BITKI FIZYOLOJISININ TANıMı Bitki fizyolojisi, bitkilerin, yaşamları boyunca cereyan eden çeşitli yaşamsal olayların belirti ve nedenlerini inceleyen bir bilimdir. Canlılarda meydana gelen fiziksel ve kimyasal değişimler sonunda beliren olaylara fizyolojik olaylar diye tanımlayabiliriz. Fizyolojik olayların incelenmesinde fizik ve kimya biliminden yararlanılır. Bitki fizyolakları, sadece tanımlayıcı açıklamalarla yetinmeyip mutlaka olayları kantitatif değerlerle açıklamak zorundadır.
BITKI FIZYOLOJISI VE TARıM Bütün yiyeceklerin kaynağı olması bakımından insanlar her zaman bitkilere bağlı kalmışlardır. Dünya nüfusunun sürekli artması (80 kişi/dakika) bitkisel ürünlere olan gereksinmeyi daha da artırmaktadır. Günlük yaşantımızda bitkisel ürünlerden yiyecek, giyim eşyası, ham madde, ilaç olarak kullanıldığı gibi ayrıca enerji kaynağı olarak da faydalanılır. Bitki büyümesini daha çok kontrol altında bulundurma yollarını araştırmak bitki fizyolaklarının suratla artan dünya nüfusunun sorunlarını çözebilme yolunda yapacağı en büyük katkılardan biri olacaktır. Bitki fizyoloji bilimi kullanılarak ; çiçek ve meyve veriminin artırılması, meyve ve yaprak dökümünün kontrolü, bitkin ihtiyaç duyduğu besinlerin uygulama yöntemleri ve miktarlarının belirlenmesi, depolama ve taşımaya uygunluk, tuzlu koşullara dayanıklılık, stres koşullarında en iyi performansın sağlanması, hastalık ve zararlılara dayanıklılık mekanizmalarının artırılması, fotosentez işleminden en yüksek seviyede yararlanma gibi konuları araştırılarak tarımda kullanımı sağlanılmakta. Tarımsal üretim artırılarak, kalitede iyileştirme hedeflenmektedir.
BITKI FIZYOLOJISININ BÖLÜMLERI A- Metabolizma fizyolojisi B-Büyüme ve gelişme fizyolojisi C-Hareket Fizyolojisi
METABOLIZMA FIZYOLOJISI Bitki hücre ve organlarında meydana gelen fiziksel ve kimyasal değişmeleri inceler. Besin maddelerinden bitki yapısına katılabilecek nitelikte bazı maddelerin yapılması bazı kimyasal değişim ve sentezleri gerektirir ki buna anabolizma (Asimilasyon) denir. Canlılıkla ilgili olayların pek çoğu ise enerji temini gerektirir ki bu enerji organizmaya genellikle enerjice zengin olan gıda maddelerinin parçalanmasıyla sağlanır. İşte buna katabolizma (disimilasyon) denir.
BÜYÜME VE GELIŞME FIZYOLOJISI Büyüme, gelişme ve üremeyi kapsar. Gayesi morfolojik değişimlere neden olan mekanizmayı anlamaya çalışmaktır. Bu sahada en büyük ve önemli yardım ileri seviyede ki genetik çalışmalarından gelmektedir.
HAREKET FIZYOLOJISI Bitkilerde veya bitki organlarındaki durum veya yer değiştirmeyi inceler. Bitkilerde görülen çeşitli hareketlerin bir kısmı bitki organlarına değişik bir oryantasyon (uyum) vermek amacıyla bir kısmı da diğer başka amaçlarla yapılır. Örneğin irkilme hareketi ve bunun fizyolojisi oldukça ilginçtir. İrkilme hareketleri Mimosa bitkisinde korunmak, İsektivor bitkilerinde ise beslemek amacıyla yapılır.
ENZIMLER YAŞAMıN TEMELINI OLUŞTURAN KIMYASAL TEPKIMELERIN TÜMÜ METABOLIZMA OLARAK ADLANDıRıLMAKTADıR. HÜCRELERDE KÜÇÜK MOLEKÜLLERDEN BÜYÜK MOLEKÜLLÜ BILEŞIKLERIN OLUŞMASıNA ANABOLIZMA DENIR. BÜYÜK MOLEKÜLLÜ BILEŞIKLERIN PARÇALANARAK KÜÇÜK MOLEKÜLLERIN OLUŞMASıNA DA KATABOLIZMA DENIR. HÜCREDE CEREYAN EDEN TEPKIMELERIN DÜZENLI ŞEKILDE SÜRMESI HÜCREDE BULUNAN VE ENZIM ADı VERILEN BILEŞIKLERIN YARDıMı ILE OLUR.
ENZİMLERİN DOĞAL ÖZELLİKLERİ 1. Enzimler, metal iyonlara ya da bitkiler tarafından topraktan absorbe edilen diğer inorganik maddelere göre çok daha özel ve güçlü katalizörlerdir. 2. Enzimler katalize ettikleri tepkimeler yönünden inorganik ya da sentetik organik katalizörlere göre çok daha özel olup binlerce tepkime, toksik yan ürün oluşturmadan, enzimler tarafından katalize edilebilir. 3. Enzimlerin olağanüstü az miktarları biyolojik tepkimelerin katalize edilmesi için yeterlidir. Enzimlerin etki ettikleri maddelere Substtatlar ve tepkime sonucu oluşan maddelere de Tepkime Ürünler adı verilir. 4. Katalizörler katalize ettikleri tepkimeler sonunda değişmeden kalırken enzimler protein yapıları nedeniyle ennzimlerin aktiviteleri ortam sıcaklığı, ph, etki edilen madde vb. gibi çeşitli etmenlerin etkisi altında değişir. 5. Bitki hücrelerinde gerçekleşen tepkimelerin büyük bir bölümü geriye dönüşümlü (reversible) tepkimelerdir. 6. Enzimlerin katalizör olarak etkinlikleri tepkimeye özeldir.
ANA SıNıF GRUP ALT GRUP Oksidoredüktazlar Alkol NAD Sitokrom O2 Aldehit Amino Bileşiği Transferaz Fosforil Bileşiği Alkol (şeker) Amino Bileşiği Karboksil Bileşiği Alkil Bileşiği Glikozil Bileşiği Hidrolaz Ester bağı karboksilester Fosfatester Glilozit Bağı Peptit bağı Liyaz C-C bağı karboksil grubu Aldehit grubu C-O bağı C- N bağı
ANA SıNıF GRUP ALT GRUP İzomeraz Intramoleküler Aldoz-----ketoz oksidoredüksiyon EnolBileşiği------Keto bileşiği intramoleküller grup aktarılması Cis-trans izeomerasyonu Liğaz C-N bağı Asit+NH3 Asit+Amino Asidi C-S bağı C-O bağı C-C bağı
Oksidoredüktaz Enzimleri Oksidoredüktaz ana sınıfına; etki yapılan maddeden hidrojen, oksijen veya elektronların alınması veya verilmesini sağlayan tüm enzimler girer. Hücre metabolizmasındaki temel işlevleri yerine getirirler. Enzimatik faaliyet sonucu maddeden hidrojen ayrılmasına Dehitrasyon denir. RH 2 + A --------Enzim----- R + AH 2 Etki yapılan maddeden hidrojen alınmış RO + 1/2O 2 -------Enzim--- RO 2 Etki yapılan maddeye oksijen verilmiş. R 2+ ------Enzim------ R 3+ e - etki yapılan maddeden elektron alınmış
Transferaz Enzimler Transferanz enzimleri (fosforil, amino, açil, alkil, glikozil vb.) atom gruplarını bir molekülden diğerine aktarırlar. Örneğin bir koenzim olan ATP nin (Adenozin Trifosfat ın) bir fosforil grubu, aşağıda görüldüğü gibi, glikoza aktarılmıştır. Glikoz + ATP --------Enzim (ATP-Glikofosfo-Transferaz)--- Glikozfosfat + ADP (Adonozin Difosfat) Transferaz enzimler grubu içerisnde çok sayıda önemli enzim yer alır. Transglikozitaz, Transpeptitaz, Transaminaz, Transmetilaz ve Transsakinaz
HIDROLAZ ENZIMLERI Hidrolazlar; ester bağlarını, glikozit bağlarını ve peptit bağlarını hidrolitik olarak parçalarlar. Serbest kalan her iki bağlantı yerine su moleküllerinin H ve OH radikalleri bağlanır. Hidrolazlar sayesinde nişasta ve selilozun uzun zincirleri parçalanır. Aynı şekilde yumurta akı maddelerinin peptit bağları ve lipitlerin ester bağları hidrolazlar ile hidrolitik parçalanmaya uğrarlar. Aşağıdaki formulde bir karboksil esterin hidrolitik parçalanmasını gösterilmiştir. R-CO-O-CH 2 R + H 2 O ----- R-COOH + HOCH 2 R Hidrolazlara; Esterazlar, lipazlar, Proteinazlar, Glikozitazlar, Ribonükleazlar ve Amilazlar girer.
LIYAZ ENZIMLERI Liyazlar, kimyasal bağları parçalayan enzimlerdir. Aşağıda formulde gösterildiği gibi maddedeki C-C bağı koparılır ve karboksil grubu parçalanır. Tepkimede Dekarboksilaz enzimi görev yapar. O nedenle gerçekleşen bu tepkimeye Dekarboksilasyon adı verilir. R-CH 2 - COOH ---Enzim--- R-CH 3 + CO 2 Aşağıda formül de görüldüğü gibi 2-fosfogliserat tan bir molekül su Enolaz enzimi sayesinse parçalandığında Fosfoenolpirüvat oluşur 2-fosfogliserat---Enolaz enzimi--- Fosfoenolpiruvat + H 2 O
İZOMERAZ ENZIMI İzomerazlar madde molekül yapısında bir grubun yerini değiştirerek bir başka değişle izomerasyon (uzayda görüntüsünu değiştirmek) süretiyle etki yapar. Glikoz -1- Fosfat enzim----glikoz -6- fosfat Formulde görüldüğü gibi glikoz içerisinde bir numaralı karbona bağlı fosforil grubu yer değişikliği ile 6 numaralı karbon atomuna bağlanmıştır. Kapalı formülleri değişmemekle birlikte açık formulleri değişmiştir.
LIGAZ ENZIMLERI Liğazlar iki molekül arasındaki bağlantıyı sağlarlar. Bu bağlantı için enerjiye gereksinim duyulur. Bu enerji bir koenzim olan ATP den sağlanır. ATP den çıkan enerjiden yararlanılarak iki molekülün birleşmesi gerçekleştirilir. Bu özelliği nedeniyle Ligaz enzimlerine Sentetazlar da denir. Karboksilazlar da ligazlara dahildir. Karboksilazlar CO 2 in maddeye bağlanmasını sağlar. Bitkilerde CO 2 in asimilasyonunda görev yapan Ribulozdifosfatkarboksilaz ve Fosfoenolpirüvatkarboksilaz karboksilazlara dahil enzimlerdir.
ENZIMLERIN YAPıSı Enzimlerin tamamına yakını temelde yapı olarak proteindir. Yapıları yönünden enzimler iki grup altında toplanabilir. A-yapıları protein olan enzimler B-Proteine bağlı protein olmayan maddeleri de kapsayan enzimler. Enzimlerin tamamına yakını yapı olarak protein olmakla beraber proteinlerin tümü katalitik özelliğe sahip değildir. Enzimleri oluşturan proteinlerin her biri yüzlerce amino asitten oluşmuş bir yada birkaç Peptit Bağına sahiptir. Enzimlerin proteine bağlı çok daha küçük protein olmayan organik kısma Prostatik Grup olarak adlandırılır. Yapılar bakımından basit protein olan enzimlerüreaz, amilaz, papain gibi hidrolitik enzimlerdir. Yükseltgenme ve indirgenme enzimleri bu grubundaki enzimlerdir. B grubuna giren enzimlerde protein özelliğinde olan ve yalnızca amino asitlerden oluşan taşıyıcı kısmı Apoenzim, buna bağlı ve fakat protein özelliğinde olmayan yani amino asitleri kapsamayan kısma Prostatik grup adı verilir. Prostatik grubu oluşturan mineral maddelere aktivatör adı verilir. Bakır,demir, mangan, çinko, kalsiyum,potasyum ve kobalt aktivatör olarak görev yapar. Kimi enzimlerde apoenzime bağlı prostatik grubu organik özellikteki maddeler oluşturmuştur. Organik özellikteki prostatik gruba Kofaktör veya Koenzim adı verilir.
ENZIMLERIN YAPıSı Bitkiler tarafından sentezlenen çeşitli vitaminler, bitki ve hayvanlardaki enzimlere bağlı Koenzimlerin veya prostatik grupların parçaları şeklinde bulunur. Koenzimleri oluşturan vitaminler bitkilerde sentezlenmelerine karşın memeli hayvanlarda sentezlenememektedir. Apoenzimler çok çeşitli ve fazla sayıda olmalarına karşılık koenzimler ve prostatik grupların sayısı azdır. Enzimlerle ilgili olarak Elektroforez yöntemi ile yapılan ileri düzeydeki araştırmalar aynı madde (supstrat) üzerinde katalitik etki yapan ve aynı tepkime ürünleri oluşturan birden fazla enzimin bulunduğunu göstermiştir. Aynı madde üzerinde katalitik etki yapan aynı tepkime ürünleri oluşturan enzimlere izoenzimler ya da izozimler denir. Bitkinin herhangi bir doku yada hücresinde birden fazla izoenzimin bulunması değişen çevre koşullarında bitkinin aktivitesini başarıyla sürdürmesinde önemli bir destek oluşturmaktadır.
BITKI HÜCRELERINDE ENZIMLERIN DAĞıLıMı Enzimler yaşıyan hücrelerde düzenli (üniform) şekilde dağılım göstermezler. Örneğin fotosentezde görev yapan enzimler kloroplastlarda bulunurken aerobik solunumda görev üstlenmiş çoğu enzimler mitokondri içerisinde vekimileride sitozol yer almıştır. DNA ve RNA sentezinde temel görev üstlenmiş enzimler ise hücre çekirdeğinde yerleşiktir. Hücre metabolizmasında görev yapan enzimlerin çoğunluğu hücrede mitokondri ve kloroplastlarda toplanmıştır. Kreps döngüsünde pirüvatı CO 2 ve H 2 O ya yükseltgeyen enzimlerin tamamı mitokondri içinde bulunur. Fotosentezin karanlık tepkimelerinde görev alan enzimlerin tamamı kloraplastların stromaları içerisindedir. Sitopazmada çeşitli hidrolitik enzimler ile Fosforilaz enzimleri de yer alır. Enzimlerin miktarı bakımından çimlenen bir tohum, bitkinin öteki organlarına göre daha zengindir. Bu yüzden enzimler üzerindeki araştırmalarda çoğunlukla çimlenen tohumlar kullanılır.
ENZIMLERIN AKTIVITELERI ÜZERINE ETKI YAPAN ETMENLER 1. Madde (subsrat) miktarı 2.Tepkime ürünleri miktarı 3. Enzim konsantrasyonu 4. Hidratasyon (ortam nemi) 5. Sıcaklık 6.Hidrojen iyonu konsantrasyonu (ph) 7. Önleyiciler A- Kompetatif önleyiciler B- Kompetatif olmayan önleyiciler
KOMPETATIF ÖNLEYICILER Bu önleyiciler, kimi enzimlerin etkinlik gösterdikleri maddelerin moleküllerine çok benzer bir molekül yapısı gösterirler. Bunun bir sonucu olarak önleyici (İ), enzimin (E) etkin yöresine etki edilecek madde gibi girerek bir ara bileşik oluşturur.böylece geriye dönüşü olmayan tepkime sonucu enzim, aktivitesini yitirir.
KOMPETATIF OLMAYAN ÖNLEYICILER Genelde kompetatif olmayan önleyiciler enzimin katalitik aktivite ile ilişkili olmayan kısımlarıyla da enzim-madde kompleksi ile birlik oluştururlar. Komperatif olmayan önleyiciler enzimin yapısını değiştirmek üzere enzimin katalitik etkinliğini önlerler. Biyolojik olaylar için asal olan tepkimenin sırasını değiştirmek üzere enzimin etkinliğini önlerler. En iyi bilinen enzim önleyicileri İodaasetatlar, floridler, Siyanidler ile karbonmonoksit tir.