CANLILARDA ENERJİ DÖNÜŞÜMÜ Enerji ve Enerji Çeşitleri: Enerji, iş yapabilme kapasitesi yani maddenin yerçekimi ve sürtünme gibi zıt güçlere karşı hareket oluşturma yeteneğidir. Temel enerji kaynağı güneştir. 2- IŞIK ENERJİSİ: Yeryüzünün ışık kaynağı güneştir. Beyaz bir ışık prizmada kırıldığında mordan kırmızıya doğru renkler oluşur. GÜNEŞ IŞINIM ENERJİSİ YEŞİL BİTKİLER KİMYASAL ENERJİ HAYVANLARDA SOLUNUM BİYOLOJİK İŞ ISI 1- ISI ENERJİSİ: Maddenin sıcaklığını artırmak için verilmesi gereken enerji çeşidine ısı enerjisi denir. Ortama verilen ve entalpi olarak adlandırılan ısı enerjisi vücut ısısını oluşturur. Bir sistemde elde edilen enerjinin ısı olarak ortama verilen miktarı ne kadar az olursa verim o kadar fazla olur. Canlılar ileri derecede bir organizasyona sahip oldukları için entropileri minimumdur. Bunu da çevreye sürekli enerji vermekle korurlar. Organik bileşiklerin hücre solunumu ile yıkımı sonucu serbest enerji açığa çıkar. Bu tür tepkimelere ekzergonik tepkimeler denir. Solunum sonucu açığa çıkan serbest enerji, hücre içinde enerji gerektiren olaylarda kullanılır. Bu tür tepkimelere endergonik tepkimeler denir. İnsan gözü 3900A 0 ve 7600A 0 arası görür. Mor, mavi, yeşil, sarı, turuncu ve kırmızı ışıkları görürüz. En uzun dalga boyu kırmızı, en kısa dalga boyu mordur. Kısa dalga boyu olan ışınlar fazla enerji yüklüdür. Enerjinin Temel Molekülü ATP: ATP molekülündeki fosfat grupları arasındaki bağlar yüksek enerjilidir. ATP + SU ADP + P + 7300cal. ATP üretim olayına fosforilasyon yıkımına defosforilasyon denir. Her canlı hücre kendi ATP enerjisini üretir. Hücreler arası ATP alış verişi yapılamaz. ATP depolanabilir bir enerji değildir. Üretildiği kadarı harcanır. Fazlası ısıya dönüştürülür. Canlıların Enerji İhtiyacı: Canlılar enerjiye 1. Sentez reaksiyonları için 2. Organizasyon için 3. Organizasyonun devamlılığı için 4. Üreme için ihtiyaç duyarlar.
1- OKSİJENSİZ SOLUNUM ( FERMENTASYON) (ANAEROBİK SOLUNUM) Organik besinlerin oksijen kullanmadan enzimler yardımıyla daha küçük moleküllere parçalanması sonucu açığa çıkan enerji yardımıyla ATP sentezlenmesine fermantasyon denir. Bazı bakterilerde, maya mantarlarında, omurgalıların çizgili kas hücrelerinde ve bazı tohumlarda gerçekleşir. Oksijensiz solunum 2 aşamada gerçekleşir; 1. Glikoliz 2. Son ürün reaksiyonu 1- GLİKOLİZ: Glikozun çeşitli enzimler yardımıyla pirüvik asite kadar yıkımına glikoliz denir. Her basamakta ayrı enzimler kullanılır ve bu enzimler tüm canlılarda aynıdır. Tüm canlılarda sitoplazmada gerçekleşir. NOT: Elektron veren (H) + yüklü ve yükseltgenir, elektron alan (H) - yükle yüklenir ve indirgenir. Glikoliz olayı sonucunda bir glikozdan toplam 4 ATP, 2 pirüvik asit ve 2 NADH 2 oluşur. Başlangıçta glikozun aktivasyonu için 2 ATP harcanır. Net kazanç 2 ATP dir. 2- SON ÜRÜN REAKSİYONU: Son ürün reaksiyonları oluşan ürün çeşitlerine göre 2 çeşittir ;1.Etil Alkol Fermantasyonu 2. Laktik Asit Fermantasyonu. A- ETİL ALKOL FERMANTASYONU: Glikoliz aşamasından sonra pirüvattan etil alkol oluşturulması olayına etil alkol fermantasyonu denir. Maya mantarlarında, bazı bakterilerde ve bazı bitki tohumlarında görülür. Alkolik fermantasyon sonucu ekmek hamuru, bira, şarap vb. oluşur. Glikoz çözeltisi ve etil alkol fermantasyonu yapan maya hücrelerinin bulunduğu kapta; -Hücre sayısı artar. Glikoz miktarı azalır. ısı artar. - Etil alkol ve CO 2 artar. - Etil alkol miktarı belirli bir düzeyin üzerine çıkarsa (%18) hücreler zarar görür ve hücreler ölür. -Hücrelerin tamamı ölünceye kadar CO 2 üretimine bağlı olarak ortamın gaz basıncı artar. B- LAKTİK ASİT FERMANTASYONU: Pirüvatın laktik aside dönüşmesi sonucu oluşan fermantasyondur. Mantarlar, bazı bakteriler ve hayvan hücrelerinde (kas) görülür. Peynir ve yoğurt yapımında kullanılır. Çizgili kas hücrelerinde sitoplazmalarında üretilen pirüvik asit moleküllerinden laktik asit oluşur. Laktik asitler; - Beyinde yorgunluk merkezini uyarır. - Kalp kası ve çizgili kas hücrelerinde yeniden pirüvik asite dönüştürülerek enerji verici olarak tüketilir. - Hücrelerdeki laktik asitin fazlası karaciğere taşınır, pirüvata ve glikoza dönüştürülür. - Kaslar hızlı çalıştığı için gerekli ATP kreatin fosfat devrinden elde edilir. Kasılma Kreatin fosfat + ADP Kreatin + ATP Dinlenme
2-OKSİJENLİ SOLUNUM: (AEROBİK SOLUNUM) Organik besinlerin oksijen yardımıyla bir dizi enzimatik reaksiyonla karbondioksit ve suya parçalandığı ve bu sırada açığa çıkan enerjinin ATP de tutulduğu metabolik olaya oksijenli solunum denir. Mezozoma sahip bakterilerde ve mitokondri bulunan tüm ökaryot hücrelerde görülür. Oksijenli solunum:1. Glikoliz 2. Krebs Devri 3. ETS I. GLİKOLİZ: Glikozun çeşitli enzimler yardımıyla pirüvik asite kadar yıkımına glikoliz denir. 2ATP 2ADP GLİKOZ 2 PİRÜVİK ASİT 2 NAD 2NADH 2 4ATP Glikoliz olayı sonucunda bir glikozdan toplam 4 ATP, 2 pirüvik asit ve 2 NADH 2 oluşur. Başlangıçta glikozun aktivasyonu için 2 ATP harcanır. Net kazanç 2 ATP dir. Burada üretilen ATP ler substrat düzeyinde fosforilasyonla elde edilir. Glikoliz hücre sitoplazmasında gerçekleşir. II. KREBS DEVRİ (SİTRİK ASİT ÇEMBERİ): Mitokondri organelinin matriksinde gerçekleşir. Glikozun kimyasal bağlarında depolanmış enerjinin ¼ den azı glikoliz aşamasında açığa çıkarılır. Enerjinin büyük bir kısmı ise 2 molekül pirüvatta depolanmış halde kalır. Krebs döngüsüyle, pirüvatın CO 2 e kadar yıkımı ve pirüvatta depolanmış kimyasal enerjinin açığa çıkmasını sağlanır. 1 Pirüvattan Krebs Devrinde: 3 çift H NAD ye = 3 NADH 2 1 çift H FAD ye = 1 FADH 2 2 mol CO 2 çıkar. 1 ATP oluşur. 3 mol H 2 O kullanılır. NOT: Glikolizde 1 glikozdan 2 pirüvik asit oluşur. Krebs devrinde üretilen ATP ler substrat düzeyinde fosforilasyonla elde edilir. III. ELEKTRON TAŞIMA SİSTEMİ (ETS): Elektron taşıma sisteminin elektron taşıyıcı molekülleri ökaryot hücrelerde mitokondrinin kıvrımlı iç zarında, prokaryot hücrelerde ise hücre zarında bulunur. Elektron taşıma sistemi bir dizi elektron taşıyıcı molekülden oluşur. ETS moleküllerinden NADH-Q redüktaz, sitokrom redüktaz, sitokrom oksidaz ve sitokrom c (cytc) protein yapılıdır. Ubikinon (Q) ise protein yapısında olmayan ve koenzim olarak görev yapan bir moleküldür. Bu moleküller NADH+H + ve FADH 2 'den yüksek enerjili elektronları alır ve bir dizi indirgenme yükseltgenme tepkimesinden geçirerek sistem boyunca taşır. Elektronlarından ayrılmış protonlar ise matrikse bırakılır. Elektronlar ETS molekülleri tarafından son elektron alıcısı olan oksijene doğru taşınırlar ve bu sırada enerjilerinin bir kısmını kaybederler. Elektronlardan kazanılan bu enerji hidrojen atomuna ait protonları (H + ) matriksden mitokondrinin iç ve dış zar arasındaki boşluğa (iç zarın dış tarafındaki boşluğa) pompalamak için kullanılır. Bu sayede zarlar arası boşlukta yüksek proton (H + ) derişimi oluşur. Bu durum iç zarın iki yüzü arasında elektriksel yük farkına da yol açar. Mitokondri iç zarında ADP'yi ATP'ye dönüştüren çok sayıda ATP sentaz enzimi bulunur. Mitokondri iç zarı protonlara geçirgen olmadığından ATP sentaz, zarlar arası boşluktaki protonların tekrar matrikse geri akışını sağlayan bir yol oluşturur. Protonlar (H + ) yoğun bulundukları zarlar arası bölgeden matrikse geri dönerken protein kompleksi olan ATP sentazın içindeki özgül H+ kanalcıklarından geçerler. Protonların (H + ) zardan geri akışından güç sağlayan ATP sentaz enzimi aktifleşerek ADP'den ATP üretilmesini sağlar (KEMİOZMOTİK HİPOTEZ).
Su oluşumu: Oksijenli solunumda NADH + H + ve FADH 2 tarafından ETS'ye aktarılan bir çift hidrojen atomunun moleküler oksijen ile birleşmesi sonucu 1 molekül H20 oluşur. Reaksiyonlar sırasında 24 hidrojen atomu ETS'ye aktarılarak oksijenle birleşir ve toplam 12 molekül H 2 0 oluşur. 1 molekül glikozun yıkımı için Krebs reaksiyonlarında ise 6 molekül H 2 0 kullanılır. Sonuçta 12-6 = 6 molekül H 2 0 ortama verilir. ATP ELDESİ: Oksijenli Solunumda Enerji Verimi: Oksijenli solunumda 1 molekül glikozdan net 38 ATP kazanılır. Bir ATP molekülünün son fosfat bağı koparıldığında 7300 kalorilik enerji açığa çıkar. ATP ADP + Pi + 7300 cal 1 molekül glikozun yıkımıyla; 38 x 7300 = 277.400 kalorilik enerji hücre tarafından sağlanır. 1 molekül glikozun kalorimetre kabında oksijen ile yakılması sonucunda 686.000 kalorilik ısı enerjisi açığa çıkar. O halde oksijenli solunum yapan bir hücrede enerji verimi 277400/686000 = 0.40 'dır. Yani yaklaşık olarak % 40'dır. Depolanmış enerjinin geri kalanı ise ısı enerjisi şeklinde hücreye yayılır. Bu ısının bir kısmını oldukça yüksek olan vücut sıcaklığımızı (37 C) korumak için kullanırız. SENTEZLENEN = 40 ATP HARCANAN = 2 ATP NET KAZANÇ =38 ATP C0 2 oluşumu: 1 molekül pirüvatın mitokondride yıkımı sırasında 3 molekül C0 2 oluşur. 1 molekül glikozdan 2 molekül pirüvat oluştuğuna göre toplam 6 molekül C0 2 açığa çıkar.
SOLUNUM KATSAYISI: Oksijenli solunum tepkimelerinde üretilen C02 miktarının, tüketilen 02 miktarına oranına solunum katsayısı denir. Solunum katsayısı, "Rq" ile gösterilir. Üretilen CO 2 R p = Tüketilen O 2 Besinlerde solunum katsayısı farklıdır. Karbonhidratların solunum tepkimelerine girmesi sonucu elde edilen solunum katsayısı "1" dir. Yani üretilen C0 2 ile tüketilen 0 2 dengededir. FOTOSENTEZ Işık enerjisinin kimyasal bağ enerjisine dönüşmesine fotosentez denir. Işık bir cisme çarptığında ya yansır, ya cisimden geçer ya da emilir. Bu üç olay aynı anda da olabilir. Işık bir cisim tarafından emilirse, ışık enerjisi olmaktan çıkar ve başka bir enerji şekline dönüşür. Işığın soğurulması ototrof canlıya yeşil rengi veren klorofil pigmenti sayesinde olur. Yağların solunum tepkimelerine girmesi sonucu elde edilen solunum katsayısı "1" den küçüktür. (Rq < 1 ) Proteinlerin yapıtaşı olan amino asitlerin solunum tepkimelerine girmesi sonucu elde edilen solunum katsayısı "1" den büyüktür. (Rq > 1) Klorofil C, H, O, N ve Mg atomlarından oluşur. Klorofilin yapısında Fe yoktur fakat klorofil sentezi için ortamda Fe olması gerekmektedir. Klorofilin 20 çeşidi olup en yaygın olan klorofil a ve b dir. Klorofil a C 55 H 72 O 5 N 4 Mg klorofil b nin kapalı formülü C 55 H 70 O 6 N 4 Mg dir. Klorofil tarafından soğurulan ve geçirilen farklı dalga boylarındaki ışık miktarı spektrofotometre cihazı ile ölçülür.
Fotosentezle görünür ışık spektrumu arasındaki ilişkiyi Theodore Engelmann bir deneyle göstermiştir. tekrar aldığı için bu olaya devirli fotofosforilasyon denir. Döngü sırasında ATP sentezlenir. Böylece ışık enerjisi kimyasal bağ enerjisine dönüşür. Yeşil ipliksi alg (Spirogyra) üzerine prizmadan geçirilen farklı dalga boylarına ayrılmış güneş ışınlarını düşürmüştür. Fotosentezin hızını ölçmek için aerob bakteriler eklemiştir. Bu deneyle klorofilin en çok mor, mavi ve kırmızı ışığı soğurduğunu ve fotosentezin bu ışınların düştüğü noktalarda daha hızlı gerçekleştiğini göstermiştir. Klorofil yeşil ışığı çok az soğurduğundan bu dalga boyunda fotosentez hızı minimum olur. Klorofilin yanı sıra karotenoit denilen pigment molekülleri bulunur. Fotosentez; ışık reaksiyonları ve karbon tutma reaksiyonları ( ışıktan bağımsız reaksiyonları) olmak üzere iki aşamada gerçekleşir. A-IŞIK REAKSİYONLARI: Granumları oluşturan tilakoit zarlarda, klorofil molekülünün ışığı soğurmasıyla serbest kalan elektronları tutabilen elektron taşıma sistemleri (ETS) vardır. Bu ETS elemanları; ferrodoksin (fd), sitokrom b ve sitokrom c'den oluşan sitokrom kompleksi (stk), plastokinon (pq) ve plastosiyanin (pc)'dir. Bu sistemde klorofilden ayrılan elektronlar, yükseltgenme-indirgenme kurallarına göre hareket ederek bir molekülden diğerine aktarılır. Klorofile sahip canlıların ışık enerjisini kullanarak ADP ve inorganik fosfattan (Pi) ATP sentezlenmesi olayına fotofosforilasyon denir. Fotofosforilasyon tepkimeleri devirsiz fotofosforilasyon ve devirli fotofosforilasyon olmak üzere iki yolla gerçekleşir. 1- DEVİRLİ FOTOFOSFORİLASYON: FS I'in tepkime merkezinde klorofilin uyarılan elektronu, ilk alıcı tarafından tutulur. Elektron taşıma sistemine aktarılan elektronlar önce ferrodoksin sonra sitokrom, oradan da plastosiyanin üzerinden tekrar klorofile döner. Böylece klorofil kaybettiği elektronu 2- DEVİRSİZ FOTOFOSFORİLASYON: FS II'nin ışığı soğurmasıyla tepkime merkezinde yer alan klorofildeki uyarılmış (enerji kazanmış) elektronlar ilk alıcı tarafından tutulur. Daha sonra elektronlar ETS (pq, stk ve pc) aracılığı ile FS I'e aktarılır. FS I'e elektron verdiği için FS II yükseltgenmiştir. Bu arada açığa çıkan enerji, tilakoit zarda bulunan ATP sentaz enziminin yardımıyla ATP'nin sentezlenmesinde kullanılır. FS I kaybettiği elektronunu FS II'den gelen elektronlarla tamamlar. FS II'nin kaybetmiş olduğu elektronlar ise ortamda bulunan suyun elektron, proton (H+) ve O 'e ayrışması sonucunda karşılanır. Tilakoit boşlukta parçalanan suyun elektronları fotosistem II'ye ve ETS'ye aktarılır. Protonlar NADP+ tarafından tutu- lup NADPH'nin sentezlenmesi sağlanırken moleküler oksijen (O 2 )serbest bırakılarak atmosfere verilir. Devirsiz fotofosforilasyonda H O molekülü kullanılarak ATP ve NADPH üretilmiş ve atmosfere O 2 verilmiştir. Fotosentezin ışıktan bağımsız tepkimeleri için gerekli olan NADPH ve ATP genellikle devirsiz fotofosforilasyonla karşılanır. Bitkinin ATP ihtiyacına göre devirli fotofosforilasyon da gerçekleşebilir.
Fotosentezin, ışıktan bağımsız tepkimelerinde 1 molekül CO 2 'in kullanılması için ışığa bağımlı tepkimelerinde 3 ATP ve 2 NADPH üretilir, O 2 ise yan ürün olarak açığa çıkar. Işığa bağımlı tepkimelerde oluşturulan ATP ve NADPH molekülleri, stroma sıvısına girer. Bu moleküllerdeki kimyasal enerji, stromada CO 2 'i basit şekerlere dönüştüren ışıktan bağımsız tepkimeler için kullanılmaya hazırdır. B-IŞIKTAN BAĞIMSIZ REAKSİYONLARI (KARBON TUTMA- KARANLIK EVRE): Bu evre kloroplastın stromalarında gerçekleşir. Bu olaya ışıktan bağımsız tepkimeler denmesinin nedeni ışığın doğrudan kullanılmamasıdır. Tepkimeler sırasında doğrudan ışık gerekli değilse de ışığa bağımlı olarak gerçekleşen tepkimelerde açığa çıkan ürünlere (ATP, NADPH) ihtiyaç duyulur. Ayrıca bazı enzimlerin aktifleşmesi için ışığın gerekli olduğu bilinmektedir. Kemiozmotik hipotezine göre mitokondrilerde ATP sentezi sırasında protonlar (H+) zarlar arası boşlukta birikirken kloroplastlarda tilakoit boşlukta birikir. İkisi arasındaki fark budur. Bu hipoteze göre ışığa bağımlı tepkimelerde elektronların tilakoit zarda bulunan ETS'den geçişi, stromada var olan protonların tilakoit boşluğa pompalanmasını sağlar. Aynı zamanda tilakoit boşlukta da suyun ayrıştırılması sonucunda protonlar oluşur. Bu iki olay tilakoit boşlukta proton (H+) derişimini artırır. Protonlar derişimlerinin yüksek olduğu tilakoit boşluktan ATP sentaz enzimi aracılığıyla stromaya aktarılırken ATP sentezi gerçekleşir. Işıktan bağımsız tepkimelerde bir molekül CO 'in besin oluşumuna katılabilmesi için 3 ATP ve 2 NADPH gereklidir. Bir glikozun yapısında 6 karbon olduğuna göre glikoz molekülünün sentezlenebilmesi için 6CO 2 molekülünün indirgenmesi gerekir. Bunun için de ışığa bağımlı tepkimelerden 18 ATP ve 12 NADPH gelmelidir.
Işık Dalga Boyu: Fotosentez hızı Sıcaklık: Işığın dalga boyu (nm) FOTOSENTEZİN HIZINI ETKİLEYEN FAKTÖRLER Fotosentez hızını etkileyen faktörler çevresel ve genetik olmak üzere ikiye ayrılır. 1. Çevresel Faktörler: CO 2 miktarı, ışık şiddeti, ışığın dalga boyu, sıcaklık, su miktarı, mineral ve ph çevresel faktörleri oluşturur. Karbon dioksit miktarı: Işık Şiddeti: CO 2 ve ışık şiddeti bir arada düşünülürse CO 2 miktarı arttıkça ışığın şiddetine bağlı olarak fotosentez hızında değişiklikler gözlenir. Işık şiddeti arttıkça fotosentez hızı da artar. CO 2 miktarı artsa bile fotosentezin hızını ışık şiddeti belirler.( Minimum kuralı) 380 nm 750 nm Su Miktarı: Mineraller: Bitkilerin fotosentez hızı dolayısıyla büyüme hızı, bitkinin bulunduğu topraktaki minerallerden miktarı en az olana göre belirlenir. Ortamın ph'si: Fotosentezdeki biyokimyasal tepkimelerin gerçekleşebilmesi için bitkinin ph'sinin belirli bir düzeyde tutulması gerekir. 2. Genetiksel Faktörler: Kloroplast sayısı, yaprak yapısı ve sayısı, stomaların sayısı, kütiküla kalınlığı ve enzim miktarı genetik faktörlerin etkisiyle belirlenir. Kloroplast sayısı: Bitkide kloroplast sayısı az ise fotosentez yavaş, kloroplast sayısı fazla ise fotosentez hızlı gerçekleşir. Yaprak yapısı ve sayısı: Bitkilerde yaprak genişliği arttıkça yaprakta bulunan kloroplast sayısı arttığından fotosentez hızı da artar. Buna bağlı olarak sentezlenen besin miktarında da artış görülür. Bitkide yaprak sayısı ne kadar fazlaysa fotosentez hızı da o kadar fazladır. Yaprak konumu da fotosentez hızını etkiler. Örneğin, aynı bitkinin doğrudan ışık gören yaprakları ile alt kısımda ışığı tam olarak alamayan yaprakları aynı hızda fotosentez yapamaz. Stoma sayısı: Stomalar yapraktaki gaz alış verişini sağlayan yapılardır. Açılıp kapanabilirler. Bu nedenle yaprakta sayıları ne kadar fazla olursa bitkinin karbon dioksitten yararlanma oranı o kadar artacağından stoma sayısı fotosentez hızını etkileyecektir. Kütiküla kalınlığı: Kütiküla yaprak yüzeyinde bulunan koruyucu tabakadır. Bitkilerde su kaybı bu tabakanın kalınlığına bağlı olarak önlenir. Su bitkilerinde kütiküla ince, kurak bölge bitkilerinde ise kalındır.
C 3, C 4 vecam BİTKİLERİ C 3 BİTKİLERİ: Bitkilerin çoğunda C0 2 rubisko enziminin yardımıyla fotosentezin karbon tutma reaksiyonlarına katılır. Bu reaksiyonlarda oluşan ilk kararlı organik molekül üç karbonlu bir molekül olan PGA (fosfogliserik asit) dır. Bu yüzden bu bitkilere C 3 bitkileri denir. (Rubisko C0 2 ile tepkimeye girince iki PGA oluşur). Pirinç, buğday ve soya fasulyesi tarımsal önemi olan C } bitkileridir. Bu bitkilerin en önemli sorunlarından bir tanesi fotosentez olayını yavaşlatan fotorespirasyondur. Fotorespirasyon Bitkiler C0 2 molekülünü stomaları ile atmosferden alırlar. Stomaların açık olması durumunda terleme ile suda kaybederler. C 3 bitkileri sıcak ve kurak ortamlarda su kaybını azaltmak için stomalarını kapatırlar. Sonuç olarak yapraktaki C0 2 konsantrasyonu azalır. Bu durumda rubisko enzimi C0 2 yerine 0 2 ile tepkimeye girerek bir molekül PGA ve başka bir organik molekülü oluşturur. Bu organik molekül 0 2 'nin kullanıldığı ve C0 2 'nin serbest bırakıldığı başka bir tepkimeye girer. Bu olaya fotorespirasyon denir. C 3 bitkilerinde fotorespirasyon ışık yoğunluğu ve sıcaklık arttıkça artar. Bu yüzden C 3 bitkileri sıcak yaz aylarında daha az verimlidirler. Çünkü fotorespirasyondan dolayı havadan alıp bağladıkları karbonun %50'ye yakın bir kısmını C0 2 olarak geri verirler. Böylece bitkinin fotosentez ve büyüme hızı azalır. Fotorespirasyon C 3 yolunu verimsiz yapar. CAM BİTKİLERİ: Çöl gibi çok kurak ortamlarda yaşayan bitkiler su kaybını azaltmak için stomalarını gündüzleri kapatıp, geceleri açarlar. Gündüzleri stomaların kapalı olması suyun korunmasını sağladığı gibi, yapraklara C0 2 girişini de önler. Bu tür bitkiler, geceleri stomaları açıkken havadaki C0 2 'yi alıp C 4 yolu ile bir dizi organik aside dönüştürüp depolarlar. Stomaların kapalı olduğu gündüz saatlerinde depoladıkları C0 2 'yi kullanarak fotosentez olayını gerçekleştirirler. Kısaca özetlenen metabolizmayı gerçekleştiren bitkilere CAM (Crassulaesan asit metabolizması) bitkileri adı verilir. Söz konusu metabolizmanın ilk keşfedildiği bitki ailesi "Crassulaceae" olduğundan ve malik asit sentezi görüldüğünden yukarıdaki adlandırma ve kısaltma kullanılır. Sukkulent (su depolayan) bitkiler, kaktüs ve ananas CAM bitkilerine örnek olarak verilebilir. CAM bitkileri gece C0 2 bağlayarak fotorespirasyonu azaltır. C 4 BİTKİLERİ: C 4 bitkilerinin yaprak yapısı C 3 bitkilerinden farklıdır. Bu bitkilerde mezofil tabakası hücrelerinden farklı olarak iletim demetlerini saran hücrelerde de (demet kını) kloroplast bulunur. Mezofil hücreleri ise bu hücrelere C0 2 sağlar. C 4 bitkileri mezofil hücrelerinde depoladıkları C0 2 'yi demet kını hücrelerinde kullanarak fotosentez olayını gerçekleştirir. Böylece sıcak havalarda bile fotosentez yapan hücrelerin etrafındaki C02 yoğunluğu azalmaz. Rubisko enzimi sürekli olarak C0 2 'yi karbon tutma reaksiyonlarına sokar ve fotosentez hızlanır.c 4 bitkilerinin sıcak havalarda böyle büyük oranda başarılı olmalarının nedeni C4yolu olarak adlandırılan ilave bir fotosentetik yola sahip olmalarıdır. Bu bitkilerde havadan alınan C0 2 önce dört karbonlu bir bileşiğe dönüşür. Bu yüzden bu bitkiler C 4 bitkileri olarak adlandırılır. Şeker kamışı ve mısır tarımsal öneme sahip olan C 4 bitkileridir. C 4 bitkileri yapraklarında havanın 10 katı kadar C02 depolayarak fotorespirasyonu azaltırlar.
BAKTERİ FOTOSENTEZİ Fotosentez yapan bakteriler kloroplast organeli taşımazlar. Bunların klorofil pigmentleri sitoplazmada, ETS enzimleri ise hücre zarında bulunur. Fotosentez yapan bakterilere; siyanobakteriler, mor sülfür bakterileri ve hidrojen bakterileri örnek olarak verilebilir. Fotosentetik bakteriler farklı hidrojen ve elektron kaynaklan kullanarak organik besin sentezini gerçekleştirirler. SİYANOBAKTERİLER: Yeşil bitkilerde olduğu gibi hidrojen ve elektron kaynağı olarak su kullanarak organik besin sentezini gerçekleştirirler ve yan ürün olarak oksijen gazı açığa çıkarırlar. MOR SÜLFÜR BAKTERİLERİ Hidrojen ve elektron kaynağı olarak hidrojen sülfürü (H 2 S), hidrojen bakterileri ise H 2 gazını kullandıklarından yan ürün olarak oksijen üretmezler. KEMOSENTEZ İnorganik maddelerden organik madde sentezini gerçekleştiren ototroflar, kullandıkları enerji kaynakları bakımından farklıdırlar. Fotosentezde gerekli enerji güneş ışığından karşılanırken, kemosentezde ışık yerine hidrojen sülfür (H 2 S), amonyak (NH 3 ), demir (Fe +2 ), nitrit (N0 2 ) gibi inorganik maddelerin oksidasyonundan sağlanan kimyasal enerji kullanılır. İşte bu şekilde inorganik maddelerin oksidasyonuyla açığa çıkan kimyasal enerjiyi kullanarak C0 2 ve H 2 0'dan organik madde sentezlenmesine kemosentez, böyle bakterilere de kemosentetik bakteriler denir. Kemosentetik bakterilere nitrit ve nitrat bakterileri, demir bakterileri, kükürt bakterileri, hidrojen bakterileri ve bazı arkeler örnek verilebilir. FOTOSENTEZ VE OKSİJENLİ SOLUNUMUN ORTAK ÖZELLİKLERİ 1. Enzimatik reaksiyonlarla gerçekleşir. 2. Elektron taşıma sistemi (ETS) görev yapar. 3. ATP hem üretilir hem de tüketilir. 4. Prokaryot canlılarda sitoplazmada gerçekleşir. 5. Ökaryot canlılarda çift kat zarlı organellerde gerçekleşir. OKSİJENSİZ VE OKSİJENLİ SOLUNUMUN BENZERLİKLERİ 1. Her iki olayda da amaç ATP üretmektir 2. Solunum için en çok kullanılan madde genellikle glikozdur. 3. Başlangıç tepkimelerinde bir mol glikoz için 2 ATP tüketilir. 4. Laktik asit fermantasyonu hariç yan ürün C0 2 açığa çıkar. 5. ATP üretiminin yanı sıra ısı açığa çıkar. 6. Glikozun pirüvata kadar yıkım tepkimeleri aynı şekilde olur.
OKSİJENSİZ SOLUNUM İLE OKSİJENLİ SOLUNUM ARASINDAKİ FARKLAR OKSİJENSİZ SOLUNUM 1. Bazı bakterilerde, mayalarda ve O 2 yeterince bulunmadığı zaman kas hücrelerinde görülür. 2. Sitoplazmada geçer OKSİJENLİ SOLUNUM 1. Bazı bakterilerde, bir hücrelerinin çoğunda ve çok hücrelilerde görülür. 2. Glikozun pirüvata kadar yıkımı sitoplazmada, pirüvattan sonrası mitokondride geçer. 3. Oksijen kullanılmaz 3. Moleküler oksijen kullanılır. 4. Besin maddelerindeki kimyasal bağ enerjisinin %2-10 u ATP de depolanır. 5. Glikoz, etil alkol, laktik asit gibi organik bileşiklere kadar parçalanır. Sadece etil alkol fermantasyonunda karbon dioksit açığa çıkar. 4. Besin maddelerindeki kimyasal bağ enerjisinin yaklaşık %40 ı ATP de depolanır. 5. Glikoz.su ve karbon dioksite kadar parçalanır. 6. ETS görev yapmaz. 6. ETS görev yapar. 7. Sadece substrat düzeyinde fosforilasyonla ATP üretilir. 7. Hem substrat düzeyinde hem de oksidatif fosforilasyonla ATP üretilir. 8. Bir molekül glikozdan net 2 ATP lik 8. Bir molekül glikozdan net 38 ATP lik enerji enerji kazanılır. kazanılır. Oksijensiz solunuma göre 36 ATP daha fazla enerji elde edilir. FOTOSENTEZ İLE OKSİJENLİ SOLUNUMUN KARŞILAŞTIRILMASI FOTOSENTEZ OKSİJENLİ SOLUNUM 1. Enzimatik tepkimelerle gerçekleşir. 1. Enzimatik tepkimelerle gerçekleşir. 2. ETS görev yapar. 2. ETS görev yapar. 3.Kloroplastlarda ve bazı bir 3. Sitoplazma ve mitokondrilerde hücrelilerin sitoplazmalarında gerçekleşir, gerçekleşir. 4. Besin ve oksijen üretir. 4. Besin ve oksijen tüketilir. 5. Karbon dioksit kullanılır. 5. Karbon dioksit açığa çıkar. 6. Su kullanılır. 6. Su açığa çıkar. 7. Işık gereklidir. 7. Işık gerekmez. 8. Işık enerjisi, kimyasal enerjiye çevrilir. 8. Kimyasal bağ enerjisi, ATP enerjisine çevrilir. 9. Endergonik bir tepkimedir. 9. Ekzergonik bir tepkimedir.