BİYOLOJİK SİSTEMLERDE KİMYA

FOTOSENTEZ:

Bitkilerin karbon dioksit ve suyu kullanarak ışık enerjisi ve yapraklarında bulunan klorofil sayesinde oksijen ve glikoz üretme sürecine fotosentez denir.

Fotosentez bir indirgenme yükseltgenme tepkimesidir.

6CO_2(g) + 6H₂O_(S)  (Işık ve Klorofil) → 6CO₂(g) + C₆H₁₂O_6(k)

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.

Canlı organizmaların enerji ihtiyacı solunum sırasında oluşan bu yanma tepkimesi sonucu üretilir.

Oksijenin en önemli özelliklerinden biri maddeleri yükseltgemesidir (oksitlenme). Metallerin paslanması, meyve ve sebzelerin parçalandığında renginin kararması oksitlenmeye örnektir. Besinlerin yanması da bir indirgenme yükseltgenme tepkimesidir.

OKSİJEN TAŞINMASI:

Solunumda gerekli olan oksijen akciğerlere alınan havadan sağlanır. Oksijen alveollerden difüzyon ile kana geçer. Akciğer kılcallarında oksijen miktarı artar. Oksijenin büyük bir kısmı eritrositler (alyuvar) içerisindeki hemoglobinle oksihemoglobin oluşturarak taşınır. (% 2 kısmı ise kan plazmasında çözünür.)  Hemogiobinin yapısında Fe⁺² iyonu bulunur.

KARBONDİOKSİT BOŞALTIMI:

Nefes alma ile vücuda alınan oksijen solunumda doku hücrelerinde besin maddelerinin yakılmasında kullanılır. Bu işlem sonucunda oluşan H₂O ve CO₂ moleküllerinden CO₂’nin organizmadan atılması gerekir. Yanma sonucunda oluşan CO₂ doku sıvısına verilerek burada CO₂ derişimini artırır. Doku kılcal damarlarında CO₂’in daha düşük derişimli olması nedeniyle difüzlenerek kılcal damarlara geçer. Damarlardaki alyuvar içerisine alınan CO₂ bir enzim sayesinde (Karbonik anhidraz) H₂O ile birleşerek H₂CO₃’ı oluşturur. 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. Serbest kalan karbon dioksit önce kan plazmasına sonra da akciğer alveolüne geçerek soluk verme ile vücudu terk eder.

SİNDİRİM:

Alınan büyük moleküllerin (besinlerin) enzimler yardımıyla, daha küçük moleküllere parçalanması olayına sindirim denir.Yediğimiz besin maddelerinde bulunan su, madensel tuzlar, vitaminler, glikoz, fruktoz, galaktoz, amino asitler, alkol gibi küçük maddeler sindirime uğramaz. Yağlar, disakkarit, polisakkarit gibi karbonhidratlar, proteinler ve nükleik asitler (DNA ve RNA) sindirim ile hücre zarından geçebilecek küçük moleküllere parçalanırlar. Kimyasal sindirim ağız, mide, ince bağırsaklarda olur.

Protein Sindirimi

Yediğiniz et, yumurta ve peynirde proteinler bulunur. Vücudumuzda 100.000’in üzerinde farklı protein vardır. Proteinler C,H,O ve N elementlerinden oluşan önemli moleküllerdir. Bazı proteinlerde S ve P elementleri 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. Proteinlerde R ile gösterilen grup —CH₃ ,-C₂H₅ , gibi değişik gruplar olabilir.

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. Bu sıvı asidiktir. Pepsin enzimi proteinlerin parçalanması ve midedeki sindirimini gerçekleştirir.

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.

Mideden gelen polipeptid, oniki parmak bağırsağına geçerek pankreas tarafından salgılanan tripsin ve kimotripsin ezimleri ile dipeptit ve amino asitlere dönüşür. Son kalan peptid molekülleri ince bağırsaktan salgılanan erepsin enzimi sayesinde hidroliz tepkimesiyle amino asitlere ayrışırlar.

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.

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.

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.

Doğal dengeyi etkileyen pek çok etken bulunmaktadır. Çoğumuz bu etkenlerin farkında değiliz. Karbon çevrimindeki karbon dengesi de bunlardan biridir ve canlı yaşamını doğrudan etkilemektedir. Karbon çevrimi bir yandan canlılar için en temel element olan oksijen dengesini sağlayan, diğer yandan yine canlıların besin ve enerji gereksinimini karşılamak için maddelerin oluşumuna olanak sağlayan bir mekanizmadır.

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. Ayrıca canlılardan başka pek çok yerde yanmalar sonunda karbon dioksit, karbon monoksit ve başka oksitlerin oluşması şeklinde oksijen harcanmaktadır. İşte bu fotosentez, solunum, doğal yanma, sentez ve ayrışmalar sonunda milyonlarca yıl atmosferde bugün bilinen oksijen dengesi kurulmuştur. Ancak son yüzyılda doğal olayların dışında hızla artan bir oksijen tüketimi söz konusudur. Yer altından çıkarılan kömür, petrol, doğal gaz gibi fosil yakıtlarının yakılması, oksijeni harcayan ama üretmeyen bir süreçtir. Bu da doğal oksijen dengesini bozduğu gibi belki bu yüzden ozon dengesini bile bozduğunu düşünmek mümkündür.

Atmosferdeki ozon tabakasının delinmesini kloroflorokarbon bileşiklerinin atmosfere yayılmasına bağlamanın yanında oksijen dengesinin bozulmasına bağlamak da akılcı bir yaklaşım olacaktır.