tek hücreli canlılar ile normalde oksijenli solunum yapan çimlenmekte olan tohum hücreleri ve insan ve hayvanların çizgili kas hücrelerinde oksijen yetersizliğinde görülür. Oksijensiz solunum hücrelerdeki sitoplâzmalarda gerçekleşir. Oksijensiz solunumda enerji vermesi için glikoz kullanılır. Oksijensiz solunumda glikozu parçalamak için enerji gereklidir ve glikozun parçalanması sonucu enerji açığa çıkar. Oksijensiz solunumda 1 glikoz molekülünün parçalanması sonucu 4 ATP lik enerji elde edilmesine rağmen glikozun parçalanması için 2 ATP lik enerji harcandığından net kazanç 2 ATP lik enerjidir. Oksijensiz solunumda organik besin maddeleri yani glikoz, kendini oluşturan inorganik besin maddelerine yani su ve karbondioksit gazına tam olarak parçalanamadığı için az enerji elde edilir. Solunumda kullanılan glikozdaki enerjinin büyük bir kısmı solunum sonucu oluşan ürünlerin içerisinde kalır ve bu nedenle az enerji açığa çıkar. Oksijensiz solunumda, enerji ile birlikte ısı da açığa çıkar. Yani solunum sonucu açığa çıkan kimyasal bağ enerjisinin bir kısmı ısı enerjisine dönüşür. Bu nedenle solunum olayı ekzotermik olaydır. Maya mantarları ile bazı bakterilerin yaptığı oksijensiz solunumda ürün olarak etil alkol oluştuğu için bu solunuma etil alkol fermantasyonu da denir. Etil Alkol Fermantasyonu ; Glikoz Etil Alkol + Karbondioksit + Enerji + Isı C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 5 OH + 2 CO ATP + Isı İnsan ve hayvanların çizgili kas hücrelerinde yapılan oksijensiz solunumda ürün olarak laktik asit oluştuğu için bu solunuma laktik asit fermantasyonu da denir. Laktik Asit Fermantasyonu ; Glikoz Laktik Asit + Enerji + Isı C 6 H 12 O 6 2 CH 3 CHOHCOOH + 2 ATP + Isı İnsan ve hayvanların çizgili kas hücreleri normalde O 2 li solunum yapmasına rağmen, fazla çalışıldığında, fazla enerji harcandığında ve oksijen yetersizliğinde enerji ihtiyacını karşılamak için O 2 siz solunum yaparlar. Bunu sonucunda laktik asit oluşur ve oluşan laktik asit kaslarda birikir. Kaslarda biriken laktik asit, kasların kasılıp gevşemesini engeller ve bunun sonucunda kramplar oluşur. Ayrıca kaslarda biriken laktik asit kaslardaki sinir uçları ile beyni uyararak yorgunluk ve uyku hissini ortaya çıkarır. Kaslarda oksijen yeterli olduğunda hücreler O 2 li solunum yaparlar ve kaslarda biriken laktik asidi O 2 li solunum ile parçalayarak içerisindeki enerjiyi açığa çıkarırlar. Yoğurt, peynir, yağ, ekmek, hamur, turşu, sirke, bira, şarap fermantasyon yani mayalanma olayları sonucu oluşur. Süt içildiğinde ya da yoğurt yendiğinde uyku hissi vermesinin nedeni bu besinlerin içlerinde laktik asit bulunmasıdır. 5 Oksijenli (Aerobik) Solunum : Organik besin maddelerinin hücre içerisinde oksijen ve enzim kullanılarak parçalanması ve enerji elde edilmesine oksijenli (O 2 li) solunum denir. 3

4 Oksijenli solunum enerji ihtiyacı fazla olan çok hücreli gelişmiş canlılar ile bazı bakteriler, mantarlar ve tek hücreli canlılar tarafından yapılır. Oksijenli solunum hücrelerde sitoplâzmada başlar ve mitokondride tamamlanır. Mitokondriler, hücrede solunumun gerçekleştiği ve enerjinin üretildiği organellerdir. Oksijenli solunumda glikoz, oksijen, enerji ve enzimler kullanılır ve solunum sonucu karbondioksit, su, enerji ve ısı açığa çıkar. O 2 li solunumda açığa çıkan enerji kimyasal bağ enerjisidir ve bu enerji ATP moleküllerinde depolanır yani ATP enerjisine dönüştürülür ve ATP enerjisi de yaşamsal faaliyetlerde kullanılır. Oksijenli solunumda açığa çıkan enerji yaşamsal faaliyetlerde, su ise hücre içerisindeki yıkım olaylarında kullanılır. Karbondioksit gazı ise zararlıdır ve hücre dışına atılır. Oksijenli solunumda glikozun parçalanması için enerji gereklidir ve glikozun parçalanması sonucu enerji üretilir yani açığa çıkar. Oksijenli solunumda 1 glikoz molekülünün parçalanması sonucu 40 ATP lik enerji elde edilmesine rağmen glikozun parçalanması için 2 ATP lik enerji harcandığı için net kazanç 38 ATP lik enerjidir. Oksijenli solunumda organik besin maddeleri yani glikoz, inorganik besin maddelerine yani su ve karbondioksite tamamen parçalandığı için oksijensiz solunuma göre daha fazla enerji verir. Oksijenli Solunumun Denklemi ; Glikoz + Oksijen Karbondioksit + Su + Enerji (ATP) + Isı C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O+ 38 ATP + Isı 6 Oksijenli ve Oksijensiz Solunum Arasındaki Benzerlik ve Farklılıklar : a) Oksijenli ve Oksijensiz Solunum Arasındaki Benzerlikler : 1 Enerji verici organik besinler (glikoz) kullanılır. 2 Enerji elde edilir. 3 Başlangıç yerleri sitoplâzmadır. 4 Isı açığa çıkar. 5 ler kullanılır. 6 Glikozu parçalamak için 2 ATP lik enerji harcanır. b) Oksijenli ve Oksijensiz Solunum Arasındaki Farklılıklar : Oksijenli Solunum Oksijensiz Solunum 1 Oksijen kullanılır. 1 Oksijen kullanılmaz. 2 1 Glikozdan 38 ATP lik net kazanç 1 Glikozdan 2 ATP lik net kazanç 2 sağlanır. sağlanır. 3 Organik besinlerin tamamı inorganik Organik besinlerin tamamı 3 besinlere parçalanır. inorganik besinlere parçalanmaz. 4 Bazı bakteriler ile gelişmiş bütün Bazı bakteriler ve maya mantarları 4 canlılarda görülür. gibi basit canlılarda görülür. 5 Ürünleri; su, karbondioksit gazı, Ürünleri; ısı, enerji, laktik asit veya 5 enerji ve ısı enerjisidir. etil alkol ve karbondioksit gazıdır. 6 Sitoplâzma ve mitokondride 6 gerçekleşir. Sitoplâzmada gerçekleşir. 4

5 7 Canlıların Solunum Organları : Oksijenli solunum için gerekli oksijen gazının alınmasını ve solunum sonucu oluşan karbondioksit gazının atılmasını sağlayan sisteme solunum sistemi denir. İnsanlarda solunum sistemi organları sırayla; ağız, burun, gırtlak, soluk borusu bronş, bronşçuk ve akciğerlerdir. Solunum sisteminde dışarıdan alınan oksijeni kana veren kandaki karbondioksit gazını alarak dışarı atan organa solunum organı denir. Canlılarda solunum organı olarak akciğerler, solungaçlar, trake, deri ve yapraklar kullanılır. a) Akciğer Solunumu : Kuşlar, memeliler (insan, balina, yunus, yarasa, kedi, köpek), sürüngenler (yılan, timsah) ve yetişkin kurbağaların solunum organları akciğerlerdir. Dışarıdan alınan oksijenin kana geçmesini, kandaki karbondioksitin alınmasını ve dışarı atılmasını akciğerler sağlar. b) Solungaç Solunumu : Balıkların ve kurbağa larvalarının solunum organları solungaçlardır. Bu canlıların başlarının her iki yanında ki solungaçlarda çok sayıda kılcal kan damarı bulunur. Solungaçlar kapanınca sudaki oksijen kılcal kan damarlarına geçer ve hücrelere iletilir. Solungaçlar açılınca oluşan emme kuvveti ile kılcal kan damarlarındaki karbondioksit gazı da suya verilir. c) Trake Solunumu : Eklem bacaklıların (hamam böceği, örümcek, çekirge, çok ayaklılar) solunum organları trake denilen ve vücudun her tarafına dağılmış halde olan boru sistemidir. Havada bulunan oksijen gazı, bu canlıların karın bölgelerinden trakelere alınarak hücrelere taşınır. Hücrelerde oluşan karbondioksit gazı da aynı yolla dışarı atılır. d) Deri Solunumu : Özel solunum organı olmayan basit yapılı su ve kara canlılarının (solucan) solunum organları deridir. Bu canlılar havadaki oksijen gazının alınmasını ve havaya karbondioksit gazının verilmesini üst derilerindeki gözenekler yardımıyla gerçekleştirirler. e) Bitkilerde Solunum : Bitkilerin solunum organları yapraklardır. Bitkiler solunum için gerekli oksijen gazının alınmasını ve solunumu sonucu oluşan karbondioksit gazının atılmasını yapraklarda bulunan stomalar (gözenekler) sayesinde gerçekleştirirler. Bitkilerde gündüz yani ışıklı ortamda yani fotosentezin yapıldığı zamanlarda, solunum için gerekli oksijen gazı ve glikoz, fotosentez sonucu üretilen oksijen ve glikozdan karşılanır. Bitkilerde gece yani karanlık ortamda fotosentezin yapılmadığı zamanlarda, solunum için gerekli olan glikoz, önceden depo edilmiş glikozdan, solunum için gerekli oksijen gazı ise stomalar sayesinde havadan alınarak karşılanır. NOT : 1 CO 2 gazının ayıracı kireç suyudur. CO 2 gazı kireç suyunu (Ca(OH) 2 ) bulandırır. 2 Fermantasyonda farklı ürünler oluşmasının nedeni farklı enzimler kullanılmasıdır. 3 İnsanda fazla enerji ihtiyacı olan beyin, karaciğer, kas ve sinir hücrelerinde mitokondri sayısı diğer hücrelere göre fazladır. 4 Cam fanusta yalnız bitki varsa oksijen birikmesinden, yalnız hayvan varsa karbondioksit birikmesinden yaşayamaz. Bitki ve hayvan birlikte bulunuyorsa uzun süre yaşayabilirler. 5 Havadan alınan oksijenin kana verilmesine, kandaki karbondioksit gazının alınarak dışarı verilmesine soluk alıp verme ya da dış solunum denir. 5

6 6 Hücre içerisinde kimyasal tepkimelerin başlayabilmesi için gerekli olan aktivasyon (eşik) enerjisini düşüren, tepkimeyi hızlandıran ve tepkime sonucunda değişmeden çıkan maddelere katalizör denir. Klorofil ve enzim katalizör çeşitleridir. ler hücre tarafından üretilen ÖZEL PROTEİNLERDİR. ler hızlı çalışırlar. 8 ATP Enerjisinin Hücrelerde Kullanılması : Canlılar enerji ihtiyacını organik besinlerden karşılarlar. Organik besinlerden enerjinin elde edilebilmesi için bu besinlerin hücrelere alınması ve parçalanması gerekir. Organik besinler sindirim sisteminde parçalanarak küçük moleküller haline (glikoz, amino asit, yağ asidi, gliserin) getirilir ve bu moleküller ince bağırsaktan emilerek kana geçer. Bu olaya sindirim denir. Sindirim olayı ile kana geçen küçük moleküllü besinler kan sayesinde vücuttaki bütün hücrelere taşınırlar. Hücreler kan yoluyla gelen küçük moleküllü besinleri alırlar. Hücreye alınan bu küçük moleküllü besinlerden enerjinin elde edilebilmesi için bu moleküllerin daha da küçük moleküllere parçalanması gerekir. Hücre içerisindeki glikoz, amino asit, yağ asidi, gliserin (gliserol) gibi küçük moleküllü besinlerin solunum olayında parçalanarak enerji açığa çıkar. Solunum olayında açığa çıkan enerji besinlerin kimyasal bağlarında depolanan kimyasal bağ enerjisidir. Açığa çıkan kimyasal bağ enerjisinin tamamı aynı anda yaşamsal faaliyetlerde kullanılamaz. Çünkü açığa çıkan bu enerji çok fazladır ve hücrenin yapısını bozabilir yani hücreyi parçalayabilir. Bu nedenle solunum olayında açığa çıkan kimyasal bağ enerjisinin kademeli (parça parça) kullanılması gerekir. Solunum olayı ile açığa çıkan kimyasal bağ enerjisinin kademeli olarak kullanılmasını sağlayan molekül ATP molekülüdür. Hücrede solunum olayı ile açığa çıkan kimyasal bağ enerjisi, ATP moleküllerindeki fosfat gruplarının arasındaki kimyasal bağlarda depolanır. Böylece kimyasal bağ enerjisi azar azar ATP moleküllerinde depolanmış olur. Hücrede enerji ihtiyacı olduğunda fosfat grupları arasındaki kimyasal bağ koparılır ve açığa çıkan enerji yaşamsal faaliyetlerde kullanılır. Hücrede tekrar solunum olayı ile kimyasal bağ enerjisi elde edilince bu enerji ATP moleküllerinde depolanır ve depolanan bu enerji gerektiğinde yine kullanılır. ATP molekülü akümülatör gibi enerji ile dolar ve boşalır. Kimyasal bağ enerjisi ATP moleküllerinde uzun süre depolanamaz. ATP molekülündeki enerjinin hemen kullanılması gerekir. ATP molekülü, enerjinin depolanmasını değil sadece kademeli olarak kullanılmasını sağlar. Hücre içerisinde kimyasal bağ enerjisi fazla üretilmişse bu enerji önce glikoz, amino asit, yağ asidi ve gliserolün sonra da bunlardan üretilen karbonhidrat, yağ ve proteinin kimyasal bağlarında tekrar depolanır. ATP + Enerji + Defosfor ilasyon ADP + P + Enerji (Solunumda Elde Edilen Kimyasal Bağ Enerjisi) ADP + Enerji + Defosfor ilasyon AMP + P + Enerji Yaşamsal Faaliyetlerde Kullanılan Enerjinin Açığa Çıkması Olayları (Solunumda Elde Edilen Kimyasal Bağ Enerjisi) AMP + Enerji + P Fosforilasyon (Solunumda Elde Edilen Kimyasal Bağ Enerjisi) ADP + Enerji + P Fosforilasyon ADP ATP ATP Molekülünde Kimyasal Bağ Enerjisinin Depolanması Olayları (Solunumda Elde Edilen Kimyasal Bağ Enerjisi) 6

7 NOT : 1 Hücrelerde solunum sonucu açığa çıkan kimyasal bağ enerjisi ATP ye dönüştükten sonra bu ATP enerjisi yaşamsal faaliyetlerde kullanılır ve tekrar ATP enerjisi depolanır. ATP enerjisi kullanıldıktan sonra depolanamasaydı yaşamsal faaliyetler dururdu. 2 ATP nin ya da ADP nin enzimler ve enerji kullanılarak parçalanması ve yaşamsal faaliyetlerde kullanılan enerjinin açığa çıkması olayına defosforilasyon denir. 3 AMP ve ADP ye PO 4 ile solunum sonucu açığa çıkan kimyasal bağ enerjisinin bağlanarak ADP ve ATP elde edilmesi olayına fosforilasyon denir. 4 AMP ve ADP den ATP üretilmesi sırasında kimyasal bağ enerjisi değil de ışık enerjisi kullanılmışsa bu olaya foto fosforilasyon denir. Bu olayı sadece klorofilli canlılar yapabilir. Işık enerjisi klorofil ile soğrularak elektron taşıma sisteminden geçerken elektronların enerjisi ATP ye aktarılır. 5 Solunum sonucu açığa çıkan kimyasal bağ enerjisinin tamamı yani %100 ü ATP moleküllerinde depolanamaz. Kimyasal bağ enerjisinin bir kısmı ısı enerjisi şeklinde (vücut ısısını oluşturur), bir kısmı elektrik enerjisi şeklinde (elektrikli balıklar), bir kısmı da bazı canlılarda ışık enerjisine (ateş böcekleri) dönüşür. 9 Fotosentez ve Solunum Arasındaki Benzerlikler : 1 ler kullanılır. 2 ATP sentezlenir ve ATP kullanılır. 3 Madde dönüşümlerine sebep olur. 10 Fotosentez ve Solunum Arasındaki Farklılıklar : Fotosentez Solunum 1 Yeşil bitkilerde görülür. 1 Bütün canlılarda görülür. 2 Işıklı ortamda gerçekleşir. 2 Gece gündüz sürekli gerçekleşir. 3 Kloroplastlarda gerçekleşir. 3 Sitoplâzma ve mitokondrilerde gerçekleşir. 4 Besin ve oksijen elde edilir. 4 Su, karbondioksit ve enerji elde edilir. 5 Su ve karbondioksit kullanılır. 5 Besin ve oksijen kullanılır. 6 Enerji depolanır. 6 Depolanan enerji açığa çıkarılır. İnorganik maddelerden organik Organik maddelerden inorganik 7 7 maddeler edilir. maddeler elde edilir. Kimyasal bağ enerjisi ATP enerjisine 8 Güneş enerjisi kimyasal enerjiye çevrilir. 8 çevrilir. 9 Klorofilli hücrelerde yapılır. 9 Bütün hücrelerde yapılır. Bütün canlılarda madde azalmasına 10 Canlıda madde artışına neden olur. 10 neden olur. 11 Fotosentez ve Solunum Arasındaki İlişki : Bitkiler havadan karbondioksit, topraktan su ve madensel tuzlar alarak güneş ışığı ve hücrelerdeki klorofil yardımıyla fotosentez yapar. Fotosentez sonucu üretilen oksijen havaya verilir. Fotosentez sonucu üretilen glikoz tüketiciler tarafından kullanılır. Bitki ve hayvanlarda fotosentez sonucu üretilen besin ve oksijen, oksijenli solunumda kullanılır ve su (buharı), karbondioksit gazı ve enerji açığa çıkar. Solunum sonucu ortaya çıkan su (buharı) ve karbondioksit havaya verilir ve bitkilerin fotosentezde kullanılması sağlanır. 7

8 Bitkiler fotosentez olayı sonucu besin (glikoz) üretir ve güneş enerjisini kimyasal bağ enerjisine çevirerek glikozun kimyasal bağlarında depolarlar. Üretilen glikozun bir kısmı bitkinin kendi yaşamsal faaliyetlerinde kullanılırken bir kısmı da ya nişastaya çevrilerek depolanır ya da amino asit, yağ asidi, gliserin veya vitamin asitlerine çevrilerek protein, yağ ya da vitamin şeklinde depolanır. Fotosentez olayında depolanan besinler tüketici canlıların besin kaynağını oluşturur. Tüketici canlılar ya doğrudan ya da dolaylı olarak üretici canlıların yani bitkilerin ürettiği ve depoladığı besinleri kullanır. Üretici ve tüketicilerin atıkları ve ölüleri ayrıştırıcılar tarafından parçalanır ve elde edilen (inorganik) maddeler toprağa verilerek bu maddelerin üreticiler tarafından tekrar kullanılması sağlanır. Böylece madde ve enerji bir canlıdan diğerine aktarılmış olur. Işık Enerjisi FOTOSENTEZ Su + Karbondioksit H 2 O + CO 2 Oksijen + Glikoz O 2 + C 6 H 12 O 6 SOLUNUM Kimyasal Bağ Enerjisi NOT : 1 Glikoz canlı vücudundaki hücrelerde solunum olayı ile parçalanır ve açığa çıkan kimyasal bağ enerjisi ATP enerjisine dönüştürülüp yaşamsal faaliyetlerde kullanılır. 3 Glikoz, insan ya da hayvan vücuduna alındığında önce beyin hücrelerinin enerji ihtiyacı karşılanır. 4 Glikozun insan ve hayvanlarda kullanılmasını pankreas tarafından salgılanan insülin ve glukagon hormonları sağlar. 5 Glikozun fazlası insan ve hayvanlarda glikojen, bitkilerde ise nişasta şeklinde depolanır. 6 Canlılığın sürdürülebilmesi için fotosentez, beslenme, solunum olaylarının gerçekleşmesi gerekir. 12 Madde Döngüleri : Canlılar, yaşamlarını sürdürebilmek için besinlerden karşıladığı enerjinin yanı sıra vücudundaki hücrelerin yapımı için gerekli olan bazı maddelere de ihtiyaç duyar. Besin ve enerji ile birlikte hücrelerin yapımı için gerekli olan karbon, hidrojen, azot, oksijen, fosfor, su gibi maddeleri de alması gerekir. Besin ve enerji gibi bu maddelerin de kullanıldıktan sonra geri dönüşmesi gerekir. Canlılarda hücre yapımı için gerekli olan maddeler, canlılar tarafından cansız çevreden alınarak üretici, tüketici ve ayrıştırıcılar arasındaki ilişki sonucu tekrar cansız çevreye geri verilir. Doğadaki maddelerin (C, H, O, P, N, H 2 O) canlı ve cansız çevre arasında sürekli kullanılmasına ve kullanıldıktan sonra tekrar geri üretilmesine (yani tekrar kullanılabilir hale getirilmesine) madde döngüsü veya madde çevrimi denir. Doğada su, karbon, azot, oksijen, fosfor gibi maddeler dönüşümlü olarak kullanılırlar. 13 Su Döngüsü : Suyun sürekli olarak Dünya yüzeyi ve atmosfer (litosfer, hidrosfer ve barisfer) arasında buharlaşma ve yoğunlaşma sonucu sıvı halden gaz hale ve gaz halden sıvı hale dönüşmesi olayına su döngüsü denir. Su, doğada devirli olarak kullanılır yani bir ortamdan başka bir ortama taşınır. Su döngüsü doğada buharlaşma, yoğunlaşma, solunum, fotosentez ve terleme olayları sayesinde gerçekleşir. Yeryüzündeki hidrosferi (su küreyi) oluşturan deniz, göl, baraj, akarsu ve topraktan güneşin ısı etkisiyle buharlaşan su buharı ile insan, hayvan ve bitkilerin terleme, solunum ve boşaltım 8

9 yapmaları sonucu oluşan su buharı (sıcaklığı artıp yoğunluğu azalan hava ile birlikte) yükselerek atmosferdeki troposfer tabakasında birikir ve bulutları oluştururlar. Atmosferdeki bulutlar rüzgârın etkisiyle hareket ederken soğuk hava tabakasına rastlayınca su buharı yoğunlaşarak yağmur, kar, dolu şeklinde yeryüzüne iner. Yeryüzüne ine yağış sularının bir kısmı okyanus, deniz, göl ve barajlarda, bir kısmı dağlarda kar ya da buzul olarak, bir kısmı da topraktan süzülerek yeraltı suları olarak birikirler. Yeraltı sularının bir kısmı canlılar tarafından kullanılırken bir kısmı da deniz, göl, akarsu, baraj ve okyanuslara katılır. Yeryüzündeki sular tekrar bitkiler tarafından fotosentez olayında, insanlar, hayvanlar ve bitkiler tarafından solunum ve boşaltım olayında kullanılır. ATMOSFERDE BULUT (SU BUHARI) YER DEĞİŞTİREN BULUT Su Buharı Terleme ve Solunum Su Buharı Bitkiler İnsan, Hayvan Bitki Sızıntı Terleme ve Solunum Su Buharı Buharlaşma Yoğunlaşma Yağmur, Kar, Dolu Yoğunlaşma Yağmur, Kar, Dolu Yoğunlaşma Yağmur, Kar, Dolu Deniz, Okyanus Göl, Bar aj Akarsu Sızıntı Toprak Sızıntı Yer altı Suları Sızıntı Su Buharı Buharlaşma 14 Karbon ve Oksijen Döngüsü : Canlı vücudunun ve hücrelerin yapısını oluşturan besin maddelerinin temel kaynağı karbon ve oksijen elementleridir. Karbon ve oksijen elementlerinin kaynağı atmosferde ve sularda çözünmüş halde bulunan karbondioksit (CO 2 ) ve oksijen (O 2 ) gazlarıdır. Atmosferdeki karbondioksit gazı solunum ve yanma olayları sonucu açığa çıkar ve bitkiler tarafından fotosentez olayında kullanılır. Atmosferdeki oksijen gazı bitkiler tarafından fotosentez olayı sonucu açığa çıkarılır ve canlılar tarafından solunum ve yanma olaylarında kullanılır. Bitkiler, atmosferdeki karbondioksit gazını alarak fotosentez yaparlar. Fotosentez sonucu karbondioksit gazındaki karbon elementi üretilen besinlerde biriktirilir yani besinlerin yapısına katılır. Bitkilerdeki besinlerin yapısında bulunan karbon elementi bitkileri yiyen hayvanlara geçer. Hayvanlar da aldıkları besinleri solunum olayında oksijen gazı ile parçalayarak açığa çıkan karbon elementini hücrelerde kullanırlar. Hayvanların solunumu sonucu açığa çıkan karbondioksit gazı tekrar atmosfere verilir. İnsan, bitki ve hayvanların ölüleri, ayrıştırıcılar tarafından solunum olayı ile parçalanır ve solunum sonucu canlıların yapısında bulunan karbon elementinin bir kısmı karbondioksit gazı olarak atmosfere verilir, bir kısmı da fosil yakıtlarda depolanır. İnsan, bitki ve hayvanların ölüleri ve atıkları toprak altında uzun süre kaldığında petrol, kömür, doğal gaz gibi fosil yakıtları oluştururlar. Fosil yakıtların yapısında bulunan karbon elementi, bu yakıtların oksijen sayesinde yanması sonucu karbondioksit gazına dönüşerek atmosfere verilir. Atmosferde hem canlıların solunumu hem de fosil yakıtların yanması oksijen sayesinde gerçekleşir ve solunum ve yanma sonucu oluşan karbondioksit gazı tekrar bitkiler tarafından fotosentez olayında kullanılır. Bu sayede karbon ve oksijen elementi doğada devirli şekilde kullanılır. 9

10 ATMOSFERDEKİ (HAVADAKİ) KARBONDİOKSİT GAZI Fotosentez FOSİL YAKITLAR AYRIŞTIRICILAR TÜKETİCİLER ÜRETİCİLER Vücutlarındaki C Elementi Vücutlarındaki C Elementi Oksijen İle Yanma Oksijen İle Solunum Oksijen İle Solunum Ölüm Besinlerdeki C Elementi CO 2 deki C Elementi BESİN OKSİJEN Ölüm ÖLMÜŞ İNSAN, HAYVAN VE BİTKİLER NOT : 1 Karbon döngüsü; fotosentez, solunum ve yanma olayları sayesinde gerçekleşir. 2 Bitkilerin fotosentezi için karbondioksit gereklidir ve fotosentez sonucu besin ve oksijen üretilir. Üretilen oksijen besinlerin solunum olayında parçalanması için gereklidir. 3 Atmosferdeki karbondioksit gazının miktarının artması sonucu asit yağmurları oluşur ve aşırı ısınma yani sera etkisi ortaya çıkar. Atmosferdeki karbondioksit gazı miktarı, yeşil bitkilerin azalması ve fosil yakıtların çok kullanılması sonucu artar. 15 Azot Döngüsü : Canlı vücudunun temel yapısını oluşturan proteinlerin, vitaminlerin ve nükleik asitlerin vücutta üretilebilmesi için azot elementi gereklidir. Doğada, canlıların ihtiyacı olan azot elementinin kaynağı atmosferde %78 oranında bulunan azot gazıdır. Fakat hiçbir canlı atmosferdeki azot gazını doğrudan kullanamaz. Azot gazının (N 2 ) kullanılabilmesi için azotlu bileşikler haline dönüştürülmesi gerekir. Atmosferdeki azot gazı şimşek, yıldırım ve asit yağmurları ile toprağa gelir. Ayrıca topraktaki bazı bakterilerle baklagillerin (bezelye, fasulye) köklerinde bulunan bakteriler havadan azot gazını alırlar. Topraktaki azot bağlayıcı bakteriler havadan toprağa geçen azot gazını azotlu bileşikler haline dönüştürürler. Azotlu bileşikler üreticiler tarafından topraktan alınarak protein üretiminde kullanılır. Tüketiciler üreticileri yediklerinde üreticilerin ürettikleri proteinlerdeki azot elementini kendi vücutlarına alırlar ve bu azot elementini kullanarak kendi proteinlerini üretirler. Tüketiciler tarafından oluşturulan atıklar sayesinde azot vücutlarından uzaklaştırılır. İnsan, hayvan ve bitkilerin atıkları, dışkıları ve ölüleri ayrıştırıcı bakteriler (çürükçüller) tarafından parçalanarak bu atıklardaki azotlu bileşiklerin bir kısmı tekrar toprağa geçer, bir kısmı da azot ayrıştırıcı bakteriler tarafından azot gazına çevrilerek atmosfere verilir. Topraktaki azotlu bileşikler tekrar bitkiler tarafından protein üretiminde kullanılır. Havadaki azot gazı da tekrar asit yağmurları, şimşek ve yıldırım olayları ve bazı bakteriler tarafından toprakta azotlu bileşikler haline getirilir. 10

11 ATMOSFERDEKİ (HAVADAKİ) AZOT GAZI İnsan, Hayvan ve Bitkilerin Ölüleri, Atıkları ve Dışkıları HAYVANLAR BİTKİLER Şimşek ve Yıldırım Asit Yağmurları AZOT AYRIŞTIRICI BAKTERİLER (Toprakta) AYRIŞTIRICILAR (Bakteriler ve Mantarlar) AZOT BAĞLAYICI BAKTERİLER (Toprakta ve Baklagil Kökünde) TOPRAKTAKİ AZOT GAZI (Denitrifikasyon) AZOTLU BİLEŞİKLER (Nitrit, Nitrat, Amonyak, Nitrik Asit) (NO 2, NO 3, NH 3, HNO 3 ) (Nitrifikasyon) Topraktaki Fazla Azotlu Bileşikler Sulara Geçer ek Çöker ve Azot Döngüsünün Dışında Kalır NOT : 1 Azotlu gübrelerin fazla kullanılması topraktaki azot miktarını arttırır. Fazla olan azot sularla denizlere, göller, bataklıklara taşınır ve nitrat (NO 3 )şeklinde çöker ve azot döngüsünün dışında kalır. 11